«Умные» инструменты сельского хозяйства

Обзор инновационных технологий и зарубежного опыта «умного» сельского хозяйства

По прогнозам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), для того, чтобы обеспечить продуктами питания растущее мировое население, фермерам к 2050 году необходимо будет стабильно производить почти в полтора раза больше урожая, чем сейчас. И без широкого внедрения «умного» сельского хозяйства, которое позволяет максимально автоматизировать сельскохозяйственную деятельность, этой задачи не решить.

Умное сельское хозяйство, значительно повышает урожайность сельхозкультур и продуктивность животноводства, снижает издержки и себестоимость продукции. Динамичное развитие этого сектора в мире представляет серьезный вызов сельскохозяйственному сектору Узбекистана, который, несмотря на благоприятные природные условия, все еще не обладает достаточной конкурентоспособностью в производстве и сбыте своей продукции. И этот вызов достаточно серьезен для всей узбекской экономики, так как в Узбекистане половина населения республики проживает в сельской местности, более 1/4 части трудоспособного населения занято в сельском хозяйстве, которое производит почти половину ВВП.

В Узбекистане в последние годы принимаются весьма серьезные и действенные меры по развитию сельскохозяйственного сектора, внедрению в сельское хозяйство современных инновационных технологий. Дальнейшие успехи в этом направлении позволят повысить конкурентоспособность сектора и превратить имеющийся вызов в новые возможности. Но для этого необходимы освоение и внедрение в Узбекистане уже существующего спектра сельскохозяйственных технологий и инноваций, применяемых сегодня в других странах мира. Представляем обзор зарубежного опыта в этом направлении.

Глобальные лидеры в технологических областях

Страны, которые достигли высокого уровня общего технологического развития в ведущих отраслях экономики, имеют такие же показатели и в области сельского хозяйства.

Источник: R&D Magazine, december 2015.

Технологии «умного» сельского хозяйства

«Интернет вещей» (Internet of Things – IoT) – система взаимодействия и обмена информацией между различными устройствами и машинами, которая позволяет автоматизировать процессы управления и контроля посредством различных «умных устройств» и значительно снизить участие в них человека. Области применения технологии IoT в сельском хозяйстве – это точное земледелие; «умные» фермы; «умные» теплицы; управление сырьем; хранение сельскохозяйственной продукции; управление сельхозтранспортом; «большие данные» и другие.

Точное земледелие – это применение «умных» устройств в управлении продуктивностью посевов с учетом изменений в среде обитания растений, а также более эффективное использование земли. При этом происходит оптимизация операционных расходов и повышение урожайности в среднем на 15-20% за счет сокращения объемов используемых семян, агрохимикатов, удобрений и воды, которые применяются строго «по потребности».

Точное земледелие предусматривает также параллельное вождение сельхозтехники с помощью GPS-навигации, исключающее двойную обработку или выдавливание растений на поле, а также дифференцированный посев и внесение химикатов.

«Умные» теплицы позволяют более эффективно расходовать удобрения, химикаты, воду, а также оптимизировать количество персонала, необходимое для ухода за культурами, и снизить потери, возникающие из-за человеческого фактора. По подсчетам экспертов, несмотря на то, что мировой рынок «умных» теплиц не превышает 3% от общего количества тепличных сооружений, их количество ежегодно растет на 9%. «Умные» теплицы позволяют управлять всем процессом полива и регулирования микроклимата. Кроме этого, возможно осуществление мониторинга урожайности и качества работы всех систем, что может позволить повысить прирост урожая на 20-40%, причем с повышением качества производимого продукта и сокращением издержек.

Широкое распространение получают проекты по созданию в короткие сроки сети мини-ферм вблизи крупных городов для доставки «день в день» свежей и натуральной растительной пищи, например, зелени. При этом достигаются следующие цели: собирается большой урожай с меньшей территории и ручной труд замещается робототехникой. Предполагается, что за год с такой фермы площадью 0,4 гектара можно собирать такое же количество урожая, как с 12 гектаров классической фермы на открытом воздухе. При этом земля на мини-ферме может быть заменена на гидропонику.

