تقليل استخدام المبيدات الحشرية مع زيادة فعاليتها
مصر:إيهاب محمد زايد
في الاختبارات الميدانية، أثبتت شركة AgZen التابعة لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن نظام الرش المحسّن للتغذية الراجعة يمكن أن يخفض احتياجات المزارع من المبيدات الحشرية إلى النصف ويحسن إنتاجية المحاصيل.
تستخدم المركبة الزراعية ذراعًا طويلًا لرش العديد من المحاصيل. يظهر الشكل الداخلي على اليسار جهاز iPad مزودًا بتطبيق يعرض “سجل التغطية” والسرعة على أنها “جيدة”. على اليسار، تظهر صورة داخلية أخرى أوراق الشجر، وتظهر المادة الكيميائية التي تم رشها باللون الأزرق الساطع.
التسمية التوضيحية: قامت شركة AgZen بتطوير نظام للزراعة يمكنه مراقبة مقدار المواد الكيميائية التي يتم رشها والتي تلتصق بالنباتات، في الوقت الفعلي، أثناء مرور جهاز الرش عبر الحقل. يُظهر البرنامج المدمج الذي يتم تشغيله على الكمبيوتر اللوحي للمشغل مقدار كل ورقة تم تغطيتها بالرش بالضبط.
تحتوي الصورة أحادية اللون للأوراق على مناطق حمراء توضح تغطية الرش ومخططات صفراء توضح التغطية المتوقعة.
التسمية التوضيحية: يمكن للنظام الجديد حساب كمية القطرات التي ستنتشر أو تتبخر، مما يؤدي إلى تقدير دقيق للتغطية النهائية. هنا، تظهر المناطق الحمراء التغطية الفعلية وتظهر الخطوط الصفراء التغطية المتوقعة.
تُظهر الصورة الجوية صفوف المحاصيل المظللة باللون الأخضر والأصفر والأحمر لإظهار مقدار تغطية الرش التي تلقتها المحاصيل. يعرض الشكل الداخلي تطبيق iPad يعرض “سجل التغطية” والسرعة على أنها “جيدة”.
التسمية التوضيحية: باستخدام النظام الجديد، يمكن للمزارعين تتبع التغطية على أساس كل نبات على حدة، وإنشاء خريطة تغطية للحقل بأكمله. وفي نهاية العام، يمكن للمزارعين استخدام البيانات للمقارنة. يقول جايابراكاش: “لقد عملنا مع مزارع تجارية كبيرة العام الماضي في المحاصيل المتخصصة والمحاصيل الصفية”. “عندما وفرنا لعملائنا التجريبيين ما يصل إلى 50 بالمائة من تكلفة المواد الكيميائية على نطاق واسع، كانوا مندهشين للغاية.”
يمكن أن تكون الزراعة عملاً منخفض هامش الربح وعالي المخاطر، ويخضع لأنماط الطقس والمناخ، ودورات تجمعات الحشرات، وعوامل أخرى لا يمكن التنبؤ بها. ويحتاج المزارعون إلى أن يكونوا مديرين أذكياء للموارد العديدة التي يتعاملون بها، وتعد الأسمدة الكيماوية والمبيدات الحشرية من بين نفقاتهم المتكررة الرئيسية.
وعلى الرغم من أهمية هذه المواد الكيميائية، فإن الافتقار إلى التكنولوجيا التي تراقب الرش وتحسينه قد أجبر المزارعين على الاعتماد على الخبرة الشخصية والقواعد الأساسية لتحديد كيفية تطبيق هذه المواد الكيميائية. ونتيجة لذلك، تميل هذه المواد الكيميائية إلى الإفراط في رشها، مما يؤدي إلى جريانها في المجاري المائية وتراكمها في التربة.
يمكن أن يتغير ذلك، بفضل النهج الجديد للرش المحسّن للتغذية الراجعة، الذي اخترعته AgZen، وهي مؤسسة منبثقة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تأسست في عام 2020 على يد البروفيسور كريبا فاراناسي وفيشنو جايابراكاش SM ’19, PhD ’22.
قامت شركة AgZen بتطوير نظام للزراعة يمكنه مراقبة مقدار المواد الكيميائية التي يتم رشها والتي تلتصق بالنباتات، في الوقت الفعلي، أثناء مرور جهاز الرش عبر الحقل. يُظهر البرنامج المدمج الذي يتم تشغيله على الكمبيوتر اللوحي للمشغل مقدار كل ورقة تم تغطيتها بواسطة الرش.
على مدى العقد الماضي، قام مؤسسو AgZen بتطوير منتجات وتقنيات للتحكم في تفاعلات القطرات والبخاخات مع أسطح النباتات. أطلقت الشركة المدعومة بالمشاريع ومقرها بوسطن منتجًا تجاريًا جديدًا في عام 2024 وتقوم حاليًا بتجربة منتج آخر ذي صلة. وأظهرت الاختبارات الميدانية لكلا المنتجين أن المنتجات يمكن أن تساعد المزارعين على الرش بشكل أكثر كفاءة وفعالية، باستخدام مواد كيميائية أقل بشكل عام.
“في جميع أنحاء العالم، تنفق المزارع ما يقرب من 60 مليار دولار سنويا على المبيدات الحشرية. يقول فاراناسي: “هدفنا هو تقليل عدد المبيدات الحشرية التي يتم رشها وتخفيف العبء المالي على المزارع دون التضحية بالإدارة الفعالة للآفات”.
جعل القطرات تلتصق
بينما ينمو سوق المبيدات الحشرية العالمي بسرعة، فإن الكثير من المبيدات الحشرية التي يتم رشها لا تصل إلى هدفها. ويرتد جزء كبير منها عن أسطح النباتات، ويهبط على الأرض، ويصبح جزءًا من الجريان السطحي الذي يتدفق إلى الجداول والأنهار، مما يسبب في كثير من الأحيان تلوثًا خطيرًا. ويمكن أن تحمل الرياح بعض هذه المبيدات بعيدًا لمسافات طويلة جدًا.
يقول فاراناسي: “إن الانجراف، والجريان السطحي، وضعف كفاءة التطبيق هي مشاكل معروفة وطويلة الأمد في الزراعة، ولكن يمكننا إصلاح ذلك من خلال التحكم ومراقبة كيفية تفاعل القطرات المرشوشة مع الأوراق”.
وبدعم من مركز تاتا بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومختبر عبد اللطيف جميل لأنظمة المياه والغذاء، قام فاراناسي وفريقه بتحليل كيفية سقوط القطرات على أسطح النباتات، واستكشفوا طرقًا لزيادة كفاءة التطبيق. قادهم هذا البحث إلى تطوير نظام جديد من الفوهات التي تغطي القطرات بمركبات تعزز الاحتفاظ بالقطرات على الأوراق، وهو منتج أطلقوا عليه اسم EnhanceCoverage.
دراسات ميدانية عبر المناطق – من وقد أظهرت تجارب من ماساتشوستس إلى كاليفورنيا إلى إيطاليا وفرنسا أن نظام تحسين القطرات هذا يمكن أن يسمح للمزارعين بخفض كمية المواد الكيميائية التي يحتاجونها إلى أكثر من النصف لأن المزيد من المواد المرشوشة ستلتصق بالأوراق.
قياس التغطية
ومع ذلك، في محاولة لجلب هذه التكنولوجيا إلى السوق، واجه الباحثون مشكلة شائكة: لم يكن أحد يعرف مدى التصاق بخاخات المبيدات الحشرية بالنباتات في المقام الأول، فكيف يمكن لشركة AgZen أن تقول إن التغطية كانت أفضل مع نظام EnhanceCoverage الجديد الخاص بها؟
يقول جايابراكاش: “لقد كبرت وأنا أستخدم حقيبة ظهر في مزرعة صغيرة في الهند، لذلك أدركت أن هذه مشكلة”. “عندما تحدثنا إلى المزارعين، أخبروني بمدى تعقيد عملية الرش عندما تكون على آلة كبيرة. عندما تقوم بالرش، هناك الكثير من الأشياء التي يمكن أن تؤثر على مدى فعالية الرش. ما مدى سرعة قيادة البخاخ؟ ما هو معدل التدفق الذي تستخدمه للمواد الكيميائية؟ ما هي المادة الكيميائية التي تستخدمها؟ ما هو عمر النباتات، ما هي الفوهة التي تستخدمها، ما هو الطقس في ذلك الوقت؟ كل هذه الأشياء تؤثر على كفاءة الكيماويات الزراعية.
يؤدي الرش الزراعي أساسًا إلى إذابة مادة كيميائية في الماء ثم رش القطرات على النباتات. يقول فاراناسي: “لكن التفاعل بين القطرة والورقة معقد”. “لقد توصلنا إلى طرق لتحسين ذلك، ولكن ما أخبرنا به المزارعون هو أننا لم ننظر إلى ذلك مطلقًا في المقام الأول.”
على الرغم من أن المزارعين كانوا يرشون المواد الكيميائية الزراعية على نطاق واسع منذ حوالي 80 عامًا، إلا أنهم “أُجبروا على الاعتماد على القواعد العامة واختيار كل هذه المعايير المترابطة، بناءً على ما نجح معهم في الماضي. يقول فاراناسي: “إنك تختار مجموعة من هذه المعايير، ثم تقوم بالرش، وأنت تصلي بشكل أساسي من أجل الحصول على نتائج من حيث مدى فعالية مكافحة الآفات”.
قبل أن تتمكن شركة AgZen من بيع النظام الجديد للمزارعين لتحسين تغطية القطرات، كان على الشركة أن تخترع طريقة لقياس كمية الرذاذ الملتصقة بالنباتات في الوقت الفعلي بدقة.
مقارنة قبل وبعد
النظام الذي توصلوا إليه، والذي اختبروه على نطاق واسع في المزارع في جميع أنحاء البلاد العام الماضي، يتضمن وحدة يمكن تثبيتها على ذراع الرش لأي آلة رش تقريبًا. وهي تحمل مجموعتين من أجهزة الاستشعار، واحدة أمام فوهات الرش مباشرة والأخرى خلفها. بعد ذلك، يُظهر البرنامج المدمج الذي يتم تشغيله على الكمبيوتر اللوحي للمشغل مقدار كل ورقة تم تغطيتها بالرش بالضبط. كما أنه يحسب مقدار انتشار تلك القطرات أو تبخرها، مما يؤدي إلى تقدير دقيق للتغطية النهائية.
يقول فاراناسي: “هناك الكثير من الفيزياء التي تحكم كيفية انتشار القطرات وتبخرها، وقد تم دمجها في البرامج التي يمكن للمزارع استخدامها”. “إننا نستفيد كثيرًا من خبرتنا في فهم القطرات الموجودة على الأوراق. كل هذه العوامل، مثل كيفية تأثير درجة الحرارة والرطوبة على التغطية، كانت دائمًا غامضة في عالم الرش. ولكن الآن لديك شيء يمكن أن يكون دقيقًا في تحديد مدى جودة عمل البخاخات الخاصة بك.
يقول جايابراكاش، وهو الرئيس التنفيذي لشركة AgZen: “نحن لا نقيس التغطية فحسب، بل نوصي بعد ذلك بكيفية التصرف”. “من خلال المعلومات التي نجمعها في الوقت الفعلي وباستخدام الذكاء الاصطناعي، تخبر RealCoverage المشغلين بكيفية تحسين كل شيء على جهاز الرش الخاص بهم، بدءًا من الفوهة التي يجب استخدامها، إلى مدى سرعة القيادة، إلى عدد جالونات الرش الأفضل لمادة كيميائية معينة. مزيج على فدان معين من المحصول.
تم تطوير الأداة لإثبات مدى تحسين نظام فوهة AgZen EnhanceCoverage (الذي سيتم إطلاقه في عام 2025) للتغطية. ولكن اتضح أن مراقبة وتحسين تغطية القطرات على الأوراق في الوقت الفعلي باستخدام هذا النظام يمكن أن يؤدي في حد ذاته إلى تحسينات كبيرة.
يقول جايابراكاش: “لقد عملنا مع مزارع تجارية كبيرة العام الماضي في المحاصيل المتخصصة والمحاصيل الصفية”. “عندما وفرنا لعملائنا التجريبيين ما يصل إلى 50 بالمائة من تكلفة المواد الكيميائية على نطاق واسع، كانوا مندهشين للغاية.” ويقول إن هذه الأداة قد خفضت التكاليف الكيميائية وحجم عمليات حرق الحقول البور، ومكافحة الأعشاب الضارة في فول الصويا، وتساقط الأوراق في القطن، ورش مبيدات الفطريات والمبيدات الحشرية في الخضار والفواكه. وإلى جانب البيانات الواردة من المزارع التجارية، أثبتت التجارب الميدانية التي أجرتها ثلاث جامعات زراعية رائدة صحة هذه النتائج.
يقول جايابراكاش: “بشكل عام، تمكنا من توفير ما بين 30 إلى 50 بالمائة من تكاليف المواد الكيميائية وزيادة إنتاجية المحاصيل من خلال تمكين مكافحة الآفات بشكل أفضل”. “من خلال التركيز على واجهة قطرات الأوراق، يمكن لمنتجنا أن يساعد في رش أي أوراق شجر على مدار العام، في حين أن معظم التطورات التكنولوجية في هذا المجال مؤخرًا ركزت على تقليل استخدام مبيدات الأعشاب وحدها.” وتعتزم الشركة الآن استئجار النظام عبر آلاف الأفدنة هذا العام.
ويؤكد أن مكاسب الكفاءة هذه يمكن أن تؤدي إلى عوائد كبيرة على نطاق واسع: في الولايات المتحدة، ينفق المزارعون حاليًا 16 مليار دولار سنويًا على المواد الكيميائية، لحماية حوالي 200 مليار دولار من غلات المحاصيل.
أطلقت الشركة منتجها الأول، وهو نظام تحسين التغطية المسمى RealCoverage، هذا العام
ع، والوصول إلى مجموعة واسعة من المزارع ذات المحاصيل المختلفة وفي مناخات مختلفة. يقول جايابراكاش: “إننا ننتقل من إثبات المفهوم مع الطيارين في المزارع الكبيرة إلى نطاق واسع حقًا على أساس تجاري من خلال برنامج الإيجار بغرض التملك الخاص بنا”.
يقول فاراناسي: “لقد تم الاستعانة بنا أيضًا من قبل وزارة الزراعة الأمريكية لمساعدتهم على تقييم الممارسات لتقليل المبيدات الحشرية في مستجمعات المياه”، مشيرًا إلى أن RealCoverage يمكن أن يكون مفيدًا أيضًا للجهات التنظيمية وشركات المواد الكيميائية ومصنعي المعدات الزراعية.
بمجرد أن تثبت AgZen فعالية استخدام التغطية كمقياس للقرار، وبعد تطبيق نظام تحسين RealCoverage على نطاق واسع، ستقوم الشركة بعد ذلك بطرح منتجها الثاني، EnhanceCoverage، المصمم لزيادة التصاق القطرات إلى أقصى حد. ونظرًا لأن هذا النظام سيتطلب استبدال جميع الفوهات الموجودة على جهاز الرش، فإن الباحثين يقومون بإجراء تجارب تجريبية هذا العام، لكنهم سينتظرون التنفيذ الكامل في عام 2025، بعد أن يكتسب المزارعون الخبرة والثقة بمنتجهم الأولي.
يقول فاراناسي: “هناك الكثير من الهدر”. “ومع ذلك، يجب على المزارعين الرش لحماية المحاصيل، وهناك الكثير من التأثير البيئي الناتج عن ذلك. لذا، بعد كل هذا العمل على مر السنين، والتعرف على كيفية التصاق القطرات بالأسطح وما إلى ذلك، فإن تتويج ذلك الآن في كل هذه المنتجات بالنسبة لي أمر مذهل، أن أرى كل هذا ينبض بالحياة، وأرى أننا سنكون أخيرًا قادرون على حل المشكلة التي شرعنا في حلها ومساعدة المزارعين.
