Peran Komputer Industri Dalam Memajukan Pertanian Secara Berkelanjutan
Manusia secara fisik telah mengkonfigurasi ulang separuh lahan di dunia untuk menanam hanya delapan tanaman pokok: jagung (jagung), kedelai, gandum, beras, singkong, sorgum, ubi jalar, dan kentang. Mereka menyumbang sebagian besar kalori yang dikonsumsi orang di seluruh dunia. Seiring dengan meningkatnya populasi global, terdapat tekanan untuk memperluas produksi lebih jauh lagi .
Banyak ahli berpendapat bahwa memperluas pertanian industri modern – yang sangat bergantung pada pupuk sintetis, pestisida kimia, dan benih dengan hasil tinggi – bukanlah cara yang tepat untuk memberi makan populasi dunia yang terus bertambah . Dalam pandangan mereka, pendekatan ini tidak berkelanjutan secara ekologis atau ekonomi , dan para petani serta ilmuwan sama-sama merasa terjebak dalam sistem ini.
Bagaimana masyarakat dapat mengembangkan sistem pangan yang memenuhi kebutuhan mereka dan juga lebih sehat dan beragam? Terbukti sulit untuk meningkatkan metode alternatif, seperti pertanian organik, dan juga pertanian industri.
Dalam penelitian terbaru, tim World Economic Forum (WEF) mempertimbangkan masalah ini dari sudut pandang kami sebagai ilmuwan komputer dan ilmuwan tanaman . Tim WEF dan rekan kerja mereka Bryan Runck , Adam Streed , Diane R. Wang dan Patrick M. Ewing mengusulkan cara untuk memikirkan kembali bagaimana sistem pertanian dirancang dan diterapkan , menggunakan ide sentral dari ilmu komputer – abstraksi – yang merangkum data dan konsep serta mengaturnya secara komputasional, sehingga kita dapat menganalisis dan menindaklanjutinya tanpa harus terus-menerus memeriksa detail internalnya.
Output besar, dampak besar
Pertanian modern semakin intensif hanya dalam beberapa dekade pada pertengahan abad ke-20 – hanya sekejap mata dalam sejarah manusia. Kemajuan teknologi memimpin hal ini, termasuk pengembangan pupuk sintetis dan metode statistik yang meningkatkan pembiakan tanaman.
Kemajuan ini memungkinkan pertanian memproduksi pangan dalam jumlah yang jauh lebih besar, namun dengan mengorbankan lingkungan. Pertanian skala besar telah membantu mendorong perubahan iklim , mencemari danau dan teluk dengan limpasan nutrisi dan mempercepat hilangnya spesies dengan mengubah alam menjadi ladang tanaman monokultur.
Banyak petani dan peneliti pertanian AS ingin menanam tanaman yang lebih beragam dan menggunakan metode pertanian yang lebih berkelanjutan. Namun sulit bagi mereka untuk mengetahui sistem baru apa yang dapat bekerja dengan baik, terutama dalam perubahan iklim. Sistem pertanian berdampak rendah seringkali memerlukan pengetahuan lokal yang mendalam, ditambah pemahaman ensiklopedis tentang tanaman, pemodelan cuaca dan iklim, geologi, dan banyak lagi.
Di situlah pendekatan baru WEF berperan.
Pertanian monokultur, seperti yang ditunjukkan pada lahan kedelai Iowa saat panen, telah berkontribusi terhadap penurunan jumlah lebah dan penyerbuk lainnya dengan mengurangi sumber makanan mereka. Gambar: Joe Raedle/Getty Images
Peternakan sebagai ruang negara
Ketika ilmuwan komputer memikirkan masalah yang kompleks, mereka sering menggunakan konsep yang disebut ruang keadaan (state space). Pendekatan ini secara matematis mewakili semua kemungkinan cara di mana suatu sistem dapat dikonfigurasi. Bergerak melintasi ruang memerlukan pengambilan keputusan, dan keputusan tersebut mengubah keadaan sistem, baik atau buruk.
Sebagai contoh, perhatikan permainan catur dengan papan dan dua orang pemain. Setiap konfigurasi papan pada suatu waktu adalah satu keadaan permainan. Saat seorang pemain bergerak, permainan akan dialihkan ke keadaan lain.
Keseluruhan permainan dapat dideskripsikan berdasarkan “ruang keadaan” – semua kemungkinan keadaan permainan melalui gerakan valid yang dilakukan para pemain. Selama permainan, setiap pemain mencari negara bagian yang lebih baik bagi mereka.
Kita dapat menganggap sistem pertanian sebagai state place dalam suatu ekosistem tertentu. Sebuah peternakan dan tata letak spesies tanamannya pada saat tertentu mewakili satu negara bagian dalam ruang negara tersebut. Petani mencari kondisi yang lebih baik dan berusaha menghindari kondisi yang buruk.
