Через 30 лет человечеству понадобится примерно в 1,7 раз больше продовольствия, чем производится сейчас. По прогнозам ООН, население мира к 2050 году достигнет 9,8 млрд человек. Чтобы его прокормить, надо увеличить производство продовольствия на 70%.
AgroTech — это комплекс высокотехнологичных методик, целью которых является повышение урожайности, качества продукции и экономической эффективности производства с учетом требований экологической безопасности. Рассказываем, какие новые технологии применяются в аграрном секторе и как они помогут прокормить человечество.
Какие технологии применяют в агротехе
Спутники
Наличие стабильной спутниковой связи позволяет фермерам работать удаленно и использовать автоматизированные процессы для сельскохозяйственных операций.
Спутниковая связь решает несколько задач:
- Мониторинг скота. В некоторых районах фермерам практически невозможно вручную отслеживать и защищать свой скот от браконьерства, избегать потери стада или других опасностей. Удаленный мониторинг позволяет немедленно получать уведомления о любых угрозах. Например, фермер может наблюдать за перемещением скота по пересеченной местности и настроить оповещения, в том числе сводки о погоде.
- Мониторинг окружающей среды и погоды. Ранние предупреждения о стихийных бедствиях и резких переменах погоды помогают фермерам не потерять скот или урожай.
- Отслеживание работы оборудования. Сельскохозяйственная техника иногда выходит из строя и теряется, а спутниковые системы предоставляют актуальную информацию о проблемах обслуживания, показателях производительности, потреблении топлива и энергии.
- Транспорт и логистика. Фермеры могут отслеживать доставку сельскохозяйственной продукции с ферм на перерабатывающие станции и оптимизировать методы транспортировки. Кроме того, у них есть возможность контролировать отдельные контейнеры, тележки и даже поддоны с продукцией.
Согласно отчету Northern Sky Research (NSR), использование спутников и интернета вещей (IoT) имеет одни из самых высоких перспектив роста в течение следующего десятилетия. Количество устройств для сельскохозяйственного применения в космосе превысит 790 тыс. в 2029 году.
В 2021 году российская AgroTech-платформа «ИнтТерра» начала работать с калифорнийской компанией Planet Labs, которая разрабатывает крупнейшую группировку из 160 телескопических спутников на орбите. «ИнтТерра» предлагает фермерам свой продукт SkyScout, который использует данные со спутников для аналитики полей, чтобы фермеры могли отслеживать состояние своего урожая, земель и получать предупреждения о рисках, связанных с погодными явлениями или вредителями.
Беспилотники
Дроны позволяют наблюдать за урожаем и скотом в труднодоступных местах. Также беспилотники используются для составления карт на основе тысяч снимков и измерений, точечного внесения удобрений и отслеживания условий, в которых произрастают культуры. С помощью компьютерного зрения аппарат способен заметить малейшие отклонения в развитии растения. Так, в США дроны проводят диагностику заболеваний посевов. В Китае, Индии и Гане с помощью беспилотников организовали точечное орошение полей. Лососевые фермы в Норвегии используют дроны с умным зрением для раннего выявления заболевания рыбы морскими вшами.
Рынок сельскохозяйственных дронов уже оценивается в $32,4 млрд, и в будущем беспилотники могут стать более популярными, чем традиционная наземная картография.
Искусственный интеллект
Данные с датчиков на земле, а также дронов и спутников собираются и анализируются в системах искусственного интеллекта. Благодаря технологиям машинного обучения система учится сама подбирать оптимальные агротехнологические решения и давать фермерам подсказки в работе: когда лучше поливать почву, в каком месте требуется больше рабочих рук и так далее. Также собранная информация объединяется с историческими данными об изменении климата. Это позволяет фермерам рассчитать урожайность с каждого участка и даже изменение цены на свою продукцию.
Так, цифровая платформа для точного земледелия в Аргентине использует машинное обучение, геоданные дронов и спутников, облачные вычисления для разработки рекомендаций фермерам в реальном времени.
Royal Swaziland Sugar Corporation Limited в южноафриканском Свазиленде применяет такие технологии для регулярных поставок сахара на рынок. Компания управляет более чем 15 тыс. га сахарного тростника и собирает 2,3 млн т для переработки на сахарных фабриках. Неполадки в ирригационной системе отслеживаются в реальном времени, что позволяет принять меры до того, как растения пострадают. Система мониторинга контролирует не только количество воды, но и удобрений. Если раньше анализ таких данных занимал не менее двух недель, то теперь они появляются за несколько часов.
