Nông nghiệp thông minh trên thế giới và ở Việt Nam

Sự phát triển đô thị nhanh chóng có thể khiến cho việc sản xuất lương thực, thực phẩm trở nên khó khăn vì diện tích đất nông nghiệp bị thu hẹp. Do vậy, ở nhiều thành phố trên thế giới đã và đang chuyển sang sử dụng công nghệ thông minh để phát triển nông nghiệp thông minh nhằm cung cấp lương thực, thực phẩm tươi sống, tạo không gian xanh, không khí trong lành cho người dân.

​Một mô hình trồng rau khí canh, thuỷ canh (Ảnh; Xuân Phúc)

Nông nghiệp thông minh trên thế giới...

Nhiều thành phố trên thế giới đang phát triển mô hình nông nghiệp thông minh bao gồm nông nghiệp theo chiều dọc, nhà kính thông minh và nông nghiệp mở dựa trên kết nối vạn vật (IoT) kết hợp với đội ngũ nông dân trẻ tuổi tri thức cao có khả năng tiếp cận với công nghệ GPS, quản lý nhiệt độ, hệ thống tưới nước tự động, nông nghiệp chính xác, quản lý dữ liệu để có thể làm biến đổi hệ thống sản xuất lương thực phẩm truyền thống.

Theo PGS.TS Đào Thế Anh, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, nông nghiệp theo chiều dọc và nông nghiệp đô thị nói chung có lợi ích đáng kể cho các khu vực có nguồn lực để đầu tư. Tuy nhiên, giải pháp đơn lẻ này không giải quyết một vấn đề lớn hơn, như giúp mọi người tiếp cận đủ thực phẩm bổ dưỡng. Nông nghiệp theo chiều dọc không phải là giải pháp để giải quyết nạn đói trên toàn thế giới, nhưng chắc chắn là một phần không thể thiếu của giải pháp tổng thể. Năm 2017, thế giới đầu tư 10,1 tỉ USD vào công nghệ thực phẩm nông nghiệp, trong đó có 200 triệu USD tài trợ cho hình thức nông nghiệp theo chiều dọc. Rõ ràng, nông nghiệp đô thị đang và sẽ là một thành phần thiết yếu trong cách mà các quốc gia và thành phố tái cấu trúc hệ thống để có được nguồn cung cấp thực phẩm tươi sống sẵn có hơn, linh hoạt hơn và thân thiện hơn với môi trường.

Nhằm đảm bảo an toàn lương thực thực phẩm cho đô thị, nhiều thành phố trên thế giới bắt đầu thực hiện chính sách khuyến khích sự tăng trưởng của nông nghiệp đô thị như một phần quan trọng của hệ thống lương thực phẩm địa phương, đặc biệt là sau khủng hoảng do đại dịch gây ra. Chẳng hạn, New York (Mỹ) đã có chính sách đầu tư 2 triệu USD để toàn bộ nhà hoặc khu phố thử nghiệm các công nghệ canh tác đô thị. Nhiều thành phố khác đã thông qua các quy tắc phân vùng và bắt đầu các chương trình để thúc đẩy mở rộng nông nghiệp đô thị. Tại Paris, sáng kiến thành phố có tên "Parisculteurs" hướng đến mục đích bao phủ mái nhà và tường với 100 héc ta không gian xanh đến năm 2020 và dành một phần ba không gian đó cho sản xuất thực phẩm. Các nhà khoa học Singapore khuyến khích phát triển trang trại đô thị như một phần của yêu cầu xây dựng xanh.

Bản chất phi tập trung và đa dạng của các mô hình canh tác đô thị là một yếu tố đóng góp chính cho ngành công nghiệp hiện đang đổi mới nhanh chóng và có khả năng trở thành một nguồn sản xuất thực phẩm bền vững. Những tiến bộ trong quy hoạch nông nghiệp đô thị đang diễn ra một cách từ từ. Các thành phố, cộng đồng, các ngành đang bắt tay để phát huy lợi thế của nông nghiệp -một phần không thể thiếu của thành phố thông minh.

Phát triển theo chiều dọc là bước đột phá trong sản xuất nông nghiệp, có 3 hướng áp dụng công nghệ chính là thuỷ canh; hệ thống canh tác thuỷ sản và tháp canh tác. Trang trại đô thị có thể đơn giản như khu vườn truyền thống ngoài trời, hoặc phức tạp như nông trại theo chiều dọc trong nhà, mà ở đó người nông dân hướng về phát triển không gian ba chiều. Những nông trang tương lai phức tạp này có thể được cấu hình theo một số cách, nhưng hầu hết trong số chúng chứa các hàng giá đỡ được lót bằng cây trồng trong đất, nước giàu dinh dưỡng hoặc đơn giản là không khí. Mỗi tầng được trang bị ánh sáng UV để mô phỏng hiệu ứng của mặt trời. Không giống như thời tiết khó lường của canh tác ngoài trời, trồng trong nhà cho phép nông dân điều chỉnh các điều kiện để tối đa hóa sự tăng trưởng.

