Ljudi su fizički rekonfigurisali polovinu svetske zemlje da uzgajaju samo osam osnovnih useva: kukuruz (kukuruz), soju, pšenicu, pirinač, kasavu, sirak, slatki krompir i krompir. Oni čine ogromnu većinu kalorija koje ljudi širom sveta unose. Kako globalna populacija raste, postoji pritisak da se proizvodnja još više proširi.
Mnogi stručnjaci tvrde da dalje širenje moderne industrijalizovane poljoprivrede—koja se u velikoj meri oslanja na sintetičko đubrivo, hemijske pesticide i seme visokog prinosa—nije pravi način da se prehrani rastuća svetska populacija. Po njihovom mišljenju, ovaj pristup nije ekološki ili ekonomski održiv, a i farmeri i naučnici se osećaju zarobljeni u ovom sistemu.
Kako društva mogu razviti sistem ishrane koji zadovoljava njihove potrebe i koji je zdraviji i raznovrsniji? Pokazalo se da je teško proširiti alternativne metode, kao što je organska poljoprivreda, kao i industrijska poljoprivreda.
U nedavnoj studiji, ovaj problem smo razmatrali iz naše perspektive kao kompjuterskog naučnika i naučnika za useve. Mi i naše kolege Brian Runck, Adam Streed, Diane R. Vang i Patrick M. Eving predložili smo način da ponovo razmislimo o tome kako su poljoprivredni sistemi dizajnirani i implementirani, koristeći centralnu ideju iz računarske nauke – apstrakciju – koja sumira podatke i koncepte i organizuje ih računski, tako da možemo analizirati i delovati na njih bez potrebe da stalno ispitujemo njihove unutrašnje detalje.
Moderna poljoprivreda se intenzivirala tokom samo nekoliko decenija sredinom 20. veka – treptaj oka u ljudskoj istoriji. Prednjačila su tehnološka poboljšanja, uključujući razvoj sintetičkog đubriva i statističkih metoda koje su unapredile oplemenjivanje biljaka.
Ovaj napredak je omogućio farmama da proizvode mnogo veće količine hrane, ali na štetu životne sredine. Poljoprivreda velikih razmera pomogla je u pokretanju klimatskih promena, zagađenim jezerima i zalivima oticanjem hranljivih materija i ubrzanom gubitku vrsta pretvaranjem prirodnih predela u polja monokulturnih useva.
Mnogi američki farmeri i poljoprivredni istraživači želeli bi da uzgajaju širi spektar useva i koriste održivije metode poljoprivrede. Ali teško im je da shvate koji novi sistemi mogu dobro da rade, posebno u promenljivoj klimi. Poljoprivredni sistemi sa manjim uticajem često zahtevaju duboko lokalno znanje, plus enciklopedijsko razumevanje biljaka, vremenskog i klimatskog modeliranja, geologije i još mnogo toga.
Tu dolazi naš novi pristup. Evolucija kukuruza u globalnu robu pokazuje kako je industrijalizovana poljoprivreda transformisala poljoprivredu.
Kada kompjuterski naučnici razmišljaju o složenim problemima, često koriste koncept koji se naziva prostor stanja. Ovaj pristup matematički predstavlja sve moguće načine na koje se sistem može konfigurisati. Kretanje kroz prostor podrazumeva donošenje izbora, a ti izbori menjaju stanje sistema, na bolje ili na gore.
Kao primer, uzmite partiju šaha sa tablom i dva igrača. Svaka konfiguracija ploče u određenom trenutku je jedno stanje igre. Kada igrač napravi potez, on prebacuje igru u drugo stanje.
Cela igra se može opisati njenim „prostorom stanja“—sva moguća stanja u kojima bi igra mogla biti kroz valjane poteze koje igrači pokreću. Tokom igre, svaki igrač traži države koje su mu bolje.
Poljoprivredni sistem možemo zamisliti kao državni prostor u određenom ekosistemu. Farma i njen raspored biljnih vrsta u svakom trenutku predstavljaju jedno stanje u tom državnom prostoru. Poljoprivrednik traži bolja stanja i pokušava da izbegne loše.
I ljudi i priroda prebacuju farmu iz jednog stanja u drugo. U svakom danu, poljoprivrednik može da uradi desetak različitih stvari na zemlji, kao što su obrada, sadnja, plijevljenje, žetva ili dodavanje đubriva. Priroda uzrokuje manje promene stanja, kao što su rast biljaka i kiša, i mnogo dramatičnije promene stanja tokom prirodnih katastrofa kao što su poplave ili požari.
