Майбутнє фермерства: між високими технологіями та екологією

Необхідність нової аграрної революції

Сільське господарство є центральною технологією, яка дозволила людським цивілізаціям процвітати. У сучасну епоху він став більш механізованим і індустріалізовані, і це віддалена проблема для більшості населення. Сьогодні лише 2% населення США працюють на фермах і ранчо. В середньому одна американська ферма щорічно годує 169 осіб у США та за кордоном.

Промислове землеробство вивільнило робочу силу для галузей промисловості та сфери послуг, а також для того, щоб прогодувати населення світу, яке постійно зростає. Але це також пов’язано з низкою проблем:

• Зниження поживної цінності їжі.
• Забруднення водних ресурсів і харчового ланцюга пестицидами, гербіцидами та добривами.
• Шкода екосистемі, від популяції комах до глобального біорізноманіття.
• Ерозія ґрунту, що загрожує орним землям і родючості сільськогосподарських угідь.
• Викиди парникових газів, причому 22% глобальних викидів припадає на сільське, лісове господарство та інше землекористування.

Стає все більш очевидним, що Зелена революція, пом’якшуючи страх 1970-х років перед глобальним голодом, потребує оновлення для вирішення цих проблем. На щастя, прогрес у біотехнологіях, робототехніці, програмному забезпеченні та навіть космічних технологіях змінює тенденцію більших тракторів, більших ферм і більшої кількості хімікатів.

Роботи і дрони

Можливо, найбільшою майбутньою зміною в практиці ведення сільського господарства є поява сільськогосподарських роботів і дронів. Ця раптова поява нової техніки на фермі пояснюється кількома технологічними стрибками за останні роки:

• Дешевші датчики та механічні частини, що зменшує витрати.
• Машинний зір, що дозволяє роботам фактично бачити посіви.
• Батареї, що підвищують витривалість систем.
• AI, що зробить їх напівавтономними і, ймовірно, незабаром повністю автономними.

Це може допомогти замінити велику кількість праці, яку неможливо механізувати за допомогою більших і важких тракторів, як-от збір фруктів, прополка, видалення комах тощо.

джерело: Corteva

Менший розмір сільськогосподарських роботів і їхня автономія на основі штучного інтелекту також можуть створити нові методи ведення сільського господарства.

Наприклад, лазер можна використовувати, щоб «знищити» бур’яни замість того, щоб видаляти їх механічно. Або гербіцид можна розпорошити на окремі рослини, визначені за допомогою машинного зору, замість усього поля.

Великі літаючі безпілотні літальні апарати також можна використовувати для сільськогосподарських операцій, від транспортування важких зарядів, таких як мішки з добривами та збирання врожаю (особливо в гірській місцевості) до навіть штучне запилення кукурудзяних полів.

Детальніше про цю технологію, її застосування та провідні компанії в цій галузі ви можете прочитати в «Інвесторам слід звернути увагу: робототехніка захоплює сільське господарство".

дані

Фермерство все більше стає бізнесом, що керується даними. Замість того, щоб покладатися на досвід та інстинкт окремих фермерів, дані тепер можуть керувати прийняттям рішень щодо зрошення, використання хімікатів тощо.

Ключовим елементом тут є багатоспектральне зображення або синтетичне зображення сільськогосподарських культур у різних довжинах світлових хвиль. Це допомагає визначити, який сегмент поля потребує води, який уражений хворобою, і може передбачити майбутню врожайність.

джерело: Кукурудзяна дошка Небраска

Здебільшого ці зображення генеруються згори за допомогою дрона дальньої дії або супутника. Вони можуть бути доповнені польовими датчиками, які вимірюють поживні речовини в ґрунті або його вологість.

Програмне забезпечення / ШІ

Ферми також все частіше використовують програмне забезпечення для керування своїми повсякденними операціями. Це включає такі дані, як мультиспектральні зображення, а також повсякденні операції, які обробляються програмним забезпеченням ERP, наприклад нарахування заробітної плати, графік, технічне обслуговування машин, виставлення рахунків тощо.

джерело: AgriERP

Чим більше даних на фермі доступно та централізовано, тим більше може допомогти аналіз ШІ. Наприклад, поєднання прогнозів погоди, даних про врожай і наявної техніки може допомогти оптимізувати графік для сезону збору врожаю.

