Rolnictwo precyzyjne – wyzwanie globalne
Szacuje się, że do 2050 roku liczba ludności na świecie wzrośnie do około 9,7 miliarda. Wyżywienie jej w sposób zrównoważony, przy uwzględnieniu ograniczonych zasobów naturalnych naszej planety oraz coraz bardziej niekorzystnego wpływu zmian klimatu na rolnictwo, będzie wymagało zastosowania zaawansowanych technologii i innowacji. Rolnictwo precyzyjne to oparte na danych podejście do zarządzania gospodarstwem, które może poprawić wydajność i plony, zwiększając tym samym ogólną rentowność. Pomaga ono również ograniczyć zapotrzebowanie na środki produkcji, takie jak woda, nawozy sztuczne i pestycydy, zmniejszając tym samym wpływ rolnictwa na środowisko. Postępy w technologiach cyfrowych, takich jak telefony komórkowe, teledetekcja z wykorzystaniem satelitów, bezzałogowe statki powietrzne (drony), Internet rzeczy (IoT), sztuczna inteligencja (AI) i przetwarzanie danych w chmurze, a także ich rosnąca przystępność sprawiają, że niektóre gałęzie rolnictwa precyzyjnego, stają się dostępne dla drobnych rolników na całym świecie.
Rolnictwo precyzyjne opiera się na specjalistycznym sprzęcie oraz oprogramowaniu. Podejście to obejmuje dostęp w czasie rzeczywistym do danych o stanie upraw, gleby i powietrza, a także do innych istotnych informacji, takich jak prognozy pogody, koszty pracy i dostępność sprzętu. Oprogramowanie do analizy predykcyjnej wykorzystuje te dane, aby dostarczyć rolnikom wskazówek dotyczących płodozmianu, optymalnych terminów sadzenia, zbiorów i zarządzania glebą.
Czujniki umieszczone na polach mierzą wilgotność i temperaturę gleby oraz otaczającego ją powietrza. Satelity i drony dostarczają rolnikom obrazów poszczególnych upraw w czasie rzeczywistym. Informacje z przesyłanych obrazów mogą być przetwarzane i integrowane z danymi z czujników i innymi danymi w celu uzyskania wskazówek dotyczących natychmiastowych i przyszłych decyzji, takich jak dokładne określenie, które pola należy podlać i kiedy lub gdzie zasadzić daną roślinę.
Potrzeba rolnictwa precyzyjnego
Rolnicy zazwyczaj są świadomi, że ich pola charakteryzują się zmiennymi plonami. Różnice te można przypisać praktykom gospodarowania, właściwościom gleby i/lub cechom środowiska. Właściwości gleby, które wpływają na wysokość plonów, obejmują strukturę gleby, wilgotność, materię organiczną, stan składników odżywczych i położenie w terenie. Właściwości środowiska obejmują pogodę, chwasty, owady, czy też choroby.
Takie zróżnicowanie powoduje, że większość rolników zadaje sobie pytanie, jak można rozwiązać problem, który jest przyczyną niskich plonów. Nie ma obecnie powszechnie dostępnej i opłacalnej metody „naprawy” zubożonej wierzchniej warstwy gleby, dlatego wyzwaniem w zakresie zarządzania uprawą jest optymalne zagospodarowanie obszarów pola o różnych zdolnościach produkcyjnych. Niekoniecznie oznacza to uzyskanie takiego samego poziomu plonów na wszystkich obszarach pola.
W przeszłości rolnictwo precyzyjne było ograniczone do większych gospodarstw, które mogły zapewnić infrastrukturę informatyczną i inne zasoby technologiczne niezbędne do pełnego wdrożenia i czerpania korzyści z rolnictwa precyzyjnego. Obecnie jednak dzięki aplikacjom mobilnym, inteligentnym czujnikom, dronom i chmurom obliczeniowym rolnictwo precyzyjne jest możliwe do zastosowania przez spółdzielnie rolnicze, a nawet małe gospodarstwa rodzinne.
Mentalna mapa informacji rolnika o tym, jak traktować różne obszary pola, wymagała lat obserwacji i wdrażania rozwiązań metodą prób i błędów. Obecnie taki poziom wiedzy, o warunkach panujących na polu, jest trudny do utrzymania ze względu na większe rozmiary gospodarstw. Rolnictwo precyzyjne oferuje możliwość zautomatyzowania i uproszczenia procesu gromadzenia i analizy informacji. Pozwala to na podejmowanie i szybkie wdrażanie decyzji dotyczących zarządzania na małych obszarach w obrębie większych pól.
