Климатически разумное сельское хозяйство: как космические технологии помогут собрать больше урожая без ущерба окружающей среде

Климатически разумное сельское хозяйство (CSA) — новая инициатива по экологически чистой аграрной деятельности, пошаговую стратегию которой представила Продовольственная и сельскохозяйственная организация (FAO) при ООН в 2022 году. Стратегическая программа мероприятий по внедрению CSA в сельскохозяйственную деятельность во всем мире разработана на 9-летний срок (с 2022 до 2031 года) и предлагает ряд новых практик и технологий, нацеленных на разработку зеленых методов ведения земледелия, которые будут устойчивыми к климатическим вызовам современности, связанным с глобальным потеплением.

Такой вид климатически разумной аграрной деятельности нацелен на повышение способности сельских хозяйств производить большие объемы пищи, при этом снижая выбросы в атмосферу вредных парниковых газов, прежде всего метана (CH4) и оксида азота (N2O). В конечной цели это должно обеспечить глобальную продовольственную безопасность для неуклонно растущего населения Земли. Внедрение методов CSA может предоставить человечеству уникальную возможность прокормить около 9,7 млрд человек, которые, по прогнозам, будут проживать на нашей планете до 2050 года. Для достижения этих целей климатически разумное сельское хозяйство привлекает в процесс земледелия ряд инновационных технологий и методов, среди которых не последнее место занимают и космические технологии.

Основные положения программы FAO по климатически разумному сельскому хозяйству

Опубликованная Стратегия по развитию и внедрению CSA на 2022-2031 годы предусматривает ряд мероприятий, направленных на модернизацию агропромышленного сектора стран во всем мире. Для этого FAO рекомендует постепенно вводить в глобальную практику аграрной деятельности следующие положения:

• Переход к более эффективным устойчивым агропродовольственным системам. Главная цель — во внедрении новых методов продовольственной безопасности через трансформацию имеющихся агропродовольственных систем и использование концептуально новых подходов для увеличения производства аграрной продукции и сохранения плодородия аграрных земель. Здесь важно именно сохранение биоразнообразия сельскохозяйственных культур и рациональное использование существующих экосистем, особенно в регионах, наиболее страдающих от последствий глобального потепления.
• Климатически разумное сельское хозяйство — краеугольный камень всей стратегии, предложенной FAO. Для реализации CSA требуется комплексный подход, который будет включать повышение производительности и доходов крупных сельских хозяйств, адаптацию к вызовам глобального потепления, а также скоординированную системную борьбу с его первопричинами — парниковыми выбросами. Именно они выступают ключевым фактором, провоцирующим изменения климата и делающим ранее плодородные участки Земли непригодными для аграрной деятельности из-за засухи, стихийных пожаров, наводнений и общего ухудшения химического состава почв вследствие ненормированного применения синтетических удобрений.

• Предоставление финансовой поддержки со стороны FAO и ряда неправительственных организаций (НПО) с целью внедрения методов CSA. FAO предлагает финансовую и экспертную поддержку сельским хозяйствам и странам, которые будут заинтересованы во внедрении новых практик CSA. Среди них агролесомелиорация — комплекс мероприятий для улучшения условий выращивания сельскохозяйственных культур посредством создания и управления лесными насаждениями вблизи аграрных участков. Плюс меры, направленные на сохранение почвы и защиту водных ресурсов, использование новых типов аграрных культур, которые будут устойчивыми к изменению климата. А также внедрение методов точного земледелия — привлечение цифровых и космических технологий для повышения производительности сельских хозяйств и прогнозирования урожайности. Сегодня аграрная деятельность выступает одной из причин неконтролируемой вырубки лесов под нужды новых ферм. Это создает ситуацию, когда выращивание пищи порождает проблему нерационального использования природных и водных ресурсов (в некоторых засушливых странах до 70% всех пресных вод задействованы именно в земледелии).
• Международная поддержка. FAO будет способствовать не только привлечению новых инвестиций, но и политическому диалогу между странами, заинтересованными в преобразовании собственного аграрного сектора под новые стандарты CSA. Политика диалога призвана убедить правительства некоторых стран в необходимости как можно скорейшего внедрения CSA.
• Внедрение новых технологий. В обнародованной стратегии на 2022-2031 годы говорится и о необходимости технологической модернизации, которая должна выражаться в активном использовании данных спутникового мониторинга сельскохозяйственных земель и внедрении цифровых приложений для оптимизации и контроля процесса земледелия. Анализировать состояние аграрных участков предлагается с помощью создания геопространственных карт и моделей на базе искусственного интеллекта (ИИ). Их будут привлекать в предоставлении консультаций агропредприятиям по аграрной деятельности.