Một số chuyên gia cho rằng, canh tác theo chiều dọc sẽ trở nên phổ biến trong đô thị thông minh của tương lai. Mô hình này đã được thử nghiệm thông minh ở Singapore, cây được trồng trong các tòa nhà cao tầng, cho lợi ích rất rộng, công nghệ rất mạnh và kết quả tốt. Nông nghiệp theo chiều dọc có những lợi thế mới, như sản xuất cây trồng quanh năm, không mất mùa liên quan đến thời tiết do hạn hán, lũ lụt, sâu bệnh; phương pháp hữu cơ, không thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu hoặc phân bón; giảm đáng kể việc sử dụng nhiên liệu động cơ đầu tư cho máy kéo, máy cày, vận chuyển; cắt giảm vận chuyển, bảo vệ lương thực trong giai đoạn từ nông trại đến người tiêu dùng.

Ở Chicago, Mỹ, nông trại theo chiều dọc đang mọc lên ở các khu vực đô thị, một số trong các tòa nhà cũ đã được tái sử dụng cho nông nghiệp. Hoặc như ở New Jersey, một công ty nông nghiệp trong nhà đã thực hiện kế hoạch đột phá bằng một trang trại theo chiều dọc rộng 78.000 mét vuông, trồng 12 tầng rau diếp lá đỏ, cải xoăn, cải chíp, và các loại rau khác. Lợi ích lớn nhất của canh tác theo chiều dọc là bảo tồn nước. Hệ thống thủy canh và khí canh chỉ cung cấp lượng nước vừa đủ và được tuần hoàn nhờ hệ thống. Trung bình, các trang trại và nhà kính trong nhà sử dụng nước ít nước hơn ít nhất 70% so với cách thức trồng rau truyền thống. Mặt khác, chi phí vận chuyển có thể dễ dàng hơn, nên sản phẩm rau khi đến người tiêu dùng sẽ vẫn còn giữ độ tươi nguyên, ít bị bỏ đi do hư hỏng.

Tuy nhiên, sự gia tăng nông nghiệp theo chiều dọc mặc dù rất ấn tượng, nhưng ngành nông nghiệp công nghiệp này cũng đang đối mặt với nhiều thách thức do áp lực chi phí. Thực tế là chỉ việc triển khai công nghệ của một trang trại nhỏ cũng đã phải tốn ít nhất là 280.000 USD. Mặc khác, chi phí để xây dựng trang trại phức tạp với công nghệ tân tiến hơn có thể lên đến 15 triệu USD. Các chi phí ánh sáng, lao động có thể gây áp lực hơn nữa cho các công ty khi cạnh tranh với các nhà sản xuất hữu cơ và sản xuất truyền thống. Một kg rau xanh được trồng theo phương pháp canh tác theo chiều dọc có giá khoảng 33 USD, trong khi sản phẩm hữu cơ có giá chỉ 23 USD.

Để đảm bảo lợi nhuận lâu dài của trang trại theo chiều dọc, có thể chuyển đổi sang công nghệ mới hơn. Có nghĩa là, ngoài việc tự động kiểm soát tưới tiêu, độ ẩm, ánh sáng, CO2 và các thông số liên quan khác, các trang trại cũng có khả năng tự động thu thập dữ liệu và tối ưu hóa các quy trình phát triển. Họ cũng cần triển khai máy móc tiên tiến để tự động vận hành các hoạt động trồng, làm cỏ, thu hoạch, phân loại và sản xuất bao bì để vận chuyển. Những cải tiến này cho phép các trang trại theo chiều dọc có sản lượng gấp 55 lần so với các trang trại thông thường. Trong một trang trại theo chiều dọc thế hệ mới, đèn LED cung cấp ánh sáng cho cây, hiệu quả hơn các hình thức chiếu sáng nhân tạo khác đã được sử dụng như đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, dẫn đến chi phí vận hành thấp hơn. Theo Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), hiệu quả chiếu sáng LED dự kiến sẽ tăng thêm 70% năm 2030.

