Чому біологічні препарати є новим трендом у точному землеробстві?

У сільському господарстві відбуваються великі зміни, оскільки використовуються нові та розумні ідеї для покращення врожаю та турботи про навколишнє середовище. Однією з важливих частин цих змін є використання біологічних препаратів у сільському господарстві. Це продукти, виготовлені з натуральних речовин, які використовуються для оздоровлення рослин та покращення ґрунту для вирощування сільськогосподарських культур.

Що таке біологічні препарати?

Біологічні препарати в сільському господарстві – це продукти, що використовуються для захисту сільськогосподарських культур та обробки насіння. Вони виготовляються з живих або природних матеріалів, таких як бактерії, гриби, нематоди або рослинні екстракти. Фермери використовують їх для захисту своїх культур від хвороб, шкідників та бур'янів, а також для покращення росту та якості рослин.

Крім того, ці продукти працюють як в органічному, так і в традиційному сільському господарстві та можуть бути частиною стратегій інтегрованої боротьби зі шкідниками (ІБШ). Водночас вони також сприяють сталому виробництву продуктів харчування без залишків.

Попит на них зростає через перевагу споживачів до органічних продуктів, суворе регулювання хімічних продуктів, а також необхідність боротьби з резистентністю та диверсифікації сільськогосподарських культур. За даними Markets and Markets™, світовий ринок сільськогосподарських біологічних препаратів у 2020 році оцінювався в 9,9 мільярда доларів США, а до 2025 року прогнозується його обсяг у 18,9 мільярда доларів США.

• У 2020 році біопестициди становили 661 TP3T усіх біологічних продуктів, біостимулятори – 281 TP3T, а біодобрива – 61 TP3T.
• Фрукти та овочі були основними культурами, де використовувалися біологічні препарати, далі йдуть зернові та олійні культури.
• Біонематициди мали найвищі темпи зростання (17% CAGR).
• Серед біопестицидів найбільше використовувалися біоінсектициди, за ними йшли біофунгіциди та біогербіциди.
• Мікробні біостимулятори очолили категорію біостимуляторів, за ними йдуть екстракти морських водоростей та гумінові речовини.
• Азотфіксуючі біодобрива були найбільш значущими в категорії біодобрив, за ними йшли фосфаторозчинні біодобрива.

Крім того, Європа лідирує на їхньому ринку, за нею йдуть Північна Америка та Азіатсько-Тихоокеанський регіон. Ключові гравці, такі як Bayer, BASF, Syngenta, UPL, Indigo, Valent BioSciences, PivotBIO та Corteva, відіграють важливу роль у глобальній адаптації.

Які бувають види біологічних препаратів?

Існує три основні типи біологічних препаратів, які мають різні механізми дії та переваги для сільськогосподарських культур.

1. Біопестициди

Вони походять з природних речовин, таких як тварини, рослини, бактерії та певні мінерали. Біопестициди є кращим вибором, ніж хімічні пестициди, оскільки вони діють на конкретних шкідників, не завдаючи шкоди іншим живим організмам.

Прикладами є Bacillus thuringiensis (Bt) для боротьби з гусеничними шкідниками та екстракти німу завдяки їх широкому спектру ефективності. Це живі організми або речовини природного походження, які допомагають контролювати шкідників, таких як комахи, бур'яни, грибки, бактерії, віруси або нематоди. Вони також поділяються на три підкатегорії:

• Мікробні біопестициди: Вони містять мікроорганізми або продукти їх життєдіяльності, такі як бактерія Bacillus thuringiensis (Bt), яка виробляє токсини, смертельні для певних комах.
• Ботанічні біопестициди: Отримані з рослин, ці біопестициди, такі як олія німу, використовують природні пестицидні властивості для захисту сільськогосподарських культур.
• Семіхімічні біопестициди: Вони використовують феромони та інші сполуки, що змінюють поведінку, для боротьби зі шкідниками, пропонуючи такі переваги, як видова специфічність та зниження розвитку резистентності.

2. Біостимулятори

Це речовини або мікроорганізми, які сприяють росту, врожайності та стійкості рослин, впливаючи на різні фізіологічні процеси. До них належать, серед іншого, поглинання поживних речовин, фотосинтез та реакція на стрес.

