Transformacja uprawy bawełny dzięki technologii i precyzyjnemu rolnictwu

Producent bawełny: Celem Cotton Incorporated jest zwiększenie rentowności produkcji bawełny poprzez badania. Aby zapewnić, że nasze badania odpowiadają obecnym wyzwaniom i bazują na wcześniejszych sukcesach, przeprowadziliśmy badania zasobów naturalnych wśród amerykańskich producentów bawełny w latach 2008, 2015 i 2023.

Badania te służą również do pokazania zrównoważonego charakteru uprawy bawełny i ciągłego rozwoju branży, dostarczając danych do oceny cyklu życia. Niniejszy artykuł koncentruje się na kwestiach dotyczących wdrażania technologii rolnictwa precyzyjnego przez plantatorów bawełny.

W ankietach wzięli udział rolnicy z każdego stanu, w którym uprawia się bawełnę, a odsetek odpowiedzi na ogół odpowiadał powierzchni upraw w danym stanie (na przykład Teksas, z największą liczbą akrów uprawianej bawełny, uzyskał najwięcej odpowiedzi, a na kolejnym miejscu znalazła się Georgia, która ma drugą co do wielkości powierzchnię upraw).

We wszystkich ankietach respondenci reprezentowali co najmniej 91 TP3 t akrów obsadzonych w roku badania. Należy zauważyć, że w wynikach czasami wymienia się regiony, zdefiniowane jako: Daleki Zachód: Kalifornia, Arizona, Nowy Meksyk; Południowy Zachód: Teksas, Oklahoma, Kansas; Środkowe Południe: Missouri, Arkansas, Missisipi, Luizjana, Tennessee; oraz Południowy Wschód: Alabama, Floryda, Karolina Południowa, Karolina Północna, Wirginia.

Trendy technologiczne

We wszystkich ankietach plantatorzy zostali poproszeni o ocenę 29 problemów produkcyjnych jako poważnych, umiarkowanych lub nieistotnych. Najważniejszym problemem we wszystkich trzech ankietach był koszt produkcji bawełny. Ponieważ jednak plantatorzy nie są w stanie kontrolować kosztów nakładów, technologie precyzyjne stają się niezbędne. Technologie te pomagają zapewnić, że stosowane są tylko niezbędne środki, zapobiegając marnotrawstwu pieniędzy.

W rezultacie zaobserwowano wzrost wykorzystania różnych technologii, z wyjątkiem pobierania próbek gleby, którego wskaźnik utrzymywał się na stałym poziomie 46%, jak pokazano na rysunku 1. W badaniu z 2023 r. jedynie 4% respondentów zadeklarowało, że nie korzysta z technologii precyzyjnych.

Należy zauważyć, że mapowanie i pobieranie próbek gleby, o których mowa w tym miejscu, odnoszą się do wykorzystania próbek w celu uwzględnienia zmienności przestrzennej w obrębie pola, a nie do ogólnego pobierania próbek gleby. W celu określenia wskaźników żyzności gleby 771% respondentów wskazało, że korzysta z zaleceń dotyczących badań gleby.

Wykorzystanie technologii automatycznego sterowania znacznie wzrosło z biegiem czasu. W 2008 roku korzystało z niej zaledwie 461 TP3T rolników, ale do 2015 roku liczba ta wzrosła do 691 TP3T, a do 2023 roku osiągnęła 861 TP3T. Ten rosnący trend świadczy o rosnącym uzależnieniu rolników od automatycznego sterowania.

Podobnie, wdrażanie technologii automatycznego sterowania i monitorowania plonów jest zgodne z wynikami badania przeprowadzonego przez Służbę Badań Ekonomicznych USDA (USDA Economic Research Service) na temat wdrażania rolnictwa precyzyjnego w gospodarstwach rolnych w USA. Badanie objęło wiele towarów, w tym bawełnę, w latach 2000, 2003, 2007 i 2019.

W obu badaniach odnotowano wzrost wskaźników adopcji monitorów wydajności i automatycznego sterowania. Jednak adopcja automatycznego sterowania była znacznie wyższa niż w przypadku monitorów wydajności. Jak pokazano na rysunku 1, wzrost popularności automatycznego sterowania przewyższył wszystkie inne rozważane technologie i praktyki.

System Autosteer staje się standardem w nowym sprzęcie i wymaga minimalnego przygotowania w porównaniu z innymi technologiami. Tymczasem w przypadku innych technologii mapy wymagają pobrania, zinterpretowania, przekształcenia w mapy dawek i ponownego przesłania.

System automatycznego prowadzenia zmniejsza stres operatora i może poprawić efektywność wykorzystania danych wejściowych, eliminując pominięcia i nadmierne nakładanie się danych. Oczekuje się, że zwiększone wykorzystanie modemów bezprzewodowych w sprzęcie rolniczym ostatecznie przyspieszy adopcję innych technologii, gdy karty pamięci nie będą już musiały być transportowane z biura do sprzętu.

Ponadto nowe techniki analizy danych automatyzują interpretację map glebowych i plonów. Konsultanci zajmujący się nauką o danych rolniczych stają się coraz bardziej dostępni, aby pomóc rolnikom w maksymalizacji wartości ich danych.

Istnieją dowody na to, że większa łatwość użytkowania i opcje instalowane fabrycznie ułatwią wdrażanie technologii w przyszłości, jak pokazano na przykładzie regionalnego wdrażania monitorów wydajności przedstawionym na rysunku 2.

Poziomy adopcji monitorów plonów w 2015 r. były skorelowane z wykorzystaniem modułów okrągłych, jak podano w badaniu kosztów odziarniania bawełny z 2016 r. (Valco, TD, H. Ashley, D. Findley, J. Green, R. Isom, T. Price. The Cost of Ginning Cotton – 2016 Survey Results. 2018 Beltwide Cotton Conferences, San Antonio, TX, 3-5 stycznia 2018 r. National Cotton Council, Memphis, TN. s. 528-53).

