الزراعة الرقمية | آفاق وتحديات الثورة الزراعية الرابعة

 نشوء الزراعة الرقمية

يتوقع أن يتجاوز عدد سكان العالم 9.7 مليار نسمة بحلول عام 2050 ، الأمر الذي يتطلب زيادات كبيرة في إنتاج الغذاء،  مما يضع ضغطًا إضافيًا على الموارد الزراعية المحدودة.  وقد وصلت  الثورة الخضراء إلى حدودها التقنية، وهناك أدلة على انخفاض الإنتاجية في أجزاء كثيرة العالم. وزيادة المخاوف بشأن الأمن الغذائي العالمي، مما يتطلب تحقيق انتاجية أعلى من موارد متناقصة، وحماية البيئة.

وهناك من يرى ان مفتاح تحقيق هذه الهدف يقع في تبني تقنية الزراعة الرقمية في اطار الزراعة 4.0، أو الثورة الزراعية الرابعة. وتسعى مراكز بحث وشركات في القطاع الخاص  إلى دمج  مختلف التقنيات القائمة على المهارات إلى زراعة رقمية قائمة على المعرفة والتكنولوجيا، وتحويل الزراعة إلى صناعة تقوم على إنتاج مكثف يُغطي دورة الانتاج؛ من المزرعة إلى طبق الغذاء لدى المستهلك.

وقد جاءت الزراعة الرقمية تطبيقاَ لمفهوم الأرض الرقمية الذي ظهر في عام 1998،  سعياً للوصول إلى فهم مشترك للعلاقات المتشابكة بين البيئات المادية والطبيعية والاجتماعية. ويقوم هذا المفهوم على عمل مشترك متعدد التخصصات عابر للدول يستخدم علوم مختلفة، مثل الأرض والفضاء والمعلومات والعلوم الإنسانية،  لرصد الظواهر الطبيعية والبشرية ونشرها في بوابة أو منصة عالمية. 

وتتوفر  حرية الوصول لهذه المنصة كما في نظام تحديد المواقع GPS، باستخدام الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والحواسيب، ومن خلال شبكة الإنترنت العالمية و باستخدام نظم الويب لتصفح المعلومات مثل جوجل كروم، وموزيلا فايرفوكس وميكروسوفت إيدج وغيرها. وتحدث البوابة بالبيانات الواردة من أجهزة الاستشعار الفضائية  و تعرض المعلومات  بطرق تسمح باستخدامها  من المهتمين وصناع القرار والباحثين.  

شكل 1 المسار التاريخي للثورتين الزراعية والصناعية

قد أعقب ظهور مفهوم الأرض الرقمية  تطورا كبيرا في علوم الأرض والمعلومات وتقنيات الفضاء.  وظهرت موجة البيانات الضخمة Big data، في ضوء التوافر الواسع النطاق لأجهزة الاستشعار والكاميرات وغيرها. واحدثت هذه التطورات تحولًا في المجتمع العالمي، وظهرت تقنيات جديدة عالية الفعالية مثل الحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء ونقلت العالم للثورة الصناعية الرابعة (شكل 1) .

مقالات ذات صلة

انترنت الاشياء | الزراعة الذكية عالمياً وعربياً…نحو ترشيد استهلاك مياه الري

نظم تراثية زراعية |  نظام الزراعة الرملية في تونس الفريد عالمياً باستخدام مياه البحر

وقد وصلت الثورة الرقمية إلى جوانب المجتمع والتجارة  والصناعة حول العالم. ويستخدم المزارعون في جميع أنحاء العالم بشكل متزايد الحلول الرقمية القائمة على البيانات لمساعدتهم على زراعة محاصيل ناجحة، واستخدام المدخلات بشكل أكثر كفاءة، و زيادة الانتاجية وخفض التكاليف وتقليل الأثر البيئي  وأثر التغير المناخي.  

شكل 2 مكونات رئيسية في الثورة الرقمية

وقد اسهمت ثلاثة مكونات رئيسية في الثورة الرقمية في الزراعة،  شكل 2 وهي؛  (1) توافر أجهزة استشعار  (حساسات)   تسمح بمراقبة مستمرة للمحاصيل والحيوانات. (2) توافر تقنيات الاتصال مثل الهواتف الذكية، والانترنت والحواسيب، والتي تسمح بتواصل وثيق بين المنتجين والموردين، والاطلاع على عوامل البيئة، وإدارة المزرعة بشكل أفضل. (3) توافر امكانية تحليل كمية هائلة من البيانات  Big data  والتي تتدفق من أجهزة الاستشعار و انترنت الأشياء IoT وتحليلها باستخدام الحوسبة السحابية Clouding computing  اعتماداً على تقنية الذكاء الاصطناعي.

