Có thể thấy, những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số đã tác động mạnh mẽ đến nền nông nghiệp, cùng với sự phát triển đó là thách thức đặt ra như diện tích đất trồng trọt hạn chế, nguồn nước giảm dần và biến đổi khí hậu,…Đây chính là bài toán mà người nông dân cần lời giải cho câu hỏi làm thế nào để với diện tích đất trồng trọt như vậy mà sản lượng nông nghiệp được nâng cao để đáp ứng nhu cầu lương thực trong tương lai?
Hệ thống thông tin địa lý (GIS) cùng với các công nghệ khác như viễn thám, trí tuệ nhân tạo, hệ thống tính toán và phân tích dữ liệu chính là câu trả lời cho người nông dân giúp việc giám sát, quản lý và dự đoán sản lượng nông sản hiệu quả.
Lợi ích của việc ứng dụng GIS vào dự đoán sản lượng nông sản
Theo dõi cây trồng và dự đoán sản lượng nông sản
Hoạt động theo dõi sự phát triển, sức khỏe cây trồng và dự đoán chính xác năng suất rất quan trọng, không chỉ để ước tính lợi nhuận kinh tế mà còn để dự đoán sản lượng nông sản, từ đó giúp quản lý an ninh lương thực được hiệu quả. Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, các phương pháp ước tính năng suất cây trồng truyền thống có thể dẫn đến việc đánh giá sản lượng không đúng và đánh giá diện tích cây trồng không chính xác. Hơn nữa, các phương pháp này đòi hỏi việc thu thập dữ liệu cây trồng và năng suất thường xuyên, gây tốn kém thời gian và công sức.
Thay vì sử dụng phương pháp truyền thống để theo dõi và dự đoán sản lượng nông sản, thì khi ứng dụng GIS sẽ giúp người nông dân đánh giá sự biến đổi theo thời gian và không gian về tình trạng của cây trồng và dự đoán sản lượng nông sản theo mùa vụ hiệu quả.
Tất cả hình ảnh dữ liệu không gian địa lý được cảm biến từ xa do vệ tinh hoặc máy bay không người lái (UAV) ghi lại để thu thập thông tin về đặc điểm của cây trồng và đặc điểm của đất, từ đó cho phép đánh giá sức khỏe cây trồng, về dịch bệnh, sâu bệnh đang hoành hành hoặc những sai lệch so với tình hình tăng trưởng do hạn hán hoặc các yếu tố sinh học khác. Nhờ những dữ liệu trực quan, người nông dân có thể đánh giá những thay đổi của cây trồng, dự đoán sản lượng nông sản, đồng thời có những can thiệp kịp thời để cải thiện hoặc nâng cao năng suất cây trồng.
Ví dụ: Một phương pháp thường được sử dụng để đánh giá sức khỏe cây trồng là dựa trên việc xác định các chỉ số thảm thực vật được tính toán nhờ phản xạ bề mặt từ các tán cây trồng ở hai hoặc nhiều bước sóng. Nó có thể là chỉ số về động lực phát triển của cây trồng, các yếu tố sinh học hoặc phi sinh học và các yếu tố khác.
Theo một nghiên cứu gần đây, các trang trại nhỏ chiếm 84% tổng số trang trại trên toàn thế giới nhưng chỉ có khoảng 12% diện tích đất nông nghiệp và sản xuất khoảng 35% sản lượng lương thực trên thế giới. Việc sử dụng máy bay không người lái để thu thập và tận dụng dữ liệu để đánh giá sự tăng trưởng và động lực phát triển của cây trồng đã được chứng minh là rất quan trọng để người nông dân thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời và thích hợp nhằm duy trì hoặc tăng năng suất.
Một nghiên cứu gần đây ở Nam Phi đã đánh giá tiện ích của hình ảnh mà máy bay không người lái đem lại, nhờ các hình ảnh đa mặt và thuật toán giúp ước tính hàm lượng diệp lục của ngô ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau và tạo bản đồ biến đổi diệp lục ghi lại sự không đồng nhất trong không gian của diệp lục trên đồng ruộng, từ đó giúp nông dân thực hiện các hành động quản lý, dự đoán sản lượng nông sản, thâm canh bền vững và có những điều chỉnh phù hợp để tăng sản lượng cây trồng.
>>Tìm hiểu thêm về ứng dụng GIS trong nông nghiệp đã giúp phát triển nền nông nghiệp cao như thế nào?
Canh tác chính xác
Canh tác chính xác là hoạt động áp dụng các công nghệ và nguyên tắc để quản lý sự biến đổi không gian và thời gian liên quan đến tất cả các khía cạnh của sản xuất nông nghiệp. Mục tiêu chính của canh tác là quản lý tốt các yếu tố đầu vào như hạt giống, phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và cung cấp lượng nước phù hợp vào đúng nơi và đúng thời điểm.
