Model Transformujący Rekomendacje Upraw w Chmurze Zmieniający Rolnictwo Precyzyjne

Rolnictwo stoi na rozdrożu. Globalna populacja ma osiągnąć 9,7 miliarda do 2050 roku, więc rolnicy muszą wyprodukować o 701 TP3 t więcej żywności, jednocześnie zmagając się ze zmianami klimatu, degradacją gleby i niedoborem wody.

Tradycyjne metody rolnicze, oparte na przestarzałych praktykach i domysłach, już nie wystarczają. Wchodzi Transformacyjny Model Rekomendacji Upraw (TCRM), rozwiązanie oparte na sztucznej inteligencji, którego celem jest stawienie czoła tym wyzwaniom.

W tym artykule opisano, w jaki sposób TCRM wykorzystuje uczenie maszynowe, czujniki IoT i przetwarzanie w chmurze, aby dostarczać Dokładne zalecenia dotyczące upraw 94%, umożliwiając rolnikom zwiększenie plonów, ograniczenie odpadów i wdrożenie zrównoważonych praktyk.

Rosnące zapotrzebowanie na sztuczną inteligencję w nowoczesnym rolnictwie

Popyt na żywność gwałtownie rośnie, ale tradycyjne rolnictwo ma trudności z nadążaniem. W regionach takich jak Pendżab w Indiach – główny ośrodek rolniczy – jakość gleby pogarsza się z powodu nadmiernego stosowania nawozów, a zasoby wód gruntowych szybko się kurczą.

Rolnicy często nie mają dostępu do danych w czasie rzeczywistym, co prowadzi do podejmowania błędnych decyzji dotyczących wyboru upraw, nawadniania i wykorzystania zasobów. To właśnie tutaj rolnictwo precyzyjne, wspierany przez sztuczną inteligencję, staje się krytyczny.

W przeciwieństwie do metod konwencjonalnych, rolnictwo precyzyjne wykorzystuje technologie takie jak czujniki IoT i uczenie maszynowe do analizy warunków polowych i dostarczania spersonalizowanych rekomendacji. TCRM jest przykładem tego podejścia, oferując rolnikom praktyczne informacje oparte na składnikach odżywczych gleby, warunkach pogodowych i danych historycznych.

Integrując sztuczną inteligencję z rolnictwem, TCRM łączy wiedzę tradycyjną z nowoczesną innowacją, gwarantując rolnikom zrównoważone zaspokajanie przyszłego zapotrzebowania na żywność.

“Nie chodzi tu tylko o technologię — chodzi o zapewnienie każdemu rolnikowi narzędzi, które pozwolą mu się rozwijać”.”

Jak działa TCRM: łączenie danych i uczenia maszynowego

W swojej istocie TCRM jest System rekomendacji upraw oparty na sztucznej inteligencji Łączy wiele technologii, aby zapewnić precyzyjne doradztwo. Proces rozpoczyna się od gromadzenia danych. Czujniki IoT zainstalowane na polach mierzą krytyczne parametry, takie jak azot glebowy (N), fosfor (P), potas (K), temperatura, wilgotność, opady deszczu i poziom pH.

Czujniki te przesyłają dane w czasie rzeczywistym do platformy chmurowej, która pobiera również historyczne dane dotyczące wydajności upraw z globalnych baz danych, takich jak NASA i FAO. Po zebraniu dane są poddawane rygorystycznemu oczyszczaniu.

Brakujące wartości, takie jak odczyty pH gleby, są uzupełniane za pomocą średnich regionalnych, a wartości odstające – takie jak nagłe skoki wilgotności – są odfiltrowywane. Oczyszczone dane są następnie normalizowane w celu zapewnienia spójności; na przykład wartości opadów są skalowane w zakresie od 0 (100 mm) do 1 (1000 mm), aby uprościć analizę.

Następnie przejmuje kontrolę hybrydowy model uczenia maszynowego TCRM. Łączy on Algorytmy lasu losowego—metoda wykorzystująca 500 drzew decyzyjnych w celu unikania błędów — z warstwami głębokiego uczenia, które wykrywają złożone wzorce.

Jak działa TCRM Łączenie danych i uczenia maszynowego

Kluczową innowacją jest mechanizm uwagi wielogłowicowej, który identyfikuje zależności między zmiennymi. Na przykład rozpoznaje, że wysokie opady często korelują z lepszą absorpcją azotu w uprawach takich jak ryż.

Model jest trenowany przez ponad 200 cykli (epok) ze współczynnikiem uczenia 0,001, dopracowując swoje prognozy aż do osiągnięcia dokładności 94%. Na koniec system wdraża rekomendacje za pośrednictwem aplikacji w chmurze lub alertów SMS, zapewniając, że nawet rolnicy z odległych obszarów otrzymują aktualne porady.

Dlaczego TCRM przewyższa tradycyjne metody rolnicze

Tradycyjne systemy rekomendacji upraw, takie jak te wykorzystujące regresję logistyczną lub metodę K-najbliższych sąsiadów (KNN), nie są na tyle zaawansowane, aby poradzić sobie ze złożonością rolnictwa.

Na przykład algorytm KNN ma problemy z niezrównoważonymi danymi – jeśli zbiór danych zawiera więcej wpisów dla pszenicy niż soczewicy, jego prognozy są przechylone w kierunku pszenicy. Podobnie, AdaBoost, inny algorytm, uzyskał w badaniu zaledwie 11,51 dokładności TP3T z powodu nadmiernego dopasowania. TCRM przezwycięża te wady dzięki swojej hybrydowej konstrukcji.

Łącząc algorytmy oparte na drzewach (zapewniające przejrzystość) z głębokim uczeniem (zapewniającym obsługę złożonych wzorców), system ten równoważy dokładność i możliwość interpretacji.

W badaniach TCRM osiągnął Wynik walidacji krzyżowej 97,67%, potwierdzając swoją niezawodność w różnych warunkach. Na przykład, podczas testów w Pendżabie, zalecano stosowanie granatu w gospodarstwach o wysokiej zawartości potasu (120 kg/ha) i umiarkowanym pH (6,3), co przełożyło się na wzrost plonów 30%.

Rolnicy zmniejszyli również zużycie nawozów o 15% i straty wody o 25%, ponieważ system zapewnił precyzyjne wytyczne dotyczące składników odżywczych i nawadniania. Wyniki te podkreślają potencjał TCRM w przekształcaniu rolnictwa z branży intensywnie wykorzystującej zasoby w zrównoważony ekosystem oparty na danych.

TCRM przewyższa tradycyjne modele rolnicze

Wpływ na świat rzeczywisty: studia przypadków z Pendżabu

Rolnicy w Pendżabie stoją w obliczu poważnych wyzwań, takich jak wyczerpanie wód gruntowych i zaburzenia równowagi składników odżywczych w glebie. TCRM został przetestowany w tym miejscu, aby ocenić jego praktyczną wartość.

Na przykład jeden rolnik wprowadził dane, które wskazywały, że zawartość azotu w glebie wynosi 80 kg/ha, fosforu 45 kg/ha, a potasu 120 kg/ha, przy pH 6,3 i rocznych opadach deszczu wynoszących 600 mm.

TCRM przeanalizował te dane, rozpoznał wysoki poziom potasu i optymalny zakres pH, a następnie zalecił uprawę granatu – rośliny, która dobrze rośnie w takich warunkach. Rolnik otrzymał powiadomienie SMS z informacją o wyborze uprawy i idealnych nawozach (mocznik dla azotu, superfosfat dla fosforu).

W ciągu sześciu miesięcy rolnicy stosujący TCRM zgłaszali 20–30% wyższe plony W przypadku upraw podstawowych, takich jak pszenica i ryż. Poprawiła się również efektywność wykorzystania zasobów: zużycie nawozów spadło o 151 TP3T, ponieważ system precyzyjnie określił zapotrzebowanie na składniki odżywcze, a marnotrawstwo wody spadło o 251 TP3T dzięki nawadnianiu dostosowanemu do prognozowanych opadów.

Wyniki te pokazują, w jaki sposób narzędzia oparte na sztucznej inteligencji, takie jak TCRM, mogą zwiększać produktywność, promując jednocześnie zrównoważony rozwój środowiska.

Innowacje techniczne stojące za sukcesem TCRM

Sukces TCRM opiera się na dwóch przełomach. Po pierwsze, mechanizm uwagi wielogłowicowej umożliwia modelowi ważenie relacji pomiędzy zmiennymi.

Na przykład wykryto silną dodatnią korelację (0,73) między opadami deszczu a pobieraniem azotu, co oznacza, że uprawy w regionach o dużych opadach deszczu korzystają z nawozów bogatych w azot.

Z drugiej strony stwierdzono niewielką ujemną zależność (-0,14) między pH gleby a absorpcją fosforu, co wyjaśnia, dlaczego gleby kwaśne wymagają wapnowania przed sadzeniem roślin bogatych w fosfor, takich jak ziemniaki.

Po drugie, TCRM integracja chmury i SMS-ów Zapewnia skalowalność. System, hostowany na platformie Amazon Web Services (AWS), obsługuje jednocześnie ponad 10 000 użytkowników, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla dużych spółdzielni.

