Identificering af prioriteter for at udnytte smarte digitale teknologier til bæredygtig afgrødeproduktion

Droner, der overvåger marker for ukrudt og robotter, der målretter og behandler afgrødesygdomme, kan lyde som science fiction, men det sker faktisk allerede, i det mindste på nogle forsøgsbedrifter. Forskere fra PhenoRob Cluster of Excellence ved universitetet i Bonn arbejder på at drive den smarte digitalisering af landbruget frem og har nu offentliggjort en liste over de forskningsspørgsmål, der skal løses som en prioritet i fremtiden. Deres artikel vises i European Journal of Agronomy .

At Jorden brødføder over 8 milliarder mennesker i dag, er ikke mindst takket være moderne højtydende landbrug. Denne succes kommer dog med høje omkostninger. De nuværende dyrkningsmetoder truer biodiversiteten, mens produktionen af ​​syntetisk gødning genererer drivhusgasser, og landbrugskemikalier forurener vand og miljø.

Mange af disse problemer kan afbødes ved at bruge mere målrettede metoder, f.eks. ved kun at anvende herbicider på de pletter på en mark, hvor ukrudt faktisk bliver et problem frem for at behandle hele området. Andre muligheder er at behandle syge afgrøder individuelt og kun at tilføre gødning, hvor det virkelig er nødvendigt. Alligevel er strategier som disse ekstremt komplicerede og praktisk talt umulige at administrere i stor skala med konventionelle midler.

Udnyttelse af højteknologi og kunstig intelligens til at blive mere bæredygtig og effektiv

"Et svar kunne være at bruge smarte digitale teknologier," forklarer Hugo Storm, medlem af PhenoRob Cluster of Excellence. Universitetet i Bonn har indgået partnerskab med Forschungszentrum Jülich, Fraunhofer Institut for Algoritmer og Scientific Computing i Sankt Augustin, Leibniz Center for Agricultural Landscape Research i Müncheberg og Institute of Sugar Roe Research i Göttingen om det storstilede projekt, der er rettet mod at lave landbrug. mere effektiv og mere miljøvenlig ved hjælp af nye teknologier og kunstig intelligens (AI).

Forskerne kommer fra alle mulige forskellige områder, herunder økologi, plantevidenskab, jordbundsvidenskab, datalogi, robotteknologi, geodæsi og landbrugsøkonomi. I deres nyligt offentliggjorte positionspapir redegør de for de skridt, som de mener skal tages op som en prioritet på kort sigt.

"Vi har identificeret et par vigtige forskningsspørgsmål," siger Storm. En af disse vedrører overvågning af landbrugsjord for at spotte enhver næringsstofmangel, vækst af ukrudt eller skadedyrsangreb i realtid. Satellitbilleder giver et groft overblik, mens droner eller robotter muliggør meget mere detaljeret overvågning. Sidstnævnte kan systematisk dække en hel mark og endda registrere de enkelte planters tilstand i processen.

"En vanskelighed ligger i at koble alle disse informationer sammen," siger Storms kollega Sabine Seidel, der koordinerede udgivelsen sammen med ham:"Hvornår vil en lav opløsning for eksempel være tilstrækkelig? Hvornår skal tingene blive mere detaljerede? Hvordan skal droner flyve for at opnå maksimal effektivitet i at se alle afgrøderne, især dem, der er i fare?"

De indhentede data giver et billede af den aktuelle situation. Landmændene er dog primært interesserede i at afveje forskellige potentielle strategier og deres mulige implikationer:Hvor meget ukrudt kan min afgrøde modstå, og hvornår skal jeg gribe ind? Hvor skal jeg bruge gødning, og hvor meget skal jeg lægge ned? Hvad ville der ske, hvis jeg brugte mindre pesticid?

"For at besvare spørgsmål som disse, skal du som det var lave digitale kopier af din landbrugsjord," forklarer Seidel. "Der er flere måder at gøre dette på. Noget, som forskerne stadig mangler at finde ud af, er, hvordan man kombinerer de forskellige tilgange for at få mere præcise modeller." Der skal også udvikles egnede metoder til at formulere anbefalinger til handling baseret på disse modeller. Teknikker lånt fra maskinlæring og kunstig intelligens har en stor rolle at spille på begge disse områder.

Landmænd skal være om bord

Hvis afgrødeproduktionen faktisk skal omfavne denne digitale revolution, skal de mennesker, der rent faktisk vil sætte den i værk - landmændene - også overbevises om fordelene. "Fremadrettet bliver vi nødt til at fokusere mere på spørgsmålet om, hvilke underliggende betingelser der er nødvendige for at sikre denne accept," siger professor Heiner Kuhlmann, en geodesist og en af ​​Cluster of Excellence's to talere sammen med lederen af ​​dets robotgruppe Professor Cyrill Stachniss.

"Du kan tilbyde økonomiske incitamenter eller sætte juridiske grænser for brug af gødning, for eksempel." Effektiviteten af ​​værktøjer som disse, enten alene eller i kombination, kan ligeledes måles i dag ved hjælp af computermodeller.

I deres papir bruger forskerne fra PhenoRob også eksempler til at demonstrere, hvad de nuværende teknologier allerede er i stand til. For eksempel kan en "digital tvilling" af arealer under dyrkning skabes og tilføres en lind strøm af forskellige slags data ved hjælp af sensorer, f.eks. for at detektere rodvækst eller frigivelse af gasformige nitrogenforbindelser fra jorden.

"På mellemlang sigt vil dette gøre det muligt at tilpasse niveauerne af kvælstofgødning, der tilføres, til afgrødernes behov i realtid afhængigt af, hvor næringsrig et bestemt sted er," tilføjer professor Stachniss. Nogle steder er den digitale revolution i landbruget derfor allerede tættere på, end man skulle tro.

Flere oplysninger: Hugo Storm et al, Forskningsprioriteter for at udnytte smarte digitale teknologier til bæredygtig afgrødeproduktion, European Journal of Agronomy (2024). DOI:10.1016/j.eja.2024.127178

Leveret af University of Bonn