Det er uomgængeligt: Hvis vi virkelig skal høvle noget af vores samlede CO₂-udledning, skal fødevareproduktionen skubbes i en mere bæredygtig retning.

Spørgsmålet er så, hvor vi skal kigge hen efter løsninger?

En ny perspektivartikel i tidsskriftet Nature Foods med dansk deltagelse har nu kortlagt, hvilke innovationer der banker på i fødevareproduktionen i en global kontekst.

Perspektivartikler i Nature-tidsskrifter er artikler, hvor forskere godt må være argumenterende og udtrykke holdninger, men indholdet i perspektiv-artiklerne skal være afbalanceret og underlægges peer review.

Det betyder, at indholdet kommer igennem en faglig kvalitetsvurdering af andre forskere, før det eventuelt kan trykkes i tidsskriftet.

Forskerne peger i studiet på flere muligheder i den teknologiske værktøjskasse, og hvor langt de er fra at blive en del af produktionen. 

Kunstig intelligens er en af de teknologier, der allerede er en del af produktionen, særlig i landbruget springer flere forskningsprojekter i teknologien op, hvilket vi ser nærmere på i artiklen. 

Kan kortlægge hver en kvadratmeter

Betyder det, at vi i fremtiden kommer til at hilse på robotter i markerne, når vi suser forbi på landevejen?

Nej, med kunstig intelligens handler i højere grad om at bruge data til at præcisere anvendelsen af eksempelvis sprøjtemidler på markerne og gøre produktionen mere gennemsigtig.

Mere præcist: Det skal være muligt at kortlægge og evaluere hver eneste kvadratmeter af den dyrkede markjord. 

Professor Svend Christensen, der er institutleder for Plante- og miljøvidenskab på Københavns Universitet og medforfatter på studiet, har forsket i brug af data i landbruget i årevis. 

Ligesom flere andre forskere, Videnskab.dk har talt med, understreger han, at brug af kunstig intelligens og data langtfra er en redningsplanke i sig selv. Men de er uundgåelige, hvis der skal tryk på de grønne kedler.

»Teknologi kan ikke stå alene, men vi bliver nødt til at arbejde mere datadrevet, hvis vi skal have løst nogle af de udfordringer, som vi står med i fødevareproduktionen. Den skal omstilles til at blive mere bæredygtig, i takt med en stigende befolkning i verden.«

Men det er ikke nok blot at udvikle teknologien. Det skal foregå i samspil med en række andre faktorer som politisk regulering, ændring af tankegang og design af nye markedsincitamenter, skriver forskerne i studiet. 

Det kommer vi forbi senere i artiklen. Først skal vi se på, hvordan teknologien bruges i landbruget. 

Pløjer sig igennem store datamængder

En fordel ved kunstig intelligens er, at en computer strukturerer en enorm mængde data, som landmanden aldrig havde haft mulighed for at pløje sig igennem.

Den kværner nemlig en stor mængde data indsamlet fra GPS-sensorer, kameraer på traktorerne og satellitbilleder. Et såkaldt neuralt netværk (kunstig intelligens) lagrer så den store mængde data, der er indsamlet. 

Med tiden lærer netværket så at genkende og finde nye sammenhænge - igennem en teknik kaldet deep learning - i de billeder, det har set. I det her tilfælde vil det være billeder af ukrudtsarter. 

Det skulle gerne udmønte sig i, at landbruget, med det værktøj mellem hænderne, vil bruge mindre kemi på markerne.

»Det er en teknologi, der har fået et gennembrud indenfor de seneste to-tre år. Man har i mange år behandlet marker utrolig ensartet, men her har man et værktøj, hvor man kan reducere anvendelsen af kemi og sprøjtemidler, fordi en landmand på den enkelte mark helt præcist kan se, hvor der skal sprøjtes,« lyder det fra Svend Christensen.

Præcisionslandbrug, som det kaldes, kan betyde, at landmanden kun skal brugt halvt så mange sprøjtemidler, uddyber forskeren.

Fra gen til gaffel

Selv om studiet skuer ud over den store verden, så fortsætter vi med navlepilleriet lidt endnu. For Danmark kan i virkeligheden betegnes som en form for teknologisk prøvekanin. 

Svend Christensen fremhæver nemlig brugen af store datamængder som et sted, hvor Danmark er med fremme.

Forudsætningen for overhovedet at kunne profitere på en 'big data'-model er  – surprise – en stor mængde træningsdata til at fodre computeren med.

Og det har vi i Danmark samlet i nogen grad. I flere år er der nemlig lagret vejrdata, jorddata og data om plantesorter.

Det betyder, at næste skridt for den enkelte landmand kan blive muligheden for at dyrke den enkelte mark, efter hvordan plantegenerne spiller sammen med det lokale miljø.

»Jeg kalder det 'fra gen til gaffel', fordi vi med data og automatisering kan klarlægge, hvordan man kan udnytte jord og planter bedre og mere effektivt. På den måde kan den enkelte landmand udvikle en strategi, der baserer sig på data helt ned fra planteceller, genetik og molekyler,« siger Svend Christensen.

Derudover kan data gøre produkterne mere gennemsigtige for forbrugerne, dig og mig, når vi står i supermarkedet. Et eksempel er digitale øremærker hos hvert enkelt dyr, så dyrets rejse fra gård til supermarked kan ses, når du står med varerne i hånden. 

»Data kan altså i fremtiden blive en del af hele produktionskæden, således det i sidste ende kan hjælpe forbrugeren med at træffe et oplyst valg,« mener Svend Christensen.

Teknologi er kun en del af det

Er vi så tilbage ved den gamle sang om, at teknologien kommer og redder Jorden?

»Nej, selvfølgelig er teknologien ikke nok i sig selv. Der skal tænkes hele vejen rundt, både politisk og fra fødevareindustrien, hvilket vi også understreger og illustrerer med vores nye studie,« slår Svend Christensen fast og fortsætter:

»Men det her er eksempler på, hvordan kunstig intelligens og brug af data kan være med til at omstille fødevareproduktionen, så den bliver mere bæredygtig og miljørigtig. Vi har allerede en del data på de enkelte marker i Danmark, og sådan noget skal vi udnytte.«

I studiet har forskerne arbejdet med en donut, der er skåret i otte stykker. Den illustrerer, hvor vigtigt det er, at der tænkes hele vejen rundt, hvis teknologier skal implementeres. Ifølge Svend Christensen er det essentielt at alle parametre tænkes ind, hvis teknologien skal gøre en forskel. (Foto: Herrero, M. et al., Nature Food (2020), doi: 10.1038/s43016-020-0074-1)

I studiet fremhæves en donut-formet model. Modellen er skåret i otte stykker, der alle skal tænkes ind, når teknologi integreres i fødevareproduktionen.

Helt grundlæggende betyder det, at det ikke er nok bare at sende en teknologi på markedet, hvis man ikke tænker virksomheder, lovgivning og politiske tiltag med.

Teknologien bliver kun en bæredygtig succes på markedet, hvis hele donut'en bliver bragt i spil, skriver forskerne i artiklen.

»Hvis vi ikke tænker regulativer, politik og inddragelse ind i implementeringen af ny teknologi, så får vi ikke sat blus på udviklingen og inddraget virksomhederne, og vores model, der illustrerer behovet for at tænke hele vejen rundt, er det bidrag, jeg er mest stolt over.«

Ifølge Svend Christensen er det centralt, at der fra politisk side skabes incitamenter til et sammenspil mellem forskning og praksis, så det bliver sikret, at teknologien når hele vejen ud til landmanden og ikke strander i siloer.  

Stadig knaster, der skal høvles af

Seniorforsker Rasmus Nyholm Jørgensen, Institut for Ingeniørvidenskab på Aarhus Universitet, har ligesom Svend Christensen søgt at udnytte kunstig intelligens til billedgenkendelse af ukrudtsarter i mange år.

Han har ikke været en del af studiet, men er forsigtig optimist, når det kommer til at integrere kunstig intelligens i landbrug og fødevareproduktion.

Forskeren har set flere projekter falde til jorden, når teknologien skulle stå sin store prøve på marken, men de seneste år har kunstig intelligens rykket sig med hastige skridt.

En af de store knaster ved eksempelvis billedgenkendelse er imidlertid, at markerne, planterne og lyset kan ændre sig løbende.

»Der har været en tendens til at tro, at man kan alt med machine learning. Men jeg har oplevet, hvordan tingene hurtigt kan ændre sig i praksis. Eksempelvis kan computeren trænes til at genkende en bestemt ukrudtsart, men når den så på marken er fyldt med dug, støv og kun er delvist synlig under andre plantearter, så bliver den fejlklassificeret på marken,« forklarer Rasmus Nyholm Jørgensen.

Dertil er det vigtigt at være opmærksom på, at alle afgrødeplanter i marken ikke altid er ukrudt, men kan også være direkte eller indirekte støtteplanter til gavn for den såede afgrøde, påpeger han.

Forskeren har været med til at udvikle en open source database med billedreferencer af 47 forskellige ukrudtsarter under forskellige vækstbetingelser. 

Med open source menes der, at alle kan tilgå datamaterialet og billederne. 

Som at have en teenager i huset

Rasmus Nyholm beskriver dét at arbejde med kunstig intelligens som at have en teenager. Systemet skal hele tiden guides, der skal udvikles strukturer, og samtidig er det noget, der skal modnes over tid.

»Kunstig intelligens lukker op for noget mere viden, så landmanden kan arbejde på et mere nuanceret grundlag, men man skal ikke lægge alt over på kunstig intelligens, da generalisering og ekstrapolation endnu ikke er dens stærke side,« siger forskeren og fortsætter:

»Teknologien kan helt sikkert være med til at skubbe landbruget i grønnere retning, og gør det allerede i dag i forskellige nicher. Men det kræver en ændring af kultur og tankesæt, og der skal samtidig være vilje til at investere i teknologien.«

Vigtigt at komme hele vejen rundt

At teknologien absolut ikke kan indfri de grønne ambitionsmål alene er Jørgen E. Olesen, professor og institutleder ved Institut for Agroøkologi på Aarhus Universitet, enig med de to forskere i.

Han har ikke bidraget til den nye artikel i Nature Foods.

»Jeg synes, at det mest interessante ved studiet er, at forskerne peger på, at det vigtigste i virkeligheden ikke er i teknologien, men alle de andre faktorer, der er udenom, og som er afgørende for, at teknologien overhovedet tages i brug,« siger Jørgen E. Olesen, der understreger vigtigheden af at tænke i inddragelse af branche, politik og økonomiske incitamenter.

Ifølge tal fra Energistyrelsens basisfremskrivning står landbruget for omtrent 22 procent af drivhusgasserne, der udledes i Danmark.

Hertil kommer udledninger fra dræning og dyrkning af tørvejorder, så andelen i virkeligheden overstiger 30 procent, tilføjer Jørgen E. Olesen.

Og det tyder ikke på, at tallet daler, hvis der ikke bliver tænkt i hele løsninger, hvor teknologien er et værktøj i en større kontekst.

»Det er centralt, at teknologien oplyser aktører i produktionskæderne, og den skal også være med til at automatisere de rigtige løsninger. Men en drone løser jo ikke noget i sig selv. Den giver os noget data, og hvis ikke det bruges til at implementere noget andet teknologi, så er det waste of time,« mener Jørgen E. Olesen.

Biologi respekterer ikke klimaloven

Jørgen E. Olesen anerkender, at blandt andet kunstig intelligens kan være med til at mindske forbruget af pesticider, øge gennemsigtigheden for forbrugeren og gøre det nemmere for landmanden at følge med i afgrødernes sundhed.

Men helt grundlæggende handler landbrugets klimaudfordringer om biologi, og biologi respekterer ikke klimalove, forklarer han. 

»Det, der er med udledning i landbruget, er, at det er notorisk svært at arbejde med, fordi de er biologisk betinget. Det er mikroorganismer, der står for den. De respekterer ikke nogen klimalovgivning, der skal vi over i teknologier, der har en bedre forståelse for og kan manipulere med det mikrobielle.«

Med det mikrobielle menes eksempelvis forskning i gavnlige bakterier. Det er forskning, hvor der er fokus på naturlige løsninger til en bæredygtig landbrugsproduktion.

Derfor bliver artiklen også en anelse teknologifikseret, og forskerne kunne godt have fremhævet samspillet mellem eksempelvis teknologierne og agroøkologi, lyder det fra professoren.

Agroøkologi er påvirkninger mellem planter, dyr, mennesker og miljø inden for systemer til produktion af fødevarer.

Investeringer og tilgængelig data er et must

Men hvordan får vi så sat yderligere tryk på en datadreven udvikling?

Her er forskerne generelt enige om, at det kræver investeringer, plus at der er relevant, informationsrig data til rådighed, som computeren kan arbejde med.

»Hvis man smider lort ind i en maskine, kommer der jo ikke en blomst ud,« siger Rasmus Nyholm Jørgensen.  

Han understreger vigtigheden af, at virksomhederne ikke bliver siloer, der sidder på data, men at universiteterne også inddrages.

»Det er afgørende, at samfundet har adgang til data, så det ikke kun er de store virksomheder, der sidder på den, men vi forskere også kan gå det efter i sømmene og udvikle nye løsninger.«  

Det samme peger Svend Christensen og hans kolleger på i studiet, og ifølge Jørgen E. Olesen er det centralt, at investeringerne også følger med.                   

»Det er ikke nok, at vi blot udvikler teknologien. Det kommer den ikke i brug af, og det har vi set før. Det kræver, at virksomhederne er med, og der bliver investeret i teknologien, men der er stadig et godt stykke vej, hvis vi skal indfri de grønne ambitioner.«

Efter sommerferien går Folketinget i gang med forhandlingerne om, hvorledes man kan nedbringe landbrugets CO_2-udledning.