Varför är biologiska ämnen en ny trend inom precisionsjordbruk?

En stor förändring sker inom jordbruket då nya och smarta idéer används för att göra grödor bättre och ta hand om miljön. En viktig del av denna förändring är användningen av biologiska ämnen inom jordbruket. Det är produkter gjorda av naturliga ämnen, och de används för att göra växter friskare och jorden bättre för odling av grödor.

Vad är biologiska ämnen?

Biologiska ämnen inom jordbruket är produkter som används för att skydda grödor och behandla frön. De kommer från levande eller naturliga material som bakterier, svampar, nematoder eller växtextrakt. Jordbrukare använder dem för att skydda sina grödor från sjukdomar, skadedjur och ogräs samtidigt som de förbättrar växternas tillväxt och kvalitet.

Dessutom fungerar dessa produkter i både ekologiskt och konventionellt jordbruk och kan ingå i integrerade skadedjursbekämpningsstrategier (IPM). Samtidigt bidrar de till hållbar och restfri livsmedelsproduktion.

Efterfrågan på dem ökar på grund av konsumenternas preferens för ekologiska livsmedel, strikta regleringar av kemiska produkter och behovet av resistenshantering och diversifiering av grödor. Enligt Markets and Markets™ värderades den globala marknaden för biologiska jordbruksprodukter till 9,9 miljarder USD år 2020 och förväntas nå 18,9 miljarder USD år 2025.

• År 2020 utgjorde biopesticider 66% av alla biologiska produkter, med biostimulanter på 28% och biogödselmedel på 6%.
• Frukt och grönsaker var de grödor som använde biologiska bekämpningsmedel mest, följt av spannmål och oljeväxter.
• Bionematicider hade den högsta tillväxttakten (17% CAGR).
• Bland biopesticider var bioinsekticider de mest använda produkterna, följt av biofungicider och bioherbicider.
• Mikrobiella biostimulanter ledde kategorin biostimulanter, följt av algextrakt och humussubstanser.
• Kvävefixerande biogödselmedel var de viktigaste i kategorin biogödselmedel, följt av fosfatlösliga biogödselmedel.

Dessutom leder Europa sin marknad, följt av Nordamerika och Asien-Stillahavsområdet. Viktiga aktörer som Bayer, BASF, Syngenta, UPL, Indigo, Valent BioSciences, PivotBIO och Corteva spelar en viktig roll i dess globala anpassning.

Vilka typer av biologiska ämnen finns det?

Det finns tre huvudtyper av biologiska medel som har olika verkningsmekanismer och fördelar för grödor.

1. Biobekämpningsmedel

De kommer från naturliga ämnen som djur, växter, bakterier och vissa mineraler. Biologiska bekämpningsmedel är ett bättre val än kemiska bekämpningsmedel eftersom de angriper specifika skadedjur utan att skada andra levande varelser.

Exempel inkluderar Bacillus thuringiensis (Bt) för att hantera larvskadegörare och neemextrakt för deras mångsidiga effektivitet. De är levande varelser eller ämnen från naturen som hjälper till att bekämpa skadedjur som insekter, ogräs, svampar, bakterier, virus eller nematoder. De är vidare indelade i tre underkategorier:

• Mikrobiella biopesticider: Dessa innehåller mikroorganismer eller deras biprodukter, såsom bakterien Bacillus thuringiensis (Bt), som producerar gifter som är dödliga för specifika insekter.
• Botaniska biopesticider: Dessa biopesticider, som utvinns ur växter och liknar neemolja, utnyttjar naturliga bekämpningsmedelsegenskaper för att skydda grödor.
• Semiokemiska biopesticider: Dessa använder feromoner och andra beteendeförändrande föreningar för att hantera skadedjur, vilket erbjuder fördelar som artspecificitet och minskad resistensutveckling.

2. Biostimulanter

De är ämnen eller mikroorganismer som främjar växttillväxt, avkastning och motståndskraft genom att påverka olika fysiologiska processer. Dessa inkluderar bland annat näringsupptag, fotosyntes och stressrespons.

Till exempel är Serenade® Opti ett biostimulerande medel baserat på Bacillus subtilis-stammen QST 713, vilket inducerar systemisk resistens hos växter och förbättrar skördens avkastning och kvalitet. Biostimulanter kategoriseras i:

• Humusämnen: Organiska föreningar från nedbrutet material som berikar jorden och stimulerar växttillväxt.
• Sjögräsextrakt: Innehåller nyttiga polysackarider och fytohormoner från marina alger som främjar växternas utveckling.
• Mikrobiella inokulanter: Nytsamma bakterier eller svampar som förbättrar växternas näring och hälsa genom att kolonisera rötter eller bladverk.
• Växtextrakt och aminosyror: Naturliga föreningar som stärker växternas ämnesomsättning.

3. Biogödselmedel

Biogödselmedel är speciella produkter från naturen som hjälper växter att få mer näring från jorden eller luften. Det finns två typer: kvävefixerande biogödselmedel, vilka är små organismer som bakterier eller cyanobakterier som omvandlar luftens kväve till ammoniak eller nitrat.

Och fosfatlösliga biogödselmedel, vilka är små organismer som bakterier eller svampar som frigör fosfat från jorden. Dessa biogödselmedel kan göra växter friskare och minska behovet av kemiska gödselmedel, vilket gör jorden bättre.

Samtidigt inkluderar några andra vanliga typer:

• BiofungiciderDe bekämpar svampsjukdomar naturligt. Till exempel innehåller Serifel® Bacillus amyloliquefaciens MBI 600, som ger bredspektrum sjukdomsbekämpning tillsammans med kemiska fungicider.
• BioinsekticiderDe hanterar skadeinsekter naturligt. NemaStrike™, med nyttiga nematoder, eliminerar jordlevande insekter.
• BionematiciderDe bekämpar nematoder som skadar växtrötter. Velum® Prime, som använder Bacillus amyloliquefaciens FZB24, minskar nematodpopulationerna och förbättrar rothälsan.
• BioherbiciderDe bekämpar ogräs naturligt. Beloukha® med pelargonsyra bränner ogräsvävnader vid kontakt och erbjuder en miljövänlig ogräsbekämpningslösning.

Vad är verkningsmekanismen för biologiska ämnen?

De verkar genom olika verkningsmekanismer beroende på typ och målgrupp, var och en specialiserad på att stödja växttillväxt, förbättra markhälsan och skydda mot skadedjur och sjukdomar. Dessa verkningsmekanismer inkluderar:

1. AntagonismVissa av dem kan stoppa eller döda växtpatogener genom att konkurrera om näringsämnen och utrymme, skapa antibiotika eller enzymer, eller göra växter mer resistenta. Till exempel har biofungiciden Serifel® Bacillus amyloliquefaciens-stammen MBI 600, som kan förebygga svampsjukdomar genom att producera lipopeptider som stör patogenens cellmembran.

2. Predation och parasitismHjälpsamma insekter (som nyckelpigor) eller rovkvalster söker och äter aktivt skadliga insekter. Parasitiska getingar lägger ägg inuti skadedjurslarver och dödar dem inifrån.

3. Patogener och mikrobiell kontrollBakterier som Bacillus thuringiensis (Bt) producerar specifika toxiner som riktar sig mot och dödar vissa skadeinsekter. Svampar kan också fungera som patogener, attackera och döda ogräs eller sjukdomsframkallande svampar.

4. Foderdämpande och repellerande medelVissa växtextrakt eller naturliga föreningar kan hindra skadedjur från att äta eller lägga ägg på grödor. Neemolja kan till exempel driva bort bladlöss och vita flugor.

5. Störning av insekternas utvecklingVissa biopesticider stör hormoner eller andra kroppsprocesser som är involverade i insekters tillväxt och reproduktion. Till exempel kan azadirachtin stoppa ruggning och äggläggning hos insekter.

6. Mobilisering av näringsämnenHjälpsamma bakterier eller svampar kan hjälpa till att frigöra näringsämnen i jorden, vilket gör dem lättillgängliga för växter. Till exempel kan fosforlösande bakterier frigöra fosfat från fast form i jorden.

