Устойчивое точное земледелие: Ответственное обеспечение продовольствием мира

По мере роста мирового населения задача устойчивого обеспечения продовольствием каждого человека становится все более важной. Традиционные методы ведения сельского хозяйства, хотя и поддерживали человечество на протяжении тысячелетий, часто приводят к деградации окружающей среды и неэффективному использованию ресурсов. Устойчивое точное земледелие (УТЗ) предлагает многообещающее решение, используя технологии и данные для оптимизации урожайности, минимизации воздействия на окружающую среду и повышения эффективности использования ресурсов.

Что такое устойчивое точное земледелие?

Устойчивое точное земледелие — это комплексный подход к управлению фермерским хозяйством, использующий технологии для мониторинга, измерения и управления ресурсами на микроуровне. Он отходит от подхода «один размер для всех», признавая, что поля и даже их участки имеют разные потребности. УТЗ интегрирует аналитические выводы, основанные на данных, с экологически сознательными практиками для создания более устойчивой и продуктивной сельскохозяйственной системы.

В своей основе УТЗ нацелено на:

Оптимизация использования ресурсов: Снижение потребления воды, внесения удобрений и использования пестицидов.
Повышение урожайности: Увеличение производительности за счет адаптации вносимых ресурсов к конкретным потребностям растений.
Минимизация воздействия на окружающую среду: Сокращение выбросов парниковых газов, защита здоровья почвы и предотвращение загрязнения воды.
Повышение рентабельности фермерских хозяйств: Снижение затрат на ресурсы и увеличение урожайности, что ведет к росту прибыли фермеров.
Содействие долгосрочной устойчивости: Обеспечение жизнеспособности сельскохозяйственных практик для будущих поколений.

Ключевые технологии, лежащие в основе устойчивого точного земледелия

УТЗ опирается на комплекс технологий, которые совместно работают для сбора, анализа и реагирования на данные. Вот некоторые из ключевых компонентов:

1. Глобальные системы позиционирования (GPS) и географические информационные системы (ГИС)

Технология GPS позволяет осуществлять точное отслеживание местоположения, обеспечивая точное картирование полей и целевое внесение ресурсов. Программное обеспечение ГИС интегрирует пространственные данные с другой информацией, такой как типы почв, состояние посевов и история урожайности, предоставляя комплексное представление о ферме. Фермеры по всему миру используют тракторы и комбайны с GPS-навигацией. Например, крупные пшеничные фермы в Австралии в значительной степени полагаются на GPS для посева, опрыскивания и сбора урожая на огромных территориях. Аналогичным образом, рисоводы в Калифорнии применяют технологию GPS для лазерного выравнивания рисовых полей, что повышает эффективность управления водными ресурсами.

2. Дистанционное зондирование (дроны и спутники)

Дроны и спутники, оснащенные специализированными датчиками, могут получать изображения полей с высоким разрешением, предоставляя ценную информацию о состоянии посевов, водном стрессе и дефиците питательных веществ. Эти данные можно использовать для выявления участков, требующих внимания, и для направления целевых вмешательств. В Бразилии на плантациях сахарного тростника используют изображения с дронов для мониторинга роста растений и выявления участков, пораженных вредителями или болезнями. Это помогает применять пестициды только там, где это необходимо, сокращая общее использование химикатов. Спутники Sentinel Европейского космического агентства предоставляют бесплатные изображения высокого разрешения, которые можно использовать для крупномасштабного сельскохозяйственного мониторинга.

3. Сенсорные технологии (почвенные датчики, метеостанции и датчики растений)

Сеть датчиков, развернутых в поле, может предоставлять данные в реальном времени о влажности почвы, температуре, уровне питательных веществ и погодных условиях. Датчики растений могут измерять такие параметры, как содержание хлорофилла в листьях и диаметр стебля, предоставляя информацию о здоровье и росте растений. Эти данные можно использовать для оптимизации орошения, внесения удобрений и других управленческих практик. Владельцы виноградников во Франции используют датчики влажности почвы для оптимизации полива и обеспечения качества своего винограда. В Израиле сложные ирригационные системы используют погодные данные в реальном времени и датчики растений для подачи воды точно тогда и туда, где это необходимо, минимизируя потери воды.

