کشاورزی دقیق
بانک جهانی در مقاله خود در Climate Smart Agriculture بیان می‌کند که پیش بینی میشود جمعیت جهان تا سال 2050 حدودا به 9 میلیارد نفر برسد و این بدان معناست که لازم است برای رفع نیاز این جمعیت حدود 70 درصد غذای بیشتری تولید شود. تولید غذای پایدار برای جمعیتی که به سرعت در حال رشد است یکی از بزرگترین چالش‌های پیش روی بشر امروزی هست. کاهش سود و بهره‌وری و اثرات زیست محیطی روش‌های سنتی کشاورزی این چالش را تشدید کرده است. کشاورزی دقیق از فناوری‌های دیجیتال پیشرفته بهره می‌برد و نقش مهمی در سومین انقلاب کشاورزی مدرن ایفا خواهد کرد.
مقدار نهاده‌ها و نیروی کار و زمان در قالب کشاورزی پایدار توسط کشاورزی دقیق به حداقل میرسد. همچنین بهره‌وری و سودآوری به اوج خود میرسد و پایداری کشاورزی تضمین میشود. و در نتیجه اثرات زیست محیطی را تا حد چشمگیری کاهش می‌یابد. با توجه به اهمیت و تاثیرگذاری این تکنولوژی تخمین می‌زنیم که بازار کشاورزی دقیق تا سال 2030 به 15.6 میلیارد دلار برسد.
کشاورزی دقیق چیست؟
درک تعریف کشاورزی دقیق به معنای واقعی آن برای کشاورزان و برندهای مرتبط با آنها بسیار مهم است. چراکه مفهوم کشاورزی دقیق با آنچه در ذهن بسیاری از کشاورزان و حتی صنعتگران این حوزه است، با واقعیت بسیار فاصله دارد. کشاورزی دقیق یک مفهوم برای مدیریت مزرعه است. این مفهوم حول فرآیند مشاهده، اندازه‌گیری و پاسخ به ورودی‌های متنوع درونی و بیرونی مزرعه مختلف برای کشاورزی مدرن می‌چرخد. سایت (SSCM) این اصطلاح را به عنوان «رویکردی مبتنی بر فناوری برای مدیریت کشاورزی که نیازهای مزارع و محصولات کشاورزی را به صورت محلی و نقطه‌ای مشاهده، اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل می‌کند» توصیف می‌کند.
کشاورزی دقیق و کشاورزی پیش‌بینی
به گفته مک کینزی، کشاورزی دقیق بر اساس روندهای زیر شکل گرفته و ظهور کرده است:
- داده‌های بزرگ (Big Data) و قابلیت‌های تحلیلی پیشرفته
- رباتیک
- تصاویر هوایی
- حسگرها و پیشبینیهای آب و هوای محلی
به عبارت ساده کشاورزی دقیق شیوه‌ای برای مدیریت مزرعه است که در آن، دادهها به روش‌ها مختلف همانند ماهواره‌ها، پهپادها، سنسورها و… جمع‌آوری شده و در ادامه پس از تحلیل این دادهها، روش بهینه مدیریت مزرعه و محصول ارائه می‌گردد.
کشاورزی پیش بینی‌کننده مشابه مصرف قرص برای هدف قراردادن یک بیماری است. همانگونه که قرص‌ها وابسته به نوع بیماری و فرد بیمار دارای دوز و انواع متفاوت است، شیوه‌های مدیریت محصول از جمله سمپاشی، کودپاشی، آبیاری و …. نیز باید با توجه محصول در هر نقطه از زمین کشاورزی و مزرعه صورت پذیرد.
کشاورزی دقیق با استفاده از نرم افزار مدیریت محصول و تجهیزات فنی انجام میشود. جمع آوری دقیق دادهها بر روی آزمایش خاک، اندازه‌گیری نمودار، تجزیه و تحلیل الگوی آب و هوا، و تجزیه و تحلیل محصول از طریق دستگاههای مجهز به حسگر قرار داده شده در مزارع انجام میشود. دادهها برای نتیجه‌گیری کالیبره می‌شوند و بر اساس آن نتایج، مجموعه‌ای دقیق و دقیق از شیوه‌ها را می‌توان اتخاذ کرد.
