Wyzwania środowiskowo – klimatyczne, gospodarczo – polityczne jak i demograficzne wymagają przestawienia rolnictwa na produkcję zrównoważoną. Oprócz spełnienia wymagań ochrony środowiska i zapewnienia dobrostanu zwierząt dużym wyzwaniem dla gospodarstw rolnych jest obniżenie kosztochłonności produkcji rolniczej przy jednoczesnym wzmacnianiu jej efektywności.
W realizacji tych działań zastosowanie znajdują nowoczesne technologie umożliwiające monitorowanie produkcji rolnej w stanie rzeczywistym, analizę dużych zasobów danych, jak i planowanie procesów produkcyjnych z jednoczesną optymalizacją w zakresie zużycia paliw, energii, nawozów, pestycydów, nasion i innych zasobów generujących koszty produkcji w gospodarstwie. Technologie tworzące koncepcję czwartej rewolucji technologicznej znalazły zastosowanie przede wszystkim w sektorze przemysłowym (Przemysł 4.0). Jak pokazuje praktyka wiele z tych rozwiązań można adaptować i wykorzystać w rolnictwie do redukcji kosztów produkcji, poprawy zdrowia gleby i dobrostanu zwierząt jak i zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.
Zrównoważony rozwój i transformacja ekologiczna
Ochrona środowiska w obszarze sektora rolnego bez zastosowania nowych rozwiązań technologicznych zdaje się być niemożliwa. Stąd też Europejski Zielony Ład oraz transformacja cyfrowa w rolnictwie stanowią dwa ze sobą powiązane filary polityki Unii Europejskiej. W aspekcie zrównoważonego rozwoju, jak i ochrony środowiska zastosowanie technologii 4.0 (Rolnictwo 4.0) ma umożliwić osiągnięcia trzech głównych celów. Pierwszym z nich jest unikanie marnotrawstwa w produkcji rolnej poprzez dokładne oszacowanie zapotrzebowania upraw na wodę i składniki pokarmowe (redukcja zużycia nawozów mineralnych) oraz wcześniejsze wykrywanie chwastów, chorób roślin lub szkodników w celu redukcji zużycia pestycydów.
Drugim celem zastosowania technologii 4.0 jest osiągnięcie znacznych oszczędności w zakresie zasobów ekonomicznych poprzez kontrolę nad kosztami produkcji dzięki precyzyjnemu planowaniu zabiegów agrotechnicznych. Trzecim celem jest zwiększona identyfikowalność rolniczego łańcucha dostaw co sprzyja wzrostowi bezpieczeństwa żywności i podnosi wizerunek gospodarstw rolnych.
Kluczowe technologie czwartej rewolucji technologicznej w służbie rolnictwu
Wyróżnikiem czwartej rewolucji technologicznej w rolnictwie jest szereg zaawansowanych technologii odgrywających kluczową rolę w tworzeniu łańcucha wartości łączącego ze sobą czujniki, maszyny i urządzenia, plantacje, stada zwierząt, budynki szklarniowe, inwentarskie i przechowalnicze oraz systemy IT.
Istotne znaczenie w rolnictwie odgrywają rozwiązania techniczne umożliwiające zbiór szeregu danych o uprawach, zwierzętach jak i pracy maszyn. Zalicza się do nich różnego rodzaju czujniki, drony i satelity. Czujniki umieszczone na polu pozwalają rejestrować dane pogodowe oraz warunki glebowe, których znajomość jest niezbędna w procesie nawadniania, nawożenia mineralnego i ochrony chemicznej. Podobną rolę pełnią czujniki umieszczone w szklarniach.
Czujniki zamontowane w oborach, chlewniach i kurnikach dostarczają danych pozwalających oceniać poziom dobrostanu zwierząt. Czujniki zainstalowane w ciągnikach i maszynach rejestrują ich parametry eksploatacyjne (np. zużycie paliwa) i stan techniczny. Znajomość pierwszych parametrów pozwala optymalizować zużycie paliw i energii, nakładów pracy i zwiększać wydajność. Bieżąca ocena stanu technicznego sprzętu rolniczego pozwala zapobiegać awariom, a tym samym przestojom generującym straty finansowe.
Czujniki zamontowane na maszynach pozwalają zbierać dane dotyczące zróżnicowania plonów na danych polach (czujniki plonów umieszczone na kombajnach), czy nawet właściwości gleby (np. umieszczone na czujnikach skanery elektromagnetyczne do oceny właściwości gleby).
Monitoring z wykorzystaniem dronów i satelitów pozwala rolnikom dokonywać regularnych ocen stanu swoich pól dzięki wielospektralnej analizie obrazów o wysokiej rozdzielczości. Rozwiązania te dostarczają informacji o stanie wegetacji upraw, wskazując zarazem miejsca o niższej produktywności, która może wynikać z braku niedoboru wody, składników pokarmowych, stanów chorobowych, ataku szkodników czy błędów agrotechnicznych.
Wspomniane narzędzia i rozwiązania nie byłyby w stanie łączyć się ze sobą oraz innymi urządzeniami (np., komputery czy smartfony) i przekazywać informacji, gdyby nie było specjalnej technologii zwanej Internetem Rzeczy (IoT – Internet of Things). Internet Rzeczy znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle i w innych branżach gospodarki. Perspektywicznym obszarem dla IoT jest także rolnictwo.
Poprzez Internet Rzeczy rolnik ma dostęp do danych pozyskanych z czujników i innych źródeł będąc również poza gospodarstwem. Dzięki IoT możliwy jest także transfer danych do innych urządzeń jak np. map aplikacyjnych do terminali sterującymi pracą różnych maszyn (rozsiewacze do nawozów, opryskiwacze, siewniki itp.)
Jednym z rozwiązań połączonych poprzez Internet z różnymi elementami są chmury obliczeniowe (cloud computing), oferujące bogate zasoby dyskowe do przechowywania znacznych zasobów danych. W chmurach obliczeniowych znajdują się różnego rodzaju programy zawierające algorytmy do analizy i przetwarzania danych z czujników i innych źródeł. Coraz częściej w chmurze znajdują się programy do zarządzania gospodarstwem rolnym. Nie ma więc potrzeby instalowania oprogramowania na osobistym sprzęcie rolnika ani jego aktualizowania. Ponadto administrator chmury zapewnia bezpieczeństwo przechowywania danych.
Internet Rzeczy oraz chmury obliczeniowe i zawarte w nich algorytmy oferują zdolność do zbierania, przechowywania i analizowania ogromnej ilości danych (Big Data). Gromadzenie i kompleksowa analiza danych z wielu różnych źródeł (czujniki, urządzenia i maszyny, drony, satelity itp. a także systemów zarządzania gospodarstwem, staje się niezbędną koncepcją mającą na celu wspieranie rolników w ocenie zjawisk i procesów produkcyjnych w czasie rzeczywistym oraz w podejmowaniu decyzji produkcyjnych i biznesowych.
W zakresie analizy i wykorzystania danych coraz bardziej pomocne w rolnictwie okazują się algorytmy sztucznej inteligencji (SI). SI w produkcji rolnej ma szerokie zastosowanie. Może być ona wykorzystywana w systemach analizy obrazów np. do rozpoznawania chwastów na polu, automatycznego sortowania owoców i warzyw czy oceny zachowania zwierząt. Będzie ona też niezbędnym wyposażeniem autonomicznych maszyn (robotów), które również mają zastosowanie w rolnictwie.
Korzyści płynące z Rolnictwa 4.0
Istnieje wiele korzyści płynących z rozwiązań tworzących koncepcję Rolnictwa 4.0. Można podzielić je na trzy kategorie: korzyści ekonomiczne, środowiskowe i społeczne. Korzyści ekonomiczne to m.in. optymalizacja dostępnych zasobów, a co za tym idzie mniejsze marnowanie wody, nawozów, pestycydów i innych środków do produkcji rolnej.
Druga kategoria korzyści objawia się zrównoważeniem działalności rolniczej w aspekcie środowiskowym. Korzyści społeczne to z jednej strony lepsze warunki pracy rolników dzięki wsparciu innowacyjnych technologii, z drugiej strony zaś walory dla konsumentów w postaci lepszej jakości, zdrowszej i bezpiecznej żywności o znanym pochodzeniu.
dr inż. Jacek Skudlarski
SGGW, ekspert projektu „Energia Dla Wsi”
www.energiadlawsi.pl
