Jak nowoczesne technologie wpływają na automatyzację uprawy roślin? W jakim stopniu przekładają się na racjonalne wykorzystanie dostępnych zasobów? Czy przyszłość nawadniania to raczej rewolucja czy ewolucja?

Przemysł 4.0 zmienia oblicze wielu branż gospodarki od energetyki, przez produkcję dóbr opartych na wysokich technologiach, medycynę po zakres usług konsumenckich. Także w rolnictwie coraz większe znaczenie ma automatyzacja i robotyzacja, gromadzenie dużych ilości danych przy pomocy zautomatyzowanych systemów pomiarowych, ich analiza i pozyskiwanie informacji z użyciem programów wykorzystujących sztuczną inteligencję.

OCZEKIWANIA WOBEC AUTOMATYZACJI

Celem ukierunkowania rozwiązań wykorzystujących nowe technologie jest szeroko pojęta optymalizacja: zwiększenie plonów, ograniczenie zużycia wody, energii elektrycznej, nawozów, środków ochrony roślin, osiąganie lepszych wskaźników wydajności. Ważny jest przy tym zarówno efekt ekonomiczny (obniżenie kosztów działalności), jak i środowiskowy (mniejsze zużycie zasobów naturalnych i zredukowana emisja zanieczyszczeń).

Możliwości rosną z każdym rokiem: narzędzia wykorzystujące nowe technologie są coraz tańsze i bardziej dostępne. Do niedawna tylko największe gospodarstwa rolne wykorzystywały zdjęcia lotnicze i satelitarne do badania skuteczności nawożenia i przewidywania plonów. Obecnie zdjęcia wysokiej jakości pokrywające obszar uprawy można wykonywać przy pomocy kamer o wysokiej rozdzielczości montowanych na dronach. Metoda stała się tańsza i bardziej dostępna. To tylko jeden z wielu przykładów.

Z każdym rokiem zmniejsza się również cena usług obliczeniowych, rośnie wydajność komputerów i serwerów. Coraz dostępniejsze są usługi obliczeniowe w chmurach oraz specjalistyczne programy do analizy danych. Dzięki tym narzędziom właściciele gospodarstw mogą już dzisiaj poprawić skuteczność prognozowania wysokości plonów na podstawie analizy środowiska uprawy oraz bieżącego monitorowania stanu roślin. Jak wiadomo modele klimatyczne wymagają dużej mocy obliczeniowej. Wprowadzenie technologii automatycznych do rolnictwa pozwala również na bardziej precyzyjne i skuteczne zarządzanie zasobami takimi jak grunty czy maszyny rolnicze. Bardziej efektywne wykorzystywanie zasobów i zminimalizowanie strat to z kolei realne zyski ekonomiczne.

WYDAJNOŚĆ I BEZPIECZEŃSTWO PRODUKCJI

Automatyzacja pozwala na ograniczenie ryzyka i liczby błędów popełnianych w procesie produkcji rolnej. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych narzędzi i urządzeń można zapewnić większą jakość produktów rolnych i jednocześnie zwiększyć bezpieczeństwo żywności.

Ciekawym przykładem praktycznego wykorzystania nowych technologii są dwa modele maszyn do odchwaszczania, Dino i Oz, produkowane przez francuską markę Naio Technologies, która specjalizuje się w robotach rolniczych. Urządzenia te mają wspierać rolników w codziennej pracy, a jednocześnie ograniczać negatywny wpływ intensywnych upraw na środowisko naturalne i człowieka. Zasilane elektrycznie roboty są wyposażone w GPS RTK, który umożliwia im pracę z dokładnością do 2,5 cm, oraz w kamerę, dzięki której prowadzenie maszyny między rzędami upraw nie stanowi wyzwania. Dodatkową zaletą ich stosowania jest ograniczenie konieczności stosowania chemicznych środków chwastobójczych, co poprawia bilans ekologiczny produkcji. W przypadku modelu Oz odchwaszczanie pól to tylko jedna z czynności, które potrafi wykonywać. Ta wielofunkcyjna maszyna z powodzeniem jest w stanie też bronować, siać, sadzić czy wykonywać bruzdy. Ponadto każdy z robotów może działać autonomicznie, bez żadnego nadzoru ze strony człowieka. To pozwala rolnikom skupić się na bardziej wymagających obszarach ich pracy.

ROLA CZŁOWIEKA

Eksperci z zakresu robotyzacji rolniczej zapewniają, że choć maszyny mogą wykonywać coraz więcej prac bez nadzoru człowieka, jego obecność jest konieczna. Nadrzędnym celem automatyzacji nie jest zastąpienie operatora, a skuteczne wsparcie go w wykonywanych obowiązkach. Przede wszystkim poprawia ona precyzję i powtarzalność zabiegów, gwarantuje sterowanie nimi na podstawie danych pomiarowych, a w wielu przypadkach odciąża ludzi i zwalnia ich z obowiązku wykonywania monotonnych, uciążliwych i prostych czynności, np. włączania i wyłączania pomp instalacji nawadniającej. W zakresie rolnictwa wprowadzenie automatyzacji może zagwarantować lepszą wydajność pracy, a w konsekwencji także zwiększenie produkcji.

