Тисячі років тому сільське господарство було заняттям, надзвичайно залежним від конкретного місця. Перші землероби по суті були садівниками, холівшімі окремі рослини: вони вели невпинний пошук мікроклімату і ділянок, повністю підходять для цих рослин.
Поступово накопичуючи наукові пізнання і практичний досвід, хлібороби розширювали свої наділи, вдаючись до допомоги стандартизованих методів - розорювали землю, розкидали гній як добриво, організовували щорічний сівозміну, домагаючись підвищення врожайності.
Протягом багатьох років вони створювали поліпшені методи підготовки землі і захисту рослин від комах, а в підсумку придумали механізми, які прийшли на зміну ручній праці. Починаючи з XIX ст. вчені винаходять хімічні пестициди і використовують недавно відкриті генетичні принципи для селекційного відбору найбільш врожайних рослин. Незважаючи на те що всі ці методи дозволили домогтися максимально можливого загального приросту врожайності, саме вони привели до появи збоїв в деяких питаннях. Проте врожайність зросла до раніше небаченого рівня: по деяких культурах з XIX в. до наших днів вона збільшилася в 10 разів.
Однак сьогодні колишня тенденція до введення максимально уніфікованих практик в землеробстві починає поступатися місцем явищу зворотного характеру, відомому під назвою «прецизионное сільське господарство». Користуючись усіма благами інформаційних технологій, фермери тепер можуть збирати високоточні дані про своїх полях і застосовувати ці знання для ідеального обробітку кожного квадратного метра.
Такий підхід позначається на врожайності: прецизійне землеробство дозволяє отримувати максимально можливий прибуток з кожного насіння. А це повинно допомогти нам нагодувати населення планети, адже за розрахунками ООН, його чисельність до 2050 р досягне 9,6 млрд. Крім того, прецизійне землеробство дає можливість звести до мінімуму екологічні наслідки ведення сільського господарства, оскільки такий підхід скорочує кількість відходів і обсяги споживаної енергії. А потенціал прецизійного сільського господарства зовсім не обмежується виробництвом однорічних культур (пшениці і кукурудзи): він цілком здатний здійснити справжню революцію в індустрії вирощування винограду, змісту садів, домашньої худоби і висадки лісів. В один прекрасний день фермери зможуть доручити роботам оцінку стану, добриво і полив кожної окремої рослини, що позбавить їх від важкого монотонної праці - супутника землеробства з моменту його винаходу.
Гектар за гектаром
Уряд США заклав первинні основи прецизійного сільського господарства в 1983 р, анонсувавши запуск системи глобального позиціонування на місцевості GPS - супутникової навігаційної програми, розробленої американськими військовими для цивільного використання. Незабаром після цього компанії приступили до розробки так званої технології змінного нормування, що дозволяє фермерам вносити добрива на поле в різних кількостях. Після оцінки та складання карти таких характеристик, як рівень кислотності грунту, вміст фосфору і калію, аграрії точно визначають необхідні обсяги добрива.
Навіть сьогодні поля здебільшого тестуються і аналізуються вручну: самі фермери або їх працівники збирають зразки в заздалегідь визначених місцях, упаковують їх в пакети і відправляють на аналіз в лабораторію. Потім агрономи складають відповідну карту норм внесення добрив по кожній ділянці для забезпечення оптимальної врожайності. Після цього туків розкидному сівалка, забезпечена GPS, вносить необхідну кількість поживних речовин в обраних місцях.
Більше 60% постачальників аграрної сировини в Сполучених Штатів пропонують технологію змінного нормування в тому чи іншому вигляді. Однак, судячи з даних міністерства сільського господарства США, хоча багато років виділялися відповідні субсидії і велася про-светітельная робота, ця технологія поки використовується менш ніж на 20% посівів кукурудзи. На даний момент головним стримуючим фактором є економічні міркування. Оскільки ручна практика тестування стану грунту коштує дорого, фермери і аграрні підприємства, які застосовують технологію змінного нормування, схиляються до стратегії відбору малого числа зразків.
Наприклад, більшість фермерів в США збирають по одному зразку з гектара, а в Бразилії взагалі часто беруть один зразок з 4,8 га. Проблема в тому, що якість грунту може різко відрізнятися навіть в межах 0,4 га, і аграрії прекрасно знають, що помітити різниці можна, лише взявши кілька зразків з такої площі. Іншими словами, через високу вартість збору інформації про грунті фермери обділяють увагою деякі ділянки своїх полів, вносячи при цьому зайва кількість добрив і поживних речовин на інші ділянки.