Він може робити багато інших речей, наприклад, виявляти витоки в зрошувальних системах, оптимізувати використання добрив і пестицидів, контролювати розташування худоби та здоров’я, автоматизувати сортування врожаю тощо.

Генна інженерія

У той час як методи ведення сільського господарства залишалися незмінними протягом тривалого часу, люди завжди наполегливо працювали над розведенням нових сортів культур, які були кращими в тій чи іншій мірі: продуктивнішими, більш стійкими, більш поживними тощо.

Традиційно це можна було зробити дуже повільно, використовуючи лише природні мутації. Навіть більшість останніх методів виведення нових сортів базувалися переважно на відібраних випадкових (індукованих) мутаціях.

Сучасні біотехнології змінили наш підхід. Незважаючи на суперечливість, ГМО-культури, ймовірно, стануть центральним інструментом майбутньої медицини, особливо в міру того, як ми відходимо від першого покоління, розробленого навколо використання хімічних пестицидів і гербіцидів.

Натомість нові покоління ГМО-культур зможуть:

• Протистояти впливу нестабільності клімату, вживаючи менше води, протистояти сильній спекі, посусі тощо.
• Витримує високі рівні солоності, що дозволяє вирощувати у злегка солоній воді, що особливо важливо для вирощування рису та сильно зрошуваних полів.
• Протистояйте шкідникам і хворобам за допомогою модифікованих генів, а не просто виробляйте токсини, як 1^stпокоління ГМО.

Нарешті, в «Сконструйовані мікробіоми рослин – захист культур за допомогою бактерій», ми також обговорили, як можна створити ГМО для створення кращої та багатшої екосистеми бактерій у ґрунті, що, у свою чергу, допоможе зробити посіви більш стійкими та продуктивними.

Приручення Де Ново

Більшість рослин, які ми споживаємо, спочатку були дикорослими рослинами, які одомашнилися. Це було зроблено лише в кількох місцях, що переконливо вказує на те, що ймовірно чимало інших рослин можна одомашнити.

джерело: Міжнародний журнал молекулярних наук

Отже, з’являється новий варіант, який називається «одомашнення de novo». Ідея полягає в тому, що замість того, щоб брати високоврожайні сучасні культури та намагатися зробити їх такими ж стійкими, як дикі бур’яни, чому б не взяти вже стійкі дикі бур’яни та зробити їх такими ж продуктивними, як сучасні культури?

джерело: Міжнародний журнал молекулярних наук

Ми детально обговорювали цю ідею в «Розвиток сільського господарства за допомогою ШІ та генної інженерії – майбутнє землеробства», включаючи те, як його можна поєднати з багатоспектральним зображенням, щоб сільськогосподарські роботи могли винищувати всі бур'яни без модифікованого «мітки».

Нові види їжі

Ще один варіант покращення фермерства – створення нових видів продуктів харчування. Наприклад, ми розглянули в «Використання CRISPR-Cas9 для генного зламу їстівного міцелію в замінники м’яса” як гриби можна генетично модифікувати, щоб вони виглядали та смакували як м’ясо, але при цьому були ще здоровішими.

Згодом додавання більше поживних речовин, як у проекті «Золотий рис», або покращення смаку може стати чудовим способом підвищити продуктивність сільського господарства.

Новий метод землеробства

Хоча підходи, орієнтовані на технології, як-от робототехніка, дані/штучний інтелект або ГМО, стануть частиною майбутнього сільського господарства, це ще не все. Чим більше ми розуміємо складність наших екосистем і взаємодію між усіма її компонентами, тим більше ми розуміємо, як створювати кращі ферми.

Це є центром тихої революції в сільському господарстві, яка охоплюється багатьма ярликами, такими як пермакультура, відновлюване сільське господарство, біодинамічне землеробство тощо.

Пермакультура та відновлюване сільське господарство

Спочатку пермакультура була скоріше протилежним рухом, який відкидав сучасні методи землеробства, але перетворилася на шановану наукову галузь і продемонструвала свою здатність створювати більш екологічні ферми, які також є прибутковими та продуктивними.

Ідея полягає в тому, щоб об’єднати вплив здорових ґрунтів на виживання рослин, синергію між різними видами рослин, хижаками шкідників культур, вмістом вуглецю в ґрунтах тощо.

