Lợi nhuận của việc sử dụng máy phun thuốc honda chính xác vào cây trồng đặc sản: phân tích kỹ thuật-kinh tế của thiết bị bảo vệ khi tăng mức độ công nghệ

Lợi nhuận của việc sử dụng máy phun thuốc honda chính xác vào cây trồng đặc sản: phân tích kỹ thuật-kinh tế của thiết bị bảo vệ khi tăng mức độ công nghệ

Một phân tích kinh tế kỹ thuật được tiến hành trên ba cấp độ công nghệ khác nhau của thiết bị phun cho cây trồng đặc sản, dựa trên kết quả về công nghệ phun chính xác được báo cáo trong các tài liệu khoa học. Các kịch bản ứng dụng đề cập đến các giao thức bảo vệ chung chống lại các bệnh nấm được áp dụng trong các vườn nho và vườn táo ở Trung-Nam Âu. Phân tích đánh giá tổng chi phí của phương pháp bảo vệ (thiết bị + chi phí thuốc trừ sâu), so sánh việc sử dụng bình xịt khí thông thường (L0), bình phun chuyển đổi (L1) và bình phun phân tán tối ưu. L2). Tiết kiệm thuốc trừ sâu từ 10 đến 35% được kết hợp với thiết bị L1 và L2, so với L0. Trong các giả định được đưa ra, trên cây nho, bình phun L0 dẫn đến lựa chọn sinh lợi nhất cho các khu vườn nho nhỏ hơn 10 ha; từ 10 ha đến khoảng 100 ha, L1 là lựa chọn tốt nhất, trong khi trên 100 ha, thiết bị L2 tiên tiến hơn dẫn đến sự lựa chọn tốt nhất. Trên vườn táo, L0 là lựa chọn tốt nhất cho các khu vực nhỏ hơn 17 ha. Trên giá trị này, L1 có lợi hơn, trong khi L2 chưa bao giờ tỏ ra thuận lợi. Cuối cùng, trong một suy đoán về khả năng có thể phun chính xác về cây trồng đặc sản, việc đưa vào một nền tảng robot tự trị có thể chọn lọc mục tiêu thuốc trừ sâu trên các vùng bị bệnh được đưa ra giả thuyết. Phân tích chỉ ra rằng giá mua có thể làm cho nền tảng robot có lãi, nhờ vào thuốc trừ sâu giả định và tiết kiệm lao động so với bình xịt thông thường, thấp hơn bất thường so với chi phí công nghiệp hiện tại.

Lợi nhuận của việc phun chính xác vào cây trồng đặc sản

Các sản phẩm bảo vệ thực vật, thường được gọi là thuốc trừ sâu, đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản xuất lương thực và thức ăn trên toàn thế giới, đặc biệt là ở các vùng nông nghiệp thâm canh cao. Mặt khác, việc sử dụng thuốc trừ sâu và lạm dụng là một mối quan tâm lớn của công chúng về tác động của nông nghiệp đối với các sản phẩm thực phẩm nói riêng và môi trường nói chung. Để giải quyết vấn đề này, việc giảm sử dụng thuốc trừ sâu là một trong những mục tiêu chính của các hành động chính sách liên quan đến tính bền vững nông nghiệp. Ví dụ, đây là chủ đề chiến lược của Chỉ thị khung 2009/128 / EC (Anon 2009 ), quy định các kế hoạch hành động để giảm sự phụ thuộc của nông nghiệp vào máy phun thuốc stihl cho các quốc gia thành viên Liên minh châu Âu.

Mục tiêu này có thể đạt được thông qua việc thực hiện các cách tiếp cận khác nhau và bổ sung, bao gồm luân canh cây trồng và chọn giống kháng, kỹ thuật quản lý cây trồng, lập kế hoạch thực hành trinh sát phù hợp, giới thiệu các ngưỡng để kích hoạt phương pháp điều trị bảo vệ và ứng dụng biocides và sinh vật có lợi (Epstein và Bassein 2003 ; Lechenet và cộng sự 2014 ; Pertot và cộng sự năm 2017 ; Walker et al. 2017 ).

Một đóng góp chính cũng có thể đến từ tiến bộ công nghệ trong các thiết bị được sử dụng để thực hiện các phương pháp điều trị bảo vệ. Điều này có thể đóng một vai trò cơ bản trong việc cho phép cải thiện khả năng lắng đọng thuốc trừ sâu trên thực vật, bằng cách cho phép thực hiện phun chính xác thực tế, tức là khả năng thay đổi lượng phân phối thuốc trừ sâu trên thực địa. của cây trồng, đối lập với một ứng dụng thống nhất của phương pháp điều trị thực địa.

Xem xét tài liệu về thiết bị phun chính xác

Sự xuất hiện sớm của phun chính xác có liên quan đến việc giới thiệu phun thuốc diệt cỏ tự động tại chỗ để kiểm soát cỏ dại (Felton và McCloy 1992 ; Paice và cộng sự 1995 ; Slaughter et al. 1999 ). Các công trình nghiên cứu này đã dẫn đến sự phát triển của các hệ thống có đặc điểm chung, chủ yếu dựa trên việc điều khiển chuyển mạch nhanh chóng của các vòi phun solenoid đơn hoặc các phần bùng nổ, cho phép phun thuốc diệt cỏ liên tục tại một mức hoặc thậm chí một phần liều tỷ lệ. Việc kiểm soát phun thuốc cụ thể trên trang web dựa trên bản đồ phá hoại được chuẩn bị ngoại tuyến hoặc trên các hệ thống cảm biến quang học thời gian thực, bao gồm tầm nhìn của máy, có thể phát hiện các vết cỏ trên đất trống hoặc trong các vụ mùa (Miller 2003)). Các hệ thống này đã phát triển thông qua nghiên cứu sâu hơn (Gerhards et al. 2002 ; Nordmeyer 2006 ; Christensen và cộng sự 2009 ; Riar và cộng sự 2011 ; Berge và cộng sự 2012 ) báo cáo tổng thể một phạm vi rộng (từ 5% đến gần 90%) tiết kiệm tiềm năng trong thuốc diệt cỏ, tùy thuộc chủ yếu vào sự phân bố không gian và thời gian của cỏ dại được tìm thấy trong các ô được xử lý.

Khái niệm máy phun thuốc chính xác cũng được mở rộng để bảo vệ phương pháp điều trị trực tiếp áp dụng trên cây trồng. Đối với các ứng dụng diệt nấm, đặc biệt, mục tiêu tiết kiệm thuốc trừ sâu được theo đuổi bằng cách áp dụng tốc độ phun thay đổi phù hợp với khối lượng hoặc mật độ tán thay đổi, thay vì tỷ lệ phân bố đồng đều được áp dụng trong các phương pháp điều trị thông thường. Cách tiếp cận này đã được thử nghiệm trên cây trồng trồng trọt (Miller et al. 2000 ; Dammer và Ehlert 2006 ; Van De Zande et al. 2009 ; Dammer và Adamek 2012 ) bằng thiết bị phun kiểm soát cảm biến, tiết kiệm được thuốc trừ sâu được báo cáo khoảng 5-30%, trong khi vẫn giữ được hiệu quả sinh học trung bình tương tự như phun đồng đều thông thường.

Tuy nhiên, trên cây trồng đặc sản, phương pháp này có tiềm năng tiết kiệm lớn hơn, cụ thể là cây bụi và cây trồng, trong đó tổng lượng thuốc trừ sâu được sử dụng (trên một tỷ lệ bón và tần suất điều trị) thường cao hơn nhiều so với cây trồng. Hơn nữa, trong các loại cây trồng này, khối lượng và mật độ của tán cây phần lớn thay đổi trong mùa sinh trưởng, và cũng có những khoảng trống trong thảm thực vật hoặc sự thay đổi cấu trúc tán thường xảy ra giữa các cánh đồng. Để giải quyết sự không đồng nhất này của các mục tiêu phun, sự hiện diện, kích thước và mật độ của tán trong cây bụi và cây đã được cảm nhận thành công bởi nhiều cảm biến tiệm cận siêu âm. Thông tin cụ thể về trang web thu được sau đó được sử dụng để kiểm soát việc chuyển đổi on-off của các vòi phun tương ứng với những khoảng trống trong tán hoặc khi vào và ra khỏi các hàng cây trồng. Ví dụ về thiết bị áp dụng cách tiếp cận như vậy trong các phương pháp điều trị vườn cây ăn quả và vườn nho được phát triển đầu tiên bởi Giles et al. (1987 ), Balsari và Tamagnone ( 1998 ), và Moltó et al. ( 2001 ). Gần đây, Esau et al. ( 2014 ) đã phát triển một hệ thống tương tự cho cây việt quất, dựa trên một máy ảnh màu để phát hiện tán cây bụi để được phun có chọn lọc. Các tác giả này đã báo cáo mức tiết kiệm trung bình từ khoảng 10% đến hơn 35%, so với các bình phun thông thường mà không cần kiểm soát ứng dụng.

Những tiến bộ hơn nữa trong việc thực hiện phun chính xác trên cây trồng đặc sản thu được bằng cách sử dụng các đặc tính tán cảm ứng không chỉ cho việc bật tắt các vòi phun riêng lẻ mà còn để kiểm soát mô hình phun tỷ lệ với mật độ tán lá và theo hình học tán (tức là , hình dạng của cây). Để đạt được mục đích này, Solanelles et al. ( 2006 ) đã phát triển một bình xịt hỗ trợ không khí cho cây trồng được trang bị cảm biến LiDAR cho đặc tính tán, và đầu phun solenoid điều chế độ rộng xung (PWM) tần số cao, cho phép biến đổi liên tục tốc độ dòng chảy của mỗi vòi phun đơn để thích ứng với mục tiêu phun hiện tại. Các khoản tiết kiệm thuốc trừ sâu thu được ước tính là từ 25 đến 45% so với các phương pháp điều trị thông thường. Gil et al. ( 2007) đã phát triển một hệ thống tương tự cho các ứng dụng vườn nho, được trang bị sáu van điện, có tốc độ dòng chảy liên tục thay đổi ở ba phần chiều cao khác nhau của tán.

Ngoài tỷ lệ cung cấp chất lỏng phun, Balsari et al. ( 2008 ) giải quyết vấn đề kiểm soát tốc độ dòng khí hỗ trợ, với mục đích cải thiện việc nhắm mục tiêu và lắng đọng thuốc trừ sâu, tức là giảm tổn thất phun ra ngoài mục tiêu. Nguyên mẫu của họ bao gồm các cổng điều chỉnh không khí cho phép một hồ sơ phun thẳng đứng với ba dải riêng biệt trên mỗi bên, được điều khiển riêng theo các đặc tính của khối lượng tán cảm ứng trong thời gian thực bằng cảm biến siêu âm. Một giải pháp tương tự, dựa trên các vòi phun điều khiển bằng PWM và dòng khí hỗ trợ có thể điều chỉnh bằng máy móc, được thiết kế đặc biệt để phun chính xác cây cam quýt (tức là tán nhỏ), đã được Khot et al đề xuất. ( 2012 ), ước tính có thể giảm được 50% thuốc BVTV.

Vieri et al. ( 2013 ) đã đi xa hơn trong cách tiếp cận này bằng cách phát triển một vườn cây ăn quả vườn nho phun có thể tự động thay đổi mô hình phân phối của luồng không khí hỗ trợ, để thích ứng với khối lượng và hình dạng tán. Điều này được thực hiện bằng các thiết bị truyền động điện có thể điều khiển trong thời gian thực tốc độ dòng khí vào và góc phân phối của bốn cổng không khí độc lập. Từ kết quả thử nghiệm sơ bộ, các tác giả đã dự tính có thể giảm khoảng 50% thuốc BVTV trong khi vẫn duy trì được sự lắng đọng phun. Osterman et al. ( 2013) Giải quyết các mục tiêu tương tự bằng cách phát triển một nguyên mẫu với ba cánh tay phun thủy lực điều khiển, mà kích hoạt được một reconfigurability cao (chiều cao bậc tự do) của phun và máy hỗ trợ mô hình trên một mặt của hàng cây. Ngoài ra, trong trường hợp này, hình dạng cảm giác của tán được xử lý theo thời gian thực để thay đổi vị trí và độ nghiêng của các thiết bị hỗ trợ không khí và phun.

Một bước nữa trong khái niệm về bảo vệ thực vật chính xác được thể hiện bằng cách nhắm mục tiêu chọn lọc của ứng dụng thuốc trừ sâu chỉ ở đâu và khi nào cây trồng cần. Lý do cơ bản của phương pháp chọn lọc này dựa trên sự phân bố không gian không đồng đều thể hiện bởi các triệu chứng của một số bệnh, với các cấu trúc vá điển hình phát triển xung quanh foci rời rạc, đặc biệt là trong giai đoạn đầu của sự phát triển của nhiễm trùng (Everhart et al. 2013 ; Sposito et al. 2008 ; Wagoner và Aylor 2000 ). Việc phun thuốc theo mục tiêu (và các vùng đệm xung quanh) có thể kiểm soát sự thành lập của bệnh và ngăn chặn dịch bệnh lây lan ra toàn bộ cánh đồng (West và cộng sự 2003) .) trong khi giảm đáng kể tổng lượng thuốc trừ sâu được áp dụng.

Mục tiêu của việc chọn lọc nhắm mục tiêu thuốc trừ sâu trên các vùng bị bệnh trong các loại cây trồng đặc sản gần đây đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Li et al. ( 2009 ) coi khái niệm này trong một thiết lập phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng nhãn nhân tạo để mô phỏng các mục tiêu phun được phát hiện bởi một máy ảnh màu lập thể. Larbi et al. ( 2013 ), trong khi tập trung vào vấn đề cảm biến đa phổ của tán lá non trong tán cam quýt, cũng dự tính nghiên cứu trong tương lai về khả năng phun lá non, là kênh mà bệnh Huanglongbing nhiễm vào cây họ cam quýt.

Rất gần đây, Oberti et al. ( 2016 ) đã báo cáo các thử nghiệm tự động hoàn toàn đầu tiên về việc chọn lọc các vùng bị bệnh trong các cây trồng đặc sản bằng cách sử dụng một robot nông nghiệp đa năng có thể cấu hình lại được phát triển trong dự án EU CROPS ( www.crops-robots.eu)). Trong một loạt các thí nghiệm nhà kính được tiến hành trên các ô của cây nho biểu hiện các triệu chứng bệnh nấm mốc khác nhau, hệ thống robot CROPS đã được chứng minh để tự động phát hiện bệnh trong phạm vi tán cây khỏe mạnh và phun chúng một cách có chọn lọc. Kết quả của các thí nghiệm này được đánh giá dựa trên sự lắng đọng của phun trên các mục tiêu, với giả thiết ngầm về điều trị hành động tiếp xúc với bệnh, giảm được 65-85% thuốc trừ sâu (tùy theo mức độ bệnh và phân bố không gian của bệnh) ) khi so sánh với việc phun đồng nhất thông thường của tán. Mặc dù bản chất sơ bộ của chúng, những thí nghiệm này đại diện cho một cuộc biểu tình đầu tiên về khả năng phát triển một giai đoạn phun thuốc chính xác cao cấp trên cây trồng đặc sản.

Xem xét tài liệu về phân tích kinh tế về phun chính xác

Phân tích kinh tế về việc áp dụng các công nghệ chính xác trong máy phun cho đến nay vẫn bị giới hạn bởi thiết bị bùng nổ để bảo vệ cây trồng, chủ yếu bằng cách nghiên cứu các khoản tiết kiệm thu được bằng cách sử dụng thuốc diệt cỏ trên cỏ dại hoặc bằng cách tránh chồng chéo do lỗi swath và hình dạng bất thường hoặc các lĩnh vực lưỡi.

Trong số những người đầu tiên nghiên cứu điều này, Bennett và Pannell ( 1998 ) đã phân tích khả năng sinh lời của một máy phun thuốc kích hoạt cỏ dại được sử dụng để áp dụng trước khi xuất hiện glyphosate trong một trang trại lúa mì giả định 1000 ha ở Tây Úc. Các tác giả ước tính chi phí đầu tư và phẫu thuật của thiết bị phun chính xác và tiết kiệm thuốc diệt cỏ có liên quan bằng cách giả định các quần thể cỏ dại chắp vá khác nhau chỉ phun trên ngưỡng mật độ cỏ được xác định trước. Họ kết luận rằng, đối với các kịch bản được xem xét, chi phí của công nghệ vẫn còn quá cao vì lợi ích ròng là dương. Timmermann et al. ( 2003), trong thí nghiệm 4 năm về việc phun thuốc trừ cỏ theo trang web cụ thể dựa trên lập bản đồ cỏ dại thủ công, tính toán rằng tiết kiệm thuốc trừ cỏ thu được trung bình 33 € ha -1  năm , 1 , nhưng chúng không định lượng được các chi phí liên quan công nghệ phun tự động và phát hiện phun.

Batte và Ehsani ( 2006 ) so sánh chi phí đầu tư và chi phí phẫu thuật của thiết bị phun bọt thông thường với hướng dẫn đánh dấu bằng bọt được sử dụng trong các loại cây trồng có thể trồng được, với chi phí của máy phun chính xác được trang bị hệ thống hướng dẫn RTK-GPS độ chính xác cao và điều khiển riêng đầu phun. Các tác giả đã phân tích các lợi ích tiềm năng của công nghệ phun chính xác bằng cách tính toán tiết kiệm theo sự khác biệt về độ chính xác của swathing (diện tích phun chồng lên nhau) về mặt bổ sung (thời gian và chi phí nhiên liệu) và vật liệu phun quá mức. Bằng cách xem xét các trang trại mô phỏng bao gồm các lĩnh vực với các hình dạng khác nhau, có hoặc không có sự hiện diện của đường thủy, và kết quả là một loạt các khu vực trang trại giữa 248 và 971 ha, họ thấy rằng, đối với trang trại nhỏ nhất, chi phí phun vật liệu trên khoảng 60 USD ha −1cho mỗi ứng dụng, giữ tất cả các thông số khác tại các giá trị của kịch bản cơ bản (hai phương pháp điều trị mỗi mùa, 10 năm phục vụ cho thiết bị), là cần thiết để tạo ra lợi nhuận cho công nghệ phun chính xác so với bình xịt thông thường. Ngoài ra, đối với quy mô trang trại lớn nhất được xem xét, chi phí nguyên liệu hòa vốn đã giảm xuống còn 15 USD ha −1 . Với cách tiếp cận tương tự, Larson và cộng sự. ( 2016) đã phân tích lợi nhuận của kiểm soát vòi phun tự động cho sự bùng nổ 27,4 m, đặc biệt xem xét hình học trường (ví dụ, kích thước và hình dạng) thu được cho 44 cánh đồng ngô và ngô thực tế ở Tennessee, Hoa Kỳ. Các tác giả cho rằng tỷ lệ chu vi trên diện tích (P / A) của hình học trường có thể là một chỉ số hữu ích để xem xét khi đánh giá đầu tư vào các công nghệ chính xác bùng nổ phun. Họ ước tính, với quy mô điển hình của trang trại bông trong số những người được xem xét, đầu tư vào kiểm soát bùng nổ tự động không có lợi cho các lĩnh vực có P / A = 0,01, nhưng thường có lợi nhuận cho các trường có P / A ≥ 0,02.

Esau et al. ( 2016 ) đã phân tích kinh tế của các công nghệ phun chính xác trên các máy phun bùng nổ được sử dụng cho canh tác việt quất hoang dã. Các tác giả đã so sánh các trường hợp máy phun bùng nổ gắn máy kéo 13,7 m được trang bị điều khiển bằng tay thông thường và hỗ trợ hướng dẫn đánh dấu bằng bọt, với một hệ thống hướng dẫn độ chính xác cao và điều khiển vòi phun riêng rẽ được thực hiện bằng cảm biến thực vật. Bằng cách xem xét hai trường mô phỏng với độ bao phủ 30% trong các ứng dụng diệt cỏ trước khi xuất hiện, và với 80% diện tích cây trồng trong các ứng dụng diệt nấm, dựa trên 9 lần phun qua chu kỳ sản xuất 2 năm, các tác giả tính toán giảm trung bình 44% chi phí hoạt động (từ 2110 CAD ha −1 đến 1137 CAD ha −1) nhờ tránh phun quá mức do lỗi swath (giả định là trung bình 9%), và cho các khoản tiết kiệm thu được từ ứng dụng tại chỗ.

Các phân tích kinh tế kỹ thuật trước đây chưa đề cập đến các công nghệ chính xác để phun thiết bị được sử dụng trên cây trồng đặc sản, máy phun không khí đi dọc theo hàng cây (cây, dây leo, cây bụi) và áp dụng thuốc trừ sâu lên tường tán đứng. Tuy nhiên, từ các công trình nghiên cứu đã đề cập ở trên, kết luận có thể rút ra rằng các yếu tố chính ảnh hưởng đến lợi nhuận của việc giới thiệu công nghệ chính xác trên thiết bị phun, nói chung, chi phí đầu tư của công nghệ, số lượng và giá trị của đầu vào được lưu trữ trên một đơn vị diện tích, sự thay đổi không gian của các yếu tố đầu vào cần thiết cho vụ mùa và kích thước của khu vực nông trại do thiết bị vận hành.

Mục tiêu của nghiên cứu

Bắt đầu từ các kết quả thu được trong nghiên cứu phun chính xác về cây trồng đặc sản, trong nghiên cứu này, một phân tích kinh tế - kỹ thuật về ba cấp độ công nghệ khác nhau của thiết bị phun chính xác, kết hợp với mức tăng giảm lượng phân phối thuốc trừ sâu. Việc giảm lượng thuốc trừ sâu phân tán được cho là có liên quan đến độ chính xác được cải thiện trong việc nhắm vào ứng dụng mà không ảnh hưởng đến hiệu quả sinh học của việc xử lý, do đó tạo ra lợi ích chi phí tiềm năng cho người nông dân.

Có được những hiểu biết sâu sắc về đánh giá lợi ích này là vì lợi ích chính vì lợi nhuận của công nghệ phun chính xác sẽ là động lực chính cho việc áp dụng chúng trong trường hợp cây trồng đặc sản. Do đó, nghiên cứu này nhằm mục đích, (a) đánh giá tổng chi phí liên quan đến thiết bị phun ở các mức công nghệ khác nhau, và (b) đánh giá xem thiết bị tiên tiến có thể sinh lợi hơn so với bình xịt hiện tại hay không.

Hơn nữa, phân tích này đã được mở rộng đến một nền tảng phun robot chính xác cao, đây được coi là một viễn cảnh tương lai cho các công nghệ phun chính xác. Đối với trường hợp cụ thể này, nghiên cứu nhằm mục đích, (c) đánh giá chi phí tối đa cho phép đối với nền tảng robot đó sẽ tạo ra lợi ích ròng tích cực cho nông dân, nhờ giảm trừ thuốc trừ sâu dự kiến.