Современные условия хозяйствования определяют, что конкурентоспособность отраслей, регионов и стран прямо зависит от уровня их технологического развития. Цифровизация экономики рассматривается как основной драйвер экономического роста. В современном обществе цифровые технологии оказывают значительное влияние на науку, производство и общественную жизнь. Широкомасштабная цифровизация также становится основным фактором для повышения производительности в сельском хозяйстве. Государственная Программа "Цифровая экономика Российской Федерации", принятая в 2018 году, отражает общее мнение ученых и аналитиков о пользе и эффективности цифровизации. Она призвана разработать принципы эффективного управления новыми формируемыми экономическими ресурсами и усовершенствовать управление имеющимися ресурсами [1].
Основные тенденции в цифровизации земледелия включают применение мобильных устройств для использования различных приложений, таких как расчет доз удобрений и ведение дневника агронома; интеграцию данных из разных устройств и датчиков, а также создание баз данных и совместимость форматов данных; использование онлайн сервисов для контроля состояния техники и посевов в режиме реального времени; дифференцированное внесение удобрений и пестицидов; автоматическое вождение и другие.
Последние достижения в цифровизации растениеводства в России активно включают системы параллельного вождения, информатизацию и мониторинг, картирование урожайности и дифференцированное внесение удобрений, а также создание электронных карт полей.
Основными факторами, которые помогают улучшить эффективность сельского хозяйства через использование цифровых технологий, являются:
- более тщательный контроль над материалами и ресурсами, что уменьшает влияние человеческого фактора. Контролируется использование топлива, предотвращаются потери зерна и нехватка семян и т.д. Это позволяет экономить топливо, семена, химические вещества и время работы, а также более точно соблюдать сроки проведения полевых работ, приводит к более интенсивному использованию сельскохозяйственной техники;
- более быстрое и обоснованное принятие решений о проведении сельскохозяйственных операций за счет быстрой обработки данных, их ясности и актуальности, что способствует повышению производительности и снижению потерь и рисков;
- совершенствование управления трудовыми ресурсами, включая разработку стандартов и норм, которые соответствуют определенной области и технологии. Возможность использования систем оплаты труда на почасовой основе. Увеличение производительности труда способствует повышению эффективности управления сельским хозяйством в целом, повышает престиж сельских профессий и привлекает новые кадры.
Согласно информации, предоставленной Аналитическим центром Минсельхоза России, применение цифровых технологий в экономике приводит к улучшению экологической ситуации и уменьшению расходов до 23% [2].
Рис. 1 – Структура затрат до и после внедрения цифровой экономики
(по данным Аналитического центра Минсельхоза России)
Специалисты отмечают, что уровень использования цифровых технологий в сельском хозяйстве России все еще остается низким. Они считают неправильным полагать, что точное земледелие сможет в ближайшем будущем полностью заменить традиционные подходы и агротехнологии. В нашей стране развитие точного земледелия идет не такими быстрыми темпами, как было прогнозировано 15-16 лет назад.
Значительные преграды даже в развитых странах заключаются в дополнительных расходах (45%), недостаточном понимании экономической выгоды (25%), трудностях в адаптации существующих технологий к применению в точном сельском хозяйстве (16%) и недостатке квалификации (14%) [4]. В России эти проблемы усугубляются низким процентом отечественного программного обеспечения, отсутствием роботизированной техники на российском рынке и низкой прибыльностью сельскохозяйственных предприятий.
Российские IT-продукты для сельского хозяйства стоят намного меньше, чем иностранные аналоги. Например, российские продукты стоят около 56 рублей за гектар, в то время как иностранные продукты стоят около 60 тысяч рублей за гектар. Однако большинство технологий, используемых в российском сельском хозяйстве, являются зарубежными. Кроме того, в российском сельском хозяйстве не хватает около 90 тысяч IT-специалистов [3]. Это происходит вместе с низким уровнем урожайности в России в сравнении с другими развитыми странами, недостаточной поддержкой государства для сельского хозяйства и значительными климатическими рисками. В России нет таких сильных колебаний урожайности из-за природных катастроф, как наблюдается в других крупных странах мира.
