Застосування літальних апаратів у вирощуванні сільгоспкультур — досвід США
З посиленням акценту на стійкість серед споживачів і регулювальних органів сільське господарство у XXI столітті змушене балансувати між намаганням максимізації врожайності, захистом ресурсів землі та забезпеченням безпечного і здорового харчування. Розберемося, як цей баланс реалізують у США.
Виробники та землевпорядники фактично по всій території Сполучених Штатів уже відчувають на собі кліматичні наслідки своєї діяльності внаслідок зміни погодних умов і дедалі частіших та сильніших штормів, повеней, посухи й лісових пожеж.
Тому вирішення проблем, пов'язаних зі зміною клімату, стало одним із головних пріоритетів Міністерства сільського господарства США (USDA), яке просуває ініціативи та практики «кліматично розумного сільського та лісового господарства» (CSAF). Згідно з USDA, стратегія кліматично розумного сільського та лісового господарства спрямована на боротьбу з наслідками зміни клімату за допомогою добровільних стимулів, що охоплюють усіх сільськогосподарських виробників, землевласників і спільноти. Стратегія USDA CSAF спрямована на досягнення чотирьох основних результатів:
- Стійко підвищувати продуктивність сільського господарства та доходи.
- Адаптація та підвищення стійкості до зміни клімату.
- Збільшити поглинання вуглецю.
- Скорочення викидів парникових газів.
Коли Міністерство сільського господарства США запросило коментарі громадськості з приводу програми партнерства CSAF і того, як агенція може заохочувати практику й товари, що знижують викиди парникових газів і допомагають уповільнити зміну клімату, NAAA пояснила, що застосування авіації вже є широко використовуваною кліматично оптимізованою сільськогосподарською практикою. Швидкість і ефективність авіаційного внесення добрив — ось чому воно є найважливішою частиною сільськогосподарського виробництва в США і чому авіаційне внесення добрив є частиною вирішення проблеми зміни клімату.
Щорічно американські фермери застосовують авіацію (зокрема агродрони) на 51,4 млн га орних земель для боротьби з комахами і хворобами рослин, а також для внесення добрив і насіння. Крім орних земель, фермери щорічно обробляють 2 млн га лісових угідь, 3 млн га пасовищ і пасовищних угідь.
Завдяки ефективності та здатності авіації боротися зі шкідниками або вносити добрива на великі площі в потрібний час, переваги врожайності, пов'язані з доглядом за культурами з повітря, добре задокументовані. Високі врожаї необхідні для стійкості — американські фермери використовують менше землі, щоб нагодувати більше людей, ніж будь-коли, а це означає, що більше землі є доступною для лісів, які поглинають вуглець, водно-болотних угідь, що фільтрують воду, та підтримання середовища проживання диких тварин.
Застосування авіації знижує викиди парникових газів і покращує клімат чотирма істотними способами: збереженням землі, підвищенням ефективності пестицидів, поліпшенням покривних культур і використанням технологій точного землеробства.
Авіаційні хімічні роботи (АХР) зберігають ґрунт
Мета 30×30, поставлена президентом Джо Байденом у межах його плану зі скорочення викидів парникових газів, ставить амбітне завдання зберегти 30% земель країни до 2030 року. За даними Геологічної служби США, наразі у країні охороняють тільки 12% земель. Щоб зберегти на 18% більше землі, США необхідно перевести 176 мільйонів гектарів у статус охоронних. Тим часом, за прогнозами ООН, у 2050 році населення планети зросте до 9,7 мільярда осіб. Збільшення чисельності населення на 26% порівняно із сьогоденням поставить під сумнів як можливість переведення земель у статус охоронних, так і запобігання переведенню земель, які не використовуються нині для виробничого сільського господарства, в орні землі.
Авіаційне внесення добрив відіграє ключову роль у максимізації врожаю на наявних сільськогосподарських угіддях і зниженні необхідності переводити більше землі в орні угіддя. Сенаратх Дхармасена має докторський ступінь з економіки сільського господарства і є професором кафедри економіки сільського господарства Техаського університету. Він провів дослідження, яке показало важливість застосування авіації для підвищення врожайності основних сільськогосподарських культур у США. Його дослідження, представлене на виставках «Агроавіація 2020 і 2021», розглядало п'ять культур: кукурудзу, пшеницю, бавовну, сою та рис.
Чи таке шкідливе ГМО для вирощування і використання у їжу в Україні?
Дхармасена розрахував зниження врожаю по кожній культурі, яке відбулося б у разі відсутності авіаційного застосування. Використовуючи дані опитування NAAA 2019 року, було встановлено, що індустрія авіаційного застосування пестицидів несе пряму відповідальність за виробництво 42,9 млн тонн кукурудзи, 8 млн тонн соєвих бобів, 5,4 млн тонн пшениці, 24,8 млн тонн бавовни та 1,5 млн тонн рису на рік, які були б втрачені без авіаційного застосування пестицидів. Загальна площа земель, які необхідно перетворити на сільськогосподарські угіддя, щоб замінити втрачений врожай, становить 11 млн га, що приблизно дорівнює площі штату Теннессі.
Щорічний приріст урожаю, безпосередньо пов'язаний з авіаційним доглядом за посівами:
- Кукурудза 42,9 млн т;
- Пшениця 5,4 млн т;
- Соя 8 млн т;
- Бавовна 24,8 млн т;
- Рис 1,5 млн т.
Дослідження Дхармасени охоплювало лише п'ять культур, тому воно не повністю враховує 51,4 млн га, які обробляються за допомогою авіаційного внесення добрив щороку. Однак, як мінімум, застосування авіації щороку захищає щонайменше 11 мільйонів гектарів від перетворення на орні землі. Це 6,3% від загальної кількості гектарів, на які поширюється мета адміністрації 30×30.
АХР підвищують ефективність засобів захисту
Застосування з повітря забезпечує від 4 до 15 разів більшу продуктивність, залежно від об'єму бункера літального апарату, порівняно з наземними установками для звичайного розкидання і в 30 разів більшу продуктивність струменевих обприскувачів для садових робіт. Ця чудова продуктивність допомагає керувати стійкістю до пестицидів і підвищувати ефективність пестицидів.
У всіх пестицидів є період, коли вони найбільш ефективні щодо шкідників. Несвоєчасне застосування пестицидів різко знижує їхню ефектність, що може призвести до зниження врожаю і додаткових застосувань для боротьби зі шкідниками, які вирвалися. Це також може прискорити розвиток стійкості до інших видів пестицидів.
Для багатьох шкідників обробка якомога раніше є ключовим кроком у зниженні ризику виникнення резистентності. Авіаційні хімічні роботи (АХР) добре підходять для своєчасного застосування, оскільки здатне обробляти поля, коли земля волога, та покривати більшу площу за менший час, ніж наземний обприскувач. Більш своєчасне застосування означає, що авіаційне застосування краще підходить для боротьби зі шкідниками на ранніх стадіях, ніж будь-який інший вид застосування.
Для порівняння продуктивності між повітряним і наземним внесенням добрив у сільськогосподарських умовах, де вирощують просапні культури, фермери зі штату Міссісіпі попросили надати детальну інформацію щодо продуктивності їхнього обладнання для внесення добрив. Використовували літак Air Tractor AT-502B з шириною захвату 18 метрів і наземний обприскувач John Deere R4030 з 27-метровою стрілою. Протягом середнього 12-годинного дня літак обробляє до 3000 гектарів, а наземний обприскувач — 200 гектарів. Порівняння показує, що обробка з повітря приблизно в 15 разів продуктивніша, ніж наземна при роботі з пестицидами.
Внесення ЗЗР дронами: особливості застосування та екологічний аспект
Останні дослідження зміни клімату показують, що підвищення ефективності пестицидів допомагають фермерам впроваджувати системи зі зменшеним обробітком ґрунту, які можуть знизити викиди вуглекислого газу в атмосферу. Крім того, дослідники з American Farmland Trust визначили, що впровадження систем виробництва зі зменшеним обробітком ґрунту може щорічно скорочувати додатково 17,7 млн метричних тонн вуглецевого еквівалента, якщо 25% гектарів з інтенсивним або зменшеним обробітком ґрунту будуть переведені на смуговий обробіток ґрунту або практику нульового обробітку ґрунту. Таке перетворення було б еквівалентно видаленню парникових газів, що виділяються 3,8 мільйонами автомобілів, які їздять протягом року.
За нульового обробітку однорічні культури висаджуються без порушення ґрунту перед сівбою, що дає змогу знизити ерозію ґрунту приблизно на 90%. Смуговий обробіток ґрунту порушує ґрунт більше, ніж нульовий, але набагато менше, ніж звичайний. При смуговому обробітку більша частина поверхні ґрунту залишається непорушеною, але вузька смуга, на якій висаджується насіння, порушується неглибоко, пояснює American Farmland Trust.
Джо Керлесс із Farm Air Inc. і Curless Flying Service в Асторії, штат Іллінойс, покращив склад ґрунту на своїй фермі завдяки поєднанню посіву покривних культур з повітря і смугового обробітку ґрунту. Він орає свої поля і садить свій новий урожай у ці вузькі смуги. Кукурудза, соєві боби та жито — його три основні товарні культури.
Восени 21-го року Керлесс посіяв покривну культуру червоної та білої конюшини на своєму полі соєвих бобів. Він обробив смуги конюшини, що замінила сою, і навесні посадив у них кукурудзу. Замість того щоб знищити конюшину ранньою весною, він дав їй продовжити ріст і цвітіння, коли кукурудза почала сходити. Квітуча конюшина створила привабливе середовище проживання для бджіл.
«У запилювачів дуже мало місць проживання в районах з переважанням кукурудзи, таких як сільськогосподарські угіддя в Іллінойсію Знищивши конюшину на третій стадії кукурудзи (коли у неї з'являться три видимі листки з комірцем), він забезпечив три-чотири тижні середовища проживання бджіл, якого зазвичай не було б навесні на кукурудзі», — каже пан Керлесс.
АХР покращує покривні культури
Вагомою практикою для сталого розвитку, яка стала більш ефективною завдяки застосуванню з повітря, є використання покривних культур. Покривні культури включають покриття полів під час їхнього «сплячого» сезону травами, бобовими, дрібними зерновими та іншими культурами, які не потребують особливого догляду. Покривні культури зміцнюють здоров'я ґрунту і зберігають якість води, контролюючи ерозію і стік, вносячи природні поживні речовини в ґрунт, створюючи органічну речовину і збільшуючи біорізноманіття сільськогосподарських угідь. Оскільки це може бути зроблено відносно швидко, не пошкоджує основну культуру, яка ще перебуває в полі, і не спричиняє ущільнення ґрунту, висівання насіння покривних культур з літака перед збиранням врожаю виявилося найбільш ефективним методом сівби.
На додаток до переваг збереження ґрунту та якості води, що забезпечуються повітряним покривним посівом, ця практика є важливою тактикою пом'якшення наслідків зміни клімату. Покривні культури, посіяні з повітря, можуть вкоренитися на початку вегетаційного періоду, що збільшує поглинання вуглецю завдяки максимальній кількості рослинних залишків, які покривна культура додає в ґрунт. Крім того, посів з літака знижує споживання викопного палива завдяки усуненню необхідності в післязбиральному обробітку ґрунту та посіві за допомогою наземного обладнання.
Покривні культури також збільшують біорізноманіття, забезпечуючи їжу і середовище існування для природних ворогів-шкідників і залучаючи запилювачів. Вони також виділяють сполуки, такі як глюкозинолати, які пригнічують патогени або шкідників, що переносяться через ґрунт. Багато покривних культур також можна використовувати як корм для випасу худоби. Крім того, покривні культури конкурують з бур'янами, які в іншому випадку росли б безконтрольно.
Здоров'я ґрунту покращується, оскільки покривні культури, що розкладаються, додають у ґрунт природні поживні сполуки, включно з азотом. Згодом це знижує потребу в майбутньому внесенні азотних добрив, знижуючи собівартість виробництва товарних культур і зменшуючи стік добрив. Зниження потреби в добривах робить покривні культури ідеальним засобом для поліпшення стану ґрунту на великих площах, а для швидкого покриття великих площ немає кращого способу, ніж внесення добрив з повітря. Крім того, посів насіння з повітря під час передзбирального внесення покривних культур збільшує період часу, впродовж якого покривна культура, внесена з повітря, встигає вирости, провітритися і внести в ґрунт природні поживні речовини та вологу. Глибша структура коренів покривних культур, внесених з повітря, збільшує вологоутримувальну здатність, знижуючи сприйнятливість до посухи.
Вплив мінеральних добрив на властивості ґрунту та ҐВК
Дані опитування NAAA 2019 року показують, що фермери щорічно засівають 1,5 млн гектар покривних культур. Це означає, що фермери допомагають щорічно зв'язувати 1,9 мільйона метричних тонн вуглекислого газу (CO2), що, за даними Агентства з охорони довкілля США (EPA), еквівалентно видаленню з доріг приблизно 412 000 автомобілів із двигунами, що спалюють вуглець.
Аналіз, проведений American Farmland Trust, показав, що якщо покривні культури будуть вирощуватися ще на 15% наявних у США орних земель, то це призведе до скорочення викидів вуглекислого газу на 11,9 млн метричних тонн, що еквівалентно щорічному видаленню з доріг приблизно 2,6 млн автомобілів із двигунами, що спалюють вуглець.
Нещодавно Міністерство сільського господарства США оголосило про новий контрольний показник, що передбачає подвоєння кількості гектарів покривних культур під кукурудзу та сою до 12,1 мільйонів гектарів до 2030 року. Служба охорони природних ресурсів Міністерства сільського господарства США інвестує 38 мільйонів доларів США в 11 штатах у рамках Програми стимулювання якості довкілля на реалізацію ініціативи з вирощування покривних культур. Ініціатива з покривних культур є одним із кількох проєктів, що реалізуються Міністерством сільського господарства США з метою заохочення фермерів до участі в сільськогосподарській практиці, яка підтримує клімат і може забезпечити нові джерела доходу для фермерів.
Застосування авіації зіграє ключову роль у збільшенні площ вирощуваних покривних культур. Хоча існує кілька методів посіву покривних культур, авіаційне внесення є найбільш ефективним засобом для успішного застосування покривних культур. Найкращий час для внесення багатьох покривних культур — коли товарна культура, що збирається, ще стоїть. Внесення з повітря дає можливість розподілити насіння покривної культури поверх наявного врожаю, не порушуючи культуру, що стоїть. В результаті покривна культура вже повинна вкоренитися до моменту збирання товарної культури. Внесення з повітря також можна використовувати, коли ґрунт вологий, і можна швидко засіяти багато гектарів. Партнерство з охорони здоров'я ґрунту визнає, що можливість внесення насіння з повітря в більш ранні строки призводить до кращого росту і перезимівлі покривних культур.
Застосування авіації — одна з форм точного землеробства
Точне землеробство підвищує точність і ефективність усіх аспектів сільського господарства і значною мірою використовується в авіації. Технології точного землеробства, які використовують фермери, охоплюють пристрої глобальної системи позиціонування (GPS), більш ефективні форсунки та системи опускання стріли, які розміщують форсунки в менш збуреному повітрі для підвищення точності внесення добрив. Згідно з останнім опитуванням NAAA, проведеним 2019 року, 99,9% фермерів використовують високотехнологічні навігаційні GPS-навігатори для забезпечення цільового застосування, а також для запобігання перерозпорошенню, зносу та ненавмисному впливу на людей або навколишнє середовище.
Як зменшити витрати у захисті озимої пшениці від шкідників, — погляд експерта
Існує інноваційна технологія, що поєднує GPS, карти приписів на основі ГІС і регулятор витрати зі змінною швидкістю, що дає змогу вносити продукт у різному дозуванні відповідно до потреб поля, визначеними картою приписів, і доставляти матеріал тільки туди, де він потрібен. Це дає змогу використовувати меншу кількість продукту, покриваючи більшу кількість гектарів, що призводить до меншої ймовірності зносу за меншого споживання палива. Фермери вносять рідкі та сухі добрива зі змінною нормою витрати, щоб забезпечити внесення пестицидів, поживних речовин і насіння в точній нормі, необхідній на кожній ділянці поля.
Оскільки фермери сільськогосподарських літаків повинні пам'ятати про чутливі зони під час застосування продуктів, більшість сільськогосподарських літаків також обладнані димомірами. Димоміри дають змогу пілотам безпечно впорскувати невелику кількість рослинної олії у вихлопну систему літака для створення диму, що дає змогу пілоту визначити напрямок вітру та швидкість вітру в міру руху диму в атмосфері.
Ще однією системою точного внесення добрив, яку використовують пілоти сільськогосподарських підприємств для забезпечення більш цілеспрямованого та ефективного застосування засобів захисту рослин, є авіаційна інтегрована система метеорологічних вимірювань, також відома як AIMMS. AIMMS додає додатковий рівень до системи точного землеробства, оскільки містить у собі бортову систему вимірювання швидкості та напрямку вітру в режимі реального часу. Атмосферні дані, зібрані AIMMS, потім синхронізуються з GPS-пристроєм і програмним забезпеченням ГІС. Це дає змогу регулятору змінної витрати враховувати швидкість і напрямок зовнішнього вітру під час внесення продукту, що призводить до ще більш точного внесення.
Внесення добрив із повітря
Промисловість добрив просуває принципи управління поживними речовинами «4 R" для поліпшення якості води та підвищення прибутковості фермерських господарств. Концепція «4 R" полягає в застосуванні правильного джерела поживних речовин у правильній кількості в правильний час у правильному місці. Добрива також дорогі. Від початку 2022 року ціни на добрива зросли майже на 30%, після того як торік вони зросли на 80%. Зростання цін зумовлене цілою низкою чинників, включно з різким зростанням виробничих витрат, перебоями в постачанні, спричиненими санкціями проти Росії у зв'язку з її вторгненням в Україну, та іншими факторами.
Одним зі способів розумнішого застосування добрив є поділ загальної кількості азоту, яку вони хочуть внести, на дві або більше обробки добривами. Цю практику іноді називають «годуванням з ложечки».
Літаки оптимально підходять для внесення роздільних добрив, оскільки вони можуть швидко та ефективно подавати добрива на посіви незалежно від польових умов, забезпечуючи рослини потрібною кількістю азоту саме тоді, коли їм це потрібно, не викликаючи ущільнення ґрунту та не пошкоджуючи посіви.
«Ложкове» підживлення добривами таких товарів, як рис, кукурудза і пшениця, в різні моменти вегетаційного періоду підвищує врожайність. Що більше ви розділите азот, то вищим буде врожай. Це також краще для довкілля, тому що якщо ви внесете азот одразу, то більша його частина буде втрачена», — сказав Майк Лі, власник компанії Earl's Flying Service у місті Стіл, штат Міссурі, в інтерв'ю виданню Agricultural Aviation.
Більшість добрив, що застосовуються з повітря в США, вносяться з використанням сечовини — сухого добрива, що містить 46% азоту. Компанія Лі зазвичай вносить дві дози сечовини під рис, а під кукурудзу і пшеницю — три дози сечовини. Деякі фермери вносять добрива зі змінною нормою внесення для клієнтів, застосовуючи різні норми добрив на різних ділянках поля. Інші фермери вважають за краще вносити добрива суцільним способом. Суцільне внесення добрив — це рівномірне внесення добрив по всьому полю незалежно від коливань вітру і швидкості літака.
У форсунках використовується дозатор із комп'ютерним керуванням для забезпечення рівномірного внесення добрив із постійною швидкістю. У розкидачі з постійною швидкістю ворота відкриваються ширше, оскільки літак летить швидше, щоб збільшити потік добрив. Отвір воріт автоматично звужується в міру уповільнення літака, що дає змогу пілоту встановити правильну швидкість незалежно від швидкості польоту літака.
Стійкий внесок авіавнесення в боротьбу зі зміною клімату
Роль застосування авіації в підвищенні стійкості та вирішенні проблеми зміни клімату незаперечна. Сільськогосподарські пілоти продовжуватимуть відігравати життєво важливу роль у міру розширення масштабів кліматично оптимізованих методів ведення сільського господарства, появи життєздатних інноваційних авіаційних рішень, як-от хмарний посів, і появи нових ринків для продукції сільського та лісового господарства, виробленої за допомогою кліматично оптимізованих методів.
Сергій Хаблак, агроном, доктор біологічних наук, Інститут харчової біотехнології та геноміки
Думка редакції SuperAgronom.com може не збігатися з точкою зору автора. Редакція не несе відповідальності за достовірність і тлумачення наведеної інформації і виконує роль виключно носія.
