Нано, био, смарт и не только: современное сельское хозяйство в 20 понятиях

Сельское хозяйство становится модным — во многом благодаря растущей прибыльности. А еще потому, что теперь фермеры и аграрии больше напоминают ученых из секретных лабораторий, а инновации делают их работу гораздо эффективнее. За последние годы Россия вошла в топ-15 стран с наибольшим количеством IT-стартапов в сельском хозяйстве, а применение новых технологий помогло собрать в 2016 и 2017 годах рекордные урожаи. Как это вышло, объясняем вместе с Россельхозбанком.

Почитать еще о том, какие технологии (ультрасовременные!) используют в сельском хозяйстве сегодня, можно здесь.

Глава 1

Чтобы понять, как работает новое сельское хозяйство в России, расскажем, в каких условиях оно развивается в мире последние несколько лет.

Цель — нулевой голод. Сегодня в мире производится гораздо больше продовольствия, чем человечество физически способно потребить. При этом каждый девятый житель планеты ежедневно голодает, а каждый третий страдает от разной степени недоедания. «Нулевой голод» — комплекс мер от Всемирной продовольственной программы ООН. Он призван значительно улучшить ситуацию с питанием на планете к 2030 году, в том числе благодаря устойчивому развитию в сельском хозяйстве. Россия играет не последнюю роль в этом процессе, являясь одним из лидеров по экспорту продовольствия. А федеральный проект «Экспорт продукции АПК» по увеличению поставок за границу призван поддерживать стабильность на мировых рынках продовольствия.

Новая аграрная революция. Аграрные революции — это нововведения, которые поднимают сельское хозяйство на новый уровень. На предыдущих этапах люди перешли от собирательства к возделыванию полей, начали культивировать растения из других регионов, освоили химикаты для удобрений и борьбы с вредителями, а также постоянно совершенствовали орудия труда. Под новой аграрной революцией понимают внедрение в сельское хозяйство IT-технологий, которые сократят объем ручного труда и повысят урожайность. Биотехнологии, технологии переработки, логистики, управления фермами — если хотя бы одно из этих направлений будет внедрено массово, в перспективе пяти лет прибыльность агропромышленного комплекса России может увеличиться на 500 млрд рублей (по оценке Центра развития финансовых технологий РСХБ).

Умное фермерство. Применение в сельском хозяйстве цифровизации, автоматизации и других технологий значительно (от 20% и больше) сокращает издержки на удобрения, топливо и другие затраты, одновременно увеличивая производительность. По расчетам Grand View Research, рынок умного фермерства в России составляет пока не более 1,5% от мирового (лидеры — США, Германия, Китай и Индия). Но аналитики полагают, что благодаря цифровизации сельского хозяйства агропромышленный комплекс России может совершить мощный скачок вперед.

Рост показателей. По данным Росстата, российский сельскохозяйственный сектор интенсивно растет уже несколько лет подряд (еще одно подтверждение — сокращение импорта). Быстрее всего развивается производство зерна (в 2017 году страна достигла 40-летнего рекорда по сбору), свеклы, сахара, тепличных овощей, свиноводство и производство говядины. При этом в рейтинг богатейших людей России попадает все больше бизнесменов, заработавших именно на сельском хозяйстве. 

Экспорт. В 2016 году Россия впервые стала лидером по экспорту зерна, затем на год уступила позицию США (лидер отрасли), но в 2018 году экспортировала более 40 млн тонн пшеницы, тем самым побив рекорд мирового рынка за последнюю четверть века. Интересно, что в 2019 году страна стала ведущим поставщиком шоколада в Китай, поставив собственный рекорд по экспорту кондитерских изделий — 1,4 млрд долларов. 

Чем больше у аграриев задач, тем ценнее их время. Понимая это, Россельхозбанк разработал экосистему: она позволит фермерским хозяйствам автоматизировать и цифровизировать производство, чтобы владельцы ферм не распылялись на рутинные процессы и сосредоточились на росте бизнеса. 

Глава 2

Там, куда приходят современные технологии, ручной труд обычно заменяется роботизированным и роль человека в производственном процессе меняется. А как все обстоит в сельском хозяйстве? 

