Використання ЗЗР — один з найважливіших чинників, що мають вплив на врожай. Обґрунтоване застосування агрохімікатів на ранніх етапах вегетації — запорука повноцінного формування та розвитку культури.
Обґрунтування використання ЗЗР — один з найважливіших чинників прибутковості
Протягом 2016-2018 років ринок ЗЗР в Україні збільшився на 12% (від $820 млн до $920 млн). Водночас обсяг препаратів, що застосовуються, зріс на 4%. Україна може забезпечити себе пестицидами максимум на 20%, і вкрай залежить від імпорту.
У 2017 році вартість ЗЗР для аграріїв збільшилась на 30%. Внаслідок масового закриття хімічних виробництв Китаю (в рамках обраного країною курсу на зменшення хімічного виробництва), ціни на окремі види продукції зросли вдвічі (азоксистробін). Обґрунтування використання ЗЗР — необхідний фактор досягнення прибутковості агровиробництва.
До 30% від загального обсягу втрат врожаю зумовлені проблемами з бур’янами
Бур’яни нерівномірно розповсюджуються на різних ділянках поля — це їх особливість. Вчасне виявлення та обробка осередків появи — найважливіший фактор контролю їх розповсюдження.
З прогресом технологій на заміну неефективному і виснажливому візуальному огляду прийшли способи спостереження з використанням БПЛА і супутників дистанційного зондування Землі. Вони дають змогу оцінювати стан посівів на великих територіях з потрібною періодичністю. Також останнім часом для визначення забур’яненості застосовуються технології машинного навчання та робототехніка.
Щорічні втрати від шкідників, хвороб і бур’янів можуть сягати до 40% від загального світового врожаю. До 30% від загального обсягу втрат викликані проблемами з бур’янами. Одержати високу врожайність деяких культур (кукурудза, ріпак та ін.) без правильного застосування ЗЗР зовсім неможливо.
Традиційні способи боротьби з бур’янами полягають у внесенні гербіцидів на все поле. Така практика зумовлює перевитрату діючої речовини, що збільшує видатки агровиробника та призводить до забруднення довкілля.
Звести до мінімуму використання ЗЗР і зберегти продуктивність — завдання точного землеробства. Реалізувати це завдання допоможе виявлення та ідентифікація бур’янів за допомогою спеціальних технічних засобів.
Використання супутників для вирішення проблеми
Супутниковий моніторинг економічно найбільш вигідний для виявлення бур’янів. Однак після появи сходів визначити забур’яненість за допомогою супутників — неможливо, через схожість відбивної здатності бур’янів і сільськогосподарських культур. Спектральна реакція цільових бур’янів має чітко різнитися від фону. Тому на практиці супутники застосовуються або для визначення міри ураження поля бур’янами до появи сходів, або на вільних від культур полях. Також ДЗЗ (дистанційне зондування землі) використовують для оцінки ефективності боротьби з бур’янами, завдяки періодичності отримання знімків.
Моніторинг забур’яненості за допомогою дронів
У зв’язку зі швидким розвитком БПЛА та поліпшенням їх технічних характеристик (час польоту, якість фотообладнання) — збільшується економічна ефективність їх використання.
Моніторинг за допомогою БПЛА проводиться на різних етапах вегетаційного розвитку рослин. Обладнані сучасними RGB-камерами камерами дрони одержують знімки з високою роздільною здатністю 1-2 см/піксель, яка дає змогу виявити окремі культури та бур’яни.
На ранніх етапах росту просапних культур знімки БПЛА застосовують для визначення наявності бур’янів у міжряддях. За допомогою алгоритмів обробки знімків ідентифікуються ряди посівів і міжряддя. Таким чином, уся рослинність у міжряддях ідентифікується як бур’ян.
Отримана інформація може використовуватись для складання карт диференційованого внесення гербіцидів. Щоб визначити тип бур’янів та ефективний спосіб 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. Зважаючи на специфіку розвитку бур’янів (високу швидкість росту), ділянки з високим значенням індексу NDVI ймовірно вражені, тому потребують термінової уваги агровиробника.
Технології машинного навчання для визначення бур’янів — рішення платформи Hummingbird
Машинне навчання приносить добрі результати в питаннях ідентифікації рослин. Однак технологія вимагає значного обсягу даних, які “навчатимуть” систему. Збір цих даних — надзвичайно складне завдання, за яке взялась компанія Hummingbird Technologies. Сьогодні дана платформа пропонує своє ефективне вирішення проблеми забур’яненості.
Велика частина сільськогосподарського поля може не містити абсолютно ніяких бур’янів або їх наявність буде мінімальною. Планові обльоти полів допоможуть оцінити загрозу поширення бур’янів. На основі обробки отриманих знімків складається карта наявності бур’янів.
Технологія Hummingbird пропонує три продукти для виявлення бур’янів і створення карт-завдань на диференційоване внесення гербіцидів.
Один з продуктів визначає зони забур’яненості на полі на основі вегетаційного індексу NDVI. Це здійснюється до посіву та диференційованого внесення ґрунтового гербіциду. На заході поширена практика внесення страхового гербіциду. У такому випадку обліт дронами та визначення зон забур’яненості проводиться після посіву до появи сходів. 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 бур’янів у міжряддях відбувається шляхом видалення із зображення культури та пошуку залишкової зеленої маси. Все це здійснює 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 бур’янів.
В Україні ці послуги вже доступні.
Обліт для моніторингу наявності бур’янів перед внесенням хімікатів для різних культур виконується на певних етапах розвитку рослини.
Наявність бур’янів 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 бур’янами
Інтеграція датчиків та сенсорів у сільськогосподарське обладнання дає змогу автоматизувати процеси виявлення та видалення бур’янів. 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 бур’янів проводиться завдяки світлодіодам, які сканують поверхню у червоному та інфрачервоному діапазоні. Відбите світло аналізується, якщо виявляється бур’ян — тоді подається сигнал на форсунку, і вона спрацьовує.
Принципово інше рішення пропонує система XPower, яку вже використовують New Holland та Case IH. У цьому випадку застосовуються не агрохімікати, а електрострум. За словами розробників система знищує бур’яни до коренів. У зв’язку зі збільшенням стійкості бур’янів до пестицидів, такі системи як XPower зможуть зайняти свою нішу на ринку.
Розробки у сфері робототехніки
Автоматизація процесів обробки бур’янів — найважливіший аспект автономного сільського господарства.
Економічна ефективність рішень поки не виправдовує впровадження робототехніки в сільське господарство. Системи роботизованої прополки використовують комп’ютерний зір для ідентифікації бур’янів і точкового розпилення. Вони дають змогу заощадити 90% бюджету на пестициди (у порівнянні з польовим обприскуванням), але вартість придбання та обслуговування технології на даному етапі занадто висока.
Серед розробок, які пройшли польові випробування виділяються: платформа для сільськогосподарських і прополювальних робіт BoniRob від компанії Bosch; AgBot II (QUT) — робот для автономного внесення добрив, виявлення і класифікації бур’янів, а також механічного або хімічного контролю над бур’янами; “Вбивця бур’янів” 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 з часом стане доступнішою для агровиробників і підвищить ефективність 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 й диференційного внесення гербіцидів. Такі рішення дають змогу заощадити до 20% гербіцидів, підвищивши при цьому врожайність.