TRM216U-TARIM 4.0
Ünite 1: Tarım 4.0’a Giriş
Giriş
Tarım, insanlığın temel yaşam kaynağı olan gıdayı üretme sürecidir ve bu sektör sadece ekonomik olarak değil, aynı zamanda toplumların varlığını sürdürebilmesi için kritik bir öneme sahiptir. Ancak tarım sektörü küresel iklim değişiklikleri, arazi kullanımındaki değişiklikler, su kaynaklarının azalması ve gıda güvenliği gibi farklı zorluklarla karşı karşıyadır. Teknolojinin, tarım sektörünün karşılaştığı bu zorlukları aşmada kilit bir rol oynayacağı düşünülmektedir. Endüstri 4.0 ve tarımın entegrasyonu, tarım sektörünü bir sonraki nesle, yani Tarım 4.0’a dönüşmesine fırsat sağlamıştır. Tarım 4.0, tarımı dijitalleştirme ve otomasyonun birleşiminden doğan bir dönüşümü temsil etmektedir.
Tarım 4.0’ın Tanımı ve Kısa Tarihi
Günümüzde dijitalleşmenin getirdiği yeniliklerle birlikte tarım, daha önce görülmemiş bir dönüşüm sürecinden geçmektedir. Tarım 4.0, bu yeni çağın bir ifadesi olarak tarım sektörüne yapay zekâ, nesnelerin interneti ve büyük veri gibi ileri teknolojileri kazandırmıştır.
Tarihsel Gelişim ve Dönüşüm Aşamaları
Tarım 1.0, tarımsal evrimin ilk adımı ve küçük çiftçilerin emek yoğun bir üretim modeliyle genel ihtiyaçlarını karşılamaya odaklandığı bir dönemi temsil eder. Sürekli bir dönüşümün hâkim olduğu tarım sektöründe, 20. yüzyılın ikinci yarısında Tarım 2.0 dönemi başlamıştır. “Yeşil Devrim” olarak adlandırılan bu dönemde, tarımın daha verimli hâle gelmesi amacıyla yeni tohum çeşitleri, sentetik pestisitler ve daha etkili tarım makineleri kullanılmaya başlanmıştır. 1990’lı yıllar, Tarım 3.0 döneminin başlangıcını işaret eder. Bu dönem, Küresel Konumlama Sistemi (GPS) teknolojisinin yaygınlaşmasıyla birlikte ortaya çıkmış ve Hassas Tarım olarak adlandırılmıştır. GPS kullanımı, tarım sistemlerini konum belirleme imkânı ile optimize edilmesine fırsat sunarak düşük girdi, yüksek etkinlik ve sürdürülebilirlik açısından önemli bir dönemeç oluşturmuştur. Hassas tarım uygulamalarının sunduğu avantajları;
1. Girdi maliyetlerinin azaltılması, 2. Çevre kirliliğinin en aza indirilmesi, 3. Ürün veriminde artış, 4. Doğru işletmecilik kararlarının alınabilmesi, 5. Satış ve satış sonrası üretim periyotları için gerekli olan işletme kayıtlarının daha etkin bir şekilde tutulabilmesi
Tarım 4.0’ın Tanımı ve Ana Hedefleri
Endüstri 4.0’ın sanayi sektöründe başlattığı dönüşüm, 2010 yılından sonra tarım sektörüne de yansımış ve böylece Tarım 4.0’ın temelleri atılmıştır. Tarım 4.0, dijitalleşme ve otomasyonun bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır. Büyük ölçüde hassas tarım teknolojisinden yararlanıldığı Tarım 4.0’da mevcut tüm bilgi ve uzmanlığı kullanmak ve sürdürülebilir süreçlerin otomasyonunu sağlamak amacıyla
akıllı ağlara ve veri yönetimi araçlarına da başvurulmaktadır. Tarım 4.0, tarım sektörünü geleceğe taşıyan bir dönemi temsil eder. Bu dönem hem bitkisel üretimde hem de hayvancılıkta çiftçilere daha akıllı ve sürdürülebilir tarım yapma imkânı sunarak verimliliği artırmayı, maliyetleri azaltmayı ve çevresel sürdürülebilirliği sağlamayı amaçlar.