 ما هي الزراعة الرقمية؟

الزراعة الرقمية  هي توسيع لمفهوم الزراعة الدقيقة Precision farming الذي يركز على تحسين كفاءة وإنتاجية الزراعة.  وتعرف الأمم المتحدة الزراعة الرقمية بأنها استخدام التقنيات الجديدة والمتقدمة، المدمجة في نظام واحد ، لتمكين المنتجين وأصحاب المصلحة الآخرين على امتداد سلسلة القيمة الزراعية حتى المستهلك، من تحسين إنتاج الغذاء كمياً ونوعياً وبجدوى مالية أعلى من مستويات الانتاج المناسبة (شكل 3 ).

شكل 3 : مفهوم التقنية الرقمية

وتشمل تقنيات الزراعة الرقمية توفير قاعدة بيانات حول الحقول المزروعة والحيوانات، وعرضها من خلال شاشات مراقبة الإنتاج،  وبيانات حول أنماط الطقس وتقييمات السوق والعوامل الأخرى المؤثرة على الزراعة وتقنيات المعدل المتغير  Variable rate technology (VRT) لاستخدام المياه، ومبيدات الأعشاب، والأسمدة والاعلاف،  بناءً على الاحتياجات المحددة للنباتات، و أنظمة التوجيه الآلي. 

ويستخدم المزارعون أجهزة الاستشعار، والمُسيرات والآلات الموجهة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لمراقبة حالة النبات والحيوان، وظروف التربة ودرجة الحرارة واستخدام العناصر الغذائية وغيرها ، على مدار الساعة .

وتعمل الروبوتات والأجهزة المتقدمة التي يستخدمها المتبنون للتقنية لزراعة وحصاد المحاصيل وعزق الارض ،على تنفيذ هذه القرارات بسرعة وبدقة اعلى.  وتُستخدم الروبوتات في زراعة المحاصيل وحصادها وفي التعشيب… وتغذية الماشية  (شكل 4). 

وتساعد المُسيرات في أعمال التصوير لرسم خرائط التربة وتحليلها وجمع المعلومات حول تحديد أوقات الحصاد والري والتسميد وازالة الاعشاب ومكافحة الآفات، وتوفر تغذية راجعة في الوقت الفعلي (شكل 5).  

تساعد الزراعة الرقمية على رفع قدرة المزارعين على الاستجابة لظروف الطقس الناتجة عن التغير المناخي من خلال تنبؤات دقيقة تسمح بتحديد أفضل لمواقع ومواعيد زراعة المحاصيل وأنواعها وانتاجيتها وجودتها، في ضوء التغيرات في درجات الحرارة وحالات الجفاف والفيضانات والتي تُضر بالإنتاج النباتي والحيواني. 

ويتطلب تبني الزراعة الرقمية مهارات عالية من المنتجين لاستخدام تقنيات الحواسيب Machine Learning وإنترنت الأشياء (IoT)  ونظم المعلومات والاتصالات (ICT)، والاتصال السحابي، واستخدام المسيرات والروبوتات.

وتعمل هذه التطبيقات كأداة أساسية لاتخاذ قرارات سليمة في الوقت الفعلي، استنادا إلى تحليل فعال قائم على الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لكمية هائلة من البيانات وبسرعات عالية، وتوفير المعلومات التي يحتاجها المنتجون لاتخاذ القرارات وتنفيذها. وهذا من شأنه أن يحد من حالات عدم اليقين والعشوائية للإدارة المزرعية مثل توقيت عمليات الحصاد والري ووقاية النباتات، ويسهم في تقليل الفاقد وفي تحقيق ربحية أعلى.

مقارنة الزراعة الدقيقة والذكية والرقمية

الزراعة الدقيقة هي  نظام إدارة متكامل  لأداء مهام المزرعة، يعمل على مطابقة نوع وكمية المدخلات، مع احتياجات المحاصيل الفعلية في مواقع محددة في الحقول المزروعة، باستخدام التكنولوجيا بشكل أكثر دقة وأداء وتحكمًا.  ومع ان هذا الهدف ليس جديدًا ، لكن التقنيات الجديدة وفرت إمكانيات غير مسبوقة، لاستخدام المعلومات الكبيرة، وهي مكون رئيسي،  ونظام تحديد المواقع العالمي GPS  و تقنية المعدل المتغير، بشكل فعال لتحقيق مفهوم الزراعة الدقيقة في بيئة إنتاج عملية  تؤدي لتحقيق عوائد اقتصادية أعلى من الزراعة التقليدية. 

وتتمثل الزراعة الذكية في تطبيق تقنيات المعلومات والاتصالات الحديثة معاً في الزراعة.  وتقوم على التطبيق المشترك لحلول تكنولوجيا المعلومات والاتصالات مثل المعدات الدقيقة وإنترنت الأشياء  وأجهزة الاستشعار والمحركات وأنظمة تحديد المواقع الجغرافية والبيانات الضخمة والمسيرات والروبوتات وغيرها.  ويصل استخدام أحد  أشكال الزراعة الذكية في الولايات المتحدة إلى 80٪ من المزارعين مقابل 24٪  في أوروبا.

