В исследованиях контроля сорняков без пестицидов ученые добились значительного прогресса
Об этом сообщают эксперты Канисиус Мвитта, Глен С. Рейнс и Эрик Простко из Университета Джорджии, США, в статье, опубликованной в журнале Agronomy 2022 на портале MDPI.
«Борьба с сорняками на сельскохозяйственных полях - важная, но весьма сложная задача. Сорняки наносят огромный экономический ущерб АПК, снижая урожайность культурных растений, что делает их серьезной угрозой продовольственной безопасности, - пишут авторы. - Химические гербициды являются самым популярным методом контроля сорняков, но растет обеспокоенность появления устойчивых популяций, кроме того, существуют проблемы, связанные с чрезмерным использованием пестицидов, для окружающей среды и здоровья людей. С другой стороны, механическая культивацию и ручная прополка, трудоемки и могут усиливать эрозию почвы. Все эти причины требуют изучения альтернативных методов борьбы с сорняками.
Достижения в области технологий, такие как роботизация, искусственный интеллект, разработка более быстрых портативных процессоров, современные алгоритмы и оборудование компьютерного зрения, технология глубокого обучения и другие, предоставили широкие возможности для изучения интеллектуальных и точных методов прополки.
Индустрия инструментов для точного земледелия растет быстрыми темпами, внедряются различные услуги - геопозиционирование от спутниковых систем, мониторы урожайности и картографическое программное обеспечение, географические информационные системы (ГИС), автоматическое наведение.
Внедрение технологии глубокого обучения и обработки изображений в сельском хозяйстве сделало возможным обнаружение сорняков в режиме реального времени. Точное удаление сорняков может быть достигнуто с помощью роботизированной платформы путем нацеливания на отдельные сорняки, обнаруженные этими моделями глубокого обучения.
Лазеры стали одним из решений точной прополки. Используя узкие лазерные лучи CO 2 (выходная мощность 4 Вт, 10 Вт и 20 Вт), исследователи смогли срезать стебли сорняков. Тесты диодных лазеров показали, что диодный лазерный луч повышает температуру воды в клетках растений и задерживает или останавливает их рост без необходимости полностью срезать стебель. Кроме того, с помощью 25-ваттного диодного лазера ученые продемонстрировали потенциал низкоэнергетического лазера в борьбе с сорняками на разных стадиях роста.
Лазерная борьба с сорняками – относительно новая технология, и в настоящее время на рынке не так много подобных систем. Однако недавно было реализовано несколько решений, сочетающих лазерное оборудование, обнаружение сорняков и робототехнику.
Фото предоставлено авторами статьи.
Направленные узкие лазерные лучи способны удалять не только междурядные сорняки, но и внутрирядные сорняки при правильном обнаружении, локализации и лазерном наведении при помощи программного обеспечения. Важно, что такая практика сводит к минимуму воздействие на здоровье почвы и нецелевые организмы.
Основная цель данного исследования заключалась в изучении эффективности диодных лазеров малой мощности при уничтожении сорняков.
На рисунке 1, предоставленном авторами статьи, вы видите диодные лазеры. (A) диодный лазер с корпусом радиатора, включая вентилятор, (B) диодный лазер без охлаждающего вентилятора и (C) открытый диодный лазер.
Диодные лазеры излучают луч, пропуская ток через полупроводник. Преимущество в том, что они маленькие, широко доступные, недорогие, требуют низкого напряжения и тока. Их уникальность по размеру, весу, стоимости в сочетании с высокой эффективностью и надежностью облегчает их интеграцию в системы, в отличие от других типов лазеров, доступных на рынке, таких как CO 2 и волоконные лазеры.
СО 2 лазеры относительно громоздки и требуют большего напряжения, тока и отдельной системы охлаждения при работе во внешней среде, в то время как волоконные лазеры являются самыми мощными и самыми дорогими из трех вариантов.
Кроме того, с точки зрения пожарной безопасности лазерный луч превращается в тепловую энергию при попадании на поверхность. Высокоэнергетические лазеры потенциально могут воспламенять материалы и вызывать термические повреждения у человека-обработчика.
Использование диодных лазеров малой выходной мощности представляет меньшую эксплуатационную опасность, чем мощные и более сложные СО 2 и волоконные лазеры; тем не менее, они все еще могут вызвать повреждение глаз при воздействии, поэтому необходимо соблюдать надлежащую осторожность и работать в защитных очках.
Семена двух видов сорняков амаранта Палмера (Amaranthus palmeri) и ипомеи мелколистной (Jaquemontia tamnifolia) были собраны на исследовательских полях Университета Джорджии и примерно через 3 недели после появления всходов обработаны лазерами.
Проведено три эксперимента. В первом эксперименте два вида сорняков обрабатывали четырьмя лазерами разной мощности, чтобы определить время, необходимое для отделения стебля сорняка.
Второй эксперимент включал мониторинг состояния двух видов сорняков в течение недели после их обработки двумя лазерами при постоянном времени воздействия 1 с, 2 с и 3 с.
Третий эксперимент был повторением второго с более высокой мощностью лазера и более коротким временем обработки.
Результаты показали, что диодные лазеры являются эффективным средством борьбы с сорняками.
Диаметр стебля сорняка, мощность лазера, продолжительность обработки и расстояние между лазером и сорняком были статистически значимыми в отношении гибели сорняков, при этом виды сорняков не имели значения.
Кроме того, обнаружено, что борьба с сорняками возможна путем облучения стеблей двух видов сорняков диаметром от 0,8 до 2,65 мм лазерным лучом без обязательного отделения стебля, с эффективностью последующей гибели 80% при времени обработки 0,5 с и эффективностью 100% при использовании лазера мощностью 6,1 Вт в течение 1,5 секунд.
Расстояния между лазером и сорняком были статистически значимыми в отношении смертности сорняков, при этом виды сорняков не имели значения. Таким образом, продемонстрировано, что нет необходимости полностью срезать стебель сорняка, чтобы растение погибло».
Заглавное фото: Дмитрий Лукьянов.
Интересна тема? Подпишитесь на персональные новости в ДЗЕН | Pulse.Mail.ru | VK.Новости.