Tarım 4.0’ın temelini oluşturan teknolojiler arasında akıllı sulama sistemleri, insansız hava araçları ve diğer gelişmiş ekipmanlar bulunur. Bu uygulamalar, ekilebilir arazi üzerine otomatik olarak tohum, gübre, ilaç ve su dağıtarak, verimliliği en üst düzeye çıkarmayı amaçlar. Ayrıca, modern teknolojilerle tarımsal faaliyetlerin izlenmesi, robotik ve yapay zekâ kullanımıyla çiftçilere doğru ve anında bilgi sağlanması, Tarım 4.0’ın önemli özelliklerindendir. Geleceğin tarımı olarak nitelendirilen akıllı tarım, tarım sektöründe yaşanacak ani değişimlerden etkilenmemek için gerçek zamana dayalı doğru tahminleri çiftçilere sunmaktadır.
Tarımın Geleceği İçin Tarım 4.0’ın Önemi
Tarım 4.0, sadece bugünün tarım uygulamalarını iyileştirmekle kalmaz; aynı zamanda gelecekte tarımın nasıl şekilleneceğine dair bir vizyon sunmayı amaçlar. Tarımda dijitalleşme ve otomasyon, sektöre hem ekonomik hem de çevresel anlamda büyük kazanımlar sağlamaktadır.
Sürdürülebilir Tarım İçin Atılan Adımlar
Sektörün geleceği açısından sürdürülebilirlik büyük önem taşımaktadır. Ancak günümüzde tarım sektörünün karşı karşıya olduğu sorunlar hâlen bir tartışma konusudur. Özellikle dünya nüfusunun artmasıyla birlikte artan besin ihtiyacı, dengesiz kullanılan kimyasal girdiler sonucunda artan çevre kirliliği, yükselen girdi maliyetleri ve kırdan kente göçler sonucu artan iş gücü ihtiyacı sektörün başlıca sorunları arasında yer almaktadır. Bu sorunların üstesinden gelinmesi ve tarımsal sürdürülebilirliğin sağlanması aşamasında teknolojik uygulamalardan yararlanmak kaçınılmazdır.
Tarımda teknolojik dönüşümün en önemli adımlarından olan ve Tarım 4.0’ın en önemli temel taşlarından olan hassas tarım uygulamalarında da ana amaçlardan biri; teknolojinin, ekonomik ve çevreyi koruma amaçlı üretim faaliyetlerinde kullanılmasıdır. Bu kapsamda hassas tarımda en çok kullanılan uygulama, traktöre yerleştirilen sensörler sayesinde uygulanan “Değişken Oranlı Girdi Uygulaması”dır. Bu uygulama sayesinde toprağın ihtiyaç duyduğu bitki besin miktarı belirlenebilmekte hem verimde artış hem de kimyasal gübre kullanımında azalma sağlanabilmektedir. Bu durum daha çevreci bir üre- timi yaygınlaştırdığı gibi aynı zamanda girdi maliyetlerini de düşürmektedir.
Tarım 4.0’ın Sürdürülebilirliğe Katkıları
Hassas tarımın devamı olarak nitelendirilen Tarım 4.0 (Akıllı Tarım) uygulamaları ile hassas tarımda uygulanan değişken oranlı girdi uygulamasının daha da ötesine
geçilmiş, yeni teknolojiler kullanılmaya başlanmıştır. Bu teknolojilerden bir tanesi “Akıllı Sulama Sistemleri”dir (Kitabın 9. sayfasındaki şekil 1.6'da gösterildiği gibi).
Akıllı sulama sistemi sayesinde bitkinin gelişme dönemlerine uygun sulama reçeteleri sisteme kaydedilebilmekte, günlük meteorolojik verilere göre bilgiler yenilenmektedir. Bu sistem hem bilgisayardan hem mobilden hem de mevcut panellerden kontrol edilebilmektedir. Akıllı sulama sistemlerinin etkileri çevresel, ekonomik ve sosyal olmak üzere üç başlık altında incelenebilir.