Drobnym rolnikom bez internetu API Twilio wysyła alerty SMS – ponad 3000 miesięcznie w samym Pendżabie – z poradami dotyczącymi upraw i nawożenia. To podwójne podejście gwarantuje, że żaden rolnik nie zostanie pominięty, niezależnie od połączenia.

Innowacje techniczne stojące za sukcesem TCRM

Wyzwania związane z wdrażaniem sztucznej inteligencji w rolnictwie

Pomimo obiecujących rezultatów, TCRM napotyka na przeszkody. Wielu rolników, zwłaszcza starszych, nie ufa zaleceniom sztucznej inteligencji, preferując tradycyjne metody. W Pendżabie zaledwie 351 TP3T rolników wdrożyło TCRM podczas testów.

Kolejną barierą są koszty: czujniki IoT 200500 dolarów za akr, co jest nieosiągalne dla drobnych rolników. Ponadto dane szkoleniowe TCRM koncentrowały się na uprawach indyjskich, takich jak pszenica i ryż, co ograniczało ich przydatność dla plantatorów komosy ryżowej i awokado w innych regionach.

Badanie wskazuje również na luki w testowaniu. Chociaż TCRM uzyskał wynik 97,67% w walidacji krzyżowej, nie został on oceniony w ekstremalnych warunkach, takich jak powodzie czy długotrwałe susze. Przyszłe wersje muszą uwzględnić te ograniczenia, aby zbudować odporność i zaufanie.

Przyszłość sztucznej inteligencji w rolnictwie

Patrząc w przyszłość, twórcy TCRM planują integrację Wyjaśnialna sztuczna inteligencja (XAI) Narzędzia takie jak SHAP i LIME. Umożliwią one doprecyzowanie rekomendacji – na przykład pokazując rolnikom, że uprawa została wybrana ze względu na poziom potasu przekraczający próg 20%.

Kolejnym priorytetem jest ekspansja globalna; dodanie zestawów danych z Afryki (np. kukurydza w Kenii) i Ameryki Południowej (np. soja w Brazylii) sprawi, że TCRM stanie się powszechnie stosowalne.

Integracja Internetu Rzeczy w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem dronów jest również na horyzoncie. Drony mogą mapować pola co godzinę, aktualizując zalecenia w oparciu o zmieniającą się pogodę lub aktywność szkodników.

Takie innowacje mogłyby pomóc w przewidywaniu plag szarańczy lub infekcji grzybiczych, umożliwiając działania zapobiegawcze. Wreszcie, partnerstwa z rządami mogłyby dotować czujniki IoT, czyniąc rolnictwo precyzyjne dostępnym dla wszystkich rolników.

Wniosek

Transformacyjny Model Rekomendacji Upraw (TCRM) to przełom w technologii rolniczej. Łącząc sztuczną inteligencję, IoT i chmurę obliczeniową, oferuje rolnikom 94% dokładny, narzędzie do podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym, które zwiększa wydajność i oszczędza zasoby.

Choć wciąż istnieją wyzwania, takie jak koszty i bariery związane z wdrażaniem, potencjał TCRM do zrewolucjonizowania rolnictwa jest niezaprzeczalny. W obliczu globalnych zmian klimatu i wzrostu populacji, rozwiązania takie jak TCRM będą kluczowe dla stworzenia zrównoważonej i bezpiecznej żywnościowo przyszłości.

Odniesienie: Singh, G., Sharma, S. Ulepszanie rolnictwa precyzyjnego dzięki transformacyjnemu modelowi rekomendacji upraw opartemu na chmurze. Sci Rep 15, 9138 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-93417-3

Zautomatyzowane ramy sztucznej inteligencji dla MŚP. Dotacja z kraju związkowego Nadrenia Północna-Westfalia.

Z przyjemnością informujemy, że GeoPard Rolnictwo, we współpracy z Uniwersytet Nauk Stosowanych Hamm-Lippstadt, otrzymałem powiadomienie o przyznaniu dotacji od Ministerstwo Gospodarki Nadrenii Północnej-Westfalii dla projektu Zautomatyzowane ramy sztucznej inteligencji dla MŚP (AKI4KMU). Celem tej inicjatywy jest uproszczenie wykorzystania sztucznej inteligencji i jej integracji z istniejącymi procesami, ze szczególnym uwzględnieniem analiz geoprzestrzennych.

O projekcie
Ten AKI4KMU Projekt, kierowany przez konsorcjum, w którego skład wchodzą Hochschule Hamm-Lippstadt, FlyPard Analytics GmbH i Pfeifer & Langen GmbH & Co. KG, koncentruje się na wykorzystaniu sztucznej inteligencji (AI) i nowoczesnych technologii komunikacyjnych do napędzania innowacji i zrównoważonego rozwoju, szczególnie w sektorze rolnym. Małe i średnie przedsiębiorstwa (MŚP) często napotykają trudności w gromadzeniu danych, ich ocenie i wdrażaniu. Celem tego projektu jest pokonanie tych przeszkód poprzez rozwój. zautomatyzowane procesy AI i integrując je z Cyfrowe bliźniaki i technologii 5G.

z partnerem projektu prof. dr. Stefanem Henklerem

Kluczowe cele

  • Optymalizacja wydajności rolniczejWykorzystując rolnictwo precyzyjne, analizę opartą na sztucznej inteligencji i symulacje cyfrowe, projekt ma na celu zwiększenie wydajności i zrównoważonego rozwoju rolnictwa.
  • Zmniejszanie zużycia zasobów:Wnioski oparte na sztucznej inteligencji pomagają zminimalizować zużycie wody i nawozów, obniżając koszty operacyjne dla rolników.
  • Poprawa podejmowania decyzji:Sztuczna inteligencja usprawnia planowanie upraw, wykrywanie szkodników i optymalizację plonów, zwiększając produktywność i konkurencyjność.
  • Realistyczne symulacje AI:Cyfrowe bliźniaki umożliwiają testowanie scenariuszy w warunkach rzeczywistych bez konieczności przeprowadzania kosztownych eksperymentów fizycznych.

Wpływ na region
Projekt realizowany w Nadrenia Północna-Westfalia, Niemcy, jest zgodna ze strategiami innowacji regionalnych i przyczynia się do rozwój ekosystemu zaawansowanych technologii dla rolnictwa. Przez Automatyzacja oparta na sztucznej inteligencji i zrównoważone rozwiązania cyfrowe, Projekt ten umożliwia MŚP wykorzystanie pełnego potencjału sztucznej inteligencji, tworząc długoterminową wartość dla przedsiębiorstw i społeczeństwa.

Projekt dofinansowany przez Ministerstwo Gospodarki, Przemysłu, Działań na rzecz Klimatu i Energii Kraju Związkowego Nadrenia Północna-Westfalia. Współfinansowany przez Unię Europejską. Numer grantu: EFRE-20800498.

Duże gospodarstwa rolne dominują w krajobrazie rolnictwa precyzyjnego, twierdzi USDA

Coraz popularniejsze staje się wdrażanie technologii rolnictwa precyzyjnego, a liderami w tej dziedzinie są duże gospodarstwa rolne, które integrują zaawansowane narzędzia w celu zwiększenia efektywności, redukcji kosztów i zwiększenia plonów.

Według raportu Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) blisko 701 TP3T dużych gospodarstw rolnych, definiowanych jako gospodarstwa generujące roczny dochód brutto przekraczający 1 TP4T1 miliona, wykorzystuje technologie takie jak monitory plonów, systemy automatycznego sterowania i mapy gleby w celu usprawnienia swojej działalności.

Stanowi to znaczący kontrast w porównaniu z zaledwie 13% małych gospodarstw rolnych, które zgłosiły stosowanie podobnych technologii w 2023 r., zgodnie z danymi Służby Badań Ekonomicznych USDA.

Dlaczego większe gospodarstwa chętniej wdrażają rolnictwo precyzyjne

Rolnictwo precyzyjne oznacza wykorzystanie zaawansowanych technologii w celu optymalizacji praktyk rolniczych i maksymalizacji wydajności. W przypadku większych gospodarstw korzyści płynące z tych technologii są znaczące.

Koncentrując się na zwiększaniu plonów, obniżaniu kosztów operacyjnych i radzeniu sobie z nieprzewidywalnością pogody i wahaniami rynkowymi, gospodarstwa wielkoobszarowe dysponują większymi środkami finansowymi na inwestycje w technologie. Ułatwia im to wdrażanie narzędzi wymagających znacznych nakładów początkowych, takich jak monitory plonów, systemy automatycznego sterowania i sprzęt zautomatyzowany.

Według badania USDA, dysproporcja we wdrażaniu technologii jest rażąca. Podczas gdy 68% dużych gospodarstw rolnych korzystało z technologii wspomagających podejmowanie decyzji, takich jak monitory plonów i mapy glebowe, tylko 13% małych gospodarstw rolnych korzystało z tych narzędzi.