К сожалению, следует констатировать, что развитие цифровизации в России отстает от зарубежных стран, особенно в области цифрового управления растениеводством. На данный момент, только 10% земельных участков в России используют цифровые технологии, хотя необходимо преодолеть технологическое отставание и увеличить объем рынка информационно-компьютерных технологий в сельском хозяйстве как минимум в 5 раз к 2026 году. Большинство сельскохозяйственных предприятий не используют доступную информацию о составе почвы и истории полевых работ, не оснащены необходимыми датчиками для контроля технологического процесса, не используют беспилотные летательные аппараты и спутниковые снимки для мониторинга сельскохозяйственных культур и не отслеживают производительность.
В последнее время особую популярность приобретает точное земледелие, которое является одним из ключевых направлений цифровизации сельского хозяйства. Оно заключается в управлении агротехнологическими процессами, учитывая индивидуальные особенности каждого участка поля. Основные компоненты точного земледелия включают:
- получение информации о состоянии почвы и растений с определенной частотой и в нужном масштабе;
- анализ и интерпретация этой информации;
- разработка и внедрение решений, основанных на полученных данных.
Точное земледелие позволяет адаптировать агротехнологии и ресурсы точно под каждый участок поля, что позволяет улучшить эффективность сельскохозяйственного производства, снизить затраты и минимизировать отрицательное воздействие на окружающую среду.
Адаптивно-ландшафтный подход - это подход к точному выращиванию растений, который учитывает особенности каждого агроландшафта. Он получил широкое развитие и распространение в аграрной науке и производстве. Чтобы уточнить технологии по полям и вести адаптивно-ландшафтное земледелие в нашей стране, были разработаны научные рекомендации, а также положения и нормативы по проектированию адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Сейчас адаптивно-ландшафтные системы земледелия тесно связаны с геоинформационными технологиями. Они позволяют привязывать информацию о полях к их координатам. Главным фактором повышения эффективности сельскохозяйственного производства и научных исследований становится сбор, обработка и анализ большого объема информации в виде единого информационного пространства.
Очень важно иметь электронные базы данных результатов агрохимического обследования и систему мониторинга земель сельхозназначения. В противном случае, отсутствие общей информационной платформы (или даже только ее хранение на бумажных носителях) создает трудности при анализе данных и делает результаты обследований практически бесполезными для дальнейших исследований [8].
Для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия важно классифицировать агроландшафты на конкретных территориях на региональном уровне.
Для планирования эффективного использования природных ресурсов и разработки соответствующих технологий все больше используется геоинформационное моделирование. Его целью является мониторинг климатических ресурсов разных ландшафтов в зависимости от их координат. Геоинформационное моделирование связывает графические объекты с таблицами базы данных, и изменение графического объекта приводит к изменению данных в таблицах.
Из результатов множества экспериментов стало понятно, что использование цифровых технологий и точного земледелия позволяет не только повысить урожайность, но и снизить затраты на ресурсы, в первую очередь на химические препараты и топливо. Экономия, достигаемая благодаря отсутствию пересекающихся областей обработки, составляет 20%. Производительность сельскохозяйственных машин увеличивается на 13-20% [7]. Рациональное использование дорогостоящих удобрений позволяет сэкономить до 500 рублей на гектар. Это является экономическим и экологическим обоснованием для цифровизации сельского хозяйства и применения точного земледелия.
Таким образом, для решения проблемы сохранения плодородия почвы и получения безопасной продукции необходимо использовать разнообразные методы удобрения и защиты растений, учитывая различные химические и фитосанитарные характеристики почвы на каждом отдельном участке. В данном подходе исключается как недостаток, так и избыток агрохимикатов путем применения заданий для точного внесения удобрений, основанных на картах с данными о состоянии почвы.
