Стрельба лазерами по врагам - это что-то из области научной фантастики, но теперь некоторые фермеры сражаются со своими злейшими врагами сорняками с помощью новой технологии - лазерных прополок, а ученые проводят тщательные исследования эффективности, ведь стоят такие инновации очень дорого.
Коммерческие лазерные прополочные агрегаты - это большие машины, которые проходят над рядами культур и делают фотографии. Глубокообучаемая компьютерная программа анализирует изображения, чтобы отличить сорняки от культур. Затем лазеры уничтожают сорняки. Компьютерная программа машины также позволяет фермерам расставлять приоритеты по типам сорняков, например, по более мелким растениям, которые находятся близко к культуре и которые человеку может быть трудно увидеть и устранить, для нацеливания лазеров.
В США эти машины в основном использовались на Западном побережье, но теперь новое исследование проверило, насколько эффективно они могут работать на Восточном побережье, где почвы, культуры, режимы осадков и сорняки могут быть другими.
Исследование показало, что лазеры действовали так же эффективно, как и обычные гербициды на опытных участках гороха, свеклы и шпината Восточного побережья.
«Мы хотели узнать, будут ли лазерные прополочные машины работать так же хорошо, как и обычные, здесь, на Восточном побережье, и оказалось, что могут», - сказала Линн Сосноски, доцент Школы интегративной растениеводства, секции садоводства в Cornell AgriTech в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни Корнелльского университета. Сосноски является первым автором статьи, а ее соавтор Тьерри Безансон, биолог растений в Ратгерском университете, является автором-корреспондентом исследования, опубликованного в Pest Management Science .
Компания Carbon Robotics из Сиэтла, чьи машины были протестированы в ходе исследования, продала около 100 лазерных прополочных агрегатов. Они стоят до 1,5 млн долларов за штуку. «Для нас важно их протестировать, потому что производители берут на себя большой риск, связанный с технологиями, и вкладывают большие капиталовложения в то, о чем они не знают, как оно будет работать», - сказала Сосноски. Кроме того, компании могут быстро обанкротиться, поэтому фермерам нужны заверения сейчас, сказала она. В настоящее время в штате Нью-Йорк три луковые фермы используют лазерные прополочные машины.
Большинство традиционных фермеров борются с сорняками с помощью дорогостоящих гербицидов, которые могут иметь риски разного рода и проявлять фитотоксичность. Органические и традиционные фермеры могут нанимать рабочих для ручной прополки, что требует много времени и труда.
В ходе исследования ученые провели три исследовательских испытания в Нью-Джерси и Нью-Йорке на горохе, шпинате и свекле с четырьмя вариантами обработки: контроль, где сорнякам позволяли свободно расти; применение обычных гербицидов; только лазерные прополочные машины; комбинация лазеров и гербицидов. Участки контролировались на предмет появления всходов, роста и развития культур, появления сорняков, покрытия сорняками и их плотности, а также общей произведенной биомассы сорняков. Исследование включало два-три прохода с лазерными прополочными машинами, каждый с интервалом около 10 дней.
Результаты показали, что лазерная прополка была столь же эффективна или даже лучше в борьбе с однолетними сорняками, чем три обычных гербицида (S-метолахлор, бентазон и фенмедифам).
Однако, хотя лазеры хорошо справлялись с уничтожением таких сорняков, как марь белая и амброзия, они были менее эффективны в борьбе с портулаком и однолетними травами. Это потому, что лазеры нацелены на точку роста растения, называемую меристемой, а у некоторых сорняков меристемы скрыты, например, у злаковых точки роста находятся под землей. Лазеры, как правило, лучше справлялись с более мелкими видами, на уничтожение которых уходит меньше энергии, сказала Сосноски.
Термическое повреждение (a) амброзии полыннолистной (Ambrosia artemisiifolia L.) и (b) мари белой (Chenopodium album L.) после прецизионной лазерной обработки с помощью автономного лазерного агрегата Carbon Robotics Autonomous LaserWeeder™ в Бриджтоне, штат Нью-Джерси. Источник: Pest Management Science (2025). DOI: 10.1002/ps.8912
По данным исследования, лазерная прополка позволила сократить процент сорняков на участке до 45%, а также снизить плотность сорняков (количество сорняков на квадратный метр) до 66%, что привело к снижению биомассы сорняков на 97% к концу сезона.
Лазерные прополочные машины давали и другие преимущества. Гербициды, оцениваемые в исследовании, задерживали появление всходов и/или останавливали рост культур, но при использовании лазеров задержка роста культур составляла менее 1%, а биомасса культур увеличивалась на 30%, когда лазерная прополка заменяла использование гербицидов, сообщают авторы.
Следующие шаги будут включать оптимизацию лазерной прополки в различных средах и для разных видов сорняков, а также оценку коммерческих установок с усовершенствованными лазерами и более высокой скоростью обработки.
Источник: Cornell University. Автор: Кришна Рамануджан.