Większość pól kukurydzy i soi w USA jest obsadzona odmianami roślin odpornymi na herbicydy. Jednakże ewolucja superchwastów, które rozwinęły odporność na powszechnie stosowane herbicydy, zagraża obecnym strategiom zwalczania chwastów. Robotyka rolnicza do mechanicznego odchwaszczania to nowa technologia, która może potencjalnie stanowić rozwiązanie. Nowe badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Illinois Urbana-Champaign przygląda się rodzajom rolników i pól, które chętniej wdrażają roboty odchwaszczające oraz na jakim etapie rozwoju oporności.
„Wyłączne poleganie na herbicydach w celu zwalczania chwastów doprowadziło do pojawienia się superchwastów, a my nie mamy nic w planach, jeśli chodzi o nowe sposoby działania. Jeśli chemiczne metody zwalczania zawiodą, może to skutkować milionami dolarów rocznie straty w plonach” – stwierdziła korespondentka Madhu Khanna, profesor ekonomii rolnictwa i konsumentów w College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) oraz dyrektor Instytutu Zrównoważonego Rozwoju, Energii i Środowiska w Illinois.
Małe, lekkie roboty pracujące pod daszkiem charakteryzują się dużą wydajnością, niską pracochłonnością i są przyjazne dla środowiska. Ich działanie polega na przeciąganiu motyk przez glebę, zakłócając w ten sposób wschody nasion chwastów. Roboty – które nie są jeszcze dostępne na rynku w przypadku kukurydzy i soi – wykorzystują sztuczną inteligencję do automatyzacji i nawigacji.
Badanie skupiało się na zwalczaniu konopi wodnych pospolitych (Amarantus tuberculatus) w uprawach kukurydzy. Konopia wodna stanowi ciągłe zagrożenie dla pól uprawnych na Środkowym Zachodzie, a chwast ten rozwinął już odporność na wiele herbicydów.
Naukowcy zbadali wpływ dwóch różnych typów strategii zwalczania chwastów, które rolnicy mogą zastosować: zarządzanie krótkowzroczne, które uwzględnia okres jednego roku, oraz zarządzanie przyszłościowe, które uwzględnia przyszłe konsekwencje. Wzięli pod uwagę również gęstość nasion chwastów, poziom odporności chwastów i progi ekonomiczne, które spowodowałyby przyjęcie odchwaszczania przez robota na poziomie gospodarstwa.
„Odkryliśmy, że zarówno gęstość nasion, jak i poziom odporności są ważne w leczeniu krótkowzroczności. W przypadku podejścia wybiegającego w przyszłość gęstość nasion nie ma znaczenia, ponieważ odporne nasiona prawdopodobnie będą się rozprzestrzeniać w przyszłości. Ta perspektywa uwzględnia poziom odporności, ale niemal każdy poziom jest wystarczający, aby spowodować adopcję” – powiedziała współautorka Shadi Atallah, profesor nadzwyczajny w ACE.
„Zakładając, że robot kosztuje 20 000 dolarów, rolnicy patrzący w przyszłość z perspektywy zarządzania prawdopodobnie go przyjmą, jeśli 0,0001% nasion będzie odpornych, podczas gdy ktoś, kto podchodzi do zarządzania rok po roku, będzie czekał, aż poziom oporu przekroczy 5%” zauważył Atallah.
„W związku z tym, jeśli zarządzasz przyszłością, nawet nie zawracaj sobie głowy sprawdzaniem gęstości nasion, po prostu spójrz na poziom oporu. Niezależnie od tego, jak niski jest, powinieneś śmiało adoptować roboty”.
Naukowcy przyjrzeli się także wskaźnikowi i intensywności adopcji w czasie. Obliczenia wykazały, że rolnicy z krótkowzroczną perspektywą zarządzania w ogóle nie korzystaliby z robotów przez pierwsze sześć lat. Rolnicy ci stosowaliby herbicydy, dopóki nie przestaną być skuteczne, a następnie przeszliby na sterowanie w 100% robotyczne – sześć robotów na akr – w siódmym roku, kiedy wyczerpały się możliwości chemiczne.
Z kolei rolnicy patrzący w przyszłość zaczęliby wdrażać roboty znacznie wcześniej i potrzebowaliby ich mniej. Przyjmowali je stopniowo i nie przekraczali czterech na akr. Wykorzystaliby roboty jako uzupełnienie leczenia herbicydami, zapewniając w ten sposób, że jego skuteczność nie zostanie wyczerpana. W siódmym roku będą używać robotów na 75% swojej ziemi, a 25% będzie poddawane działaniu herbicydów.
„Odkryliśmy, że krótkowzroczna kadra kierownicza początkowo prowadzi do wyższych zysków, ponieważ nie inwestuje w roboty. Kierownictwo patrzące w przyszłość wydaje się na początku w gorszej sytuacji, ponieważ kupuje roboty. Ale to się opłaca po szóstym roku, kiedy ich zyski stają się wyżej” – powiedział Atallah.
„Rolnicy mogą na przykład przyjąć krótkowzroczną perspektywę, jeśli dzierżawią swoją ziemię i muszą ją odnawiać co roku, więc nie mogą tak naprawdę planować przyszłości. Ale nawet dla tych, którzy zarządzają co roku, nadejdzie momencie, w którym konieczne jest przyjęcie robotów, ponieważ wyczerpały się inne możliwości sterowania” – dodał.
Różne strategie mają konsekwencje wykraczające poza poziom gospodarstwa, ponieważ oporne nasiona mogą przedostać się na sąsiednie pola. Podejście przyszłościowe może pomóc w zmniejszeniu liczby odpornych nasion i być może przyczynić się do odwrócenia oporu.
Atallah przestrzegł, że oporność nie jest odwracalna w przypadku wszystkich gatunków chwastów, jednak w przypadku konopi wodnych pojawia się kompromis, gdy nasiona rozwiną odporność; ich współczynnik reprodukcji staje się mniejszy. W rezultacie, jeśli presja selekcyjna zostanie zmniejszona, z nasion odpornych prawdopodobnie wyrosną nasiona nieodporne – zauważył.
Naukowcy skupili się na maksymalizacji zysku na poziomie gospodarstwa, ale w nadchodzącym badaniu uwzględnione zostaną dwa sąsiednie gospodarstwa, aby zrozumieć wpływ rozprzestrzeniania się odpornych nasion. Planują także przeprowadzić analizę na poziomie krajobrazu, aby ocenić wpływ na większe obszary, co będzie miało dalsze konsekwencje dla decydentów.
Atallah przedstawił wyniki badania, a także wyniki ankiety przeprowadzonej wśród rolników, w: farmdoc codzienne webinarium.
Khanna jest także profesorem w Centrum Zaawansowanej Bioenergii i Innowacji Bioproduktów, Instytucie Biologii Genomicznej Carla R. Woese, Centrum Cyfrowego Rolnictwa i Narodowym Centrum Zastosowań Superkomputerowych na Uniwersytecie I.
Badania te zostały sfinansowane przez AIFARMS, instytut sztucznej inteligencji na Uniwersytecie I., przy wsparciu Narodowego Instytutu ds. Wyżywienia i Rolnictwa USDA.