7. Förbättra stresstoleransenBiostimulanter kan hjälpa växter att bättre hantera tuffa förhållanden som torka, salthalt eller värme genom att aktivera deras naturliga försvarsmekanismer. Till exempel kan algextrakt öka antioxidantnivåerna och den osmotiska justeringen hos växter.

8. KvävefixeringRhizobia-bakterier samarbetar med baljväxter och tar kväve från luften och omvandlar det till en form som växter kan använda. Andra bakterier, som Azospirillum, kan också binda kväve med grödor som inte är baljväxter, som spannmål.

9. FosfatlöslighetVissa bakterier producerar organiska syror som löser upp fasta fosfatföreningar i jorden, vilket gör dem tillgängliga för växter. Till exempel kan Bacillus megaterium lösa upp råfosfat, vilket ökar dess tillgänglighet för växter.

10. MykorrhizaassociationerMykorrhizasvampar bildar partnerskap med växtrötter, vilket ökar deras yta för att ta upp mer näring och vatten. De kan också förbättra växternas tillgång till näringsämnen som fosfor och zink som inte rör sig lätt i jorden.

Hur skiljer sig biologiska lösningar från organiska och konventionella lösningar?

De representerar en unik kategori av jordbruksinsatsvaror som skiljer sig från ekologiska och konventionella lösningar genom sin sammansättning och tillämpning. De är gjorda av levande varelser eller saker som kommer från naturen, som växter eller mineraler. Jordbrukare använder dem för att bekämpa skadedjur, sjukdomar, ogräs eller få växter att växa bättre.

Några exempel på biologiska ämnen är mikroorganismer, växtextrakt, feromoner, enzymer och naturliga mineraler. Även om de liknar organiska lösningar på sätt och vis eftersom de båda kommer från naturen, är de inte exakt samma sak.

Ekologiskt jordbruk har strikta regler för användning av naturliga eller naturbaserade material, och alla av dessa som används i ekologiskt jordbruk måste uppfylla specifika standarder. Organiska lösningar kan vara naturliga, tillverkade i ett laboratorium eller biologiska, beroende på var de kommer ifrån. Till exempel är kopparsulfat ett naturligt mineral som är tillåtet i ekologiskt jordbruk, medan glyfosat, ett syntetiskt herbicidmedel, inte är det.

Till skillnad från konventionella lösningar, som huvudsakligen består av syntetiska kemikalier, framstår de som ett mer miljövänligt alternativ. De syntetiska ämnen som används i vanligt jordbruk kan på grund av sin bredspektrumeffekt orsaka problem som föroreningar, resistens hos skadedjur och skador på andra levande varelser.

Vissa insekticider innehåller till exempel både syntetiska kemikalier och naturliga pyretrinextrakt från krysantemumblommor. Å andra sidan är de mer specifika i vad de riktar in sig på, vilket gör det mindre sannolikt att det skadar miljön och stöder bättre metoder för skadedjursbekämpning.

Hur kan precisionsjordbruk optimera användningen av biologiska ämnen?

De ses som miljövänliga alternativ till syntetiska kemikalier eftersom de är mindre skadliga, har mindre miljöpåverkan och tar kortare tid att utveckla. Samtidigt är precisionsjordbruk en jordbruksmetod som förlitar sig på data och teknik, såsom markkartläggning, variabel dosering och fjärranalys, för att förbättra grödhantering och insatsvaror.

Precisionsjordbruk använder högteknologiska verktyg som GPS, sensorer och dataanalys för att noggrant övervaka fält och kontrollera hur grödorna mår mycket exakt. Med dessa tekniker kan jordbrukare upptäcka skillnader i sina fält, som områden med mycket skadedjur eller brist på näringsämnen, och sedan göra specifika förändringar för att hjälpa grödorna i dessa områden.

Samtidigt rapporterar Forbes att försäljningen av biologiska produkter har ökat stadigt med en takt på cirka 17 procent per år. McKinsey föreslår också att precisionsjordbruk skulle kunna öka skördarna med 10 till 15 procent. Därför, när jordbrukare sammanför dessa två områden, kan de öka produktiviteten och vinsterna, samtidigt som de spelar en roll i att skapa ett mer hållbart och regenerativt livsmedelssystem.

