Рост урожайности до 50 в нашей стране можно обеспечить за счет
Обновлено: 02.07.2024
Россия в аутсайдерах
Отставание нашего агросектора по уровню внедрения цифровых решений от Европы и США значительное, многие производители используют лишь отдельные элементы цифрового оборудования или не используют вовсе. Однако с 2018 года, когда АПК был включен в перечень отраслей, подлежащих цифровой трансформации, появилось большое количество качественных отечественных IT-решений, которые конкурируют с иностранными, обращает внимание руководитель проекта по цифровизации АПК Центра технологического трансфера ВШЭ Сергей Косогор . В том числе благодаря господдержке через институты развития создан необходимый задел, который способен обеспечить цифровую трансформацию отрасли и позволить осуществить перевооружение отечественного АПК, уверен он.
Уровень цифровизации АПК в России очень разнородный — он наглядно отражает многоукладность сектора, оценивает Чулок . Есть предприятия — как правило, это крупные агрохолдинги — у которых даже по мировым меркам очень высокий уровень цифровизации и роботизации . Обычно эти компании ориентированы на работу с требовательным конечным потребителем, на экспорт: чтобы конкурировать на международных рынках, необходимо быть технологически модернизированным, поясняет он. С другой стороны, в стране много малых фермерских хозяйств, которые пока не могут себе позволить масштабное применение цифровых технологий.
При этом внедрение цифровых технологий актуально для любых хозяйств независимо от масштаба бизнеса, подчеркивает Колосков , поскольку использование систем AgTech позволяет сократить количество вносимых удобрений и средств защиты растений на 15-40% без потери эффективности, а также сократить потребление электроэнергии и воды на 10-25%. При этом технологии точного земледелия позволяют одновременно увеличить урожайность на 5-40% в зависимости от изначальных условий и агрокультур, сравнивает он.
Искусственный интеллект в помощь бизнесу
Что популярно у аграриев
На рынке есть готовые SaaS-решения, их использование чаще всего подразумевает формат подписки. Если же компания решает пойти по пути разработки собственного продукта, то нужно учитывать, что, кроме высокой стоимости разработки, ей нужно будет регулярно нести дополнительные расходы: IT-поддержка, хранение данных , рассказывает Крейтор.
Косогор называет несколько наиболее популярных в АПК направлений цифровизации: точное сельское хозяйство (навигационные и геоинформационные системы, контроль техники, дифференцированное внесение удобрений и т. д.), использование беспилотных летательных аппаратов , AIoT-платформы/приложения (контроль данных, поступающих с датчиков, техники и других устройств). В целом цифровизация аграрного сектора нивелирует его недостатки, связанные с потерями урожая при выращивании, сборе и хранении, позволяет оперативно проводить мониторинг посевов, обновлять карты полей для налаживания систем навигации, уменьшать хищения, а также оперативно продавать продукцию или оформить меры господдержки, перечисляет Косогор .
Чулок говорит, что успешные примеры использования цифровизации есть во всех подсекторах АПК — это и точное земледелие, и роботизированные фермы и теплицы, технологии блокчейна , обеспечивающие полную транспарентность продукции АПК, сенсоры, включая нано- и биосенсоры, интегрированные с интернетом вещей ( IoT ) и позволяющие осуществлять опережающий мониторинг заболеваний растений и животных, интеллектуальный анализ больших данных , в т. ч. пространственных.
Опыт бизнеса в растениеводстве
С 2020-го года внедрено приложение собственной разработки EkoCrop для растениеводов. С его помощью агрономы быстро получают объективные данные о каждом конкретном поле, о проведенных на нем работах, затраченных ресурсах и результатах. Менеджмент и аналитики с помощью приложения получают подробные отчеты, делится Берюляев . В планах компании развитие имеющихся решений, в частности — интеграция приложений EkoCrop и EkoFeed с 1С, переход EkoCrop на единое хранилище данных с корпоративной ГИС, разработка веб-версии EkoCrop и версии для Android .