Raport podkreśla, że większe przedsiębiorstwa nie tylko dysponują możliwościami finansowymi, aby inwestować w takie technologie, ale mogą również czerpać większe korzyści z ich wdrożenia. Technologie rolnictwa precyzyjnego, zwłaszcza te koncentrujące się na automatyzacji i podejmowaniu decyzji w oparciu o dane, mogą prowadzić do wyższej wydajności, lepszego zarządzania zasobami i ostatecznie wyższych marż zysku.

Kluczowe technologie napędzające wdrażanie rolnictwa precyzyjnego

Spośród różnych dostępnych narzędzi rolnictwa precyzyjnego kilka wyróżnia się szerokim zastosowaniem w dużych gospodarstwach rolnych:

  1. Monitory wydajnościUrządzenia te mierzą ilość i jakość plonów w trakcie zbiorów. Dostarczając dane w czasie rzeczywistym, monitory plonów pozwalają rolnikom oceniać zmienność plonów na polu i podejmować świadome decyzje dotyczące zarządzania uprawami i alokacji zasobów.
  2. Systemy automatycznego kierowaniaSystemy te są integralną częścią wielkogabarytowego sprzętu rolniczego, takiego jak traktory i kombajny. System automatycznego sterowania wykorzystuje technologię GPS do kierowania maszyną, redukując ryzyko błędu ludzkiego i optymalizując dokładność operacji, takich jak sadzenie, nawożenie i zbiór. Według raportu USDA, 701 TP3T dużych gospodarstw rolnych korzystało z systemów automatycznego sterowania, w porównaniu z zaledwie 91 TP3T w małych gospodarstwach rolnych.
  3. Mapy glebowe i analiza danychTechnologia mapowania gleby dostarcza szczegółowych informacji o warunkach glebowych w całym gospodarstwie, umożliwiając rolnikom podejmowanie precyzyjnych decyzji dotyczących nawadniania, nawożenia i zasiewów. Dzięki zrozumieniu zmienności składu gleby i poziomu wilgotności, rolnicy prowadzący działalność na dużą skalę mogą zwiększyć plony i obniżyć koszty nakładów.

Czynniki wpływające na wdrażanie technologii

Raport USDA wskazuje na kilka czynników wpływających na wdrażanie rolnictwa precyzyjnego, z których najważniejsze to wielkość gospodarstwa i zasoby finansowe. Większe gospodarstwa, generujące wyższe przychody i umożliwiające długoterminowe inwestycje, chętniej wdrażają technologie wymagające znacznego kapitału początkowego.

Z drugiej strony mniejsze przedsiębiorstwa, zwłaszcza te generujące mniej niż $150 000 rocznie, mają trudności z uzasadnieniem początkowej inwestycji ze względu na ograniczone budżety i niższe marże zysku.

Oprócz ograniczeń finansowych, na wdrażanie technologii wpływa również charakter gospodarstwa. Gospodarstwa emerytalne, czyli te prowadzone przez rolników zbliżających się do emerytury, są często mniej skłonne do inwestowania w nowe technologie, ponieważ ich długoterminowe zaangażowanie w działalność rolniczą może być niepewne.

W przypadku tych działań korzyści wynikające z rolnictwa precyzyjnego mogą nie przewyższać kosztów, zwłaszcza jeśli rolnik planuje w niedalekiej przyszłości wycofać się z aktywnej działalności rolniczej.

Walka o powszechną adopcję

Chociaż technologie rolnictwa precyzyjnego oferują wyraźne korzyści, ich powszechne wdrażanie przebiega wolniej niż oczekiwano. Pomimo rosnącego wykorzystania narzędzi, takich jak monitory plonów i systemy automatycznego sterowania w dużych gospodarstwach, niektóre technologie nie zyskały jeszcze znaczącej popularności w gospodarstwach o różnej wielkości. Na przykład drony, przenośne urządzenia do monitorowania zwierząt gospodarskich i roboty dojarskie pozostają niedostatecznie wykorzystywane nawet w gospodarstwach o dużej skali działalności.

Wykorzystanie dronów, często postrzeganych jako obiecujące narzędzie do monitorowania upraw i analizy pól, w 2023 r. zgłosiło zaledwie 121 TP3T dużych gospodarstw rodzinnych. Inne zaawansowane technologicznie narzędzia, takie jak roboty dojarki i urządzenia noszone na ciele dla zwierząt gospodarskich, również odnotowały niski wskaźnik adopcji, a rolnicy wahają się przed wdrażaniem tych technologii ze względu na koszty, złożoność lub niepewne korzyści.

Rola producentów sprzętu

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na rolnictwo precyzyjne, producenci sprzętu rolniczego zwiększają inwestycje w zaawansowane technologie. Firmy opracowują bardziej przystępne cenowo i dostępne rozwiązania, aby sprostać potrzebom szerszego grona rolników, w tym tych prowadzących mniejsze gospodarstwa.

Jednak pomimo tych wysiłków rynek nadal jest wymagający, a wielu rolników wciąż waha się przed wdrażaniem nowych technologii w obliczu trudnej sytuacji gospodarczej w rolnictwie.

Producenci koncentrują się również na tworzeniu zautomatyzowanych systemów, które mogą pomóc zoptymalizować wydajność ciągników, kombajnów i innych maszyn rolniczych. Innowacje te mają pomóc rolnikom obniżyć koszty pracy i zwiększyć produktywność, zapewniając, że technologie rolnictwa precyzyjnego staną się bardziej atrakcyjne dla rolników każdej wielkości.

Wniosek

Technologie rolnictwa precyzyjnego oferują rolnikom znaczne korzyści, zwłaszcza tym zarządzającym działalnością na dużą skalę. Dzięki narzędziom takim jak monitory plonów, systemy automatycznego sterowania i mapy glebowe, duże gospodarstwa mogą optymalizować swoją produktywność, redukować koszty i stawiać czoła wyzwaniom związanym ze zmiennością rynków i nieprzewidywalnością pogody. Jednak wysokie koszty początkowe tych technologii nadal utrudniają ich wdrażanie wśród mniejszych gospodarstw, zwłaszcza tych o ograniczonych zasobach finansowych.

Wraz z rozwojem rolnictwa, prawdopodobnie nastąpi dalszy wzrost wykorzystania rolnictwa precyzyjnego. Dla drobnych rolników, opracowanie bardziej przystępnych cenowo i dostępnych rozwiązań będzie kluczem do zapewnienia powszechnego dostępu do tych technologii. Wydaje się, że przyszłość rolnictwa będzie w coraz większym stopniu kształtowana przez narzędzia cyfrowe, które pozwolą rolnikom podejmować mądrzejsze, oparte na danych decyzje w swoich gospodarstwach.

Ewolucja rolnictwa precyzyjnego: jak przeszłość kształtuje przyszłość

Precyzyjne rolnictwo (Precision Ag), innowacyjne podejście do uprawy roli, które integruje technologię, dane i zaawansowane metodologie, zmieniło krajobraz rolniczy.

Wykorzystując narzędzia takie jak nawigacja GPS, drony, czujniki i analityka danych, rolnicy mogą maksymalizować wydajność, redukować straty i optymalizować plony. Jednak ta rewolucyjna dziedzina nie powstała w izolacji. Jej ewolucja jest głęboko zakorzeniona w wielowiekowych praktykach rolniczych, pokazując, jak przeszłość stanowi prolog przyszłości.

Retrospekcja: Podstawy rolnictwa precyzyjnego

Rolnictwo zawsze było dziedziną innowacji. Na długo przed pojawieniem się nowoczesnych technologii rolnicy polegali na wnikliwej obserwacji, doświadczeniu i metodzie prób i błędów, aby zwiększyć produktywność.

Praktyki takie jak płodozmian, nawadnianie i selektywna hodowla stanowią przykłady wczesnych form rolnictwa precyzyjnego. Metody te, choć prymitywne według dzisiejszych standardów, położyły podwaliny pod nowoczesne strategie rolnicze.

Rewolucja przemysłowa w XVIII i XIX wieku stanowiła istotny punkt zwrotny. Zmechanizowany sprzęt, taki jak pługi, siewniki i młocarnie, zwiększył wydajność, umożliwiając rolnikom zarządzanie większymi poletkami.

W tym okresie pojawiły się również nawozy sztuczne i pestycydy, które dodatkowo zwiększyły plony. Innowacje te utorowały drogę dla precyzyjnych technologii, które pojawiły się w XX i XXI wieku.

Powstanie nowoczesnego rolnictwa precyzyjnego

Koncepcja rolnictwa precyzyjnego, jaką znamy dzisiaj, zaczęła nabierać kształtu pod koniec XX wieku wraz z postępem w technologii satelitarnej, mocy obliczeniowej i systemach informacji geograficznej (GIS). Kluczowe kamienie milowe tego okresu to:

  1. Technologia GPS (lata 90.): Wprowadzenie systemów GPS zrewolucjonizowało rolnictwo, umożliwiając precyzyjną nawigację maszyn. Rolnicy mogli teraz optymalizować schematy sadzenia, nawożenia i zbiorów, zmniejszając nakładanie się działań i minimalizując marnotrawstwo zasobów.
  2. Monitorowanie plonów (lata 90. XX wieku): Monitory plonów zainstalowane na kombajnach zbożowych dostarczają szczegółowych danych na temat wydajności upraw, pomagając rolnikom identyfikować obszary pól o wysokich i niskich plonach.
  3. Teledetekcja (lata 2000): Dzięki wykorzystaniu zdjęć satelitarnych i dronów rolnicy mogą monitorować stan upraw, warunki glebowe i zużycie wody z niespotykaną dotąd dokładnością.
  4. Technologia zmiennej stawki (VRT): Dzięki VRT rolnicy mogą stosować środki ochrony roślin, takie jak nasiona, nawozy i pestycydy, w różnych dawkach na całym polu, dostosowanych do konkretnych potrzeb różnych stref.