Điểm đáng chú ý, Infarm - một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Berlin (Đức) xây dựng hệ thống nông nghiệp đô thị theo một cách thức khác, đó là trang trại mô-đun được đặt tại các địa điểm hướng tới khách hàng, như trường học, cửa hàng tạp hóa, nhà hàng và trung tâm mua sắm, cho phép khách hàng tự chọn sản phẩm. Đối tác của Infarm cũng có thể thêm nhiều mô-đun nếu muốn tăng sản lượng canh tác, trong khi việc sản xuất được theo dõi và kiểm soát thông qua nền tảng dựa trên đám mây. Về cơ bản, toàn bộ hoạt động canh tác theo phương thức này được xem là một dịch vụ, kết hợp phân tích IoT, Big Data và phân tích đám mây. Infarm hiện đang hợp tác với 25 nhà bán lẻ thực phẩm ở Mỹ, Pháp, Thụy Sỹ như Migros, Casino, Intermarche, Auchan, Selgros và AmazonFresh với tổng cộng hơn 200 trang trại tại cửa hàng, 150 trang trại trong các trung tâm phân phối. Năm 2019, Infarm đã huy động được 100 triệu USD để mở rộng các nhóm nghiên cứu và phát triển, bán hàng, vận hành.

... và xu hướng ở Việt Nam 

Nông nghiệp thông minh sẽ mang lại cơ hội tăng cường khả năng kết nối cho người sản xuất với thông tin, quản lý sản xuất tốt hơn, giảm bớt sự phức tạp của các thủ tục hành chính nhiều cấp như hiện nay để được sử dụng trực tiếp các dịch vụ công của Nhà nước cho nông nghiệp. Về cơ hội hoạt động nông nghiệp thông minh, lợi ích cụ thể đầu tiên là người nông dân có thể tiếp cận với nhiều thông tin hơn để ra quyết định sản xuất chính xác hơn, giảm chi phí sản xuất, tăng năng suất lao động, tăng hiệu quả sản xuất và giảm ô nhiễm môi trường thông qua các nền tảng số do doanh nghiệp hay nhà nước cung cấp để kết nối với các dịch vụ đầu vào sản xuất như giống, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, dịch vụ cơ giới hoá, vay tín dụng, tiếp cận khuyến nông số, dịch vụ dự báo thời tiết khí hậu, dịch vụ bảo vệ thực vật, dịch vụ bảo quản, vận chuyển, thu hoạch, tiếp cận thông tin về nhu cầu của người mua, các tiêu chuẩn của thị trường, thông tin giá cả cập nhật… Các nguồn thông tin này được thu thập, tích luỹ dần dần và tập hợp dưới dạng cơ sở dữ liệu mở, quản lý tập trung, do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cùng với các doanh nghiệp cung cấp để mọi người dân có thể kết nối sử dụng. Hộ nông dân, trang trại, hợp tác xã, hay doanh nghiệp sản xuất cũng có thể áp dụng các công nghệ sản xuất của nông nghiệp chính xác, áp dụng công nghệ tự động hoá để có thể tối ưu hoá từng phần của quá trình sản xuất với bón phân, tưới nước, xử lý thuốc bảo vệ thực vật..., đảm bảo an toàn thực phẩm, giảm ô nhiễm môi trường với sự hỗ trợ của các nền tảng số.

Cơ hội tiếp đến là ở khâu sau thu hoạch, quản lý chuỗi giá trị, truy xuất nguồn gốc từ trang trại đến bàn ăn, truy xuất thông tin và bán hàng được thông qua thương mại điện tử với các nền tảng số do doanh nghiệp cung cấp. Các nền tảng này cũng có thể đảm nhận luôn cả công tác hậu cần, vận chuyển. Với các công nghệ số tiên tiến như blockchain, IoT, AI,... do các doanh nghiệp Việt Nam phát triển, nông dân có thể tiếp cận với mức chi phí phù hợp là hoàn toàn khả thi.

Tuy còn nhiều vấn đề cần giải quyết, nhưng ở Việt Nam đã có một số mô hình nông nghiệp thông minh. Một số mô hình tiêu biểu có sự tham gia của nông hộ nhỏ như mô hình trồng rau thuỷ canh thông minh. Đây là một mô hình bắt đầu phổ biến ở Việt Nam trên các vùng miền và có các mô hình với quy mô khác nhau từ vài trăm m2 đến vài chục ha. Công nghệ này cũng có thể áp dụng cho các hộ gia đình tự trồng rau ở trong nội đô với mục tiêu tự cấp. Do vậy có thể phù hợp với các hộ trang trại nhỏ hay các các doanh nghiệp, hợp tác xã quy mô lớn với mạng lưới đối tác là các hộ trang trại nhỏ cung ứng theo hợp đồng.