«Умные» фермы позволяют повысить производительность домашних животных и качество продукции, а также снизить издержки. По мнению ученых, животноводство, основанное на традиционных способах, в сегодняшнем виде мало эффективно, так как под выпасом скота находится одна треть земель планеты, при этом животные в процессе роста съедают большую часть выращиваемого зерна. Применение же автоматизированных систем откорма, дойки и мониторинга здоровья животных, по оценке экспертов, позволяет повысить надои на 30-40% и более рационально использовать имеющуюся кормовую базу. Кроме этого, имеются технологические решения для повышения эффективности ветеринарного обслуживания, которые позволяют вести индивидуальный ветеринарный учет, единую базу данных животных, учет владельцев животных. Например, на основе чипа создается «электронный паспорт» животного, информация в процессе считывания поддерживает базу данных в программном обеспечении в актуальном состоянии, чем и обеспечивается постоянный и надежный ветеринарный контроль.

Мониторинг использования сельхозтехники с помощью спутниковых навигационных систем (например, GPS) и датчиков позволяет снизить расход горючего, а также оптимизировать маршруты и нагрузку на обслуживающий технику персонал. Следует отметить, что в странах ЕС 80% сельхозтехники продается с навигационным оборудованием, но фактически подключены к сети только 30%, так как в сельском хозяйстве преобладают мелкие семейные фермы, имеющие небольшие посевные площади, в связи с чем экономическая целесообразность перехода на «умную», более дорогую технику у них низкая.

Сохранность сырья в процессе его сбора и перемещения могут обеспечивать соответствующие датчики, позволяющие полностью отслеживать как местонахождение, так и вес перемещаемого сырья.

«Умные» хранилища для овощей и фруктов позволяют осуществлять мониторинг состояния продукции при хранении с помощью специально заданных алгоритмов в режиме реального времени (температурный режим хранилищ, уровень влажности, содержание углекислого газа), что помогает принимать правильные решения. При нарушении условий система исправляет ситуацию и оповещает об изменениях владельца склада. Созданные технологические решения для переработки и хранения сельхозпродукции, автоматизация этих процессов позволяет уменьшить затраты на персонал и улучшить условия хранения собранного урожая.

Автоматизация ирригации позволяет минимизировать затраты поливной воды и в то же время получить высокую урожайность. Современные системы позволяют проанализировать каждый участок и определить количество необходимой влаги, избежав перерасхода воды. Например, имеются системы, которые работают на основе беспроводных датчиков, передающих сигнал контроллеру и на блок управления поливами, что позволяет автоматизировать процесс полива и контролировать его выполнение на всех этапах: от мониторинга работы механизмов ирригационной системы до анализа состояния влажности грунта.

Электронные торговые площадки для аграриев используются для оперативных коммуникаций производителей сельхозпродукции (фермеров) с закупочными и торгующими организациями, что сокращает время доставки продукта с поля до прилавка и снижает его потери, связанные с промежуточным хранением.

В случае, если фермер производит органический продукт или хочет подчеркнуть особый вид его сертификации, то он может использовать «блокчейн»-технологии для отслеживания доставки продуктов. Потребители для того, чтобы узнать, что они покупают, могут просканировать штрихкод продукта в супермаркете и увидеть всю цепочку поставок от фермера до супермаркета.

При помощи специальных программ, работающих с использованием «блокчейн»-технологий, возможно также автоматизировать процесс отслеживания информации по всей цепочке снабжения зерном. По мере уборки зерна с каждого поля вся информация об урожае собирается и отображается в реальном времени в программе, а затем отправляется на склады поставщикам, распределяясь между ними в зависимости от требуемого качества и цены, что исключает промежуточное хранение зерна насыпью. По мнению экспертов, в настоящее время примерно 30 % зерна и других товаров, поставляемых насыпью, теряются из-за посредников и плохой логистики.

