Застосування агрохімікатів – один з визначальних факторів, що впливають на обсяг зібраного врожаю. Грамотне використання засобів захисту рослин на початкових етапах росту – гарантія повноцінного формування і розвитку культури.
Оптимізація використання ЗЗР — один із найважливіших факторів прибутковості
В період з 2016 по 2018 рік ринок засобів захисту рослин в Україні збільшився на 12% (з $820 млн до $920 млн). В той же час, кількість внесених препаратів зросла на 4%. Україна має можливість забезпечити себе пестицидами не більше ніж на 20%, і сильно залежить від імпортних поставок.
У 2017 році сукупна вартість ЗЗР для аграріїв зросла на 30%. Після масової ліквідації хімічних заводів в Китаї (в рамках державного курсу на скорочення обсягів хімічного виробництва), ціни на окремі позиції зросли вдвічі (азоксистробін). Оптимізація використання ЗЗР – ключовий елемент досягнення рентабельності агровиробництва.
Близько 30% від сумарного обсягу втрат врожаю зумовлені наявністю бур’янів
Бур’яни неоднорідно поширюються на різних частинах поля – це їхня особливість. Оперативне виявлення і локалізована обробка місць поширення – найважливіший фактор стримування їх розмноження.
З розвитком технологій на зміну неефективному та енерговитратному візуальному обстеженню прийшли способи спостереження з використанням дронів і супутників дистанційного зондування Землі. Вони дозволяють оцінювати стан посівів на великих площах з потрібною періодичністю. Також останнім часом для діагностики забур’яненості використовуються технології машинного навчання та роботизовані системи.
Щорічні втрати від шкідників, захворювань і бур’янів можуть сягати 40% від світового врожаю. Близько 30% від загального обсягу втрат пов’язані з проблемами з бур’янами. Отримати високий показник врожайності деяких культур (кукурудза, ріпак тощо) без правильного використання засобів захисту рослин практично неможливо.
Традиційні методи боротьби з бур’янами зводяться до внесення гербіцидів на всю площу поля. Такий підхід веде до надмірного використання активної речовини, що збільшує витрати агровиробника і викликає забруднення довкілля.
Звести до мінімуму використання ЗЗР і зберегти продуктивність – мета точного землеробства. Досягти цієї мети допоможе виявлення та ідентифікація бур’янів за допомогою спеціальних технічних засобів.
Застосування супутників для вирішення проблеми
Супутниковий моніторинг економічно найвигідніший для діагностики бур’янів. Однак після появи сходів розпізнати забур’яненість за допомогою супутників – неможливо, через подібність відбивної здатності бур’янів та сільськогосподарських рослин. Спектральний відгук цільових бур’янів має чітко відрізнятись від фону. Тому на практиці супутники використовуються або для визначення рівня ураження поля бур’янами до появи сходів, або на полях, вільних від культур. Крім того, ДЗЗ (дистанційне зондування землі) застосовують для аналізу ефективності боротьби з бур’янами, завдяки регулярності отримання знімків.
Моніторинг забур’яненості за допомогою дронів
У зв’язку зі стрімким розвитком БПЛА і поліпшенням їх технічних характеристик (тривалість польоту, якість фотообладнання) – збільшується економічна доцільність їх застосування.
Моніторинг за допомогою дронів проводиться на різних етапах вегетаційного розвитку рослин. Обладнані сучасними RGB-камерами дрони отримують знімки з високою роздільною здатністю 1-2 см/піксель, що дозволяє виявити окремі культури та бур’яни.
На початкових стадіях росту просапних культур знімки дронів використовують для виявлення наявності бур’янів у міжряддях. За допомогою алгоритмів обробки знімків розпізнаються ряди посівів і міжряддя. Таким чином, вся рослинність у міжряддях визначається як бур’ян.
Отримана інформація може використовуватись для створення карт диференційованого внесення гербіцидів. Щоб визначити тип бур’янів і дієвий спосіб боротьби з ними, рекомендовано обстежити найбільш проблемні ділянки.
На ранніх фазах розвитку культур також продуктивна оцінка рослинної маси. Для цього застосовують обльоти дронами з гіперспектральними камерами і вегетаційні індекси. Зважаючи на специфіку поширення бур’янів (високу швидкість росту), ділянки з високим значенням індексу NDVI, скоріше за все, уражені ними, тому вимагають негайної уваги агровиробника.
Технології машинного навчання для розпізнавання бур’янів — рішення платформи Hummingbird
Машинне навчання дає хороші результати в питаннях розпізнавання рослин. Однак технологія вимагає великої кількості даних, які “навчатимуть” систему. Збір цих даних – дуже складне завдання, за яке взялась компанія Hummingbird Technologies. Сьогодні ця платформа пропонує своє ефективне вирішення проблеми забур’яненості.
Значна частина сільськогосподарського поля може бути абсолютно вільною від бур’янів, або їх наявність буде мінімальною. Планові обльоти полів допоможуть оцінити ризик розповсюдження бур’янів. На основі обробки отриманих знімків формується карта наявності бур’янів.
Технологія Hummingbird пропонує три продукти для виявлення бур’янів і формування карт-завдань на диференційоване внесення гербіцидів.
Один з продуктів розпізнає зони забур’яненості на полі на основі вегетаційного індексу NDVI. Це відбувається до посіву та диференційованого внесення ґрунтового гербіциду. В західних країнах розповсюджена практика внесення страхового гербіциду. У такому разі обліт дронами і визначення зон забур’яненості проводиться після посіву до появи сходів. Цей продукт підходить для всіх культур, а саме озимі та ярові пшениця, ячмінь, ріпак, кукурудза, соняшник, соя, картопля, цукровий буряк.
Для посівів просапних культур з широкими міжряддями (більше 40 см) – зони забур’яненості ідентифікуються за допомогою дронів, обладнаних RGB-камерами. Картографування бур’янів у міжряддях відбувається шляхом видалення із зображення культурної рослини та виявлення залишкової зеленої маси. Все це виконує система штучного інтелекту. Після чого формується карта диференційованого внесення страхового гербіциду.
Такі карти можуть складатися до обробки полів ЗЗР та протягом 10-14 днів після обробки – для аналізу ефективності проведеного обприскування і виявлення стійких до гербіциду бур’янів.
В Україні ці послуги вже доступні.
Обліт для спостереження за наявністю бур’янів перед внесенням хімікатів для різних культур виконується на конкретних етапах розвитку рослини.
Наявність бур’янів у міжряддях озимого ріпаку визначається після використання грамініцидів для виявлення ділянок зі стійкими до їх впливу рослинами.
Не менше трьох разів обстежуються посіви соняшника та кукурудзи.
Інші інноваційні рішення боротьби з бур’янами
Інтеграція датчиків і сенсорів в сільськогосподарську техніку дозволяє автоматизувати процеси виявлення та видалення бур’янів. Навісне обладнання для тракторів і сільськогосподарських машин вже застосовується для роботи на просапних культурах і в садах.
Системи WeedSeeker від компанії Trimble і WEEDit надають можливість диференційовано вносити гербіциди.
Точкове обприскування бур’янів проводиться завдяки світлодіодам, які сканують поверхню в червоному та інфрачервоному спектрі. Відбите світло аналізується, і у разі виявлення бур’яну подається сигнал на форсунку, яка спрацьовує.
Принципово інший підхід пропонує система XPower, яку вже використовують New Holland і Case IH. У цьому випадку використовуються не агрохімікати, а електричний струм. За словами розробників, система знищує бур’яни до коренів. Зважаючи на зростаючу стійкість бур’янів до пестицидів, такі системи як XPower зможуть знайти своє місце на ринку.
Розробки у сфері робототехніки
Автоматизація процесів обробки бур’янів – ключовий аспект автономного сільського господарства.
Економічна ефективність рішень поки не виправдовує впровадження робототехніки в сільське господарство. Системи роботизованої прополки використовують комп’ютерний зір для розпізнавання бур’янів і точкового розпилення. Вони дозволяють заощадити 90% бюджету на пестициди (у порівнянні з обприскуванням всього поля), але вартість придбання та обслуговування технології на даному етапі надмірно висока.
Серед розробок, які пройшли польові випробування, варто виділити: платформу для сільськогосподарських і прополювальних робіт BoniRob від компанії Bosch; AgBot II (QUT) – робот для автоматизованого внесення добрив, діагностики і класифікації бур’янів, а також механічного або хімічного контролю над бур’янами; “Вбивця бур’янів” від EcoRobotix – робот для посіву ріпаку та буряка, який зменшує витрати на пестициди у 20 разів; RIPPA (розроблений науковцями University of Sydney) – робот, що працює на сонячній енергії, визначає, видаляє і здійснює точкове обприскування, та інші.
Робототехніка з часом стане доступнішою для агровиробників і збільшить продуктивність боротьби з бур’янами. Але сьогодні найбільш ефективне рішення – це платформи, які аналізують знімки дронів за допомогою машинного навчання. На основі цієї інформації системи створюють карти забур’яненості та диференційованого внесення гербіцидів. Такі рішення дозволяють заощадити до 20% гербіцидів, одночасно збільшивши показники врожайності.