«Умное» сельское хозяйство. Интервью с членом-корреспондентом РАН Вячеславом Якушевым

Люди стремились увеличить урожайность со времен появления раннего земледелия. И сейчас продолжаются активное развитие орудий труда, изучение эффектов от удобрений, окультуривание растений и животных, накопление знаний о процессах роста продукта. Замена лошади трактором в прошлом веке резко увеличила показатели урожайности. А сегодня мы наблюдаем очередную революцию в сельском хозяйстве, связанную с приходом в отрасль информационных технологий и искусственного интеллекта. Как сегодня развивается «умное» сельское хозяйство? Рассказывает член-корреспондент РАН Вячеслав Якушев.

Вячеслав Викторович Якушев — главный научный сотрудник Агрофизического научно-исследовательского института, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН.

— Весной 2022 г. вы участвовали в общем собрании отделения сельскохозяйственных наук РАН. Какие глобальные проблемы стоят перед этой отраслью?

— Проблемы действительно есть. И эту тему не обошли стороной участники общего собрания отделения, в том числе академики Ю.Ф. Лачуга, А.В. Петриков и П.А. Чекмарев.

Наиболее остро стоит проблема внесения малого количества минеральных удобрений (в среднем около 50 кг действующего вещества на гектар). Для примера — Белоруссия вносит примерно 180 кг действующего вещества на гектар. То есть отставание довольно большое.

Другая важная проблема наблюдается в сфере точного земледелия. Речь идет о сильной зависимости России от импорта бортовой электроники и техники. Правительство уже разработало несколько программ, нацеленных на импортозамещение в области радиоэлектронных компонентов для сельскохозяйственного машиностроения. Это хорошо и правильно, но быстро решить проблему не получится. Необходимо наращивать темпы иными, более эффективными способами.

Еще один вызов связан с отсутствием собственного семенного материала.

Особенно сложная ситуация в овощеводстве, птицеводстве и с племенным материалом КРС. Соответствующая федеральная программа была инициирована еще в 2018 г. Однако отрасль до сих пор так и не получила финансирования. Сегодня наша страна зависит от семенного материала при производстве картофеля, подсолнечника, сахарной свеклы, то есть при производстве овощей сохраняется полная зависимость.

— Как в нынешних условиях справляться с вызовами?

— С помощью научных достижений. Например, академик В.А. Драгавцев много лет продвигает проект по созданию селекционного фитотрона. Проект нацелен на ускоренную селекцию сортов высокой продуктивности в специальном комплексе — фитотроне. В нем создаются необходимые климатические условия для различных сортов и культур. Идею поддержали, но финансирования не выделили.

Если обобщить описанные проблемы, то все сводится к нехватке денег как в науке, так и в производстве. Важно понимать, что возможности у производителей сельскохозяйственных товаров очень разные. Кто-то может себе позволить вкладываться в опытно-конструкторские работы или прототипы, а кто-то нет. При этом результат научно-исследовательской работы редко доходит до первого внедрения и масштабирования. Путь от НИР до продукта инвесторы, как правило, называют «долиной смерти». И ее необходимо каким-то образом преодолевать. И это тоже одна из серьезнейших проблем отечественного сельского хозяйства.

— Возможно, технологии «умного» сельского хозяйства смогут решить часть существующих проблем. Что входит в это понятие?

— Это понятие сформулировали в Министерстве сельского хозяйства РФ. Оно связано с переводом отрасли на новый технологический уклад. Конечно, сельское хозяйство принципиально не меняется. Специалисты все так же сеют, так же ухаживают за растениями и животными, мониторят посевы, обрабатывают их и убирают урожай, но на новом техническом уровне, который связан с появлением глобальных систем навигации (GPS, ГЛОНАСС, китайской «Бэйдоу» и европейской «Галилео»).

Помимо этого появляются техника и программное обеспечение, способные дифференцированно проводить агротехнические операции как в животноводстве, так и в растениеводстве. Последнее направление называют точным земледелием.

— Чем оно отличается от обычного земледелия?

— Традиционное земледелие рассматривает поле как однородный объект управления. Поэтому все агротехнические воздействия, будь то внесение удобрений или посев, мы проводим везде одинаково.

В точном земледелии благодаря геопоизиционированию и роботизированной технике мы делим поле на сотни и тысячи уникальных участков. Точное земледелие в каждом квадратном метре поля учитывает различные почвенные, ландшафтные параметры и другие агрохимические показатели. Поэтому для каждого отдельного участка специалисты используют, например, разные нормы удобрений.