«Умные» технические устройства

Дроны, к которым относятся, как наземные беспилотники, так и беспилотные летательные аппараты (БПЛА) и мультикоптеры (квадро-, гекса-, октокоптеры), а также крылатые беспилотники. Последние чаще используются на больших площадях или для выполнения картографирования. Они также позволяют создавать электронные 3D-карты полей, рассчитывать показатели для внесения удобрений, инспектировать поля и мониторить состояние урожая, осуществлять контроль за работой транспорта и сельхозмашин, охрану угодий, вносить на поля средства защиты растений и удобрения и т.д. Мониторинг с беспилотников может обеспечить данные не только о культурных растениях, но и о сорняках, например, их густоте стояния и даже видовом составе. Путем съемки с беспилотников возможно построение термограмм, так как температура растений сигнализирует о степени их стресса, особенно от засухи.

При этом, по подсчетам специалистов, БПЛА окупаются только в том случае, если они будут обслуживать не менее 10 тысяч гектаров земли. В связи с этим мелким фермерам выгоднее пользоваться услугами аутсорсинговых компаний, которые специализируются на предоставлении таких видов услуг.

Дроны активно используются в сельском хозяйстве в США, Европе, Бразилии, Аргентине и других странах, но наибольшее применение они получили в Китае, который занимает также лидирующие позиции по производству БПЛА. Например, китайская компания DJI еще в 2015 году захватила более 2/3 мирового рынка беспилотников.

Датчики (сенсоры), которые устанавливаются в землю в контрольных точках, являются основой системы определения характеристик почвы и способны выявлять, например, неоднородности рельефа, типы почв, освещенность, погоду, количество сорняков, паразитов и оперативно сообщать об этом пользователю для принятия решения. Таким образом, размещенные в поле на значительном расстоянии датчики и сенсоры, которые объединены в сеть, позволяют без выезда на место получать информацию о состоянии полей и культур, в частности, о влажности, температуре, уровне засоренности сорняками, фазах роста растений и др.

БПЛА совместно с наземными устройствами в виде закопанных датчиков с беспроводной связью, которые замеряют физические и химические свойства почвы, а также автономной метеостанцией могут образовывать систему, которая будет предоставляет фермеру или агроному и современным «умным» машинам полный набор данных, необходимых для принятия правильных решений.

Роботы (роботизированные машины), выполняющие широкий спектр задач – от сбора урожая до очистки территории от сорняков, стремительно набирают популярность в сельском хозяйстве. По данным консалтинговой компании Tractica, к 2024 г. поставки сельскохозяйственных роботов вырастут до 594 тыс. единиц, увеличившись с 32 тыс. по итогам 2016 года. К началу 2017 года в мире насчитывалось свыше 150 поставщиков роботов для АПК. При этом отмечаются следующие ключевые области применения роботов в АПК: беспилотные тракторы и летательные аппараты; автоматизированные системы вегетации агрокультур; автоматизированные системы управления молочными фермами и др. При этом «умные» тракторы и комбайны могут работать автономно и не требуют присутствия человека, что дает возможность использовать их в любое время суток. Кроме этого, они могут быть снабжены множеством дополнительных функций, например, встроенными системами против вредителей.

Например, американская компания Blue River Technology создает роботов, которые в поле с помощью компьютерного зрения отличают сельхозкультуру от сорняка и избирательно опрыскивают только его химикатами, а в Японии создали робота, собирающего вместо человека клубнику с грядок. По мнению ученых, через несколько лет все рутинные полевые работы вроде посева, прополки и полива смогут выполнять агророботы.

Светодиодные LED. Лампочки стали настолько дешевыми и эффективными, что закрытые теплицы постепенно оказываются более выгодными, чем открытые сады и огороды. При этом яркость освещения, поступающего от светодиодов, легко можно регулировать, как и другие показатели, например, температуру и влажность. В результате растения стали выращивать в супермаркетах, на складах и даже в подвалах. Например, британская технология Growing Underground позволяет выращивать 20 видов салата под землей на территории сохранившихся от войн бомбоубежищ.

Разнообразие зарубежного опыта

У США первое место в мире по уровню эффективности сельского хозяйства, в котором занято только около 2% рабочей силы страны. В сельском хозяйстве США используется множество инновационных решений, позволяющих фермерам производить больше продукции с меньшими затратами. Например, применение генномодифицированных семян и прямого посева уменьшает расходы фермеров на использование машин, топлива и пестицидов.

В США средний уровень проникновения технологий точного земледелия, по оценке Службы экономических исследований (USDA) Министерства сельского хозяйства, оценивается в 30-50%. При этом в крупных хозяйствах уровень использования технологий в два раза выше, чем в небольших, а в активных земледельческих районах достигает 60-80%.

Проведенный среди американских фермеров опрос показал, что компьютер с высокоскоростным доступом в интернет и анализ почвенных проб применяют 98%; карты урожайности, мониторы урожайности и навигационные GPS-системы – около 80%; технологии дифференцированного внесения удобрений (химикатов) и предписывающие карты – более 60%; спутниковые снимки и анализ вегетативного индекса растений – не более 30% респондентов.

При этом в сельском хозяйстве широко используются основные технологии точного земледелия, в том числе картографирование почвы и урожайности, «автопилотизация» техники и индивидуализация норм внесения всего, что «просит» земля, — от семян до пестицидов. Каждая из этих технологий оказывает свой экономический эффект. По оценкам фермеров, выращивающих кукурузу, картографирование урожайности позволяет им экономить до 62 долл. на каждом гектаре, а тракторы с автопилотом и GPS экономят до 37,5 долл. на гектар.

По оценкам американских экспертов, каждый доллар, вложенный в США в экспорт сельхозпродукции и продуктов питания, создает на внутреннем рынке еще 1,27 долл., каждый экспортный 1 млн. долл. поддерживает 8 тыс. рабочих мест на внутреннем рынке, а в целом сельское хозяйство США участвует в формировании до 8,6% ВВП страны.

В Нидерландах в сельском хозяйстве широко применяются «цифровые технологии», включающие применение точного земледелия и роботов на различных этапах сельхозработ, а также «интернет вещей», помогающие управлять различными процессами. При этом в сельском хозяйстве Нидерландов работают всего 2% занятого населения страны.

В Нидерландах малая площадь земельных угодий является основным ограничительным фактором. По этой причине большая часть фермерских хозяйств представляет собой мелкие фирмы и семейный бизнес. Несмотря на это, они способны конкурировать и даже превосходить крупные транснациональные корпорации в сфере продаж плодоовощной продукции и семян. Во многих фермерских хозяйствах внедрена практика, основанная на высоких технологиях и менеджменте, позволяющая повышать их производительность и быть ресурсоэкономными.

Нидерланды являются мировым лидером по внедрению инновационных технологий в сельском хозяйстве и животноводстве. Голландским фермерам с 2000 года удалось практически полностью отказаться от применения пестицидов, а с 2009 года сократить использование антибиотиков в птицеводстве и животноводстве на 60%. Кроме этого, Нидерланды являются мировым лидером по выведению новых сортов и экспорту семян различных сельхозкультур.

В настоящее время Нидерланды занимают второе место по экспорту продуктов питания, уступая лидерство США, которые по размерам площади в 270 раз превышают Нидерланды. Например, на площади Нидерландов, которая составляет 42,5 кв. км, площадь стеклянных теплиц составляет порядка 6 тысяч гектаров.

Нидерланды имею опыт в укреплении цепочки создания добавленной стоимости в сельском хозяйстве, поддержке экспорта местных фермеров и агропредприятий, а также во внедрении научных исследований в сектор плодоовощеводства. Нидерландский опыт в данной сфере может быть полезен и для Узбекистана.