تکامل کشاورزی دقیق
جهان در آستانه‌ی سومین انقلاب کشاورزی مدرن قرار دارد و کشاورزی دقیق بخش مهمی از آن است. اولین انقلاب کشاورزی که از سال 1900 تا 1930 رخ داد، کشاورزی مکانیزه بود. کشاورزی مکانیزه باعث شد که هر کشاورز بتواند برای 26 نفر غذا تولید نماید. مدت‌‌ها پس از آن، در دهه 1990 بود که دومین انقلاب معروف به انقلاب سبز رخ داد. با توجه به پیشرفت علمی، مجموعه‌های جدیدتری از محصولات اصلاح‌شده ژنتیکی که مقاوم به آفات هستند و به آب کمتری نیاز دارند، معرفی شدند و هر کشاورز توانست 155 نفر را تغذیه کند. انتظار می‌رود جمعیت جهان تا سال 2050 به 9.6 میلیارد نفر برسد و تولید مواد غذایی باید دو برابر سطح فعلی باشد تا غذای هر فرد تغذیه شود. قابلیت‌های تحلیلی پیشرفته و بهبود مستمر قابلیت‌های اینترنت اشیا، مانند پهپادهای کشاورزی دقیق، عناصر کلیدی در انقلاب سوم خواهند بود.
تفاوت کشت دقیق و سنتی، کدام یک بهتر هستند؟
کشت سنتی و کشاورزی دقیق در عمل بسیار متفاوت هستند. در کشاورزی سنتی، کشاورزان طبق توصیه‌های کلی برای منطقه، مقدار یکسانی از سموم دفع آفات، کود و آبیاری را در مزارع، در زمان‌ها و فواصل زمانی از پیش تعیین‌شده، بر روی زمین و مزرعه خود اعمال می‌کنند.
با این حال، همیشه در پارامترهای بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی محصول حتی در یک مزرعه‌ی واحد نیز تفاوت‌هایی وجود دارد. رفتار و درمان یکنواخت مزارع، بدون در نظر گرفتن تفاوت‌های ذاتی منجر به استفاده بیش از حد از نهاده‌ها در زمین‌های حاصلخیز و استفاده کم در لکه‌ها و نواحی ضعیف‌تر میشود. این استفاده ناکارآمد از زمین، آب، سوخت، کود و آفت کش‌ها باعث افزایش هزینه و اثرات زیست محیطی میشود.
این درحالیست که کشاورزی دقیق تفاوت‌های ذاتی در زمین‌های کشاورزی را هدف قرار می‌دهد و نهاده‌های ورودی را با استفاده از نرخ متغیر (VRA) بهینه می‌کند. برای پیاده‌سازی VRA، داده‌های مکانی دقیق باید در میان مزارع و مکان‌ها از طریق سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS) و چرخه‌های حیات محصولات با استفاده از GPS و تکنولوژی‌های سنجش از دور و پهپادها جمع‌آوری شوند. ابزارهای کشاورزی دقیق مورد استفاده شامل سیستم‌های آبیاری دقیق، ابزارهای نقشه برداری و نظارت بر عملکرد و سیستم‌های مدیریت اطلاعات است. کشاورزی دقیق با استفاده از موتورهای تجزیه و تحلیل توصیفی، تجزیه و تحلیل پیشرفته‌ی دادهها، به تصمیم‌های مدیریتی مبتنی بر دادهها می‌انجامد تا راه‌حل‌های کشاورزی پایدار مدرن مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط زیست را اجرا نماید.
فناوری‌های نوظهور
کشاورزان در مورد ایده‌آل‌ترین گونه‌های بذر، مدیریت خاک با مقدار کود مورد استفاده، مقدار دقیق آب مورد نیاز وابسته به رطوبت در خاک، استفاده صحیح از آفت‌کش‌ها پس از بررسی شرایط محصول و غیره راهنمایی‌های تخصصی دریافت می‌کنند. نظارت و جمع‌آوری دادهها در طول چرخه‌ی حیات یک محصول انجام میشود تا تمام مراحل تولید کشاورزی را بهبود بخشد.
با استفاده از فناوری‌های نوظهور مانند؛ دستگاههای دارای اینترنت اشیا (IoT)، حسگرهای کشاورزی هوشمند و پهپادهای روباتیک، تصاویر ماهواره‌ای و ابزارهای مجهز به GPS، داده‌های چندطیفی و پیشبینیهای آب و هوا به صورت نقطه‌ای جمع‌آوری می‌شوند. در آخر تجزیه و تحلیل این دادهها به کمک هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی (AI/ML) صورت گرفته و اقدامات لازم توسط IoT اعمال می‌شوند.
حوزه کشاورزی دقیق
نمونه‌هایی از کشاورزی دقیق شامل اتخاذ مجموعه‌ای از شیوه‌ها است که از فناوری‌های کشاورزی هوشمند برای برآوردن نیازهای زمین‌ها و محصولات استفاده می‌کند. نرم افزارهای تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ مانند Cropin Grow هواپیماهای بدون سرنشین (Drone/پهپاد) می‌توانند اطلاعات دقیقی در مورد زمین، نوع خاک، محصولات مناسب، آبیاری و نیازهای کود به دست آورند. اطلاعات به‌دست‌آمده برای انتخاب مقدار کود، سم و نیازهای آبیاری استفاده می‌شوند. کشاورزی دقیق به کشاورزان کمک می‌کند تا ضمن کاهش هزینه‌های تولید، اثرات کلی زیست‌محیطی حاصل از کشاورزی را نیز به حداقل برسانند.
مزایای کشاورزی دقیق
از آنجایی که به کمک کشاورزی دقیق می‌تواند جزییات وضعیت و نیاز محصول را به صورت منطقه‌ای و نقطه‌ای ردیابی کرد، از راه‌های متفاوتی می‌تواند برا کشاورزان مفید باشد. در زیر به برخی از مزایای کلیدی آن می‌پردازیم:
- مجموعه ای تصفیه شده از شیوه‌های کشت و انتخاب محصولات بر اساس تناسب زمین
- حذف نوسانات کاهش و یا افزایش محصول و در نهایت کاهش ریسک
- مدیریت پسماند
- کاهش هزینه‌های تولید
- حداقل نمودن تاثیر زیست محیطی کشاورزی
- استفاده‌ی بهینه از کودها
- مدیریت آب
کشاورزی دقیق و آینده کشاورزی
کشاورزی دقیق و شیوه‌های کشاورزی مدرن بر کاهش هزینه تولید و ضایعات تمرکز دارد، زیرا تلاش می‌نماید فرآیند کشاورزی را مطابق با نیازهای هر نقطه‌ی مزرعه طراحی نماید. این مفهوم مبتنی بر جمع‌آوری دادهها، تجزیه و تحلیل نقشه‌های حاصل از مزرعه است. و شامل حسگرها، پهپادها و ربات‌ها برای ضبط دادهها است و نرم‌افزار به‌عنوان یک سرویس (SaaS) می‌تواند برای انطباق با سیستم‌های کشاورزی دقیق استفاده شود. نقش هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در کشاورزی دقیق اگرچه اینترنت اشیا هنوز در مرحله نوپایی است، اما دولت‌های اقتصادهای مسلط بر کشاورزی روی سایر فناوری‌های پیشرفته مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی (AI/ML) سرمایه‌گذاری می‌کنند. تا تصمیمات کشاورزی هوشمندانه‌تری اتخاذ نمایند. در کشورهایی مانند هند، پیاده سازی اینترنت اشیا در کشاورزی مجموعه ای از مزایا و چالش‌های منحصر به فرد خود را به همراه داشته است.
آینده کشاورزی چیست؟
اولاً، کشاورزان از ارتقاء به فناوری کشاورزی واهمه دارند، زیرا از دانش کافی در مورد کاربرد این فناوری در کشاورزی بهره‌مند نیستند. علاوه بر این، حسگرها، ربات‌ها و پهپادها گران هستند، هزینه‌های تعمیر و نگهداری بالایی دارند و برای کار به نیروی کار آموزش‌دیده فنی نیاز دارند. علاوه بر این، داده‌های دریافتی باید در آزمایشگاه یا با استفاده از ابزارهای تخصصی در مزرعه تجزیه و تحلیل شوند. همچنین، انواع حسگرها برای جمع‌آوری دادهها در پارامترهای مختلف مورد نیاز است که نیاز به تجزیه و تحلیل جداگانه دارند، بنابراین هزینه‌های عملیاتی بالاتر می‌رود.
بنابراین، راه‌حل کشاورزی دیجیتال با توجه به اندازه‌های مختلف مزارع باید مقرون به صرفه و بسیار مقیاس‌پذیر باشد. یکی از راهکارهای کاهش این هزینه‌ها، ظهور و گسترش شرکت‌ها و موسساتی است که با ارائه‌ی خدمات کشاورزی دقیق به صورت تخصصی، ضمن کاهش هزینه‌ها برای کشاورزان آنها را از مزایای چشمگیر کشاورزی دقیق بهره‌مند نمایند.
کشاورزی دقیق از طریق دیجیتال سازی مزرعه
در اقتصادهای در حال توسعه، 32 درصد از تلفات مواد غذایی در طی فرآیند تولید مواد غذایی رخ می‌دهد که توسط McKinsey در داده‌های سازمان غذا و داروی جهانی تجزیه و تحلیل شده است. شیوه‌های کشاورزی مرسوم غالبا منطقه محور هستند. به این معنا که مجموعه‌ای کلی از محصولات زراعی در سراسر یک منطقه کشت میشود. به ظور مثال محصول برنج در نواحی شمال ایران. یا گندم برای استان‌های فارس و خوزستان. در این روش‌ها همه‌ی کشاورزان در آن منطقه از رویه‌های یکسانی در مورد دوره‌ی کاشت، تغذیه، آبیاری و برداشت پیروی می‌کنند. این شیوه‌ها منجر به غیرقابل پیش بینی بودن کیفیت و سوددهی نهایی حاصل از فروش، استفاده‌ی بیش از حد از منابع و تولید ضایعات کنترل نشده میشود.
قبل از استفاده از فناوری در کشاورزی، احتمال تولید محصول خوب کشاورز به اندازه پرتاب کردن یک سکه و آرزوی آمدن شیر بود! از آنجایی که کشاورزان هیچ اطلاعاتی در مورد مزارع خود نداشتند، هیچ راهی برای یادگیری علت از دست‌دادن محصول وجود نداشت. این عمل، کشاورزان را به سمت ضرر و زیان و بدهی سوق داد. پیشرفت‌ها در تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، اینترنت اشیا، و تصاویر ماهواره‌ای قابل دسترس، خوش‌بینی را برای بخش کشاورزی ایجاد کرد. و در نهایت به کشاورزی دیجیتال منجر شد تا با موضوع غیرقابل پیش‌بینی بودن نتیجه‌ی نهایی محصول کشاورزی مبارزه شود.
ابزارهای مورد استفاده در کشاورزی دقیق
هر کسی که به دنبال راه حل دقیق کشاورزی می‌باشد باید در مورد ابزارهای موجود آگاه باشد. برنامه های کاربردی مبتنی بر رایانه برای ایجاد نقشه های دقیق مزرعه، نقشه های مزرعه، جستجوی محصول، نقشه های عملکرد و برای تعیین مقدار دقیق ورودی ها برای اعمال در مزارع استفاده میشود. یکی از مزایای این روش، توانایی طراحی یک استراتژی کشاورزی دوستانه و مبتنی بر همکاری است که به کاهش هزینه‌ها و افزایش عملکرد کمک می‌کند. اجازه دهید به ابزارهای مورد نیاز برای کشاورزی دقیق بپردازیم.
1) سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS)
GPS مجموعه ای از ماهواره ها است که مکان تجهیزات مزرعه را در یک مکان واقعی در میدان شناسایی می‌کند. فناوری GPS یک سیستم موقعیت‌یابی دقیق لازم برای اجرای میدانی فناوری نرخ متغیر در مدیریت نهاده‌های کشاورزی را فراهم می‌کند. دسترسی فعلی به اینترنت ایجاد سیستمی را برای مدیریت کارآمد کشاورزی مبتنی بر سنجش از دور امکان پذیر می‌کند.
2) سیستم اطلاعات جهانی (GIS)
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) شامل یک سیستم پایگاه داده نرم‌افزار کامپیوتری است که برای ورود، ذخیره، بازیابی، تجزیه و تحلیل و نمایش اطلاعات جغرافیایی ارجاع‌شده به شکل نقشه مانند استفاده میشود.
3) نمونه‌گیری شبکه‌ای
نمونه‌برداری شبکه‌ای تکنیکی برای تقسیم‌بندی زمین‌ها به واحدهای 0.5 تا 5 هکتاری است. نمونه‌های خاک آن شبکه‌ها برای محاسبه نرخ کاربرد مناسب برای نهاده‌های محصول استفاده میشود.
4) فناوری نرخ متغیر (VRT)
فناوری نرخ متغیر (VRT) شامل تجهیزات مزرعه‌ای با توانایی کنترل دقیق میزان استفاده از نهاده‌های محصول است که می‌تواند در کاربرد آنها از جمله خاک‌ورزی، کنترل حشرات، کود، جمعیت گیاهی و آبیاری متفاوت باشد.
5) مانیتورهای عملکرد
ابزارهای اندازه گیری عملکرد محصول نصب شده بر روی ماشین آلات برداشت، نظارت بر عملکرد نامیده می‌شوند. همراه با داده‌های موقعیت‌یابی از دستگاه GPS، داده‌های عملکرد از مانیتور ثبت و ذخیره میشود. نرم افزار GIS با استفاده از داده‌های عملکرد، نقشه‌های بازدهی را ایجاد می‌کند.
6) نقشه های بازده
داده‌های یک کمباین سازگار که دارای GPS یکپارچه با سیستم ردیابی عملکرد می‌باشد برای ایجاد نقشه های عملکرد پردازش میشود. نقشه برداری عملکرد شامل ردیابی رطوبت واقعی در مزرعه و جریان محصول در طول زمان برداشت ترکیبی است.
7) سنسورهای از راه دور
سنسورهای از راه دور به طور کلی به عنوان سنسورهای هوایی یا ماهواره‌ای طبقه‌بندی می‌شوند. تغییر در نوع خاک، توسعه محصول، مرزهای مزرعه، جاده‌ها، آب و غیره می‌تواند نشان دهنده‌ی تفاوت رنگ مزرعه باشد. علم از راه دور در اصطلاح کشاورزی به معنی مشاهده محصولات از بالای سر (از ماهواره یا هواپیمای کم پرواز) بدون تماس، ثبت آنچه مشاهده میشود و نمایش تصویر، و ارائه‌ی نقشه برای مشخص کردن مشکلات مزرعه زودتر و موثرتر است.
8) سیستم های هدایت خودکار
کشاورزان می‌توانند ردیف‌های خود را در طول عملیات مزرعه صاف نگه دارند و به لطف یک سیستم هدایت خودکار، در فصل بعد به همان ردیف ها بازگردند. این سیستم‌ها، برنامه‌های ورودی دقیق‌تری را امکان‌پذیر می‌کنند.
9) حسگرهای نزدیک
حسگرهای تقریبی را می توان برای اندازه گیری خاک (N و pH) و ویژگی های محصول هنگام عبور تراکتور از روی مزرعه استفاده نمود. از خاک نمونه‌گیری میشود و بر روی الکترود فشرده میشود. یک دوره تثبیت حدود 10-15 ثانیه مجاز است و قرائت انجام میشود.
10) سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر
برای تجزیه و تحلیل داده‌های جمع‌آوری‌شده، توسط سایر اجزای فناوری کشاورزی دقیق و قابل دسترس کردن آن در قالب‌هایی مانند نقشه‌ها، نمودارها، نمودارها یا گزارش‌ها، به پشتیبانی رایانه نیاز خواهد بود.
آیا در کشاورزی دقیق چالشی وجود دارد؟
کشاورزی دقیق بدون چالش نیست. یکی از بزرگترین چالش‌ها مدیریت داده‌های جمع‌آوری‌شده می‌باشد. حجم انبوه داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط حسگرهای کشاورزی دقیق بسیار زیاد است و تحلیل و نتیجه‌گیری براساس آنها نیازمند تخصص و ابزارهای ویژه است. چالش دیگر ادغام تمام منابع مختلف دادهها می‌باشد. مجموعه‌های داده‌های مختلف زیادی در کشاورزی دقیق دخیل هستند و به سختی می‌توان با همه‌ی آنها با هم کار کرد.
همچنین، کشاورزی دقیق نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی برای تهیه‌ی ابزارهای مرتبط با آن دارد. تجهیزات و نرم‌افزارهای مورد نیاز برای کشاورزی دقیق معمولا گران هستند و یادگیری نحوه استفاده از همه‌ی آنها زمان می برد. علی‌رغم این چالش‌ها، کشاورزی دقیق روز به روز محبوب‌تر میشود، زیرا کشاورزان تلاش می‌کنند تا کارایی و بازده محصولات خود را بهینه کنند.