일리노이의 새로운 연구에서 슈퍼잡초 퇴치를 위한 로봇 잡초 제거 도입을 모색

미국의 대부분 옥수수와 콩 밭은 제초제에 내성이 있는 작물 품종을 심습니다. 그러나 일반적인 제초제에 내성을 가진 슈퍼잡초의 진화는 현재의 잡초 관리 전략을 위협하고 있습니다. 기계적 잡초 제거를 위한 농업 로봇은 잠재적으로 해결책을 제공할 수 있는 새로운 기술입니다. 일리노이 대학교 어바나-샴페인의 새로운 연구는 잡초 제거 로봇을 도입할 가능성이 더 높은 농부와 밭의 유형과 내성 발달의 단계를 살펴봅니다.

"잡초 방제를 위해 제초제에만 전적으로 의존한 탓에 슈퍼잡초가 등장했고, 새로운 작용 방식에 대한 파이프라인은 없습니다. 화학적 방제 방법이 실패하면 매년 수백만 달러의 작물 손실이 발생할 수 있습니다." 일리노이 농업, 소비자 및 환경 과학 대학(ACES)의 농업 및 소비자 경제학 교수이자 지속 가능성, 에너지 및 환경 연구소 소장인 해당 저자 마두 카나는 이렇게 말했습니다.

캐노피 아래에서 작동하는 작고 가벼운 로봇은 효율성이 높고 노동 강도가 낮으며 환경 친화적입니다. 이들은 토양을 통해 괭이를 끌어서 잡초 씨앗의 출현을 방해합니다. 옥수수와 대두용으로는 아직 상업적으로 출시되지 않은 이 로봇은 자동화와 내비게이션을 위해 인공 지능에 의존합니다.

이 연구는 옥수수 작물에서 흔한 물대마( Amaranthus tuberculatus ) 를 제어하는 ​​데 초점을 맞췄습니다. 물대마는 중서부 농경지에 지속적인 위협이며, 이 잡초는 이미 여러 제초제에 대한 내성을 개발했습니다.

연구자들은 농부들이 사용할 수 있는 두 가지 유형의 잡초 관리 전략의 효과를 조사했습니다. 한 번에 1년을 고려하는 근시안적 관리와 미래의 결과를 고려하는 미래 지향적 관리입니다. 그들은 또한 농장 수준에서 로봇 제초를 도입하는 데 영향을 미칠 잡초 씨앗 밀도, 잡초 저항 수준 및 경제적 한계를 고려했습니다.

"우리는 종자 밀도와 저항 수준 모두가 근시 관리에 중요하다는 것을 발견했습니다. 미래 지향적 접근 방식의 경우 종자 밀도는 중요하지 않습니다. 저항성 종자는 미래에 퍼질 가능성이 높기 때문입니다. 이 관점은 저항 수준을 고려하지만 거의 모든 수준이 채택을 유발하기에 충분합니다." ACE의 준교수이자 공동 저자인 샤디 아탈라가 말했습니다.

"로봇 가격이 2만 달러라고 가정할 때, 미래지향적인 관리 관점을 가진 농부는 씨앗 중 0.0001%라도 내성이 있으면 로봇을 도입할 가능성이 높지만, 연간 관리 접근 방식을 가진 농부는 내성 수준이 5%를 넘을 때까지 기다릴 것"이라고 아탈라는 지적했습니다.

"따라서 미래를 위해 관리하고 있다면 종자 밀도를 보지 말고 저항 수준만 보세요. 그리고 그것이 아무리 낮더라도 로봇을 도입해야 합니다."

연구자들은 또한 시간 경과에 따른 채택률과 강도를 살펴보았습니다. 그들의 계산에 따르면 근시안적인 관리 관점을 가진 농부들은 처음 6년 동안 로봇을 전혀 사용하지 않을 것입니다. 이 농부들은 제초제가 더 이상 효과적이지 않을 때까지 계속 살포한 다음, 화학적 옵션이 고갈된 7년차에 100% 로봇 제어(에이커당 로봇 6대)로 전환할 것입니다.

반면, 미래지향적인 관점을 가진 농부들은 훨씬 일찍 로봇을 도입하고 더 적은 수의 로봇이 필요할 것입니다. 그들은 점진적으로 도입하고 에이커당 4대를 넘지 않을 것입니다. 그들은 로봇을 사용하여 제초제 처리를 보완하여 그 효능이 고갈되지 않도록 할 것입니다. 7년차에 그들은 토지의 75%에 로봇을 사용하고 25%는 제초제를 사용하여 처리할 것입니다.

"우리는 근시안적 경영이 로봇에 투자하지 않기 때문에 처음에는 더 높은 수익으로 이어진다는 것을 발견했습니다. 미래지향적 경영은 로봇을 매수하기 때문에 처음에는 더 나쁜 것으로 보입니다. 하지만 6년차에 수익이 더 높아지면 그 효과가 나타납니다."라고 Atallah는 말했습니다.

"농부들은 근시안적인 관점을 취할 수 있습니다. 예를 들어, 땅을 임대하고 매년 갱신해야 하기 때문에 미래를 실제로 계획할 수 없습니다. 하지만 연간으로 관리하는 경우에도 다른 제어 옵션이 고갈되어 로봇을 도입해야 할 시점이 올 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다.

다양한 전략은 농장 수준을 넘어서는 의미를 가지고 있는데, 저항성 씨앗이 이웃 밭으로 퍼질 수 있기 때문이다. 미래지향적인 접근 방식은 저항성 씨앗의 수를 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 아마도 저항성 역전에 기여할 수 있습니다.

Atallah는 모든 잡초 종에 대한 저항성이 되돌릴 수 있는 것은 아니지만, 물대마의 경우 씨앗이 저항성을 발달시키면 균형이 맞춰진다고 경고했습니다. 번식률이 낮아집니다. 결과적으로, 선택 압력이 감소하면 저항성 씨앗은 저항성이 없는 씨앗에 의해 자라지 않을 가능성이 높다고 그는 지적했습니다.

연구자들은 농장 수준에서 이익을 극대화하는 데 집중했지만, 다가올 연구에서는 저항성 씨앗의 스필오버 효과를 이해하기 위해 두 개의 이웃 농장을 고려할 것입니다. 그들은 또한 더 넓은 지역에 미치는 영향을 평가하기 위해 조경 수준의 분석을 수행할 계획이며, 이는 정책 입안자들에게 추가적인 의미를 가질 것입니다.

아탈라는 farmdoc 일일 웨비나 에서 농부들을 대상으로 실시한 설문조사 결과와 연구 결과를 발표했습니다.

카나는 또한 일리노이 대학의 첨단 바이오에너지 및 바이오제품 혁신 센터, 칼 R. 워즈 게놈생물학 연구소, 디지털 농업 센터, 국가 슈퍼컴퓨팅 응용 센터의 교수로 재직하고 있습니다.

이 연구는 일리노이 대학의 AI 연구소인 AIFARMS의 자금 지원을 받았으며, USDA 국립 식량 농업 연구소의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241030171953.htm