Sugeruje to, że ułatwienie korzystania z technologii i oferowanie opcji instalowanych fabrycznie może zachęcić większą liczbę rolników do jej wdrożenia.

W badaniu kosztów odziarniania zauważono, że wykorzystanie modułów okrągłych wyniosło 51% na południowym wschodzie, 61% na środkowym południu, 36% na południowym zachodzie i 29% na dalekim zachodzie, co jest zgodne z rankingiem wdrażania monitora wydajności przedstawionym na rysunku 2.

Jednak według respondentów ankiety, wdrażanie technologii monitorowania wydajności wzrosło we wszystkich czterech regionach. Wzrost ten nastąpił, ponieważ monitory wydajności stały się dostępne jako opcja instalowana fabrycznie dopiero wraz z wprowadzeniem kombajnów do budowy modułów.

Tymczasem oczekuje się, że wzmożone wdrażanie technologii gromadzenia danych w sprzęcie rolniczym doprowadzi do zwiększenia wdrażania technologii w przyszłości.

Oczekuje się, że kolejny etap rolnictwa precyzyjnego będzie zależał od postępu w technologiach automatyzacji. Automatyzacja, polegająca na wykorzystaniu maszyn do automatycznego wykonywania zadań bez ingerencji człowieka, ma potencjał znacznej poprawy wydajności i precyzji w praktykach rolniczych. Jednym z przykładów jest integracja technologii ciągników autonomicznych.

Technologia ta może usprawnić takie zadania, jak sadzenie, opryskiwanie i zbiór plonów. Dzięki temu można je wykonywać z większą dokładnością i wydajnością. Mimo że automatyzacja oferuje liczne korzyści, ważne jest, aby wziąć pod uwagę jej wpływ na zatrudnienie w rolnictwie.

Badanie z 2023 roku postawiło plantatorom bawełny nowe pytania dotyczące zalet i wyzwań związanych z wykorzystaniem ciągników autonomicznych w ich gospodarstwach. Ponad 501 TP3T respondentów wskazało oszczędności siły roboczej jako jedną z oczekiwanych korzyści wynikających z zastosowania ciągników autonomicznych.

Co więcej, 41% wskazał na poprawę wydajności, 28% podkreślił zmniejszenie narażenia pracowników, a 34% uznał tę technologię za nieopłacalną. Jednocześnie prawdopodobne jest, że rolnicy, którzy zainwestowali już w sprzęt do dużych pokosów (np. opryskiwacze z belkami o szerokości 36 metrów), odczuliby minimalne korzyści z wyeliminowania operatora z takiej maszyny.

Trwają badania mające na celu ustalenie, czy automatyzacja może przynieść większe korzyści poprzez zmniejszenie rozmiarów sprzętu, a tym samym zwiększenie jego skalowalności do danego zadania i wielkości obszaru. Co więcej, posiadanie kilku mniejszych urządzeń zmniejsza ryzyko przestojów.

Jednak w przypadku awarii dużego sprzętu, produkcja na setkach akrów dziennie zostaje utracona. Skala sprzętu będzie prawdopodobnie zależeć od równowagi między liczbą jednostek, którymi trzeba zarządzać, zadaniem do wykonania oraz średnimi rozmiarami i kształtami pól w gospodarstwie.

Przeszkody dla ciągników autonomicznych

Ogólnie rzecz biorąc, odpowiedzi były spójne we wszystkich regionach, z wyjątkiem przeszkód na polach i problemów z transportem między polami. Wzrost obaw na południowym wschodzie i środkowym południu prawdopodobnie wynika z większej liczby zbiorników wodnych i zmian topograficznych, które wpływają na pola w tych regionach w porównaniu z południowym zachodem i dalekim zachodem. We wszystkich regionach panuje zgoda co do tego, że koszty tej technologii mogą stanowić przeszkodę w jej stosowaniu w gospodarstwach rolnych.

Pojawiło się pytanie, które zadania powinny zostać zautomatyzowane w pierwszej kolejności. Uczestnicy wskazywali na sadzenie (40%), opryskiwanie (40%), zbiory (35%) i zwalczanie chwastów przed sadzeniem (35%).

Ponieważ jednak dopiero zaczynamy korzystać z automatycznego sprzętu rolniczego, ciekawie będzie obserwować, jak sytuacja zmieni się w ciągu najbliższych pięciu lat. Tymczasem rosnąca liczba systemów do wykrywania i opryskiwania chwastów z wykorzystaniem wizji maszynowej pokazuje, jak szybko rozwijają się te technologie.

Wniosek

Badania Cotton Incorporated z lat 2008–2023 wskazują na rosnące wykorzystanie technologii rolnictwa precyzyjnego wśród plantatorów bawełny, szczególnie w takich czynnościach jak sadzenie, opryskiwanie i zbiór. Technologia automatycznego sterowania (Autosteer) odnotowała znaczny wzrost wykorzystania, co wskazuje na trend w kierunku bardziej wydajnego rolnictwa. Nadal jednak istnieją wyzwania, takie jak skalowalność sprzętu i koszty.

Przyszłość rolnictwa prawdopodobnie będzie wiązała się z technologiami automatyzacji, takimi jak ciągniki bezzałogowe, które przyniosą korzyści w postaci oszczędności pracy i poprawy wydajności, ale będą rodzić obawy dotyczące skalowalności zatrudnienia i sprzętu.

Źródło: Producent bawełny i Bawełna Rejestrowy. Badacze: Jeyran Bayramova, Steven Pires, Jesse Daystar i Ed Barnes są badaczami w Cotton Incorporated.