джерело: Хороший дизайн Землі

Багато етикеток, схожих на більш відомі етикетки «органічне землеробство». зараз з’являються для регенеративного сільського господарства.

Цей метод створює більш складну конструкцію ферми, об’єднуючи в одну систему дерева, кущі, живоплоти та ставки поверх рядків культур. Цей метод є дуже продуктивним, але в більшості випадків його може бути складно інтегрувати з гігантськими тракторами сучасного промислового сільського господарства.

На щастя, це набагато легше розгорнути, використовуючи тенденції електрифікації, робототехніки та дронів. Оскільки підхід, що керується даними, є більш складним, він, як правило, добре працює і з регенеративним сільським господарством.

Агролісівництво, вуглецеве землеробство та біовугілля

Викиди вуглецю в сільському господарстві часто викликають занепокоєння. І чим більше ми розуміємо цикл вуглецю, тим більше стає зрозумілим, що ґрунти є ключовою частиною, і що утримання вуглецю в ґрунтах, багатих органічною речовиною, може бути одним із найефективніших методів уловлювання вуглецю.

Сучасне сільське господарство з глибокою ораною та оголеними ґрунтами має тенденцію виснажувати ґрунти з їхнього вмісту вуглецю. Це не лише вивільняє CO2, але й знижує здатність ґрунту утримувати воду та поживні речовини, що призводить до збільшення потреби у дорогому зрошенні та добривах.

Таким чином, «вуглецеве землеробство» є новою тенденцією, коли фермери обробляють землю таким чином, щоб вуглець уловлювався, а не вивільнявся.

Перший спосіб агроліс, де сільськогосподарські культури або сільськогосподарські тварини вирощуються в тандемі з деревами. Таким чином, дерево забезпечує тінь, вологу, опале листя та вловлює вуглець, поки культури ще обробляються. Через кілька десятків років дерева можуть принести додатковий прибуток у вигляді деревини.

Джерело: Ві Агролісництво

Приходить другий вуглеводство. Загалом кожна сільськогосподарська практика, яка додає в ґрунт органічну речовину, сприяє уловлювання вуглецю. Багато країн і економічних блоків, включаючи ЄС, наразі створюють стимули для вирощування вуглецю, щоб посилити поглинання та зберігання вуглецю в лісах і ґрунтах, а також зменшити викиди парникових газів із ґрунтів».

джерело: Зупиніть відходи

Нарешті, нова технологія зараз досліджується вченими, аматорами та фермерами: біогаз. Це коли органічні речовини, такі як пожнивні залишки або деревина, спалюються під час піролізу. Замість того, щоб повністю згоріти до попелу, це залишає дуже пористий залишок деревного вугілля.

Ця форма твердого вуглецю дуже стабільна і може залишатися незмінною протягом тисяч років. Він також є притулком для корисних бактерій і грибків. Наприклад, біовугілля починає використовуватися у великих масштабах полями для гольфу, щоб зменшити потреби в зрошенні на 30%.

джерело: Driving The Green

Відновлювані джерела енергії

Ферми поступово використовують відновлювані джерела енергії, особливо сонячну та вітрову. У 2022 році загалом 153,101 XNUMX ферма та ранчо США використовували системи виробництва енергії з відновлюваних джерел, порівняно з 57,299 2012 у 167 році, що на 10% більше за XNUMX років.

Ці сонячні установки також можна інтегрувати з сільськогосподарськими культурами замість того, щоб охоплювати першокласні сільськогосподарські угіддя, технологія називається агрівольтаїкою, яку ми пояснили в «Agrivoltaics планує об’єднати «справжні» ферми з сонячними».

Фермери також починають використовувати метанові реактори для переробки відходів сільського господарства в біогаз, особливо на ранчо, де утворюється величезна кількість відходів тваринництва.

Ще одним новим джерелом енергії є геотермія, про яку ми більш детально розповідали в «Геотермальні та пасивні теплиці – зменшення викидів вуглецю в сільському господарстві".

Добрива з нульовим вмістом вуглецю

Серед основних добрив фосфор і калій (P і K в NPK-добривах) є природними елементами, які видобуваються. Отже, для того, щоб ці добрива були нейтральними до вуглецю, потрібно, щоб видобувні роботи були електрифіковані та використовували зелену енергію для виробництва необхідної енергії.

