ThS. Cù Phúc Thành

Viện Nghiên cứu Kinh tế & PTNNL, Trường ĐH Kinh tế & QTKD

Giới thiệu

Trong tương lai gần, thế giới tất yếu sẽ phải sản xuất nông nghiệp theo các nguyên tắc Kinh tế tuần hoàn, tức là phải chuyển đổi nền Nông nghiệp tuyến tính sang nền Nông nghiệp tuần hoàn. Tuy nhiên, vấn đề chuyển đổi sang Nông nghiệp tuần hoàn không hề là vấn đề dễ dàng mà cực kỳ khó khăn, không những do phải thay đổi căn bản và toàn diện những yếu tố cơ bản như hệ thống cơ sở hạ tầng sản xuất, kinh doanh; công nghệ; mô hình phân phối và tiêu dùng sản phẩm, v.v... mà còn do các công nghệ nông nghiệp hiện đang sử dụng không thể bảo đảm được năng suất và sản lượng đủ để phục vụ nhu cầu thiết yếu của nhân loại nếu như các công nghệ này phải được sử dụng trong điều kiện tuân thủ các nguyên tắc Kinh tế tuần hoàn. Để giải quyết vấn đề "tiến thoái lưỡng nan này thì cứu cánh duy nhất chỉ có thể là các công nghệ nông nghiệp mới, các công nghệ bảo đảm được đồng thời hai tính năng: vừa tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc Kinh tế tuần hoàn vừa bảo đảm năng suất, sản lượng cao cho nông nghiệp.

Nền nông nghiệp tương lai sử dụng các công nghệ mới này được gọi là Nông nghiệp 4.0 - nền nông nghiệp sử dụng các công nghệ tiên tiến nhất. Nông nghiệp 4.0 sử dụng kết hợp các công nghệ sau đây: Công nghệ sinh học, Kỹ thuật số, Trí tuệ nhân tạo (AI), Kết nối vạn vật (IoT), Dữ liệu lớn (Big Data), Robot thế hệ mới, Máy in 3D, Máy bay không người lái (Drone), các vật liệu mới và công nghệ Nano. Do đó, Nông nghiệp công nghệ cao cũng có thể hiểu là Nông nghiệp 4.0. Nông nghiệp 4.0 có tiềm năng rất lớn để trở thành công cụ hết sức đắc lực giúp hiện thực hóa NNTH nên cũng cần được đề cập khái quát. Bài viết này giới thiệu những nội dung cơ bản của Nông nghiệp 4.0 và vai trò của Nông nghiệp 4.0 đối với Nông nghiệp tuần hoàn.

 

1          Sự cần thiết của Nông nghiệp 4.0

Matthieu De Clercq và cộng sự (2017) cho rằng ngành nông nghiệp thế giới đang đối mặt với các thách thức: (1) Dân số và mức đô thị hóa của thế giới tăng rất cao khiến cầu về lương thực, thực phẩm có nguy cơ vượt quá khả năng đáp ứng của ngành nông nghiệp; (2) Mức sử dụng tài nguyên thiên nhiên cho sản xuất nông nghiệp đã trở nên quá mức cung cấp của trái đất; (3) Biến đổi khí hậu khiến cho năng suất nông nghiệp tụt giảm; (4) Lãng phí lớn về thực phẩm gây ô nhiễm lớn cho môi trường. Hậu quả là tình trạng đói nghèo trên thế giới. Giải pháp để vượt qua các thách thức này là phải thực hành Nông nghiệp 4.0.

2          Nội dung Nông nghiệp 4.0

Theo Matthieu De Clercq và cộng sự (2017), nội dung của Nông nghiệp 4.0 là: khác biệt hóa sản xuất bằng kỹ thuật mới; sử dụng công nghệ mới đưa sản xuất thực phẩm đến người tiêu dùng; kết hợp các công nghệ và ứng dụng đa ngành, xuyên ngành.

2.1       Khác biệt hóa sản xuất bằng kỹ thuật mới

2.1.1    Thủy canh không bám đất (Hydroponics)

Đây là một phương pháp nuôi trồng thủy canh, trồng cây mà không cần đất, sử dụng dung dịch dinh dưỡng khoáng trong dung môi nước. Ví dụ, Công ty Sundrop có trụ sở tại Úc đã phát triển công nghệ nước biển thủy canh kết hợp: năng lượng mặt trời, công nghệ khử mặn và công nghệ nông nghiệp để trồng rau. Hệ thống này bền vững, không dựa vào nhiên liệu hóa thạch (thay vào đó là lấy năng lượng từ mặt trời) và không cần đất. Kết quả là sản xuất được lượng rau tương đương với sản lượng được trồng theo phương pháp truyền thống.