Интернет вещей
Для выращивания большинства сельскохозяйственных культур требуются особые и контролируемые условия окружающей среды, чтобы гарантировать количество и качество продукции. Интернет вещей позволяет фермерам следить за параметрами, определяющими здоровье урожая, такими как температура или влажность почвы. Датчики устанавливают среди посевов, и они отправляют собранную информацию в облако для хранения, визуализации и анализа с помощью платформ IoT.
В дополнение к мониторингу, системы IoT позволяют настраивать оповещения, что означает, что фермерам не нужно постоянно проверять данные: они немедленно получат предупреждение, когда возникнет проблема. Также аграрии могут автоматизировать действия с помощью таких систем. Например, основываясь на влажности почвы, владелец поля может точно знать, когда нужно поливать урожай. В соответствии с этими значениями полив можно настроить так, чтобы он выполнялся автоматически.
Приложения IoT позволяют также отслеживать здоровье и местонахождение скота, создавать умные теплицы, бороться с вредителями с помощью дронов и так далее.
Так, беспроводная IoT-система от нидерландской компании H2Oalert позволяет контролировать водоснабжение скота в режиме реального времени. Она помогает быстро распознать загрязнение и возможные неисправности в системе водоснабжения на расстоянии до 1,5 км и выдает оповещения фермерам.
Биотех в агрокомплексе
Генная инженерия
Генная инженерия — комплекс новых технологий, связанных с изменением последовательности ДНК в клетках. Культуры с отредактированными генами являются самыми рентабельными для органического производства. Такие растения обычно устойчивы к засухе, не боятся болезней и приносят более качественный урожай. Также метод используется в животноводстве. Например, в Китае результатом генно-инженерного эксперимента стало пониженное содержание белого жира у свиней. Есть несколько различных инструментов редактирования генов, и самый известный — это CRISPR-Cas 9. В отличие от традиционной селекции он позволяет выводить новые устойчивые культуры гораздо быстрее.
Стартап Roslin Technologies использует секвенирование генома, редактирование генов и биоинформатику, чтобы создать белковый продукт в трансгенных куриных яйцах, который может помочь в регенерации печени. Он уже имеет терапевтическое применение в свиноводстве — для предотвращения потерь поросят за счет повышения их иммунной системы.
Биологические альтернативы
Обеспокоенность по поводу чрезмерного использования синтетических продуктов в сельском хозяйстве привела к увеличению числа компаний, исследующих естественные биологические альтернативы, в частности микробные или бактериальные растворы. В последние годы исследования микробиома растений — среды обитания бактерий в корневой зоне и вокруг нее — ускорились, поскольку ученые стремятся понять, как эти организмы способствуют росту урожая и здоровью почвы. Стартапы, соответственно, пытаются выявить и изолировать организмы, наиболее полезные в разных средах, и создать продукты на их основе. Так, стартап Indigo создал микробное покрытие семян хлопка, способствующее его росту в условиях засухи. А стартап Bactana Corp разрабатывает микробы, которые улучшают здоровье животных и повышают эффективность молочного и мясного скотоводства, например, улучшают набор веса или снижают восприимчивость к болезням.
Какой рост агротеху дают технологии
По подсчетам PwC, концепция точного земледелия с применением цифровых решений позволяет сократить затраты на 10% и увеличить урожайность на ту же величину. При этом применение IoT-решений в животноводстве и земледелии позволяет снизить затраты на 15–20% и добиться сокращения гибели скота на 15%.
В 2020 году объем рынка агротеха в мире составил $1,1 млрд, а к 2025 году он может вырасти до $3,1 млрд. Пока в России инновации в сельхозпроизводстве внедряют в три раза реже, чем в европейских странах, и в четыре раза реже, чем в США. По данным Grand View Research, рынок «умных» фермерских технологий в РФ занимает 1,5% от общемирового.
Однако инновации постепенно внедряются. Так, компания R-SEPT создала «робота добровольного доения», который может брать молоко у двух коров одновременно, и роботов-манипуляторов для «доильной карусели», которые заменяют до семи доярок. Это позволяет увеличить надои на 12–17%, контролировать параметры молока и здоровья скота. А компания «ЧебоМилк» внедрила технологии ускоренного воспроизводства крупного рогатого скота, используя трансплантацию эмбрионов. Проект ускоряет создание стада, помогает совершенствовать его генетический потенциал и снижает стоимость размножения скота на 30–40%. Между тем компания «Альбатрос» предлагает дрон для сельского хозяйства Agro Drone, который предназначен для опрыскивания полей. Он обеспечивает скорость опрыскивания до 2 л в минуту с диапазоном распыления 4 м. Дрон способен опрыскивать поля в 60 раз быстрее, чем это позволяют сделать традиционные технологии, что экономит фермерам время и повышает качество урожая.