Zmiany klimatyczne mają bezpośredni i coraz bardziej odczuwalny wpływ na bezpieczeństwo żywnościowe na świecie w tym również i w Polsce. Stwarzają one szereg problemów zarówno dla produkcji rolniczej, jak i dystrybucji żywności. Dlatego też konieczne jest podejmowanie działań na rzecz ograniczania emisji gazów cieplarnianych oraz rozwijanie zrównoważonych, odpornych na zmiany klimatu systemów rolniczych, które zapewnią stabilne i bezpieczne źródła żywności w przyszłości.
Łagodzenie skutków zmian klimatycznych a przede wszystkim adaptację produkcji rolnej do owych zmian umożliwia rolnictwo regeneracyjne i rolnictwo węglowe. W te systemy produkcji rolnej można wpiąć rozwiązania Rolnictwa 4.0.
Połączenie idei rolnictwa węglowego z technologiami Rolnictwa 4.0 pozwala stworzyć bardziej efektywny i zrównoważony model produkcji żywności. Dzięki temu rolnictwo staje się bardziej odporne na zmiany klimatu, a jednocześnie przyczynia się do ochrony środowiska i zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego dla obecnych i przyszłych pokoleń.
Zmiany klimatyczne i ich skutki dla rolnictwa
Zmiany klimatyczne, których jesteśmy świadkami bez wątpienia w największym stopniu dotykają sektor rolny. Różnicowanie się dotychczas znanych pór roku i charakterystycznego dla nich przebiegu pogody wydłużanie okresu wegetacji jesienią, częsty brak okrywy śnieżnej w okresie zimy, długookresowe niedobory wody w glebie, niskie temperatury w okresie wegetacji, zmiana wzorców opadów deszczu, które stają się coraz bardziej nieregularne, negatywnie wpływają na plony roślin, strukturę gleby oraz jakość produktów rolnych. Niekorzystne dla rolnictwa są również ekstremalne zjawiska pogodowe (gwałtowne burze, ulewy, gradobicia, huragany, susze), zwiększone występowanie chorób i szkodników oraz rozwój gatunków inwazyjnych.
Zmiany klimatyczne jakie mają obecnie miejsce stanowią zagrożenie dla rolnictwa negatywnie wpływają na warunki upraw i hodowli zwierząt. Nieregularne opady oraz długotrwałe okresy suszy prowadzą do spadku plonów, degradacji gleby i niedoboru wody, co ogranicza możliwości produkcji rolnej. Z kolei gwałtowne ulewy i podtopienia niszczą zasiewy, wypłukują składniki odżywcze z gleby i powodują straty w gospodarstwach.
Niekorzystne zjawiska pogodowe stanowią również zagrożenie dla bezpieczeństwa żywnościowego. W konsekwencji zmian klimatycznych może nastąpić spadek zbiorów płodów rolnych i pozyskania produktów pochodzenia zwierzęcego co może przełożyć się na niedobory żywności. Te natomiast mogą przyczynić się do wzrostu cen żywności a tym samym utrudnić wielu ludziom dostęp do pożywienia, zwłaszcza w biedniejszych krajach.
Stąd w związku z tym zarówno przed europejskim jak i polskim rolnictwem stoi duże wyzwanie. Z jednej strony rolnictwo musi dostosować się do zmian klimatycznych z drugiej zaś działać na rzecz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i ochrony środowiska.
Działania na rzecz ochrony środowiska i redukcji gazów cieplarnianych wynikają również z regulacji prawnych w tym tych zapisanych w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Regulacje te obligują rolników do stosowania metod produkcji rolnej, które będą służyły ochronie klimatu i wspierały redukcję emisji gazów cieplarnianych z tego sektora.
Praktyki agronomiczne prowadzące do odtworzenia cykli natury, poprawy żyzności gleb i czystości wód, zwiększenia bioróżnorodności oraz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych oferuje rolnictwo regeneracyjne oraz rolnictwo węglowe.
