Cyfryzacja i wykorzystanie nowych technologii w rolnictwie - Zachodniopomorski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Barzkowicach

Fot. Dr inż. Mirosław Czechlowski, Katedra Inżynierii Biosystemów, Wydział Inżynierii Środowiska i Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu podczas Konferencji „Narodowe Wyzwania w Rolnictwie”, która odbyła się 14 listopada 2023 r. w Warszawie (źródło „Farmer.pl”)

Wpływ zmiany klimatu i środowiska na rolnictwo powoduje konieczność tworzenia strategii adaptacji i ochrony plonów. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych funkcjonujące systemy żywnościowe pogłębiają zmianę klimatu i utratę różnorodności biologicznej, a także mogą powodować pandemie oraz nasilać głód na świecie i kryzysy społeczno-gospodarcze. Wydaje się więc oczywistym, że aby zapewnić bezpieczeństwo żywnościowe i zrównoważone, efektywne rolnictwo trzeba dążyć w kierunku innowacji, nowych technologii, alternatywnych metod w produkcji żywności. Rolnictwo przyszłości to rolnictwo regeneratywne, precyzyjne, rolnictwo 4.0, stosujące cyfryzację we wszystkich dziedzinach swojej działalności.

Doradztwo rolnicze, które jest najbliżej rolnika oferuje coraz więcej e-usług wspomagających produkcję rolniczą i zarządzanie gospodarstwem. Doradcy w swojej pracy wykorzystują w coraz szerszym zakresie narzędzia i rozwiązania oparte na nowych technologiach informatycznych (ICT). Jednocześnie szkolą i informują rolników w zakresie możliwości zastosowania tych narzędzi w produkcji roślinnej i zwierzęcej, a także w zarządzaniu gospodarstwem oraz w gospodarowaniu zasobami naturalnymi i środkami produkcji. Nowoczesne technologie informatyczne znajdują zastosowanie bezpośrednio w działalności rolniczej, a dane gromadzone z ich wykorzystaniem stanowią cenne źródło informacji dla zarządzających gospodarstwem rolnym. Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie oraz wojewódzkie ośrodki doradztwa rolniczego od kilku lat rozwijają i opracowują nowe narzędzia internetowe i aplikacje komputerowe, w celu usprawnienia procesu świadczenia usług rolnikom oraz transferu wiedzy i innowacji.

Jako przykłady narzędzi wspomagających świadczenie usług doradczych można wymienić:

program do sporządzania planów nawozowych,
aplikację do obliczania dawek paszowych,
kalkulatory produkcji trzody chlewnej,
kalkulator dobrostanowy,
aplikację do obliczania parametrów silosów na kiszonkę,
kalkulatory do obliczania przepływu azotu i fosforu w gospodarstwie,
aplikacje do sporządzania planów rolnośrodowiskowych itp.

W prowadzonej działalności doradczej wykorzystywane są także nowoczesne rozwiązania oparte o komercyjne aplikacje, wspierające zarzadzanie gospodarstwem rolnym. W programach działalności państwowych jednostek doradztwa rolniczego coraz większego znaczenia nabierają także nowoczesne formy wspierające transfer wiedzy i innowacji. Przykładowymi działaniami w tym obszarze z zakresu ICT są: fora tematyczno-warsztatowe z udziałem konsultantów ds. dostępnych komercyjnych usług w obszarze Rolnictwa 4.0, zaawansowane pokazy np. zadań realizowanych przez drony w celu oceny stanu upraw, zwiększenie wachlarza rodzajów i aktualizacje ogólnodostępnych baz danych. Budowane i rozwijane są także platformy informatyczne jak np. eDWIN – Internetowa Platforma Doradztwa i Wspomagania Decyzji w Integrowanej Ochronie Roślin, która została udostępniona w czerwcu 2022 r. eDWIN oferuje m.in. usługę pt. „Wirtualne Gospodarstwo”, która umożliwia wspomaganie decyzji rolników w zakresie stosowania środków ochrony roślin, monitorowanie upraw i sygnalizowanie wystąpienia agrofagów a także udostępnianie danych meteorologicznych. Platforma eDWIN umożliwia również śledzenie pochodzenia produktów wprowadzanych na rynek. Innym ułatwiającym świadczenie i dokumentowanie usług doradczych jest EPSU – Elektroniczna Platforma Świadczenia Usług z aplikacją mobilną na smartfony i tablety, która podobnie ja eDWIN powstała
w Wielkopolskim ODR. Ze względu na ograniczenia związane z pandemią COVID-19, wszystkie jednostki doradztwa rolniczego wdrożyły i rozwinęły wykorzystanie w pracy doradczej narzędzi i metod pracy zdalnej. Dotyczyło to zarówno szkoleń, webinarów, konferencji, jak i wirtualnych dni pola, które odbywały się w formule on-line. Sytuacja ta sprawiła, że doradztwo musiało przystosować się nowych realiów i w codziennej pracy korzystać z e-porad, e-czatów oraz komunikatorów i portali społecznościowych.