وما يميز الزراعة الذكية عن الزراعة الدقيقة هو أنها لا تركز على قياسات دقيقة، وإنما تُركز على التقاط البيانات وتفسيرها باستخدام تقنيات الحوسبة لجعل عمليات المزرعة أكثر فاعلية وقابلة للتنبؤ. وتطبق ممارسات الزراعة الذكية في المزارع الصغيرة باستخدام تطبيقات الهواتف الذكية لإدارة العمليات الزارعية.

تدمج الزراعة الرقمية كلا المفهومين  (شكل  6)؛ وتضع مفاهيم وادوات الزراعة الذكية والدقيقة موضع التنفيذ في الزراعة.   ويتمثل جوهر الزراعة الرقمية في خلق قيمة من البيانات التي يتم جمعها خلال عملية الإنتاج ، ومن بيئة الأعمال والتي تشمل البيانات المناخية والبيئية والمجتمعية والاقتصادية، و توظيفها عملياً باستخدام الذكاء الصناعي لتحقيق زيادة في الإنتاج، والحد من التكاليف والمخاطر على المدى الطويل.

شكل 6 : العلاقة بين الزراعة الدقيقة والذكية والرقمية

كيف تعمل الزراعة الرقمية ؟

 تقوم الزراعة الرقمية على استخدام إنترنت الأشياء(IoT)،  والذي يتكون من أربعة أجزاء (شكل 7):

– أجهزة الاستشعار والكاميرات Sensors / Devices التي تجمع بيانات كثيرة Big data  من بيئة الحقل أو محطة أرصاد وتثبت في التربة وعلى النباتات أو الحيوانات أو الآلات أو خزانات السوائل والتي قد تكون محمولة على المسيرات، لفحص محتوى الرطوبة وجودة التربة، أو صحة الماشية وحالة المحاصيل, وتشغيل المسيرات والمركبات الزراعية بكفاءة (شكل 8).

– بوابة الكترونية أو وحدة الاتصال Connectivity  والتي تربط المستشعرات بالسحابة لنقل البيانات. وقد تتمثل هذه الوحدة في أجهزة خلوية ، أو البلوتوث  أو الواي فاي وغيرها .

شكل 7 مكونات إنترنت الاشياء

– تحليل البيانات Data Processing  عبر السحابة Cloud   والتي تقوم بالمعالجة أو ما يعرف بالحوسبة السحابية. وقد تقتصر  المعالجة على التحقق من وقوع  درجة الحرارة ضمن النطاق المقبول أو عالية أو تتطلب تدخلاً من المستخدم، أو  يقوم البرنامج السحابي بمعالجتها وفق قواعد محددة مسبقًا دون الحاجة للاتصال بالمستخدم و يقرر تنفيذ إجراء ما ، مثل ضبط أجهزة الاستشعار / الأجهزة تلقائيًا أو إرسال تنبيه لوجود أي عوائق أثناء عملية الري أو تعديل معدلات توصيل المياه وفقًا لاحتياجات المنطقة المحددة.

– واجهة المستخدمUser interface   حيث يمكننا الحصول على تقارير تفصيلية دقيقة في الوقت المناسب على شاشة لوحة Analytics Dashboard   أو على هاتف ذكي او على صفحة ويب على الانترنت لاتخاذ قرارات أكثر استنارة في ضوءها.  ويمكن رصد ظروف المزرعة ومستجدات البيئة المحيطة، مثل حالة الطقس، أو  وتخزين البيانات على الجهاز المحمول عندما تصبح الشبكة غير متاحة. ويمكن للمستخدم (أو من خلال شركة مشرفة خاصة) إجراء أي تعديلات على النظام عبر السحابة ووحدة الاتصال في الوقت الفعلي عادة، والعودة إلى المستشعرات / الأجهزة لإجراء التغيير المناسب. وتتصل أجهزة إنترنت الأشياء مع بعضها  من خلال الإنترنت ، ويمكن أن تعمل معًا لإرسال تنبيهات أو أتمتة “أشياء” أخرى مثل رش الحقول أو تغذية حيوان باستخدام الروبوتات أو المسيرات.

شكل 8 : بعض اشكال المستشعرات

وبذلك، تقوم الية عمل الزراعة الرقمية على استخدام التوائم الرقمية Digital twins حيث  تزود موجودات المزرعة مثل الحقول أو الحيوانات أو الآلات ، بأجهزة استشعار لاسلكية مختلفة بين المحاصيل ، أو تثبت كاميرات،  أو بطاقات (حلقات) الكترونية على الحيوانات لرصد أو مراقبة وظائف حيوية . و يتم ربط أجهزة الاستشعار والآلات الزراعية والمعدات الآلية معًا لتشكيل “إنترنت الأشياء” الزراعي.  وتنتج أجهزة الاستشعار والكاميرات بيانات وصور حول الجوانب المختلفة والتي تسمح بعد تحليلها، بترشيد قرارات المزارعين (شكل 10) لاستخدام المياه ونشر البذور بدقة و إضافة الأسمدة ، وتقليل الحاجة للمبيدات الضارة. 