Rolnictwo regeneracyjne i rolnictwo węglowe
W publikacjach czasopism branżowych czy innych mediów często spotyka się zamienne używanie pojęć rolnictwo regeneratywne i rolnictwo węglowe, choć w rzeczywistości różnią się one zakresem i perspektywą.
Rolnictwo regeneracyjne (regeneratywne) to podejście do produkcji żywności, które stawia sobie za cel odbudowę i utrzymanie żyzności gleby oraz poprawę bioróżnorodności w agroekosystemie. Podstawowym celem rolnictwa regeneratywnego jest odtworzenie i utrzymanie potencjału plonotwórczego gleby, poprzez prowadzenie takiej produkcji rolniczej, która nie szkodzi środowisku przyrodniczemu.
Rolnictwo regeneracyjne opiera się na praktykach, które mają na celu odbudowę żyzności gleby, zwiększenie bioróżnorodności oraz wzmocnienie odporności ekosystemów rolniczych na zmiany klimatyczne. Jedną z podstawowych zasad jest ograniczenie lub całkowita rezygnacja z orki, co pozwala zachować strukturę gleby i ograniczyć erozję. Ważną rolę odgrywa także stosowanie międzyplonów i roślin okrywowych, które chronią glebę przed wysychaniem, wzbogacają ją w materię organiczną i poprawiają retencję wodną.
Opracowany przez Fundację Rozwoju Rolnictwa Terra Nostra Kodeks 5C czyli zestaw zasad dobrych praktyk, które stanowią podstawę tego systemu uprawy wyróżnia pięć kluczowych elementów: cultivation (uprawa), calcium (wapń), carbon (węgiel), cover-crops (poplony) i culture (kultura).
Pierwszy element (uprawa) opiera się na zasadzie ograniczenia mechanicznej ingerencji w glebę. Zaleca się unikanie orki i stosowanie technik konserwujących, takich jak strip-till (uprawa pasowa) czy no-till (bezorkowa), które pozwalają zachować naturalną strukturę gleby, ograniczyć erozję i poprawić jej zdolność do zatrzymywania wody. Pozostawianie resztek pożniwnych na powierzchni sprzyja procesom humifikacji i zwiększa zawartość próchnicy.
Kluczem do żyzności gleby jest wapń, który reguluje jej pH, wpływa na mikroflorę i strukturę, a także poprawia przyswajalność innych składników odżywczych. Odpowiedni poziom wapnia wspiera tworzenie agregatów glebowych, zapobiega zaskorupianiu i zastojom wodnym. Regularne stosowanie wapnia i magnezu to podstawa zdrowej, aktywnej biologicznie gleby oraz dobrej kondycji roślin.
Jednym z najważniejszych elementów regeneracji jest węgiel, który wpływa na odbudowę próchnicy i materii organicznej. Dzięki materii organicznej gleba zyskuje zdolność do magazynowania wody i składników odżywczych. Stosowanie nawozów naturalnych, pozostawianie resztek pożniwnych i utrzymywanie przez większą część roku żywej roślinności na polu wspiera rozwój mikroorganizmów i zwiększa poziom próchnicy. Działania te pomagają odbudować strukturę gleby, poprawiają jej retencję wodną i ograniczają emisję CO₂ do atmosfery.
Duże znaczenie w rolnictwie regeneracyjnym odgrywają rośliny okrywowe (poplony). Poplony uprawiane między plonami głównymi, chronią glebę przed erozją, wzbogacają w materię organiczną i poprawiają strukturę. Mieszanki gatunkowe zwiększają bioróżnorodność, wspierają mikroorganizmy, wiążą azot oraz ograniczają rozwój chwastów. Dzięki długim korzeniom roślin okrywowych gleba staje się bardziej przewiewna i chłonna, co sprzyja jej zdrowiu i żyzności.
Istotna jest również troska o krajobraz i środowisko. Kultura w rolnictwie regeneratywnym oznacza szacunek do natury i odpowiedzialne zarządzanie gospodarstwem. Obejmuje ona zrównoważony płodozmian, ograniczanie środków ochrony roślin oraz wspieranie bioróżnorodności m.in. poprzez utrzymywanie zadrzewień śródpolnych, oczek wodnych i siedlisk dla owadów zapylających.