Innowacje te zapoczątkowały przejście od ogólnych praktyk rolniczych do zarządzania specyficznego dla danego miejsca, co znacznie zwiększyło wydajność i zrównoważony rozwój.

Obecny krajobraz: Rolnictwo precyzyjne dzisiaj

W XXI wieku rolnictwo precyzyjne stało się fundamentem nowoczesnego rolnictwa. Dzisiejsze technologie obejmują zaawansowane czujniki, algorytmy uczenia maszynowego i analizę danych w czasie rzeczywistym. Kluczowe trendy kształtujące obecny krajobraz to:

  • Duże zbiory danych i sztuczna inteligencja: Rolnicy zbierają obecnie ogromne ilości danych ze swoich pól, w tym o składzie gleby, warunkach pogodowych i wydajności upraw. Sztuczna inteligencja przetwarza te dane, aby generować praktyczne wnioski.
  • Internet rzeczy (IoT): Inteligentne czujniki i urządzenia IoT umożliwiają ciągły monitoring warunków terenowych, co pozwala na podejmowanie decyzji w czasie rzeczywistym.
  • Maszyny autonomiczne: Samojezdne ciągniki i robotyczne kombajny zmniejszają zapotrzebowanie na siłę roboczą, jednocześnie zwiększając precyzję i wydajność.
  • Skupienie się na zrównoważonym rozwoju: Precyzyjne rolnictwo wpisuje się w rosnący nacisk na zrównoważony rozwój poprzez minimalizację wykorzystania zasobów, redukcję wpływu na środowisko i poprawę sekwestracji węgla w glebie.

Przyszłość rolnictwa precyzyjnego

Patrząc w przyszłość, rolnictwo precyzyjne będzie się rozwijać w miarę jak nowe technologie będą zmieniać oblicze branży. Do najbardziej obiecujących osiągnięć należą:

  • Edycja genów: Narzędzia takie jak CRISPR mogą umożliwić tworzenie upraw specjalnie zaprojektowanych do rolnictwa precyzyjnego, których cechy będą zoptymalizowane pod kątem lokalnych warunków glebowych i klimatycznych.
  • Analityka predykcyjna: Postęp w dziedzinie sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego poprawi dokładność modeli predykcyjnych, pomagając rolnikom przewidywać takie wyzwania, jak inwazje szkodników czy anomalie pogodowe.
  • Technologia blockchain: Technologia blockchain może zwiększyć przejrzystość i identyfikowalność łańcuchów dostaw produktów rolnych, gwarantując etyczne pozyskiwanie produktów i uczciwe ceny.
  • Rozszerzona łączność: Dzięki wdrożeniu sieci 5G obszary wiejskie uzyskają dostęp do szybkiego Internetu, co umożliwi wprowadzenie jeszcze bardziej zaawansowanych technologii rolnictwa precyzyjnego.

Przeszłość jako prolog: nauka z historii

Historia rolnictwa precyzyjnego niesie ze sobą ważną lekcję: innowacja opiera się na fundamentach przeszłości. Wczesne praktyki rolnicze nauczyły nas, jak ważna jest obserwacja i adaptacja. Era mechanizacji uwypukliła wartość wydajności i skalowalności. Dzisiejsze rolnictwo precyzyjne łączy te doświadczenia z najnowocześniejszą technologią, aby sprostać wyzwaniom związanym z wyżywieniem rosnącej populacji na świecie.

Rozumiejąc i doceniając historyczny kontekst rolnictwa precyzyjnego, możemy lepiej ukierunkować jego przyszłość. Przeszłość służy nie tylko jako przewodnik, ale także jako przypomnienie, że postęp to ciągła podróż, zakorzeniona w pomysłowości i odporności tych, którzy byli przed nami.

Wniosek

Rolnictwo precyzyjne jest świadectwem siły ludzkiej innowacyjności i nieprzemijającej aktualności historii. Stojąc u progu nowych przełomów, musimy zdać sobie sprawę, że postęp jutra będzie kształtowany przez dzisiejsze spostrzeżenia i lekcje przeszłości. Akceptując tę ciągłość, możemy zapewnić dalszy rozwój rolnictwa precyzyjnego, wspierając zrównoważoną i pomyślną przyszłość zarówno dla rolników, jak i dla planety.

Turkmenistan przyjął zaawansowaną technologię teledetekcji w celu usprawnienia monitorowania upraw

Rolnictwo w Turkmenistanie ma niewielki udział w produkcie krajowym brutto (PKB) kraju, ale ma istotne znaczenie strategiczne. Duża część ludności zamieszkuje obszary wiejskie, a ponad 40% siły roboczej jest zatrudniona w sektorze rolniczym.

Od czasu uzyskania niepodległości w 1991 r. Turkmenistan stoi przed wyzwaniami związanymi z modernizacją swoich praktyk rolniczych, w tym brakiem nowoczesnego systemu monitorowania upraw, który byłby w stanie dostarczać wiarygodne i aktualne dane. Taki system ma kluczowe znaczenie dla świadomego podejmowania decyzji, zrównoważonego zarządzania gruntami i zwiększania produktywności.

Aby wypełnić tę lukę, Turkmenistan nawiązał współpracę z Organizacją Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) w celu wprowadzenia zaawansowanych technologii teledetekcji i wiedzy specjalistycznej w zakresie monitorowania użytkowania gruntów.

Współpraca ta, w ramach nowo uruchomionego projektu Programu Współpracy Technicznej FAO (TCP), ma na celu optymalizację procesów związanych z monitorowaniem upraw, prognozowaniem i sprawozdawczością statystyczną, a także testowanie nowych metodologii poprzez zastosowania terenowe. Projekt ma trwać do końca 2026 roku.

W dniu 7 stycznia 2025 r. projekt został oficjalnie podpisany przez Viorel Gutu, zastępcę dyrektora generalnego FAO i przedstawiciela regionalnego na Europę i Azję Środkową, oraz Charyyara Chetiyeva, ministra rolnictwa Turkmenistanu.

“Teledetekcja oferuje innowacyjne metody gromadzenia i analizy danych, które mogą przynieść korzyści różnym sektorom, w tym rolnictwu, zarządzaniu zasobami wodnymi i reagowaniu na klęski żywiołowe” - powiedział Maxim Gorgan, główny specjalista techniczny FAO ds. projektu. “W rolnictwie zapewnia wgląd w czasie zbliżonym do rzeczywistego w obszary zasiewów, dynamikę wegetacji, szacunki plonów, stres wodny, planowanie nawadniania, a nawet monitorowanie szkodników i chorób”.”

Początkowa faza projektu obejmie dokładny przegląd istniejących przepisów i ram instytucjonalnych związanych z monitorowaniem upraw i teledetekcją, wraz z zaleceniami dotyczącymi niezbędnych ulepszeń. Metodologia zintegruje zaawansowaną technologię z tradycyjnymi metodami statystycznymi, pobieraniem próbek i gromadzeniem danych.

FAO opracuje również dostosowany do potrzeb program szkoleniowy dla personelu ministerstwa i Służby Zasobów Ziemi, aby wyposażyć ich w umiejętności potrzebne do wdrożenia i obsługi nowego systemu monitorowania upraw opartego na teledetekcji. Dodatkowo, w ramach inicjatywy zbadane zostanie włączenie teledetekcji do programów nauczania w szkolnictwie wyższym.

Aby zademonstrować potencjał systemu, utworzone zostaną poletka pilotażowe z różnymi uprawami i warunkami agroklimatycznymi. Te obszary demonstracyjne wygenerują dane w celu udoskonalenia metodologii i poinformują o opracowaniu koncepcji skalowania podejścia w całym kraju.

“Dla rolników technologia ta może pomóc zidentyfikować konkretne potrzeby różnych obszarów na polu, umożliwiając bardziej efektywne wykorzystanie wody, nawozów i innych środków produkcji, co ostatecznie prowadzi do lepszych plonów” - dodał Gorgan.

W całym projekcie FAO będzie przestrzegać swoich regionalnych i globalnych wytycznych, kładąc nacisk na równość płci i odpowiedzialne zarządzanie gruntami.

Projekty Programu Współpracy Technicznej FAO zapewniają krajom członkowskim dostęp do wiedzy technicznej i wsparcia organizacji, przyczyniając się do realizacji Celów Zrównoważonego Rozwoju i wspierając długoterminowy rozwój rolnictwa.

