Використання ЗЗР — один з найважливіших чинників, які впливають на врожайність. Обґрунтоване застосування агрохімікатів на початкових етапах розвитку — гарантія повноцінного формування та росту культури.
Оптимізація застосування ЗЗР — один з ключових чинників прибутковості
Впродовж 2016-2018 років сфера ЗЗР в Україні збільшилась на 12% (від $820 млн до $920 млн). Разом з тим обсяг препаратів, що вносяться, збільшився на 4%. Українська держава здатна забезпечити себе пестицидами не більше ніж на 20%, і вкрай залежить від імпорту.
У 2017 році ціна ЗЗР для аграріїв зросла на 30%. Після масової ліквідації хімічних підприємств Китаю (в межах обраного країною курсу на зменшення хімічного виробництва), ціни на окремі види продукції подвоїлись (азоксистробін). Оптимізація використання ЗЗР — важливий фактор досягнення прибутковості агровиробництва.
Близько 30% від загальної кількості втрат врожаю зумовлені проблемами з рослинами-паразитами
Рослини-паразити поширюються нерівномірно на різних ділянках поля — це їх особливість. Своєчасне виявлення і обробка місць появи — основний чинник контролю їх розповсюдження.
З прогресом технологій на зміну малоефективному та складному візуальному огляду прийшли способи спостереження із застосуванням БПЛА та супутників дистанційного зондування Землі. Вони дають можливість оцінювати стан посівів на великих площах з необхідною регулярністю. Також останнім часом для ідентифікації забур’яненості застосовуються технології машинного навчання та роботизована техніка.
Щорічні збитки від шкідників, захворювань і рослин-паразитів можуть сягати до 40% від всесвітнього врожаю. Близько 30% від загальної кількості збитків спричинені проблемами з рослинами-паразитами. Отримати велику врожайність окремих культур (кукурудза, ріпак та ін.) без правильного використання ЗЗР взагалі неможливо.
Звичні способи боротьби з рослинами-паразитами полягають у внесенні гербіцидів на всю площу поля. Ця діяльність спричиняє перевитрату діючої речовини, що збільшує витрати агровиробника та призводить до забруднення навколишнього середовища.
Мінімізувати застосування ЗЗР і зберегти продуктивність — мета точного землеробства. Досягти цієї мети допоможе виявлення та розпізнавання рослин-паразитів за допомогою спеціальних технічних засобів.
Використання супутників для вирішення проблеми
Супутниковий моніторинг економічно найвигідніший для виявлення рослин-паразитів. Проте після проростання насіння визначити забур’яненість за допомогою супутників — неможливо, через схожість відбивної здатності рослин-паразитів та сільськогосподарських культур. Спектральний відгук цільових рослин-паразитів повинен чітко відрізнятись від фону. Тому на практиці супутники використовуються або для визначення ступеня ураження поля рослинами-паразитами до проростання насіння, або на полях, вільних від культур. Також ДЗЗ (дистанційне зондування землі) використовують для оцінки ефективності боротьби з рослинами-паразитами, завдяки періодичності отримання знімків.
Моніторинг забур’яненості за допомогою дронів
У зв’язку зі швидким розвитком БПЛА та поліпшенням їх технічних параметрів (час польоту, якість фотообладнання) — зростає економічна вигідність їх використання.
Моніторинг за допомогою БПЛА проводиться на різних фазах вегетаційного розвитку рослин. Обладнані сучасними RGB-камерами дрони отримують знімки з високою роздільною здатністю 1-2 см/піксель, яка дає змогу виявити окремі культури та рослини-паразити.
На ранніх фазах росту просапних культур знімки БПЛА застосовують для визначення наявності рослин-паразитів у міжряддях. За допомогою алгоритмів обробки знімків ідентифікуються лінії посівів та міжряддя. Отже, вся рослинність у міжряддях ідентифікується як рослина-паразит.
Отримана інформація може використовуватись для складання карт диференційованого внесення гербіцидів. Щоб визначити вид рослин-паразитів та ефективний метод боротьби з ними, доцільно обстежити найбільш проблемні ділянки.
На ранніх стадіях розвитку культур також ефективна оцінка рослинної маси. Для цього застосовують обльоти БПЛА з гіперспектральними камерами та вегетаційні індекси. Враховуючи особливість розвитку рослин-паразитів (високій швидкості росту), ділянки з високим значенням індексу NDVI найімовірніше вражені, тому потребують негайної уваги агровиробника.
Технології машинного навчання для визначення рослин-паразитів — рішення платформи Hummingbird
Машинне навчання показує хороші результати в питаннях ідентифікації рослин. Проте технологія потребує значної кількості даних, які “навчатимуть” систему. Збір цих даних — надзвичайно складне завдання, за яке взялась компанія Hummingbird Technologies. Сьогодні дана платформа пропонує своє дієве розв’язання проблеми забур’яненості.