Integralną częścią w rolnictwie regeneracyjnym jest hodowla zwierząt. Zwierzęta odgrywają ważną rolę w regeneracyjnym systemie gospodarowania. Ich obecność sprzyja obiegowi materii organicznej i naturalnemu nawożeniu gleby. Wypas rotacyjny i utrzymanie trwałych użytków zielonych ograniczają erozję, poprawiają strukturę gleby i wspierają rozwój roślin motylkowych wiążących azot. Dzięki temu hodowla zwierząt wspomaga regenerację gleby, przyczynia się do równowagi ekologicznej i zwiększa odporność systemu rolnego.
Rolnictwo węglowe polega na stosowaniu praktyk regeneratywnych, które oprócz poprawy stanu gleby i środowiska naturalnego umożliwiają gospodarstwom rolnym uzyskanie dodatkowego źródła dochodu w postaci certyfikatów węglowych. Dzięki odpowiednim metodom uprawy gleby i roślin rolnik może ograniczać emisję gazów cieplarnianych oraz zwiększać ilość węgla organicznego magazynowanego w glebie. Każda tona zredukowanej emisji lub pochłoniętego dwutlenku węgla przekłada się na certyfikat węglowy, który może zostać sprzedany na rynku.
Rolnictwo Precyzyjne i Rolnictwo 4.0 jako wsparcie dla rolnictwa regeneracyjnego i węglowego
W dbaniu o zdrowie gleby i bioróżnorodność ekosystemów pomocne okazać się mogą zaawansowane technologie cyfrowe i satelitarne umożliwiające śledzenia tego, co dzieje się na polach zarówno w uprawach jak i w glebie.
Pomocne w koncepcji rolnictwa regeneracyjnego okazuje się rolnictwo precyzyjne, którego celem jest m.in. precyzyjne dawkowanie nawozów mineralnych i organicznych oraz nasion i pestycydów by zredukować zużycie środków do produkcji oraz poprawić jej efektywność zarówno w aspekcie ekonomicznym jak i środowiskowym.
Precyzyjne dawkowanie nawozów i środków ochrony roślin zmniejsza presję chemiczną na ekosystem, co ułatwia odbudowę mikrobiomu gleby i populacji owadów pożytecznych. Rolnictwo precyzyjne to również zbieranie danych w postaci map geoprzestrzennych dotyczących zróżnicowania plonowania, właściwości gleby oraz zasobności gleby w składniki pokarmowe oraz próchnicę. Źródłem danych są czujniki umieszczone na maszynach (mapy plonu), zdjęcia z satelitów oraz dronów, skanowanie gleby oraz próby glebowe. Mapy zmienności pozwalają wskazać miejsca, które szczególnie wymagają działań na rzecz poprawy struktury gleby lub zwiększenia zawartości materii organicznej. Zarazem są one podstawą do racjonalnego nawożenia i aplikowania nasion.
Przydatne dla rolnictwa regeneracyjnego okazują się również technologie, których dostarczyła i dostarcza czwarta rewolucja technologiczna w tym charakterystyczne dla Rolnictwa 4.0 zaawansowane technologie takie jak Internet Rzeczy (IoT – Internet of Things), sztuczna inteligencja i analiza danych. Rozwiązania te przede wszystkim umożliwiają pozyskiwanie danych z różnych obszarów gospodarstwa, następnie ich transfer i przechowywanie oraz analizę i przetwarzanie na informacje przydatne do podejmowania decyzji czy automatycznego sterowania procesami w gospodarstwie jak np. nawadnianiem dopasowanym do potrzeb roślin.
Umieszczone w glebie czujniki monitorują na bieżąco szereg parametrów glebowych takich jak wilgotność, temperatura, pH czy przewodność elektryczna dostarczają na bieżąco danych niezbędnych na potrzeby takich zabiegów jak nawożenie czy nawadnianie ale również pozwalających ocenić efektywność zastosowanych praktyk regeneracyjnych. Dane długoterminowe z czujników IoT oraz skanowania gleby pomagają śledzić poprawę struktury gleby i zwiększanie retencji wody.
