Kỳ 3: Ruộng lúa thông minh - khi IOT và AI về làng

Trên những cánh đồng lúa truyền thống của Việt Nam, nơi từng quen với tiếng bơm nước, tiếng gà gáy sớm và nhịp cày của người nông dân, nay đã xuất hiện những thiết bị cảm biến, trạm khí tượng tự động và hệ thống điều khiển tưới từ xa. Đó không chỉ là sự thay đổi về công cụ, mà là cuộc cách mạng số trong nông nghiệp, khi Internet vạn vật (IoT) và trí tuệ nhân tạo (AI) đang giúp cây lúa “lớn lên bằng dữ liệu”, biết “thở” theo quy trình tưới tiết kiệm nước, giảm phát thải khí mê-tan và thích ứng khí hậu. Từ mô hình thí điểm ở Bắc Ninh đến những cánh đồng mênh mông vùng đồng bằng sông Cửu Long, “ruộng lúa thông minh” đang mở ra một thời kỳ mới cho hạt gạo Việt Nam, thời kỳ của nông nghiệp xanh, hiện đại và phát triển bền vững.

Cuộc cách mạng số trên cánh đồng truyền thống

Trong nhiều năm qua, cánh đồng lúa Việt Nam vẫn mang hình ảnh quen thuộc: bờ vùng, bờ thửa, kênh tưới, trạm bơm… tất cả vận hành phần lớn dựa trên kinh nghiệm và sức người. Thế nhưng, trong dòng chảy của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, nông nghiệp Việt Nam đang chứng kiến một sự chuyển mình mạnh mẽ - khi công nghệ số, Internet vạn vật (IoT) và trí tuệ nhân tạo (AI) bắt đầu bước vào từng thửa ruộng.

Từ góc nhìn khoa học - chính sách, sự chuyển đổi này không chỉ là xu thế công nghệ, mà còn là giải pháp chiến lược giúp Việt Nam thực hiện đồng thời hai mục tiêu: phát triển nông nghiệp bền vững và giảm phát thải khí nhà kính (KNK) theo cam kết tại COP26.

Theo Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, lĩnh vực nông nghiệp chiếm khoảng 80% lượng nước sử dụng hằng năm của quốc gia, trong đó trồng lúa tiêu thụ hơn 46,8 tỷ m³/năm. Bên cạnh đó, hoạt động canh tác lúa truyền thống là nguồn phát thải lớn nhất trong nông nghiệp, với 44,6 triệu tấn CO₂ tương đương mỗi năm, chiếm 50,5% tổng phát thải toàn ngành.

Trước sức ép của biến đổi khí hậu và cạn kiệt tài nguyên nước, Chính phủ Việt Nam đã xác định chuyển đổi số trong nông nghiệp là một trong những hướng đi đột phá của Chiến lược tăng trưởng xanh giai đoạn 2021-2030, tầm nhìn 2050. Trong đó, việc ứng dụng IoT và AI trong quản lý tưới tiêu, giám sát nước mặt ruộng và dự báo thời tiết vi mô được coi là “chìa khóa vàng” để đạt được mục tiêu phát thải thấp và tiết kiệm tài nguyên.

Trên thực tế, mô hình “ruộng thông minh” đã được triển khai thí điểm tại xã Tam Đa (tỉnh Bắc Ninh), quy mô 5- 10 ha, sử dụng hệ thống cảm biến mực nước, trạm khí tượng tự động, bộ điều khiển trung tâm PLC và các van điện từ điều khiển từ xa. Toàn bộ dữ liệu về mực nước, lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm và bức xạ mặt trời được truyền thời gian thực về máy chủ qua kết nối 4G/IoT, cho phép người vận hành theo dõi và điều chỉnh từ điện thoại thông minh.

Khi IoT về làng, người nông dân không còn “đứng ruộng đo nước”, mà trở thành “người quản lý dữ liệu”, điều khiển hệ thống tưới từ xa, tối ưu lượng nước theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây lúa. Mỗi thửa ruộng giờ đây được ví như một “tế bào số” trong hệ sinh thái nông nghiệp thông minh, nơi công nghệ, khoa học và kinh nghiệm truyền thống cùng hòa quyện.

