בשל ההשפעות של חקלאות יתר ואירועי מזג אוויר קיצוניים כמו בצורת, רוח או שיטפונות, הדרישה להתערבות טכנולוגית משמעותית הופכת להיות דוחקת יותר ויותר באינספור אזורי קרקע בלתי ראויים לעיבוד ומדולדלים ברחבי העולם. כדי לעודד התאוששות חקלאית, יש צורך במגוון רחב של שינויים חברתיים, כלכליים ורגולטוריים, אך המפתח לכל ההיבטים של שיח זה הוא הטכנולוגיה.

חקלאים משלבים צילומי לוויין, רחפנים, חיישני קרקע, רובוטיקה וניתוח נתונים הנתמך על ידי בינה מלאכותית (‎AI‎‏), או על ידי למידת מכונה (‎ML‎‏), לפרקטיקות חקלאיות רגנרטיביות או ‘חכמות’. שימוש בכלים חדישים אלה מאפשר לחוות למטב את פעילותן, להילחם בהרס קרקעות, להגדיל את היבול ולשפר את נצילות המשאבים. כלים אלה מספקים תובנות חסרות תקדים, ומאפשרים לחקלאים לצפות באופן יזום שינויים עתידיים ולהסתגל אליהם.

התייקרות העלויות החקלאיות ועיכוב הנגישות למשאבים אמנם מציבים אתגרים מתמשכים, אך האפשרויות שהטכנולוגיה מציגה הן עצומות. שילוב ההתקדמות הטכנולוגית עשוי לסלול את הדרך לניהול קרקעות בר-קיימא ולעמידות חקלאית, ומציע הצצה לעתיד בהיר ובר-קיימא יותר. במאמר זה, נבחן את פוטנציאל השינוי של הטכנולוגיה בהחייאת קרקעות הרוסות ונסקור חלק מהכלים הזמינים ומהאסטרטגיות הפוטנציאליות.

כלים חקלאיים חכמים

למרות שהיא עדיין בשלביה המוקדמים, תעשיית החקלאות החכמה, המשתמשת בטכנולוגיות חישה, תקשורת וניתוח לשיפור הנצילות, הפרודוקטיביות והקיימות של החקלאות, כבר משגשגת. שוויה הגיע ל-22.65 מיליארד דולר בשנת 2023, וצפוי לחוות קצב צמיחה שנתי מורכב (‎CAGR‎‏) של ‎13.7%‎‏ משנת 2024 עד 2030.^{[1][footnoteRef:2]}

לנוכח האתגרים החקלאיים הגוברים, החקלאות החכמה צומחת כיוזמה חיונית. חקלאות חכמה, הכוללת מגוון רחב של כלים שממנפים את כוחה של הטכנולוגיה העדכנית והטובה ביותר, מחוללת מהפכה באופן שבו אנו מעריכים את השימוש שלנו בקרקע ומשפרים אותו, ומובילה לפרקטיקות חקלאיות בנות-קיימא ויעילות יותר.

צילומי לוויין

למרות שצילומי לוויין הם הכלי המרוחק ביותר מהקרקע, הם מהכלים בעלי פוטנציאל השינוי הגבוה ביותר העומדים לרשותנו. כאשר מנטרים שטחים חקלאיים נרחבים, שסקירתם מגובה פני הקרקע מאתגרת לעיתים קרובות, צילומי לוויין מציעים פרספקטיבה אווירית של הקרקע וחושפים דפוסים נסתרים של סחף, בריאות הצומח וניצול הקרקע. מידע זה מספק הכוונה להתערבויות ממוקדות, המאפשרות לנו להתמודד עם שורש הבעיה.