Drukowane czujniki gleby mogą pomóc rolnikom zwiększyć plony i obniżyć koszty

Inżynierowie z Uniwersytetu Wisconsin–Madison stworzyli niedrogie czujniki do monitorowania poziomu azotanów w glebie w czasie rzeczywistym w typach gleb powszechnie występujących w stanie Wisconsin. Te drukowane czujniki elektrochemiczne mogą pomóc rolnikom podejmować trafniejsze decyzje dotyczące nawożenia, potencjalnie oszczędzając im pieniądze.

“Nasze czujniki dają rolnikom lepszy obraz poziomu składników odżywczych w glebie i dostępności azotanów dla upraw. Informacje te pozwalają im podejmować precyzyjne decyzje dotyczące ilości potrzebnego nawozu” – mówi Joseph Andrews, adiunkt na Wydziale Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Wisconsin-Madison i główny badacz. “Zmniejszenie zużycia nawozów może oznaczać znaczne oszczędności kosztów, szczególnie w dużych gospodarstwach rolnych”.”

Azotany są niezbędne dla wzrostu upraw, ale ich zbyt duża ilość może przedostawać się do wód gruntowych, zanieczyszczając wodę pitną i szkodząc środowisku. Te nowe czujniki mogą również służyć jako narzędzia w badaniach rolniczych, śledząc spływ azotanów i wskazując lepsze praktyki w celu ograniczenia zanieczyszczeń.

Tradycyjne metody monitorowania azotanów w glebie są czasochłonne, kosztowne i nie dają natychmiastowych rezultatów. Aby temu zaradzić, Andrews, ekspert w dziedzinie elektroniki drukowanej, wraz ze swoim zespołem zaprojektował te czujniki jako prostszą i bardziej ekonomiczną alternatywę.

W ramach tego projektu naukowcy wykorzystali metodę druku atramentowego do stworzenia czujników potencjometrycznych, czyli cienkowarstwowych czujników wykorzystujących reakcje elektrochemiczne. Czujniki te są zazwyczaj używane do dokładnego pomiaru poziomu azotanów w roztworach ciekłych. Zazwyczaj jednak nie sprawdzają się one dobrze w glebie, ponieważ szorstkie cząsteczki gleby mogą zarysować czujniki i wpłynąć na dokładność odczytów.

Kształt i instalacja czujników glebowych drukowanych.jpg

Andrews wyjaśnia: “Naszym głównym celem było sprawienie, aby te czujniki elektrochemiczne działały skutecznie w trudnych warunkach glebowych i dokładnie wykrywały jony azotanowe”.”

Aby rozwiązać ten problem, zespół dodał warstwę ochronną na czujnik, używając materiału o nazwie polifluorek winylidenu. Według Andrewsa, materiał ten ma dwie ważne cechy. Po pierwsze, ma niezwykle małe pory, około 400 nanometrów, które przepuszczają jony azotanowe, ale nie przepuszczają cząsteczek gleby. Po drugie, jest hydrofilowy, co oznacza, że przyciąga wodę jak gąbka.

Andrews mówi: “Oznacza to, że każda woda zawierająca azotany zostanie wchłonięta przez nasz czujnik, co jest kluczowe, ponieważ gleba również wchłania wodę. Bez tego czujnik miałby trudności z uzyskaniem wystarczającej ilości wilgoci, ale ponieważ nasz materiał jest taki sam jak gleba pod względem absorpcji wody, pomaga on przyciągać wodę bogatą w azotany do powierzchni czujnika, zapewniając dokładne odczyty”.”

Naukowcy podzielili się swoimi postępami w artykule opublikowanym w marcu 2024 r. w czasopiśmie Advanced Material Technologies.

Drukowane czujniki gleby działają i testują

Zespół przetestował swoje czujniki w dwóch rodzajach gleby występujących w Wisconsin: piaszczystej, powszechnej w północno-centralnej części kraju, oraz gliniasto-piaszczystej, występującej w południowo-zachodniej części stanu. Stwierdzono, że czujniki dawały dokładne wyniki w obu rodzajach gleby.

Teraz naukowcy dodają swoje czujniki azotanów do systemu, który nazywają “naklejką czujnikową”. System ten łączy trzy różne czujniki – azotanów, wilgoci i temperatury – na elastycznej folii plastikowej z klejem z tyłu.

Planują umieścić kilka takich naklejek na pręcie na różnych wysokościach, a następnie zakopać go w glebie. Taka konfiguracja pozwoli im mierzyć warunki na różnych głębokościach gleby.

Andrews wyjaśnia: “Poprzez pomiar stężenia azotanów, wilgotności i temperatury na różnych głębokościach gleby możemy teraz śledzić proces wypłukiwania azotanów i obserwować, w jaki sposób azotany przemieszczają się przez glebę, czego wcześniej nie mogliśmy robić”.”

Latem 2024 roku naukowcy będą kontynuować testowanie czujników, umieszczając 30 prętów czujnikowych w glebie na stacjach badawczych Hancock i Arlington Agricultural Research Stations należących do UW–Madison.

Zespół pracuje nad opatentowaniem tej technologii za pośrednictwem Wisconsin Alumni Research Foundation.

Współautorami z UW–Madison są Kuan-Yu Chen, Aatresha Biswas, Shuohao Cai i profesor Jingyi Huang z Wydziału Gleboznawstwa.

Badania te były finansowane przez program podstawowy USDA Agriculture and Food Research Initiative (nr projektu WIS04075), grant Signals in the Soil przyznany przez National Science Foundation nr 2226568 oraz University of Wisconsin–Madison Dairy Innovation Hub.

Wyzwania, z którymi mierzą się amerykańscy rolnicy w związku z ubezpieczeniami upraw i zmianami klimatycznymi

Bloomberg: W Kansas długotrwała susza zniszczyła plony i zniszczyła glebę, ale farma Gail Fuller wyróżnia się na tle innych. Jego owce, krowy i kury swobodnie wędrują, żywiąc się uprawami i roślinami w bujnym i tętniącym życiem otoczeniu.

Jeśli jednak farmę Fullera nawiedzi tornado, powódź lub dotkliwa susza, będzie musiał sam pokryć wszystkie koszty. Wynika to z faktu, że jego metody uprawy nie są objęte federalnym ubezpieczeniem upraw, które jest starą formą zabezpieczenia, nie nadążającą za zmianami klimatu.

Fuller jest jednym z wielu rolników, którzy nie mają wystarczającego ubezpieczenia, ponieważ branża nie popiera przejścia z rolnictwa tradycyjnego na regeneracyjne. Rolnictwo regeneracyjne może pomóc w wychwytywaniu wystarczającej ilości dwutlenku węgla, aby zmniejszyć emisje rolnicze o połowę do 2030 roku.

Zmiana ta jest ważna dla spowolnienia zmian klimatycznych i ochrony rolników przed ich skutkami, jednak branża ubezpieczeniowa nie nadąża za tymi zmianami.

W Stanach Zjednoczonych rolnictwo odpowiada za około 111 TP3T wszystkich emisji gazów cieplarnianych. Duża część z nich pochodzi z uprawy gleby, która uwalnia dwutlenek węgla, oraz stosowania zbyt dużej ilości nawozów, które emitują tlenek azotu.

Podtlenek azotu to gaz cieplarniany, który jest ponad 270 razy silniejszy niż CO2. Rolnictwo regeneracyjne pomaga ograniczyć te emisje poprzez absorpcję dwutlenku węgla poprzez fotosyntezę, magazynowanie węgla w glebie i wychwytywanie azotu, który w przeciwnym razie spływałby do pobliskich strumieni.

Ekstremalne zjawiska pogodowe zdarzają się coraz częściej i zagrażają uprawom oraz łańcuchom dostaw. Według amerykańskiego Monitora Suszy (US Drought Monitor), dwadzieścia cztery stany, w tym Kansas, zmagają się z suszą od poważnej do wyjątkowej. To problem, podobnie jak ulewne deszcze, które mogą zalać uprawy i których opady są coraz intensywniejsze.

Naukowcy ze Stanford University odkryli, że prawie 201 TP3 ton z 1 TP4 ton 140 miliardów dolarów wypłaconych z tytułu ubezpieczeń upraw w latach 1991-2017 było spowodowane wzrostem temperatur. Uważają, że odsetek ten będzie rósł w miarę jak ekstremalne zjawiska pogodowe będą się nasilać z powodu zmian klimatu.

Jak twierdzi Anne Schechinger, dyrektor Midwest w niezależnej organizacji Environmental Working Group (EWG), pomimo tych zagrożeń i korzyści, jakie rolnictwo regeneracyjne oferuje w walce ze zmianami klimatu, silniejsze zachęty pozwoliły utrzymać obecny system.

Polisy ubezpieczeniowe upraw obejmują głównie popularne uprawy, takie jak kukurydza, soja, bawełna i pszenica. Rolnicy uprawiający te rośliny zazwyczaj wykupują ubezpieczenie od wielu ryzyk, które chroni ich przed nieurodzajem spowodowanym przez choroby, powodzie, susze i inne niekorzystne warunki pogodowe.