Новые технологии не только у агрохолдингов
Что тормозит развитие
Российский АПК идет в сторону цифровой трансформации, хотя ряд факторов определяет отставание в этом вопросе от других стран. Так, например, отсутствие инфраструктуры, позволяющей полноценно использовать цифровые решения в полях, и медленное формирование баз данных и знаний являются барьерами для внедрения IT-технологий, отмечает Сергей Косогор . Также среди причин недостаточно активной цифровизации отрасли он называет медленное обновление законодательства (например, в части использования беспилотников), отсутствие унификации стандартов и регламентов передачи данных, отсутствие полигонов и опытно-производственных хозяйств для апробации новых технологий, отсутствие мер господдержки для перехода на цифровые технологии, дефицит квалифицированных кадров.
Основная проблема — это невысокий уровень готовности пробовать инновации, уверен Сергей Колосков . Представители агробизнеса в большинстве случаев вынуждены думать о проблемах сегодняшнего дня: не хватает квалифицированных сотрудников, сложно контролировать качество выполнения технологии и получать необходимые страховые и финансовые продукты. Вместе с тем важно понимать, что эти проблемы без цифровых продуктов не решить, подчеркивает он. Кроме того, выбирая, купить новый трактор или цифровую технологию, фермер выберет трактор, считает он. Впрочем, на некоторые виды техники производители еще на заводе устанавливают цифровые системы помощи и точного земледелия, а значит, в перспективе так или иначе все перейдут к цифровому сельскому хозяйству, рассуждает Колосков .
Если некоторые из сотрудников и не сразу осваивают нововведения, довольно быстро они понимают, что цифровизация делает их работу комфортнее и повышает КПД, вторит ему Константин Капитуров . А вот по словам Владислава Беляева , к сожалению, зачастую сотрудники не готовы переходить на инновационные решения: мешает и недостаток IT-навыков, и страх перед переменами.
Роботы заменят человека?
В ближайшей перспективе роботы полностью не заменят человека, но серьезно облегчат физически тяжелый и монотонный труд, сократят потребность в большом количестве однотипных специалистов, считает Айдар Галяутдинов . При этом, например, в животноводстве есть ряд специализаций, предполагающих прямое взаимодействие с поголовьем. Эти функции еще неподвластны искусственному интеллекту , по крайней мере, пока животные такие, какие они есть сейчас, добавляет он. Константин Капитуров тоже говорит, что в животноводстве ИИ однозначно не заменит человека полностью.
Число людей в мире растет примерно на 70–80 млн человек в год. Никогда на планете еще не жило одновременно такое количество людей. Если смотреть на сельское хозяйство и обеспечение продуктами питания, каждый человек стремится к росту потребления, — соответственно, одновременно с абсолютным потреблением за счет роста численности населения растет и относительное потребление.
Сельское хозяйство мира столкнется в ближайшие 50 лет со следующими ограничениями на глобальном уровне.
1. Отсутствие доступных новых земель.
2. Изменение климатических условий в традиционных зонах выращивания сельскохозяйственных культур. Изменение температурного режима и режима осадков.
3. Деградация почв.
4. Растущий региональный дефицит пресной воды.
5. Снижение темпов роста урожайности даже при увеличении объема удобрений.
6. Увеличение зависимости от ископаемого топлива (логистика, сырье).
7. Отсутствие новых рыбных ресурсов.
8. Рост численности населения.
9. Диетический переход в связи с ростом благосостояния.
В прошлом основными способами борьбы с нехваткой продовольствия было сельскохозяйственное освоение новых земель и использование новых рыбных запасов.
Однако за последние пять десятилетий, в то время как производство зерна увеличилось более чем вдвое, количество земли, отведенной для пахотного земледелия во всем мире, увеличилось лишь на несколько процентов.
Соответственно, на глобальном уровне в XXI веке большее количество пищи нужно будет произвести на таком же количестве земли (или даже на меньшей площади). Последние исследования будущего спроса показывают, что миру потребуется на 70–100% больше продовольствия к 2050 году.