סוכנות החלל האירופית (‎ESA‎‏) תומכת מזה זמן רב בחקלאות חכמה על ידי מסירה ללא תשלום של נתונים מהלוויינים שלה, הזמינים לציבור ומתועדים באופן שוטף. לצד תמונות מדויקות המשמשות לניתוח חזותי, לוויין לחות הקרקע ומליחות האוקיינוסים (‎SMOS‎‏) של ה-‎ESA‎‏ מספק תובנות לגבי רמת הלחות של הקרקע, מסייע לחקלאים לתכנן את ההשקיה ומזהיר אותם מפני בצורת או עקת מים.^{[2][footnoteRef:3]}

חיישני קרקע

חיישני קרקע חכמים מספקים ברציפות ובזמן אמת נתונים על מצב הקרקע, ומחליפים בדיקות מעבדה מסורתיות שלה. חיישנים אלה מנטרים את רמות הלחות, את התכולה התזונתית ואת רמות ה-‎pH‎‏, ומספקים תמונה מפורטת של בריאות הקרקע ויכולתה לתמוך בחיי הצמח. בקרקע הרוסה, פריסת חיישנים כמו חיישן הקרקע ‎MODBUS-RTU RS485‎‏ של ‎Seeed Studio‎‏ מספקת תובנות חכמות המסוגלות להצביע על בעיות בסיסיות בקרקע.

החיישנים משלבים מדידות של לחות הקרקע, מדידות טמפרטורה ומדידות אופציונליות של זרם חשמלי, ועשויים לסייע בזיהוי בעיות בקרקע ולאפשר משוב חכם וניהול משאבים – במיוחד מים.

איור 1: דירוג חיישני הלחות והטמפרטורה של IP68 , S eeed Studio , מאפשר
שהייה ממושכת בקרקע )מקור:) Mouser Electronics

פעולות אוטומציה חכמות

אוטומציה בחקלאות פתחה אפשרויות חדשות של נצילות ודיוק. מהשקיה ועד להדברת מזיקים, ניתן להפוך משימות שונות לאוטומטיות באופן שיאפשר שימוש מיטבי במשאבים, כל זאת תוך שיפור של בריאות היבול והתפוקה.

יישומים משלימים עשויים לסייע גם בשיפור הנצילות. פתרונות כמו אגריווולטאיקה  משתמשים בפאנלים סולאריים אוטומטיים וניידים לכיסוי בעלי חיים או גידולים, ומאפשרים ייצור אנרגיה לצד שמירה על תנאי הגידול או שיפור שלהם.

ככל שרכיבי האלקטרוניקה הקריטיים בתוך פתרונות אלה (לדוגמה, מיקרו-בקרים, מודולים אלחוטיים ומודולי ‎RF‎‏) ימשיכו להתפתח ולהתחדש, כך יתרבו היישומים של האוטומציות והנצילות שלהן תגדל תוך כדי הפחתה של עלות הפריסה.

איור 2: פאנלים סולאריים מתכווננים, המשמשים להצללת היבול שגדל תחתם)מקור: ) Ipman65/stock.adobe.com

אסטרטגיות לשיפור תנאי הגידול

הפעלת אמצעי התחדשות חקלאית מחייבת הגדרה של מספר תחומים חשובים. השלב הראשון הוא הערכה של הבעיות הספציפיות בקרקע לפני קביעת המטרה המיועדת לה – לדוגמה, אם היא תשמש למרעה, לחקלאות או לפעילויות פנאי.

לאחר מכן, חשוב לתאר את המשאבים הזמינים – הן מבחינה פיננסית והן מבחינה פיזית – כדי להבטיח את היתכנות השינוי. ההשפעה הגלובלית של התחדשות הקרקע והפירוא אמנם משמעותית, אך עדיין קיימות מגבלות שיש לקחת בחשבון.

מיטוב זרימת הקרקע

צילומי לוויין חיוניים להתחדשות הקרקע, וניתן להשתמש בהם לא רק כדי לעקוב אחר ההתקדמות אלא גם כדי לתכנן את זרימת הקרקע. מטעים או יערות שאינם מותאמים באופן מיטבי לטופוגרפיה של הקרקע נוטים לסחף ולנגר, הכרוכים באובדן של חומרי מזון מהקרקע. שימוש בצילומי לוויין מאפשר לסדר מחדש את הקרקע לפי עקרון קו המפתח ^{[1][footnoteRef:4]}, היעיל במיוחד באדמות מרעה יבשות והרריות. עיקרון זה מזהה את זרימת המים הטבעית, ממטב את אספקת המים והדשן לתנועה הטבעית באמצעות עיצוב מדורג ומסייע במניעת נגר ובהפחתת דרישות המשאבים.

