Công nghệ số và Nông nghiệp sinh thái: Cơ hội khai phá và những thách thức phải vượt qua

MTXD - Trên toàn thế giới, ngành nông nghiệp đang trải qua những thay đổi sâu sắc được tạo ra bởi các áp lực từ bên ngoài (biến đổi khí hậu, đứt gãy chuỗi giá trị,...) và các yếu tố bên trong (đổi mới, số lượng nông dân giảm,...). Ngày nay, an ninh lương thực là mối quan tâm số một ở cấp độ toàn cầu, cùng với đó là nhu cầu về các phương pháp sản xuất bền vững dựa trên nền nông nghiệp gia đình để bảo vệ môi trường, bảo vệ cấu trúc nông thôn. Đây là lý do tại sao FAO nói rằng nông nghiệp sinh thái là một vấn đề sống còn tại các quốc gia đang phát triển, bao gồm cả Việt Nam. Song song với những thay đổi này, ngành nông nghiệp, cũng giống như các ngành kinh tế khác đang chứng kiến sự bùng nổ của công nghệ số.

Công nghệ số và Nông nghiệp sinh thái

Công nghệ số thường được các chính phủ và chuyên gia coi là cơ hội để góp phần phát triển nông nghiệp vì lợi ích của nông dân, người tiêu dùng và xã hội nói chung. Nhưng cái đó nghĩa là gì? Công cụ kỹ thuật số nào nên phát triển? Bài viết này nhằm mục đích làm sáng tỏ những vấn đề nêu trên

Các thách thức đối với ngành nông nghiệp hiện nay

An ninh lương thực thế giới bị đe dọa

Nhu cầu về lương thực gia tăng do sự gia tăng về dân số thế giới, với tốc độ tăng trưởng dân số trung bình 1.1%/năm, thế giới sẽ có 9.5 tỷ người vào năm 2050. Hệ thống nông sản thế giới ngày càng chịu nhiều ràng buộc, và đặc biệt là phụ thuộc vào các nguồn tài nguyên không thể tái tạo như: đất trồng trọt, nước ngọt, phốt pho, dầu mỏ,... Trong khi đó, nguồn tài nguyên không thể tái tạo ngày càng cạn kiệt hoặc đang bị hư hại. Tại Việt Nam, theo báo cáo kinh tế thường niên năm 2022, hiện nay diện tích sản xuất lúa trong 1 năm ở ĐBSCL là 3,8 triệu ha, đến giai đoạn 2021 - 2030 diện tích sẽ giảm xuống 2,8 triệu ha, đến giai đoạn 2030 - 2040 còn 2,4 triệu ha và chỉ còn 2 triệu ha vào giai đoạn 2040 – 2050.

Việc khai thác quá mức nguồn tài nguyên thiên nhiên và quy hoạch phát triển chưa hợp lý đã tác động lớn tới đa dạng sinh học, gây suy giảm đa dạng sinh học. Đa dạng sinh học không những cung cấp trực tiếp những phúc lợi cho xã hội như: lương thực, thực phẩm, thuốc chữa bệnh, vật liệu xây dựng, năng lượng, mà còn có giá trị đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ sinh học, trong ứng dụng thực tiễn sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy sản, công nghiệp, y tế, du lịch… nó còn là một cấu thành quan trọng trong chiến lược bảo đảm an ninh lương thực, xóa đói giảm nghèo của thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng.

Hệ thống nông sản thế giới chịu tác động của biến đổi khí hậu cả trực tiếp (hạn hán, thời tiết khắc nghiệt,...) và gián tiếp (nước biển dâng, sự sinh sôi và lây lan của các loài sinh vật gây hại,...). Tại Việt Nam, khu vực chịu ảnh hưởng rõ nhất của biến đổi khí hậu chính là Đồng bằng sông Cửu Long, vựa lúa lớn nhất của cả nước. Mực nước sông Mekong thấp liên tiếp dẫn đến tình trạng thiếu hụt nguồn phù sa và ảnh hưởng đến việc canh tác nông nghiệp.

Nông nghiệp cần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường

Sản xuất nông nghiệp dựa trên thâm canh đã góp phần mạnh mẽ vào suy giảm đa dạng sinh học hiện nay, giảm độ phì nhiêu của đất và giảm chất lượng nước. Do đó: Cần giảm mạnh việc sử dụng phân bón vô cơ và thuốc bảo vệ thực vật; Cần xem xét lại cách tương tác với hệ sinh thái tự nhiên.

