Современные сельскохозяйственные технологии для повышения урожайности
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 18.09.2024
Согласно исследованию компании Deloitte, 89% представителей агропромышленных комплексов видят необходимость повышения экономической эффективности путем автоматизации ключевых процессов. Рассмотрим пять изобретений, способных перевести сельское хозяйство на новый уровень.
Аэропоника — это процесс выращивания растений в воздушной среде без использования почвы. Удобрения и полив поступаю прямо к корням в виде аэрозоля. Поэтому аэропоника является самым безопасным и экологически чистым способом выращивания сельхоз культур естественным способом.
Эта технология известна уже 40 лет, однако компания Green IQ создала удобный комплекс на основе аэропоники для выращивания зелени в промышленных масштабах. Это специальные многоярусные контейнеры с интеллектуальной системой управления, которая следит за температурой и влажностью воздуха, количеством солнечных лучей, получаемых зеленью за день, контролирует полив растений и вентиляцию воздуха в теплице и собирает данные о работе всего оборудования.
Кроме автоматизированности, аэропоника позволяет эффективно использовать пространство. Например, Green IQ обещают, что с 1м2 их теплиц можно собрать урожай как с обычных 4м2. Также, культуры в среднем растут в 2-2,5 раза быстрее, чем при земельном выращивании, поэтому это еще и экономия времени.
Пустынная саранча — самый опасный перелетный вредитель в мире. Колонии интенсивно размножаются, быстро перемещаются на дальние расстояния и съедают все на своем пути. В худшем случае это коснется 20% всей суши на Земле.
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН инициировала создание eLocust3 — приложения для мониторинга и оперативного выявления саранчи пустынной. В приложении последние наработки в области информационных, коммуникационных и спутниковых технологий объединены в единую систему мониторинга и раннего предупреждения.
Система состоит из надежного планшета и специально разработанного программного обеспечения, которое позволяет производить мониторинг в труднодоступных и удаленных местах, где нет интернета. Полевой персонал собирает данные и передает их в реальном времени через спутник с поля в свои национальные саранчовые центры, прежде чем передать их в Информационную службу пустынной саранчи (DLIS) в штаб-квартире Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН в Риме.
После тестирования системы было сложно измерить результаты, потому что не все потери урожая происходят из-за саранчи. Но в 2013 году благодаря eLocust удалось локализовать шесть значительных вспышек чумы и не дать им перерасти в эпидемию. Во время чрезвычайной ситуации 2003–2005 годов в Западной и Северо-Западной Африке понадобилось 570 миллионов долларов США, чтобы взять ее под контроль. Ежегодная стоимость профилактики в зоне ЧС составляет 3,3 миллиона долларов. Поэтому деньги, потраченные в 2003-2005 годах, были эквивалентны 170 годам профилактического контроля.
Transport Genie создало систему сенсоров для транспортных средств, которые оценивают условия птиц во время перевозки. Система предусматривает контроль температуры и влажности, уровень двуокиси углерода и аммиака, вибрации кузова и температуры поверхности. Также, анализируется поведение водителя. При нарушении условий транспортировки, предупреждение автоматически отправляется заинтересованным сторонам.
Датчики передают информацию в режиме реального времени с помощью спутников, поэтому система работает бесперебойно даже в удаленных местах. Она может использоваться переработчиками для улучшения условий содержания птиц во время погрузки, перевозки и в птичниках.
F5 PMM — cистема предиктивной аналитики от Factory5 вовремя замечает критическое состояние того или иного узла комбайна и оповещает об этом оператора машины. Это позволяет не проводить излишние технические осмотры, а производить вмешательство тогда, когда это действительно необходимо.
Система формирует перечень рекомендуемых работ и оценивает качество их устранения, показывает общий коэффициент технической готовности комбайна. Это поможет приблизить его к единице к моменту зерноуборочного периода и эффективно использовать технику.