Главной мыслью отчета «Исследования климатически разумного сельского хозяйства 2021: проекты со всего мира» от FAO является то, что успешное внедрение подходов CSA будет характеризоваться тремя основными состояниями: повышением производительности сельского хозяйства, адаптацией больших и малых сельских хозяйств к изменению климата и существенным уменьшением парниковых выбросов в ходе аграрной деятельности.

Сегодня некоторые виды сельского хозяйства, например выращивание риса или животноводство, становятся одними из основных источников загрязнения атмосферы метаном. Поэтому именно минимизация воздействия на окружающую среду, предложенная CSA, должна существенно улучшить ситуацию в этом направлении.

Общие преимущества от внедрения климатически разумного сельского хозяйства

Повышение производительности сельских хозяйств, сопровождающееся внедрением методов CSA, в долгосрочной перспективе может привести и к устойчивому экономическому росту. Прежде всего это происходит путем оптимизации ресурсов благодаря применению точного земледелия и агролесомелиорации, а также доступа к премиальному сегменту рынков экологически чистой агропродукции.

Ресурсосберегающий подход методов ведения CSA приводит к снижению фермерских расходов на агробизнес. Экономия на удобрениях и гербицидах достигается благодаря спутниковым данным, подробно описывающим каждый аспект сельскохозяйственных участков на Земле: от состояния здоровья растений до насыщенности влагой почвы. Таким образом CSA помогает фермерам использовать удобрения и гербициды точечно, исключительно на тех участках пахотных земель, где это действительно необходимо.

Определенный уровень стабильности в аграрном производстве достигается и использованием новых, более устойчивых видов аграрных культур, в том числе и монокультур. Новые типы модифицированных агрокультур демонстрируют повышенные показатели устойчивости ко многим вредителям и болезням, атакующим растения. Они могут быть адаптированы к засушливому климату, засоленной почве, а некоторые из них демонстрируют более высокие показатели урожайности. Впрочем, стоит отметить, дискуссии о целесообразности использования новых типов устойчивых монокультур при ведении климатически разумного сельского хозяйства все еще продолжаются.

Экологически чистые растения, выращенные с помощью подходов CSA, получают дальнейший доступ к сегменту премиальных рынков биопродукции. То есть можно достичь выдающейся конкурентоспособности таких культур благодаря внедрению новых стандартов качества агропродукции, выращенной подобным образом.

Одним из ключевых преимуществ является высокий уровень устойчивости аграрных предприятий, осуществляющих климатически разумную сельскохозяйственную деятельность. Повышенный уровень устойчивости аграрных предприятий обеспечивается снижением вредного воздействия именно климатического фактора: экстремальной жары, наводнений и тому подобного. Таким образом аграрная промышленность, идущая по пути CSA, впервые за всю историю земледелия предотвращает один из своих самых больших рисков — потерять урожай.

Активное внедрение методов CSA поможет решить и проблему голода, ведь глобальное недоедание не теряет своей актуальности даже в XXI веке. Умеренное использование ресурсов и получение новых устойчивых сортов агрокультур способно существенно повлиять на регионы, где в настоящий момент от голода страдают больше всего. Предоставленная FAO Карта голода за 2021-2023 годы свидетельствует, что особенно чувствительными регионами, где недоедает больше всего людей, остаются страны Африки, Южной Америки, Океании и Индия. Среди стран материковой Европы с нехваткой пищи для населения за эти два года столкнулись Словакия, Албания и Украина.

Следует осознавать, что угроза голода возникает именно в экономически слаборазвитых и технологически отсталых странах. Эти факторы прогнозируемо будут мешать быстрому внедрению технологий и практик CSA. Проблему таких стран можно решить привлечением сторонних ресурсов — со стороны ООН или НПО и НКО, которые занимаются вопросами усиления продовольственной безопасности.

Среди положительных последствий внедрения CSA отмечают и социальный фактор — новый тип климатически ориентированной аграрной деятельности должен положительно повлиять на создание новых рабочих мест. И здесь речь идет не только о простых фермерах и их помощниках, но и об инженерах, биологах, IT-специалистах, аналитиках. Эти специальности нужно вовлекать в ряд технологических и аналитических процессов, сопровождающих зеленое земледелие.