يسمح استخدام التقنية الرقمية، في الحيازات الكبيرة  بتقسيم المزارع إلى حقول، يمثل كل منها حالة زراعية متميزة. وتسمح صور الأقمار الصناعية والمسيرات بتحليل كل حقل بمستويات دقة عالية تصل الى  30 سم . وهذا يسمح باختيار المحاصيل المناسبة لكل حقل وفق خصائص التربة وتحديد نوع و كمية السماد المناسبة تمامًا، والوقت الأكثر ملاءمة لوقاية المحاصيل، والتعرف على عوامل إجهاد النبات في مرحلة مبكرة. ويمكن لصغار المنتجين التقاط صور بهواتفهم الذكية، والتعرف التلقائي على الأعشاب الضارة والحشرات وأمراض المحاصيل وحالة النباتات وكيفية معالجتها.

 وعلى سبيل المثال، زُودت 2200 بقرة حلوب عبر ست مزارع في الدنمارك وألمانيا ولاتفيا وليتوانيا بحلقات الكترونية لتحديد كل حيوان ووقت زيارته لمعلف (روبوت) ذكي، إضافة لتحديد دقيق لجرعة مكملات الأعلاف المعدنية التي يتم إعطاؤها للبقرة، لضمان جودة الحليب الذي تنتجه. ويعد النظام الغذائي للأبقار الحلوب قبل وبعد الولادة مهمًا للحفاظ على صحتها وخصوبتها وبالتالي، على قدرتها على انتاج الحليب.

شكل 9 : واجهة الاستخدام؛ شاشة أو موبايل او حاسوب

ويساعد إنترنت الأشياء في زراعة المحاصيل،  وعلى سبيل المثال،  ثُبتت أجهزة استشعار لاسلكية تعمل بالطاقة الشمسية في  33 حقل تجارب في اوروبا،  لمراقبة رطوبة التربة ومحتوى العناصر الغذائية والرطوبة والظروف الجوية في مواقع مختلفة من الحقول لتمكين المزارعين من متابعة محاصيلهم بدقة.  فإذا كانت رطوبة التربة في حقل ما،  متدنية ، فهذا يتطلب من المزارع ري هذا الجزء المحدد بدلاً من الحقل بأكمله، مما يمكن أن يوفر كثيراً من المياه والوقت.

وبالمثل، إذا كان مستشعر الآلة يعرف نوع الحشائش التي يواجهها في الحقل، فيمكن للرشاش خلط المحلول واستخدام  مبيدات الأعشاب المعينة المناسبة لكل نوع،  للسيطرة على انواع معينة من الحشائش.  وهذا يسمح بتجنب استخدام نوع مبيد واحد ويحد مشكلة المقاومة للمبيد. ويمكن تطبيق نفس الفكرة لتقليل كمية الأسمدة أو مبيدات الآفات اللازمة في الحقول وفي كروم العنب مثلاً. ويمكن استخدام كاميرات التصوير الحراري والطيفي المتخصصة للكشف عن العلامات المبكرة للآفات أو الأمراض وعن معدل نمو النباتات.

ويصعب تحديد الوقت المناسب لرش مبيدات الفطريات في حقل ما، ويتطلب الأمر مراقبة نمو المحاصيل باستمرار ، وحساسية المرض والطقس، والحصول على معلومات دقيقة ومفصلة حول ظروف النمو في الوقت الفعلي.  وتستخدم اداة المدير الميداني في تقنية الزراعة الرقمية صور القمر الصناعي لحساب الكتلة الحيوية للحقل. وحيث أن هذه الكتلة تختلف بشدة  عبر الحقل، فإن الأداة تقسمه إلى أجزاء يتم تصنيفها بعد ذلك وفقًا لحجم الغطاء النباتي.  وبناءً على النتيجة، يمكن تطوير خريطة لتحديد معدلات استخدام مبيدات الفطريات في أجزاء الحقل المختلفة.  وتغذى البيانات إلى آلية للتحكم في جهاز الرش. وهذ يساعد المنتجين على تحقيق أقصى استفادة من كل قطرة من مبيدات الفطريات،  ويتم اختبار الأداة حاليًا في البرازيل وكندا وفرنسا وألمانيا. 

شكل 10 : دورة الزراعة الرقمية

مزايا استخدام الزراعة الرقمية

يحقق استخدام تقنية الزراعة الرقمية عددا من الفوائد وتشمل ما يلي:

قرارات أكثر  رشداً  لإدارة المزرعة  و استخدام الموارد  في ضوء عوامل مثل محدودية الأراضي المتاحة للزراعة وموارد المياه، لانتاج المحاصيل، و بناء على افضل المعلومات المتاحة من البيانات. كما تسمح باختيار أنسب توقيت لزراعة المحاصيل، ومراقبة ظروف التربة والرطوبة ، وتعديل كميات الاسمدة ومياه الري بناءً على الاحتياجات المحددة للنباتات ؛ وحصاد المحاصيل ، مما يسهم في  تقليل الفاقد وخفض النفقات ورفع كفاءته لزيادة لإنتاجية . وهذا من شأنه أن يؤدي إلى أرباح أعلى وقطاع زراعي أكثر استدامة وأكثر تنافسية في السوق العالمية ، وتعزيز الأمن الغذائي .

