Стремительное развитие технического прогресса и смещение парадигмы в сторону цифровизации меняют традиционные методы, открывая новую эру эффективности и устойчивости в сельском хозяйстве. Сельскохозяйственный сектор находится под огромным давлением перехода из-за растущих затрат на ресурсы и рабочую силу, которые подвергают риску прибыль фермерских хозяйств. Во всём мире цены на ресурсы, такие как удобрения и средства защиты растений, выросли на 80–250% за последние несколько лет. Изменение климата также сокращает прибыль, а поэтому фермерство должно стать более устойчивым к изменению климата, сложные изменения которого приводят к увеличению изменчивости погоды, более частым экстремальным погодным явлениям, таким как наводнения, более длительным засухам и появлению новых инвазивных культур. Урожайность снижает так же трансформация устойчивости различных вредителей к привычным химическим средствам борьбы с ними.
История сельскохозяйственных технологий отмечена ключевыми вехами, которые преобразили методы ведения сельского хозяйства. «Четвёртая сельскохозяйственная революция» или, как ещё иногда называют этот процесс перехода — «сельское хозяйство 4.0» уже началась. Каждая предыдущая трансформация, в этой важнейшей сфере жизни человечества, была радикальной для своего времени. Первой революцией был переход от охоты и собирательства к оседлому сельскому хозяйству. Вторая относится к восемнадцатому веку – когда переход к коммерческому земледелию привёл к развитию методов обработки земли, появлению многочисленных смежных отраслей и ускорению обмена знаниями. Третий этап развития относится к послевоенному росту производительности, связанному с механизацией и «зелёным преобразованием» в развивающихся странах. Каждая эпоха приносила значительные достижения в области технологий. Переход от традиционных методов к современным проложил путь не только к повышению производительности, но и масштабируемости. В современном сельскохозяйственном мире революцию в сельском хозяйстве произвело изобретение капельного орошения и гидропонных систем. Но это было только начало.
Текущие достижения в области сельскохозяйственных технологий открыли новую эру, характеризующуюся интеграцией цифровых технологий, искусственного интеллекта и инновационных решений, которые преобразуют способы выращивания многих сельскохозяйственных культур. Объединение передовых инструментов не только повышает производительность, но ещё способствует устойчивости и эффективности в этом секторе. Ключевые направления включают в себя повышение уровня автоматизации и робототехники, развитие искусственного интеллекта в совокупности с дополнительными дата-центрами и появлением новинок прикладного программного обеспечения, точное земледелие, геномику и технологию редактирования генов, а также использование онлайн-банкинга, интернет-торговли и технологии блокчейн во всех цепочках поставок.
Современное сельское хозяйство — это гобелен, сотканный из передовых технологий. От принятия решений на основе данных до использования биотехнологий фермеры оснащены разнообразным набором инструментов. Преимущества многочисленны, включая повышенную урожайность, эффективность использования ресурсов и способность решать такие проблемы, как вредители и болезни.
Наряду с автоматизацией, прогнозная аналитика, редактирование генов и блокчейн в управлении цепочками поставок являются одними из многообещающих разработок. Эти тенденции подкреплены цифровизацией и аналитикой больших данных. Умное земледелие использует устройства, а также датчики Интернета вещей (IoT) для сбора и анализа данных. Подключённые датчики могут отслеживать состояние почвы, погоду и здоровье урожая в режиме реального времени. Устройства IoT помогают фермерам принимать более обоснованные решения на основе данных, улучшая общее управление фермерским хозяйством. Растёт внимание к устойчивым практикам и регенеративному культивированию. Изучение этих новых областей даёт представление о потенциальном влиянии на глобальную продовольственную безопасность.
Технологии климатически-умного сельского хозяйства играют решающую роль в повышении устойчивости к последствиям изменения климата и в поддержании урожайности. Инновации в области водосбережения и климатически устойчивых культур становятся важнейшими компонентами в данной парадигме развития. Фермеры теперь переходят на более разумное использование удобрений, сочетая традиционные удобрения с передовыми альтернативами и биостимуляторами. Этот комплексный подход оптимизирует здоровье и производительность урожая, одновременно улучшая здоровье почвы и продвигая устойчивые методы, что приводит к более экологически чистым системам земледелия.