Космическая компонента CSA: спутниковый мониторинг, автоматизированная обработка данных, международные и частные инициативы

Едва ли не главной составляющей климатически разумного сельского хозяйства являются космические технологии. Они привлекаются на всех этапах аграрной деятельности — от процесса определения потенциально плодородных участков пахотных земель до контроля состояния растений и рекомендаций относительно начала сбора урожая. Это становится возможным благодаря созданию геопространственных карт осведомленности и компьютерных моделей, основанных на данных спутникового мониторинга. Карты урожайности, почвенных ресурсов или карты рисков стихийных бедствий — комплексный подход к анализу этих данных предоставляет сельским хозяйствам значительно большую степень осведомленности и прогнозирования, позволяя повысить конечные показатели собственной производительности.

Особую пользу от привлечения космической компоненты в процесс ведения CSA можно отметить на примере крупных агрохолдингов, которым подведомственны десятки и сотни тысяч квадратных километров пахотных земель. В таких случаях тщательный контроль состояния полей «с земли» попросту невозможен, поэтому спутники и высотные БПЛА оказываются наиболее эффективным решением.

На сегодняшний день создан ряд инициатив, использующих геопространственные спутниковые данные, чтобы помочь слаборазвитым странам активно интегрировать свой аграрный сектор в CSA. Одной из таких инициатив является глобальная программа CropWatch, разработанная в 2021 году Китайской академией наук. Программа, которая является совместным мероприятием Комиссии ООН по вопросам науки и технологий для развития (CSTD), предоставляет сведения о состоянии сельскохозяйственных участков, информирует о здоровье растений и предлагает фермерам прогнозирование урожайности, основанное на данных спутникового мониторинга и ряда наземных показателей. CropWatch также может предупреждать аграриев о вероятности стихийных бедствий, таких как засухи или наводнения.

Важно отметить, что эта программа не имеет собственного парка спутников, а дает рекомендации, анализируя данные дистанционного зондирования, поступающие от других мониторинговых спутников: NOAA-AVHRR, MODIS (спутники Terra и Aqua), Landsat, Sentinel и прочих. На основе полученной информации платформа CropWatch проводит аналитику Big Data и затем презентует участникам инициативы отчеты, геопространственные карты, прогнозы и тому подобное.

Программа CropWatch является одной из участниц Глобальной инициативы по сельскохозяйственному мониторингу GEO/GEOSS (GeoGLAM), основанной G20, и, кроме предоставления прямых услуг для ведения CSA, способствует активному обмену технологиями, особенно с рядом технологически отсталых стран. Так, в 2023 году платформа сопровождала обмен технологиями в формате Юг—Юг, благодаря чему 11 азиатских и африканских стран получили необходимые навыки для адаптации системы CropWatch под их региональные потребности. Тогда доступ к тонким особенностям работы с программой получили аграрные эксперты из Алжира, Камеруна, Ганы, Кении, Ливана, Малави, Маврикия, Нигерии, Сирии, Замбии и Зимбабве.

Кроме глобальных инициатив, существует ряд частных спутниковых компаний, нацеленных на услуги точного земледелия. Данные спутникового наблюдения и аналитика предоставляются клиентам как в виде платной разовой услуги, так и на долгосрочной основе, как сервис по подписке. Платформа EOSDA Crop Monitoring является одним из прекрасных примеров таких сервисов. Компания EOS Data Analytics предлагает своим клиентам целый спектр информации о состоянии посевных земель. Сведения поступают как от собственного спутника компании (EOS SAT-1 был запущен в начале января 2023 года), так и от других мониторинговых спутников, данные которых есть в открытом доступе.

Платформа EOSDA Crop Monitoring информирует своих пользователей об индексе влажности нормированной разницы (NDMI), что помогает строить стратегию разумного сельскохозяйственного использования водных ресурсов. Среди прочего, спектральное сканирование состояния растений может предоставить важный массив данных для интегрированной стратегии борьбы с вредителями (IPM), о необходимости использования удобрений и даже относительно управления животноводством.

Как видим, много усилий для продвижения климатически разумного сельского хозяйства прилагают как международные учреждения, так и частные компании. Но если в случае с такими международными платформами, как CropWatch, речь идет в основном о крупных государственных стратегиях, в рамках которых на рельсы CSA переводятся национальные аграрные секторы целых стран, то частные компании вроде EOS Data Analytics нацелены на предоставление услуг по точному земледелию малым и средним фермерским хозяйствам (хотя и среди их клиентов есть крупные агрохолдинги).