Ряд авторов [5] выделяют одиннадцать ключевых этапов для внедрения системы точного земледелия: параллельное вождение, создание карт и топографических планов полей, определение урожайности с помощью картирования, сбор образцов почвы, проведение анализа почвы на агрохимические показатели, составление карт плодородия, разработка карт-заданий для точного внесения удобрений и пестицидов, дифференцированное внесение удобрений оффлайн, дифференцированное внесение удобрений онлайн, наблюдение за сельскохозяйственной техникой в режиме онлайн, оперативный контроль ресурсов и точное управление предприятием на основе автоматизации сбора и обработки агротехнических данных, а также учета и планирования.
Общий успех в сельском хозяйстве зависит от решения трех основных задач: наличия информации, принятия правильных управленческих решений и возможности их реализации с помощью специализированных технических средств и программного обеспечения.
Для достижения максимального эффекта необходим комплекс программных и технических средств, включающий такие подсистемы, как:
- оборудование для точного земледелия, включающее датчики урожая, системы параллельного вождения и пробоотборники для системы дифференцированного внесения удобрений и пестицидов;
- мониторинг сельхозземель, включающий определение границ полей, отображение производительности труда и агрохимический мониторинг для анализа состояния почвы;
- отслеживание технологий, основанное на сборе данных с помощью GPS навигации и визуальном отображении движения техники и учете сельскохозяйственных работ;
- планирование и управление, включающее экономическое планирование, оперативное планирование и учет сельскохозяйственной продукции;
- бюджет и финансовый учет, включающие экономический анализ, бюджетирование и учет финансовых операций;
- публикация и доступ к данным через Интернет.
В настоящее время не существует единых комплексных решений в области цифровизации. Поэтому в будущем стоит задача объединить программное обеспечение и интегрировать его с бухгалтерским и управленческим учетом путем создания единых цифровых платформ.
Уже существуют "умные" устройства, которые позволяют контролировать полный цикл растениеводства и животноводства. Эти устройства передают и обрабатывают текущие параметры каждого объекта и его окружения, такие как оборудование и датчики, измеряющие параметры почвы, растений, микроклимата, характеристики животных и другие.
Благодаря объединению всех этих объектов в единую сеть, обмену и управлению данными на основе интернета вещей, а также развитию компьютеров с большей производительностью, программного обеспечения и облачных платформ, стало возможным автоматизировать большое количество сельскохозяйственных процессов. Это достигается путем создания виртуальной (цифровой) модели всего цикла производства и связанных звеньев цепочки создания стоимости [6].
Таким образом, можно сделать вывод о том, что цифровое сельское хозяйство представляет собой инновационный подход к организации хозяйственных процессов, который основан на применении цифровых технологий. Эти технологии включают интернет вещей, робототехнику, искусственный интеллект, анализ больших данных, электронную коммерцию и другие. Целью цифрового сельского хозяйства является производство сельскохозяйственной продукции и продовольствия с повышенной эффективностью и снижением затрат.
С помощью цифровых технологий возможно автоматизировать процессы в сельском хозяйстве, управлять различными аспектами производства и оптимизировать использование ресурсов. Например, с помощью датчиков и интернета вещей можно мониторить условия роста растений, управлять поливом и подачей удобрений, а также контролировать и предотвращать распространение вредителей.
Анализ больших данных позволяет сельским хозяйственным предприятиям собирать и анализировать информацию о почве, погоде, внешних факторах, спросе на рынке и других факторах, чтобы принимать более информированные решения о выращивании и сбыте продукции.
Электронная коммерция и цифровые платформы также играют важную роль в цифровом сельском хозяйстве, облегчая торговлю и сбыт продукции, создавая возможности для прямого контакта между производителями и потребителями.
В результате внедрения цифровых технологий, сельское хозяйство становится более продуктивным, эффективным и устойчивым, снижаются затраты на производство, а качество продукции повышается. Это открывает новые возможности для сельскохозяйственных предприятий и способствует обеспечению продовольственной безопасности и устойчивого развития.