Rolnictwo jest w pełni uzależnione od zmian klimatu, a rolnicy mogą jedynie próbować przystosowywać się do nich i wdrażać rozwiązania pozwalające łagodzić niekorzystne zjawiska. Producenci rolni na całym świecie szukają oszczędności w zużyciu zasobów, a przy tym dążą do zwiększenia swoich plonów. Aby to osiągnąć trzeba zacząć korzystać z innowacyjnych rozwiązań, które prowadzą branżę rolniczą w kierunku zaawansowanej transformacji technologicznej. Wydaje się, że jest to jedyna słuszna droga do bezpieczeństwa żywnościowego i wodnego.

Postępująca cyfryzacja ma umożliwić światowym gospodarstwom produkcję żywności dla 8 mld ludzi. Priorytetem jest więc wzrost efektywności produkcji rolnej, któremu służyć mają dwa trendy:
– smart farming – czyli wykorzystanie nowych technologii oraz innowacji w uprawie;
– rolnictwo precyzyjne – czyli zarządzanie zintegrowane ze specyficzną lokalizacją i jej potrzebami.

Realizację powyższych kierunków umożliwiają m.in. technologie komputerowe, sieci bezprzewodowe, Internet, sztuczna inteligencja, a także teledetekcja. W ramach tej ostatniej stosuje się bezzałogowe statki powietrzne. Wykorzystanie dronów w rolnictwie daje szereg korzyści w stosunku do samolotów i zdjęć satelitarnych. Celem transformacji cyfrowej jest nie tylko zwiększenie dochodów, a także ochrona klimatu i różnorodności biologicznej poprzez bardziej precyzyjne stosowanie pestycydów i nawozów oraz zmniejszenie aplikowanych dawek. Jednym z przykładów cyfryzacji rolnictwa jest technologia kamer GPS. Pozwala ona identyfikować obszary pola porośnięte chwastami, więc podłączony do kamery opryskiwacz otwiera dysze tylko w tych miejscach. Samobieżny robot opryskujący wykorzystuje tę technologię do namierzania i usuwania chwastów. Ich skupiska mogą też wykrywać z powietrza odpowiednio zaprogramowane drony. Algorytmy są w stanie identyfikować i lokalizować rośliny chore lub zaatakowane przez szkodniki. Według producentów wszystko to wkrótce stanie się częścią codziennej praktyki rolniczej.