Дослідники ведуть пошуки вирішення цієї проблеми - розробляють дешеві системи, що дозволяють фермерам підвищити щільність вибірки зразків грунту. Так, новий датчик кислотності за допомогою електрода визначає кислотність ґрунту чи не через кожен метр, одночасно заносячи в пам'ять точні GPS-координати ділянки. Ручний збір зразків в такому масштабі коштував би занадто дорого. Проте згадані датчики є далеко не на всіх фермах. Деякі з них виявилися відверто ненадійними і ламалися на кожному гектарі, а інші не відрізняються потрібною точністю. Однак кілька дослідницьких груп з різних регіонів світу працюють над створенням надійним систем.
Більш практичні датчики, що визначають потребу рослин в поживних речовинах за їх окрасу. Так, рослини, які страждають від дефіциту азоту, мають блідо-зелений або жовтуватий окрас, а в нормальному стані вони темно-зелені.
Кілька американських і європейських компаній виробляють датчики, що розпізнають ступінь зеленого забарвлення - зібрані з їх допомогою дані можна використовувати для складання карти-схеми внесення необхідної кількості азотних добрив. Можна навіть завантажувати дані в пам'ять машини для внесення азотних добрив, щоб коригувати їх кількість по ходу роботи. Наприклад, датчик монтується на передній частині трактора з установкою для внесення добрив: до того моменту, коли установка під'їжджає до місця, вже пройденого датчиком, закладений в пам'ять алгоритм встигає перевести отримані дані в кількість потрібних для внесення добрив.
Більшість досліджень у цій області зосереджена на мелкозерность культурах - пшениці, вівсі, жита і ячмені. Область застосування цієї технології обмежена окремими регіонами США і Європи, де вирощуються такі культури. За даними опитування, проведеного в 2013 р Університетом Пердью, лише 7% постачальників аграрної техніки пропонують своїм клієнтам датчики інтенсивності забарвлення рослин. Проте, з огляду на кількість стартапів в цій сфері, стає зрозуміло, що багато інвесторів вважають цю технологію потенційним золотим родовищем.
Поля і врожаї
Рішення про впровадження GPS забезпечило появу ще однієї революційної технології - моніторингу намолоту. Більшість комбайнів в США і Європі оснащено спеціальними датчиками, що фіксують обсяг намолоченого зерна. Потім алгоритм, створений спеціально для кожної культури, конвертує зібрані дані в більш звичні відомості - обсяг або вага (бушелів з акра або кілограмів з гектара). Дана інформація є основою для складання барвистих карт, де відображається різниця в урожайності в межах одного поля.
Ці карти стали улюбленцями аграрних журналів і галузевих виставок: вони забезпечують фермерів безпрецедентно широкими даними про цінність різних методик обробітку землі, про вплив погодних умов і типів грунтів. Така карта може допомогти фермеру домогтися необхідного рівня врожайності, оцінити результати експериментів з перевірки якості ГМ-насіння або ефективності різних методик вирощування, а також зрозуміти, які ділянки поля не розкривають свій потенціал в повній мірі.
На сході США тільки моніторинг намолоту дозволив фермерам переконати землевласників в тому, що спровоковані повінню втрати врожаю поширюються як на повністю приховані під водою ділянки полів, так і на прилеглу територію в певному радіусі. В результаті фермери встановили більше підземних дренажних систем.
В Аргентині згадана технологія користується чималою популярністю, оскільки більшість керівників великих фірм рідко самі керують сільськогосподарською технікою (наслідок цікавої історії місцевих феодалів). Для них карти намолоту стали одкровенням про врожайність, адже так просто отримати цю інформацію вони раніше не мали можливості.
Однак коли мова заходить про якість даних, стає ясно, що технологію моніторингу намолоту доведеться ще довго вдосконалювати. У більшості випадків закладені в неї алгоритми потрібно щорічно калібрувати для кожного виду культури і для кожної ферми, а багато хлібороби не обтяжують себе цим заняттям. На точність зібраних даних впливають також швидкість руху комбайна і інші фактори. І хоча вчені в змозі критично і точно аналізувати відомості, отримані за допомогою моніторингу намолоту, ферми і аграрні підприємства, як правило, не володіють необхідними для цього навичками і програмами. Наступним етапом у розвитку технології контролю намолоту має стати використання аграрними підприємствами статистичних методик, якими сьогодні користуються тільки дослідниками. Лише так можна екстраполювати отриману інформацію на сотні тисяч гектарів, щоб виправдати витрати.