Велика частина сільськогосподарського поля може не містити абсолютно ніяких рослин-паразитів або їх присутність буде мінімальною. Заплановані обльоти полів допоможуть оцінити загрозу розповсюдження рослин-паразитів. На основі обробки отриманих знімків складається мапа наявності рослин-паразитів.
Технологія Hummingbird пропонує три продукти для виявлення рослин-паразитів та створення карт-завдань на диференційоване внесення гербіцидів.
Один з продуктів визначає зони забур’яненості на полі на основі вегетаційного індексу NDVI. Це виконується до висівання та диференційованого внесення ґрунтового гербіциду. На заході поширена практика внесення страхового гербіциду. В такому випадку обліт дронами та визначення зон забур’яненості проводиться після висівання до проростання насіння. Цей продукт підходить для всіх культур, а саме озимі та ярі пшениця, ячмінь, ріпак, кукурудза, соняшник, соя, картопля, цукровий буряк.
Для посівів просапних культур з широкими міжряддями (понад 40 см) — зони забур’яненості ідентифікуються за допомогою БПЛА, оснащених RGB-камерами. Картографування рослин-паразитів у міжряддях відбувається шляхом видалення із зображення культури та пошуку залишкової зеленої маси. Все це виконує система штучного інтелекту. Після чого створюється карта диференційованого внесення страхового гербіциду.
Такі карти можуть складатися до обробки полів ЗЗР і впродовж 10-14 днів після обробки — для визначення ефективності проведеного обприскування та виявлення стійких до гербіциду рослин-паразитів.
В Україні ці сервіси вже доступні.
Обліт для моніторингу наявності рослин-паразитів перед внесенням хімікатів для різних культур виконується на конкретних фазах розвитку рослини.
Присутність рослин-паразитів у міжряддях озимого ріпаку визначається після застосування грамініцидів для встановлення ділянок зі стійкими до їх впливу рослинами.
Не менше трьох разів обстежуються посіви соняшника і кукурудзи.
Інші інноваційні рішення боротьби з рослинами-паразитами
Інтеграція датчиків та сенсорів у сільськогосподарське обладнання дає змогу автоматизувати процеси виявлення і видалення рослин-паразитів. Навісне обладнання для тракторів і сільськогосподарських машин вже використовується для роботи на просапних культурах і в садах.
Системи WeedSeeker компанії Trimble та WEEDit надають можливість диференційовано вносити гербіциди.
Точкове обприскування рослин-паразитів проводиться завдяки світлодіодам, які сканують поверхню у червоному та інфрачервоному діапазоні. Відбите світло аналізується, якщо виявляється рослина-паразит — тоді подається сигнал на форсунку, і вона спрацьовує.
Принципово інше рішення пропонує система XPower, яку вже використовують New Holland та Case IH. В цьому випадку застосовуються не агрохімікати, але електрострум. Зі слів розробників система знищує рослини-паразити до коренів. У зв’язку зі зростаючою стійкістю рослин-паразитів до пестицидів, такі системи як XPower зможуть зайняти своє місце на ринку.
Розробки у сфері робототехніки
Автоматизація процесів обробки рослин-паразитів — найважливіший аспект автономного сільського господарства.
Економічна вигідність рішень поки не виправдовує впровадження робототехніки в сільське господарство. Системи роботизованої прополки використовують комп’ютерний зір для ідентифікації рослин-паразитів і точкового розпилення. Вони дозволяють заощадити 90% бюджету на пестициди (у порівнянні з польовим обприскуванням), але вартість придбання та обслуговування технології на даному етапі надто висока.
Серед розробок, які пройшли польові випробування вирізняються: платформа для сільськогосподарських і прополювальних робіт BoniRob від компанії Bosch; AgBot II (QUT) — робот для автономного внесення добрив, виявлення і класифікації рослин-паразитів, а також механічного або хімічного контролю над рослинами-паразитами; “Вбивця рослин-паразитів” від EcoRobotix — робот для посіву ріпаку та буряка, що знижує витрати на пестициди у 20 разів; RIPPA (розроблений дослідниками University of Sydney) — робот, що працює на сонячній енергії, ідентифікує, видаляє і здійснює точкове обприскування, та інші.
Робототехніка згодом стане доступнішою для агровиробників і підвищить ефективність боротьби з рослинами-паразитами. Але сьогодні найбільш ефективне рішення — це платформи, які аналізують знімки дронів за допомогою машинного навчання. На основі цієї інформації системи створюють мапи забур’яненості й диференційного внесення гербіцидів. Такі рішення дозволяють заощадити до 20% гербіцидів, збільшивши при цьому врожайність.