Rozwiązania IoT w systemach nawadniania dostosowują ilość wody do rzeczywistych potrzeb roślin. Ogranicza to erozję i wymywanie składników pokarmowych co jest kluczowe dla ochrony gleby w rolnictwie regeneracyjnym.
Systemy IoT wykrywają suszę, choroby lub niedobory składników zanim będą ona widoczne gołym okiem. Pozwala to na szybką reakcję i działania prewencyjne ( bez nadmiernej ingerencji chemicznej ) co jest zgodne z zasadami rolnictwa regeneracyjnego
Dane z czujników mogą wspierać modelowanie bilansu węgla organicznego w glebie. Dzięki temu rolnik może udokumentować sekwestrację CO₂ co jest ważne przy ubieganiu się o kredyty węglowe czy certyfikaty zrównoważonej produkcji.
Ważną rolę w koncepcji zarówno Rolnictwa Precyzyjnego jak i Rolnictwa 4.0 odgrywają programy do zarządzania produkcją w gospodarstwie jak i całym gospodarstwem tzw. Systemy Zarządzania Gospodarstwem (FMS, ang. Farm Management System) do których mogą spływać dane z czujników Internety Rzeczy. W takich programach znajduje się wykaz wykonanych zabiegów jak i zużytych środków do produkcji co pozwala rolnikowi przeanalizować historię danej uprawy i ocenić efektywność zastosowanych praktyk rolniczych i dobranych środków do produkcji. Dzięki temu rolnik może zidentyfikować popełnione błędy w uprawie.
Istotną rolą jaką odgrywają programy FMS jest analiza kosztów produkcji niezbędna do oceny efektywności ekonomicznej poszczególnych upraw. Pozwala na to ekonomiczną analizę zastosowanych w uprawie praktyk rolniczych.
Programy FMS z pewnością odegrają istotną rolę w wyliczaniu i raportowaniu śladu węglowego co może być niebawem obligatoryjne dla każdego gospodarstwa rolnego produkującego na rynek.
W systemach FMS bardzo pomocną okazuje się sztuczna inteligencja, która umożliwia m in. agregowanie i analizowanie ogromnych ilości danych rolniczych, analizę danych pogodowych, zdjęć satelitarnych i innych danych wejściowych oraz wyszukiwanie korelacji tych danych z uzyskanym plonem. Inne zadanie sztucznej inteligencji to prognozowanie warunków pogodowych jak również wykrywanie chorób roślin, inwazji szkodników lub niedoborów składników odżywczych.
Wspomniane technologie pomagają rolnikom podejmować decyzje zgodne z zasadami regeneracji, np. gdzie warto zostawić pasy kwietne, jak dobrać płodozmian, jakie zabiegi zastosować.
Rolnictwo regeneracyjne, rolnictwo węglowe i Rolnictwo 4.0 a bezpieczeństwo żywnościowe
Rolnictwo regeneracyjne, Rolnictwo 4.0 i bezpieczeństwo żywnościowe to dziś trzy filary przyszłości zrównoważonej produkcji żywności. Poprzez odbudowę struktury i życia biologicznego gleby zwiększa jej produktywność w długim okresie (w czym pomagają i dane pozyskiwane z czujników IoT, satelitów, dronów, skanerów glebowych itp. pozwalające zarządzać precyzyjnym nawożeniem i nawadnianiem) możliwe jest uzyskiwanie stabilnych, przewidywalnych plonów przy mniejszym zużyciu środków i produkcji i obciążeniu gleby.
Ograniczenie żużycia środków ochrony roślin, nawozów mineralnych i wody za pomocą rozwiązań Rolnictwa 4.0 przyczynia się do redukcji kosztów produkcji jak i generuje mniejsze obciążenie dla środowiska naturalnego.
Zdrowa gleba pozwala pozyskać produkty żywnościowe bogatsze w mikroelementy i składniki odżywcze co korzystnie wpływa na lepsze zdrowie publiczne i zwiększone zaufanie konsumentów.
dr inż. Jacek Skudlarski
SGGW w Warszawie