Ứng dụng GIS trong nông nghiệp là giải pháp cần thiết để thu thập thông tin không gian địa lý về đất-thực vật-động vật theo hướng khai thác thông tin chi tiết, tận dụng những dữ liệu đó để đưa ra các phương pháp điều trị cụ thể theo từng khu vực xảy ra dịch bệnh nhằm cải thiện năng suất nông nghiệp.
Trong khi GIS đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập và phân tích dữ liệu, thì một công nghệ quan trọng khác giúp triển khai các ứng dụng chính xác bằng cách tận dụng đầu vào của ba công cụ này là công nghệ tốc độ thay đổi (VRT). Hệ thống VRT lấy tất cả các thông tin cần thiết về một lĩnh vực như bản đồ đất, dự đoán sản lượng nông sản, sự xâm nhập của sâu, bệnh và cỏ dại, và chúng xác định số lượng phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và các đầu vào khác và đảm bảo việc sử dụng chúng đúng nơi và đúng lúc tiết kiệm chi phí đầu vào.
Ứng dụng GIS vào hoạt động canh tác nông nghiệp sẽ trải qua 3 giai đoạn: Giai đoạn chuẩn bị hoặc trước khi gieo hạt trồng cây, giai đoạn phát triển của cây trồng và giai đoạn thu hoạch.
Giai đoạn chuẩn bị: Đây thực chất là giai đoạn lập kế hoạch bao gồm việc thu thập dữ liệu trước khi trồng, tình trạng dinh dưỡng của đất, nước ngầm, các cây trồng trước và ảnh hưởng còn lại của chúng đối với các cây trồng tiếp theo và dữ liệu về sâu bệnh, và cỏ dại có vấn đề trong diện tích canh tác đó có thể ảnh hưởng đến năng suất của cây trồng sẽ được trồng. Một hoạt động chính trong giai đoạn chuẩn bị là lập bản đồ về đất và dự đoán chính xác các đặc tính của đất là rất quan trọng cho các can thiệp canh tác chính xác và sự phát triển của mùa vụ.
Giai đoạn sinh trưởng của cây trồng: Nhờ những thông tin và dữ liệu thu thập được trong giai đoạn chuẩn bị mà người nông dân có thể xây dựng và thực hiện các phương pháp quản lý vấn đề tưới tiêu, độ phì nhiêu của đất và bảo vệ cây trồng khỏi các áp lực sinh học và phi sinh học. Những hình ảnh vệ tinh, hệ thống GPS và GIS cho phép đánh giá các đặc điểm thực vật, sự phát triển, sức khỏe và cũng như thu thập thông tin về đất và sự xâm nhập của sâu bệnh, tất cả đều có thông tin chính xác về không gian địa lý. Các chỉ số mà GIS cung cấp về phản xạ quang phổ và thảm thực vật của các loại cây trồng đang được theo dõi đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý chất dinh dưỡng, mật độ nước chính xác trong quá trình canh tác và dự đoán sản lượng nông sản trong mùa vụ đó.
Giai đoạn thu hoạch: Giai đoạn cuối cùng này phục vụ mục đích kép là dự đoán sản lượng nông sản cuối cùng (năng suất) chính xác kéo dài thời gian của vụ mùa và tận dụng dữ liệu năng suất này để xây dựng chiến lược cho vụ mùa tiếp theo. Dữ liệu thu thập được ở giai đoạn thu hoạch được tải vào GIS để phân tích nhằm tạo ra các bản đồ và thông tin chi tiết để sử dụng trong tương lai, nhấn mạnh vai trò trung tâm của GIS trong canh tác chính xác.
Giám sát và lập bản đồ năng suất là một thành phần quan trọng của canh tác chính xác. Mục đích dự đoán sản lượng nông sản là cung cấp cho người nông dân hoặc nhà nghiên cứu đánh giá chính xác về sự thay đổi năng suất trên đồng ruộng và khi kết hợp với GPS, nó có thể cung cấp dữ liệu để tạo bản đồ năng suất. Thông tin về các phép đo năng suất và bối cảnh không gian địa lý là rất quan trọng đối với canh tác chính xác vì nó giúp hình thành các điều chỉnh cần thiết cho các quyết định quản lý cho mùa vụ tiếp theo.
Việc sử dụng GIS trong nông nghiệp đã tăng với tốc độ nhanh chóng trong những thập kỷ gần đây và số lượng ứng dụng cũng như sự nổi bật của GIS đã được tăng cường hơn nữa, những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số đã tận dụng GIS như một công nghệ đối tác thiết yếu cho hoạt động đánh giá cây trồng, đất và môi trường. Sự ra đời của GIS đặc biệt hiệu quả khi được ứng dụng trong hoạt động giám sát cây trồng theo mùa vụ, dự đoán sản lượng nông sản và canh tác chính xác.
