Защита урожая: инновационные методы защиты от вредителей

Читать в полной версии

Сельскохозяйственные предприятия ежегодно сталкиваются с атаками насекомых, грызунов, болезнями урожая и сорными растениями. Так, колорадский жук — один из самых опасных вредителей в мире для целого ряда культур, включая картофель, томаты, баклажаны и сладкий перец. Этот вредитель наносит ущерб мировому сельскому хозяйству, приводя к потерям урожая на сумму свыше $500 млн каждый год. Особую угрозу представляют биологические характеристики жука: прожорливость, высокая репродуктивная способность (самка откладывает до 500 яиц в течение четырех недель) и адаптивность.

Для защиты посевов, в основном, используются инсектициды — группа пестицидов, которые создаются для контроля насекомых. Их основная задача — уничтожение, отпугивание или снижение негативного воздействия различных видов насекомых на растения. Механизм действия инсектицидов зависит от их состава и назначения. Они могут нарушать работу нервной системы, повреждать внешний экзоскелет, отпугивать или контролировать популяцию вредителей.

Бороться с сорняками аграриям помогают гербициды — химические вещества, предназначенные для уничтожения растительности, мешающей росту сельхозкультур.

Однако вредители оказались устойчивыми к различным классам инсектицидов и гербицидов, поэтому научное сообщество и сельскохозяйственные стартапы находятся в поиске инновационных решений и эффективных методов борьбы с вредителями. Представим несколько таких разработок.

Механический ловец жуков

Голландские производители сельскохозяйственной техники придумали способ борьбы с колорадскими жуками без использования пестицидов — устройство под названием Colorado Beetle Catcher. Чтобы избавиться от вредителя и его личинок, фермеру достаточно прикрепить к трактору разработанный механизм с вращающимися пластиковыми щитками, которые смахивают жуков с растений в специальный контейнер. Вместе с жуками в емкость могут попасть и другие насекомые, поэтому фермеры не сразу избавляются от содержимого контейнера. Они ждут, пока пауки и божьи коровки, попавшие туда случайно, выберутся из ящика, в то время как колорадские жуки заняты поеданием листьев, которые отрываются во время процесса уборки.

В 2024 году инновационное устройство голландских разработчиков стало победителем конкурса EIP-AGRI Innovation Awards 2024 в номинации «Устойчивое управление природными ресурсами в сельскохозяйственной практике». По сообщению создателей, Colorado Beetle Catcher — альтернатива для фермеров, которые занимаются органическим земледелием. Но и традиционные фермеры проявляют к ней интерес, поскольку стоимость химикатов и пестицидов только растет.

Сейчас голландским фермерам предоставляется субсидия на приобретение этой машины. В 2025 году запланировано более 50 демонстрационных испытаний на сельхозпредприятиях по всей Европе. Кроме того, адаптированная версия машины применяется во Франции против жука-долгоносика при выращивании люцерны.

ИИ на защите полей

Израильский стартап AgroScout предлагает фермерам Бразилии, Израиля, США и Мексики технологию раннего обнаружения колорадского жука на основе искусственного интеллекта (ИИ). Компания разработала агрономическую платформу для раннего выявления вредителей.

Как пишут специалисты по разработке, система использует изображения высокого разрешения, которые получены с дронов. Потом ИИ по ним идентифицирует взрослых особей, личинок и яйца жуков, определяя их точное местоположение с помощью тепловых карт с GPS-метками. Детальная карта распространения насекомых дает аграриям возможность своевременно принимать необходимые меры до того, как произойдет масштабное заражение культур.

Использование систем на основе ИИ позволяет обрабатывать только пораженные участки, экономить средства защиты растений, снижать затраты на пестициды благодаря точечному применению и минимизировать химическое воздействие на окружающую среду.

Ловушки для вредителей

Ученые канадского Университета Гвельфа разрабатывают ловушки с коноплей для отпугивания колорадских жуков с полей. Такие устройства могут минимизировать популяцию вредителей и повлиять на урожайность посевов на ранних этапах.

Предварительные лабораторные исследования показывают, что конопля может нарушить процессы питания жуков и откладывания яиц. Однако регулирование в отношении конопли очень строгое, поэтому работать с ней приходится осторожно.

«Одна из наших стратегий — размещать ловушки по периметру поля и куста в надежде перехватить жуков, когда они вылупятся», — объяснила профессор Школы наук об окружающей среде Университета Гвельфа Ребекка Халлетт.

Спрей-инсектицид с молекулами РНК

Биотехнологическая компания GreenLight Biosciences производит спрей-инсектицид с рибонуклеиновой кислотой (РНК) под названием Calantha для защиты растений от колорадских жуков.

Активный компонент Calantha — молекула ledprona, разработанная с использованием РНК-технологии. После попадания в организм насекомого препарат подавляет выработку незаменимого белка, который отвечает за его аппетит. После получения первой дозы жуки перестают есть растения в течение 6–48 часов и живут не более недели.

При этом Calantha безопасен для полезных насекомых (пчелы, бабочки), требует минимального использования средств индивидуальной защиты, имеет короткий интервал повторного использования и не требует предуборочного периода. В США, Канаде и Европе прошло не менее 250 полевых испытаний спрея в течение пяти лет.

Биопестициды на основе бактерий

Разработкой инновационного биопестицида занимаются и российские ученые. Биологи из Новосибирского государственного аграрного университета с коллегами из Университета Голуэя (Ирландия) и Университета Суонси (Великобритания) создают препарат на основе спорообразующих почвенных бактерий — Bacillus thuringiensis. Сейчас ученые исследуют, как условия роста Bacillus thuringiensis влияют на способность заражать вредителей.

Bacillus thuringiensis уже более века успешно применяются в сельском хозяйстве для борьбы с различными насекомыми: от колорадского жука до капустной моли. Токсины бактерий действуют только на определенные отряды насекомых. Эти вещества, в частности Cry-токсины, вырабатываются в процессе образования спор. Когда Cry-токсины вместе со спорами попадают в организм насекомого, они разрушают его кишечник, что приводит к гибели.

В апреле 2025 года исследователи выяснили, что при выращивании на твердой питательной среде эти микроорганизмы становятся более эффективными в борьбе с вредителями. Для массового производства средств защиты от вредителей нужно, чтобы бактерия завершила процесс образования спор. Как показало исследование, при культивировании бактерий на твердой среде процесс споруляции наступает быстрее. Полученные научные данные станут основой для разработки следующего поколения биоинсектицидов.

Роботы с ИИ для удаления сорняков

Американская компания Carbon Robotics производит роботизированную технику LaserWeeder G2 для обнаружения сорняков. По словам основателя стартапа Пола Майкселла, на разработку устройства ушло шесть лет. LaserWeeder G2 использует технологию компьютерного зрения на базе сверточных нейронных сетей (СНС).

СНС — разновидность нейронной сети, которую можно обучить выявлять закономерности на изображениях. Компания Carbon Robotics загружает изображения сорняков в свою базу данных, где специалисты по маркировке вручную идентифицируют сорняки и сельскохозяйственные культуры. Эти пары «изображение — метка» затем используются для обучения СНС.

LaserWeeder G2 определяет сорняки на поле с помощью встроенных камер и компьютерного оборудования без подключения к интернету. Машина находит растения и уничтожает их с помощью лазерной решетки.

Carbon Robotics — не единственная компания, которая использует СНС. Разработчик сельскохозяйственного оборудования John Deere применяет «нейронку» для создания автономных тракторов и системы обнаружения сорняков под названием See&Spray.

Директор компании по новым технологиям John Deere Сара Шинкель отметила, что в 2024 году благодаря See&Spray удалось обработать более 404 тыс. га сельскохозяйственных угодий. Поскольку машина опрыскивает только растения, идентифицированные как сорняки, система смогла прополоть эту площадь, используя на 30 млн л гербицидов меньше, чем требуется обычно.