Очевидно, что человечество в ближайшие десятилетия будет активно решать эти проблемы. Для разных стран будут характерны разные трудности. Например, в Китае основной проблемой сельского хозяйства будет стремительный диетический переход в связи с ростом доходов: переход с преимущественно вегетарианской диеты на диету, содержащую большую долю мясных продуктов, требует увеличения в несколько раз использования питательных веществ, пресной воды, почв и прочего, что значительно увеличит нагрузку на сельское хозяйство и окажет негативное влияние на окружающую среду. Для африканских стран характерны другие проблемы — низкая урожайность и негативное влияние расширения посевных площадей на окружающую среду (вырубка лесов и опустынивание).
В России проблемы совсем другого характера. Мы зависим от импорта продовольствия, страна не обеспечивает себя мясной продукцией – соответственно, Россия зависима от международных рынков мясных продуктов, что является неустойчивой долгосрочной стратегией.
В каждом регионе можно выделить свои проблемы, но если рассматривать сельское хозяйство как единую мировую отрасль на долгосрочном промежутке времени, то перечисленные в начале данной статьи пределы и тенденции будут играть важнейшую роль, хотя глобальные проблемы сельского хозяйства будут решаться локально.
Ниже дан обзор тенденций и некоторых путей решения вставших проблем обеспечения растущего населения продуктами питания. Эти решения — научный и практический мейнстрим. Но далеко не факт, что эти решения, даже реализованные, смогут улучшить ситуацию, а не загнать в еще больший тупик.
Способ 1. Увеличение урожайности с помощью традиционных практик
Преодоление разрывов в урожайности может резко увеличить поставки продовольствия, но одновременно и усилить негативные последствия для окружающей среды, такие как выбросы парниковых газов (особенно метана и закиси азота, которые имеют больший парниковый эффект чем СО2 и которые в значительной степени производятся именно сельским хозяйством), эрозия почв, истощение горизонтов пресной воды, усиление эвтрофикации, уничтожение биоразнообразия из-за перевода земель в сельскохозяйственные.
Способ 2. Увеличение производства продовольствия с помощью генной модификации
Сегодня скорость и затраты на секвенирование и ресеквенирование геномов таковы, что усовершенствованные методы селекции и генетической модификации могут быть легко применены к разработке сортов сельскохозяйственных культур, которые позволяют получать высокие урожаи даже в сложных условиях. Это в первую очередь относится к таким культурам, как сорго, просо, маниок, банан, которые являются основными продуктами питания для многих беднейших общин мира.
Сегодня генную модификацию используют в основном в производстве сои (70% от всей площади под культурой), хлопка (49%), кукурузы (26%), рапса/канола (21%). Площадь под ГМ-культурами составляет 9% от мировой площади под сельскохозяйственными культурами, в основном это США, Бразилия, Аргентина, Индия, Канада и Китай. По данным компании Sygenta, около 90% фермеров, выращивающих ГМ-семена, — это фермеры в развивающихся странах, в основном хлопководы.
В настоящее время основные коммерческие генетически модифицированные культуры созданы относительно простыми манипуляциями, такими как внедрение гена сопротивления гербицидам или гена для вырабатывания токсина против насекомых-вредителей. В следующем десятилетии, скорее всего, получат развитие комбинации желательных качеств и внедрение новых черт, например толерантности к засухе. К середине столетия могут оказаться возможными гораздо более радикальные варианты.
Скорее всего, преследуя цель увеличения урожайности на ограниченной площади одновременно с устойчивостью к изменениям климата, человечество будет активно использовать генетическое преобразование растений.
вызывает значительный дефицит открытой информации и соответствующее отсутствие доверия со стороны потребителей, контролирующих и некоммерческих организаций.