Наприклад, Serenade® Opti – це біостимулятор на основі штаму Bacillus subtilis QST 713, який індукує системну стійкість у рослин та покращує врожайність і якість сільськогосподарських культур. Біостимулятори поділяються на такі категорії:

• Гумінові речовини: Органічні сполуки з розкладеної речовини, що збагачують ґрунт і стимулюють ріст рослин.
• Екстракти морських водоростей: Містить корисні полісахариди та фітогормони з морських водоростей, які сприяють розвитку рослин.
• Мікробні інокулянти: Корисні бактерії або гриби, які покращують живлення та здоров'я рослин, колонізуючи коріння або листя.
• Рослинні екстракти та амінокислоти: Натуральні сполуки, що активізують метаболізм рослин.

3. Біодобрива

Біодобрива – це спеціальні продукти природи, які допомагають рослинам отримувати більше поживних речовин з ґрунту або повітря. Існують два типи: азотфіксуючі біодобрива, що є крихітними організмами, такими як бактерії або ціанобактерії, що перетворюють азот повітря на аміак або нітрати.

І фосфат-солюбілізуючі біодобрива, що є крихітними організмами, такими як бактерії або гриби, що вивільняють фосфати з ґрунту. Ці біодобрива можуть зробити рослини здоровішими та зменшити потребу в хімічних добривах, покращуючи стан ґрунту.

Тим часом, деякі інші поширені типи включають:

• БіофунгіцидиВони контролюють грибкові захворювання природним шляхом. Наприклад, Serifel® містить Bacillus amyloliquefaciens MBI 600, що забезпечує широкий спектр контролю захворювань поряд з хімічними фунгіцидами.
• БіоінсектицидиВони природним чином знищують комах-шкідників. NemaStrike™ з корисними нематодами знищує ґрунтових комах.
• БіонематицидиВони контролюють нематод, які пошкоджують коріння рослин. Velum® Prime, що містить Bacillus amyloliquefaciens FZB24, зменшує популяції нематод та покращує здоров'я коренів.
• БіогербіцидиВони знищують бур'яни природним шляхом. Beloukha® з пеларгоновою кислотою спалює тканини бур'янів при контакті, пропонуючи екологічно чисте рішення для боротьби з бур'янами.

Який механізм дії біологічних препаратів?

Вони діють за різними механізмами залежно від їхнього типу та цільової групи, кожен з яких спеціалізується на підтримці росту рослин, покращенні здоров'я ґрунту та захисті від шкідників і хвороб. Ці механізми дії включають:

1. АнтагонізмДеякі з них можуть зупиняти або знищувати рослинні патогени, конкуруючи за поживні речовини та простір, створюючи антибіотики чи ферменти, або роблячи рослини більш стійкими. Наприклад, біофунгіцид Serifel® містить штам Bacillus amyloliquefaciens MBI 600, який може запобігати грибковим захворюванням, виробляючи ліпопептиди, що порушують клітинну мембрану патогена.

2. Хижацтво та паразитизмКорисні комахи (наприклад, сонечка) або хижі кліщі активно шукають і поїдають шкідливих комах. Паразитичні оси відкладають яйця всередину личинок шкідників, вбиваючи їх зсередини.

3. Патогени та мікробний контрольБактерії, такі як Bacillus thuringiensis (Bt), виробляють специфічні токсини, які впливають на певних комах-шкідників та знищують їх. Гриби також можуть діяти як патогени, атакуючи та знищуючи бур'яни або хвороботворні гриби.

4. Засоби від годування та репелентиДеякі рослинні екстракти або натуральні сполуки можуть зупинити шкідників від живлення або відкладання яєць на сільськогосподарських культурах. Наприклад, олія німу може відлякувати попелицю та білокрилок.

5. Порушення розвитку комахДеякі біопестициди впливають на гормони або інші процеси в організмі, що беруть участь у рості та розмноженні комах. Наприклад, азадирахтин може зупинити линяння та відкладання яєць у комах.

6. Мобілізація поживних речовинКорисні бактерії або гриби можуть допомогти вивільняти поживні речовини з ґрунту, роблячи їх легкодоступними для рослин. Наприклад, бактерії, що розчиняють фосфор, можуть вивільняти фосфат із твердих форм у ґрунті.

7. Підвищення стресостійкостіБіостимулятори можуть допомогти рослинам краще справлятися з такими складними умовами, як посуха, засоленість або спека, запускаючи їхні природні захисні механізми. Наприклад, екстракти морських водоростей можуть підвищувати рівень антиоксидантів та осмотичну регуляцію в рослинах.

8. Фіксація азотуБактерії Rhizobia взаємодіють з бобовими, забираючи азот з повітря та перетворюючи його на форму, яку можуть використовувати рослини. Інші бактерії, такі як Azospirillum, також можуть фіксувати азот з небобовими культурами, такими як зернові.

9. Розчинення фосфатівДеякі бактерії виробляють органічні кислоти, які розчиняють тверді фосфатні сполуки в ґрунті, роблячи їх доступними для рослин. Наприклад, Bacillus megaterium може розчиняти фосфорит, збільшуючи його доступність для рослин.

10. Мікоризні асоціаціїМікоризні гриби утворюють партнерські відносини з корінням рослин, збільшуючи їхню площу поверхні, щоб поглинати більше поживних речовин і води. Вони також можуть покращити доступ рослин до поживних речовин, таких як фосфор і цинк, які погано переміщуються в ґрунті.

Чим біологічні препарати відрізняються від органічних та звичайних розчинів?

Вони являють собою унікальну категорію сільськогосподарських ресурсів, яка відрізняється від органічних та традиційних розчинів своїм складом та застосуванням. Вони виготовляються з живих організмів або речовин природного походження, таких як рослини чи мінерали. Фермери використовують їх для боротьби зі шкідниками, хворобами, бур'янами або для покращення росту рослин.

Деякими прикладами біологічних препаратів є мікроорганізми, рослинні екстракти, феромони, ферменти та природні мінерали. Хоча вони дещо схожі на органічні розчини, оскільки обидва походять від природи, вони не зовсім однакові.

Органічне землеробство має суворі правила щодо використання натуральних або натуральних речовин, і будь-які з них, що використовуються в органічному землеробстві, повинні відповідати певним стандартам. Органічні розчини можуть бути натуральними, виготовленими в лабораторії або біологічними, залежно від їх походження. Наприклад, сульфат міді – це природний мінерал, дозволений в органічному землеробстві, тоді як гліфосат, синтетичний гербіцид, – ні.

На відміну від традиційних рішень, які переважно складаються з синтетичних хімікатів, вони виділяються як більш екологічний варіант. Синтетичні речовини, що використовуються у звичайному сільському господарстві, завдяки своїй широкому спектру ефективності можуть спричиняти такі проблеми, як забруднення, стійкість шкідників та шкоду іншим живим організмам.

Деякі інсектициди, наприклад, містять як синтетичні хімічні речовини, так і натуральні екстракти піретрину з квітів хризантеми. З іншого боку, вони більш специфічні у своїй дії, що зменшує ймовірність шкоди для навколишнього середовища та підтримує кращі методи боротьби зі шкідниками.

Як методи точного землеробства можуть оптимізувати використання біологічних препаратів?

Їх розглядають як екологічно чисті альтернативи синтетичним хімікатам, оскільки вони менш шкідливі, мають менший вплив на навколишнє середовище та потребують менше часу для розробки. Тим часом точне землеробство – це метод ведення сільського господарства, який спирається на дані та технології, такі як картографування ґрунту, внесення добрив зі змінною нормою та дистанційне зондування, для покращення управління сільськогосподарськими культурами та внесення засобів.

Точне землеробство використовує високотехнологічні інструменти, такі як GPS, датчики та аналіз даних, для пильного спостереження за полями та дуже точної перевірки стану сільськогосподарських культур. Завдяки цим технологіям фермери можуть виявляти відмінності на своїх полях, наприклад, ділянки з великою кількістю шкідників або недостатньою кількістю поживних речовин, а потім вносити конкретні зміни, щоб допомогти сільськогосподарським культурам у цих районах.

Тим часом Forbes повідомляє, що продажі біологічних препаратів стабільно зростають приблизно на 17 відсотків на рік. McKinsey також припускає, що точне землеробство може підвищити врожайність на 10-15 відсотків. Тому, коли фермери об'єднують ці дві сфери, вони можуть збільшити продуктивність і прибутки, водночас відіграючи свою роль у створенні більш стійкої та відновлюваної продовольчої системи.

Крім того, це покращує використання біологічних препаратів завдяки:

1. Цільовий відбір: Аналіз зразків ґрунту та картографування мінливості для вибору біологічних препаратів, що відповідають конкретним потребам кожного поля або зони, враховуючи такі фактори, як вміст поживних речовин, мікробне різноманіття, рівень pH та тип ґрунту.
2. Оптимальний час та дозування: Використання дистанційного зондування та датчиків для моніторингу стадій росту сільськогосподарських культур, здоров'я рослин та умов навколишнього середовища, що дозволяє точно визначати час та дозування біологічних препаратів для максимізації ефективності та мінімізації відходів.
3. Оцінювання ефективності: Використання дронів та датчиків для збору даних про врожайність, якість та стан здоров'я сільськогосподарських культур до та після застосування біологічних препаратів, що допомагає в оцінці їхньої окупності та порівнянні їхньої ефективності з іншими сільськогосподарськими засобами або методами.

Ілюстративним прикладом такого підходу є використання дронів, оснащених мультиспектральними камерами зображення та датчиками, для сканування полів на предмет ознак зараження шкідниками або хвороб. Після ідентифікації ці дрони можуть точно застосовувати біопестициди до уражених ділянок, гарантуючи, що обробка обмежується тими місцями, де вона найбільше потрібна.

Це відрізняється від традиційного способу обприскування всього, що може призвести до марнування багатьох ресурсів. Поєднання біологічних препаратів з точним землеробством має багато переваг. Воно зменшує вплив сільського господарства на навколишнє середовище, використовуючи менше ресурсів, і допомагає захистити біорізноманіття, зберігаючи водночас чистоту джерел води.

Крім того, їх застосування там, де вони потрібні, може бути ефективнішим у боротьбі зі шкідниками та хворобами. Зосередження на проблемних ділянках покращує здоров'я та врожайність сільськогосподарських культур. Наприклад, дослідження показали, що точне застосування мікоризних грибів на ділянках поля з поганою якістю ґрунту може значно покращити засвоєння рослинами води та поживних речовин, що призводить до кращого врожаю.

Як GeoPard може інтегрувати біологічні препарати та точне землеробство?

GeoPard Agriculture досягає успіху в точному землеробстві, пропонуючи передові рішення для цілеспрямованого застосування біологічних препаратів для покращення здоров'я сільськогосподарських культур, врожайності та сталого розвитку. Її аналітична платформа обробляє геопросторові дані, надаючи важливу інформацію про мінливість ґрунту, допомагаючи в їх точному виборі та застосуванні на основі конкретних сільськогосподарських потреб.

Здатність платформи генерувати індивідуальні рекомендації, використовуючи детальні дані про конкретні культури, гарантує, що найефективніші біологічні препарати застосовуються у потрібний час на різних стадіях росту, починаючи від передпосівної до пізньої фази росту, максимізуючи їхню ефективність.

Крім того, ключовими особливостями GeoPard є використання карт призначення на рівні підполів для точного внесення та аналітика випробувань для оцінки впливу біологічних препаратів на врожайність. Ці інструменти надають фермерам аналітику на основі даних, що дозволяє приймати обґрунтовані рішення та оптимізувати сільськогосподарські практики.

Як керувати точними рекомендаціями щодо застосування біологічних препаратів?

Їхнє застосування в сільському господарстві – це тонкий процес, який значно виграє від точних рекомендацій, адаптованих до конкретних потреб та умов. Ці рекомендації можна класифікувати за типом продукту, кожен з яких має свій власний набір міркувань щодо оцінки стану ґрунту, вимог до конкретних культур та сезонних термінів.

Дотримуючись цих рекомендацій, фермери можуть оптимізувати свою ефективність, покращуючи здоров'я врожаю, врожайність та стійкість.

1. Тип продукту

У сільському господарстві існують різні види біологічних препаратів, які можна використовувати на сільськогосподарських культурах. Вони залежать від того, як вони працюють, на яких шкідників чи хвороби вони спрямовані, та як їх виготовляють. Ось деякі поширені типи:

1. Біоконтрольні агенти
2. Біостимулятори
3. Біодобрива

Кожен із цих біологічних препаратів має свої переваги та недоліки. Вибирати їх слід залежно від потреб ваших культур та бажаного результату. Наприклад, засоби біоконтролю добре справляються з певними шкідниками чи хворобами, але з ними потрібно обережно поводитися, зберігати та застосовувати їх, щоб забезпечити їхню ефективність.

Ось деякі біопестициди:

1. Bacillus thuringiensis (Bt) для таких культур, як кукурудза, бавовна, соя та овочі.
2. Trichoderma spp. для культур, схильних до захворювань кореневої системи, таких як пшениця, рис, помідори та огірки.
3. Олія німу для культур, уражених сисними шкідниками, таких як цитрусові, манго, бавовна та овочі.
4. Феромони в пастках для зменшення кількості шкідників на таких культурах, як яблука, виноград, кукурудза та бавовна.

Тепер біостимулятори:

1. Екстракт Ascophyllum nodosum (ANE) для зернових, олійних, бобових та садових культур.
2. Гумінова кислота (ГА) для культур, що потребують мікроелементів, таких як кукурудза, пшениця, рис та овочі.
3. Глутамінова кислота (ГА) для культур, що стійкі до посухи, засолення або високих температур, таких як бавовна, цукрова тростина, помідори та картопля.
4. Bacillus subtilis (Bs) для культур, схильних до грибкових або бактеріальних захворювань, таких як рис, соя, арахіс та виноград.

Нарешті, біодобрива:

1. Rhizobium spp. для бобових культур, таких як соя, арахіс, люцерна та конюшина.
2. Фосфаторозчинні бактерії (ФРБ) для культур, що потребують фосфору, таких як кукурудза, пшениця, рис та картопля.
3. Арбускулярні мікоризні гриби (АМГ) для культур, що отримують користь від мікоризної колонізації, таких як помідори, огірки, морква та виноград.
4. Ціанобактерії для рисових полів як біодобриво або зелене добриво.

2. Оцінка стану ґрунту

Перед використанням будь-якого біологічного препарату вкрай важливо оцінити стан ґрунту та родючість поля. Стан ґрунту – це здатність ґрунту підтримувати ріст рослин, зберігаючи при цьому його фізичні, хімічні та біологічні властивості. Ретельна оцінка стану ґрунту включає:

1. Відбір проб та аналіз ґрунтуВідбір проб ґрунту включає збір зразків з різних польових ділянок, тестування таких параметрів, як pH, органічна речовина, поживні речовини та мікробна активність, у лабораторії.
2. Показники якості ґрунтуПоказники якості ґрунту, такі як текстура, структура, водоутримувальна здатність та потенціал поглинання вуглецю, надають вимірне уявлення про стан здоров'я ґрунту.
3. Таблиця показників здоров'я ґрунтуІнтегрований інструмент, який спрощує різні показники якості ґрунту, допомагаючи фермерам визначати сильні та слабкі сторони й визначати пріоритети методів управління ґрунтами.

Така оцінка допомагає фермерам у виборі правильних біологічних препаратів, оптимізації норм внесення та термінів для покращення продуктивності польових робіт.

3. Міркування щодо конкретної культури

Різні культури мають різні потреби та реакції на біологічні продукти. Під час вибору продукту враховуйте тип культури, сорт, стадію росту та потенціал врожайності. Ключові моменти включають:

1. Сумісність культур: Перевіряйте етикетки продуктів на сумісність з конкретними культурами, уникаючи побічних ефектів. Дотримуйтесь рекомендацій виробника, щоб запобігти таким проблемам, як фітотоксичність або зниження ефективності.
2. Сівозміна: Зрозумійте, як сівозміна впливає на здоров'я ґрунту, боротьбу зі шкідниками та врожайність. Враховуйте історію сівозміни під час планування застосування біологічних препаратів.
3. Стрес культури: Моніторинг та усунення стресу врожаю, спричиненого такими факторами, як погодні умови, шкідники, хвороби або дефіцит поживних речовин. Коригування застосування біологічних препаратів залежно від рівня стресу врожаю для підвищення толерантності або відновлення.

4. Сезонний графік

Застосування біологічних препаратів у потрібний час має вирішальне значення для оптимальної ефективності та мінімального впливу на навколишнє середовище. Різні стадії розвитку культури можуть вимагати різних видів біологічних препаратів. Ось загальні рекомендації щодо сезонного застосування:

1. Передпосадкова підготовка: Застосовувати перед посадкою насіння або розсади, ідеально підходить для продуктів, що приживаються в ґрунті або на поверхні насіння. Наприклад, біостимулятори, що покращують проростання насіння.
2. Ранній ріст: Застосовуйте під час появи сходів культури для вегетативного росту, позитивно впливаючи на продукти, що взаємодіють з тканинами рослин, що ростуть. Прикладами є біодобрива, що виробляють речовини, що стимулюють ріст.
3. Середній ріст: Застосовувати від вегетативного до репродуктивного росту, підтримуючи перехідний період або захищаючи від спалахів шкідників чи хвороб. Прикладом є засоби біоконтролю, що паразитують на шкідниках.
4. Пізній ріст: Застосовуйте від репродуктивного росту до дозрівання, підвищуючи кінцевий врожай або якість. Прикладом є біостимулятори, що збільшують розмір плодів.

Інтеграція за допомогою карт призначення на рівні підполя та аналітики випробувань

Інтеграція біологічних препаратів з точним землеробством, зокрема шляхом використання карт призначення на рівні підполів та аналітики випробувань, революціонізує спосіб застосування біологічних препаратів фермерами та оцінки їхнього впливу на врожайність. Такий підхід дозволяє цілеспрямоване застосування, оптимізуючи їхню ефективність та забезпечуючи сталий розвиток сільського господарства.

Карти призначення на рівні підполів пропонують точні рекомендації щодо внесення добрив на основі даних про ґрунт, погоду та культури, оптимізуючи їх використання, враховуючи мінливість поля. Ці карти покращують біологічну продуктивність та збільшують вплив на врожайність, коли правильний продукт застосовується з правильною нормою, в потрібний час та в потрібному місці.

Для аналітики випробувань, яка оцінює різні методи обробки на результати вирощування врожаю, карти призначення на рівні підполів є цінними. Вони допомагають порівнювати біологічні продукти, мінімізуючи такі фактори, що впливають на результати, як тип ґрунту, погода та тиск шкідників. Це забезпечує більш однорідні зони обробки, що дозволяє чіткіше оцінити вплив біологічного продукту на врожайність.

Застосування карт призначення на рівні підполя забезпечує узгодженість вхідних даних у всіх зонах лікування, за винятком тестованого біологічного препарату, ізолюючи його ефект. Цей метод підвищує точність аналітики випробувань, збільшуючи просторово розподілені точки даних, що дозволяє виявляти невеликі, але суттєві відмінності між методами лікування.

Більше того, це зменшує похибки вимірювань та відхилення, забезпечуючи послідовний та репрезентативний відбір проб у кожній зоні обробки. Щоб продемонструвати ці переваги, ось кілька опублікованих досліджень.

У дослідженні, проведеному Університетом штату Північна Кароліна, карти підполів покращили точність внесення азотних добрив на 20% та зменшили мінливість врожайності кукурудзи на 15%. Інше дослідження, проведене AgroLiquid у Мічигані, показало, що карти підполів збільшили врожайність сої в середньому на 3,5 бушелів на акр та допомогли визначити найефективніший біологічний препарат для кожного поля.

Висновок

Інтеграція розумних методів ведення сільського господарства, зокрема використання біологічних препаратів, трансформує сільське господарство, покращуючи здоров'я сільськогосподарських культур та сприяючи екологічній стійкості. Вони, отримані з живих організмів, таких як бактерії та гриби, пропонують природний спосіб захисту сільськогосподарських культур та підвищення родючості ґрунту.

Тим часом, точне землеробство доповнює це, забезпечуючи їх цілеспрямоване застосування за допомогою таких технологій, як карти призначення на рівні підполя та аналітика випробувань. Таке поєднання біологічних препаратів та точного землеробства призводить до більш ефективного використання ресурсів, зменшення впливу на навколишнє середовище та підвищення врожайності сільськогосподарських культур, що є значним кроком до сталого та продуктивного сільського господарства.