Từ cảm biến đến trí tuệ nhân tạo - công nghệ thay đổi cách quản lý nước và phát thải

Điểm cốt lõi của mô hình ruộng lúa thông minh là khả năng thu thập, phân tích và phản hồi dữ liệu theo thời gian thực. Hệ thống được cấu thành bởi năm nhóm công nghệ chính, đóng vai trò liên kết chặt chẽ trong toàn bộ quá trình quản lý nước và phát thải: (1) Cảm biến thông minh: Cảm biến IoT được đặt trực tiếp trên mặt ruộng để đo mực nước, nhiệt độ, độ ẩm, và dinh dưỡng đất. Dữ liệu được truyền tự động về trung tâm điều khiển, giúp xác định chính xác thời điểm cần tưới, khi mực nước hạ thấp hơn mặt ruộng 10-12 cm, theo khuyến nghị trong TCVN 142.73:2024 - Giảm phát thải khí nhà kính: Chế độ tưới tiết kiệm nước cho lúa. (2) Cổng kết nối và mạng truyền dữ liệu: Các cảm biến kết nối thông qua cổng truyền dữ liệu IoT (gateway), giao tiếp giữa thiết bị và đám mây. Mỗi ruộng có thể trở thành một “nút mạng” trong hệ thống tưới thông minh liên vùng. (3) Điện toán đám mây (Cloud): Đây là trung tâm lưu trữ và xử lý dữ liệu. Nhờ điện toán đám mây, hàng nghìn cảm biến từ nhiều cánh đồng có thể gửi dữ liệu liên tục, phục vụ cho các thuật toán AI học máy để dự báo, phân tích xu hướng mực nước, lượng mưa hay nhiệt độ trung bình. (4) Trí tuệ nhân tạo (AI): AI giúp “học” mô hình tưới hiệu quả nhất dựa trên dữ liệu thực tế, dự báo khi nào nên rút hoặc thêm nước để vừa đảm bảo sinh trưởng, vừa hạn chế phát thải khí mê-tan.
Theo PGS.TS Lê Xuân Quang, khi tưới quá sâu hoặc ngập kéo dài, môi trường yếm khí khiến CH₄ sinh ra mạnh; nhưng nếu duy trì giai đoạn khô ướt xen kẽ hợp lý, có thể giảm tới 48,8% phát thải khí mê-tan mà không ảnh hưởng năng suất. (5) Giao diện người dùng: Dữ liệu hiển thị trực quan trên phần mềm hoặc ứng dụng di động, giúp người nông dân hoặc cán bộ hợp tác xã dễ dàng giám sát, điều chỉnh và báo cáo định kỳ.

Nhờ sự kết hợp của các công nghệ này, hệ thống tự động hóa tưới tiêu có thể hoạt động theo hai chế độ: Tự động hoàn toàn - khi AI ra lệnh mở/đóng van tưới dựa trên ngưỡng mực nước và thời tiết. Bán tự động, người vận hành xác nhận đề xuất của hệ thống trước khi thực hiện.

Mô hình thử nghiệm ở Tam Đa cho thấy, việc ứng dụng IoT giúp giảm chi phí nhân công tới 30 - 40%, giảm 20 - 50% lượng nước tưới, đồng thời tăng năng suất lúa trung bình trên 10%. Điều quan trọng hơn, các phép đo khí nhà kính tại ruộng cho thấy lượng phát thải CH₄ giảm rõ rệt so với mô hình tưới truyền thống.

Đặc biệt, khi dữ liệu được tích hợp liên tục, hệ thống có thể tự động lập lịch tưới thông minh: nếu cảm biến mưa phát hiện lượng mưa vượt 0,1 mm, bơm tưới tự động ngừng hoạt động; hoặc khi bức xạ mặt trời giảm, hệ thống điều chỉnh thời gian tưới để tránh dư thừa nước. Tất cả những điều này biến cánh đồng lúa trở thành một “thực thể biết thích ứng” trong thời tiết biến động, góp phần hiện thực hóa nông nghiệp xanh - nông nghiệp số.

Chính sách và tầm nhìn - từ mô hình thí điểm đến mạng lưới “cánh đồng thông minh” quốc gia

Sự hình thành của “ruộng lúa thông minh” không chỉ là câu chuyện công nghệ, mà còn là minh chứng cho tầm nhìn chiến lược của Nhà nước trong phát triển nông nghiệp bền vững.

Trong Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021-2030, Bộ Nông nghiệp và Môi trường xác định, phải thúc đẩy ứng dụng khoa học - công nghệ, chuyển đổi số trong quản lý tài nguyên nước và sản xuất nông nghiệp. Việc kết hợp IoT, AI và quy trình tưới tiết kiệm nước theo TCVN 142.73:2024 là cụ thể hóa tinh thần đó.