W zarządzaniu uprawami dostosowanym do danego obszaru, wykorzystuje się różne technologie do administrowania poszczególnymi jego częściami oddzielnie. Naturalna, nieodłączna zmienność warunków glebowych oznacza, że rolnictwo zmechanizowane mogło tradycyjnie stosować tylko zabiegi uprawowe dla „przeciętnych” warunków glebowych, składników odżywczych, wilgotności, zachwaszczenia i wzrostu – które w praktyce nie występują. Z konieczności prowadziło to do nadmiernego lub niedostatecznego stosowania herbicydów, pestycydów, nawadniania i nawozów – z wyjątkiem tych rzadkich miejsc, które są zbliżone do przeciętnych. Nadmiar chemikaliów, wynikający z tego typu podejścia, spływa z pól do wód gruntowych i powierzchniowych lub jest z nich wypłukiwany.
Czynniki wpływające na produkcję roślinną w Polsce
Podobnie jak w innych sektorach gospodarki, w rolnictwie również priorytetem jest oszczędne gospodarowanie zasobami na każdym etapie produkcji. Polska pustynnieje. Rolnictwo boryka się z problemem niedoborów wody od lat. Dlatego tak ważne, by racjonalnie gospodarować tymi zasobami, które pozostały – podkreśla Łukasz Łowiński, główny specjalista z Sieć Badawcza Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego.
Technologie pozwalają lepiej zarządzać wykorzystaniem wody w rolnictwie, efektywnie ją magazynować, ulepszać systemy irygacyjne. Systemy zarządzania wraz z sensorami wilgotności dostarczają informacji o aktualnym zapotrzebowaniu roślin na wodę: ile należy jej zaaplikować i na jakim obszarze (ze zwiększającą się rok rocznie dokładnością), by rośliny rozwijały się zdrowo i nie odczuwały stresu wodnego. Ochrona zasobów wodnych obejmuje także zmianę genetyki roślin pod kątem odporności na suszę, czy wręcz tworzenie nowych gatunków roślin, które byłyby w stanie znieść jej niedobory. Innowacyjne łączenie rozwoju technologii i bioinżynierii z genetyką pozwala na przygotowanie odpowiedzi na zmieniające się warunki środowiskowe – uzasadnia ekspert.
Polowa produkcja roślinna w Polsce w większości prowadzona jest na glebach lekkich. Stanowi to poważne ograniczenie limitujące potencjał plonotwórczy podstawowych gatunków uprawnych tj. kukurydzy, pszenicy, rzepaku. Gleby te mają bardzo duże zróżnicowanie przestrzenne w obrębie pojedynczych pól produkcyjnych, co generuje istotne problemy odpowiedniej diagnostyki właściwości odpowiadających za wzrost roślin tj. dostępność wody, ilość pierwiastków w formie przyswajalnej, poziom życia mikrobiologicznego – wylicza dr inż. Tomasz Niedziński ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Prawidłowa diagnostyka gleby wpływa na decyzje agrotechniczne w produkcji roślinnej. Błąd na etapie badania gleby w konsekwencji oznacza błędy w zaleceniach agrotechnicznych przez okres kolejnych 3- 4 lat, gdyż w większości taka jest to częstotliwość pobierania prób glebowych.
Poważnym ograniczeniem produkcyjnym jest niski poziom zawartości materii organicznej w glebie. Ponad 50% gleb użytkowanych rolniczo ma niską i średnią zawartość materii organicznej. Materia organiczna gleby odpowiada za jej żyzność, stabilność plonowania roślin, wpływa na poziom stosowania środków produkcji tj. nawozów mineralnych, środków ochrony roślin – kontynuuje Tomasz Niedziński.
Oba te czynniki prowadzą ograniczenia zasobów wodnych w glebie. Kolejnym istotnym problemem jest też nadmierne zakwaszenie pól uprawnych w Polsce, co ma bezpośredni wpływ na mobilność i dostępność pierwiastków dla roślin – zaznacza ekspert z SGGW.