– توفر سهولة التواصل  سهولة إرسالها البيانات الزراعية إلى الإدارة وشركاء سلسلة التوريد الآخرين، الأمر الذي يؤدي إلى تحسين الكفاءة التشغيلية في جميع مراحل سلسلة التوريد الغذائي زيادة الشفافية على طول سلسلة التوريد.  و إدارة مالية أكثر فاعلية باستخدام تقنيةGPS ، حيث تسمح البيانات بالتعرف على مواقع افضل الأسعار المتاحة بناء على تحليل كمية كبيرة من البيانات يتعذر تحليلها فردياً لحل المشكلات الفنية واللوجستية والمالية،  والتي توفر خيارات واسعة في ضوء تحليل البيانات وايصال الإنتاج إلى السوق المناسب وبيعه بسعر عادل و تحسين حياة المنتجين ، وتمكّين المستهلكين من اتخاذ خيارات أكثر استنارة.

تسمح التكنولوجيا الرقمية والمشاركة الفورية للمعرفة ، بتزامن توارد المعلومات، وبذلك تساعد على تقليل فقد الأغذية وهدرها ، والحصول على عائد عادل ، و زيادة الأداء الاقتصادي  من خلال زيادة الكفاءة الزراعية ، لإنتاج أكبر  بنفس الجودة وكمية المدخلات من الاسمدة والمبيدات، وبالتالي خفض التكاليف.

–  المراقبة الفعالة  حيث يمكن تثبيت أجهزة الاستشعار على الماشية وفي الحقول لمراقبة درجة الحرارة الحيوانات ومراقبة صحتها وحالة المحاصيل  بشكل أفضل.  وتستخدم المسيرات لمسح الحقول لكشف الاصابات المرضية والأعشاب ومراقبة نمو المحاصيل وفحص التربة وزراعة البذور لرش مبيدات ومياه الري.  

– و توثيق أفضل حيث يحتاج المزارعون لتوثيق عمليات الانتاج وصولا الى المستهلكين، حيث يمكن ملء النماذج المطلوبة وتقديمها مباشرة من أجهزتهم المحمولة، والتي قد تتضمن إحداثيات   الموقع، والسماح بتحميل الصور ومقاطع الفيديو ، وهي مهمة يدوية صعبة تحتاج كثير من الجهد والوقت. 

تحسين جودة الحياة  وذلك بتحسين ظروف العمل للمزارعين: من خلال أتمتة المهام وتوفير أدوات آلية للحد من  عبء الاعمال الذهنية و اليدوية المتكررة المرهقة، مثل التعشيب، مما يؤدي إلى ظروف عمل أفضل.

الاستدامة البيئية: يمكن أن يساعد استخدام التقنيات الرقمية الدقيقة على تتبع المنتجات من المزرعة إلى المستهلك لملاءمة حاجته المستهلك مما يقلل من فقد الأغذية وهدرها، ومساعدة المشترين على اختيار الأغذية المزروعة بطريقة مسؤولة بيئيًا  يساعد على خفض بصمتهم البيئية .

ويمكن للزراعة الرقمية الاسهام في تعزيز برامج التامين الزراعي من خلال توفير شهادات حجم الاضرار لتقليل الاحتيال وبالتالي تقليل وزن المخاطر لشركات التأمين، حيث  تتوفر آلات مبتكرة مزودة بأجهزة إلكترونية قادرة على جمع بيانات تشغيلية دقيقة لا يمكن تغييرها لتقييم الأضرار.

ما هي تحديات الزراعة الرقمية؟

على الرغم من الفوائد العديدة للرقمنة ، هناك تحديات يجب معالجتها:

تشمل تحديات استخدام تقنية الزراعة الرقمية التكاليف العالية للمعدات  وتدني نسبة العائد إلى التكلفة، إذ قد تفوق تكلفة تطبيق التقنيات الرقمية الجديدة الفوائد المحتملة لصغار المزارعين،  وهذا سيحمل المنتجين ديوناً كبيرة.  

اختيار التقنيات الاكثر ملاءمة وفعالية ماليا وتقنيا لإدارة وتنفيذ تقنيات الزراعة الرقمية (من خلال مراكز البحث والجامعات وليس عشوائيا اي تقنية مستخدمة في قطاعات اخرى) ، وتطوير أدوات آلية لتسهيل العمليات اليدوية وتقليل الأثر البيئي ، وتحقيق الكفاءة الإنتاجة و أولويات المزارعين ليظلوا قادرين على المنافسة في الأسواق. 

 إمكانية التشغيل البيني للنظام: قد لا تتوافق الأنظمة الأساسية الرقمية المختلفة مع بعضها البعض ، مما يجعل من الصعب مشاركة البيانات ودمج التطبيقات المختلفة.