Проблемы, стоящие на пути внедрения CSA

Стоит понимать, что климатически разумное сельское хозяйство — это относительно молодая инициатива, из-за чего она сталкивается с рядом различных препятствий экологического, экономического и нормативно-правового характера. Эти факторы мешают скорейшему внедрению практик и технологий, предлагаемых CSA. Среди главных препятствий, стоящих на пути внедрения CSA в некоторых странах и частных сельских хозяйствах, в частности, выделяют:

• Экономические барьеры. Поскольку CSA является высокотехнологичной сферой, предлагающей привлечение космических технологий и цифровой составляющей с использованием моделей ИИ, многие фермеры могут сталкиваться с чрезмерными затратами на первых этапах организации своих климатически разумных сельских хозяйств. К этому добавляется и дестабилизирующий фактор в виде рыночной неопределенности, поскольку на данном этапе развития даже те сельские хозяйства, которые переходят к CSA, не могут быть уверенными в том, что получат действительно премиальную цену за аграрную продукцию, выращенную таким образом. Чувствительным остается и фактор долгосрочной экономической выгоды, поскольку существенные экономические бенефиции от внедрения механизмов CSA становятся заметными на длинной дистанции. Все эти факторы могут отпугивать фермеров, желающих приобщиться к экологическому земледелию. Экономические проблемы в вопросах внедрения CSA возможно решить путем создания международных инициатив по поддержке и продвижению зеленого земледелия. Определенные финансовые вливания и помощь с поиском инвесторов также в силах предоставить профильные неправительственные и некоммерческие организации.
• Политические и институциональные барьеры. В основном это отсутствие четкой нормативно-регуляторной базы, которая могла бы юридически оформить ключевые правила поведения на новом поле деятельности. И пока этого нет, некоторые страны могут столкнуться с препятствиями в использовании определенных технологий и методов, предлагаемых CSA. Решение этой проблемы заключается в укреплении государственных институтов, направленных на поддержку CSA, внедрении новых регуляторных норм и стандартов и содействии со стороны государства в налаживании устойчивой коммуникации между всеми заинтересованными сторонами.
• Технологические барьеры. Некоторые страны и сельские хозяйства не имеют доступа к определенным технологиям, которые предлагают внедрять CSA. Также негативным фактором является нехватка специалистов и отсутствие устойчивых механизмов их подготовки. Ограниченный доступ к информации об использовании некоторых инновационных практик CSA может помешать быстрой интеграции подхода. Сгладить эти проблемные углы поможет открытая информационная политика, нацеленная на технологическую осведомленность фермеров, обмен технологическими данными между странами и развитие собственной технологической базы CSA.
• Экологические барьеры. Несмотря на то, что CSA позиционируется как зеленая и экологически чистая практика аграрной деятельности, некоторые ее аспекты все еще мало исследованы и потенциально способны ухудшать экологическую ситуацию в определенных регионах применения. Звучит и критика против использования монокультур, которая в основном основывается на факторах риска для биоразнообразия при ненормированном переходе на модифицированные монокультуры, потенциальных рисках для здоровья человека при их употреблении, а также экономической зависимости малых фермерских хозяйств от крупных агрохолдингов, поставляющих модифицированные культуры. Учитывая всю сложность этих дискуссий, стратегия FAO предлагает комплексный подход к ведению климатически разумного сельского хозяйства, который охватывает как использование традиционных методов, так и новых типов культур, в зависимости от конкретного региона и вида аграрного хозяйства. Точка зрения некоторых критиков точного земледелия основывается на том, что активное использование подобных технологий приводит к электронному засорению и росту затрат энергии, некоторые типы генерации которой сопровождаются парниковыми выбросами в атмосферу. Для минимизации этих экологических рисков необходимы меры по регулярному мониторингу и оценка влияния внедренных практик CSA на окружающую среду.

Вопреки всем бенефитам, которые должно привнести глобальное внедрение климатически разумного сельского хозяйства, оно все еще страдает от ряда «детских болезней», присущих всем новым подходам, разрушающим или видоизменяющим старые практики. Для решения этих проблем на государственном уровне нужна политическая воля, внедрение новых стандартов качества и регулирования, а также проведение информационных кампаний среди фермеров для освещения всех потенциальных преимуществ, предоставляемых CSA.