Công nghệ đang thay đổi thế giới, và nền sản xuất nông nghiệp cũng không nằm ngoài cuộc chơi. Sự ra đời của tất cả mọi thứ, từ thiết bị nông nghiệp tự động đến một loạt các cảm biến trên hệ thống Internet Vạn Vật (Internet of Things/IoT) giúp đo độ ẩm đất và máy bay không người lái theo dõi cây trồng đã giúp “thay da đổi thịt” ngành kinh doanh nông nghiệp. Một số chuyên gia thậm chí gọi phong trào này là “Nông nghiệp 4.0” - thuật ngữ này đã được sử dụng tại Hội nghị thượng đỉnh chính phủ toàn cầu.
Một trang trại kỹ thuật số có năng suất hiệu quả và bền vững hơn so với các trang trại canh tác theo phương pháp truyền thống. Trong một trang trại kiểu mới, cây trồng được canh tác chính xác, máy kéo tự vận hành, thu hoạch có thể được xác định bằng hình ảnh kỹ thuật số của các cánh đồng và những người nông dân thường làm việc với một nhà nông học để được hỗ trợ công nghệ.
Nuôi sống 9 tỷ người
Trái đất được dự đoán sẽ đạt mức dân số lên tới 9 tỷ người vào năm 2050, do đó việc tìm ra những cách thức cải tiến nông nghiệp đang là thách thức đối với các nhà khoa học.
Ông Patrick Smoker, Trưởng khoa CNTT nông nghiệp, trường đại học Nông nghiệp, thuộc Đại học Purdue (bang Indiana, Mỹ), cho biết: “Điểm mấu chốt trong các công trình nghiên cứu chúng ta đó là tìm cách nuôi sống thế giới. Để làm được điều đó, nuôi sống khoảng 9 tỷ người vào năm 2050, chúng ta phải tăng cường năng suất canh tác”.
“Công nghệ đóng một vai trò lớn,” Smoker nói. “Những công nghệ này sẽ giúp bạn đo lường bất kỳ đặc điểm nào có thể quan sát được của thực vật, bạn có thể làm điều này bằng nhiều thiết bị cảm biến. Từ các thiết bị cầm tay đo màu sắc của thực vật cho tới việc sử dụng các UAV (máy bay không người lái) bay trên cánh đồng và chụp các hình ảnh siêu âm giúp thu thập thông tin từ các loài cây trồng”.
 Máy bay không người lái dần trở nên phổ biến trong lĩnh vực nông nghiệp. |
Từ tận dụng dữ liệu lớn trong canh tác
Tại Đại học Purdue, trong một trang trại nghiên cứu rộng 1.408 mẫu Anh, các cảm biến IoT đánh giá các thông số của cây trồng bằng phản ứng phân tử của chúng và cách chúng ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và màu sắc.
“Công việc của chúng tôi là tìm hiểu mọi đầu vào, cho dù đó là nước, phân bón, loại đất, v.v., bất kể đầu vào là gì, chúng tôi cần biết tác động của chúng đối với cây trồng, cả về giá trị dinh dưỡng bởi chúng tôi phải tăng giá trị dinh dưỡng của cùng một lượng sinh khối so với hiện tại nếu chúng ta muốn nuôi sống cho cả thế giới “, Smoker nói.
“Nếu bạn kết hợp tất cả những thứ đó, người nông dân có thể được hỗ trợ quản lý trang trại và đưa ra những ý tưởng sáng suốt giúp tạo ra năng suất cao với đầu vào thấp”, ông nói thêm.
“Chúng ta đang nói về dữ liệu lớn, kết nối với mọi thứ, giống như thị trường tiêu dùng của chúng ta. Tủ lạnh, bóng đèn, v.v., tất cả đều được kết nối ngay lúc này và điều tương tự cũng đúng với các nông cụ và ngay cả chính các cây trồng cũng sẽ có ngày được kết nối theo một cách nào đó về mặt cảm biến hoặc có thể giúp nông dân thu thập dữ liệu sinh học của chúng thông qua hình ảnh hoặc bất kỳ một trong số hàng ngàn phương pháp quan sát khác nhau. Đó là toàn bộ những gì chúng tôi đang cố gắng thực hiện và công nghệ đóng vai trò lớn trong đó,”, Smoker nói.