Чтобы такое стало возможным, F5 PMM использует все накопленные данные о комбайне, анализирует их, выстраивает закономерности и использует их для предсказания будущего. Результаты этой работы система выдает оператору на понятном ему языке в наглядном визуальном формате.
F5 Explorum — это платформа для распознавания объектов на снимках дистанционного зондирования земли. Система на базе компьютерного зрения и искусственного интеллекта анализирует ортофотопланы, определяет и выделяет границы зарослей борщевика меньше чем за минуту (на фотографиях разрешением 256 Мп). Она обучена на тысячах фотографий и умеет дообучаться в процессе работы.
F5 Explorum интегрируется в любые системы, frontend-интерфейс через веб-приложение и QGIS, и работает следующим образом:
1) Ортофотоплан поступает в программу.
2) Заранее обученные нейросети анализирует его и распознают объекты на фото.
3) Они же выделяет границы зарослей борщевика и отдельно стоящих сорняков и выдают ортофотоплан с четкими границами.
Тестовые испытания системы показали точность распознавания борщевика на ортофотопланах более 95%. Комплексная система, которая выявляет территории, зараженные борщевиком, определяет плотность сорняка, прокладывает маршруты обработки и подбирает эффективные гербициды, сэкономит 20-30% средств агрохимии. Система, также, ускоряет обработку участков более чем в два раза.
Так выглядит современная сельхозтехника в представлении обывателя
Так выглядит современная сельхозтехника на самом деле
Автономная сельхозтехника
Раз уж мы заговорили о беспилотном транспорте, то грех не упомянуть и беспилотную сельхозтехнику. Её зачатки появились почти 60 лет назад – в 1962 году голландский инженер Корнелис Зилинг создал первый автономный трактор Agri-Robot для вспахивания полей. Естественно, ни о какой электронике тогда речи и не шло – автоматическая смена борозды была реализована посредством двух щупов-колес спереди и сзади. Технология была уже вполне рабочей, хотя и подходила она больше для полей правильной прямоугольной формы.
Kubota X Tractor
John Deere Autonomous Electric Tractor
Case IH Autonomous Magnus Concept
Система погодного мониторинга Fujitsu
Аэрофотосъемка, которая еще тридцать лет назад считалась очень дорогим удовольствием и которую могли себе позволить только военные и крупные госструктуры, стала уже вполне обыденным элементом нашей повседневной жизни. Мы каждый день пользуемся картами Google и Yandex и уже привыкли к тому, что открытый доступ к спутниковым снимкам любого уголка земного шара – это что-то само собой разумеющееся. С точки зрения сельского хозяйства, это незаменимый инструмент для контроля над своими угодьями, а также для исследования потенциальных участков под засев. Но бесплатные сервисы обновляют картинку, как правило, один-два раза в год, чего достаточно для обычных пользователей, но не для аграриев. К тому же и их функционал очень скудный – кроме простой съемки, в них ничего нет.
Спутниковая фотография сельхозполей из сервиса Google Maps. Можно увидеть границы полей и их относительную заполненность, но не более того
Спутниковый снимок с наложенным показателем нормализованного дифференциального вегетационного индекса (NDVI)
Беспилотник для аэрофотосъемки
Заключение
Сегодня технологии сельского хозяйства изменяются не менее динамично, чем технологии в компьютерных и высокотехнологичных областях. Важнейшими направлениями, несомненно, были и остаются повышение производительности, снижение себестоимости и повышение качества продукции. Основными инновациями в сельском хозяйстве являются:
- Инновации в области обработки почвы
- Инновации в сфере производства сельскохозяйственных машин и оборудования
- Инновации в осушении и орошении почвы
- Инновации в выращивании и содержании скота
- Инновации в технологиях сбора и сохранения продукции
- Инновации в сфере транспортировки и реализации готовой продукции
Это конечно далеко не полный перечень инновационных направлений в современных технологических циклах в сельскохозяйственной отрасли.
Несомненно, одним из самых активных направлений развития современных сельскохозяйственных технологий является производство экологически чистых продуктов. Особое внимание сегодня обращается на качество произведенной продукции.