מחברי המאמר ‘חקרי מקרה: חקלאות רגנרטיבית בפעולה’ של המכון האירופי לחדשנות ולטכנולוגיה הבחינו, כי חווה אחת באיטליה חוותה הבדל משמעותי בגידול אזורי מרעה – המרעה התחתון הגיע לגובה של 1.8 מטר וכלל רכסים של כ-70 ס”מ בלבד. אולם, לאחר הטמעת תכן קו המפתח לא נצפה הבדל ניכר.^{[2][footnoteRef:5]}

רעייה מדויקת

צילומי לוויין יכולים לסייע גם בהערכת ההשפעות של משק החי על תוואי השטח, ומסייעים לדייק את המרעה באופן הממזער את הפגיעה בסביבה ומשפר את רווחת בעלי החיים. ניתן לשלב זאת עם פתרונות רעייה חכמים, המשלבים מודולי מיקום מדויק ותקשורת ‎IoT‎‏. כך, החקלאים יכולים לנטר את משק החי באופן יעיל יותר ולהרחיב את הגישה שלהם לאזורי מרעה נרחבים.

מודול המיקום ‎u-blox MAX-M10‎‏ מדגים רגישות גבוהה וצריכת חשמל נמוכה של ‎25mw‎‏, המסייעת להאריך את חיי הסוללה בשטח. ניתן לשלב מודולי מיקום מסוג זה עם מודול התומך ב-‎Bluetooth^®‎‏ (לדוגמה, מודולי ‎NORA-B1‎ ‏של ‎u-blox‎‏ התומכים ב-‎Bluetooth 5.2‎‏) לתקשורת ‎IoT‎‏ מקומית. לחלופין, פתרון כמו מודול ה-‎RF‎‏ מסדרה ‎SARA-R4‎‏ של ‎u-blox‎‏ משלב תקשורת ‎LTE‎‏ סלולארית ומערכת ניווט לוויינית גלובלית (‎GNSS‎‏) במודול יחיד.

איור 3: מודול SARA-R4 של u -blox משווק במארז SARA LGA זעיר ) × 26.0
16.0 מ”מ, 96 פינים( )מקור: ) Mouser Electronics

פריסת בינה מבוזרת

בהשוואה למערכות, המשתמשות בערכי סף קשיחים או במספר רגרסיות ליניאריות, מערכת המבוססת על למידת מכונה (‎ML‎‏) מציעה יכולת הסתגלות טובה יותר ומסוגלת לשפר ולשכלל את עצמה באופן שוטף ככל שעומדים לרשותה יותר ויותר נתונים. דוגמה למערכת מסוג זה היא מערכת ‎Edge Impulse‎‏ – פתרון שאינו תלוי בחומרה, המאפשר פריסה של בינה מבוזרת בקצה ולא בענן. מערכת זו מבטלת את הצורך בקישוריות לאינטרנט ומפחיתה את צריכת החשמל – מרכיבים בעלי חשיבות מכרעת.