2.1.2    Chế biến thức ăn chăn nuôi từ tảo

Hiện nay, chỉ một tỷ lệ nhỏ sản lượng cá toàn cầu được con người tiêu dùng, phần còn lại được sử dụng làm thức ăn gia súc bằng cách chế biến thành bột cá. Tuy nhiên, sản lượng đánh bắt cá của thế giới ngày nay khó có thể được tăng lên một cách bền vững. Tảo được nuôi ở các địa điểm nuôi trồng thủy sản có thể trở thành một chất thay thế cho thức ăn chăn nuôi từ bột cá. Chi phí nuôi tảo tiết kiệm từ 60% đến 70% so với bột cá. Thêm vào đó, tảo là một nguồn nguyên liệu đáng tin cậy hơn, do tính sẵn có của nó không phụ thuộc vào việc đánh bắt cá.

2.1.3    Nông nghiệp sa mạc và canh tác trên đất ngập mặn

Phần mặt đất chỉ chiếm 29% bề mặt địa cầu, trong đó có một phần ba là sa mạc. Để giải quyết khủng hoảng lương thực, phải biến sa mạc và biển thành nơi sản xuất lương thực, điều này cần những nỗ lực nghiên cứu rất lớn về các yếu tố sinh học và phi sinh học có liên quan để tạo ra các cây trồng trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, hạn hán và muối.

2.1.4    Bao bì bền vững: Nhựa sinh học

Các công nghệ và giải pháp mới còn liên quan tới cả khâu đóng gói thực phẩm. Nhựa sinh học tạo ra một loại bao bì có thể phân hủy, có thể tái chế, khi bỏ đi sẽ phân hủy và không để lại dư lượng độc hại.

2.2       Sử dụng công nghệ mới đưa sản xuất thực phẩm đến người tiêu dùng

Việc vận chuyển thực phẩm đường dài ngoài vấn đề làm tăng giá sản phẩm thì còn làm tăng khí thải carbon. Vì vậy, cần phải tìm cách sản xuất thực phẩm để tiêu dùng “tại chỗ” cho các khu đô thị đông đúc. Có các công nghệ sau đây:

2.2.1 Canh tác theo phương thẳng đứng và canh tác trong đô thị

Canh tác theo phương thẳng đứng là quá trình trồng thực phẩm trong các lớp xếp chồng lên nhau theo chiều cao, sản xuất thực phẩm ở những nơi không có đất phù hợp. Hình thức canh tác này được thực hiện ở đô thị, sử dụng phương pháp trồng đất, thủy canh hoặc khí canh. Quá trình này sử dụng ít nước hơn 95%, ít phân bón và chất bổ sung dinh dưỡng, không thuốc trừ sâu, đồng thời tăng năng suất.

2.2.2    Biến đổi gen và thịt nuôi cấy

Công nghệ lặp lại Palindromic ngắn (CRISPR) được phân cụm, xen kẽ thường xuyên không chỉ có thể tạo ra các giống có năng suất cải thiện và khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi mà còn có thể nhân giống cây trồng có vitamin, chất dinh dưỡng và khoáng chất cần thiết làm thức ăn cho động vật. Thịt nuôi cấy là một công nghệ tiên tiến có nhiều tiềm năng to lớn đối với an ninh lương thực, môi trường.

2.2.3    Áp dụng công nghệ in 3D vào thực phẩm

In 3D (còn được gọi là sản xuất phụ gia) là một quá trình theo đó các lớp vật liệu được hình thành để tạo ra các vật thể, trong trường hợp này là các món ăn quen thuộc. In 3D có thể được sử dụng để thay thế các thành phần cơ bản của thực phẩm bằng các chất tái tạo như tảo, bèo tấm và cỏ.

2.3       Kết hợp các công nghệ và ứng dụng đa ngành, xuyên ngành

Kết hợp các công nghệ và ứng dụng đa ngành, xuyên ngành như: Kết nối vạn vật (IoT), Trí tuệ nhân tạo (AI), Tự động hóa các kỹ năng và lực lượng lao động, Canh tác theo hướng chỉ dẫn của dữ liệu, Trợ lý ảo (Chatbots) sẽ cung cấp các công nghệ nông nghiệp sau đây:

2.3.1    Công nghệ máy bay không người lái (Drone)

Công nghệ máy bay không người lái đang mang lại cho nền nông nghiệp một sự lột xác công nghệ cao. Dưới đây là sáu cách máy bay không người lái sẽ được sử dụng trong suốt chu kỳ cây trồng:

• Phân tích đất và thực địa: Bằng cách tạo bản đồ 3D chính xác để phân tích đất sớm, máy bay không người lái có thể đóng một vai trò trong việc lập kế hoạch gieo hạt và thu thập dữ liệu để quản lý lượng nước tưới và nitơ.
• Trồng cây: Các công ty khởi nghiệp đã tạo ra các hệ thống trồng cây bằng máy bay không người lái giúp giảm 85% chi phí trồng cây. Các hệ thống này bắn hạt và chất dinh dưỡng vào đất, cung cấp tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng.
• Phun cây trồng: Máy bay không người lái có thể phun hóa chất cho cây trồng một cách phủ kín, đều khắp và nhanh hơn 5 lần so với máy móc truyền thống.
• Giám sát cây trồng: Với máy bay không người lái, hoạt ảnh theo chuỗi thời gian có thể cho thấy sự phát triển của cây trồng và tiết lộ sự kém hiệu quả trong sản xuất, cho phép quản lý tốt hơn.
• Tưới tiêu: Máy bay không người lái cảm biến có thể xác định phần nào của cánh đồng bị khô, cần tưới tiêu.
• Đánh giá sức khỏe cây trồng: Bằng cách quét cây trồng bằng ánh sáng nhìn thấy và tia cận hồng ngoại, máy bay không người lái có thể giúp theo dõi những thay đổi của cây trồng, cho biết sức khỏe của chúng  và cảnh báo cho nông dân về dịch bệnh.

2.3.2    Blockchain

Công nghệ Blockchain có thể giảm thiểu sự kém hiệu quả và gian lận, cải thiện an toàn thực phẩm, cho phép các cơ quan quản lý nhanh chóng xác định nguồn gốc của thực phẩm bị ô nhiễm và xác định phạm vi của các sản phẩm bị ảnh hưởng trong sự cố ô nhiễm, phát hiện các điểm nghẽn gây hư hỏng thực phẩm.

2.3.3    Công nghệ Nano và nông nghiệp chính xác

Cuộc cách mạng nông nghiệp mới sẽ là nông nghiệp chính xác, được thúc đẩy bởi công nghệ Nano. Các hạt Nano được chuyển đến cây trồng và các cảm biến sinh học tiên tiến để canh tác chính xác. Phân bón, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ được đóng gói Nano sẽ giải phóng các chất dinh dưỡng và hóa chất nông nghiệp một cách chậm và bền vững, dẫn đến liều lượng chính xác cho cây trồng, như vậy sẽ tránh gây ra thất thoát lãng phí, ô nhiễm môi trường đồng thời lại bảo vệ thực vật và điều trị bệnh tốt hơn.

2.3.4    Chia sẻ thực phẩm và trồng trọt theo số đông (Crowdfarming)

Nền kinh tế chia sẻ cũng có vai trò trong việc ngăn ngừa lãng phí thực phẩm. Các cộng đồng có thể chia sẻ hàng hóa và dịch vụ bằng cách xây dựng một ứng dụng kết nối mọi người với hàng xóm và các cửa hàng địa phương để thực phẩm dư thừa có thể được chia sẻ, thay vì bỏ đi. Trồng trọt theo số đông là tạo ra một hệ thống trong đó người dân có quyền sở hữu đối với cây cối và đất đai mà người nông dân canh tác. Bằng cách này, sản phẩm của những cây đó sẽ đến tay chủ sở hữu, tạo ra mối liên kết trực tiếp giữa sản xuất và tiêu thụ, tránh sản xuất dư thừa và lãng phí theo chuỗi giá trị.

2.4       Vai trò của Nông nghiệp 4.0 đối với Nông nghiệp tuần hoàn

Qua khảo sát tổng quan tài liệu nghiên cứu về KTTH, NNTH và Nông nghiệp 4.0 ta thấy rõ ràng rằng trong tương lai không xa, Nông nghiệp 4.0 chính là chìa khóa then chốt để có thể biến NNTH trở thành hiện thực. Những vai trò nổi bật nhất của Nông nghiệp 4.0 đối với NNTH bao gồm:

2.4.1    Cho phép tiết kiệm và sử dụng có hiệu quả hơn các tài nguyên cơ bản của nông nghiệp là đất và nước

Với các kỹ thuật và công nghệ mới như thủy canh không bám đất, canh tác theo phương thẳng đứng và canh tác đô thị, biến đổi gen và thịt nuôi cấy, in 3D, việc sản xuất sẽ tiết kiệm được rất nhiều hai tài nguyên cơ bản của nông nghiệp là đất và nước, bảo đảm nguyên tắc sử dụng ít tài nguyên của KTTH. Kỹ thuật nông nghiệp sa mạc và canh tác trên đất ngập mặn cho phép sử dụng đất nông nghiệp có hiệu quả hơn, bảo đảm nguyên tắc tối ưu hóa sử dụng tài nguyên của KTTH. Công nghệ máy bay không người lái và các thiết bị có lắp biến cảm ứng giúp phát hiện chính xác khu vực cây trồng thiếu nước và tự động tưới một lượng nước vừa đủ chỉ cho khu vực đó chứ không cần phải tưới đại trà khắp cánh đồng, qua đó giúp tiết kiệm tài nguyên nước.

