Новые технологии против сорняков

Инвазивные растения отличает способность к высокому темпу поглощения элементов питания, росту и распространению. В значительной степени итоговая урожайность культур — это итог борьбы агрария с сорными растениями длиной в сезон.

Несмотря на весь тот путь, который проделали селекционеры, чтобы вывести наиболее устойчивые и сильные сорта, культурные растения всё ещё не способны к открытой конкуренции с сорняками. Исследования показывают, что бесконтрольное распространение сорных растений способно привести к потере 50% урожайности.

Изменения климата и растущая устойчивость к гербицидам свидетельствуют о том, что в будущем проблема борьбы с сорняками останется такой же сложной. Наблюдение за поведением сорняков характерных для умеренных широт в условиях тропического и субтропического климата, позволяет предположить, что с повышением среднегодовых температур их способность конкурировать с культурными растениями только увеличится.

Методы борьбы с сорняками

Можно выделить три основных метода борьбы с сорняками: биологический, механический и химический. Они распространены в разной мере, наиболее популярный, эффективный и дешёвый — химический метод (с помощью гербицидов). Отдельно можно выделить способы борьбы с сорняками с помощью технологии (узкие междурядья, внесение стартовых удобрений в посевную борозду).

Противостояние сорнякам с помощью агрохимикатов отмечено как беспрецедентными успехами (которые позволяют собирать небывалые урожаи и в целом способствовали интенсификации земледелия), так и катастрофическими последствиями. Препарат глифосат стал символом процесса химизации растениеводства на стыке веков.

Глифосат

Глифосат — гербицид компании Monsanto и наиболее широко применяемое средство для уничтожения сорняков в истории химического сельского хозяйства. Согласно отчёту, опубликованному в журнале Environmental Sciences Europe, с 1974 по 2016 гг. во всём мире было использовано 8,6 млрд. кг глифосата. До определённого времени применение препарата было ограничено периодом до появления всходов, так как вместе с сорняками он уничтожал культурные растения. Толчком к увеличению использования гербицида стало появление в 1996 году генно-модифицированных культур (хлопок, кукуруза и соя) устойчивых к глифосату (Roundup Ready). С тех пор за 20 лет его использование выросло в 15 раз. По данным 2016 года, 74% всего глифосата, распыляемого с середины 1970-х годов, было внесено всего за 10 лет (2007-2016).

Медицинские исследования показывают влияние глифосата на появление раковых заболеваний, болезней печени и почек, неходжкинской лимфомы и др. Подобные факты приводят к увеличению давления на отрасль и ужесточению мер контроля. Также сокращается финансирование исследований по борьбе с сорняками химическими методами. Учёные-агрономы находят эту тенденцию тревожной, угроза снижения урожайности слишком реальна, чтобы проиграть гонку вооружений.

Опасные пестициды

Глифосат не единственный препарат, использование которого тревожит врачей и экологов.  Из 25 наиболее часто используемых пестицидов в сельском хозяйстве США, по крайней мере 10 запрещены в одном или нескольких из трёх крупных сельскохозяйственных регионов (Китае, Бразилии, странах ЕС).

До запрета апелляционного суда США росли продажи дикамбы, по-прежнему популярны атразин (вызывающий эндокринные нарушения), паракват (по своей токсичности сопоставимый с мышьяком и ипритом). Эти средства применяются для борьбы с суперсорняками, устойчивыми к глифосату.

Необходимость применения токсичных гербицидов не нравится не только учёным, но и самим аграриям, но сегодня у них просто нет другого выхода. Понимая это, многие компании, предлагающие решение проблемы, сосредоточены не на отказе от гербицидов, а на способах уменьшения нормы эффективного применения.

Дифференционное внесение препарата

Решения для борьбы с сорняками путём точечного нанесения гербицида на органы растений прошли испытательный период и становятся стандартом отрасли.

AVO (ecoRobotix)

Робот AVO от ecoRobotix распыляет гербициды, с высокой точностью идентифицируя сорняки с помощью компьютерного зрения. Пользователь вносит информацию о контурах поля, после чего система самостоятельно генерирует маршрут. Производительность робота 0,6 га/час (или ∼10 га/день). Устройство может заниматься прополкой рапса, сахарной свеклы, стручковой фасоли, эффективно защищая посевы от сорняков, при одновременном снижении применения гербицидов на 95%. Робот AVO работает на солнечной энергии и уже успешно использовался в Германии, Франции, Испании.

Одним из первых рабочих решений стал представленный в 2016 году австралийский робот SwagBot для контроля сорняков на пастбищах. Для создания подобного робота ЕС и Innovation Norway профинансировали проект Asterix. Созданный робот Kilter AX-1 уменьшает применение гербицидов на 95%, может использовать для сжигания растений альтернативные препараты (уксусная кислота).

Сегодня системами обнаружения сорняков для точечной обработки гербицидами оборудуются штанги опрыскивателя, позволяя масштабировать применение технологии. Система уничтожения сорняков WeedSeeker от компании Trimble обнаруживает дикорастущие растения с помощью специальных датчиков и уничтожает их, распыляя над ними гербицид, снижая общее применение препарата на 90%. Помимо уничтожения растений система фиксирует каждый сорняк, создавая карту засорённости поля, для последующего анализа и определения проблемных участков.

Автономные решения для механического уничтожения сорняков

Не останавливаются на уменьшении доз агрохимикатов разработчики следующих решений. Компания Naïo Technologies создала трёх роботов для уничтожения сорняков механическим методом. Роботы Oz, Dino и Ted оснащены системами навигации для прополки междурядий без повреждения основных культур.

Bakus от Vitibot многофункциональный робот для работы на виноградниках, который уничтожает сорняки механическим методом с помощью лемехов для обработки почвы. Технология прошла успешные испытания на виноградниках в Шампани, следующие испытания пройдут в Бордо. Машина может работать на склонах и потребляет энергии всего 80 кВт/ч.

Greenfield Robotics. Источник: startlandnews.com

Разработчики из Greenfield Robotics создали робота, для борьбы с амарантом, устойчивым к глифосату. Исследования показали, что если скашивать растение несколько раз за сезон на высоте нескольких сантиметров от земли, сорняк сдаётся и перестаёт расти. Похожие на газонокосилки роботы Greenfield передвигаются по междурядьям и срезают сорняки на протяжении периода вегетации рядных культур. Решение предназначено для хозяйств работающих по технологии no-till.

Электрические разряды и лазеры

Дальше механической прополки идут разработчики из Carbon Robotics и Small Robot Company.

Робот Dick британского стартапа Small Robot Company останавливает распространение сорняков с помощью электрических разрядов. В очередном раунде финансирования  компания получила €2,4 млн. (суммарный объём инвестиций составил €5 млн).

Робот Dick (Small Robot Company)

Компания Carbon Robotics разработала автономного робота, для уничтожения сорняков с помощью лазера. Weeder работает в любое время суток и уничтожает до 100 тыс. растений в час не нарушая целостности поверхности почвы. Для идентификации сорняков разработчики использовали технологии искусственного интеллекта и компьютерного зрения. Продуктивность аппарата 600-800 соток в день.

Идентификация сорняков. Weeder от Carbon Robotics

Метод уничтожения сорных растений с помощью лазера заинтересовал своей перспективностью Европарламент. Сегодня на полях Европы ежегодно распыляется 130 млн. тонн синтетических гербицидов. С целью создания автономного решения для нехимического уничтожения сорняков ЕС профинансировал проект WeLASER. Программа запущена в октябре 2020 года, окончание запланировано на 30 сентября 2023 года. Бюджет программы €5,4 млн. около €5 млн. из которых вклад ЕС. В проекте участвуют учёные из Франции, Испании, Польши, Германии, Италии, Бельгии, Нидерландов, Дании.

Разработчики создают автономных роботов для работы с разными культурами, различающихся по способу борьбы с сорняками и все эти решения выглядят очень перспективными и не конкурируют друг с другом, ведь сорняков хватит на всех.

Метод измельчения семян

В то время как большинство роботов создаётся для работы с рядными культурами, аграрии, выращивающие культуры сплошного сева, используют устройства для механического уничтожения семян сорных растений. Различные механизмы срезают верхушку высоких сорняков над культурой до того, как их семена осыпятся. Примеры таких технологий: CombCut, Weed Surfer, Zurn Engineering's Cut and Collect.

В Австралии эффективно борется с местными инвазивными видами деструктор семян Харрингтона. Прицепное устройство располагается за комбайном и уничтожает до 98% семян сорняков попавших в бункер. Жатка комбайна срезает верхушки сорняков, которые вместе с соломой из комбайна попадают в деструктор. Мельницы встречного вращения измельчают семена, делая их нежизнеспособными. Устройство успешно применяется последние несколько лет, ряд компаний уже создали свои модели деструкторов.

Harrington Seed Destructor 

Своя версия деструктора Seed Control Unit есть у канадской компании Redekop. Она уже вызвала интерес у компании John Deere, так что возможно технология станет заводской опцией.

Вариант деструктора интегрированный в комбайн — решение Seed Terminator. Дополнительный крутящий момент механического привода от двигателя обеспечивается благодаря шкивам и клиновым ремням. Разработкой заинтересовалась компания AGCO.

Метод деструкции семян подходит для борьбы с определёнными типами поздно появляющихся сорняков, которые не осыпаются до уборки урожая.

Мы находимся на пороге нового периода в истории растениеводства, когда для химической борьбы с сорняками остаётся всё меньше места и отрасль готова к технологическому скачку. Ввиду увеличения населения Земли и пропорционально растущего спроса на сельскохозяйственную продукцию, мы не можем себе позволить, чтобы это период был менее успешным чем "химический".