הטכנולוגיה של Edge Impulse נפרסה באמצעות חומרה כגון לוח בקרת הקצה של ‎Arduino‎‏ כדי ליצור השקיה חכמה, המבוססת על למידת מכונה. בקר ה-‎Arduino‎‏ מיוצר במיוחד ליישומי חוץ כמו השקיה חכמה והידרופוניקה, מצויד בשש עשרה כניסות לחיישני ‎WATERMARK‎‏ הידרוסטטיים ותומך בחיי סוללה של שלושים וארבעה חודשים לסוללה של ‎12V/5Ah‎‏. הוא משלב קישוריות ‎Bluetooth‎‏ לתקשורת מקומית, וניתן להרחבה באמצעות מודמי ‎2G/3G/CatM1/NB-IoT‎‏, ‎LoRa^®‎‏, ‎Sigfox‎‏ ו-‎Wi-Fi^®‎‏ על ידי הוספת לוחות ‎MKR‎‏ תואמים של Arduino. חקר מקרה שנערך על ידי ‎Edge Impulse‎‏ שילב את בקר ה-‎Arduino‎‏ עם מערך של ממסרים וחיישנים הידרוסטטיים כדי לבנות מערכת בקרה ומשוב להשקיית יבול חכמה. מערכת זו נועדה למקסם את היבול, למזער את הרס הקרקע ולהפחית את פסולת המים.^{[1][footnoteRef:6]}

בניית חוות עמידות

התחדשות קרקע חכמה עוסקת בשילוב כלים ואסטרטגיות להחזרת הקרקע למצב המאפשר עיבוד. בפועל, פתרונות הדומים למתואר בחקר המקרה של ‎Edge Impulses‎‏ לא רק מאפשרים אספקה מבוקרת של משאבים כמו מים ודשנים – הם מספקים גם מנגנון משוב מורכב במסגרת פרויקט התחדשות גדול יותר.

חיישנים חכמים אמנם משמשים כנקודת מוצא יעילה לזיהוי בעיות משמעותיות הקשורות לבריאות הקרקע, אך מהווים חלק בלתי נפרד ממסגרת רחבה יותר של שיפור מתמיד. ניתוח חזותי, הנעזר בתצפית ישירה או בצילומי לוויין, מאפשר לחקלאים לאתר אזורים שחלוקת המים, ניהול הקרקע ותפוצת הצומח ומשק החי בהם מניבים תוצאות חיוביות. כמו כן, איסוף נתונים מחיישני השקיה וקרקע חכמים במקומות ספציפיים אלה מאפשר לחקלאים לקבוע משתנים כמו תכולת הלחות והמים ורמות ה-‎pH‎‏ המיטביות של הקרקע.

ניתן להשתמש במידע זה כדי לפתח מודלי ניבוי מורכבים יותר, המסוגלים להתייחס לתנאי מזג אוויר עתידיים, לתנועות בעלי חיים ולגורמים אחרים. מודלים אלה מאפשרים לנהל בקפדנות את משאבי הקרקע, לספקם לפי הצורך, למזער פסולת ולשפר את הנצילות הכוללת.

מיטוב העתיד

השילוב בין מוסר העבודה המדהים של תעשיית החקלאות לטכנולוגיה המתקדמת ביותר כבר רשם השפעה ניכרת ברחבי העולם. לפי בוסטון קונסלטינג גרופ (‎BCG‎‏), פרקטיקות רגנרטיביות עשויות להגדיל את הרווחיות החקלאית ב-‎70%‎‏ עד ‎120%‎‏ תוך הפחתת השימוש בדשנים ב-‎50%‎‏ והפחתת השימוש בחומרי הדברה ב-‎75%‎‏ – כל זאת תוך שמירה על התשואה או הגדלתה.^{[1][footnoteRef:7]}

חקלאות חכמה מאפשרת לנו לפעול קרוב יותר לטבע כדי לתקן את הפגיעה הנגרמת על ידי חקלאות יתר ומזג אוויר קיצוני. טכנולוגיה כמו חיישני קרקע וצילומי לוויין מאפשרת לנו להבין מה לא תקין בשטחי קרקע רחבי היקף באופן שבדיקות מעבדה פשוט אינן מאפשרות. כמו כן, כיוון שהציוד נשאר במקומו, ניתן להשתמש בו לתגבור האספקה של מים, חומרי הדברה ודשנים תוך הסתגלות מתמדת לשינויים בתנאי הקרקע ומזג האוויר, דבר המסייע לנו לעמוד באופן יעיל יותר בדרישות מזון עתידיות.

קרדיט: Kaspars Grinvalds/stock.adobe.com