Hachi là một doanh nghiệp khởi nghiệp của nhóm các bạn trẻ đến từ Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học Nông nghiệp với số vốn ban đầu chỉ với 100 triệu đồng. Hachi đã tiến hành thử nghiệm giải pháp ứng dụng công nghệ IoT trên hệ thống thủy canh thông minh trồng rau. Hệ thống của Hachi gồm 3 thành phần: Hệ thống thủy canh thông thường; bộ điều khiển thông qua ứng dụng IoT để có thể điều khiển qua smartphone; hệ thống đèn LED nhân tạo có thể chiếu sáng cho cây mà không cần ánh sáng mặt trời.

Lâm Đồng cũng là tỉnh có nhiều mô hình trang trại gia đình ứng dụng nông nghiệp thông minh thành công ở Việt Nam, như trang trại trồng rau xà lách thủy canh của anh Tô Quang Dũng, Giám đốc điều hành Công ty TNHH Trang trại Trường Phúc tại xã Đạ Sar, huyện Lạc Dương, tỉnh Lâm Đồng. Giữa năm 2015, anh Dũng quyết định đầu tư xây nhà kính, làm hệ thống thủy canh để trồng rau. Ban đầu, chi phí hệ thống trồng rau thủy canh khá cao, ở mức khoảng 800 triệu đồng/sào (1.000 m2) nhưng thị trường tiêu thụ mới là vấn đề khó. Những vụ đầu, trang trại chỉ bán được khoảng 100 kg rau mỗi ngày. Đến năm 2016, trang trại đã ký kết xuất khẩu được những container rau thủy canh đầu tiên cho đối tác tại Hàn Quốc. Cho đến bây giờ, trang trại vẫn duy trì và phát triển thị trường này, chất lượng sản phẩm ngày càng tăng nên rất được khách hàng ưa chuộng.

Hiện nay, tại trang trại trồng rau thủy canh hơn 3 ha của mình, anh Dũng đang dần hoàn thiện chuyên môn hóa các sản phẩm chủ lực. Trong đó, có sản phẩm rau xà lách, chuyên cung cấp cho thị trường Hàn Quốc, được luân canh liên tục với diện tích 1,5 ha. Với cách trồng rau thủy canh công nghệ cao, thời gian trồng rau ngắn, rau hoàn toàn cách ly với mặt đất nên hạn chế tối đa nhiễm kim loại nặng và các loại vi khuẩn bên dưới mặt đất. Hiện nay, loại màng bọc bảo quản rau là màng nano, khi bảo quản rau, nó sẽ hút khí O2, đẩy CO2 và H2O ra ngoài, vì vậy các tế bào bên trong cây rau sẽ được bảo vệ, chất lượng rau vẫn được giữ nguyên trong thời gian dài. Đặc biệt, trang trại đang sử dụng công nghệ làm lạnh xuyên tâm. Đây là cách giúp cho rau có thể được bảo quản lâu, xanh tốt, bảo đảm chất lượng trong thời gian di chuyển từ 10-12 ngày. Một vụ rau xà lách khoảng 35 ngày, mỗi năm trung bình trồng được từ 11 - 12 vụ, sản lượng từ 2,5- 4 tấn/1.000 m2. Đặc biệt, vào những mùa có khí hậu thuận lợi, sản lượng đã đạt đến hơn 4 tấn/1.000 m2. Không những sản phẩm được xuất khẩu hàng trăm tấn ra nước ngoài mỗi năm mà còn đưa một số lượng lớn rau quả vào chuỗi các siêu thị trong nước... Mỗi ngày, Công ty Trường Phúc cung cấp cho thị trường trong nước hơn 2 tấn rau xanh các loại. Mặc dù dịch COVID-19 đang diễn biến phức tạp nhưng đơn hàng xuất khẩu đi nước ngoài của công ty vẫn tăng trưởng từ 40%-50%. Hiện công ty đang liên kết với 20 hộ dân, với diện tích trên 20 ha, để sản xuất 30 loại rau xanh, củ, quả khác như cà rốt baby, súp lơ xanh baby, các loại rau xanh ăn lá cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu...

Có thể thấy, nông nghiệp thông minh là thành tố quan trọng của nông nghiệp đô thị, đặc biệt đối với các thành phố lớn trong tương lai. Nông nghiệp đô thị là nông nghiệp đa chức năng như cung cấp thực phẩm, cung cấp hoa cây cảnh hay tạo không gian xanh và cần được nghiên cứu về công nghệ thông minh phù hợp cũng như việc tạo môi trường thể chế chính sách trong lĩnh vực này./.