Азотні добрива – це інша історія, оскільки наразі вони виробляються здебільшого з природного газу чи іншого викопного палива. Або, якщо бути точним, викопне паливо забезпечує хімічні реакції, які перетворюють атмосферний N2 на аміак.

На щастя, розвивається цілий ланцюг постачання для виробництва зеленого аміаку. Це може включати децентралізацію виробництва аміаку з модульних систем, як-от пропозиція FuelPositive Corporation і AmmPower Corp., яку ми представили в «Інше водневе паливо – топ-5 екологічних запасів аміаку".

Одного разу це може навіть стати важливою частиною рівняння замінити викопне паливо як джерело палива, як ми досліджували в «Декарбонізація глобальних судноплавних шляхів за допомогою зеленого аміаку"

і, можливо, також силове сільськогосподарське обладнання.

В якості альтернативи, азот може бути доданий у ґрунт безпосередньо за допомогою спеціально створених мікробів.

Землеробство без ґрунту

Сільське господарство швидко розвивається, і не лише завдяки кращому догляду за ґрунтами чи впровадженню нових технологій. Деякі методи зараз спрямовані на те, щоб повністю усунути потребу в полях і ґрунті для виробництва їжі.

Це можна зробити на міських фермах, нова тенденція, спрямована на наближення виробництва продуктів харчування до центрів споживання, яку ми досліджували в «Масштабування міського сільського господарства для отримання багатьох переваг".

Вертикальне землеробство

Одним із способів ведення сільського господарства в містах є вертикальне землеробство, де штучне освітлення та закриті теплиці повністю замінюють традиційне землеробство.

Це багатообіцяюча ідея, яка, однак, може потребувати оптимізації, щоб бути конкурентоспроможною традиційному землеробству.

Ви можете дізнатися більше про це в «Глибоке занурення у вертикальне землеробство та його глобальний вплив", так добре як "5 найкращих вертикальних фермерських компаній"&"10 найкращих сільськогосподарських компаній закритого типу".

Більшість методів внутрішнього та вертикального землеробства покладаються на гідропоніку, де поживні речовини, необхідні рослинам, забезпечуються не з ґрунту, а з проточною водою. Ми пояснили, як це працює в "Гідропоніка – все, що вам потрібно знати".

Навіть більш просунуті методи видаляють навіть воду, обмежуючи культивування туманом аерозолю, метод називається аеропоніка.

Ще одним кроком є ​​поєднання вирощування риби з вирощуванням сільськогосподарських культур, використовуючи рибний послід як добриво, а рослини – як системи очищення води. Ця концепція називається aquaponics.

Нарешті, можна культивувати деякі нові форми їжі, такий як мікроводорості, які багаті протеїнами та антиоксидантами та  потім можна використовувати для приготування харчових добавок або додавати в напої.

Сільське господарство для відновлюваних матеріалів та енергії

Біопаливо

Сільське господарство також може стати не лише про їжу, але й про заміну багатьох невідновлюваних матеріалів альтернативними природними вирощуваннями.

Наразі це було зроблено завдяки першим поколінням біопалива. в майбутньому, вирощування водоростей для отримання біопалива може бути новою бізнес-моделлю сільського господарства.

Біоматеріали

Багато матеріалів сьогодні виготовляються з невідновлюваних джерел або тим чи іншим чином є токсичними. Нові біотехнології можуть зробити можливими більш природні та здоровіші альтернативи.

Це ще більше стосується біопластику, багато компаній лідирують у тому, щоб зробити нашу залежність від пластику набагато меншою проблемою.

Ще одним перспективним матеріалом є дерево. Незважаючи на те, що в 1.16 році деревообробка та лісове господарство вже є величезною галуззю, вартість якої становить 2024 трлн доларів, покращена генетика може збільшити виробництво деревини та вловлювання вуглецю.

джерело: Сучасне сільське господарство

Дерево може бути набагато потужнішим матеріалом, ніж очікувалося. Дослідники виявляють, що лужні умови, високі температури та біополімери можуть перетворювати деревину «доповнена деревина, яка може мати міцність сталі та жорсткість у 23 рази більшу, ніж бетон».

Інвестиції в фермерство

Існує багато можливих способів інвестування у виробництво продуктів харчування та біоматеріалу. І це великий сектор, з глобальним доходом у 9.09 трлн. доларів США.