Podobnie jak w przypadku ubezpieczeń zdrowotnych, samochodowych czy majątkowych, ocena strat lub szkód w ubezpieczeniu upraw opiera się na standardach zwanych Dobrymi Praktykami Rolniczymi. Standardy te gwarantują, że niskie plony nie są spowodowane złym zarządzaniem.

Przepisy te nie mogą jednak obejmować praktyk, które mogłyby obniżyć plony, dlatego zazwyczaj opierają się na tradycyjnych, przemysłowych metodach monokultury. Na przykład rolnik, który uprawia różne rośliny w rzędach lub zbyt późno kończy uprawę roślin okrywowych, może mieć odrzucone roszczenia ubezpieczeniowe.

Rolnictwo regeneratywne często oznacza uprawę różnych roślin na tym samym polu i stosowanie roślin wieloletnich o niższych plonach, co może stwarzać problemy dla ubezpieczycieli. Jednak według profesor Silvii Secchi z Uniwersytetu Iowa, wysokość odszkodowań z tytułu ubezpieczeń upraw w większości nie zależy od tego, czy praktyki stosowane przez rolnika zwiększają, czy zmniejszają ryzyko klimatyczne.

Fuller, rolnik z rodziny z trzema pokoleniami tradycji rolniczych, zaczął testować regeneracyjne metody rolnictwa w połowie lat 90. Wierzył, że z czasem metody te przyniosą wyższe plony i silniejsze plony.

Poza sezonem sadził rośliny okrywowe, co jest powszechną praktyką regeneracyjną. Są to uprawy nierynkowe, które poprawiają zdrowie gleby. W tym czasie Fuller nadal posiadał ubezpieczenie upraw i przestrzegał jego zasad, niszcząc rośliny okrywowe herbicydami przed zasianiem roślin rynkowych.

W sierpniu 2012 roku panowała dotkliwa susza, a firma ubezpieczeniowa Fullera przeprowadziła inspekcję jego ziemi. Uznali, że pozostałe rośliny okrywowe to chwasty i odrzucili wszystkie jego roszczenia. Z tego powodu instytucja pożyczkowa odebrała mu linię kredytową.

Fuller pozwał swoją firmę ubezpieczeniową do sądu i wygrał. Jednak dwa lata później, gdy potrzebował ich do pokrycia strat na dwóch polach soi, firma ponownie odrzuciła jego roszczenia. Te problemy finansowe zmusiły go do zmniejszenia powierzchni gospodarstwa z 1800 akrów do 400 akrów i ostatecznie zdecydował się zrezygnować z ubezpieczenia upraw.

“Kiedy jako rolnik zbankrutujesz, bardzo trudno jest się od tego odbić” – powiedział Fuller. “Nie chciałem być częścią tego systemu. Musimy znaleźć lepszy sposób na gospodarowanie”.”

W ciągu ostatniej dekady Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych wprowadził zmiany w programie ubezpieczeń upraw, aby przeciwdziałać zagrożeniom klimatycznym. Zmiany te obejmują dodanie ochrony dla nowych upraw oraz wprowadzenie zachęty w wysokości $5 na akr do sadzenia roślin okrywowych poza sezonem.

Agencja Zarządzania Ryzykiem, która nadzoruje federalne ubezpieczenia upraw, rozszerzyła zakres ochrony niektórych praktyk przyjaznych dla klimatu, takich jak ograniczenie zużycia wody, stosowanie roślin okrywowych i wstrzykiwanie azotu do gleby zamiast rozprowadzania go po niej.

Rolnicy muszą jednak przestrzegać określonych zasad, takich jak wcześniejsze zakończenie uprawy roślin okrywowych, co zdaniem niektórych naukowców ogranicza skuteczność tych praktyk w ograniczaniu emisji.

System ubezpieczeń upraw już teraz zmaga się z wyzwaniami związanymi ze zmianami klimatu. Musi on zostać dostosowany, aby promować praktyki odpowiednie dla różnych regionów i uwzględniać zróżnicowane ryzyko, powiedział rzecznik USDA. Program musi również zachować stabilność finansową, co oznacza, że musi pobierać składki wystarczająco wysokie, aby pokryć przewidywane straty.

“Nawet na niewielką skalę, silna burza może zaszkodzić jednemu rodzajowi upraw, a jednocześnie zapewnić tak potrzebny deszcz innemu” – powiedział rzecznik USDA w wywiadzie dla Bloomberg Green.

“Ubezpieczenie upraw jest dobrowolne” – powiedział RJ Layher, dyrektor ds. rządowych w American Farm Bureau Federation. Dodał, że rolnicy stosujący techniki regeneracyjne nieobjęte Dobrymi Praktykami Rolniczymi mogą szukać innych opcji, na przykład wykazać Agencji Zarządzania Ryzykiem, że ich praktyki są stabilne finansowo.

Trudno jest pojedynczemu rolnikowi zebrać wystarczająco dużo danych, aby wykazać, że przyjazne dla klimatu praktyki, takie jak dywersyfikacja upraw, nie wpłyną na plony.

W 2014 roku Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) uruchomił Program Ochrony Dochodów z Całości Gospodarstwa Rolnego (Whole-Farm Revenue Protection Program). Program ten ubezpiecza cały dochód gospodarstwa, a nie tylko pojedyncze uprawy. Oferuje on siatkę bezpieczeństwa dla rolników, którzy uprawiają rośliny towarzyszące lub hodują zwierzęta na swoich polach.

Jednak niewielu rolników uczestniczy w Programie Ochrony Przychodów z Całego Gospodarstwa Rolnego. Według Schechingera z EWG, w 2023 roku sprzedano zaledwie około 1800 polis. To mniej niż 11 ton TP3T z tytułu ubezpieczenia upraw. Program wiąże się z dużą ilością formalności i limitem przychodów, który nie zawsze obejmuje przychody całego gospodarstwa, co utrudnia agentom ubezpieczeniowym sprzedaż polis i rolnikom ich zakup, twierdzi Layher.

Layher powiedział również, że Biuro ds. Rolnictwa popiera ułatwienie rolnikom korzystania z Programu Ochrony Przychodów z Całego Gospodarstwa Rolnego i sprzedaży agentom ubezpieczeniowym. Te ulepszenia są sugerowane w ustawie rolnej, której rozpatrywanie w Izbie Reprezentantów zostało opóźnione co najmniej do września.

Ruch rolnictwa regeneracyjnego jest wciąż niewielki, ale w ostatnich latach rozwinął się dzięki wsparciu federalnemu i zainteresowaniu agrobiznesu. Firmy takie jak CoverCress Inc., w większości należąca do Bayer AG, zachęcają rolników do sadzenia roślin okrywowych jako zrównoważonego paliwa lotniczego. General Mills Inc. prowadzi programy pilotażowe, aby pomóc 24 rolnikom uprawiającym pszenicę w Wichita w stanie Kansas rozpocząć stosowanie praktyk regeneracyjnych.

Obecnie naciski na zmianę przepisów ubezpieczeniowych zależą głównie od rolników takich jak Fuller i Rick Clark. Clark jest rolnikiem trzeciego pokolenia z zachodnio-środkowej Indiany, który od sześciu lat nie jest ubezpieczony, ponieważ zajmuje się rolnictwem regeneracyjnym.

Kiedy Clark nie pracuje na swojej farmie, na której na całej powierzchni 7000 akrów stosuje się rośliny okrywowe, uczy innych rolników, jak zrezygnować ze stosowania nawozów chemicznych i zamiast nich stosować rośliny okrywowe.

“Musimy zadbać o to, by droga do zmiany była prosta” – powiedział Clark. Jednym z największych problemów nieubezpieczonych rolników jest to, że ich pożyczkodawcy często wymagają od nich posiadania ubezpieczenia, aby móc nadal zaciągać pożyczki.

Pod koniec 2022 roku Clark przemawiał przed Kongresem w imieniu Regenerate America, grupy forsującej reformę rolnictwa. Zaapelował o wprowadzenie zmian, które zdaniem Schechingera są niezbędne. Dzień po wystąpieniu Clarka Kongres uchwalił ustawę o redukcji inflacji, ważną ustawę klimatyczną prezydenta Joe Bidena, która przewiduje 14 bilionów dolarów na programy ochrony środowiska USDA (USDA) w wysokości 19,5 miliarda dolarów. Clark czuł, że miał w tym swój mały udział.

“Czasami, kiedy mówisz, zastanawiasz się, czy ktoś słucha” – powiedział Clark. Ale potem “czujesz, że twoje słowa nie trafiają w próżnię i że niektórzy ludzie naprawdę zwracają na ciebie uwagę”.”

Źródło:Bloomberg Businessweek (Bloomberg LP)

Stopniowa zmiana w kierunku rolnictwa precyzyjnego

Od lat 90. XX wieku celem rolnictwa precyzyjnego jest zrewolucjonizowanie rolnictwa poprzez dostarczanie rolnikom szczegółowych informacji o ich uprawach i technologii umożliwiających efektywne wykorzystanie tych danych.

Dokonano wielu postępów, które zwiększyły precyzję w rolnictwie. Nowoczesne ciągniki potrafią samodzielnie sterować maszyną za pomocą GPS, a rolnicy mogą teraz regulować tempo wysiewu nasion i nawożenia. Postęp zaobserwowano również w genetyce upraw i zwalczaniu chwastów.

