Zemědělství 4.0: Jak digitální farmy změní budoucnost pěstování

Jan Strouhal | 18. 04. 2019
Zemědělství 4.0: Jak digitální farmy změní budoucnost pěstování

Do 30 let musí svět vypěstovat o 70 procent více objemu plodin než dnes, jinak nás čeká potravinová krize. Dnešní zemědělství má však své limity. Jednou z mála nadějí se stávají nové technologie v čele s umělou inteligencí.

V současnosti je na celém světě 7,6 miliardy lidí a do roku 2050 by nás mělo být přes 9 miliard. Už jen tento nárůst způsobí, že do poloviny století budeme muset oproti dnešku zvýšit objem vypěstovaných plodin na celém světě o 70 procent. Do roku 2100 už má být na světě dokonce přes 11 miliard lidí. Jak svět uživí 3,5 miliardy krků navíc, když už se zemědělské plochy nemají kam rozšiřovat a spíše mizí pod urbanizační zástavbou? Odpověď najdeme v intenzivním zemědělství, tedy ve zvyšování výnosů ze stejné jednotky zemědělské půdy. 

Pro příklad, rozloha půdy pro pěstování obilnin se v porovnání mezi  lety 2014 a 1961 zvýšila o 16 procent, zatímco produkce cereálií se v tom samém období zvýšila o 280 procent. 

Mohla za to právě intenzifikace zemědělství, v kterém hlavní roli hrála vyšší míra mechanizace a také využívání hnojiv a různých pesticidů či herbicidů. Během pár desetiletí se ale zjistilo, že chemikálie půdě a biodiverzitě příliš nesvědčí a těžké stroje udusávají zeminu. Rostliny tak nejsou schopny si vytvořit zdravý kořenový systém, což snižuje jejich růst a výnosy.

Chytré zemědělství

Precizní zemědělství se zabývá zkoumáním heterogenity pozemku. Klíčové je získání maximálního množství informací o pozemku (složení půdy, mocnost orniční vrstvy, zásobenost živinami a další) a dále změny jednotlivých hodnot v rámci pozemku (to je možné zjistit hustou sítí vzorkování nebo použitím nepřímých metod, které získávají data o půdní heterogenitě bezdotykově během pohybu po pozemku). Aby bylo možné získané hodnoty bylo možné správně přiřadit k danému místu na pozemku, je nutné k nim přidružit data o poloze z GPS přijímače. Po nasbírání dostatečného množství údajů je možné vytvořit ve specializovaných GIS aplikacích mapu ukazující heterogenitu pozemku. Následně se vytvářejí specializované aplikační mapy (podle zásobenosti živin se na mapě znázorní oblasti s nízkým či vysokým obsahem živin, aplikační technika pak podle těchto map dodá do půdy potřebné množství hnojiva s danými živinami). 
 

Svět tak v současnosti hledá odpověď na otázku, jak má zajistit, aby intenzifikace byla opravdu udržitelná, tedy co nejšetrnější k přírodě. I proto se modernímu pojetí zemědělství nyní dává přívlastek chytré, chcete li Zemědělství 4.0. Jde o pěstební zásahy v pravý čas na pravém místě a s pravou intenzitou. Černým koněm se v této záležitosti stávají moderní technologie a současné buzzwordy typu umělá inteligence, big data nebo autonomní systémy. 

IoT senzory

Digitální farmáři mají vše pod kontrolou. Stačí jim jen vytáhnout chytrý mobil z kapsy, otevřít aplikaci a intuitivní grafika jim ukáže, kolik má půda v daném místě živin, jestli jsou rostliny zalité, zda mají dostatek tepla, vláhy a jestli je neohrožuje plevel či jiní škůdci. Na druhé straně vidí zaplněnost sýpek, skladů a aktuální stav a pozici svého vozového parku. Všechna tato data by ale nemohli mít bez všudypřítomných senzorů. Ty se umísťují do půdy, na rostliny, do traktorů, valníků - prostě všude tam, kde je potřeba sledovat stav čehokoliv. Rozmach IoT senzorů ale závisí zejména na dobré konektivitě, tedy na výstavbě potřebných sítí.