Развитие и модернизация современной сельскохозяйственной техники также способствует повышению производительности и качества продукции. Новые сельхозмашины позволяют снизить потери при сборе урожая, гибко реагировать на изменения климата и максимально использовать задействованные под сельхозкультуры площади.
В животноводческой отрасли сельского хозяйства также простор для инновативных решений в технологиях довольно широк. Так активно внедряются инновативные методы в технологиях разведения и содержания крупного и мелкого рогатого скота, на птицефермах, при выращивании и заготовке кормовой базы, в области ветеринарного обеспечения.
Сельское хозяйство на современном этапе переживает новый подъем. Развитие новых технологий позволяет увеличить производительность, снизить себестоимость производства, а также улучшить качество продукции. В современном сельском хозяйстве можно выделить несколько направлений развития технологий и использования инноваций:
- Технологии обработки почвы
- Технологии производства сельскохозяйственных машин и оборудования
- Технологии выращивания и содержания скота
- Технологии осушения и орошения почвы
- Технологии сбора и сохранения продукции
- Технологии транспортировки и реализации продукции
Кроме этих направлений существует еще широкий спектр инновационных направлений, применимых в сельском хозяйстве.
Вопросы производства экологически чистых продуктов выходят сегодня на первый план. В связи с этим очень востребованы сегодня технологии, позволяющие повысить чистоту продуктов. Использование современной техники также способствует повышению качества продукции. И конечно же, несомненно, одним из приоритетных направлений было и есть все, что связано с повышением производительности продукции. Инновации, позволяющие собирать по нескольку урожаев сельскохозяйственной продукции в год успешно дополняют технологии безотходного производства и технологии грамотного сбора и сохранения урожая.
В секторе животноводства развиваются технологии заготовки кормов, технологии содержания и разведения птицы, скота и ранее экзотических животных.
Возможности современного сельского хозяйства сегодня не менее впечатляющи чем возможности космической и компьютерной отраслей и от инноваций в этой области зависит обеспечение продуктами питания населения страны. Эффективные методы противостояния природным катаклизмам и сохранение урожая и поголовья скота тоже относятся к приоритетным направлениям.
Таким образом современные технологии в области сельского хозяйства развиваются, пополняются новыми техническими решениями, идеями, разработками.
Инновационные технологии сейчас активно внедряются даже в такой достаточно консервативной отрасли, как растениеводство. За какие-то 10-20 последних лет новые методы и подходы не только позволили увеличить объёмы получаемой продукции, но и значительно улучшить её качество. И то, что совсем недавно казалось научной фантастикой, сегодня используется в разных направлениях растениеводства.
Дроны в сельском хозяйстве
Беспилотные летательные аппараты, кружащие над полями и садами, уже давно не вызывают удивления. Небольшой коптер может выполнять множество задач, которые требовали раньше значительных трудовых, временных и финансовых затрат:
- постоянное наблюдение за посевами;
- внесение препаратов и удобрений;
- объёмное картирование местности;
- ведение фото-, видео- и теплосъёмки полей;
- охрана культур;
- диагностика болезней;
- посадка семян.
IoT-платформы
Вертикальные сады
Пионер в области вертикального озеленения француз Патрик Блан ещё в 80-х годах прошлого века разработал эту технологию, но сейчас она начала истинное победное шествие по миру. Построением вертикальных садов увлечены тысячи дизайнеров. В основе таких садов лежат несколько решений:
- специальный металлический каркас;
- современные полимеры, укрепляющие конструкцию и защищающие стены от корней растений;
- тщательный подбор растений, размещаемых на поверхности.
Технологии, повышающие эффективность обработки почв
Конечно, новые технологии в растениеводстве не могут не коснуться почвообработки. Сохранение плодородия почв при минимизации вносимых удобрений и максимально возможном эффекте остаётся приоритетом. В этом направлении используется несколько нетрадиционных и высокотехнологичных методик.