“Jedyne, czego nie udoskonaliliśmy, to czujnik” – powiedział Pablo Sobron, założyciel Impossible Sensing. “Umiejętność dostrzegania rzeczy, które mają znaczenie, zarówno w roślinach, glebie, jak i korzeniach”.”

Sobron i jego zespół naukowców z St. Louis opracowują obecnie drugi prototyp czujnika przeznaczonego do montażu z tyłu siewnika. Czujnik ten umożliwi rolnikom podgląd informacji w czasie rzeczywistym o poziomie składników odżywczych, kondycji gleby, warunkach wodnych i innych czynnikach wpływających na poszczególne rośliny podczas przejazdu przez pola.

“Naszym zdaniem dokładniejsza wiedza o tym, które obszary gospodarstwa wymagają więcej lub mniej nawozu, pomoże rolnikom w stosowaniu odpowiedniej ilości” – powiedział Sobron. “Prawdziwą wartością i potrzebą jest dostarczanie spostrzeżeń i wiedzy, wskazywanie, co i kiedy należy zrobić”.”

Dane te powinny pomóc rolnikom podejmować decyzje, które nie tylko zwiększą ich zyski, ale także ograniczą nadmierne stosowanie nawozów i środków chemicznych oraz sprawią, że nawadnianie będzie bardziej ukierunkowane.

Sobron przyznał jednak, że postęp w rolnictwie precyzyjnym nie zmienił jeszcze całkowicie rolnictwa.

“Produkt nie spełnia oczekiwań, jakie zrodziły się z jego reklam” – powiedział.

Prawdopodobnie upłyną lata, zanim obiecujące narzędzia, takie jak lasery, znajdą zastosowanie na tysiącach, nie mówiąc już o milionach akrów ziemi uprawnej.

“Eksperymentowanie to ryzyko” – powiedział Bill Leigh, rolnik z hrabstwa Marshall w stanie Illinois, który wraz z bratem uprawia około 2200 akrów kukurydzy i soi. Od początku lat 80. Leigh stopniowo wzbogacał swój sprzęt o coraz bardziej precyzyjne narzędzia, które pomogły mu wydajniej sadzić nasiona oraz stosować nawozy, herbicydy i fungicydy.

Ale zmiany te są powolne – wyjaśnił.

“To nie jest skok na głęboką wodę, to proces” – powiedział Leigh. “To po prostu zbyt kosztowne i zbyt duże ryzyko, żeby wykonać ten skok i uświadomić sobie, że na końcu nie ma skoczni wzwyż, tylko kawałek betonu”.”

Nowa technologia rolnicza może w niektórych przypadkach kosztować ponad 1 400 000 TP. Leigh jest skłonny do takich inwestycji, jeśli tylko osiągnie zysk. Ten aspekt finansowy jest kluczowy, ponieważ wiele gospodarstw rolnych działa z niskimi marżami.

Zdaniem Chada Zimmermana, dyrektora BioSTL Agrifood, wciąż istnieje luka między dostępną nową technologią a rolnikami, którzy ją wykorzystują, ponieważ wielu z nich nie może sobie pozwolić na wypróbowanie czegoś nowego na wszystkich swoich polach.

“Nie możemy od nich oczekiwać, że podejmą większe ryzyko i po prostu zgodzą się na zmniejszenie zysków, by osiągnąć cel kogoś innego” – powiedział Zimmerman.

To wywiera presję na firmy, aby udowodniły, że ich technologie rolnictwa precyzyjnego rzeczywiście działają. Wiele z nich nad tym pracuje, zauważyła Alison Doyle, zastępca dyrektora w Parku Badawczym Uniwersytetu Stanowego Iowa.

“Wiele firm z branży rolniczej pozycjonuje się bardziej w sektorze technologicznym niż w tradycyjnym rolnictwie” – powiedział Doyle.

Siła robocza jest kluczowym czynnikiem. Dziś jest mniej pracowników rolnych niż kiedyś, a dzisiejsze gospodarstwa są znacznie większe – dodał Doyle.

“Kiedy prowadzisz tak dużą działalność, gdzie ceny surowców i nakładów są na tym samym poziomie, szukasz choćby odrobiny marży, gdziekolwiek się da” – powiedziała. “Dlatego te precyzyjne narzędzia stają się niezbędne”.”

W jaki sposób SDSU kształtuje rewolucję w rolnictwie precyzyjnym w tym stanie?

Uniwersytet Stanowy Dakoty Południowej (SDSU) był pionierem programu mającego na celu naukę i pomoc rolnikom w stosowaniu rolnictwa precyzyjnego.

W Brookings w Dakocie Południowej nowy program rolnictwa precyzyjnego SDSU skutecznie zachęcił lokalnych i niektórych innych rolników z regionu Środkowego Zachodu do wdrażania większej liczby technologii w swoich gospodarstwach. Jednak rolnicy w innych stanach wdrażają tę technologię wolniej.

SDSU stał się pierwszym uniwersytetem w kraju, który wprowadził program edukujący i pomagający rolnikom w stosowaniu rolnictwa precyzyjnego, czyli nauki polegającej na łączeniu nowych technologii i tradycyjnych metod w celu zwiększenia wydajności operacyjnej, co prowadzi do zwiększenia plonów przy jednoczesnym ograniczeniu wpływu na środowisko.

Przykładowo wykorzystanie satelitów GPS pozwala na dostarczanie środków chemicznych i nawozów dokładnie tam, gdzie są najbardziej potrzebne.

Ali Mirzakhani Nafchi, adiunkt w centrum rolnictwa precyzyjnego, wspomniał, że szkoła pracuje nad zwiększeniem wykorzystania tej technologii poprzez edukację i badania, aby uczynić ją bardziej praktyczną dla rolników.

“Jestem bardzo optymistycznie nastawiony i wierzę, że to zadziała. Zmiany zobaczymy nie tylko w Dakocie Południowej, w kraju i na świecie” – powiedział Nafichi.

Według badania przeprowadzonego przez Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych, Dakota Południowa ma jeden z najwyższych wskaźników wykorzystania technologii rolnictwa precyzyjnego – 53% rolników korzysta tam z tej technologii.

Według badania przeprowadzonego przez Ness School of Management and Economics na uniwersytecie SDSU, w innych stanach Środkowego Zachodu, takich jak Dakota Północna, Iowa, Illinois i Nebraska, ponad połowa rolników stosuje rolnictwo precyzyjne.

Jednakże, jak wynika z badania Nessa, w skali kraju jedynie 27% rolników stosuje praktyki rolnictwa precyzyjnego w zarządzaniu uprawami lub hodowlą zwierząt.

Korzyści z precyzyjnego rolnictwa i wyzwania związane z jego wdrażaniem

Technologie rolnictwa precyzyjnego (precyzyjnego) zyskują coraz większą popularność wśród rolników. Jedną z powszechnie stosowanych technologii jest automatyczne sterowanie maszynami. Pomaga ono rolnikom kierować maszynami bez konieczności ręcznego sterowania. Inną ważną technologią jest “georeferencja”, która polega na wykonywaniu cyfrowych zdjęć w celu precyzyjnego określenia lokalizacji.

Korzyści z precyzyjnego rolnictwa i wyzwania związane z jego wdrażaniem

Zdjęcia satelitarne są również powszechnie stosowane – według badania przeprowadzonego przez firmę Ness, skorzystało z nich blisko 601 TP3T rolników. Technologia ta pozwala rolnikom oglądać swoje pola z góry. Badania przeprowadzone przez Stowarzyszenie Producentów Sprzętu pokazują, że technologie rolnictwa precyzyjnego zazwyczaj zwiększają plony o 41 TP3T i poprawiają efektywność nawożenia o 71 TP3T. Ponadto rolnictwo precyzyjne zmniejsza zużycie herbicydów, pestycydów, paliw kopalnych i wody.

Jednak pomimo korzyści w postaci zwiększenia zysków i plonów, czynniki takie jak koszty i brak ogólnej wiedzy na temat rolnictwa precyzyjnego uniemożliwiły wielu rolnikom wykorzystanie tych technologii tak powszechnie, jak oczekiwano.

Anna Karels, studentka centrum rolnictwa precyzyjnego, zauważyła, że chociaż na początku wymaga to nakładów finansowych, to w dłuższej perspektywie przynosi oszczędności.

“Myślę, że wielu rolnikom trudno jest zrozumieć, że tak, może to początkowo zwiększyć koszty, ale z czasem się to opłaci” – powiedział Karels.

Nafchi wspomniał, że obniżenie stawki początkowej zachęci większą liczbę rolników do korzystania z tej technologii.

“Początkowe koszty stosowania zmiennej stawki są zbyt wysokie” – powiedział Nafchi. “Wyobraźmy sobie, co by było, gdybyśmy otrzymali pomoc. Moglibyśmy jakoś ją obniżyć, obniżyć koszty początkowe, albo po prostu zapewnić im zachętę, inwestycję i poprosić, żeby po prostu spróbowali. A potem zobaczą, że zwrot z inwestycji jest naprawdę dobry. Jestem bardzo optymistycznie nastawiony, że z niej skorzystają”.”