С развитием «умного» сельского хозяйства появляется огромный пласт новой техники, новых специалистов. Конечно, техника постепенно заменяет человека в каких-то областях. Но при этом создаются новые профессии. По сути, речь идет о создании ИТ-кластера на селе. Вспомните переход сельского хозяйства от лошади к трактору. Все мужики в деревне умели запрягать лошадь, работать с ней, но появился трактор, для работы с которым нужны слесарь, механизатор, моторист, сварщик и т.д. То есть появляются новые профессии, а старые потихоньку отмирают, что мы наблюдаем и сегодня.

— В чем главное преимущество точного земледелия?

— Сегодня перед человечеством стоят две разнонаправленные задачи. С одной стороны, сельское хозяйство считается одним из самых вредных производств. Согласно оценкам, вклад сельского хозяйства в антропогенное воздействие на биосферу занимает около 70%. Проще говоря, это самое вредное производство на Земле. Поэтому очень важно сохранять планету, и особенно почвы. Без плодородных почв у нас не будет еды.

С другой стороны, нам нужно кормить людей. В современном мире голодает около миллиарда человек. И эта цифра будет только увеличиваться. Поэтому переход к дифференцированным технологиям позволит одновременно повысить экологическую безопасность и увеличить урожайность и качество продукции.

Например, на одном склоне поля нужно внести 100 кг азота, а на другом целесообразно вообще ничего не вносить. Распределяя удобрения там, где не нужно, мы сами запускаем ситуацию, при которой лишние удобрения попадут в грунтовые воды, нанося вред окружающей среде. Точное земледелие исключает возникновение этой ситуации. С помощью интеллектуального управления агротехнологиями мы снижаем экологические риски и повышаем качество и количество урожая.

— Связано ли «умное» сельское хозяйство с агроэкологией?

— Конечно. Это один из главных инструментов для повышения экологической безопасности растениеводства.

— То есть «умное» сельское хозяйство развивается на стыке разных научных направлений?

— Верно. Это междисциплинарное направление, объединяющее множество специалистов и научных областей.

— Насколько сами фермеры готовы к внедрению инноваций и переходу к «умному» сельскому хозяйству?

— Думаю, что многие готовы. Согласно данным Центра мониторинга и прогнозирования Кубанского государственного аграрного университета, технологии точного земледелия внедрены примерно в 6–8% хозяйств России. Пока мы в начале пути, но общаясь с сельхозтоваропроизводителями разного уровня, от холдингов до небольших ферм, я вижу, что многие готовы осуществить новый переход. Хотя сегодня он обходится недешево.

Эту ситуацию можно сравнить с появлением мобильных телефонов. Раньше они стоили очень дорого и не каждый мог их себе позволить. Сегодня смартфоны есть почти у каждого. Думаю, что технологии «умного» сельского хозяйства также будут постепенно удешевляться. И, конечно, при внедрении тех или иных технологий необходимо учитывать параметры каждого конкретного участка. Скажем, для поля в 500 га не нужны спутниковые снимки. Возможно, не стоит сразу нанимать группу специалистов, а нужно освоить некоторые технологии самостоятельно.

— Какие направления и технические средства «умного» сельского хозяйства вы считаете наиболее эффективными? За какими технологиями нужно сейчас особенно следить, чтобы не отстать?

— Переход к «умному» сельскому хозяйству можно условно разделить на три основных этапа. Первый этап — это сбор данных об объекте управления. Сюда входят космические снимки, снимки с беспилотника, карты урожайности, агрохимические, агрофизические параметры поля, агроландшафтные карты и т.д.

Второй этап предполагает анализ собранных данных и принятие управляющих решений на разных уровнях: стратегическом, тактическом и на уровне оперативной коррекции агротехнологий.

Третий этап связан с выполнением принятых решений на поле с помощью сельскохозяйственной техники: трактора, комбайна, опрыскивателя, распределителя минеральных удобрений, сеялки и т.д.

Наши западные и азиатские коллеги значительно преуспели в реализации первого и третьего этапов. При этом анализ данных и принятие решений, как мне кажется, получили меньшее развитие. И здесь у России есть большой потенциал, в том числе экспортный. Необходимо создавать программное обеспечение, программно-аппаратные комплексы, которые позволят вывести второй этап анализа данных и принятия решений на международный уровень и, возможно, обеспечат лидерство России на мировом рынке.

Что касается первого и третьего этапов, то догонять здесь будет очень сложно. Однако нам необходимо добиваться суверенитета и в этих направлениях. Для развития отечественного сельского хозяйства нужно придумывать что-то новое, а для этого необходимо финансирование, которое привлечет в отрасль новое поколение ученых. Отмечу, что в сельскохозяйственных институтах страны практически отсутствуют инженеры-программисты. Сегодня таких специалистов можно посчитать по пальцам, при этом работают они, как правило, на полном энтузиазме.