Çevresel etkiler;
• Topraktaki bitki besin elementlerinin artırılması, • Ekosistemin korunması, • Su tasarrufu ve pestisit kullanımının azaltılması ya da ortadan kaldırılması, • Karbon ayak izini azaltılması, • Azalan atık su miktarı sayesinde su kirliliğinin azalması,
Ekonomik etkiler
• Bitkinin yapısına göre kullanılacak su miktarının belirlenmesi sayesinde su kullanımında önemli maliyet tasarrufu sağlaması, • Ürün veriminin artması sonucu gelirde artış, • İşgücü ihtiyacının azalması ile maliyetlerde tasarruf, • Harcanan su miktarı, sulama zamanı gibi verilerin kayıt altına alınarak, gelecek yıllarda yapılan işlemlerin karşılaştırılabilmesi ve daha etkin planlama yapılabilmesi,
Sosyal Etkiler
• Gıda ve atık kirliliğini en aza indirgemek ve gıda tedariğini korumak, • Çiftçilerin iş yükünün hafifletilmesiyle birlikte yaşam kalitelerini artırılması olarak sıralanabilir
Tarımsal faaliyetlerde sürdürülebilirliğin sağlanması açısından kullanılan akıllı teknolojilerden bir diğeri de dron ile yapılan ilaçlama uygulamasıdır. Akıllı tarım ekipmanları arasında önemli bir yere sahip olan dron, tarım sektöründe başlangıçta mahsulün ve tarladaki durumun izlenmesi ayrıca önemli verilerin toplanması amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Dronalar tarımsal faaliyetlerde ortomozaik haritaların oluşturulması, NDVI türetilmesi, bitki özellikleri hakkında bilgi edinilmesi, bitki hastalık ve zararlılarının tespit edilmesi, nem tahmininin yapılması, girdi uygulaması, ürün su stresinin izlenmesi, 3D modelleme yapılması, arazilerin sınıflandırılması, bitki gelişiminin izlenmesi gibi bilgilerin elde edilmesi için kullanılmaktadır.
Tarım 4.0’ın Temel Bileşenleri ve Teknolojileri
Tarım 4.0, geleneksel tarım yöntemlerinin dijitalleşme ve otomasyon ile birleştiği bir çağı temsil eder. Bu dönem, tarımın geleceğini şekillendiren ve çiftçilere daha verimli,
sürdürülebilir ve akıllı tarım yapma imkânı sunan yenilikçi teknolojilerle doludur. Bu teknolojilerin temelini oluşturan bileşenler arasında nesnelerin interneti (IoT), yapay zekâ (AI), robotik sistemler ve büyük veri bulunmaktadır.
Nesnelerin İnterneti (IoT)
Nesnelerin interneti (IoT) endüstri, akıllı şehir, akıllı ev, akıllı enerji, yeni nesil araçlar, akıllı tarım, bağlantılı bina ve kampüs, sağlık hizmetleri, lojistik gibi birçok farklı alan ve sektörde uygulama alanı bulmuştur. IoT, interneti iletişim ve bilgi alışverişi için bir araç olarak kullanarak fiziksel dünyayı sanal dünya ile bütünleştirmeyi amaçlamaktadır. IoT tabanlı akıllı tarım, tarlayı gerçek zamanlı olarak izleyerek tüm tarım sistemini iyileştirmeyi amaçlar. Sensörler yardımıyla toplanan veriler IoT cihazlarında depolanarak sadece çiftçilere zaman kazandırmakla kalmayıp, aynı zamanda su ve elektrik gibi kaynakların israfını da azaltmaktadır. IoT, nem, sıcaklık, toprak vb. gibi çeşitli faktörleri kontrol altında tutarak ve gerçek zamanlı doğru bilgiler depolamaktadır.
