"Modern toplumlar, bir asır önce olduğundan çok daha fazla bitki türüne ve farklı türlerin ve çevrelerin nasıl etkileşime girdiğine dair çok daha fazla bilgiye erişebiliyor."
yalnızca sekiz temel ürün yetiştirmek için fiziksel olarak yeniden yapılandırdı : mısır (mısır), soya, buğday, pirinç, manyok, sorgum, tatlı patates ve patates.
Dünyanın dört bir yanındaki insanların tükettiği kalorilerin büyük çoğunluğunu oluştururlar. Küresel nüfus arttıkça, üretimi daha da genişletme baskısı var.
Pek çok uzman, büyük ölçüde sentetik gübre, kimyasal böcek ilaçları ve yüksek verimli tohumlara dayanan modern sanayileşmiş tarımın daha da genişletilmesinin, artan dünya nüfusunu beslemenin doğru yolu olmadığını savunuyor. Onların görüşüne göre, bu yaklaşım ekolojik veya ekonomik olarak sürdürülebilir değil ve hem çiftçiler hem de bilim adamları bu sistem içinde kapana kısılmış hissediyorlar .
Toplumlar ihtiyaçlarını karşılayan, aynı zamanda daha sağlıklı ve çeşitli bir gıda sistemini nasıl geliştirebilir? Organik tarım gibi alternatif yöntemleri endüstriyel tarım kadar yaygınlaştırmanın zor olduğu ortaya çıktı.
Yakın tarihli bir çalışmada, bu sorunu bir bilgisayar bilimcisi ve bir bitki bilimcisi olarak kendi bakış açımızdan ele aldık . Biz ve meslektaşlarımız Bryan Runck , Adam Streed , Diane R. Wang ve Patrick M. Ewing , verileri ve kavramları özetleyen ve organize eden bilgisayar biliminin merkezi bir fikrini - soyutlama - kullanarak tarımsal sistemlerin nasıl tasarlandığını ve uygulandığını yeniden düşünmenin bir yolunu önerdik . hesaplamalı olarak, böylece iç ayrıntılarını sürekli olarak incelemek zorunda kalmadan analiz edebilir ve bunlara göre hareket edebiliriz.
Büyük çıktı, büyük etkiler
Modern tarım, 20. yüzyılın ortalarında sadece birkaç on yılda yoğunlaştı - insanlık tarihinde göz açıp kapayıncaya kadar. Sentetik gübrenin geliştirilmesi ve bitki ıslahını iyileştiren istatistiksel yöntemler de dahil olmak üzere teknolojik gelişmeler öncülük etti.
Bu ilerlemeler, çiftliklerin çok daha büyük miktarlarda gıda üretmesini mümkün kıldı, ancak çevre pahasına. Büyük ölçekli tarım, doğal manzaraları tek kültürlü ekin tarlalarına çevirerek iklim değişikliğini , besin akışıyla kirlenmiş gölleri ve körfezleri yönlendirmeye ve tür kayıplarını hızlandırmaya yardımcı oldu.
Birçok ABD çiftçisi ve tarım araştırmacısı, daha geniş bir ürün yelpazesi yetiştirmek ve daha sürdürülebilir tarım yöntemleri kullanmak istiyor. Ancak, özellikle değişen bir iklimde hangi yeni sistemlerin iyi performans gösterebileceğini anlamaları zor. Düşük etkili tarım sistemleri genellikle derin yerel bilgi, artı bitkiler, hava ve iklim modellemesi, jeoloji ve daha fazlası hakkında ansiklopedik bir anlayış gerektirir.
Yeni yaklaşımımız işte burada devreye giriyor.
Durum alanları olarak çiftlikler
Bilgisayar bilimcileri karmaşık problemler hakkında düşündüklerinde genellikle durum uzayı adı verilen bir kavram kullanırlar . Bu yaklaşım, bir sistemin yapılandırılabileceği tüm olası yolları matematiksel olarak temsil eder. Uzayda hareket etmek seçimler yapmayı gerektirir ve bu seçimler sistemin durumunu iyi ya da kötü yönde değiştirir.
Örnek olarak, bir tahta ve iki oyuncuyla oynanan bir satranç oyununu düşünün. Tahtanın herhangi bir andaki her konfigürasyonu, oyunun tek bir durumudur. Bir oyuncu hamle yaptığında, oyunu başka bir duruma kaydırır.
Tüm oyun, "durum alanı" ile tanımlanabilir - oyuncuların yaptığı geçerli hamleler aracılığıyla oyunun içinde olabileceği tüm olası durumlar. Oyun sırasında her oyuncu kendisi için daha iyi olan durumları arıyor.
Bir tarım sistemini, belirli bir ekosistemdeki bir durum alanı olarak düşünebiliriz. Bir çiftlik ve onun bitki türlerinin düzeni, herhangi bir zamanda, o durum uzayında bir durumu temsil eder. Çiftçi daha iyi durumlar arıyor ve kötü olanlardan kaçınmaya çalışıyor.