Bên cạnh yếu tố khoa học, chính sách cũng đóng vai trò quyết định. Chính phủ đã và đang: Đưa tiêu chí giảm phát thải vào chương trình “Xây dựng nông thôn mới”, khuyến khích địa phương áp dụng quy trình tưới tiên tiến. Phát triển Đề án 1 triệu hecta lúa chất lượng cao - phát thải thấp vùng đồng bằng sông Cửu Long, trong đó công nghệ IoT được xem là công cụ giám sát, đánh giá phát thải theo thời gian thực. Huy động nguồn vốn từ các quỹ khí hậu quốc tế (GCF, JICA, ADB) để đầu tư hạ tầng thủy lợi hiện đại và thiết bị cảm biến nông nghiệp.

Trong thực tiễn, các kết quả nghiên cứu đã được chuẩn hóa thành tài liệu hướng dẫn, sổ tay kỹ thuật và giáo trình đào tạo cho cán bộ khuyến nông, hợp tác xã và sinh viên ngành nông nghiệp số. Bộ Nông nghiệp và Môi trường đang phối hợp với Bộ Văn hoá, thể thao và Du lịch để xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa cánh đồng lúa, tiến tới hình thành bản đồ tưới nước và phát thải khí nhà kính quốc gia.

Từ góc độ người nông dân, sự thay đổi không chỉ nằm ở kỹ thuật, mà còn là chuyển đổi nhận thức: từ “kinh nghiệm” sang “dữ liệu”, từ “canh tác thủ công” sang “quản lý thông minh”. Khi nông dân được hỗ trợ thiết bị, được tập huấn kỹ năng vận hành hệ thống IoT, họ không chỉ giảm công lao động mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất và năng suất lao động, yếu tố then chốt để nông nghiệp Việt Nam hội nhập thị trường carbon toàn cầu.

Hạt gạo Việt trong kỷ nguyên dữ liệu

Nếu “tưới khô ướt xen kẽ” là cuộc cách mạng về kỹ thuật canh tác, thì “ruộng thông minh” chính là cuộc cách mạng số của đồng ruộng Việt Nam. Mỗi cảm biến, mỗi dòng dữ liệu được thu thập trên cánh đồng đều mang trong mình giá trị tri thức, giúp nông nghiệp không chỉ sản xuất ra lúa gạo, mà còn sản xuất ra giải pháp cho tương lai xanh.

Trong hành trình chuyển đổi đó, IoT và AI không thay thế người nông dân mà đồng hành cùng họ, giúp họ làm chủ tri thức, giảm chi phí, tăng năng suất, bảo vệ môi trường và đóng góp thiết thực vào mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050.

Từ những thửa ruộng ở tỉnh Bắc Ninh hôm nay đến đồng bằng sông Cửu Long ngày mai, mô hình “ruộng lúa thông minh” đang mở ra triển vọng mới - nông nghiệp chính xác, quản trị bằng dữ liệu, thân thiện khí hậu và mang bản sắc Việt Nam.

Cánh đồng Việt Nam đang đổi mới từng ngày, nơi mỗi hạt lúa không chỉ là lương thực, mà còn là biểu tượng của trí tuệ, công nghệ và khát vọng xanh của dân tộc.

Từ bài toán nước cho ruộng lúa, đến kỹ thuật tưới khô ướt xen kẽ giúp cây “biết thở”, và hôm nay là những “ruộng lúa thông minh” được quản lý bằng cảm biến và dữ liệu, hành trình ấy phản chiếu quyết tâm lớn của Việt Nam trong việc chuyển đổi nông nghiệp theo hướng xanh, tuần hoàn và phát thải thấp. Mỗi bước đi không chỉ là đổi mới kỹ thuật, mà là bước chuyển về tư duy phát triển, đặt nông dân vào trung tâm, khoa học - công nghệ làm nền tảng, và chính sách làm động lực. Khi những cánh đồng biết tiết kiệm từng giọt nước, hạt gạo Việt Nam không chỉ nuôi sống con người, mà còn mang trong mình thông điệp của thời đại: phát triển hài hòa giữa con người, thiên nhiên và công nghệ, vì một tương lai nông nghiệp xanh, hiện đại và bền vững.