— Как мне кажется, сфера «умного» сельского хозяйства и ее связь с информационными технологиями должны привлекать молодежь.

— Конечно, молодежь интересуется. Но все упирается в финансирование. Например, зарплата дворника сегодня примерно сравнима с окладом доктора наук. Тот же молодой ученый не захочет работать за 30 тыс. рублей. Как говорится, «утром деньги, вечером стулья». Отрасль нуждается в финансировании.

Подчеркну, что «умное» сельское хозяйство — эта та сфера, где наблюдается сплошная цифровизация. Это и программно-аппаратные комплексы, и компьютерная техника. При этом чаще всего, особенно на крупных предприятиях, используется разная техника от различных производителей — этакий «зоопарк» техники и программного обеспечения, элементы которого порой вступают в конфликт друг с другом. Создание цифровой платформы на основе онтологического подхода, на мой взгляд, станет передовым направлением для отечественного сельского хозяйства.

Что такое агротехнология? Это сложный план мероприятий, который состоит из множества агротехнических операций. Разрабатывать программы для каждой подотрасли знаний можно и нужно. Но если мы говорим о действительно «умном» сельском хозяйстве, то необходимо создавать цифровой двойник агротехнологий. Это позволит использовать программные решения разных разработчиков, которые априори будут совместимы друг с другом.

— Разрабатываются ли такие проекты в вашем институте?

— Да, в нашей лаборатории информационного обеспечения точного земледелия АФИ мы этим и занимаемся. Конечно, ресурсы довольно ограничены. Тем не менее мы получаем гранты и развиваем это направление.

Конечно, порой трудно объяснить специфику точного земледелия, особенно неспециалистам. Ведь эта область напрямую связана с искусственным интеллектом, который сегодня встречается во многих сферах. Скажем, первый чертеж для проектирования самолета рисует не человек, а компьютер. Искусственный интеллект создает его на основе онтологического описания самолета.

Похожий подход может быть применим при проектировании агротехнологий, которые сопровождаются множеством неопределенных параметров. Мы не можем предсказать, какой будет погода в июле 2022 г. Но мы можем подобрать необходимые условия, а компьютер создаст «чертеж» агротехнологии, который будет адаптирован в любой момент. Согласно оценкам, подобным планированием агроном занимается два-три месяца в году. Технологии ИИ позволяют экономить это время.

— С какими организациями ИТ-профиля вы сотрудничайте?

— Прежде всего мы сотрудничаем с факультетом прикладной математики-процессов управления Санкт-Петербургского государственного университета — моей альма-матер. Мы реализуем совместные проекты также с университетом ИТМО как раз в сфере применения искусственного интеллекта. Это два основных партнера, однако работа ведется и с коллегами из регионов. Совсем недавно мы договорились о партнерстве с ИТ-компанией «Синкретис» из Санкт-Петербурга.

— Насколько изменится отрасль сельского хозяйства в ближайшие 10–20 лет, если поэтапно внедрять технологии «умного» сельского хозяйства?

— Сейчас что-то прогнозировать довольно трудно. Мировой рынок технологий «умного» сельского хозяйства оценивается примерно в $100 млрд. Доля отечественного сегмента — в 350 млн. Согласно оценке Минсельхоза, этот рынок растет на 15% в год.

Важно то, что эти технологии позволяют освободить людей от рутинной работы. Еще несколько веков назад крестьяне сеяли зерно руками, затем косили, вязали снопы. Сегодня все эти операции делает один комбайн. Так множество людей были освобождены от рутины в пользу другой деятельности, более творческой. А на селе, между прочим, такой работы много. Она связана с развитием культуры, туризма и народного творчества. Информационные технологии могут преобразить русскую деревню и привлечь больше людей. Звучит парадоксально, но мне кажется, что это возможно.

— А как привлечь молодежь в сельское хозяйство?

— В сельском хозяйстве с приходом технологий точного земледелия меняется спектр профессий. Появляется все больше ИТ-специалистов, работающих с электронными картами, космическими снимками, данными с беспилотных летательных аппаратов, что само по себе очень интересно. Активно развивается сфера программирования и проектирования агротехнологий. Но самое главное — люди, остающиеся в этой сфере, которые просто любят землю. Как правило, они каким-то образом связаны с сельским хозяйством с детства. Думаю, современной молодежи будут интересны как новые профессии, так и традиционные аспекты, которые всегда были в сельском хозяйстве. Все-таки кормить людей — это святое.