Drony a satelitní snímky

Farmáři ve Spojených státech se čím dál častěji obrací ke službě Answer Plot System od společnosti WinField United. Jde o databázi satelitních snímků lokalizovaných do mnoha oblastí. Farmáři tak každé ráno stačí u kávy otevřít iPad a podívat se, kterému z polí se má ten den věnovat a na co se na něm zaměřit. To ještě před pár lety nebylo možné a zemědělec tak byl nucen několik desítek hektarů objíždět. Že nedokázal zkontrolovat každý řádek plodin, je přitom více než jasné. 

Celkový pohled na stav pole farmářům čím dál častěji zprostředkovávají drony, které poskytnou ptačí perspektivu nad lány plodin. Farmář opět nemusí nikam zdlouhavě chodit či dojíždět. Drony jsou ale čím dál chytřejší a jejich oči v podobě kamer jsou čím dál dokonalejší. Už dnes tak dokáží postupně zmonitorovat a zkontrolovat rostlinu po rostlině a v případě napadení škůdcem, změny barvy či uvadnutí okamžitě informují o potřebě zásahu nebo situaci sami napraví.

GPS a autonomní systémy

Americký výrobce zemědělské techniky John Deere představil traktory pohybující se na poli dle systému GPS už na konci devadesátých let minulého století. Dříve šlo spíše o vymezení akčního prostoru, dnes jsou s přibývajícími algoritmy umělé inteligence čím dál chytřejší a traktorista se tak nemusí věnovat řízení a tedy tomu, co se děje před ním, ale spíše tomu, co se děje za ním. Což je při orbě a setí více než důležité. Dnes se ve všech pádech skloňují autonomní vozy, ovšem zemědělské stroje to mají v mnoha ohledech těžší. Na polích neexistují krajnice a středové čáry, dle kterých se mohou orientovat, pohybují se v těžkém nerovném terénu s překvapeními v podobě děr a často velkým sklonem.

Umělá inteligence

AI je hnacím motorem současné přeměny stále hodně tradičního agrárního sektoru do zemědělství nové generace s označením 4.0. Umělá inteligence prostupuje do všech zařízení, včetně dronů, traktorů, sklízečů a podobně a rozhoduje o tom, kdy a kde se má zavlažovat, hnojit nebo naopak sklízet. A právě do samotné sklizně přináší revoluci. Člověk totiž do této chvíle uměl automatizovaně a bez poškození sklízet jen plodiny typu brambor či obilí. S ovocem to ale bylo už od nepaměti těžší (plody nejsou jednotvárné a potřebují šetrné zacházení) a nevypadalo to, že se farmaření v tomto směru obejde bez rukou sběračů. Nyní se ovšem začínají objevovat první sklízeče, které pomocí kamer a umělé inteligence dokáží například sklidit z jahodovníku jen zralé plody. Takový sklízeč, který jeden jahodový keřík sklidí za 8 sekund a v jednom dni nahradí až 30 pracovníků, už šest let rozvíjí americká firma Harvest croo.

Co se získanými daty?

Z údajů získaných ze sklízecích mlátiček v průběhu sklizně je možné vytvořit výnosové mapy (tyto výnosové mapy ukazují, kolik zrna bylo sklizeno na konkrétním místě pozemku). Podobným způsobem se stanoví aplikační mapa pro užití prostředků na ochranu rostlin (hlavně herbicidy). Precizní zemědělství díky znalostem rozdílností v rámci pozemku může přistupovat k danému místu individuálně. Proti jednotné dávce na celý pozemek se zde aplikuje přesné množství v místě, kde je zapotřebí. Tím se může snížit množství vstupů (např. hnojiva, pesticidů) a sníží se náklady. Tento postup je také ekologicky šetrnější.

Big data

Digitální farmy už ve svém názvu naznačují, že jsou datově orientované. Statistiky ze všech senzorů, dronů i vozového a technického parku musí být neustále vyhodnocovány a co nejlépe tak přispívat k rozhodování. 

A oblast velkých dat začíná být velkým pomocníkem zemědělců i v boji s největším protivníkem - počasím. I když tomu ještě stále nedokáže poručit ani umělá inteligence, neustálým monitorováním stavu úrody a půdy a sdílené zkušenosti farmářů se vytvářejí časové řady, které pomáhají v extrémních meteorologických výkyvech, jakými jsou záplavy nebo naopak sucho.