2.4.2    Cho phép tạo ra các sản phẩm nông nghiệp sạch, có độ an toàn cao và có chất lượng cao

Bên cạnh việc giúp tiết kiệm và sử dụng đất và nước nông nghiệp có hiệu quả hơn, các kỹ thuật và công nghệ mới như thủy canh không bám đất, canh tác theo phương thẳng đứng và canh tác đô thị, biến đổi gen và thịt nuôi cấy, in 3D còn cho phép tạo ra các sản phẩm nông nghiệp sạch, có độ an toàn cao và có chất lượng cao.

2.4.3    Cho phép tạo ra các loại năng lượng và nguyên liệu đầu vào mới, có tính tái sinh, tính phục hồi cao hơn và thân thiện với môi trường hơn

Các kỹ thuật kiểu như chế biến thức ăn chăn nuôi từ tảo cho phép tạo ra nguồn nguyên liệu thay thế mới, rất dồi dào và thân thiện với môi trường cho ngành nông nghiệp, đồng thời giảm việc khai thác quá mức các nguồn tài nguyên khác (như cá), qua đó góp phần bảo vệ sinh thái và đa dạng sinh học. Các kỹ thuật như bao bì sinh học giúp tạo ra chất thải có thể tái chế hoặc không gây ra ô nhiễm môi trường. Các kỹ thuật như thủy canh không bám đất cho phép sử dụng nguồn năng lượng không gây ra khí nhà kính có thể tái tạo vô tận như năng lượng mặt trời.

2.4.4    Cho phép có thể sử dụng các nguyên liệu đầu vào quan trọng như phân bón, thuốc bảo vệ thực vật một cách tiết kiệm, có hiệu quả tối ưu, giảm thiểu đến mức cao nhất tác động tiêu cực đến môi trường

Nông nghiệp chính xác với công nghệ Nano phân giải phân bón,thuốc bảo vệ thực vật chậm và bền vững, với liều lượng chính xác giúp cho việ sản xuất nông nghiệp có thể bảo đảm được điều này một cách tối ưu.

2.4.5    Cho phép chuỗi thực phẩm được bảo vệ tốt và không bị thất thoát, lãng phí

Công nghệ Blockchain, nền kinh tế chia sẻ và trồng trọt theo số đông góp phần tránh lãng phí thực phẩm và tránh gây ô nhiễm môi trường.

2.4.6    Cho phép thiết lập các vòng lặp tuần hoàn trong nông nghiệp dễ dàng hơn, tinh vi hơn và có tính “đóng kín” cao hơn

Các thiết bị hiện đại của Nông nghiệp 4.0 có sử dụng biến cảm ứng và trí tuệ nhân tạo sẽ trợ giúp hết sức đắc lực cho việc thiết kế các quy trình chu chuyển tuần hoàn của nông nghiệp. Bên cạnh đó, các thiết bị này cũng giúp cho việc giám sát sự vận hành của các quy trình được tốt hơn, nhanh chóng phát hiện các lỗ hổng rò rỉ năng lượng, nguyên vật liệu, sản phẩm chính, sản phẩm phụ, v.v… một cách chính xác, đồng thời cũng sẽ giúp xác định giải pháp tối ưu để khắc phục các lỗ hổng và tự động thực hiện các giải pháp đó một cách kịp thời.

Từ vai trò then chốt nói trên của Nông nghiệp 4.0 có thể thấy rằng việc phát triển NNTH ngày nay không thể không tính đến việc áp dụng công nghệ Nông nghiệp 4.0.

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

De Clercq, Vats, A., Biel, A. (2018). Agriculture 4.0: the future of farming technology. World Government Summit. https://www.worldgovernmentsummit.org/api/publications/document?id=95df8ac4-e97c-6578-b2f8-ff0000a7ddb6

European Commission (2017). Industry 4.0 in agriculture: Focus on IoT aspects. https://ec.europa.eu/growth/tools-databases/dem/monitor/sites/default/files/DTM_Agriculture%204.0%20IoT%20v1.pdf