Wykorzystanie dronów w rolnictwie

Zdjęcia wykonane z drona posiadają wyjątkowo wysoką rozdzielczość i pozwalają ocenić takie aspekty, jak obecność szkodników, stopień zachwaszczenia, rozwój chorób, a nawet deficyty składników odżywczych. W tym celu stosuje się m.in. wskaźnik NDVI, który za pomocą kolorów odzwierciedla na zdjęciu kondycję roślin. Wykorzystanie dronów w rolnictwie obejmuje również kontrolę stanu gleby oraz ocenę rzeźby terenu, co jest kluczowe przy planowaniu kolejnych upraw. Takie mapowanie jest tańsze niż wykorzystanie zdjęć satelitarnych i gwarantuje większą szczegółowość obrazu – drony przelatują nisko nad polami i nie przeszkadzają im gęste chmury. Drony znacząco zwiększają rentowność działalności rolniczej. Wzrost ten wynika z redukcji zapotrzebowania na siłę roboczą oraz ciężki sprzęt, ale także z efektywniejszej dystrybucji środków ochrony roślin, poprawy bezpieczeństwa pracowników, ograniczenia strat oraz zwiększenia produktywności upraw. Wykorzystanie dronów w rolnictwie obejmuje również fizyczną ochronę, istotną zwłaszcza w kontekście upraw o wysokiej rentowności oraz chowu zwierząt. Bezzałogowe statki szybko i łatwo monitorują stan ogrodzenia oraz ewentualne podejrzane aktywności. Są również w stanie zidentyfikować chore, kontuzjowane lub zagubione zwierzęta, ograniczając potrzebę utrzymywania większej liczby pracowników oraz regularnych patroli.

W najbliższej perspektywie w rolnictwie i ogrodnictwie planowane jest wykorzystanie minidronów do zapylania roślin. Drony będziemy najprawdopodobniej wykorzystywać również w połączeniu ze sztuczną inteligencją. AI ma umożliwić jednoczesne monitorowanie zdywersyfikowanych upraw, dzięki rozpoznawaniu różnych gatunków i odmian oraz poszczególnych etapów ich rozwoju. To ułatwienie ma zrewolucjonizować przede wszystkim działalność rolników małej skali, zajmujących się uprawą alternatywną.

Nowoczesne technologie w rolnictwie sposobem na zwiększenie oszczędności wodnych

Ubiegłoroczna Konferencja Wodna ONZ uwidoczniła, że kryzys wodny to problem traktowany poważnie na najwyższych szczeblach władzy. Organizacje międzynarodowe mówią o problemie z wodą coraz głośniej. Unia Europejska we wdrażanej Wspólnej Polityce Rolnej kładzie nacisk na zrównoważone wykorzystanie zasobów, w tym wody. Jedną z ważnych inicjatyw UE na kolejne lata jest też tzw. Blue Deal, czyli opracowanie europejskiej strategii kompleksowego ujmowania gospodarki wodnej na Starym Kontynencie. Jednak niekorzystne zmiany w otaczającym świecie najmocniej dotykają rolników i producentów rolno-spożywczych. Kolejne suche lata skłaniają ich do wdrażania potrzebnych zmian w podejściu do zarządzania gospodarstwem i wodą, która staje się towarem deficytowym.

Ostatnie lata upłynęły pod znakiem rekordowych temperatur i powiększających się obszarów dotkniętych suszą oraz pustynnieniem praktycznie na każdym kontynencie. W czołówce państw, które posiadają największe obszary rolne objęte sztucznym nawadnianiem, niezmiennie od lat znajdują się: Indie, Chiny i USA. Szacuje się, że w samych Chinach jest to ponad 60 mln ha upraw, a w skali rocznej pobór wody do irygacji przekracza 350 mld m³. Dla porównania w USA jest ponad 20 mln ha obszarów rolnych objętych sztucznym nawadnianiem, dla których zużywa się „zaledwie” 80 mld m³ wody rocznie. Z kolei w Unii Europejskiej około 20 proc. obszarów rolnych jest sztucznie nawadnianych, a zużycie wody wynosi średnio 10-15 mld m³ rocznie. Spośród krajów UE największe powierzchnie terenów sztucznie nawadnianych odnotowują kraje basenu Morza Śródziemnego oraz Portugalia. Grunty rolne wymienionych państw stanowią łącznie ponad 85 proc. ogółu unijnych terenów objętych systemami irygacyjnymi.