Rozwiązania i wyzwania
Wśród wyzwań dekady, stojących przed rolnictwem, prawdopodobnie najważniejszym jest regeneracja gleby. Rolnictwo regeneratywne ma na celu poprawienie jakości gleby poprzez zwiększenie ilości próchnicy, retencji wody oraz dostępności minerałów. Kluczowe tu jest poprawienie jakości biologicznej gleby, a w tym aktywności i bioróżnorodności mikroorganizmów glebowych. Proponowane przez polską innowacyjną firmę Atmesys rozwiązania w zakresie ciągłego badania warunków pogodowych, wilgotności oraz dostępności minerałów w glebie są świetnym narzędziem wspierającym rolników we wprowadzaniu ulepszonych praktyk regeneratywnych. Połączenie odczytów z sensorów wraz z mikrobiologicznym badaniem gleby BIOTREX otwiera nowy rozdział w rolnictwie – zaznacza założyciel i prezes firmy Somigro Rafał Igielski, badającej mikrobiologiczną aktywność gleby.
Tomasz Niedziński z drugiej strony upatruje podstawowego remedium na najbardziej palące problemy polskiego rolnictwa w pozyskiwaniu danych na temat upraw:
Stały monitoring warunków atmosferycznych oraz glebowych jest koniecznym narzędziem wspierania decyzji agrotechnicznych. Obecnie coraz częściej obserwuje się zaangażowanie technik teledetekcji, różnych systemów monitorowania parametrów glebowych i roślinnych.
Do podstawowych parametrów glebowych umożliwiających podejmowanie decyzje agrotechniczne zalicza się pH gleby, przewodność elektryczną w glebie, szczególnie w okresach z deficytem wody, zawartość dostępnych pierwiastków, wilgotność gleby, zawartość materii organicznej. Pomiar tych parametrów zarówno w warstwie próchnicznej, ale również w głębszych warstwach gleby umożliwiłby określenie aktualnego potencjału plonowania pola produkcyjnego oraz optymalizację doboru środków produkcji względem aktualnych warunków glebowych.
Zarządzanie informacją – klucz do sukcesu
Rolnictwo precyzyjne łączy nowe technologie ery informacyjnej z dojrzałym przemysłem rolniczym. Jest to zintegrowany system zarządzania uprawami, którego celem jest dopasowanie rodzaju i ilości nakładów do rzeczywistych potrzeb upraw na niewielkich obszarach pól uprawnych. Cel ten nie jest nowy, ale dostępne obecnie nowe technologie pozwalają na realizację koncepcji rolnictwa precyzyjnego w praktycznych warunkach produkcyjnych – zauważa Piotr Grzymski prezes i założyciel firmy Atmesys, która tworzy m.in. zaawansowane systemy pomiarowe IoT dla rolnictwa precyzyjnego.
Systemy zarządzające pracą sensorów w ramach prowadzonego gospodarstwa, integrują dane z czujników i dane np. z obrazowania satelitarnego, umożliwiając rolnikom identyfikację pól, które wymagają podlewania, oraz określenie optymalnej ilości wody, nawozów i pestycydów do zastosowania. Pomaga to gospodarzom uniknąć marnowania zasobów i zapobiega spływaniu wody, zapewniając glebie odpowiednią ilość dodatków dla optymalnego wzrostu roślin, a także obniżając koszty i kontrolując wpływ gospodarstwa na środowisko – wskazuje Piotr Grzymski.
Implementacja podejścia w oparciu o założenia rolnictwa precyzyjnego wymaga wspólnego rozwoju umiejętności zarządzania i baz danych zawierających odpowiednie informacje. Efektywne wykorzystanie informacji wymaga od rolnika jasnego wyobrażenia o celach działalności oraz posiadania kluczowych informacji niezbędnych do podejmowania decyzji. Skuteczne zarządzanie informacjami wymaga czegoś więcej niż tylko narzędzi do analizy zapisów lub systemu informacji geograficznej. Wymaga także przedsiębiorczego podejścia do edukacji i eksperymentowania.
O polskich innowacjach w branży rolniczej i w innych branżach posłuchasz już 2 czerwca na konferencji Reach4.biz Meetup – o inwestowaniu w innowacje, startupy, spółki młode. Będzie można tam spotkać ponad 50 polskich innowatorów, w tym m. in. pomysłodawców i założycieli Atmesys. Rejestracja na konferencję darmowa, liczba miejsc ograniczona: reach4.biz/meetup.