Нулевая обработка почвы
Суть этого способа состоит в том, что плодородный слой не проходит предпосевную пропашку и служит основой для размещения измельчённых растительных остатков прошлого урожая – мульчи. Нулевая обработка используется на землях с достаточно высокой эрозионной опасностью. Благодаря такому подходу предотвращается эрозия почв, улучшается плодородный слой и задерживается необходимая растениям влага. Некоторое снижение урожайности нивелируется меньшими затратами на обработку почвы, что, в конечном итоге, увеличивает рентабельность сельского хозяйства в целом.
Точное земледелие
- биодоступный кремний;
- экстракт пихты сибирской.
Биопестициды
Биологические пестициды – это средства, получаемые в результате жизнедеятельности различных живых организмов или основанные на некоторых природных компонентах.
Химические средства для защиты растений (ХСЗР), несомненно, являются действенными в борьбе с вредителями и болезнями многих культур. И в ближайшие годы вряд ли сдадут свои позиции в растениеводстве. При этом активные химические вещества могут накапливаться как в почвах, растениях, так и передаваться дальше по биологической цепочке до человека или животных, домашних или диких.
Поэтому в последние годы прослеживается устойчивая тенденция роста производства биопестицидов. Этот тип пестицидов успешно конкурируют с ХСЗР, хотя иногда применяется и в комбинации с ними.
Грамотное и эффективное растениеводство зависит от применения наиболее передовых практик с учётом собственных условий и возможностей. В ряде случаев можно и нужно комбинировать лучшие решения для достижения максимального эффекта
Датчики изменяют сельское хозяйство, позволяя в режиме реального времени отслеживать и диагностировать состояние выращиваемых культур, скота и сельскохозяйственных машин. Нужные продукты питания можно получить, используя генетические данные, или вообще начать производство мяса непосредственно в лаборатории. Автоматизация с помощью крупных и мелких роботов дает возможность контролировать зреющий урожай и ухаживать за ним. Инжиниринг обеспечит сельскому хозяйству новые средства, новые места и даже новые области экономики. В обзоре представлены рассчитанные экспертами даты, когда каждая технология будет жизнеспособной с научной точки зрения, когда в нее начнут активно инвестировать венчурные капиталисты, и когда технология станет финансово жизнеспособной.
В растениеводстве это прежде всего датчики воздуха и почвы, в животноводстве – температурные датчики, датчики движения, которые позволят в реальном времени увидеть, понять и оценить ситуацию на поле или внутри фермы. Такие датчики были научно обоснованы уже в 2013 году, активно получали инвестиции с 2015, а к 2016 году эта технология стала финансово жизнеспособной.
Датчики телематики сельхозоборудования на тракторах, комбайнах, других машинах и устройствах, позволяющие предупреждать механизаторов и механиков о том, что вскоре может произойти поломка. Научное обоснование технология получила в 2013 году, инвестиции - в 2016 году, а финансовую жизнеспособность в 2017 году.
Биометрия сельхозживотных с помощью ошейников с GPS, которые могут автоматически определять и передавать жизненно важную информацию в режиме реального времени. Технология получила научное обоснование в 2017 году, инвестиции с 2018, финансово жизнеспособной технология станет к 2020 году.
Датчики урожайности позволяют применять дифференцированное внесение удобрений, а также определять состояние посевов по всему полю, например, с помощью инфракрасного света. Научная идея получила подтверждение в 2015 году, стала мейнстримом в 2018 году, а в 2019 году станет и финансово жизнеспособной технологией.
Датчики работоспособности для мониторинга вибраций и общего состояния материалов в зданиях, фермах и другой инфраструктуре. Возможность напрямую передавать важную информацию прямо в бригады технического обслуживания. Научное обоснование технология получает сейчас, ожидается, что работы будут завершены к 2021 году. С 2025 года ожидается активное инвестирование, а к 2027 году - полная финансовая жизнеспособность этого направления.