4. Технология дифференцированного внесения (VRT)

Технология VRT позволяет фермерам вносить ресурсы, такие как удобрения, пестициды и семена, с переменной нормой по всему полю, основываясь на конкретных потребностях каждого участка. Эта технология обычно интегрируется с данными GPS и датчиков, что позволяет осуществлять точное и целевое внесение. Например, VRT можно использовать для внесения большего количества удобрений на участках поля с низким содержанием питательных веществ и меньшего — на участках с высоким содержанием. В Соединенных Штатах фермеры, выращивающие кукурузу и сою, широко используют VRT для оптимизации внесения удобрений и сокращения стока питательных веществ.

5. Интернет вещей (IoT) и аналитика данных

Интернет вещей (IoT) соединяет различные сельскохозяйственные устройства и датчики, позволяя им обмениваться данными. Эти данные затем можно анализировать с помощью сложных алгоритмов и методов машинного обучения для выявления закономерностей, прогнозирования результатов и оптимизации принятия решений. Например, умные ирригационные системы используют IoT для автоматизации графиков полива на основе погодных данных в реальном времени и показаний влажности почвы. Платформы аналитики данных могут предоставлять фермерам персонализированные рекомендации о том, когда сажать, поливать, удобрять и собирать урожай. В Кении мобильные приложения, работающие на основе данных IoT, помогают мелким фермерам получать доступ к рыночной информации и прогнозам погоды в реальном времени, улучшая их процесс принятия решений и увеличивая доходы.

6. Робототехника и автоматизация

Роботы все чаще используются в сельском хозяйстве для таких задач, как посадка, прополка, сбор урожая и опрыскивание. Эти роботы могут работать автономно или полуавтономно, сокращая затраты на рабочую силу и повышая эффективность. Например, роботизированные пропольщики используют камеры и датчики для идентификации и удаления сорняков, не повреждая культурные растения. Автоматизированные системы сбора урожая могут собирать фрукты и овощи с большей точностью и скоростью, чем люди. В Японии, где наблюдается нехватка сельскохозяйственной рабочей силы, роботы используются для автоматизации различных задач, таких как посадка и сбор риса.

Преимущества устойчивого точного земледелия

Внедрение УТЗ предлагает множество преимуществ для фермеров, окружающей среды и общества в целом.

1. Повышение урожайности

Оптимизируя использование ресурсов и адаптируя вносимые материалы к конкретным потребностям растений, УТЗ может значительно повысить урожайность. Это особенно важно в регионах с ограниченными пахотными землями или сложными условиями для выращивания. Исследования показали, что УТЗ может повысить урожайность на 10-20% и более.

2. Снижение воздействия на окружающую среду

УТЗ может снизить воздействие сельского хозяйства на окружающую среду за счет минимизации использования воды, удобрений и пестицидов. Это помогает защитить водные ресурсы, улучшить здоровье почвы и сократить выбросы парниковых газов. Например, точное орошение может сократить потребление воды на 20-30%, а дифференцированное внесение удобрений — использование удобрений на 10-15%.

3. Повышение эффективности использования ресурсов

УТЗ может повысить эффективность использования ресурсов за счет оптимизации применения вносимых материалов и минимизации отходов. Это может привести к снижению затрат на ресурсы и повышению прибыли для фермеров. Например, точный посев может сократить расход семян, а дифференцированное опрыскивание — использование пестицидов.

4. Повышение рентабельности фермерских хозяйств

Сочетание повышенной урожайности, сниженного воздействия на окружающую среду и улучшенной эффективности использования ресурсов может привести к повышению рентабельности фермерских хозяйств. УТЗ может помочь фермерам сократить свои затраты, увеличить урожайность и получать более высокие цены на свою продукцию. Это может сделать сельское хозяйство более устойчивым и жизнеспособным бизнесом.

5. Улучшенная прослеживаемость и прозрачность

УТЗ способствует улучшению прослеживаемости и прозрачности в цепочке поставок продовольствия. Собирая данные на протяжении всего производственного процесса, от посадки до сбора урожая, УТЗ позволяет потребителям знать происхождение и методы производства их пищи. Эта повышенная прозрачность может укрепить доверие и способствовать формированию моделей устойчивого потребления.