Hem insanlar hem de doğa, çiftliği bir durumdan diğerine kaydırır. Herhangi bir günde, çiftçi arazide toprak işleme, ekme, yabani otları temizleme, hasat etme veya gübreleme gibi bir düzine farklı şey yapabilir. Doğa, bitkilerin büyümesi ve yağmur yağması gibi küçük durum geçişlerine ve sel veya orman yangınları gibi doğal afetler sırasında çok daha dramatik durum geçişlerine neden olur.
Sinerji bulma
Bir tarım sistemini bir devlet alanı olarak görmek, çiftçiler için seçenekleri günümüzün çiftçilik sistemlerinin sunduğu sınırlı seçeneklerin ötesine genişletmeyi mümkün kılar.
Bireysel çiftçilerin topraklarında yıllarca deneme yanılma yapacak zamanı veya yeteneği yoktur. Ancak bir bilgi işlem sistemi, çiftçilerin arazileri için en iyi seçenekleri belirlemelerine yardımcı olan doğayla metaforik bir satranç oyunu oynamak için birçok farklı çevreden ve düşünce okulundan gelen tarımsal bilgilerden yararlanabilir.
Geleneksel tarım, çiftçileri birkaç bitki türü, çiftçilik yöntemi ve girdi seçeneğiyle sınırlar. Çerçevemiz, birden çok ürünü birlikte yetiştirmek veya belirli bir arazi parçasına en uygun yönetim tekniklerini bulmak gibi daha üst düzey stratejilerin dikkate alınmasını mümkün kılar. Kullanıcılar, hangi yöntemlerin, türlerin ve yerel ayarların karışımının bu hedeflere ulaşabileceğini düşünmek için durum uzayını arayabilirler.
Örneğin, bir bilim adamı beş ürün rotasyonunu test etmek isterse - aynı tarlalarda planlanan mahsul dizilerini yükselterek - her son dört yılda yedi bitki türü yetiştirerek, bu 721 potansiyel rotasyonu temsil eder. Yaklaşımımız, test edilecek en iyi potansiyel sistemleri bulmaya yardımcı olmak için uzun vadeli ekolojik araştırmalardan elde edilen bilgileri kullanabilir.
Büyük potansiyel gördüğümüz bir alan, farklı bitkileri bir karışım halinde veya birbirine yakın olarak yetiştirmek olan birlikte ekim yapmaktır . Spesifik bitkilerin birçok kombinasyonunun birlikte iyi büyüdüğü ve her bitkinin bir şekilde diğerlerine yardım ettiği uzun zamandır bilinmektedir.
En bilinen örnek, Amerika'nın yerli çiftçileri tarafından geliştirilen "üç kız kardeş"tir - mısır, kabak ve fasulye . Mısır sapları, fasulye asmalarına tırmanmak için kafes görevi görürken, kabak yaprakları zemini gölgeleyerek nemli tutar ve yabani otların filizlenmesini önler. Fasulye bitkilerinin köklerindeki bakteriler, her üç bitkiye de temel bir besin maddesi olan azot sağlar.
İnsanlık tarihi boyunca kültürler , tumeric ve mango veya darı, börülce ve genellikle kırmızı hurma olarak bilinen ziziphus gibi benzer sinerjilere sahip kendi tercih edilen birbirine ekme sistemlerine sahip olmuştur . Agrivoltaik üzerine yapılan yeni çalışma, güneş panelleri ile tarımı birleştirmenin şaşırtıcı derecede iyi işleyebileceğini gösteriyor: Paneller altlarında yetişen ekinleri kısmen gölgeliyor ve çiftçiler arazilerinde yenilenebilir enerji üreterek ek gelir elde ediyor.
Alternatif çiftlik stratejilerinin modellenmesi
Çerçevemizi, insanların tarımı durum uzayları olarak modellemek için kullanabilecekleri bir yazılıma dönüştürmek için çalışıyoruz. Amaç, kullanıcıların sezgilerine dayalı olarak alternatif tasarımları değerlendirmelerini sağlamak ve çiftçilikte yeni fikirleri test etmek için artık gerekli olan maliyetli deneme yanılma sürecini en aza indirmektir.
Bugünün yaklaşımları, mevcut, genellikle sürdürülemez tarım sistemlerini büyük ölçüde modellemekte ve bunların optimizasyonlarını takip etmektedir. Çerçevemiz, yeni tarım sistemlerinin keşfedilmesini ve ardından bu yeni sistemler içinde optimizasyon yapılmasını sağlar.
Kullanıcılar ayrıca, kazanan hamleleri seçmek için bir satranç tahtasının durum uzayını arayabileceği gibi, çiftlik durum uzayında arama yapabilen yapay zeka tabanlı bir aracıya hedeflerini belirtebilecekler.
Modern toplumlar, bir asır önce olduğundan çok daha fazla bitki türüne ve farklı türlerin ve çevrelerin nasıl etkileşime girdiğine dair çok daha fazla bilgiye erişebiliyor. Bize göre, tarımsal sistemler tüm bu bilgileri kullanmak için yeterince çaba göstermiyor. Hesaplamalı olarak birleştirmek, hızla değişen bir dünyada tarımın daha üretken, sağlıklı ve sürdürülebilir olmasına yardımcı olabilir.