ضعف خدمات الاتصال في المناطق الريفية وإمكانية الوصول إلى خدمات إنترنت فعالة بأسعار معقولة ،

المخاوف المتصلة بخصوصية وملكية وأمن البيانات  التي تعيق مشاركة البيانات بين مختلف الجهات الفاعلة في القطاع الزراعي.

الوعي بفوائد التقنية  ، إذ قد لا يدرك العديد من المزارعين المنافع المحتملة للرقمنة وقد يفتقرون إلى المهارات والموارد اللازمة لتنفيذ التقنيات الجديدة. 

مهارات المزارعين: قد يفتقر العديد من المزارعين (في الدول النامية) إلى مهارات الحلول الرقمية اللازمة والخلفية العلمية التي تتطلبها الزراعة الرقمية المتعددة التخصصات  (الهندسة وتكنولوجيا المعلومات والهندسة الزراعية والتكنولوجيا الحيوية)، والتي تساعد بشكل كبير في الإنتاج عند استخدامها بشكل صحيح. وكذلك، الوقت الذي يتطلبه اكتساب هذه المهارات .

يمكن أن يؤدي التوجه للزراعة الرقمية إلى تعميق الفجوة الاقتصادية والمعرفية بين من يملكون ومن لا يملكون، وبين الحيازات الزراعية الصغيرة والكبيرة،  وتركز الملكية بين من يملكون، إذا لم تتوفر بنية تحتية تكنولوجية قوية متاحة للجميع أكثر كفاءة وإنصافًا، والتأكد من أن كل شخص لديه حق الوصول العادل إلى المعلومات المنتجة والمجمعة.  

ينطوي الاستخدام الواسع للروبوتات في الزراعة تحديات أخلاقية وسياسية وعواقب سلبية ، تشمل سوء إدارة المواد الكيميائية ، وضغط التربة بسبب الروبوتات الثقيلة .

الكشف على الاعشاب من خلال المسيرات

الزراعة الرقمية في الدول المتقدمة

يشهد قطاع الزراعة وصولا إلى قطاع الغذاء،  نقلة نوعية ، حيث انطلقت الثورة الرقمية في الزراعة في حركة، لا رجعة فيها. وقد بلغ سوق الزراعة الرقمية  19.5 مليار دولار في عام 2021 (شملت 8.5 مليار في الولايات المتحدة وكندا)  و21.5 مليار دولار في عام 2022 ، ومن المتوقع أن يصل إلى 51.1  مليار دولار بحلول عام 2029 بمعدل نمو سنوي مركب قدره 13.2٪ خلال الفترة. وهناك عدد كبير من الشركات المنتجة للتقنيات ، تُوفر المعدات والاجهزة  والبرامج وتُقدم الخدمات .

وقد شكلت الزراعة الرقمية إستراتيجية رئيسية للاتحاد الأوروبي  في عام 2019 لتسهيل نشر التقنيات الرقمية في الزراعة والمناطق الريفية، من خلال تعزيز قدرة البنية التحتية التكنولوجية واستخدام برنامج أوروبا الرقمية لدعم إنشاء مراكز  (حاضنات) للابتكار الرقمي،  وتوفير مواقع لاجراء الاختبارات والتجارب وإمكانيات لتخزين  البيانات وإجراء البرامج التدريبية  لرقمنة قطاع الزراعة و الأغذية ليكون أكثر تنافسية.

وقد وجد في دراسة في دول متقدمة شملت فرنسا  عام 2017 أن أكثر من ثلثي حقول الحبوب تستخدم الاستشعار عن بعد لبذر الحبوب أو للتسميد أو للوقاية بمبيدات الآفات ، والتي تعتمد بشكل أساسي على الأقمار الصناعية وصور المسيرات.  واستخدم ثلث المشاركين في الدراسة في النمسا في عام 2020  التوجيه الآلي على الجرارات والآلات الأخرى على طول خطوط مستقيمة أو منحنية لزراعة وحرث وتسميد الحقول بمستوى غير مسبوق من الدقة، ، بينما استخدم

15٪ التحكم في القسم الموجه بالأقمار الصناعية لمراقبة الحقول وحالة المحاصيل. و استخدم التوجيه الآلي في سويسرا  16٪ من مزارعي المحاصيل في عام 2018. وأشارت دراسة في المانيا  أن  22٪ من المزارعين استخدموا المسيرات في عملياتهم الزراعية عام 2019،  مقابل  4 – 8% في استراليا عام 2016 و 8% في ميسوري في الولايات المتحدة و أقل من 3٪ من الحقول الأمريكية المزروعة بالذرة في عام 2016 .