Một trong những điều đầu tiên mà Purdue phải làm là cài đặt kết nối Wi-Fi trên 1.408 mẫu trường để thu thập dữ liệu. Vì vậy, Purdue đã làm việc với Aruba, một công ty của Hewlett Packard Enterprise, để hiểu những thách thức và tìm ra cách thiết kế một giải pháp ở quy mô đó.
Tới hình ảnh vệ tinh và máy bay không người lái
Trang trại Crafton hiện đang sử dụng công nghệ vệ tinh R7 giúp thu thập hình ảnh dữ liệu từ 200 nông trại khác nhau trên toàn nước Mỹ để cải thiện hiệu quả chi phí sản xuất và lựa chọn giống cây trồng phù hợp.
Anh Austin Crafton là người đi đầu trong việc sử dụng công nghệ hình ảnh vệ tinh sau khi tiếp quản trang trại của cha mình. Ông cho biết gia đình mình đã canh tác trên cùng một cánh đồng từ giữa những năm 1800 và họ vẫn canh tác theo phương pháp truyền thống cho đến khi công nghệ kỹ thuật số xuất hiện.
Hiện tại, những hộ nông dân lân cận đã tận mắt chứng kiến công nghệ đang giúp đem lại lợi nhận cho nhà Crafton và họ cũng đang xem xét áp dụng, anh Austin nói.
Đây là phản ứng tâm lý phổ biến trong ngành sản xuất nông nghiệp. Nghề nông là một ngành nghề truyền thống và nông dân thường tỏ ra bảo thủ khi không muốn thay đổi cách canh tác cây trồng của họ vốn vẫn đem lại hiệu quả, nhưng một khi họ thấy một người hàng xóm có thể cải thiện cuộc sống bằng phương pháp nào đó, họ liền nhanh chóng tiếp thu và áp dụng tương tự.
Tại trang trại Crafton, Austin, người điều hành trang trại cùng với cha mình - ông Johnny Crafton, thường ngồi nhâm nhi tách cà phê vào buổi sáng và nhìn vào màn hình máy tính bảng iPad của mình để theo dõi hình ảnh vệ tinh của cây trồng: Các khu vực có vấn đề sẽ được tô sáng trên hình ảnh. Với hơn 40 cánh đồng, hai cha con nhà Crafton không thể đi kiểm tra từng chỗ chỉ trong một ngày, nhưng bằng cách xác định những cánh đồng nào có thể có vấn đề, Crafton có thể thu hẹp số lượng địa điểm xuống và đi kiểm tra.
 Người nông dân có thể bao quát trang trại của mình thông qua kết nối dữ liệu với Internet. |
Khi vấn đề được xác định, người nông dân có thể xác định xem có nên khắc phục thiệt hại, có thể gây ra do mưa quá nhiều hay không, hoặc cánh đồng này đã trở nên bạc màu và không thể trồng trọt. Bởi chi phí canh tác – bao gồm giá phân bón, thường rất cao, những người nông dân có thể tính toán để cắt giảm chi phí đầu tư cho các cánh đồng vốn không còn đem lại năng suất cao.
Đặc biệt, máy bay không người lái tỏ ra vô cùng hữu ích trong lĩnh vực nông nghiệp khi nông dân có thể bao quát toàn bộ cánh đồng mà không cần đi bộ quá xa mà vẫn nắm được toàn bộ tình trạng của cây trồng thông qua các hình ảnh thu được từ máy bay.