Cải thiện phúc lợi vật nuôi: động vật phải được coi là đối tượng có tri giác và có ý thức, thiết kế chuồng trại phải tôn trọng và đảm bảo cuộc sống tốt cho động vật. Do có sự liên hệ mật thiết giữa sức khỏe động vật và sức khỏe con người. Theo OIE (Tổ ​​chức Thú y Quốc tế), hơn 70% các bệnh truyền nhiễm ở người là do lây từ động vật.

Nông nghiệp là nguồn phát thải khí nhà kính lớn thứ 2 tại Việt Nam: Theo Báo cáo kỹ thuật kiểm kê quốc gia KNK của Việt Nam năm 2014 (Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2018), trong các lĩnh vực có phát thải KNK, tỷ lệ phát thải KNK ngành năng lượng (bao gồm hoạt động giao thông vận tải) lớn nhất chiếm 53,8%, tiếp theo là ngành nông nghiệp chiếm 27,92%, quá trình công nghiệp và tiêu thụ sản phẩm (IPPU) chiếm 12,01% và chất thải chiếm 6,69%.

Mô hình nào cho nông nghiệp trong tương lai?

Cuộc tranh luận về việc mô hình nông nghiệp nào sẽ đáp ứng tốt nhất những thách thức hiện tại đang diễn ra rộng rãi, đặc biệt kể từ khi có sự gia tăng canh tác hữu cơ. Thống kê của Viện Nghiên cứu nông nghiệp hữu cơ (FIBL) và IFOAM cho thấy, năm 2021 thế giới có hơn 71 triệu hecta canh tác hữu cơ, tương đương khoảng 1,5% tổng diện tích canh tác. Một số quốc gia như: Mỹ, Úc và Liên minh châu Âu (EU) có tốc độ phát triển sản xuất nông nghiệp hữu cơ rất nhanh. Đầu năm 2022, Việt Nam có khoảng 240.000 hecta canh tác hữu cơ, với sự tham gia của gần 20.000 lao động tại 46 tỉnh, thành phố. Bên cạnh đó, có khoảng 160 doanh nghiệp sản xuất và kinh doanh nông nghiệp hữu cơ với kim ngạch xuất khẩu hằng năm đạt khoảng 335 triệu USD (tăng gần 15 lần so với năm 2010), đứng thứ 8 trong 10 nước có diện tích nông nghiệp hữu cơ tại châu Á.

Những cuộc tranh luận này không chỉ giới hạn trong khuôn khổ quốc gia mà đã mang tầm cỡ quốc tế. Năm 2016, HLPE (Hội đồng chuyên gia cấp cao) của FAO đã đề xuất giải quyết tương lai của ngành nông nghiệp (bao gồm cả chăn nuôi gia súc) theo hai mô hình tiêu chuẩn: thâm canh bền vững và nông nghiệp sinh thái. 

Nông nghiệp thâm canh bền vững phù hợp với xu hướng hiện tại để cải thiện hiệu quả của quy trình sản xuất và tích hợp vào các chuỗi cung ứng dài. Nông nghiệp thâm canh dựa trên kiến thức khoa học tiên tiến và những tiến bộ công nghệ để thực hiện sản xuất nông nghiệp chính xác và chăn nuôi chính xác. 

Nông nghiệp sinh thái thúc đẩy nông nghiệp dựa trên các quá trình tự nhiên và tích hợp vào các hệ thống lương thực địa phương. Nông nghiệp sinh thái ưu tiên tất cả các hình thức đa dạng (đa dạng sinh học, đa dạng canh tác và tích hợp giữa trồng trọt và chăn nuôi), học hỏi lẫn nhau và tìm kiếm các hệ thống nhất quán thúc đẩy quyền tự chủ liên quan đến đầu vào và tiết kiệm chi phí. Canh tác hữu cơ là một trong những cách tiếp cận như vậy. Mô hình này ngày càng được hỗ trợ bởi các hiệp hội và chính quyền địa phương, những người đang phát triển các dự án thực phẩm theo khu vực và cam kết mạnh mẽ để thúc đẩy chuỗi cung ứng ngắn. 

Công nghệ số ứng dụng trong nông nghiệp

Các công nghệ số sẽ là một công cụ mạnh mẽ để giải các thách thức mà nông nghiệp đang phải đối mặt, đặc biệt là những thách thức về nông nghiệp sinh thái và hệ thống thực phẩm bền vững. Nông nghiệp số có thể tóm tắt là dữ liệu, khả năng xử lý, khả năng kết nối để cho phép trao đổi dữ liệu và thông tin và cuối cùng là tự động hóa.