 وقد تحولت الزراعة في كثير من الدول المتقدمة، إلى قطاع أكثر كثافة معرفية. ورغم أن أوروبا تقود نشاطات تطوير قطاع الزراعة الرقمية، فإن القطاع في أجزاء كثيرة منه، لا يزال يعاني من نقص الاستثمار، كما تشير  دراسة  أجراها الاتحاد الدولي للاتصالات ومنظمة الأغذية والزراعة عام 2020. ومع أن هناك مراكز الزراعة الرقمية المخصصة لتصميم وتطوير وتطبيق الأساليب المبتكرة لاستخدام تقنيات المعلومات والاتصالات في القطاع الزراعي  في الأرياف،  غير أن معظم البلدان لم تعتمد أو تنفذ استراتيجية وطنية لاستخدام  التقنيات في الزراعة،  رغم الإدراك الواسع منذ فترة طويلة بالحاجة إلى استراتيجيات للزراعة الرقمية.

وتشير الادبيات إلى أن استخدام تقنيات الزراعة الدقيقة  (وهو مكون رئيسي في الزراعة الرقمية) أعلى بشكل ملحوظ في الولايات المتحدة وأستراليا وأمريكا الجنوبية منه في أوروبا.  وكان أعلى معدلات استخدام في أوروبا في ألمانيا وفرنسا وهولندا والمملكة المتحدة، وخاصة في زراعة المحاصيل وكروم العنب ، لكن معدلات التبني للتقنيات المختلفة لا تزال محدودة (8-20%) ،  وإن كانت المعدلات أعلى في المانيا .

ورغم أن هناك 70 إلى 80٪ من المعدات الزراعية الجديدة المباعة في اوروبا ، تضم مكوناً للزراعة الدقيقة،  غير أن الإقبال على الزراعة الدقيقة لا يزال محدوداً،  وعلى سبيل المثال، فإن 35٪ فقط من وحدات نشر أو توزيع الأسمدة الجديدة تباع مع أداة لضبط كمية  واتجاه نشر السماد.

وزادت نسبة الحيازات الزراعية في المملكة المتحدة وفق بيانات وزارة البيئة التي تعتمد على رسم خرائط انتاجية للمحاصيل باجهزة الاستشعار  من 7٪ إلى 17٪ كمعدل للسنوات 2009 و 2012 و 2019 .  وزاد استخدام خرائط التربة من 14٪ إلى 29٪ ؛ واستخدام تقنيات المعدل المتغير  من 13٪ إلى 25٪ . وزاد استخدام الاستشعار عن بعد  من 1٪ إلى 10٪. بين عامي 2009 و 2012 ، و استخدام أنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS) من 14٪ إلى 22٪.  وزادت نسبة التبني في جميع الحيازات وفئات التقنيات   6-9 نقاط مئوية بين عامي 2012 إلى عام 2019. وكان هناك اختلافات جغرافية كبيرة وكانت معدلات التبني أكبر في شرق إنجلترا .

وقد تحولت اليابان  إلى الزراعة الرقمية لمواجهة انخفاض معدلات الاكتفاء الذاتي من الغذاء إلى  40٪. في عام 2019، ويوجد أكثر من 121 موقعًا للمنتجات تنفذ مشاريع زراعية ذكية.   وتعتقد اليابان أن الزراعة الرقمية ستساعدها في التغلب على نقص المياه المتوقع ، مما يسمح حتى للمزارعين عديمي الخبرة بإدارة استخدامهم للمياه بشكل أكثر كفاءة ، وزيادة الإنتاجية في المناطق ذات موارد المياه المحدودة.من المتوقع أن يتضاعف سوق الزراعة الذكية في اليابان ثلاث مرات بين  عامي 2019 و 2025. 

الزراعة الرقمية في العالم النامي والعربي

أظهرت دراسة لمنظمة الزراعة في 47 دول إفريقية  أن معظمها تدرك الحاجة لتبني سياسات لدعم الزراعة الرقمية ، غير أنه ليس لديها مثل هذه الاستراتيجيات، في ضوء ارتفاع مستوى الأمية الرقمية ، وضعف البحوث . 

وهناك معوقات رئيسية في العالم النامي   تحد من تقدم التحول الرقمي في قطاع الزراعة و التي تقوم على امكانية توفير بيانات ضخمة. وتتصل هذه المعوقات بضعف المعرفة بالتقنية الرقمية أو الوصول إلى الإنترنت وسرعته،  وصغر حيازات الأراضي،  وعدم مشاركة الشركات الخاصة وقطاع الصناعة. 

وتلعب شركات في القطاع الخاص دورا كبيرأ  توفير إرشاد المنتجين وتقديم المعدات وتوفير الخدمات لتطبيق الزراعة الرقمية في الدول المتقدمة. وتقوم بإجراء تحليلات لكمية بيانات ضخمة، وتقدم توصيات محددة لكل حقل في حيازات المزارعين لزيادة إنتاجيتهم وربحيتهم. غير أن القطاع الخاص يغيب عن هذا التطور  الدول النامية ، ويقتصر اي تطور في هذا المجال على مبادرات حكومية أو من منظمات غير حكومية. 