Baik manusia maupun alam memindahkan pertanian dari satu negara ke negara lain. Pada hari tertentu, petani mungkin melakukan banyak hal berbeda di lahannya, seperti mengolah tanah, menanam, menyiangi, memanen, atau menambahkan pupuk. Alam menyebabkan transisi keadaan kecil, seperti pertumbuhan tanaman dan turunnya hujan, dan transisi keadaan yang jauh lebih dramatis ketika terjadi bencana alam seperti banjir atau kebakaran hutan.
Menemukan sinergi
Memandang sistem pertanian sebagai state place memungkinkan untuk memperluas pilihan bagi petani di luar yang mememiliki pilihan terbatas yang ditawarkan sistem pertanian saat ini.
Petani perorangan tidak memiliki waktu atau kemampuan untuk melakukan uji coba selama bertahun-tahun di lahan mereka. Namun, sistem komputasi dapat memanfaatkan pengetahuan pertanian dari berbagai lingkungan dan aliran pemikiran untuk memainkan permainan catur metaforis dengan alam yang membantu petani mengidentifikasi opsi terbaik untuk lahan mereka.
Pertanian konvensional membatasi petani pada beberapa pilihan spesies tanaman, metode pertanian, dan input. Kerangka kerja WEF memungkinkan untuk mempertimbangkan strategi tingkat tinggi, seperti menanam beberapa tanaman secara bersamaan atau menemukan teknik pengelolaan yang paling sesuai untuk lahan tertentu. Pengguna dapat menelusuri ruang negara untuk mempertimbangkan perpaduan metode, spesies, dan lokasi yang dapat mencapai tujuan tersebut.
Misalnya, jika seorang ilmuwan ingin menguji lima rotasi tanaman – meningkatkan rangkaian tanaman yang direncanakan di lahan yang sama – yang masing-masing berlangsung selama empat tahun, menumbuhkan tujuh spesies tanaman, yang mewakili 721 potensi rotasi. Pendekatan WEF dapat menggunakan informasi dari penelitian ekologi jangka panjang untuk membantu menemukan sistem potensial terbaik untuk diuji.
Salah satu bidang dilihat memiliki potensi besar adalah tumpang sari – menanam tanaman yang berbeda secara bersamaan atau berdekatan. Banyak kombinasi tanaman tertentu telah lama diketahui dapat tumbuh bersama dengan baik, dan masing-masing tanaman saling membantu dalam beberapa hal.
Contoh paling umum adalah “tiga bersaudara” – jagung, labu dan kacang-kacangan – yang dikembangkan oleh petani Pribumi Amerika . Batang jagung berfungsi sebagai teralis untuk memanjat tanaman merambat, sedangkan daun labu menaungi tanah, menjaganya tetap lembab dan mencegah tumbuhnya gulma. Bakteri pada akar tanaman kacang-kacangan menyediakan nitrogen, nutrisi penting, bagi ketiga tanaman tersebut.
Kebudayaan sepanjang sejarah manusia memiliki sistem tumpang sari yang disukai dengan sinergi serupa, seperti kunyit dan mangga atau millet, kacang tunggak dan ziziphus, yang umumnya dikenal sebagai kurma merah . Dan penelitian baru di bidang agrivoltaik menunjukkan bahwa menggabungkan panel surya dan pertanian ternyata bisa memberikan hasil yang sangat baik: Panel-panel tersebut sebagian melindungi tanaman yang tumbuh di bawahnya, dan para petani memperoleh penghasilan tambahan dengan memproduksi energi terbarukan di lahan mereka.
Baca Juga:
Memodelkan strategi pertanian alternatif
Kami berupaya mengubah kerangka kerja kami menjadi perangkat lunak yang dapat digunakan masyarakat untuk memodelkan pertanian sebagai ruang keadaan (state space). Tujuannya adalah untuk memungkinkan pengguna mempertimbangkan desain alternatif berdasarkan intuisi mereka, meminimalkan biaya uji coba yang diperlukan untuk menguji ide-ide baru dalam pertanian.
Pendekatan yang ada saat ini sebagian besar mencontohkan dan mengupayakan optimalisasi sistem pertanian yang ada, yang seringkali tidak berkelanjutan. Kerangka kerja WEF memungkinkan penemuan sistem pertanian baru dan kemudian optimalisasi dalam sistem baru tersebut.
Pengguna juga dapat menentukan tujuan mereka kepada agen berbasis kecerdasan buatan (AO) yang dapat melakukan pencarian ruang keadaan pertanian, seperti halnya mencari ruang keadaan papan catur untuk memilih langkah kemenangan.
Masyarakat modern mempunyai akses terhadap lebih banyak spesies tumbuhan dan lebih banyak informasi tentang bagaimana berbagai spesies dan lingkungan berinteraksi dibandingkan seabad yang lalu. Dalam pandangan WEF, sistem pertanian belum mampu memanfaatkan seluruh pengetahuan tersebut. Menggabungkannya secara komputasi dapat membantu menjadikan pertanian lebih produktif, sehat, dan berkelanjutan di dunia yang berubah dengan cepat.
How can computer science help farmers grow food more sustainably?(2023). Diakses pada 4 Oktober 2023 dari https://www.weforum.org/agenda/2023/08/computer-science-farmers-sustainable-agriculture/