Dữ liệu nông nghiệp – Big data

Số lượng ngày càng tăng của các nhà sản xuất nông nghiệp có kỹ năng công nghệ đang hướng đến việc triển khai nông nghiệp số vì lượng dữ liệu được tạo ra trên trang trại ngày càng tăng theo hàm mũ. Máy móc nông trại, cảm biến và công nghệ kỹ thuật số hiện đang tạo ra một lượng lớn dữ liệu về tình trạng của đất, nước, cây trồng, vật nuôi và đồng ruộng. Sự tăng trưởng dữ liệu này, còn được gọi là dữ liệu lớn (Big data). Đặc điểm của Big data nông nghiệp:

Dữ liệu lớn được tích lũy theo thời gian sẽ giúp cho nông dân được hưởng lợi từ các chương trình tính toán và dự báo trong nông nghiệp.

Khai thác dữ liệu nông nghiệp:

Chu trình khai thác dữ liệu trong nông nghiệp như sau:

Theo đó, dữ liệu/hình ảnh/video từ các cảm biến/vệ tinh/máy bay không người lái cần được thu thập và xử lý theo thời gian thực để giúp nông dân lên kế hoạch và đưa ra những quyết định tốt nhất về trồng trọt, tưới tiêu, bón phân, kiểm soát sâu bệnh và thu hoạch cây trồng. Những dữ liệu thu thập này được sử dụng để xây dựng các mô hình và mô phỏng có thể dự đoán các điều kiện trong tương lai. Kết quả phân tích có thể dùng để hỗ trợ nông dân quyết định trồng cây nào, ở đâu và khi nào. Kết hợp với dữ liệu thời tiết, những kết quả này có thể được sử dụng để điều chỉnh chính xác các ứng dụng tưới tiêu và bón phân. Tất cả các thông số về đất, tình trạng cây trồng và dự báo về sâu bệnh đều được số hóa theo tọa độ trên bản đồ. Hiện trạng của đất, sâu bệnh và cây trồng có thể cập nhật theo thời gian nên tất cả diễn biến trên cánh đồng đều có thể theo dõi và kiểm soát kịp thời.

Tự động hóa, điều khiển và rô-bốt:

Như đã nêu ở trên, nông nghiệp số không chỉ giới hạn ở việc thu thập và xử lý dữ liệu. Mục đích là sử dụng dữ liệu này trong quá trình ra quyết định và xác định các hành động cần thực hiện, chính xác cả về mặt không gian và thời gian, để tối ưu hóa các kỹ thuật canh tác và dung hòa các yêu cầu như năng suất cao, chất lượng cây trồng tốt và bảo tồn môi trường. Theo đó, để thực thi các hành động này không phải lúc nào cũng có thể dựa vào con người được (vì các nhiệm vụ nông nghiệp thường tẻ nhạt và đôi khi nguy hiểm). Do đó, cần thiết phải tự động hóa nhiệm vụ bằng các hệ thống tự động hóa, hệ thống điều khiển và rô-bốt. 

Công nghệ số và nông nghiệp sinh thái

Công nghệ số thúc đẩy nông nghiệp sinh thái và giúp phát triển hệ thống lương thực bền vững. Công nghệ số có khả năng nâng cao năng lực của nông dân để đối phó với bốn thách thức lớn:

- Cải thiện sản xuất, phù hợp với các nguyên tắc của sinh thái nông nghiệp, bằng cách tạo ra kiến thức để hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang nông nghiệp sinh thái và thích ứng với các yếu tố ngoại sinh, cụ thể là biến đổi khí hậu;

- Cải thiện sản xuất bằng cách hỗ trợ nông dân vận hành trang trại của họ;

- Thiết lập tốt hơn vai trò của nông dân trong hệ sinh thái và chuỗi giá trị nông nghiệp;

- Cải thiện khả năng chia sẻ dữ liệu, thông tin và kiến thức để hỗ trợ quá trình chuyển sang nông nghiệp sinh thái.

