Защита растений критически важна для производства продуктов питания, однако чрезмерное использование пестицидов может нанести ущерб окружающей среде и здоровью людей. В ответ на это были установлены целевые показатели сокращения использования пестицидов на глобальном и региональном уровнях, например, 50%-ное сокращение использования пестицидов, рисков и наиболее вредных веществ в стратегии «От фермы до вилки» Европейского союза.
Для достижения этих целей существует несколько путей. Одним из важнейших краеугольных камней могут стать технологии точного земледелия для целенаправленного применения пестицидов, например, точечное опрыскивание. В настоящее время на европейских фермах преобладает стратегия сплошного опрыскивания пестицидами, но она неэффективна при хорошей фитосанитарной ситуации, поскольку сорняки, болезни и насекомые распределяются по полям неравномерно.
Интеллектуальные точечные опрыскиватели, работающие с гербицидами, могут опрыскивать отдельные культуры или сорняки индивидуально и в режиме реального времени, учитывая неравномерное распределение сорняков по сельскохозяйственным полям и, таким образом, сокращая применение пестицидов до 95% в оптимальных условиях.
Исследование Йенса Шотса, Тилля Куна и Никласа Мёринга, опубликованное в Precision Agriculture, показывает, что точечное опрыскивание пестицидов в Германии экономически выгодно за счет снижения операционных затрат на 40–70%. Технология окупает высокие инвестиции в оборудование, минимизирует использование препаратов при обработке низкой плотности сорняков и помогает соблюдать экологические нормы ЕС. Но только при определенных условиях.
Авторы исследования представляют ведущие научно-исследовательские институты и университеты Германии, специализирующиеся на цифровизации и экономике сельского хозяйства.
Исследование в целом подчеркивает экологические риски использования химических пестицидов в сельском хозяйстве, противопоставляя им технологии точечного опрыскивания, внедрение которых сдерживается недостаточной изученностью их реальной экономической эффективности.
Авторы применяют биоэкономическую модель на основе смешанного целочисленного линейного программирования для анализа данных хозяйств северо-западной Германии, тестируя влияние различных факторов на принятие фермерами решений о внедрении инноваций.
Результаты показывают, что точечное опрыскивание гербицидами в режиме реального времени экономически целесообразно для плантаций сахарной свеклы площадью от 60 до 172 га и зерновых культур площадью от 300 до 400 га.
Компактные, высокоточные точечные опрыскиватели в сочетании с разбрасывателями удобрений представляют собой экономичное решение для небольших фермерских хозяйств.
Исследования не упоминает коммерческие бренды, а классифицирует технологии точечного опрыскивания на три абстрактных класса (картирование, системы реального времени и комбинированные системы) на основе их рабочих характеристик. Тем не менее, описываемые классы в индустрии соответствуют решениям таких производителей, как John Deere See & Spray, Bosch/BASF One Smart Spray, Carbon Bee/Kuhn I-SPRAY, Weed-IT и Greeneye, работающих в сегменте реального времени.
Эти три основных класса различаются по методу обнаружения сорняков и времени принятия решений. Картирование использует предварительные данные с дронов для обработки по координатам, системы реального времени применяют нейросети для мгновенного обнаружения сорняков камерами на штанге, а комбинированные системы объединяют оба подхода.
Авторы называют основные причины ограниченного внедрения точечного опрыскивания в Германии: неподъемные первоначальные затраты на технику, отсутствие экономической выгоды на сильно засоренных полях и операционные сложности, такие как снижение скорости работы. Так, при высокой засоренности экономическая выгода исчезает полностью, а технологические ограничения не позволяют заменить сплошное опрыскивание в критические фазы вегетации.
Интеллектуальное точечное опрыскивание экономически выгодно только тогда, когда сорняков на поле относительно мало.
Главный источник экономии и окупаемости дорогого оборудования (которое стоит десятки тысяч евро) — это сокращение объема закупаемых пестицидов. Если поле сильно засорено сорняками, «умные» форсунки на штанге опрыскивателя будут открываться практически непрерывно. В итоге расход химикатов приблизится к 100%, как и при обычном сплошном опрыскивании.
В ситуации высокой засоренности фермер тратит столько же денег на пестициды, сколько и раньше, но при этом несет огромные финансовые затраты на покупку, обслуживание и амортизацию сложной умной техники, а также теряет скорость обработки поля.
Исследователи доказали, что технология точечного внесения пестицидов эффективна и рентабельна в качестве поддерживающей меры. Она отлично работает, когда поле изначально содержится в хорошем фитосанитарном состоянии, а сорняки распределены по полю неравномерно, отдельными редкими очагами. Но если фермера «грязное» поле, ему экономически выгоднее сначала провести стандартную сплошную обработку дешевым традиционным опрыскивателем. И только после того, как фитосанитарная ситуация стабилизируется, переходить на точечную умную обработку для точечного уничтожения выживших сорняков. Исследователи предлагают стимулировать внедрение через субсидии на покупку такой техники, развитие машинных кооперативов, гибкое субсидирование за экономию химикатов и адаптацию нормативных требований для снижения бюрократии.