6. Устойчивость к изменению климата

Практики УТЗ могут повысить устойчивость к изменению климата за счет повышения эффективности использования воды, улучшения здоровья почвы и сокращения выбросов парниковых газов. Климатически оптимизированные сельскохозяйственные практики, такие как ресурсосберегающая обработка почвы и использование покровных культур, могут усилить секвестрацию углерода в почвах и снизить уязвимость культур к экстремальным погодным явлениям.

Проблемы внедрения

Несмотря на многочисленные преимущества, внедрение УТЗ сталкивается с рядом проблем.

1. Высокие первоначальные инвестиционные затраты

Первоначальные инвестиционные затраты на технологии УТЗ могут быть высокими, особенно для мелких фермеров. Это может стать барьером для внедрения, особенно в развивающихся странах. Государственные субсидии и программы финансовой помощи могут помочь смягчить этот барьер.

2. Недостаток технических знаний

Эффективное внедрение УТЗ требует технических знаний в таких областях, как анализ данных, сенсорные технологии и точное оборудование. Многим фермерам не хватает необходимых навыков и знаний. Учебные программы и консультационные службы могут помочь преодолеть этот разрыв. Также важны сотрудничество с университетами, исследовательскими институтами и технологическими компаниями.

3. Проблемы безопасности и конфиденциальности данных

Сбор и использование сельскохозяйственных данных вызывают опасения по поводу безопасности и конфиденциальности данных. Фермеры должны быть уверены, что их данные будут защищены и использованы ответственно. Для решения этих проблем необходимы надежные рамки управления данными и меры кибербезопасности. Прозрачные соглашения об обмене данными и контроль фермеров над владением данными также имеют решающее значение.

4. Ограничения инфраструктуры

В некоторых регионах ограничения инфраструктуры, такие как плохое интернет-соединение и ненадежное электроснабжение, могут препятствовать внедрению технологий УТЗ. Для преодоления этих проблем необходимы инвестиции в сельскую инфраструктуру.

5. Проблемы фрагментации и совместимости

Рынок сельскохозяйственных технологий часто фрагментирован, и разные поставщики предлагают несовместимые системы. Это отсутствие совместимости может затруднить фермерам интеграцию различных технологий и обмен данными. Отраслевые стандарты и платформы с открытым исходным кодом могут способствовать большей совместимости.

Примеры успешного внедрения

Несмотря на трудности, в мире существует множество примеров успешного внедрения УТЗ.

Нидерланды: Нидерланды являются мировым лидером в области УТЗ, с высоким уровнем внедрения таких технологий, как точное орошение, дифференцированное внесение удобрений и автоматизированный сбор урожая. Голландские фермеры добились значительного увеличения урожайности и снижения воздействия на окружающую среду.
США: Многие фермеры в Соединенных Штатах используют технологии УТЗ для оптимизации внесения удобрений, сокращения потребления воды и повышения урожайности. Внедрение УТЗ особенно широко распространено в Кукурузном поясе и на Великих равнинах.
Бразилия: Бразильские фермеры используют изображения с дронов и другие технологии дистанционного зондирования для мониторинга состояния посевов, выявления участков, пораженных вредителями или болезнями, и оптимизации внесения удобрений.
Израиль: Израиль является пионером в области ирригационных технологий с многолетней историей разработки и внедрения эффективных систем орошения. Израильские фермеры используют сенсорные технологии и анализ данных для оптимизации полива и минимизации потерь воды.
Индия: В Индии технологии УТЗ используются для улучшения управления водными ресурсами, сокращения использования удобрений и повышения урожайности, особенно риса и пшеницы. Мобильные приложения предоставляют фермерам прогнозы погоды и рыночную информацию в реальном времени.

Будущее устойчивого точного земледелия

Будущее УТЗ выглядит многообещающе благодаря постоянному развитию технологий и растущему осознанию необходимости устойчивых методов ведения сельского хозяйства. Некоторые из ключевых тенденций, формирующих будущее УТЗ, включают:

1. Искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО)

ИИ и МО используются для разработки более сложных алгоритмов и моделей для прогнозирования урожайности, оптимизации использования ресурсов и обнаружения вредителей и болезней. Эти технологии могут помочь фермерам принимать более обоснованные решения и улучшать свои методы управления. Например, системы распознавания изображений на базе ИИ могут выявлять болезни растений на ранней стадии, что позволяет своевременно принимать меры.