Sztuczne nawadnianie upraw rolnych to dziś przede wszystkim element charakterystyczny dla wielkoobszarowych i wyspecjalizowanych gospodarstw, które stać na nowoczesne technologie w rolnictwie, np. systemy irygacyjne wyposażone w armatki wodne, deszczownie, taśmy kroplujące lub mikrozraszacze. To także realia podmiotów mających łatwy dostęp do bogatych źródeł wody (najczęściej naturalnych zbiorników, jak jeziora czy rzeki) lub pobierających wodę ze studni głębinowych. Jednak aktualna wiedza i obserwacje naukowe wskazują coraz jaskrawiej, że niektóre rozwiązania mają charakter doraźny, a w dłuższej perspektywie czasu wręcz nasilą problemy z deficytem wody. Przekłada się to na szukanie skutecznych sposobów ograniczania zużycia i minimalizowania strat wody w rolnictwie. Technologie w rolnictwie są sposobem na to, by działać skutecznie tu i teraz, ale z myślą o przyszłości.

W odpowiedzi na narastające zapotrzebowanie pojawia się coraz więcej nowoczesnych wodooszczędnych, zaawansowanych technicznie i rozbudowanych systemów nawadniających, które eliminują nieefektywne zużycie wody. Do dyspozycji użytkowników systemów sztucznego nawadniania są już inteligentne kontrolery zraszaczy, które automatyzują program nawodnieniowy w odniesieniu do aktualnie panujących warunków pogodowych. Sterowniki takie pozwalają kontrolować proces na odległość i w dowolnym czasie reagować na sytuacje alarmowe. Technologie w rolnictwie to także inteligentne czujniki monitorujące wszelkie nieprawidłowości pracy urządzeń, dzięki czemu rolnik może ograniczyć straty finansowe związane z awariami. Istnieje też bogata gama bezprzewodowych czujników glebowych. Najczęściej mierzą one wilgotność, zasolenie i temperaturę gleby w danym miejscu, co przekłada się na realne oszczędności zużycia nawozów, wody i środków ochrony roślin. Na rolników czekają też oferty stacjonarnych i mobilnych stacji meteorologicznych, które mają dostarczać najważniejsze i najbardziej dokładne dane pogodowe. Coraz częściej pojawiają się także nowoczesne aplikacje do wspomagania decyzji nawodnieniowych w uprawie konkretnego gatunku roślin, np. winorośli, roślin szklarniowych, kwiatów, krzewów owocowych, roślin sadowniczych lub szkółkarskich. Stanowią one fachowe narzędzie ukierunkowane na wąskie grono odbiorców.

W obliczu powtarzających się susz i czasowych ograniczeń dostępności wody pitnej, na rynku pojawiły się także aplikacje, które na podstawie danych meteorologicznych i prognoz pogody wspomagają decyzje o rozpoczęciu lub zaprzestaniu sztucznego nawadniania oraz jego natężeniu. Co więcej, w USA coraz więcej użytkowników korzysta z lokalnych aplikacji, które pomagają zarządzać zużyciem wody w gospodarstwie w odniesieniu do aktualnych lokalnych przepisów prawa i odgórnych limitów jej zużycia w okresach suszy. Ma to ogromne znaczenie w rolniczych stanach, np. w Kalifornii czy Teksasie, które najbardziej cierpią z powodu zmiany klimatu.