Cải thiện sản xuất: tạo ra kiến ​​thức để hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang nông nghiệp sinh thái

Dữ liệu số cho phép mô hình hóa các hệ thống canh tác phức tạp trong nông nghiệp sinh thái:

- Cải thiện mô hình hiện có bằng cách bổ sung các sự kiện không chắc chắn hoặc cực đoan từ môi trường

- Mô hình hóa các hệ thống trồng trọt và luân canh phức tạp

- Mô hình hóa các liên kết giữa sản xuất cây trồng và vật nuôi

- Mở rộng phạm vi, từ cánh đồng đến cả một khu vực

- Khả năng tương tác

Thu thập dữ liệu quy mô lớn cho các hệ thống nông nghiệp mới: Việc thiếu dữ liệu là một trở ngại cho việc sử dụng và cải tiến các mô hình canh tác. Tuy nhiên, với công nghệ số dữ liệu nông nghiệp ngày càng nhiều về số lượng và đa dạng về chủng loại, có thể gọi là “Big data nông nghiệp”.

Công nghệ trí tuệ nhân tạo AI mở ra một bước tiến mới trong việc trích xuất tri thức từ dữ liệu nông nghiệp.

Cải thiện sản xuất: sử dụng công nghệ số để hỗ trợ nông dân trong việc vận hành các trang trại 

Có hai câu hỏi quan trọng khi nói đến việc quản lý các hệ thống nông nghiệp:

- Quan sát. Điều này liên quan đến việc phát hiện sớm các vấn đề. 

- Hỗ trợ ra quyết định. Điều này liên quan đến việc xây dựng các mô hình cung cấp thông tin có thể được sử dụng trong quá trình ra quyết định.

Công nghệ số sẽ hỗ trợ nông dân giải quyết các vấn đề này.

Cải thiện sự hội nhập trong lĩnh vực nông nghiệp

Công nghệ số giúp định hình lại các dịch vụ nông nghiệp:

- Dịch vụ tư vấn: Trước đây, chỉ có sự tham gia của các chuyên gia nông nghiệp, hiện nay, có cả sự tham gia của các công ty công nghệ với các hệ thống tư vấn bằng AI.

- Dịch vụ bảo hiểm nông nghiệp

Định hình lại chuỗi giá trị với khả năng kết nối thị trường lớn hơn: 

- Các nền tảng số giúp tăng khả năng kết nối cung cầu

- Truy xuất nguồn gốc làm tăng độ tin cậy của nông sản

Mở rộng khả năng quản lý tài nguyên ở cấp độ vùng.

Hỗ trợ quá trình chuyển đổi nông nghiệp sinh thái: chia sẻ dữ liệu, thông tin và kiến thức:

Công nghệ số: các nền tảng để tích hợp và chia sẻ kiến thức (kinh nghiệm, hiểu biết của người nông dân bản địa, tri thức khoa học mới,...)

Nông dân đóng vai trò là nhà sản xuất dữ liệu: dữ liệu về độ phì nhiêu của đất, về đa dạng sinh học,... Rất quan trọng trong các nghiên cứu về nông nghiệp sinh thái.

Một cách tiếp cận đổi mới sáng tạo cởi mở hơn, trong đó nông dân đóng vai trò chính trong quá trình nghiên cứu và đổi mới. Các công cụ số cực kỳ hữu ích trong quá trình này, cụ thể: (i) lưu trữ thông tin từ các hội thảo; (ii) hiển thị và trực quan hóa dữ liệu; (iii) công cụ xây dựng mô hình; (iv) chia sẻ và phổ biến kiến thức; (v) tạo ra tri thức mới; (vi) tạo ra mối liên kết giữa nông dân với nông dân, giữa nông dân với nhà nghiên cứu và giữa nông dân với xã hội nói chung.

Tạm kết

Nông nghiệp có vai trò rất quan trọng là trụ đỡ của nền kinh tế Việt Nam, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia. Tuy nhiên, mô hình canh tác nông nghiệp thâm canh đã và đang mang lại cho chúng ta nhiều thách thức liên quan đến môi trường và cả việc đảm bảo an ninh lương thực. Do vậy, cần có những giải pháp đột phá để nông nghiệp phát triển và tiếp tục khẳng định vai trò là trụ đỡ của nền kinh tế. Chuyển đổi sang mô hình nông nghiệp sinh thái với sự thúc đẩy của công nghệ số là một xu hướng tất yếu đã và đang diễn ra cả trong nước và trên thế giới.

 Vũ Ngọc Điện

(Chuyên gia Tư vấn chuyển đổi số - Tổng Công ty Giải pháp doanh nghiệp Viettel)