Це також дуже фрагментований сектор, де більша частина сільськогосподарської діяльності здійснюється відносно невеликими компаніями, сімейними підприємствами тощо. Загалом, сільське господарство рідко є вертикально інтегрованим, коли різні компанії постачають ресурси на різних етапах ланцюга створення вартості: обладнання, насіння , хімічні речовини, праця, обробка, перепродаж і маркетинг тощо.

Ви можете інвестувати в харчові компанії через багатьох брокерів, і ви можете знайти тут, на цінні папери.io, наші рекомендації для найкращих брокерів у США, Канада, Австралія, Великобританія, а також багато інших країн.

Якщо ви не зацікавлені в інвестуванні в одну конкретну компанію, ви також можете розглянути такі біотехнологічні ETF Global X AgTech & Food Innovation ETF (КРОП), iShares MSCI Agriculture Producers ETF (VEGI), Або VanEck Agribusiness ETF (MOO), що забезпечить більш диверсифіковану експозицію для отримання прибутку від життєво важливої ​​харчової промисловості.

Інноваційна компанія з виробництва продуктів харчування та сільського господарства

Corteva є світовим лідером у сфері сільськогосподарських технологій, особливо хімікатів і насіння. Він також дуже активний у нових сільськогосподарських технологіях, таких як робототехніка.

З 17.2 мільярда доларів чистих продажів у 2023 році, 22,500 10,000,000+ співробітників і XNUMX XNUMX XNUMX+ клієнтів компанія є однією з найбільших у своєму секторі разом із американськими конкурентами Bayer і Syngenta.

Загалом продажі хімічних речовин (пестицидів, гербіцидів тощо) у 2024 році впали, тоді як продажі насіння зросли, і, можливо, внаслідок глибшої тенденції скорочення споживання та посилення конкуренції.

джерело: Corteva

Якщо дивитися глибше, то основний бізнес Corteva у сфері насіння — кукурудза та соя, що становить основну частину доходу компанії в цьому сегменті. Зокрема, Соя Corteva “Enlist E3”., стійкий до 3 гербіцидів (2,4-D холіну, гліфосату та глюфосинату), виріс з нижче 5% у 2019 році до >65% ринку США.

джерело: Corteva

У сфері захисту рослин/хімікатів більше половини продажів припадало на гербіциди, решта в основному складається з інсектицидів і фунгіцидів.

джерело: Corteva

Corteva побудувала свій поточний бізнес навколо традиційного промислового сільського господарства, яке все ще є дуже прибутковою діяльністю, яка підтримує поточний бюджет на дослідження та розробки.

Однак ми також з нетерпінням чекаємо майбутнього фермерства, про яке ми розповідали в цій статті. Зокрема, Corteva працювала над:

• Редагування генів існуючих посівів, в т.ч за допомогою технології CRISPR.
• Інноваційний центр для агротехнологічних стартапів, Каталізатор Corteva. "Платформа машинного навчання допомагає покращити сектор і визначити технології, які відповідають пріоритетам дослідження Corteva».
• Біостимулятори, засоби біоконтролю та інші продукти природного походження, такі як феромони комах з перевіреною та передбачуваною продуктивністю.
• Бактерії, що фіксують азот (BlueN™ або Utrisha™ N), щоб створити додаткове безхімічне добриво.
• Зерно, біозбагачене вітаміном А для покращення харчування в бідних країнах.
• Крокуючі роботи для просапних культур.
• Експерименти з впровадження ШІ на фермах, від збору плодів до визначення найкращих рослин для відбору ознак для виробництва насіння.
• Повний пакет програмних рішень, від даних зображень землі до програмного забезпечення для управління фермами та моніторингу та продажу вуглецевих кредитів.

Corteva також активно вивчає майбутній зростаючий попит на екологічно чисте біопаливо та спеціальні білки, ринок кожного з яких досягне 10–30 мільярдів доларів США до 2035 року.

джерело: Corteva

Тож загалом, незважаючи на те, що Corteva є гігантом «старих» промислових методів ведення сільського господарства, вона також чітко усвідомлює зміни в секторі та позиціонує себе, щоб стати такою ж великою та успішною компанією, адаптованою до сільськогосподарської практики, що швидко змінюється.