В Израиле менее 20% земель пригодны для ведения сельского хозяйства, но при этом фермеры обеспечивают потребности населения в продуктах питания на 95%. Учитывая острую нехватку поливной воды в Израиле, развита технология капельного орошения посевов. При этом правительство Израиля всячески поддерживает агросектор страны, субсидируя фермерам до 40% от стоимости покупки и внедрения новых технологий. Главные составляющие «умного» фермерского подхода – программное обеспечение, системы орошения, инновационная уборочная техника, которая обходится дешевле благодаря системе субсидирования. За счет подобного подхода, а также тесного сотрудничества государственного, частного и научного секторов в агропромышленном комплексе Израилю удается сохранять высокие показатели внедрения новых технологий в агросферу. Феномен израильского сельского хозяйства состоит в том, что низкий природный потенциал компенсируется высокой интенсивностью и эффективностью внедрения новых технологий. Традиционные подходы в ведении сельского хозяйства практически не используются, высокий уровень инновационности помогает добиться максимальной продуктивности отрасли при минимальных ресурсных затратах.

В Республике Корея государственное регулирование направлено на всяческое содействие внедрению инноваций и современных технологий во все сферы экономики и жизнедеятельности. Сельское хозяйство Республики Корея также представляет собой высокотехнологичную отрасль. Опыт инновационного развития сельского хозяйства Республики Корея уникален и может быть использован в решении проблемы обеспечения продовольственной безопасности развивающихся стран и формирования инновационной аграрной системы. В 2018 году Минсельхоз Республики Корея объявил, что собирается инвестировать в развитие «умных» фермерских хозяйств по всей стране и увеличить их общую площадь до 7 тысяч гектаров с текущих 4,01 гектара.

В частности, в Республике Корея в сельхозпредприятиях широко используются различные специальные терморегулирующие, вентиляционные устройства, приборы для экономичного и точного капельного орошения, высококонцентрированные жидкие удобрения, в том числе и изготовленные методом экстракции из водорослей. Используются теплицы, которые управляются компьютером, где автоматика полностью сама регулирует все параметры для благоприятного роста и развития растений и при необходимости вносит соответствующие коррективы. При этом специалисты тепличного хозяйства могут контролировать процесс со своего мобильного телефона. Интересен также опыт привлечения насекомых для борьбы с вредителями на основе приманивания их в специальные ловушки.

На Тайване за последние 5-10 лет государство выделило до 100 млн. долл. на разработку и внедрение инноваций, в том числе на создание исследовательских центров, разработку программного обеспечения и мобильных приложений, большую образовательную программу для фермеров. Для того, чтобы убрать с рынка как можно больше посредников и повысить прибыльность фермеров, переработчиков и торговых сетей, государство заказало разработку интернет-порталов, на которых фермеры могут вести свои страницы и таким образом будут продвигать себя на рынке. К порталу имеют доступ как частные покупатели из городов, заинтересованные в приобретении свежей органической продукции из первых рук, так и оптовые покупатели, переработчики.

В Аргентине на государственном уровне внедряется система мониторинга состояния посевов, контроля за состоянием почв, сбора данных и их анализа. На регулярной основе покупаются спутниковые данные, собираются аналитические данные с метеостанций, предприятий, исследовательских центров, лабораторий, которые централизованно размещаются на общем интернет-портале, который также работает как сервис для аграриев для получения данных по своим полям.

Индия фокусируется на повышении образования фермеров, в частности, внедряются мобильные приложения Agri Value Added Services, которые обеспечивают фермеров информацией о погоде, цене на продукцию, лучших технологиях для выращивания культур и т.д. В каждом регионе созданы аграрные инновационные и исследовательские центры.

В Японии, по данным Министерства сельского хозяйства, количество фермеров в стране сократилось на 56% до 1,82 млн. чел., их средний возраст вырос с 59 до 67 лет за тот же период, так как дети сельских жителей предпочитают работать в городах, где оплата труда выше. Для решения данной проблемы Минсельхоз Японии в 2014 году принял политику «умного» сельского хозяйства, направленную на развитие робототехники и информационных технологий для повышения производительности фермерских хозяйств. Например, компания Kubota разработала автономные тракторы стоимостью около 11 млн. иен и беспилотники, распыляющие пестициды, для автоматизации некоторых полевых работ, а компания Seven-Eleven открыла свою первую автоматизированную ферму по производству салата. Прогнозируется, что рынок «умного» сельского хозяйства в Японии вырастет на 14% до 14,7 млрд. иен и почти удвоится в ближайшие пять лет до 33,5 млрд. иен.