2. Технология блокчейн

Технология блокчейн может использоваться для улучшения прослеживаемости и прозрачности в цепочке поставок продовольствия. Отслеживая перемещение сельскохозяйственной продукции от фермы до стола, блокчейн может помочь укрепить доверие и обеспечить безопасность пищевых продуктов. Это также может позволить фермерам получать справедливые цены за свою продукцию и напрямую связываться с потребителями.

3. Вертикальное фермерство и сельское хозяйство в контролируемой среде (CEA)

Вертикальное фермерство и CEA становятся перспективными решениями для городского сельского хозяйства и производства продуктов питания в суровых условиях. Эти технологии позволяют контролируемо выращивать культуры в помещении, используя минимальное количество воды и энергии. Принципы УТЗ могут применяться к вертикальным фермам и системам CEA для оптимизации использования ресурсов и максимизации урожайности.

4. Фокус на здоровье почвы

Растет признание важности здоровья почвы для устойчивого сельского хозяйства. Практики УТЗ, такие как ресурсосберегающая обработка почвы, использование покровных культур и севооборот, могут помочь улучшить здоровье почвы и усилить секвестрацию углерода. Датчики и анализ данных могут использоваться для мониторинга здоровья почвы и оптимизации методов управления.

5. Интеграция с управлением цепями поставок

УТЗ все чаще интегрируется с системами управления цепями поставок для повышения эффективности, сокращения отходов и улучшения прослеживаемости. Обмениваясь данными по всей цепочке поставок, от фермеров до переработчиков и розничных продавцов, УТЗ может помочь оптимизировать логистику, сократить порчу продуктов и удовлетворить потребительский спрос на устойчивую и этично произведенную продукцию.

Практические рекомендации для фермеров и заинтересованных сторон

Вот несколько практических рекомендаций для фермеров и других заинтересованных сторон, желающих внедрить или продвигать устойчивое точное земледелие:

Начинайте с малого и масштабируйте: Начните с внедрения нескольких ключевых технологий УТЗ в небольшом масштабе, таких как почвенные датчики или дифференцированное внесение удобрений. Постепенно расширяйтесь по мере накопления опыта и уверенности.
Обращайтесь за советом к экспертам: Консультируйтесь с сельскохозяйственными экспертами, поставщиками технологий и консультационными службами, чтобы получить рекомендации по лучшим технологиям и практикам УТЗ для ваших конкретных нужд.
Инвестируйте в обучение: Инвестируйте в обучение для себя и своих сотрудников, чтобы развить навыки и знания, необходимые для эффективного внедрения и управления технологиями УТЗ.
Сотрудничайте с другими: Сотрудничайте с другими фермерами, исследователями и поставщиками технологий для обмена знаниями, передовым опытом и разработки инновационных решений.
Выступайте за поддерживающую политику: Выступайте за государственную политику, которая поддерживает внедрение УТЗ, такую как субсидии, налоговые льготы и финансирование исследований.
Повышайте осведомленность потребителей: Повышайте осведомленность потребителей о преимуществах УТЗ и важности поддержки устойчивых сельскохозяйственных практик.

Заключение

Устойчивое точное земледелие представляет собой трансформационный подход к ведению сельского хозяйства, который может помочь ответственно обеспечить продовольствием мир. Используя технологии и данные, УТЗ может оптимизировать использование ресурсов, снизить воздействие на окружающую среду и повысить рентабельность фермерских хозяйств. Хотя существуют проблемы с внедрением, преимущества УТЗ очевидны, а его потенциал для создания более устойчивой и жизнеспособной сельскохозяйственной системы огромен. По мере того как технологии продолжают развиваться, а осведомленность о необходимости устойчивых практик растет, УТЗ будет играть все более важную роль в обеспечении глобальной продовольственной безопасности и защите нашей планеты для будущих поколений. Примите будущее сельского хозяйства; примите устойчивое точное земледелие.