Автоматизация. На современных фермах роботы кормят и доят коров, убирают за животными и следят за их здоровьем. В полях машины без участия человека пропалывают сорняки и собирают урожай даже таких деликатных культур, как клубника и помидоры, а в зернохранилищах роботы следят за температурой и влажностью собранных плодов.

Беспилотники. Летающие беспилотники «патрулируют» сельскохозяйственные местности, находят засушливые районы и орошают плантации, самостоятельно оценивают состояние здоровья растений, находят и анализируют участки, где культуры растут лучше всего. Есть еще беспилотные комбайны, которые автономно ездят по полю (напоминают больших роботов-пылесосов), вспахивают поля, сеют и убирают урожай. Человеку достаточно лишь привезти комбайн к стартовому участку поля, а вечером — забрать. 

IoT-датчики. Взаимосвязанная сеть умных гаджетов, которые собирают различные показатели и помогают человеку строить прогнозы на их основе. В полях датчики собирают данные о погодных условиях и состоянии почв, в теплицах самостоятельно регулируют влажность, температуру и полив. Датчики на ошейниках и бирках скота следят за биоритмами и активностью каждого животного. Еще датчики помогают определять местоположение сельскохозяйственной техники и выстраивать оптимальную логистику.

Машинное обучение. Это метод, при котором искусственный интеллект собирает множество данных, анализирует их и выдает на их основе самостоятельные выводы. В Австралии, например, с помощью машинного обучения прогнозируют урожаи кофе (для этого ИИ собирает и анализирует огромный объем данных о климате, минеральном составе и температуре разных слоев почвы). В животноводстве технологию тоже используют: проанализировав данные электронных ошейников, можно спрогнозировать репродуктивный период коровы или спланировать смену рациона.

Искусственный интеллект. ИИ — это главный помощник фермеров из мира IT. Он использует машинное обучение, большие данные, компьютерное зрение и другие технологии. В результате получается комплексная система, которая подмечает, что во время дождя увеличивается расход топлива, а при снижении средней температуры на полградуса уменьшается урожай.

Компьютерное зрение. Это способность камер не только записывать видеоряд, но и понимать, что на нем происходит. Умные камеры умеют различать на видео нужные объекты и собирать о них данные. Так, дроны, пролетая над полем, могут рассмотреть каждый колосок — чтобы найти те, что повреждены вредителями. В рыбных хозяйствах Норвегии по этому же методу ищут морских вшей, а в Китае выявляют свиней, зараженных восточноафриканской чумой. Компьютерное зрение помогает орошать только те участки почвы, которые в этом нуждаются (это помогает избежать перелива), а при автоматизированном сборе урожая не трогать плоды, которые еще не дозрели.

Пандемия показала, что внедрить IT-технологии можно гораздо быстрее, чем многие полагали. Например, группа компаний «Дамате» начала применять новую систему «Direktiva: санитария» российских разработчиков Connectome.ai: с помощью машинного зрения и видеоаналитики она следит, чтобы работники тщательно мыли руки на производстве. Не выполнив положенные этапы санитарной обработки, сотрудник не сможет приступить к работе. Этой же системой смогут пользоваться и фермеры на платформе svoefermerstvo.ru от Россельхозбанка. 

Глава 3

Технические инновации — лишь часть агрокультуры 2.0. В сельском хозяйстве появляется все больше технологий, которые позволяют эффективнее обрабатывать почву, совершенствовать селекцию и увеличивать урожаи. 

Селекция. Генная инженерия помогает культивировать растения со специфическими свойствами, которые сложно вывести традиционным методом селекции. Например, добавить сельскохозяйственным культурам полезные свойства других растений, бактерий и животных. Работает это так. С помощью ферментов бактерий исходную ДНК растения расщепляют в нужных участках и внедряют туда ген другого организма с нужными свойствами.

Система нулевой обработки почвы. В традиционном земледелии перед началом сезона поля принято вспахивать, но это приводит к эрозии и деградации почвы. Чтобы этого избежать (особенно в засушливых районах), стебли от предыдущего урожая оставляют на полях для создания специального покрытия — мульчи. А после с помощью специальных сеялок посев проходит в мульчу в точно рассчитанном количестве — таком, который необходим для оптимального полива. Такой метод спасает от эрозии, мешает росту сорняков и повышает плодородность почвы, если раз в 3–4 года чередовать ее с традиционной обработкой. 