Lợi ích của nông nghiệp chính xác
Nền nông nghiệp chính xác có thể đem lại lợi ích lớn cho người nông dân bằng cách tận dụng các công nghệ kiểu mới. Công ty công nghệ nông nghiệp WinField của Mỹ đẫ cung cấp một mô hình cây trồng vào năm 2018 bằng cách sử dụng phương pháp viễn thám. Người nông dân chỉ cần nhập thông tin như loại đất, lượng phân bón đã được sử dụng và thời điểm cây được trồng. Phần mềm sẽ mô hình hóa vụ mùa và cung cấp cho người nông dân thông tin về thời điểm dự kiến vụ mùa sẽ ở giai đoạn tăng trưởng cụ thể, và năng suất dự kiến sẽ là bao nhiêu.
Loại công nghệ này có thể giúp cắt giảm chi phí từ 15-20 USD/mẫu Anh, điều này rất có ý nghĩa đối với một hộ nông dân, như nhà Crafton, sở hữu trang trại hàng nghìn mẫu.
Cảm biến IoT trên cánh đồng
Các cảm biến IoT tại trang trại thử nghiệm của trường Đại học Purdue đã được lắp đặt để thu thập dữ liệu lớn để giúp cải tạo cây trồng.
“Chúng tôi sử dụng rất nhiều cảm biến trên cánh đồng. Vì vậy, chúng tôi sẽ thu lại những thông tin điển hình mà mọt trạm thời tiết tại sân bay có thể ghi lại, như nhiệt độ không khí, tốc độ gió, lượng mưa, nhưng chúng tôi cũng ghi lại lượng năng lượng mặt trời mà chúng tôi thu được”, ông Jim Beaty -Tổng giám đốc Trung tâm Nông học Purdue, cho biết. “Chúng tôi sẽ ghi lại hoạt động quang hợp của từng loài thực vật và hy vọng tạo ra những loại cây trồng có khả năng quang hợp hiệu quả”.
Tại Đại học Purdue, Trung tâm Nghiên cứu và Giáo dục Nông học có một trang trại để thử nghiệm phục vụ như một phòng thí nghiệm ngoài trời và cơ sở nghiên cứu. Việc bổ sung công nghệ đã đẩy nhanh tiến độ sản xuất nông nghiệp trong vài năm qua, theo ông Beaty.
“Chúng ta đang bước vào một giai đoạn mới, nơi có rất nhiều công nghệ được áp dụng vào khả năng di truyền của thực vật. Chúng ta có thể làm gì để cải thiện giống cây trồng? Và để làm được điều đó, chúng ta cũng sử dụng rất nhiều công nghệ khác như GPS để ghi lại sản lượng trên các cánh đồng hoặc nơi chúng tôi thực hiện các biện pháp để cải thiện cây trồng. Về mặt nghiên cứu, chúng tôi sử dụng công nghệ đó để giúp xác định các cây trồng nào có tính trạng tốt hơn so với những đồng loại khác”, ông Beaty giải thích.
“Chúng tôi đang sử dụng công nghệ để cải thiện hiệu quả của nông nghiệp, tính chính xác, an toàn của nguồn cung cấp thực phẩm . Là một nhà nông học, tôi quan tâm đến các cây trồng có thể có giá trị nhất đối với mình”, ông Beaty nói. “Nếu tôi có 10.000 cây trên cánh đồng trong chương trình nhân giống của mình, tôi có thể phải huy động rất nhiều người để ghi chép tình trạng của cây hàng ngày hoặc mỗi tuần một lần, nhưng một thiết bị bay không người lái có thể giải quyết được tất cả”, ông Beaty nói.
Năng suất cây trồng tăng và chi phí sản xuất giảm là chìa khóa để người nông dân tin vào các công nghệ kiểu mới. “Chúng ta cần phải cho những người nông dân thấy các giá trị của công nghệ. Mặc dù bất kỳ nông dân nào cũng có thể chống lại sự thay đổi bởi vì anh ta cho rằng mình vốn có kinh nghiệm sản xuất, việc đề xuất giảm chi phí đầu vào, tăng sản lượng, giảm đầu ra lao động, hoặc tăng giá trị sản phẩm sẽ giúp họ thay đổi ý định”, ông Smoker cho biết.