NAWADNIANIE W NOWOCZESNYM ROLNICTWIE

Modelowym środowiskiem, idealnie nadającym się do uprawy zgodnie z najnowszymi trendami, są uprawy pod osłonami. Takie procesy jak nawadnianie, ogrzewanie, oświetlenie lub regulowanie klimatu od dawna wykonuje się przy pomocy specjalnych sterowników czy komputerów klimatycznych. Odpowiadają one za sterowanie zaworami dawkującymi dwutlenek węgla, zarządzanie napędami okien i zasłon zmniejszających nasłonecznienie, a także za nowoczesne oświetlenie LED, które umożliwia zmianę barwy światła w taki sposób, by jak największa część jego energii została wykorzystana przez rośliny w procesie fotosyntezy. Jeśli dodamy do tego wydajny system zraszaczy, poprzez które do sadzonek dostarczana jest woda i odpowiednie dawki nawozów, otrzymamy prosty przepis na skuteczną produkcję w warunkach szklarniowych.

Oczywiście, wszystkie te czynności można wykonywać ręcznie, ale zautomatyzowanie tych procesów może radykalnie poprawić wynik finansowy gospodarstwa. Planując wykorzystanie najnowszych technologii, warto konsultować się z fachowcami, którzy doradzą najbardziej optymalne rozwiązania w przypadku produkcji roślinnej pod osłonami.

Nie da się jednak ukryć, że uprawy szklarniowe to specyficzne środowisko, w którym można kontrolować znaczną ilość zmiennych. A jak nowoczesne rozwiązania techniczne sprawdzają się w naturalnym terenie, gdzie występują różne warunki środowiskowe, klimatyczne, glebowe czy wodne? Bez wątpienia ewolucja technologiczna jest niezbędna, aby uczynić rolnictwo bardziej efektywnym i racjonalnym w wykorzystaniu wody. Tu dużą rolę do odegrania mają m.in. czujniki wilgotności, aplikacje łączące sterownik i dozowniki nawozowe z dostępem komunikacyjnym w chmurze, co umożliwia zdalne zarządzanie różnymi procesami, a także nawadnianie punktowe, prowadzone bezpośrednio w obrębie bryły korzeniowej roślin, np. za pomocą taśmy kroplującej.

Już dziś w odniesieniu do zarządzania nawadnianiem wykorzystuje się np. teledetekcję do określania ewapotranspiracji upraw, łącząc dane pochodzące z obrazów satelitarnych, zdjęć lotniczych i odczyty czujników naziemnych. Korzystając z nich, można optymalnie dopasowywać wydajność i skalę nawadniania do aktualnych potrzeb roślin. Prowadzi to do oszczędności ekonomicznych, ale również do zmniejszenia zużycia wody przez rolnictwo.

Trendy obecne w nowoczesnym rolnictwie znajdują odzwierciedlenie w oczekiwaniach Klientów budujących instalacje nawadniające na mniejszą skalę. Coraz częściej chcemy mieć dostęp do automatycznego sterowania zraszaczami (w tej roli doskonale sprawdzają się kontrolery marki Hunter), kontroli wilgotności gleby, możliwości zdalnego diagnozowania potrzeb roślin i sterowania instalacją. Wiele wskazuje na to, że automatyzacja wkrótce stanie się standardem także w małych gospodarstwach oraz w uprawach amatorskich.

IRRIGATION 4.0

Do zmian w standardzie nawadniania przyczyniają się kolejne pokolenia badaczy i innowatorów. Warto w tym kontekście przywołać projekt Irrigation 4.0 – inicjatywę naukowców z Niemiec, Tajlandii i Birmy, którzy pracują nad opracowaniem nowego systemu planowania nawadniania. W założeniu ma on ulepszać już istniejące na rynku platformy nawadniające oparte na analizie wilgotności gleby i ewapotranspiracji.

Projekt Irrigation 4.0 skupia się na dwóch różnych gatunkach roślin i dwóch systemach produkcji, które wymagają odpowiedniego nawadniania w celu uzyskania wysokich plonów. Przedmiotem analizy są sady owocowe wykorzystujące drzewo duriana, (Durio zibethinus L.), oraz popularna roślina paszowa, jaką jest kukurydza (Zea mays L.).

Prace badawcze obejmują połączenie wiedzy z zakresu fenotypowania i fizjologii roślin, agronomii i ekonomii, ale także z dziedzin typowo inżynieryjno-informatycznych, takich jak przechowywanie danych w chmurze, wykorzystywanie bezprzewodowej sieci czujników, uczenie maszynowe czy przetwarzanie dużej ilości danych w czasie rzeczywistym.

Rezultatem projektu ma być stworzenie rozwiązań, które umożliwią stałą, niezawodną i przystępną cenowo podaż produkowanej w sposób zrównoważony w sektorze rolnym biomasy (wykorzystywanej później do wytwarzania żywności, paszy czy paliw).

Jest to jednocześnie jeden ze strategicznych celów unijnych programów rolnych, więc należy się spodziewać, że tego typu prace – dążące do maksymalnie efektywnego wykorzystania zasobów przy jednoczesnym poszanowaniu potrzeb środowiska naturalnego i dostępnych zasobów wody – będą w przyszłości cieszyć się coraz większym powodzeniem. Przekształcanie się tradycyjnych upraw w nowoczesne Rolnictwo 4.0 dzieje się na naszych oczach.