Способ 3. Снижение отходов
В развивающихся странах потери в основном связаны с отсутствием инфраструктуры в производственной цепочке, например технологий хранения произведенных продуктов питания на фермах, при транспортировке, при хранении до продажи. Огромные потери на этапе хранения характерны для развивающихся стран, например в Индии, где 35–40% свежих продуктов теряется, потому что ни оптовая торговля, ни розничные пункты не оснащены холодильным оборудованием.
В Юго-Восточной Азии есть существенные потери даже риса, который может храниться без особого оборудования. В итоге после сбора урожая из-за вредителей и порчи теряется до трети урожая.
В развитых странах потери до розничного этапа намного ниже, зато потери, возникающие на этапах розничной торговли, общественного питания и индивидуального потребления значительны. Например, потребители привыкли к покупке продуктов, косметически хорошо выглядящих, — следовательно, розничные торговцы выбрасывают множество съедобных, но незначительно поврежденных продуктов. Также для потребителей в развитых странах продукты питания относительно дешевы, что снижает стимулы для уменьшения отходов.
Соответственно, одной из основных стратегий для достаточного обеспечения человечества продовольствием будет снижение потерь во всей производственной и потребительской цепочке. Одновременно пищевые отходы будут шире использоваться в сельском хозяйстве для откорма скота, так как необходимо снижать нагрузку животноводства на пашни, а также как удобрения, так как такое использование не требует прямого использования неисчерпаемых ресурсов и дополнительных значительных затрат энергии (кроме транспортировки).
Способ 4. Изменение диеты
Эффективность преобразования энергии растений в энергию животного составляет около 10%, поэтому большее количество людей смогут кормиться на том же количестве земли, если станут вегетарианцами. В настоящее время около одной трети мирового производства зерновых используется на корм скоту, а одним из основных драйверов увеличения нагрузки на продовольственную систему является быстро растущий спрос на мясо и молочные продукты. Спрос растет в результате общего развития, которое сопровождается ростом доходов населения.
Удивительна следующая обратная связь: мировое население продолжит расти вплоть до вероятного плато в 9–10 миллиардов человек, которое будет достигнуто к 2050 году.
Основным фактором замедления темпов роста населения, а соответственно, и средством борьбы с голодом является ликвидация неграмотности. Она же приводит к повышению благосостояния и росту доходов, а с более высокой покупательной способностью приходит более высокий уровень потребления, а также повышение спроса на переработанные продукты питания, мясо, молочные продукты и рыбу. В итоге такая тенденция борьбы с голодом в долгосрочной перспективе только добавляет нагрузку на систему снабжения продовольствием. Рост спроса привел в течение последних 50 лет к полуторакратному увеличению поголовья крупного рогатого скота, овец и коз в мире, а также к увеличению в 2,5 и 4,5 раза поголовья свиней и кур соответственно. Новый виток этого роста в ближайшие десятилетия будет спровоцирован повышением благосостояния и численности среднего класса в таких странах, как Китай и Индия.
Сокращение потребления мяса дает также и другие преимущества, кроме возможности накормить больше людей.
Способ 5. Расширение аквакультуры
Уже сегодня можно сказать, что по крайней мере с рыболовством Друкер ошибся.
Именно из-за перелова и истощения диких рыбных ресурсов мир в будущем будет переходить на аквакультуру. Аквакультура сегодня стремительно развивается в Юго-Восточной Азии, где дешевый труд и благоприятный климат способствуют таким темпам роста. Распространение этого опыта в такие регионы, как Африка, возможно, принесет большую пользу в решении задачи голода.
В будущем в аквакультуре можно будет достичь еще большей продуктивности за счет улучшенного отбора выращиваемой продукции, крупных масштабов производства, разведения аквакультуры в открытых водах и крупных внутренних водоемах, а также культивирования более широкого ассортимента видов.
Более широкий выбор условий для производства (переносимость колебаний температуры и солености, устойчивость к болезням) и удешевление кормов (например, растительных материалов с повышенной питательностью) могут стать доступными с использованием ГМ-технологий, но необходимо будет решить проблемы, связанные с долгосрочным влияние ГМ-технологий на организм рыбы, человека и в целом на окружающую среду. Аквакультура может причинить вред окружающей среде, во-первых, из-за попадания в водоемы органических стоков или лекарственных химикатов, во-вторых, как источник заболеваний или генетического загрязнения диких видов.
Новые технологии могут оказаться тупиком
Проще раскрыть это утверждение на примере добычи нефти. В начале XX века необходимо было затратить 1 баррель нефти, чтобы добыть 100 баррелей нефти. Коэффициент EROI (Energy Return on Investments) составлял 1:100. Сегодня он составляет около 1:15, а технологии добычи сланцевого газа снизят его до 1:2–3. Аналогичные тенденции развиваются и в сельском хозяйстве. Если традиционное сельское хозяйство затрачивало 1 килокалорию энергии, чтобы произвести от 5 до 10 килокалорий энергии, заключенной в продукте питания, то сегодня затрачивается 10 и более (до 500) килокалорий энергии, чтобы произвести 1 килокалорию продовольствия (см. диаграмму).
Возьмем, например, аквакультуру. В случае естественного морского промысла диких видов основные затраты направлены на вылов рыбы — нет затрат на питание рыбы, так как питается рыба в открытом океане. Сегодня аквакультуру необходимо и выращивать, и кормить, и лечить. Для этого необходима рабочая сила, территория, оборудование и многое-многое другое. Это соответственно увеличивает ресурсные затраты, а выращенная рыба в принципе обладает меньшей энергетической ценностью.
Теперь возьмем новейшие проекты строительства суперэффективных вертикальных ферм в мегаполисах. Очевидно, что эти проекты имеют запредельные коэффициенты ресурсо- и энергоотдачи, примерно на получение одной килокалории в этих проектах тратится более 500 килокалорий.
Соответственно, человечество переходит на более затратные и менее эффективные способы получения энергии и продовольствия.
Причина понятна: для разработки и тиражирования новых технологий необходимо затратить огромное количество усилий, времени, энергии. Расходы на персонал, новое строительство и прочие действия существенно повышают энергозатраты. Соответственно, риски снижающихся и отрицательных коэффициентов, аналогичных EROI, должен кто-то финансировать. В случае сельского хозяйства их финансируют государства, субсидирующие отрасль, и международные организации, оказывающие финансовую помощь нуждающимся. Это приводит к ситуации, когда человечество тратит и будет тратить средства на поддержание абсолютно неэффективной системы производства, сельского хозяйства в частности.
Для устойчивого производства продовольствия в стратегической перспективе сельское хозяйство, как отрасль, работающая на естественных возобновляемых ресурсах и геохимических циклах (почва, азот, пресная вода, углерод, фосфор), должно будет вернуться к использованию ресурсов на уровне не большем, чем возможно в естественном цикле. Иначе мы будем иметь (а на самом деле уже имеем) абсолютно неэффективное с точки зрения затрат ресурсов и энергии производство, так как мы тратим больше, чем получаем. В долгосрочной перспективе такая стратегия не работает.
К сожалению, не существует простых решений по проблеме устойчивого обеспечения продуктами питания 9 млрд людей, особенно с общим ростом благосостояния и переходом значительной части населения к способу потребления, характерному для богатых стран. Рост объемов производства продовольствия будет действительно важен, но он как никогда будет ограничен конечными ресурсами суши, океанов и атмосферы, также необходимо будет учитывать изменения климата, растущее загрязнение, растущее население, изменение диеты и влияние продукции на здоровье человека.
Постановка целей и разработка этих изменений будет одной из основных задач науки в XXI веке. Но надежды на будущие научные и технологические инновации в обеспечении продовольствием не могут служить оправданием для откладывания сложных и необходимых уже сегодня решений, а любой оптимизм должен быть смягчен, ввиду огромного масштаба проблем.
Имея в мире миллиард голодных людей, необходимо мыслить нестандартно.
Читайте также: