Преобразование хлопководства с помощью технологий и точного земледелия

Производитель хлопка: Цель компании Cotton Incorporated — повышение рентабельности производства хлопка посредством исследований. Чтобы наши исследования соответствовали текущим вызовам и опирались на прошлые успехи, мы провели обследования природных ресурсов американских производителей хлопка в 2008, 2015 и 2023 годах.

Эти исследования также служат для демонстрации устойчивости хлопководства и постоянного совершенствования отрасли, предоставляя данные для оценки жизненного цикла. В данной статье конкретно рассматриваются вопросы, касающиеся внедрения технологий точного земледелия хлопководами.

В опросах приняли участие фермеры из всех штатов, производящих хлопок, и доля ответов, как правило, соответствовала площади посевов в штате (например, Техас, с наибольшей площадью посевов хлопка, получил наибольшее количество ответов, за ним следует Джорджия, занимающая второе место по площади посевов).

Во всех опросах респонденты представляли не менее 91 тыс. акров посевных площадей, засеянных в год проведения опроса. Следует отметить, что в этих результатах иногда упоминаются регионы, которые определяются следующим образом: Дальний Запад: Калифорния, Аризона, Нью-Мексико; Юго-Запад: Техас, Оклахома, Канзас; Средний Юг: Миссури, Арканзас, Миссисипи, Луизиана, Теннесси; и Юго-Восток: Алабама, Флорида, Южная Каролина, Северная Каролина, Вирджиния.

Трендовые технологии

Во всех опросах фермеров просили оценить 29 проблем, связанных с производством, как существенные, умеренные или несущественные. Главной проблемой во всех трех опросах была стоимость производства хлопка. Однако, поскольку фермеры не могут контролировать затраты на ресурсы, технологии точного земледелия становятся крайне важными. Эти технологии помогают гарантировать, что используются только необходимые ресурсы, предотвращая неэффективные затраты.

В результате наблюдается рост использования различных технологий, за исключением отбора проб почвы, который остался неизменным на уровне 46%, как показано на рисунке 1. В опросе 2023 года только 4% респондентов сообщили, что не используют технологии точного земледелия.

Важно отметить, что упомянутые здесь картирование почвы и отбор проб почвы относятся к использованию образцов для учета пространственной изменчивости внутри поля, а не к общему отбору проб почвы. Для определения уровня плодородия 771 респондент указал, что использует рекомендации по анализу почвы.

Использование технологии автоматического управления значительно возросло с течением времени. В 2008 году ее использовали всего 461 фермер, но к 2015 году это число выросло до 691, а к 2023 году достигло 861. Эта тенденция к росту демонстрирует растущую зависимость фермеров от автоматического управления.

Аналогичным образом, внедрение технологий автоматического управления и мониторинга урожайности согласуется с результатами исследования, проведенного Экономической исследовательской службой Министерства сельского хозяйства США, о внедрении точного земледелия на фермах США. Исследование охватывало различные сельскохозяйственные культуры, включая хлопок, в 2000, 2003, 2007 и 2019 годах.

В обоих исследованиях темпы внедрения систем мониторинга урожайности и автоматического управления увеличились. Однако внедрение автоматического управления было значительно выше, чем внедрение систем мониторинга урожайности. Как показано на рисунке 1, рост внедрения автоматического управления опередил все остальные рассмотренные технологии и методы.

Система автоматического управления становится стандартной функцией на новом оборудовании и требует минимальной подготовки по сравнению с другими технологиями. В то время как при использовании других технологий карты необходимо загружать, интерпретировать, преобразовывать в карты норм внесения и повторно загружать.

Система автоматического управления снижает стресс оператора и может повысить эффективность использования ресурсов, устраняя пропуски и избыточное применение из-за наложений. Ожидается, что расширение использования беспроводных модемов в сельскохозяйственной технике в конечном итоге будет способствовать внедрению других технологий, когда карты памяти больше не нужно будет переносить из офиса к оборудованию.

Кроме того, новые методы анализа данных автоматизируют интерпретацию почвенных и урожайных карт. Также появляются консультанты по сельскохозяйственным данным, которые помогают фермерам максимально эффективно использовать свои данные.

Есть данные, свидетельствующие о том, что упрощение использования и наличие предустановленных на заводе опций будут способствовать внедрению новых технологий в будущем, как это показано на примере регионального распространения мониторов урожайности на рисунке 2.

Уровень внедрения мониторов урожайности в 2015 году коррелировал с использованием круглых модулей, как показано в исследовании стоимости хлопкоочистки за 2016 год (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, January 3-5, 2018. National Cotton Council, Memphis, TN. Pp. 528-53).

Это говорит о том, что упрощение использования технологий и предложение предустановленных на заводе опций могут побудить больше фермеров к их внедрению.

В ходе исследования затрат на хлопкоочистку было отмечено, что использование круглых модулей составило 511 тонн на юго-востоке, 611 тонн на юге США, 361 тонну на юго-западе и 291 тонну на дальнем западе, что соответствует рейтингу внедрения мониторов урожайности, представленному на рисунке 2.

Однако, по данным опроса, внедрение технологий мониторинга урожайности увеличилось во всех четырех регионах. Этот рост произошел потому, что системы мониторинга урожайности стали доступны в качестве заводской опции только с появлением комбайнов, предназначенных для модульного производства.

Между тем, ожидается, что расширение внедрения технологий сбора данных на сельскохозяйственной технике приведет к дальнейшему росту использования этих технологий.

Ожидается, что следующий этап развития точного земледелия будет определяться достижениями в области технологий автоматизации. Автоматизация, предполагающая использование машин для автоматического выполнения задач без вмешательства человека, имеет потенциал значительно повысить эффективность и точность сельскохозяйственной деятельности. Одним из примеров является интеграция технологии беспилотных тракторов.

Эта технология может оптимизировать такие задачи, как посадка, опрыскивание и сбор урожая. В результате эти задачи могут выполняться с большей точностью и эффективностью. Однако, несмотря на многочисленные преимущества автоматизации, важно учитывать ее влияние на занятость в сельском хозяйстве.

В ходе опроса 2023 года фермерам, выращивающим хлопок, были заданы новые вопросы о преимуществах и проблемах использования беспилотных тракторов на их фермах. Более 501 респондента указали на экономию трудозатрат как на одно из ожидаемых преимуществ беспилотных тракторов.

Кроме того, в отчете 41% отмечалось повышение эффективности, в отчете 28% – снижение воздействия вредных факторов на работников, а в отчете 34% было отмечено отсутствие преимуществ у данной технологии. Между тем, вполне вероятно, что фермеры, уже инвестировавшие в крупногабаритную валковую технику (например, опрыскиватели с 120-футовыми штангами), получат минимальную выгоду от исключения оператора из состава такой машины.

Ведутся исследования с целью определить, можно ли добиться больших преимуществ от автоматизации за счет уменьшения размеров оборудования, что позволит масштабировать его в соответствии с задачами и размером обрабатываемой территории. Кроме того, наличие нескольких небольших единиц оборудования снижает риск простоев.

Однако, когда выходит из строя крупная единица техники, ежедневно теряется урожайность сотен акров. Масштаб техники, вероятно, будет определяться балансом между количеством единиц, которые необходимо обслуживать, выполняемой задачей и средними размерами и формами полей на ферме.

Препятствия на пути к созданию беспилотных тракторов

В целом, ответы были схожими во всех регионах, за исключением проблем, связанных с препятствиями на полях и транспортировкой между полями. Повышенная обеспокоенность на юго-востоке и в центральной части Юга, вероятно, объясняется большим количеством водных объектов и топографических изменений, влияющих на поля в этих регионах, по сравнению с юго-западом и дальним западом. Во всех регионах существует консенсус относительно того, что стоимость технологии может стать препятствием для ее использования на их фермах.

Возник вопрос о том, какие задачи следует автоматизировать в первую очередь. Люди назвали посадку (40%), опрыскивание (40%), сбор урожая (35%) и предпосевную борьбу с сорняками (35%) основными задачами.

Однако, поскольку мы только начинаем использовать автоматизированную сельскохозяйственную технику, будет интересно посмотреть, как всё изменится в ближайшие пять лет. Между тем, растущее число систем обнаружения и опрыскивания сорняков с использованием машинного зрения демонстрирует, насколько быстро развиваются эти технологии.

Заключение

Опросы компании Cotton Incorporated, проведенные с 2008 по 2023 год, показывают растущее внедрение технологий точного земледелия среди хлопководов, особенно в таких задачах, как посадка, опрыскивание и сбор урожая. Технология автоматического управления значительно расширила свое применение, что свидетельствует о тенденции к повышению эффективности сельского хозяйства. Однако проблемы, такие как масштабируемость оборудования и его стоимость, остаются.

Будущее сельского хозяйства, вероятно, будет связано с технологиями автоматизации, такими как беспилотные тракторы, которые предлагают преимущества, такие как экономия трудозатрат и повышение эффективности, но вызывают опасения по поводу занятости и масштабируемости оборудования.

Источник: Производитель хлопка и Хлопок Инкорпорированная компания. Исследователи: Джейран Байрамова, Стивен Пирес, Джесси Дейстар и Эд Барнс — исследователи из компании Cotton Incorporated.