Posmatranje poljoprivrednog sistema kao državnog prostora omogućava da se prošire izbori za poljoprivrednike izvan ograničenih opcija koje nude današnji poljoprivredni sistemi.
Pojedinačni farmeri nemaju vremena ili mogućnosti da godinama pokušavaju i greše na svojoj zemlji. Ali računarski sistem može da se oslanja na poljoprivredno znanje iz mnogih različitih okruženja i škola mišljenja kako bi igrao metaforičku šahovsku partiju sa prirodom koja pomaže poljoprivrednicima da identifikuju najbolje opcije za svoju zemlju. Klimatske promene menjaju zone u kojima se mogu uzgajati glavni usevi poput kukuruza i pšenice, smanjujući prinose u nekim slučajevima, a povećavajući ih u drugim.
Konvencionalna poljoprivreda ograničava farmere na nekoliko izbora biljnih vrsta, poljoprivrednih metoda i inputa. Naš okvir omogućava razmatranje strategija višeg nivoa, kao što je uzgajanje više useva zajedno ili pronalaženje tehnika upravljanja koje su najprikladnije za određeni komad zemlje. Korisnici mogu da pretražuju prostor stanja da razmotre koja mešavina metoda, vrsta i lokaliteta može da postigne te ciljeve.
Na primer, ako naučnik želi da testira pet plodoreda – podizanje planiranih sekvenci useva na istim poljima – da svake poslednje četiri godine, uzgajajući sedam biljnih vrsta, to predstavlja 721 potencijalnu rotaciju. Naš pristup bi mogao da koristi informacije iz dugoročnih ekoloških istraživanja kako bi pomogao u pronalaženju najboljih potencijalnih sistema za testiranje.
Jedna oblast u kojoj vidimo veliki potencijal je međukultura — uzgajanje različitih biljaka u mešavini ili blizu jedne. Odavno je poznato da mnoge kombinacije određenih biljaka dobro rastu zajedno, pri čemu svaka biljka na neki način pomaže drugima.
Najpoznatiji primer su „tri sestre“ — kukuruz, tikva i pasulj — koje su razvili autohtoni farmeri u Americi. Kukuruzne stabljike služe kao rešetke za penjanje na lozu pasulja, dok lišće tikve zasjenjuje zemlju, održavajući je vlažnom i sprečavajući nicanje korova. Bakterije na korenu biljaka pasulja obezbeđuju azot, esencijalni hranljivi sastojak, za sve tri biljke.
Kulture su tokom ljudske istorije imale svoje omiljene sisteme međukulture sa sličnim sinergijama, kao što su kurkuma i mango ili proso, kravlji grah i zizifus, poznatiji kao crvena urma. A novi radovi na agrovoltaici pokazuju da kombinovanje solarnih panela i poljoprivrede može funkcionisati iznenađujuće dobro: paneli delimično zasjenjuju useve koji rastu ispod njih, a farmeri zarađuju dodatni prihod proizvodnjom obnovljive energije na svojoj zemlji.
Radimo na tome da naš okvir pretvorimo u softver koji ljudi mogu koristiti za modeliranje poljoprivrede kao državnih prostora. Cilj je omogućiti korisnicima da razmotre alternativne dizajne zasnovane na njihovoj intuiciji, minimizirajući skupe pokušaje i greške koje su sada potrebne za testiranje novih ideja u poljoprivredi.
Današnji pristupi uglavnom modeliraju i traže optimizaciju postojećih, često neodrživih sistema poljoprivrede. Naš okvir omogućava otkrivanje novih sistema poljoprivrede i zatim optimizaciju u okviru tih novih sistema.
Korisnici će takođe moći da navedu svoje ciljeve agentu zasnovanom na veštačkoj inteligenciji koji može da izvrši pretragu prostora stanja farme, baš kao što može da pretražuje prostor stanja na šahovskoj tabli da bi izabrao pobedničke poteze.
Savremena društva imaju pristup mnogo više biljnih vrsta i mnogo više informacija o tome kako različite vrste i okruženja interaguju nego pre jednog veka. Po našem mišljenju, poljoprivredni sistemi ne čine dovoljno da iskoriste svo to znanje. Kombinovanjem računara moglo bi pomoći da poljoprivreda bude produktivnija, zdravija i održivija u svetu koji se brzo menja.