Jeśli początkowe koszty okażą się zbyt wysokie dla niektórych rolników, dostępne są programy pomocowe. Według Biura Odpowiedzialności Rządu USA (US Government Accountability Office), Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych (USDA) i Narodowej Fundacji Nauki (National Science Foundation) przeznaczono prawie 14 biliony dolarów na badania i rozwój w dziedzinie rolnictwa precyzyjnego w latach 2017-2021.

Innym powodem niskiego wskaźnika adopcji jest brak wiedzy na temat nowej technologii. Rolnicy z Dakoty Południowej mają jednak możliwości, aby dowiedzieć się więcej.

“Dealerzy tacy jak John Deere organizują wiele szkoleń, podczas których pokazują rolnikom, jak korzystać z maszyn” – powiedział Karels.

Centrum Rolnictwa Precyzyjnego Raven

Centrum Precyzyjnego Rolnictwa Raven powstało, aby umożliwić studentom tego kierunku naukę precyzyjnego rolnictwa w praktyce.

W budynku znajdują się pomieszczenia wypełnione sprzętem i produktami rolnictwa precyzyjnego, z których uczniowie korzystają w praktyce. Budynek otwarto w sierpniu 2021 roku, a jego koszt wyniósł 144,2 mln TP4T46,2 mln, co czyni go pierwszym programem rolnictwa precyzyjnego w kraju.

Centrum Rolnictwa Precyzyjnego Raven

“Chcemy przenieść nasz program rolnictwa precyzyjnego na wyższy poziom i zapewnić naszym studentom jeszcze lepsze doświadczenia” – powiedział Muthukumrappan.

Wydział musi nadal wprowadzać zmiany, aby nadążać za nowymi technologiami. Zdaniem niektórych studentów to jeden z obszarów, w którym program może się poprawić.

“Program rolnictwa precyzyjnego będzie musiał się stale zmieniać, aby dostosować się do wszystkich nowych technologii, które się pojawiają. Myślę, że SDSU mogłoby sobie z tym nieco lepiej poradzić” – powiedział Karels.

Program nad tym pracuje.

Jedną ze zmian jest dodanie większej liczby wyspecjalizowanych kierunków, które będą gromadzić więcej danych na temat rolnictwa precyzyjnego.

“Wcześniej mieliśmy jeden przepis dla wszystkich studentów zapisanych na program rolnictwa precyzyjnego, co oznacza, że łączymy agronomię i technologie, tworząc jeden, solidny program” – powiedział Muthukumrappan. “Teraz czynimy go bardziej przyjaznym dla użytkownika. Mamy trzy różne ścieżki. Jedna dotyczy technologii. Druga agronomii. A trzecia danych, elektronicznych uderzeń”.”

“Obecnie nasza nowa kadra pracuje nad rozwojem biosensorów i pojazdów bezzałogowych” – powiedział Muthukumrappan.

Celem programu jest przeprowadzenie większej liczby badań, które uczynią rolnictwo precyzyjne bardziej praktycznym dla rolników, co z kolei może zwiększyć wskaźniki adopcji.

Program ma na celu zwiększenie liczby zapisów o 20% w ciągu najbliższych pięciu lat, aby osiągnąć ten cel. Misją SDSU jest uproszczenie tej technologii i uczynienie jej bardziej praktyczną dla rolników, powiedział Nafchi.

Obecnie w programie bierze udział 66 studentów.

“Jako budynek dysponujemy ogromnymi zasobami. Nie mieliśmy jednak zbyt wielu kadry naukowej, zasobów ludzkich, które mogłyby działać, oferować i prowadzić badania w tej dziedzinie” – powiedział Muthukumrappan. “W ciągu ostatnich dwóch lat udało nam się zatrudnić trzech nowych pracowników naukowych, którzy zajmą się badaniami na wysokim poziomie, pozyskać więcej funduszy na badania i przyczynić się do rozwoju naszego programu badawczego”.”


Źródło: South Dakota News Watch

Mapy stref zarządzania i plantatorzy kukurydzy: jak duże mają znaczenie?

W wieloletniej analizie naukowcy sprawdzali, czy mapy stref zarządzania, tworzone na podstawie warunków glebowych, topografii lub innych cech krajobrazu, mogą wiarygodnie przewidywać, które części pola kukurydzy odniosą największe korzyści ze zwiększonej ilości wysiewu lub zastosowania azotu.

Badanie wykazało, że wbrew powszechnym założeniom, reakcje działek uprawnych na te same środki nawozowe różnią się znacząco w poszczególnych latach. Najbardziej nieprzewidywalny czynnik, pogoda, wydawał się mieć największy wpływ na to, jak uprawy reagują na te środki. Rolnicy nadal mogą jednak podejmować działania mające na celu ograniczenie wpływu pogody na swoje uprawy.

Mapowanie stref zarządzania stało się możliwe dzięki rosnącemu zainteresowaniu rolnictwem cyfrowym – wykorzystaniem nowych technologii gromadzenia i analizowania danych w celu lepszego zrozumienia wzajemnego oddziaływania czynników wpływających na plony upraw, wyjaśnia Nicolas Martin, profesor nauk o uprawach na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign, który przeprowadził analizę wraz ze swoim byłym badaczem podoktoranckim, Carlosem Agustinem Alesso.

Metody te obejmują wykorzystanie czujników polowych, danych satelitarnych i innych narzędzi cyfrowych do śledzenia reakcji upraw na lokalne warunki, nawożenie, dawki wysiewu i inne czynniki. Celem jest minimalizacja marnotrawstwa lub destrukcyjnych praktyk przy jednoczesnej maksymalizacji plonów, dodał Martin.

W najnowszych badaniach zastosowano unikalną metodę weryfikacji prognoz zawartych na mapach stref zarządzania.

“Wykorzystaliśmy nasze maszyny rolnicze jako drukarkę, generując mozaikę materiałów przypominającą kołdrę w różnych kolorach” – wyjaśnił Martin. “Przeprowadziliśmy nasz eksperyment w wielu lokalizacjach, stosując całkowicie losowy projekt”.”

Naukowcy przeprowadzili badanie na siedmiu typowych, nienawadnianych stanowiskach uprawowych kukurydzy w Illinois. Każde stanowisko podzielono na liczne działki. Do każdej działki losowo przypisano różne dawki siewu kukurydzy i nawożenia azotem.

Dodatkowo naukowcy zmierzyli skład gleby, topografię i inne cechy krajobrazu specyficzne dla każdego stanowiska. Ujednolicili wszystkie zmienne, z wyjątkiem warunków pogodowych, na poszczególnych polach. Badanie przeprowadzono w latach 2016–2021.

Naukowcy oceniali plony z każdej działki w okresie zbiorów przez kilka lat. Pomogło im to zidentyfikować działki, które najlepiej reagowały na różne czynniki w każdym roku. Zastosowali zaawansowany algorytm lasu losowego, aby określić, które czynniki – takie jak warunki pogodowe, charakterystyka gleby czy nachylenie terenu – najdokładniej przewidywały, czy zwiększenie dawki azotu lub zastosowanie wyższej normy wysiewu wpłynie na wzrost plonów.

Martin wyjaśnił, że zmienne pogodowe są głównymi czynnikami wpływającymi na przestrzenne wzorce reakcji na azot lub dawki wysiewu, a tuż za nimi plasują się cechy krajobrazu i gleby. Ponadto zauważył, że reakcje te zmieniają się co roku ze względu na warunki pogodowe, co prowadzi do niespójności, przynajmniej na badanych przez nas polach.

“Oznacza to, że działka, która dobrze reaguje na wyższą dawkę azotu w jednym roku, może nie reagować tak dobrze, gdy następnym razem zostanie obsiana kukurydzą” – powiedział. “To sprawia, że koncepcja mapowania stref zarządzania jest mało wiarygodnym predyktorem reakcji upraw na nawozy”.”

“Uważamy, że te odkrycia mogą częściowo wyjaśnić, dlaczego rolnicy nie przyjęli technologii rolnictwa precyzyjnego w jednolity sposób” – powiedział Martin.

Naukowcy uważają, że gromadzenie większej ilości danych na przestrzeni wielu lat i stosowanie lepszych narzędzi do analizy na miejscu może zwiększyć dokładność mapowania stref zarządzania.

Badania te zostały sfinansowane przez Służbę Ochrony Zasobów Naturalnych Departamentu Rolnictwa Stanów Zjednoczonych oraz Narodowy Instytut Żywności i Rolnictwa.

wpIkonaCzat
wpIkonaCzat

    Poproś o bezpłatną prezentację / konsultację GeoPard








    Klikając przycisk, zgadzasz się na nasze Polityka prywatności. Potrzebujemy tego, aby odpowiedzieć na Twoją prośbę.

      Subskrybuj


      Klikając przycisk, zgadzasz się na nasze Polityka prywatności

        Prosimy o przesłanie informacji


        Klikając przycisk, zgadzasz się na nasze Polityka prywatności