Оранка з GPS
Максимальне поширення технологія прецизійного землеробства отримала в сфері оранки полів тракторами, оснащеними GPS. Керована людиною аграрна техніка вимагає досвідчених операторів, і заняття це дуже непроста. При цьому навіть найкращі трактористи повторно заходять на раніше переорану смугу приблизно на 10% її ширини, намагаючись уникнути пропусків і прогалин.
В кінці 90-х з'явилася система світлодіодів в пластиковому корпусі 30-сантиметрової довжини: вона монтувалася на передній частині трактора, комбайна або іншої техніки. Якщо включалися розташовані по центру промені, це говорило про те, що техніка рухається правильно. Якщо подсвечивались ділянки зліва чи справа, трактористу або комбайнеру необхідно було підкоригувати положення на поле.
Сьогодні ця технологія набула логічного розвитку - на зміну светодиодам приходять системи автоматичного управління, що забезпечують даними GPS автономно керовані трактора. І хоча оператор все одно повинен знаходитися в кабіні, здебільшого комп'ютер машини сам вибирає маршрут.
Вперше ця технологія набула поширення в кінці 90-х в Австралії. Там багаті глиною грунту, а також відсутність заморозків і відлиг призводять до того, що грунт дуже сильно мнеться під колесами тракторів. Тому австралійські фермери почали використовувати автоматизоване управління за даними GPS, організовуючи рух техніки по вузьких смугах, щоб уникнути ущільнення грунту на інших ділянках полів.
Сьогодні в США приблизно 40% добрив і хімікатів вноситься в землю саме за допомогою таких автоматизованих систем. В результаті з'явилися найрізноманітніші пристрої. Одні відстежують маршрут руху трактора і автоматично перекривають систему подачі насіння або добрив / хімікатів в момент проходу по вже обробленої ділянки (або землі, яку не можна обробляти хімією). Описана технологія особливо корисна на полях неправильної форми, оскільки вони найчастіше страждають від надлишкової обробки хімією або занадто щільного посіву.
Проте геопросторові дані добрі не тільки для того, щоб рівно орати. NASA і космічні відомства інших країн протягом десятиліть розповідають фермерам про блага використання супутникової зйомки. Ці знімки - разом з даними аерофотозйомки - служать основою «географічних інформаційних систем», що дозволяють фермерам зберігати і аналізувати просторові дані. Така технологія довела свою особливу корисність на територіях, для яких є набори багатошарових даних: вона дає аграріям можливість розділяти великі поля на зони, в яких висіваються різні культури і відповідно використовуються різні добрива і гербіциди.
Деякі керівники фермерських господарств застосовують GPS навіть для контролю за роботою своїх підлеглих в поле - особливо в колишньому Радянському Союзі, і, зокрема, в Україні. Оскільки там до сих пір є дуже великі господарства (площа багатьох з них перевищує 40 000 га), які віддають перевагу наймати недосвідчених людей, а не грамотних операторів, менеджери люблять відстежувати все, що відбувається на полі в реальному часі. Якщо трактор стоїть на місці більше кількох хвилин, наприклад, в головному офісі це помітять і тут же подзвонять трактористу, щоб з'ясувати, в чому проблема. Технологія стеження дозволяє керівникам спостерігати за тими працівниками, які звикли використовувати техніку компанії на своїх особистих наділах.
урожай мрії
Прецизійне землеробство вже перетворило найстаріший сектор економіки в один з найбільш високотехнологічних, але, як завжди, найкраще чекає нас в майбутньому. Наступним кроком у розвитку, цілком ймовірно, стануть «супермассіви даних».
Фермери і сільськогосподарські підприємства все частіше замислюються про те, як максимально вигідно використовувати накопичені ними безцінні масиви даних. У 2013 р, наприклад, гігант аграрного бізнесу компанія Monsanto придбала компанію Climate Corporation - стартап, заснований двома колишніми співробітниками Google: на підставі даних про погодні умови та якість грунту вони розраховують розмір страховок для фермерів і дають рекомендації про те, які типи культур найвигідніше вирощувати на конкретній ділянці землі.