Технологии точного земледелия. Участки одного поля могут иметь разные свойства, а значит, и возделывать их нужно по-разному. Спутники и дроны собирают 3D-карты, наносят на них информацию о химическом составе почвы и предыдущих культурах. Анализируя данные с каждого участка, аграрии могут поливать и удобрять их локально — с точностью до пары сантиметров. Такой подход способен сэкономить хозяйству до 30% расходов на семена, удобрения и топливо.

Органическое производство. Это отказ от воздействия на растения, почву и животных синтетическими удобрениями, пестицидами и ветеринарными препаратами. Один из главных его принципов — замыкание круга животноводства и растениеводства, когда отходы каждой сферы становятся подкормкой для другой. Благодаря этому почвы дольше остаются плодородными и меньше болеют, а сами фермеры сильно экономят на воде и энергии. 

Биопестициды. Так называют препараты для борьбы с вредителями, которые не наносят урона ни самой культуре, ни окружающей среде в целом. В их основе феромоны насекомых, экстракты растений, бактерии, грибы или вирусы, которые могут мешать размножению вредителей или заражать насекомых.

Биоремедиация. Способ очистки воды или почвы с помощью растений, грибов, насекомых и других организмов. Для этого в место загрязнения (например, на место разлива нефти) высаживают специальные бактерии: они воспринимают топливо как пищу и перерабатывают его, превращая в воду и безвредные газы.

Автоматизация заставляет задуматься, найдется ли место человеку в отрасли, которую совсем недавно нельзя было и представить без ручного труда. Парадокс в том, что уже несколько лет одной из главных проблем агропромышленного комплекса является именно нехватка квалифицированных кадров. Чтобы решить эту задачу, Россельхозбанк создал в экосистеме svoefermerstvo.ru сервис подбора персонала. А еще расширил стипендиальную программу для студентов агровузов и открыл «Школу фермера» (ее цель — создать дополнительные рабочие места и новые бренды фермерских продуктов).

Глава 4

В современном животноводстве также активно используется интернет вещей и роботизация, но все же главное — это биотехнологии.

Гуманное отношение к животным. Это новый стандарт, который подразумевает заботливое и этичное отношение к животным. В основном такой подход используют в небольших фермерских хозяйствах, но и для крупных предприятий Минсельхоз США пытается вводить стандарты. Гуманное отношение подразумевает проживание животных в естественной среде: например, коровы находятся на вольном выпасе, а не в откормочных боксах, им не купируют хвосты, не обрезают рога и не клеймят. 

Нанобиотехнологии. Это симбиоз микробиологии и технологий. Цель — не анализировать и лечить весь организм целиком, а работать с отдельными клетками. Для этого в организм внедряют наночастицы, которые, добравшись до цели, проверяют состояние клеток и при необходимости доставляют лекарство. 

Наномедицина. Суть направления в том, что для исследования и лечения заболеваний врачи вживляют в организм микродатчики, которые собирают информацию о его работе и забирают нужные образцы. Их вводят через слизистую, кровеносную или пищевую системы. В роли «транспорта» вместо искусственно созданного чипа используют также сами клетки живого организма (биомиметика), а еще белки, вирусы, молекулы ДНК и РНК.

Искусственное мясо. Это мясо, ради которого не убивают животных. Искусственное мясо бывает двух видов. Первое создается на молекулярном уровне из мышечных волокон настоящих животных, а растительное полностью состоит из сои, риса, подсолнечника и других растений. Кроме гуманизма, такой аналог привлекает в перспективе более дешевым производством, возможностью решить проблему мирового дефицита еды и меньшим уроном экологии за счет сокращения использования воды и выбросов углекислого газа. 

По оценке Министерства сельского хозяйства, в 2019 году объем российского рынка информационно-компьютерных технологий в агропромышленности достиг 360 млрд рублей, а к 2026 году может вырасти в пять раз. Согласно расчетам Центра развития финансовых технологий Россельхозбанка, быстрее всего новые технологии появятся на фермах Краснодарского края, Новосибирской, Воронежской, Тамбовской, Челябинской, Нижегородской, Белгородской, Омской и Архангельской областей, а также в Башкирии.