В Казахстане Минсельхоз прогнозирует, что экономический эффект от цифровизации в сфере агропромышленного комплекса до 2025 года составит порядка 40 млрд. тенге (105,5 млн. долл.).

Минсельхоз Казахстана планирует, что в 2019 году будет запущена система прослеживаемости продукции АПК «от поля до стола», включающая животноводческую, растениеводческую и рыбную продукцию.

В Казахстане идет процесс оцифрования карт полей и на более половины площадей уже составлены электронные карты. Кроме этого, планируется применение спутникового мониторинга полей и техники, а также точечное внесение минеральных удобрений и точечная обработка химикатами.

В рамках задачи по технологическому перевооружению планируется создать условия для вовлечения бизнеса в использование современных технологий, в том числе технологий точного земледелия и «умных» ферм. Предполагается, что внедряемые элементы точного земледелия, в том числе составление электронных карт полей, точные метеоданные, сенсоры и датчики, космомониторинг и другие решения, позволят в комплексе снизить потери сельхозпроизводителя как минимум на 25%.

В рамках реализации программы поддержки сельского хозяйства фермеру, купившему современное оборудование, технику, государство возмещает 25% затрат. В 2018 году в Казахстане на финансирование аграрной науки из бюджета было выделено 5,5 млрд. тенге (14,54 млн. долл.), средства пошли на содержание 23 НИИ, зарплаты ученым и исследования. Данная сумма составляет всего лишь 0,12% от доли сельского хозяйства в ВВП Казахстана (такие страны, как США, Канада, Франция, Голландия, выделяют на это 1-3% от ВВП).

В настоящее время Минсельхоз Казахстана закупает у ученых их научные разработки и поэтому это похоже на «содержание научных коллективов на госсредства». В связи с этим планируется сделать так, чтобы фермеры сами закупали актуальные для себя разработки у НИИ, но на бюджетные деньги, что будет мотивировать фермеров внедрять инновации в сельхозпроизводство.

В Казахстане на государственном уровне поставлена задача увеличить в течение пяти лет производительность труда в АПК и экспорт переработанной сельхозпродукции как минимум в 2,5 раза.

В России, по данным экспертов, производительность труда в аграрном секторе сегодня отстает от производительности, например, Германии, в три раза, а урожайность ниже урожайности в Германии и США в 2,5-3 раза. В связи с этим в России главными аспектами использования цифровых технологий в сельском хозяйстве считаются повышение производительности сельхозпроизводства и снижение его потерь.

По оценкам экспертов, в России неэффективность агропроизводства, в том числе недостаток информации у фермеров для принятия правильных решений, приводит к потери до 40% урожая, еще 40% теряется при переработке, хранении и транспортировке. При этом далеко не все потери связаны с природными условиями, 25–30% результата в сельхозпроизводстве зависят от человека. По оценкам FAO ООН, ежегодные потери зерна от общего объема производства в России составляют 25%, в то время как в США – лишь 1%, малоразвитых странах – 30%, а в мире в целом – 10%. В России считают, что цифровизация сельского хозяйства может также привести к уменьшению потери зерна.

По мнению экспертов, в настоящее время Россия по уровню цифровизации в сельском хозяйстве занимает 15-е место в мире. В связи с этим Минсельхозом России разработан ведомственный проект «Цифровое сельское хозяйство» на 2019-2021 гг. Проект предусматривает обеспечение технологического прорыва в АПК за счет внедрения цифровых технологий в сельское хозяйство и повышения производительности труда на сельхозпредприятиях в 2 раза к 2021 году.

Юрий Кутбитдинов

Экономическое обозрение №3 (231) 2019