Ще один надзвичайно прибутковий аспект для застосування великих масивів даних - дослідження на тему правильності використання аграрної техніки. Наприклад, нікому поки не відомо точно, з якою швидкістю повинен рухатися трактор при посадці кукурудзи: занадто мала швидкість знижує ефективність процесу, а надто висока призводить до нерівномірного засівання площі, що знижує врожайність. Маючи на руках зібрані відомості про швидкостях руху тракторів, підсумкової врожайності посіяних з їх допомогою культур, а також з огляду на інші фактори, цілком можна розрахувати оптимальну швидкість посадки. Для цього і потрібні супермассіви даних.
Ч об використовувати їх потенціал повністю, компаніям, швидше за все, доведеться налагоджувати обмін інформацією між фермами. У США і Європі окремі господарства занадто малі і не здатні генерувати значну кількість таких даних. Проте навіть дуже великі господарства в Латинській Америці і колишньому Радянському Союзі виявляться у виграші від обміну даними навіть зі своїми дрібними сусідами.
Проблемою залишається той факт, що у фермерів сьогодні майже немає стимулів для збору якісних даних. У США деякі стартапи намагаються платити хліборобам за таку інформацію, але особливого успіху не досягли. До поточного моменту організувати збір більшості аграрних даних вдавалося лише постачальникам сільськогосподарської техніки та аграрним кооперативам. Але і їх масиви даних відносно малі.
Певну частину «супермассівов» даних можуть забезпечити БПЛА. Оскільки США практично вивели війська з Афганістану і Іраку, деякі постачальники військової техніки почали придивлятися до аграрного ринку. Це може бути мудрим рішенням: малі безпілотні літальні апарати здатні вести регулярну зйомку посівів для збору відомостей про необхідність поливів, внесення пестицидів і збирання врожаю. А БПЛА - на відміну від супутників - майже не заважає хмарність. З огляду на операційні витрати і необхідний досвід експлуатації, аграрії можуть почати використовувати дрони на комерційній основі тільки для моніторингу за найбільш цінними культурами, наприклад виноградниками. Крім того, необхідно отримати дозвіл на використання БПЛА в комерційних цілях.
Т ехнологія, здатної до невпізнання трансформувати сільське господарство, є робототехніка. Стрімке поширення технології управління технікою по GPS створює всі можливості для підвищення рівня автономності аграрного обладнання. Більшість великих виробників вже тестують самоврядні версії своїх тракторів. Якщо потреба в тракториста відпадає, то критерії дизайну трактора змінюються радикально: він може стати набагато менше.
Ми Вже Можемо уявіті Собі, что в один прекрасний день на фермах з'являться сотні малих автономних роботів, Які віконують всі роботи - від посадки до збирання врожаю. Роботи можуть постійно переміщатися по полю, виявляючи наявність шкідників і хвороб на ранній стадії. Вони здатні обробляти посіви - а точніше, конкретних комах або тільки хворі рослини - мікроскопічними дозами пестицидів. Роботи можуть стати справді ефективними управлінцями на малих полях і ділянках неправильної форми, які дуже складно обробляти з вигодою для себе, використовуючи традиційну техніку, керовану людиною. А в США роботи, замінивши мексиканську робочу силу, можуть навіть зробити істотний вплив на імміграційну політику.
Коли мова заходить про зароджуються технологіях, спроба визначити, які з них приречені на успіх, - безглузде заняття. Проте історія землеробства ХХ ст. дає деякі передумови для розуміння майбутнього. Практично всі аграрні технології, що набули широкого застосування в ХХ ст., Є, кажучи мовою економістів, «втіленням знань», т. Е. В їх основі лежать досягнення науки. Фермерам не було необхідності розбиратися, яким саме способом пестициди знищують комах, або знати принцип роботи дизельного трактора. Їм достатньо інформації про те, як використовувати хімікат або керувати трактором.
Точно так же інструменти прецизійного сільського господарства отримають широке поширення після того, як надійдуть в продаж в легкій для використання формі. Ось чому автоматизоване управління за допомогою GPS стало настільки популярним: у фермерів не було необхідності розбиратися в принципах його роботи. З тих же причин одного разу приживеться і технологія змінного нормування добрив - в той момент, коли фермер, скажімо, зможе задіяти її натисканням однієї кнопки. В результаті прецизионное землеробство зможе радикально змінити життя людства. Коли це станеться, світ зверне увагу не тільки на серйозне підвищення врожайності, а й на фундаментальні зміни в сільському господарстві: воно стане землеробством без хліборобів.
Дана стаття - переклад матеріалу, опублікованого в журналі Foreign Affairs [№3 2015 року]. © Council on Foreign Relations. Поширюється Tribune News Services.
Шановні читачі, PDF-версію статті можна скачати тут ...