Используя трактора с GPS-управлением и оснащаемые датчиками машины, фермеры могут точно управлять ресурсами, снижая негативное воздействие на окружающую среду. Эффективное управление водными ресурсами имеет важное значение для устойчивого земледелия, особенно в условиях изменения климата. Внедрение этих технологий помогает фермерам более эффективно использовать водные ресурсы, гарантируя, что культуры получат достаточное увлажнение без потерь. Системы капельного орошения могут обеспечить подачу влаги непосредственно к корням растений, что снижает потери и повышает эффективность. Этот метод значительно снижает потребление воды, по сравнению с традиционными методами орошения. Умный сбор дождевой воды позволяет собирать и хранить природный ресурс для орошения, снижая зависимость от грунтовых вод, помогая обеспечивать надёжное водоснабжение в засушливые периоды. Интеллектуальные системы орошения используют датчики и IoT для мониторинга уровня влажности почвы и автоматизации графиков орошения для оптимального полива каждой плодоовощной или злаковой культуры.
Поверхностно-активные вещества для почвы помогают максимально эффективно использовать оросительную воду, снижая поверхностное натяжение воды и улучшая её способность перемещаться вертикально и горизонтально внутри почвы. Такие продукты улучшают проникновение влаги в почву, уменьшают сток и предотвращают затвердевание водоотталкивающих отложений, что приводит к экономии воды до 25%.
Разработка и использование сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к засухе, жаре, холоду, засолению и вредителям, обеспечивает высокую урожайность в стрессовых условиях. Эти культуры могут поддерживать уровень производства продовольствия, несмотря на неблагоприятные климатические условия, помогая обеспечить продовольственные поставки. Достижения в области платформ секвенирования ДНК и высокопроизводительного фенотипирования произвели революцию в селекции и исследованиях сельскохозяйственных культур, а это, в сочетании с анализом нейросетями, ускоряет разработку новых устойчивых, продуктивных сортов. Например, технология CRISPR позволяет точно редактировать гены для устойчивости к вредителям, засухоустойчивости и улучшенного содержания питательных веществ.
Алгоритмы машинного обучения могут анализировать большие наборы данных, чтобы предоставить информацию об оптимальных методах ведения сельского хозяйства, предиктивной аналитики, мониторинга урожая и систем поддержки принятия решений. Общие и специализированные модели искусственного интеллекта помогают прогнозировать погодные условия, урожайность и вспышки нашествия вредителей, поддерживает точное земледелие, рекомендуя оптимальное использование таких ресурсов, как вода, удобрения и пестициды для защиты растений. Геномика и редактирование генов также способствуют созданию сельскохозяйственных культур с улучшенным содержанием питательных веществ, улучшая качество и безопасность продуктов питания. Ускоряя процесс селекции и позволяя создавать превосходные сорта сельскохозяйственных культур, эти инновации являются ключевыми компонентами климатически оптимизированного сельского хозяйства.
Поддержание и улучшение здоровья почвы имеет решающее значение для устойчивого развития и здорового выращивания растений. Технологии данного сегмента направлены на улучшение структуры, плодородия и микробной активности для создания благоприятной среды. Интегрированное управление питательными веществами объединяет использование удобрений для оптимизации доступности питательных веществ, улучшения здоровья почвы и минимизации воздействия на окружающую среду. Этот сбалансированный подход обеспечивает устойчивое управление питательными веществами и повышает урожайность культур. Передовые методы управления питательными веществами включают тестирование почвы, точное внесение питательных веществ и использование биостимуляторов, которые оживляют активность почвы, что приводит к улучшению усвоения питательных веществ и производительности.
Методы секвестрации углерода, такие как лесовосстановление и секвестрация углерода в почве, помогают поглощать углекислый газ из атмосферы, сохраняя его в растениях и почвах. Эти методы способствуют смягчению последствий изменения климата и улучшению здоровья экосистемы. А системы возобновляемой энергии используют солнечную, ветровую и биоэнергию для питания фермерских хозяйств, снижая зависимость от ископаемого топлива и сокращая выбросы парниковых газов.