Создание новых штаммов животных и растений для лучшего удовлетворения биологических и физиологических потребностей. Отказ от генетически модифицированных продуктов питания. Научное обоснование технология получила в 2016 году, активное инвестирование запланировано на 2021 год, финансовая жизнеспособность технологии будет достигнута в 2022 году.
Возможность регулирования переменной скорости для отдельных технологических операций на сельхозмашинах. Предварительное вычисление формы поля с учетом производительности различных узлов сельхозтехники обеспечит точность и дифференцированность выполнения отдельных операций. Научная жизнеспособность направления была обоснована в 2013 году, активное инвестирование началось в 2014 году, в 2016 году технология стала финансово жизнеспособной.
Быстрое итеративное селекционное разведение сельхозживотных. Анализ продуктивности потомства на генном уровне позволяет точно определить характеристики будущего потомства, а также предложить алгоритм улучшения характеристик потомства. Научная жизнеспособность технологии доказана в 2014 году, основные инвестиции начались в 2017 году, к 2018 году технология стала финансово жизнеспособный.
Сельскохозяйственные роботы или агботы. Автоматизация сбора фруктов, вспашка полей, уход за почвой, прополка, посадка, орошение и другие необходимые технологические операции. Научная жизнеспособность доказана в 2018 году, основное инвестирование предполагается в 2020 году, достижение финансовой жизнеспособности - в 2021 году.
Точное земледелие, основанное на наблюдении и реагировании возникающих полевых изменений. Благодаря спутниковым снимкам и датчикам фермеры могут оптимизировать издержки при большей сохранности ресурсов. Понимание изменчивости культур, анализ данных о геолокации и с различных датчиков максимально автоматизирует процесс принятия решений для сельхозпроизводителя. Научное подтверждение технология получила в 2019 году, активное инвестирование ожидается в 2023 году, финансовая жизнеспособность - в 2024 году.
Роботизированные фермерские рои - комбинация десятков или сотен сельскохозяйственных роботов с тысячами микроскопических датчиков, которые вместе могли бы отслеживать, предсказывать, выращивать и собирать урожай практически без вмешательства человека. Научная жизнеспособность направления, как ожидается, будет доказана в 2023 году, основное инвестирование и финансовая жизнеспособность запланированы на 2026 год.
Создание закрытых экологических систем, которые не зависят от обмена веществ вне системы. Такие замкнутые экосистемы способны превращать отходы в кислород, пищу и воду, чтобы поддерживать формы жизни, населяющие систему. Такие системы уже существуют в небольших масштабах, но технологические ограничения не позволяют им масштабироваться. Научная жизнеспособность технологии получила подтверждение в 2015 году, основные инвестиции в это направление ожидаются в 2020 году, финансовая жизнеспособность - в 2021 году.
Синтетическая биология - программирование живых систем с использованием стандартизированных частей по аналогии с тем, как сегодня программируются компьютеры с использованием стандартизированных библиотек. Конечная цель - способность проектировать, создавать и восстанавливать инженерные биологические системы, которые обрабатывают информацию, манипулируют химическими веществами, производят материалы и структуры, производят энергию, обеспечивают пищу, поддерживают и улучшают здоровье человека и его окружения. Научная жизнеспособность доказана в 2013 году, основные инвестиции ожидаются в 2023 году, возможная финансовая жизнеспособность технологии будет достигнута в 2024 году.
Вертикальное земледелие как естественное продолжение городского сельского хозяйства. Вертикальные фермы будут культивировать растения или животных в специализированных или смешанных небоскребах в городских условиях. Используя методы, подобные стеклянным домам, вертикальные фермы увеличивают естественное освещение. Обеспечение круглогодичного растениеводства, защиту от непогоды, поддержку городской продовольственной автономии и снижение транспортных расходов. Научная жизнеспособность будет окончательно достигнута в 2023 году, инвестирование и проект, и достижение его финансовой жизнеспособности ожидаются к 2027 году.
Читайте также: