«Цифровой век» сельского хозяйства

Смещение акцентов в агросекторе

Приоритеты сельскохозяйственного сектора и экономики в целом со временем значительно изменились. В прошлом сектор был сосредоточен в основном на поставках сельхозпродукции и услуг. Сейчас все большее внимание начинает уделяться учету экологических аспектов, таких как экосистемные услуги, биоразнообразие, землепользование и изменение климата.

Стремление преобразовать сельскохозяйственные системы, чтобы они стали многофункциональными, диверсифицированными и, следовательно, более устойчивыми, олицетворяет эту «смену парадигмы приоритетов». Такое сельское хозяйство «нового века» фокусируется на многочисленных выгодах, возникающих в результате оптимальных сельскохозяйственных решений, и стремится использовать функции экологического разнообразия в различных пространственных масштабах. Разумеется, при этом необходимо соблюдать баланс с другими факторами социального, экономического и политического характера, которые влияют на решения в области землепользования и сельского хозяйства. Хотя в теории это звучит многообещающе, реализация таких комплексных и продуманных систем земледелия на практике является сложной задачей как в концептуальном, так и в техническом плане.

Цифровизация в сельском хозяйстве имеет значительный потенциал для решения этой задачи, но остаются пробелы в разработке и внедрении рамок, технологий и инструментов, которые интегрируют большие массивы данных, извлекают из них критический анализ, привлекают гражданскую науку и переводят всю эту информацию в «действенные варианты управления сельскохозяйственными культурами».

Разработка DAKIS

В ответ на выявленные проблемы авторы данного исследования разработали DAKIS как концептуальную основу, а также технологически продвинутый инструмент. В исследовании DAKIS описывается как «основанная на знаниях» и «системно-ориентированная система интеграции данных, включающая цифровые технологии для поддержки принятия очень сложных и инновационных решений».

DAKIS был разработан на основе широких консультаций с заинтересованными сторонами, обзора научной литературы, а также коммерческой информации о 643 цифровых инструментах, и более глубокого критического изучения 42 инструментов, отобранных для полноты функций и представления технологического уровня. В совокупности этот процесс определил цель, пространственно-временной охват, функциональность и требования к пользовательскому интерфейсу DAKIS.

Основные функции DAKIS определены как:

• мониторинг производства, биоразнообразия и экосистемных услуг,
• обеспечение поддержки принятия решений для сельскохозяйственных операций, и
• поддержка коммуникации и сотрудничества.

Эти концептуальные знания легли в основу создания инструмента DAKIS с помощью подхода «дизайн-мышления», создающего технический скелет, очерчивающий различные структурные компоненты и интерфейсы.

DAKIS призван справиться с неподъемной, казалось бы, задачей синтеза огромных объемов информации, собранной из данных дистанционного зондирования, мониторинга на месте и картографических наборов ГИС, результатов моделирования многомерных экономических и экологических эффектов, а также информации, полученной в ходе совместных оценок воздействия в различных системах земледелия и пространственно-временных масштабах.

Как это реализуется на практике?

На мгновение представьте себя в роли фермера, изучающего графический интерфейс пользователя этого инструмента для установки предпочтений в работе и определения целей землепользования. Информация, предоставленная вами, как конечным пользователем, будет сопоставлена с обширной информацией о конкретном участке и регионе, имеющейся в платформе, динамической системой искусственного интеллекта, применяющей подход, основанный на правилах, для определения оптимальных комбинаций землепользования и управления. В итоге вам (как фермеру) будет представлен ряд сценариев и оптимальных вариантов управления в соответствии с поставленными целями и предпочтениями.

Концепция DAKIS заключается в том, что она «будет способствовать/предоставлять рекомендации по оптимизации конкретных участков», позволяя конечным пользователям принимать сельскохозяйственные решения для минимизации вредного воздействия, компромиссов и конфликтов.

Доказательная база

В настоящее время DAKIS тестируется в двух различных в сельскохозяйственном отношении регионах Германии — Бранденбурге и Баварии. В публикации представлен «сценарий использования» — пример того, как этот инструмент может быть использован для создания буферных участков пастбищ в Бранденбурге. Буферные участки — это элементы ландшафта, которые обеспечивают множество экосистемных услуг, таких как борьба с эрозией, связывание углерода, среда обитания для опылителей и др.

Целью сценария использования в Бранденбурге было определение оптимального дизайна и размещения буферов для поддержания урожайности сельского хозяйства при лучшем контроле эрозии почвы. Выбор был обоснован DAKIS путем анализа данных дистанционного зондирования для разработки анализа эрозионных очагов, оценки многолетних карт урожайности и разработки главного критерия, согласно которому создание лугов должно быть приоритетным на участках с низким потенциалом урожайности и высоким потенциалом контроля эрозии. Затем встроенный компонент системы — RETE reasoner — отобрал оптимальные участки, соответствующие критерию. Введя разработанные критерии в серию агроэкологических, агрономических моделей и моделей общественного спроса, DAKIS сравнил экосистемные услуги между текущим использованием земли и созданием буфера, выбрал оптимальные виды трав и культур для каждого места и определил места с большим потенциалом для сотрудничества заинтересованных сторон, чем для конфликта.

В конечном итоге фермеру на графическом пользовательском интерфейсе был предоставлен набор карт и качественной информации, рекомендующей наиболее подходящие места и оптимальные варианты управления буферными пастбищами. Информация, предоставляемая DAKIS, также может быть экспортирована во внешние службы, такие как системы управления и информации фермерских хозяйств, для отображения и дальнейшего выполнения рекомендаций.

Освоение технологии и будущие шаги

Данное исследование подчеркивает огромный потенциал цифровых инструментов, в первую очередь DAKIS, для преобразования сельского хозяйства и продвижения более устойчивых практик. Поскольку мир сталкивается с усугубляющимися экологическими проблемами, использование таких технологий в сельском хозяйстве будет играть все более важную роль в содействии созданию более устойчивых и стабильных продовольственных систем.

Принципиальная новизна DAKIS заключается в том, что она использует цифровые технологии для учета экосистемных услуг, биоразнообразия и устойчивости при принятии решений фермерами, а также обеспечивает систему поддержки принятия решений, с помощью которой фермеры получают информацию и ориентируются на адаптированное к конкретным условиям, мелкомасштабное, многофункциональное и диверсифицированное сельское хозяйство по самостоятельно определенным направлениям, как это наглядно видно из примера использования в Бранденбурге.

Разработчики отмечают: «В идеальном мире спрос, предъявляемый обществом к предоставлению экосистемных услуг, был бы удовлетворен фермерами с помощью DAKIS», отмечая при этом, что в реальности такие решения потребуют активного участия не только фермеров, но также промышленности и политиков.

Из-за быстро развивающегося характера этой области цифровые технологии в сельском хозяйстве должны стать более инновационными, чтобы не отставать от скорости поступления новой информации. Предвидя это, разработчики DAKIS уже сделали дизайн своей системы адаптируемым и гибким, чтобы включить новые соединения данных, где это необходимо. Хотя в исследовании упоминается, что «видение многофункционального и диверсифицированного сельского хозяйства может быть принято, только если оно представляет собой жизнеспособную экономическую альтернативу преобладающим сельскохозяйственным системам», DAKIS, несомненно, является важным шагом в правильном направлении.