Autor: Mirosław Ciesielski

Wykładowca akademicki, opisuje rynki finansowe, zmiany na rynku fintechów i startupów

Technologia zastąpi intuicję rolników

Cyfrowe technologie w rolnictwie mogą rozwiązać światowy problem wyżywienia rosnącej populacji. Mocno poprawią wydajność i opłacalność upraw, a produkcja rolna będzie mniej ingerować w środowisko.
Technologia zastąpi intuicję rolników

(©Envato)

Zwiększenie globalnej produkcji rolnej staje się koniecznością wynikającą z sytuacji demograficzno-społecznej i klimatycznej. Przewiduje się, że do 2050 r. światowa populacja wzrośnie o 30 proc., co będzie oznaczać prawie 10 miliardów ludzi do wyżywienia. Szybko rosnący popyt na żywność będzie także wynikał z dużego tempa urbanizacji i rosnących dochodów w wielu częściach globu. Powiększanie areałów upraw wiązałoby się z dalszym karczowaniem lasów, co tylko pogłębiałoby ocieplanie się klimatu. Tymczasem jak podaje raport Oliver Wyman nawet 25 proc. ziemi rolnej jest zdegradowane wskutek niewłaściwych form upraw, a przywrócenie jej zdolności wegetacyjnej wymagałoby inwestycji na poziomie 160 mld dolarów.

Rosnącym problemem jest dostęp do wody, który w przypadku aż 40 proc. wiejskich populacji nieustannie się kurczy, a rolnictwo odpowiada za 70 proc. globalnego jej zużycia. Same inwestycje w systemy irygacyjne w krajach rozwijających się wymagałyby do 2050 r. nakładów w wysokości biliona dolarów. Dodatkowo hodowla zwierząt rzeźnych odpowiada za jedną czwartą zużycia wody w sektorze rolnym i powoduje 18 proc. światowej emisji gazów cieplarnianych (metanu i związków azotu).

Wyższe dochody gospodarstw

Kurczy się natomiast populacja wsi, a co za tym idzie liczba gospodarstw rolnych. W Europie zmniejszyła się z prawie 15 mln w 2005 r. do 10,5 mln w roku 2016. Sytuacji nie poprawia statystyka – rolnicy są grupą społeczną, która się starzeje. Według danych Eurostatu aż 40 proc. z nich ma ponad 55 lat, z kolei w Chinach średnia wieku osób zatrudnionych na roli to 53 lata, a 25 proc. przekroczyło 60. rok życia. Dodatkowo na wysokość plonów rosnący wpływ ma zmieniający się klimat, który przynosi coraz dłuższe okresy susz i gwałtowne ulewy powodujące powodzie. Według obliczeń Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) aż 60 proc. plonów na świecie zależnych jest od zmian klimatycznych. W tych warunkach, uwzględniając prognozy demograficzne, świat do 2050 r. powinien wyprodukować nawet 50–70 proc. żywności więcej niż wytwarza obecnie.

Rolnictwo czeka klimatyczna rewolucja

Nie da się tego osiągnąć poprzez intensyfikację tradycyjnych metod upraw. Nadzieją jest wykorzystanie nowych technologii i zastosowanie rozwiązań cyfrowych, które umożliwiają zindywidualizowanie sposobu upraw i dostosowanie ich do odmiennych warunków występujących w obrębie jednego areału. Podejście to zyskało kilka określeń – rolnictwo 4.0 lub rolnictwo precyzyjne, inteligentne (precision farming, smart farming). Oferuje ono różnorodne korzyści: redukuje nakłady (zmniejsza zużycie wody, nawozów i środków ochrony roślin) przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności i jakości plonów, zmniejsza degradację gleby i większa jej bioróżnorodność poprzez ograniczenie zatruwania wód w zbiornikach wodnych i powietrza, przyczynia się do redukcji emisji dwutlenku węgla oraz podnosi dochodowość gospodarstw (umożliwia wyższy zwrot z inwestycji, ROI) i ułatwia dostęp rolników do rynków zbytu.

Różnicę w wydajności między rolnictwem tradycyjnym a precyzyjnym obrazuje eksperyment przeprowadzony w zeszłym roku w Chinach. W maju pod patronatem FAO, Chińskiego Uniwersytetu Rolniczego i platformy e-commerce Pinduoduo w prowincji Junnan zorganizowano konkurs uprawy truskawek szklarniowych, w którym wzięły udział trzy drużyny plantatorów tych owoców i cztery zespoły technologiczne. W grudniu ogłoszono wyniki. Na działkach o tej samej powierzchni plantatorzy, posługując się swoją wiedzą i doświadczeniem, wyhodowali średnio 4,52 kg truskawek, zespoły technologiczne – średnio o 2,32 kg więcej,  uzyskując według organizatorów znacznie wyższy – o 75,5 proc. – zwrot z inwestycji. Wynikało to z zastosowania technologii sztucznej inteligencji, która pozwalała, wykorzystując dane historyczne uprawy truskawek w tym regionie, automatycznie optymalizować aplikację wody, środków odżywczych, temperaturę i wilgotność.

Eksperyment w Chinach pokazał, że doświadczeni plantatorzy wyhodowali średnio 4,52 kg truskawek, a zespoły technologiczne – o 2,32 kg więcej, uzyskując znacznie wyższy zwrot z inwestycji.

W warunkach polowych możliwości wykorzystania technologii okazują się znacznie większe. W tradycyjnym rolnictwie towarowym hodowcy aplikują takie same ilości nawozów, wody i pestycydów na cały areał z tą samą częstotliwością. Jednak potrzeby roślin się różnią, bo jakość gleby jest inna na poszczególnych częściach pola. To przekłada się na inne wchłanianie nawozów i utrzymanie wody, tym bardziej że trzeba jeszcze uwzględnić różny kąt nachylenia działek i stopień ich nasłonecznienia/zacienienia. Tymczasem stosowane obecnie na szeroką skalę maszyny i urządzenia nie są w stanie uwzględnić tej różnorodności przestrzennej. Skutkuje to przenawożeniem i zbyt intensywną irygacją jednych roślin oraz demineralizacją i odwodnieniem innych, przynosząc mniej obfite plony od możliwych do uzyskania.

Czujniki w glebie

Rolnictwo precyzyjne umożliwia wprowadzenie zmiennych wskaźników (Variable Rate Application, VRA) stosowania środków hodowli i ochrony roślin oraz wody w obrębie jednego areału. Decydujące znaczenie ma zebranie właściwych danych, ich analiza i podjęcie decyzji o intensywności stosowania środków upraw na poszczególnych działkach gruntu. Na dużych areałach wykorzystuje się technologie geoprzestrzenne, GPS i zdalne czujniki, które umożliwiają właściwe zdiagnozowanie jakości i właściwości gleby. Część danych jest już dostępna na zasadach open data, choćby z instytucji publicznych i ośrodków naukowych. Stosuje się także technikę obrazów wielospektralnych służącą dokładnemu poznaniu fizjologii roślin i zidentyfikowaniu zalążków chorób zanim będą widoczne. Takie dokładne obrazy można uzyskać dzięki satelitom, samolotom i dronom. Do zdefiniowania wilgotności gleby, temperatury i reakcji roślin na nawozy stosuje się minisensory umieszczane na polu.

Analizę tych danych oferują firmy IT, które dysponują już odpowiednim oprogramowaniem, za jego pomocą powstają algorytmy umożliwiające zróżnicowaną aplikacje środków upraw na danym areale podzielonym na wiele homogenicznych stref. W niektórych z nich konieczne mogą być powtórne zasiewy lub nasadzenia. Usługi takie oferuje izraelski startup AgrIOT, który swoje rekomendacje dla rolników opiera na big data, chmurze obliczeniowej, urządzeniach optycznych internetu rzeczy (IoT) i autorskim systemie wspomagania decyzji agronomicznych (DSS). Technologia ta dowiodła już swojej skuteczności w uprawach pszenicy, kukurydzy, pomidorów, marchwi, pieprzu i ziemniaków. Z kolei nowoczesne ciągniki czy traktory, które według analizy Światowego Forum Ekonomicznego (WEF) za pięć lat będą w pełni zautomatyzowane i bezobsługowe, są już dziś w stanie wykorzystywać algorytmy do zróżnicowanej aplikacji nawozów, środków ochronnych i wody. Mogą je wspomagać niewielkie urządzenia zwane minirhizotronami wyposażone w minikamery umożliwiające obserwacje reakcji roślin na ich stosowanie. Do usuwania chwastów niezwykle skuteczne okażą się roboty, które dzięki technologii obrazowania zmniejszą zużycie pestycydów nawet o 90 proc., ponieważ będą mogły spryskiwać tylko wybrane części pola. To także posłuży jego lepszej bioróżnorodności.

Rolnictwo czeka renesans

Obiecujące perspektywy ma też zastosowanie w rolnictwie nanotechnologii. Specjalne kapsułki, łatwe w stosowaniu (rozsiewane po polu), mogą uwalniać środki odżywcze i ochronne w zależności od zdiagnozowanych potrzeb roślin. Jednym z producentów takich biodegradowalnych i programowanych (!) tabletek jest kanadyjski Psigryph. Rozwijana przez firmę precyzyjna technika również znacząco zmniejsza stosowanie nawozów, pestycydów i wody. Nanoczujniki tak samo jako technologia wieloobrazowa mogą pomóc w stosowaniu irygacji, gdyż są w stanie ocenić ewapotranspirację, czyli sumaryczne parowanie z gleby i roślin, a program oparty na sztucznej inteligencji może dobrać intensywność i częstotliwość nawadniana dla każdej części areału upraw oddzielnie. Te rozwiązania mogą być wspomagane czujnikami z dziedziny internetu rzeczy, które zdalnie zidentyfikują przecieki w instalacjach irygacyjnych, zastępując konieczność fizycznej inspekcji i ograniczając ubytki wody. Technologia zastępuje też, popartą doświadczeniem, intuicję rolników i hodowców w okresie żniw czy zbiorów, a specjalne mierniki umożliwiają optymalny czas zbioru, analizując wilgotność, kwasowość, zawartość cukru i inne parametry mające znaczenie dla jakości plonów, warzyw i owoców oraz ich transportu. Wygląda na to, że w niedalekiej przyszłości wiele upraw będzie bezobsługowych, fizyczna praca człowieka nie będzie potrzebna. Pierwsze tego typu doświadczenie zrealizowali w 2017 r. badacze z Harper Adams University w Wielkiej Brytanii, używając robotów i dronów do uprawy jęczmienia.

W przyszłości wiele upraw będzie bezobsługowych, fizyczna praca człowieka nie będzie potrzebna.

Rolnictwo precyzyjne na świecie jest w początkowej fazie rozwoju, ale rozwija się w ponad 10-procentowym średniorocznym tempie. W 2019 r. rynek ten wart był blisko 17 mld dolarów, w 2027 r. ma to być już blisko 30 miliardów. Za najpoważniejszą barierę jego wzrostu uważany jest konserwatyzm i poziom kompetencji cyfrowych rolników. Dlatego już dziś w różnych krajach inicjowane są projekty edukacyjne. W Chinach do końca tego roku trwa pilotażowy projekt tzw. cyfrowych wiosek, którego celem jest zachęcanie rolników do sięgania po nowe technologie i zmniejszenie luki cyfrowej między mieszkańcami miast i wsi. Projekt nie skupia się na aspekcie technologicznym wdrażanych innowacji, akcent jest położony na edukowanie grupy docelowej na temat korzyści, jakie płyną z wykorzystywania rozwiązań rolnictwa precyzyjnego.

Inwestorzy głosują pieniędzmi

W przyszłość rolnictwa cyfrowego wierzą inwestorzy. Inwestycje venture capital w firmy technologiczne rozwijające cyfrowe technologie na jego rzecz, tzw. agtechy („ag” od ang. agriculture – rolnictwo) w zeszłym roku były rekordowe i wyniosły 6,2 mld dolarów, co przekładało się na 460 transakcji informuje CBInsights. To również skutek relatywnego wzrostu znaczenia dostępu do żywności w okresie pandemii. Ponad połowę tej kwoty inwestorzy przeznaczyli na firmy biotechnologiczne, które skupiają się na rozwiązaniach służących zwiększeniu wydajności zrównoważonej produkcji roślinnej i zwierzęcej oraz optymalizacji wykorzystania zasobów w tej dziedzinie (ag bio-tech). Gwałtownie rosnącym zainteresowaniem firm VC cieszy się także rolnictwo w systemie zamkniętym (indoor farming), w tym uprawy wertykalne, na które inwestorzy w zeszłym roku wyłożyli 168 proc. środków finansowych więcej niż rok wcześniej. Cały rynek tego typu produkcji szybko rośnie i w przyszłym roku ma osiągnąć wartość 40 mld dolarów.

Sektor agtech jest najlepiej rozwinięty w USA i Izraelu i właśnie tam płynie największy strumień inwestycji, bo tego typu rozwiązania są znacznie bardziej wydajne od tradycyjnej produkcji rolnej, choćby dlatego że wegetacja upraw wertykalnych może trwać cały rok i jest niskoemisyjna. Amerykański agtech Square Roots buduje farmy w kontenerach, na parkingach i dachach. Rośliny rosną pionowo pod kątem 90 stopni, a o odpowiednią do optymalnego wzrostu ilość dziennego światła, CO2, wody i temperatury dba sztuczna inteligencja. Dzięki temu można osiągnąć znaczne większe plony niż w tradycyjnym rolnictwie – powierzchnia zaledwie 340 stóp kwadratowych (44,5 m2) daje w ciągu roku tyle żywności, ile tradycyjne zbiory z 2 akrów ziemi rolnej, czyli z ponad 8 tys. m2. Firma minimalizuje również konieczność stosowania środków ochrony roślin przez stosowanie specjalnego światła LED, które chroni rośliny przed szkodnikami. Podobną techniką posługuje się startup Plenty, który uprawia warzywa i owoce w specjalnie do tego celu zbudowanych wieżach. Jednym z jego inwestorów jest twórca Amazona Jeff Bezos.

Rozwój rolnictwa 4.0 wpłynie z pewnością na politykę rolną. Będą ją kształtować coraz bardziej szczegółowe dane pochodzące z nowych, nie tylko zaprezentowanych tu źródeł, i ich wielostronna analiza, która umożliwi dobór różnych instrumentów wspomagających rozwój gospodarstw rolnych i ich właścicieli. Większa dokładność w pomiarze wielkości pól i rodzaju upraw, a także w ocenie skutków zmian klimatycznych, dzięki technologii satelitarnej i zdalnym czujnikom będzie też kształtować Wspólną Politykę Rolną (CAP) Unii Europejskiej.

(©Envato)

Otwarta licencja


Tagi


Artykuły powiązane

Rolnictwo czeka klimatyczna rewolucja

Kategoria: Analizy
Ocieplenie klimatu zagraża rolnictwu i bezpieczeństwu żywnościowemu, generując ogromne koszty dla gospodarek. Jednocześnie to właśnie działalność rolnicza wpływa w ogromnym stopniu na zmiany klimatyczne, odpowiadając za jedną czwartą globalnej emisji gazów cieplarnianych. Sposób gospodarowania ziemią musi się zatem zmienić.
Rolnictwo czeka klimatyczna rewolucja

Niebieskie złoto – najcenniejszy surowiec świata

Kategoria: Analizy
Bywa cenniejsza niż złoto i diamenty, nie można bez niej żyć, jest powodem konfliktów zbrojnych, a coraz częściej staje się przedmiotem zainteresowania inwestorów – woda.
Niebieskie złoto – najcenniejszy surowiec świata

Rolnictwo czeka renesans

Kategoria: Wskaźniki ekonomiczne
Kim chciałbyś zostać w przyszłości? – Rolnikiem! – takiej odpowiedzi nie spodziewamy się dzisiaj po młodych ludziach. Rolnictwo uchodzi za przestrzały sektor, który nie oferuje wysokich wynagrodzeń. Choć jest w tym dużo prawdy, sytuacja się jednak zmienia. – Rolnictwo dzięki nowym technologiom czeka renesans. Staje się ono sektorem hi-tech, a zmiany zachodzą najszybciej w Azji – przekonuje David Shepherd, praktyk innowacji, szef działu innowacji cyfrowych międzynarodowej firmy agrochemicznej Syngenta.
Rolnictwo czeka renesans