Az automatizált mezőgazdaság és a fenntarthatóság – a második zöld forradalom – Neményi Miklós rendes tag székfoglaló előadása

Láng István emlékére

Neumann János szerint a tudományok főleg modelleket állítanak fel. Ma már az agrárium gyakorlata is igényli a modelleket, nélkülük az ökológiai (fenntarthatósági), az ökonómiai és az élelmiszer-minőségi elvárások nem teljesíthetők úgy, hogy a termőpotenciált is kihasználjuk, egyben a rendszer alkalmazkodóképességét (pl. klímaváltozásra) is növeljük. Az alkalmazott biológiai tudományterületeknél (medicina, mezőgazdaság, ökológia) gyakran megtörtént, hogy a forradalmian új technikai fejlődéssel a tudományos ismeretek nem tudtak lépést tartani: az újdonság előnyeinek gyakorlati kihasználása csak fáziskéséssel valósult meg. Így van ez a precíziós, helysajátos növénytermesztési technológiáknál is: új gondolkodásmódot és új háttértudást feltételeznek: biológiait, fizikait, kémiait, matematikait, műszakit, informatikait stb. Norman Borlaug (1914–2009, Nobel-békedíj: 1970, az MTA tiszteleti tagja) „zöld forradalma” elérkezett a második fázisba: a korszerű termesztési technológiákat fenntarthatóvá kell tenni.

Neményi Miklós Fotó: mta.hu/Szigeti Tamás

Képgaléria a székfoglaló előadásrólJoggal vetődik fel a kérdés: egy élő, biológiára alapozott termelési rendszert szabad-e automatizálni? David Tilman a Nature-ben (396, pp. 211–212) megjelent tanulmányában már 1998-ban jelezte, hogy a zöld forradalom „kizöldítése”, fenntarthatóvá tétele csak precíziós, vagyis automatizált módon valósítható meg. Hiányos tudásunk okozza pl. a tápanyagfelvétel rossz hatékonyságát: nitrogén esetén világméretben 30-50%, míg a foszfornál kb. 45% a fel nem használt tápanyagok aránya. Ezen elemek vegyületeinek jelentős része a talajvízbe, illetve a felszíni vizekbe kerül. A troposzférába és a sztratoszférába jutó NO_x-vegyületek 35%-a a növénytermesztésből származik (Tilman et al., Nature, 2002, 418, pp. 671–677). A természetes és agrár-ökoszisztémák határán folyamatos evolúciós folyamatok zajlanak, amelyek a természetes ökoszisztémák biocönózisát és egyéb jellemzőit is befolyásolják.

Elérkeztünk oda, hogy nem döntéstámogató, hanem döntéshozó modellekről beszélünk, amelyek a mesterséges intelligencia elemeit is használják. Ehhez azonban a 10…100 ha-os vagy ennél nagyobb táblákat kezelési egységekre, menedzserzónákra kell felosztani. A kezelési egység méretét pl. a fuzzy logika felhasználásával tudjuk meghatározni. Műszaki oldalról nincsenek alsó korlátok, akár 1 m²-nél kisebb területre is feloszthatjuk a táblát, a kezelés akár növényi egyedre is összpontosíthat. A menedzserzónákban a termelési körülmények (topográfiai, talajfizikai, -kémiai és -biológiai jellemzők, korábbi technológiai beavatkozások stb.) homogénnek tekinthetők. Ezek figyelembevételével „írják elő” a döntéshozó modellek a kezelési egységre szabott technológiák műveleteit (talajművelés, tőszám, műtrágyamennyiség, vetésmélység stb.): az utasításokat robotok hajtják végre.

A döntéshozó növényfiziológiai modellek a korábban gyűjtött adatokat, valamint a menet közben mért jellemzőket egyaránt figyelembe véve optimalizálnak (akár a növények növekedését és fejlődését is követve): 50-60 változót vesznek figyelembe, talajnál pl. ebből 20-30-at. Ilyen adathalmaz felvétele és feldolgozása hagyományos módszerekkel nem lehetséges. A bármely időben és térben, különböző platformokon (műholdas, repülőgépes, drónos és földközeli) gyűjtött adatokat a talajban mozgatott szenzorok és a telepített mérőberendezések által szolgáltatott információk egészítik ki. A folyamatosan fejlődő műszaki-térinformatikai rendszer segíti az ökológiai szimulációs modellek ellenőrzését is.

Hasznos információkat kapunk továbbá a termodinamikai törvények alkalmazási lehetőségeiről az egymás mellett létező természetes és agrár-ökoszisztéma egységes egészként történő elemzésekor (Gödel nemteljességi tétele): Hogyan tudjuk a két dinamikus, de termodinamikai értelemben is különböző szomszédos ökoszisztémát a jelentős diverzitásgradiens ellenére fenntartható állapotban tartani? „A klasszikus termodinamika egy csodálatos, de töredékes tan (…) csak a zárt egyensúlyi rendszerekre alkalmazható. Ennél fogva olyan szélesebb körű elméletre van szükség, amely kompromisszumot jelent az egyensúlyi és a nemegyensúlyi állapotok között” (Prigogine, 1947).