Rola Polski w rozwoju nowoczesnych technologii dla rolnictwa

Przykładem rolniczej aplikacji jest polska Naiad Irrigation, która wpisuje się w założenia „smart farmingu”. Jest to nowoczesne wsparcie w podejmowaniu decyzji o stopniu nawadniania upraw. W efekcie rolnik zmniejszy zużycie wody o 20-40 proc. w stosunku do tradycyjnych metod irygacji. Obecnie aplikacja to prototyp, którego rozwój jest realizowany m.in. za pośrednictwem badań terenowych na polach doświadczalnych Uniwersytetu w Siedlcach. Obserwacje naukowe obejmują uprawę pszenicy, kukurydzy i ziemniaka jako roślin wzorcowych, jednak w funkcjonalności aplikacji znajdą się wszystkie popularne rośliny uprawne, zwłaszcza te wrażliwe na stres wodny. Dzięki nowoczesnym technologiom i szczegółowej analizie danych Naiad Irrigation będzie optymalizować wykorzystanie zasobów wodnych dla danej rośliny uprawnej. Założeniem aplikacji jest osiągnięcie najkorzystniejszego ekonomicznie stosunku zebranego plonu do zużytej wody w całym procesie wegetacji danej rośliny. Tym, co odróżnia ją od konkurencji, jest wielotorowość przetwarzania informacji z wszystkich dostępnych źródeł w celu uzyskania obiektywnych wyników przeprowadzanej analizy. Innym wyróżnikiem jest swego rodzaju „inteligencja” aplikacji – przeprowadzana jest analiza wpływu gospodarki wodnej danego gatunku rośliny na jej wzrost, rozwój i plonowanie, co pozwala w czasie rzeczywistym zwiększać skuteczność stosowanej technologii. W tym celu wykorzystywana jest też technologia blockchain jako metoda przechowywania i zabezpieczania danych. Korzystanie z aplikacji Naiad Irrigation ma przynieść rolnikowi wymierne korzyści w postaci mniejszego zużycia wody, ograniczenia wydatków na nawodnienie upraw
oraz wzrost plonów z 1 ha. Takie technologie w rolnictwie mogą być jednym z najlepszych sposobów na utrzymanie bezpieczeństwa żywnościowego na świecie.

– „Już w 2008 r. w raporcie przygotowanym na zlecenie Goldman Sachs określono wodę mianem ropy naftowej XXI w. Z każdym kolejnym rokiem to określenie nabiera nowych treści „- mówił Piotr Wróblewski, prezes NAIAD Water Investments, spółki technologicznej, która opracowała aplikację pomagającą optymalizować zużycie wody dla konkretnej rośliny w różnych warunkach glebowych na podstawie analizy zbieranych na bieżąco danych (Naiad Irrigation). Dzięki nowym technologiom aplikacja NAIAD pomaga odpowiednio zarządzać nawadnianiem i dostosowywać stopień nawodnienia indywidualnie dla każdej uprawy i odpowiednio do konkretnych warunków środowiskowych.

„Przetwarzamy wzorce wypracowane przez współczesną naukę, by ich efekty wdrażać na co dzień w rolnictwie precyzyjnym” – objaśnia prezes spółki NAIAD. – „Sztuczna inteligencja będzie miała duży wpływ na rolnictwo w przyszłości. Rozwój technologiczny musi iść w parze z regulacjami prawnymi i pomocą państwa, bo bez tego nie przekonamy rolnika do masowego zastosowania technologii” – zauważył Piotr Wróblewski.

Platforma „Idea 3W”: woda, wodór, węgiel

Obecnie w Polsce wartość sektora 3W (woda, wodór, węgiel) oceniana jest na 4,86 mld dolarów. Do roku 2030 ma wzrosnąć do 5,6 mld dolarów. Podczas debaty „3W woda, wodór, węgiel – platformą wsparcia technologii” eksperci zastanawiali się, w jaki sposób polskie firmy mogą wykorzystać ten ogromny potencjał, aby zwiększyć innowacyjność i konkurencyjność naszej gospodarki. Platforma „Idea 3W”,
powstała z inicjatywy Banku Gospodarstwa Krajowego SA (BGK), ma wspierać realizację projektów w tematyce wody, wodoru i węgla, służyć wymianie doświadczeń w tej dziedzinie, ale i likwidacji przeszkód we wprowadzaniu w życie rozwiązań systemowych. Do platformy dołączyło już blisko sto organizacji. Łączna kwota wydatków BGK na inwestycje strategiczne w 35 obszarach, które będą realizowane w samorządach, sięga 63 mld zł. Spośród nich wyróżniają się inwestycje w gospodarkę wodną, retencję, kanalizację i oczyszczalnie, które pochłoną około 15 mld zł.
– „163 tys. km sieci wodociągowej musiałoby działać, by cała Polska korzystała z wody kanalizacyjnej. Obecnie tylko 42 proc. gospodarstw domowych ma dostęp do sieci kanalizacyjnej. To pokazuje rozmiar wyzwania, wobec którego stajemy” – podsumowała debatę Beata Daszyńska-Muzyczka, prezes BGK. Nawiązując do problemu zaopatrzenia w wodę prezes Beata Daszyńska-Muzyczka powiedziała, że „w Polsce cały czas zmniejszają się zasoby wody pitnej, ale, jednocześnie, ilość opadów, które występują na terenie kraju, przewyższają czterokrotnie nasze potrzeby. Oznacza to, że gospodarka zasobami wodnymi musiałby być zorganizowana w inny sposób: jedno to jest woda szara, drugie to jest mała retencja. To są rzeczy, w które powinniśmy jak najszybciej zainwestować. Bo wodę mamy, tylko pozwalamy się jej zasolić poprzez spłynięcie do morza. A zasób wody pitnej na świecie to zaledwie jeden procent wszystkich jej zasobów na osiem miliardów ludzi” – podkreśliła.

Spółka Food4Future Technologies korzysta z doświadczeń norweskich w zakresie ochrony środowiska i zasobów wodnych. Zajmuje się produkcją żywności w systemach o zamkniętym obiegu wody, w których 99 proc. wody podlega ciągłej recyrkulacji. Testuje rozwiązania norweskie w Polsce we współpracy z uczelniami, np. z Politechniką Warszawską. Trwają testy technik upraw rolniczych w postaci m.in. farm akwaponicznych, które zapewniają zrównoważoną produkcję żywności bez stosowania pestycydów i antybiotyków, przy znacznej redukcji zużycia wody i przy zminimalizowanym wpływie całego procesu na środowisko. Food4Future Technologies powołała instytut naukowy Water Science Technologies, który działa w formule fundacji i poszukuje m.in. rozwiązań problemów w dziedzinie systemów gromadzenia i zarządzania zasobami wody, a także poddawania ich testom. Instytut sprawdza, czy możliwa jest produkcja żywności na farmach akwaponicznych usytuowanych w miastach, która oznaczałaby obcięcie łańcuchów dostaw, a tym samym ograniczenie emisji.

Technologiczne innowacje w rolnictwie są nieodłącznym elementem współczesnego rolnictwa. Cyfryzacja przynosi wiele korzyści, wspierając produkcję rolno-spożywczą i umożliwiając optymalizację procesów rolnych. Wprowadzenie nowoczesnych technologii, takich jak automatyzacja, robotyka, sensoryka czy technologie śledzenia, pozwala na zwiększenie wydajności, precyzji i efektywności w rolnictwie. Pomimo pewnych ryzyk i wyzwań, odpowiednie zarządzanie tym procesem może przynieść wiele korzyści dla sektora rolnego. Warto inwestować w cyfryzację rolnictwa, aby zagwarantować zrównoważony rozwój i bezpieczeństwo żywnościowe.

„Precyzyjne i inteligentne rolnictwo – stan i perspektywy wdrażania” – monografia powstała w ramach projektu „Europejski zielony Ład – wyzwania i szanse dla polskiego rolnictwa. operacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Schematu II Pomocy Technicznej” Krajowa Sieć Obszarów Wiejskich na lata 2014-2020. Instytucja Zarządzająca Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich – Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi

Opracowanie: Izabela Świgoń, ZODR w Barzkowicach

Materiały źródłowe:
– „Publiczne Doradztwo Rolnicze partnerem w rozwoju rolnictwa i obszarów wiejskich”
– Wodne Sprawy „Nowoczesne technologie w rolnictwie sposobem na zwiększenie oszczędności wodnych”
– Puls Biznesu „Woda staje się głównym zasobem potrzebnym ludziom i gospodarce”
– wGospodarce.pl
– wBiznesie.it „Technologiczne innowacje w rolnictwie: cyfryzacja wspiera produkcję i uprawy”