Vidare förbättrar det användningen av biologiska läkemedel genom:

1. Riktat urval: Analysera jordprover och kartlägga variationer för att välja biologiska ämnen som matchar de specifika behoven hos varje fält eller zon, med hänsyn till faktorer som näringsinnehåll, mikrobiell mångfald, pH-nivåer och jordtyp.
2. Optimal tidpunkt och dosering: Användning av fjärranalys och sensorer för att övervaka grödors tillväxtstadier, växthälsa och miljöförhållanden, vilket möjliggör exakt timing och dosering av biologiska appliceringar för att maximera effektiviteten och minimera avfall.
3. Prestandautvärdering: Använda drönare och sensorer för att samla in data om grödors avkastning, kvalitet och hälsa före och efter applicering av biologiska bekämpningsmedel, vilket hjälper till att bedöma deras avkastning på investeringen och jämföra deras effektivitet med andra jordbruksinsatser eller metoder.

Ett illustrativt exempel på denna metod är användningen av drönare utrustade med multispektrala bildkameror och sensorer för att skanna fält efter tecken på skadedjursangrepp eller sjukdomar. När dessa drönare har identifierats kan de sedan applicera biologiska bekämpningsmedel exakt på de drabbade områdena, vilket säkerställer att behandlingen begränsas till där den behövs som mest.

Detta skiljer sig från det traditionella sättet att spruta allting, vilket kan slösa mycket resurser. Att kombinera biologiska medel med precisionsjordbruk har många fördelar. Det minskar jordbrukets påverkan på miljön genom att använda färre resurser och hjälper till att skydda den biologiska mångfalden samtidigt som vattenkällorna hålls rena.

Dessutom kan det vara mer effektivt att bekämpa skadedjur och sjukdomar genom att applicera dem där de behövs. Genom att fokusera på de områden med problem förbättras grödornas hälsa och avkastning. Studier har till exempel visat att applicering av mykorrhizasvampar just på delar av ett fält med dålig jordkvalitet kan avsevärt öka hur väl växterna tar upp vatten och näringsämnen, vilket resulterar i bättre skördar.

Hur kan GeoPard integrera biologiska ämnen och precisionsjordbruk?

GeoPard Agriculture utmärker sig inom precisionsjordbruk och erbjuder avancerade lösningar för riktad applicering av biologiska medel för att förbättra grödors hälsa, avkastning och hållbarhet. Dess analysplattform bearbetar geospatiala data, vilket ger viktiga insikter i markens variation, vilket hjälper till med exakt val och applicering baserat på specifika jordbruksbehov.

Plattformens förmåga att generera anpassade rekommendationer med hjälp av detaljerade grödspecifika data säkerställer att de mest effektiva biologiska bekämpningsmedlen appliceras vid rätt tidpunkt i olika tillväxtstadier, från före plantering till sen tillväxtfas, vilket maximerar deras effekt.

Dessutom är GeoPards användning av förskrivningskartor på delfältsnivå för exakt applicering och dess försöksanalyser för att utvärdera biologiska växtskyddsmedels avkastningspåverkan viktiga funktioner. Dessa verktyg ger jordbrukare datadrivna insikter, vilket möjliggör välgrundade beslut och optimerar jordbruksmetoder.

Hur hanterar man exakta rekommendationer för tillämpning av biologiska läkemedel?

Deras tillämpning inom jordbruket är en nyanserad process som drar stor nytta av exakta rekommendationer som är skräddarsydda för specifika behov och förhållanden. Dessa rekommendationer kan kategoriseras efter produkttyp, var och en med sin egen uppsättning överväganden för markhälsobedömning, grödspecifika krav och säsongsbetonad tidpunkt.

Genom att följa dessa riktlinjer kan jordbrukare optimera sin effektivitet, förbättra grödornas hälsa, avkastning och hållbarhet.

1. Produkttyp

Inom jordbruket finns det olika typer av biologiska medel som man kan använda på grödor. Dessa beror på hur de fungerar, vilka skadedjur eller sjukdomar de riktar sig mot och hur de tillverkas. Här är några vanliga typer:

1. Biokontrollmedel
2. Biostimulanter
3. Biogödselmedel

Var och en av dessa biologiska produkter har sina för- och nackdelar. Du bör välja dem baserat på vad dina grödor behöver och vad du vill uppnå. Till exempel är biologiska bekämpningsmedel bra på att hantera specifika skadedjur eller sjukdomar, men du måste hantera, förvara och applicera dem noggrant för att säkerställa att de fungerar bra.

Här är några biobekämpningsmedel:

1. Bacillus thuringiensis (Bt) för grödor som majs, bomull, sojabönor och grönsaker.
2. Trichoderma spp. för grödor som är benägna att drabbas av rotsjukdomar som vete, ris, tomater och gurkor.
3. Neemolja för grödor som drabbats av sugande skadedjur som citrusfrukter, mango, bomull och grönsaker.
4. Feromoner i fällor för att minska skadedjur i grödor som äpplen, vindruvor, majs och bomull.

Nu, biostimulanter:

1. Ascophyllum nodosum-extrakt (ANE) för spannmål, oljeväxter, baljväxter och trädgårdsgrödor.
2. Humussyra (HA) för grödor som behöver mikronäringsämnen som majs, vete, ris och grönsaker.
3. Glutaminsyra (GA) för grödor som utsätts för torka, salthalt eller höga temperaturer, såsom bomull, sockerrör, tomater och potatis.
4. Bacillus subtilis (Bs) för grödor som är mottagliga för svamp- eller bakteriesjukdomar som ris, sojabönor, jordnötter och vindruvor.

Slutligen, biogödselmedel:

1. Rhizobium spp. för baljväxter som sojabönor, jordnötter, alfalfa och klöver.
2. Fosfatlösliga bakterier (PSB) för grödor som behöver fosfor, såsom majs, vete, ris och potatis.
3. Arbuskulära mykorrhizasvampar (AMF) för grödor som gynnas av mykorrhizakolonisering, såsom tomater, gurkor, morötter och vindruvor.
4. Cyanobakterier för risfält som biogödsel eller gröngödsel.

2. Markhälsobedömning

Innan man använder någon biologisk produkt är det avgörande att utvärdera jordens hälsa och bördighet på fältet. Jordhälsa avser jordens förmåga att upprätthålla växttillväxt samtidigt som dess fysikaliska, kemiska och biologiska egenskaper bevaras. En grundlig jordhälsobedömning inkluderar:

1. Jordprovtagning och testningJordprovtagning innebär att man samlar in prover från olika fältområden och testar parametrar som pH, organiskt material, näringsämnen och mikrobiell aktivitet i ett laboratorium.
2. Indikatorer för jordkvalitetMarkkvalitetsindikatorer, såsom textur, struktur, vattenhållningsförmåga och koldioxidbindningspotential, ger mätbara insikter i markens hälsa.
3. MarkhälsopoängkortEtt integrerat verktyg som förenklar olika indikatorer för jordkvalitet, vilket hjälper jordbrukare att identifiera styrkor och svagheter och prioritera markhanteringsmetoder.

En sådan bedömning vägleder jordbrukare i att välja rätt biologiska produkter, optimera appliceringsmängder och tidpunkter för förbättrad prestanda på fältet.

3. Grödspecifika överväganden

Olika grödor har olika behov och reaktioner på biologiska produkter. Tänk på grödtyp, sort, tillväxtstadium och avkastningspotential vid produktval. Viktiga punkter inkluderar:

1. Grödkompatibilitet: Kontrollera produktetiketterna för kompatibilitet med specifika grödor och undvik negativa effekter. Följ tillverkarens rekommendationer för att förhindra problem som fytotoxicitet eller minskad effekt.
2. Växelbruk: Förstå hur växtföljden påverkar markens hälsa, skadedjursbekämpning och avkastning. Ta hänsyn till växtföljdens historia när du planerar applicering av biologiska produkter.
3. Grödanstress: Övervaka och åtgärda stress hos grödor orsakad av faktorer som väderförhållanden, skadedjur, sjukdomar eller näringsbrist. Anpassa appliceringen av biologiska produkter baserat på grödans stressnivå för att förbättra tolerans eller återhämtning.

4. Säsongsbetonad tidpunkt

Att applicera biologiska produkter vid rätt tidpunkt är avgörande för optimal effektivitet och minimal miljöpåverkan. Olika stadier av grödans utveckling kan kräva olika typer av biologiska produkter. Här är allmänna riktlinjer för säsongsbetonad timing:

1. Förplantering: Applicera före plantering av frön eller plantor, idealiskt för produkter som etablerar sig i jorden eller på fröytor. Exempel inkluderar biostimulanter som förbättrar frögroning.
2. Tidig tillväxt: Applicera under grödans uppkomst på vegetativ tillväxt, vilket gynnar produkter som interagerar med växande växtvävnader. Exempel inkluderar biogödsel som producerar tillväxtfrämjande ämnen.
3. Medelhög tillväxt: Applicera från vegetativ till reproduktiv tillväxt, för att stödja övergången eller skydda mot skadedjurs- eller sjukdomsutbrott. Exempel inkluderar biokontrollmedel som parasiterar skadedjur.
4. Sen tillväxt: Applicera från reproduktiv tillväxt till mognad, för att förbättra slutskörd eller kvalitet. Exempel inkluderar biostimulanter som ökar fruktstorleken.

Integration via receptkartor på delfältsnivå och försöksanalys

Integreringen av biologiska produkter med precisionsjordbruk, särskilt genom användning av förskrivningskartor på delfältsnivå och försöksanalyser, revolutionerar hur jordbrukare använder biologiska produkter och bedömer deras inverkan på avkastningen. Denna metod möjliggör en mycket riktad tillämpning, vilket optimerar deras effektivitet och säkerställer hållbara jordbruksmetoder.

Förskrivningskartor på delfältsnivå ger exakta rekommendationer för applicering av insatsvaror baserat på jord-, väder- och gröddata, och optimerar deras användning genom att ta hänsyn till fältvariationer. Dessa kartor förbättrar den biologiska prestandan och ökar avkastningseffekten när rätt produkt appliceras med rätt mängd, tid och plats.

För försöksanalys, som utvärderar olika behandlingar baserat på grödans resultat, visar sig förskrivningskartor på delfältsnivå vara värdefulla. De hjälper till att jämföra biologiska produkter genom att minimera störfaktorer som jordtyp, väder och skadedjurstryck. Detta säkerställer mer homogena behandlingszoner, vilket möjliggör en tydligare utvärdering av den biologiska produktens inverkan på avkastningen.

Genom att tillämpa förskrivningskartor på delfältsnivå säkerställs konsekventa indata över behandlingszoner, förutom för den testade biologiska produkten, vilket isolerar dess effekt. Denna metod förbättrar noggrannheten i prövningsanalysen genom att öka rumsligt fördelade datapunkter, vilket möjliggör detektion av små men signifikanta skillnader mellan behandlingar.

Dessutom minskar det mätfel och bias genom att säkerställa konsekvent och representativ provtagning i varje behandlingszon. För att visa upp dessa fördelar följer här några rapporterade studier.

I en studie av NC State University i North Carolina förbättrade kartor över delfält precisionen i kvävegödselapplikationen med 20% och minskade variationen i majsavkastningen med 15%. En annan studie av AgroLiquid i Michigan fann att kartor över delfält ökade sojabönsavkastningen med i genomsnitt 3,5 bushels per tunnland och hjälpte till att identifiera den mest effektiva biologiska produkten för varje fält.

Slutsats

Integreringen av smarta jordbruksmetoder, särskilt användningen av biologiska ämnen, förändrar jordbruket genom att förbättra grödornas hälsa och främja miljömässig hållbarhet. De, som härrör från levande organismer som bakterier och svampar, erbjuder ett naturligt sätt att skydda grödor och förbättra jordens bördighet.

Samtidigt kompletterar precisionsjordbruk detta genom att möjliggöra riktad tillämpning genom tekniker som kartor över odling på delfältsnivå och försöksanalys. Denna kombination av biologiska metoder och precisionsjordbruk leder till effektivare resursanvändning, minskad miljöpåverkan och bättre skördar, vilket markerar ett betydande steg mot ett hållbart och produktivt jordbruk.