Büyük Veri
Büyük veri, sürekli artan veri miktarını ve bu verileri toplamak, depolamak, yönetmek ve analiz etmek için gereken teknolojileri ifade eden bir kavramdır. Bu karmaşık ve çok boyutlu olgu, insanları, süreçleri ve teknolojiyi etkileyen bir yapıya işaret eder. Büyük veri, tarımsal faaliyetlerinin tümünün (bitkisel, hayvansal, balıkçılık vb.) yenilenmesinde yardımcı olmakta, gıda ve tarım sektöründeki paydaşlar arasında uzun vadeli bir ilişki kurma fırsatı sağlamaktadır. Tarımda büyük veri teknolojisi, genellikle tarımdaki çeşitli sektörlerden ve uygulamalardan üretilen birçok veriyi toplayıp analiz edebilmektedir. Büyük verinin tam değerini elde etmek için yönetilmesi ve analiz edilmesi gerekir. Kablosuz ağlar, nesnelerin interneti ve bulut bilişimdeki gelişmeler, veri elde etmek ve büyük veri üretmek için kullanılan araçlardır. Büyük verinin nihai kullanımı, Büyük veri tarafından somutlaştırılan veya etkinleştirilen bilgi veya zekâyı somutlaştırmaktır. Tarımsal büyük veri, veri analitiği olmadan gerçek bir değere sahip olmayacaktır
Yapay Zekâ (AI)
Tarım 4.0’ın önemli bileşenlerinden olan yapay zekâ, sensörler yardımıyla toplanıp IoT aracılığıyla veri tabanına aktarılan verilerin değerlendirilmesinde yardımcı olmaktadır. Yapay zekâ tarımsal faaliyetlerde toprak yönetimi ve yabancı ot yönetimi aşamalarında katkı sağlarken, özellikle nesnelerin interneti gibi Tarım 4.0’ın diğer bileşenlerine yardımcı olarak veriye dayalı üretim kararlarının verilmesine olanak sağlar.
Yapay zekânın faydaları şu şekilde sıralanabilir:
• Çiftçilere en karlı ürünleri belirleme konusunda yardımcı olabilir. • Çiftçiler, tahmin ve tahmine dayalı veri analitiği kullanarak, üretim süreçlerindeki hataları azaltarak riski en aza indirgeyebilir.
• Hastalıklara karşı daha dirençli ve iklim koşullarına daha uygun ürünler geliştirmek için gerekli verileri toplayıp analiz edebilir. • Bitki sağlığını izleyebilir, hastalıkları tespit edebilir ve etkili haşere kontrol yöntemleri önerebilir. • Bitkinin ihtiyacı olan optimum su miktarını ve bitki besin elementlerini belirleyebilir. • Hasat için en uygun zamanı belirleme konusunda yardımcı olabilir. • Çiftçilerin geleceğe yönelik işletme kararlarını destekleyebilir.
Robotik Sistemler
Robotlar, tarım sektöründe mahsullerin izlenmesi ve topraktaki pH seviyelerinin ölçülmesi gibi karmaşık görevlerin yerine getirilmesinden, meyve ve sebzelerin toplanıp paketlenmesi ve tohum ekilmesi gibi daha basit görevlere kadar geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Özellikle büyük arazi genişliklerinde üretim yapılan çiftliklerde kullanımı daha elverişli olan robotlar, büyük, şirketleşmiş çiftliklerde daha çok tercih edilmektedir. Tarım 4.0’ın ortaya çıkmasıyla birlikte tarımsal faaliyetlerde robotik sistemlerin kullanımı yaygınlaşmıştır. Tarım robotları genel olarak, insan iş gücü̈ ve bilgisine dayalı geleneksel üretim faaliyetlerini, nesnelerin interneti aracılığıyla teknoloji odaklı bir üretim faaliyetine dönüştürmeye yardımcı olur.
Tarım robotlarının, tarımsal faaliyetlerdeki bazı kullanım alanları; • Hasat, • Yabancı ot ayıklama, • İlaçlama, • Tohumlama, • Böcek ve hastalık tespiti, • Bitki izleme
Tarımsal faaliyetlerde robot kullanımının faydaları aşağıdaki şekilde sıralanabilir.
• Verim riski, yaralanma riski veya dinlenme ihtiyacı olmadan insanlardan daha hızlı ve daha uzun süre çalışabilme,
• İlaçlama, meyve toplama vb. tarım işçisi bulmanın zor olduğu mevsimlik işlerde, ihtiyaç duyulduğu anda ürünü toplayabilme ve hasat kayıplarını en aza indirgeyebilme,
• Tarımsal faaliyetlerde karşılaşılabilecek insan hatası riskini ortadan kaldırarak daha hassas ve doğru bir uygulama yapma olanağı sunma,
• Çiftliklerde daha az atık, daha az iş gücü ve daha düşük maliyetle üretim yapabilme