وتتطلب الزراعة الرقمية استخدام صور الاقمار الصناعية والاشتراك بشبكات الاتصالات واستخدام أجهزة الاستشعار والمسيرات والروبوتات وأدوات وتطبيقات إنترنت الأشياء لجمع البيانات حول التربة والمياه والظروف الجوية باستمرار ، وتحليل البيانات باستخدام الحواسيب وتطبيقات الذكاء الاصطناعي واتخاذ القرار والتنفيذ. وهذه الاستخدامات عالية التكلفة، حتى في الدول المتقدمة وكثيرا ما يتعذر الوصول اليها في الدول النامية، وربما لا يسمح بها لاسباب امنية مثل استخدام المسيرات.  وتجب الاشارة الى أن أكثر من ثلثي الحيازات الزراعية في العالم تقل مساحتها عن هكتار واحد.

وتسعى الشركات الزراعية في العالم العربي لتعزبز الأمن الغذائي، وتهدف إلى تبني جوانب في الزراعة الدقيقة لتعزيز ربحية أعمالهم ، غير أنها تتجنب الآليات الزراعية الضخمة والمكلفة وتحد من اعتمادها على الأصول عالية التكلفة. 

وهناك اهتمام بكفاءة استخدام المياه من خلال أنظمة إدارة المزارع حيث يتأثر ما يقرب من 70٪ من الناتج المحلي العربي بالإجهاد المائي المرتفع . و في ضوء ندرة موارد المياه والاراضي الزراعية، يستفيد المنتجين، وخاصة في المزارع النائية ، من تقنيات الاستشعار الذكية لضبط استهلاك المياه في الزراعة، لتحقيق المزيد من الكفاءة في استخدام المياه. وتقوم كوريا الجنوبية ببناء مزرعة ذكية في الامارات باستخدام تقنيات موفرة لاستهلاك المياه.

روبوت لازالة الاعشاب بالطاقة الشمسبة

ما هو مستقبل الزراعة الرقمية؟

لا يزال العالم في الدول المتقدمة في بداية رحلة إلى المزيد من الزراعة الرقمية،  لكنها ليست بديلاً عن العمل الجاد وتوليد وتطوير المعرفة.  وستساعد الزراعة الرقمية على  تقليل مخاطر اتخاذ قرارات غير مثلى من قبل المنتجين ، وتعزيز جدوى الزراعة في جميع مراحل عمليات الزراعة وحتى الحصاد.

ولا تهدف التقنية لإزالة العامل البشري ، أو تماس المنتجين مع نباتاتهم وحيواناتهم،  وإنما توظيف الحلول التكنولوجية لجعل الحياة أسهل كثيرًا ؛ عن طريق تقليل وقت العمل والخطأ البشري والمصاعب العامة.

ولا يزال الطريق طويلاً أمام العالم العربي لتبني تقنيات الزراعة الرقمية على نطاق واسع.  لكن هذا يضع مسؤولية على المنظمات العربية الزراعية ومراكز البحث والجامعات الوطنية وكبار المزارعين الرواد للعمل دون إبطاء على سرعة اكتساب المعرفة ومهارات التطبيق والعمل على إدخال هذه التقنيات، حيثما كان لها فرصة النجاح فنياً ومالياُ .

ويستدعي النهوض بالزراعة الرقمية عربياً، تبادل الخبرات والمعرفة والمهارات والممارسات الجيدة بين دول العالم العربي، وخاصة إقليمياً. ومن المهم لواضعي السياسات وقادة الصناعة ومنتجي التقنيات الرقمية  العمل معًا على تعزيز فوائد الرقمنة ودعم المزارعين بالتدريب والموارد والحوافز لاعتماد تقنيات جديدة لتحسين استدامة وربحية العمليات الزراعية وربحية القطاع الخاص مع معالجة القضايا الملحة مثل الأمن الغذائي وتغير المناخ.

و ستكتسب الزراعة الرقمية زخماً أكبر خلال العقد القادم في ضوء التحسينات في الاتصال وتطور شبكة الانترنت العالمية وكذلك سعة التخزين الرقمية. وستسهم الزراعة الرقمية في تغيير قطاع الاعمال الزراعية، حيث ستربط الشركات خدماتها للمنتجين بالنتائج. وعوضاً عن بيع المزارعين عبوات البذور والمبيدات لوقاية المحاصيل ؛ فان منتجات الشركات الزراعية المباعة ستكون حقولاً  نظيفة من الاعشاب ومحاصيل ناجحة.

المصادر

https://www.cropin.com/digital-farming

Status of Digita l Agriculture in 18 countries of Europe and Central Asia

The Digitalisation of Agriculture ; A Literature Review And Emerging Policy Issues

https://www.researchgate.net/publication/366780547_DIGITAL_AGRICULTURE_e-Book

https://www.ers.usda.gov/webdocs/publications/105894/eib-248.pdf?v=1749.4

https://www.capgemini.com/de-de/wp-content/uploads/sites/5/2019/07/Digital_farming_booklet_5th_Aug.pdf

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *