Роботизированное внесение нанооксида цинка при листовой подкормке сахарной свеклы

Сахарная свекла является одной из важнейших технических культур, урожайность которой часто снижается из-за дефицита цинка в почве. Традиционное почвенное внесение удобрений характеризуется низкой доступностью этого микроэлемента для растений. В статье обоснована перспективность применения роботизированного комплекса для прецизионной листовой подкормки сахарной свеклы наноразмерным оксидом цинка (nZnO). Определены преимущества наноформы оксида цинка по сравнению с традиционными формами, заключающиеся в повышенной способности к проникновению через устьичный аппарат листа и последующей транслокации по флоэме к корнеплоду. Показано, что аэрозольный способ внесения с электростатической зарядкой частиц позволяет минимизировать их агрегацию, обеспечивая доставку nZnO размером 30–50 нм и повышая эффективность поглощения цинка в 2,0–2,5 раза по сравнению с капельным опрыскиванием. Приведены экспериментальные данные, согласно которым листовая обработка nZnO в концентрации 200–300 ppm способствует увеличению урожайности корнеплодов на 10–17%, валового сбора сахара на 15–20%, содержания сахарозы на 1,0–1,5%. Представлена архитектура роботизированного комплекса, интегрирующего автономную платформу, гиперспектральную систему технического зрения для идентификации дефицита цинка по спектральным индексам и аэрозольный генератор для точечного внесения нано-микроудобрения. Технико-экономическое обоснование демонстрирует, что, несмотря на более высокие первоначальные затраты, рассматриваемая технология обеспечивает прибавку урожая до 8–12 т/га и чистый дополнительный доход 50–80 тыс. р./га за счет экономии препарата на 30–50% и значительного повышения выхода сахара (1,2–1,8 т/га). По результатам проведенного анализа можно сделать вывод об экологической безопасности, перспективности и потенциальной рентабельности изучаемой технологии.

1. Yadav N., Garg V.K., Chhillar A.K., Rana J.S. Recent advances in nanotechnology for the improvement of conventional agricultural systems: a review // Plant Nano Biology. 2023. Vol. 4. P. 100032. DOI: 10.1016/j.plana.2023.100032.

2. Abbas M.S., Mohamed H.S., Shahba M.A. New Approach to Utilize Nano-Micronutrients in Sugar Beet (Beta vulgaris L.) // Sugar Beet Cultivation, Management and Processing. Singapore: Springer Nature Singapore, 2022. P. 291–313. DOI: 10.1007/978-981-19-2730-0_15.

3. Zahra Z., Habib Z., Hyun H., Shahzad H.M.A. Overview on recent developments in the design, application, and impacts of nanofertilizers in agriculture // Sustainability. 2022. Vol. 14. N 15. P. 9397. DOI: 10.3390/su14159397.

4. Thakur N., Yadav A.N. Nanotechnology in agriculture: a review on precision farming and sustainable crop production // BioNanoScience. 2025. Vol. 15. N 2. P. 243. DOI: 10.1007/s12668-025-01861-2.

5. Hong J., Wang C., Wagner D.C., Gardea-Torresdey J.L., He F., Rico C.M. Foliar application of nanoparticles: mechanisms of absorption, transfer, and multiple impacts // Environmental Science: Nano. 2021. Vol. 8. N 5. P. 1196–1210.

6. Liu C., Zhou H., Zhou J. The applications of nanotechnology in crop production // Molecules. 2021. Vol. 26. N 23. P. 7070. DOI: 10.3390/mo-lecules26237070.

7. Amin H.H., Elsayed A.B., Maswada H.F., Elsheery N.I. Enhancing sugar beet plant health with zinc nanoparticles: A sustainable solution for disease management // Plant Soil Environ. 2023. Vol. 2. P. 1–20. DOI: 10.56946/jspae.v2i1.129.

8. Абросимов В.К., Елисеев В.В. Место и возможности робототехники в технологии выращивания сахарной свеклы // Сахар. 2019. № 2. С. 22–26.

9. Teama E.A., Othman A.A., Farag M.A., Dahroug M.F., El-Kammash T.N. Impact of bulk and nanoparticles zinc oxide foliar application on sugar beet yield and quality under different irrigation fertilization levels // Egyptian Sugar Journal. 2019. Vol. 12. N 12. P. 94–111.

10. Carmona E.R., Rojo C., Vergara Carmona V. Nanomaterial-Based Biofortification: Potential Benefits and Impacts of Crops // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2024. Vol. 72. N 43. P. 23645–23670. DOI: 10.1021/acs.jafc.4c05079.

11. Hussain I., Han X., Zhang Z., Mao X., Guo J. Enhancing precision agriculture with advanced variable-rate spraying and autonomous vehicles: a comprehensive review // Computers and Electronics in Agriculture. 2025. Vol. 238. P. 110812. DOI: 10.1016/j.compag.2025.110812.

12. Husaini A.M., Khurshid A. Nanotechnology and robotics: the twin drivers of agriculture in future // Agricultural biotechnology: latest research and trends. Singapore: Springer Nature Singapore, 2022. P. 553–571. DOI: 10.1007/978-981-16-2339-4_24.

13. Lochan K., Khan A., Elsayed I., Suthar B., Seneviratne L., Hussain I. Advancements in precision spraying of agricultural robots: a comprehensive review // Institute of Electrical and Electronics Engineers Access. 2024. Vol. 12. P. 129447-129483. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3450904.

14. Pokharel P., Sharda A., Flippo D., Ladino K. Design and systematic evaluation of an Under- Canopy robotic spray system for row crops // Smart Agricultural Technology. 2024. Vol. 8. P. 100510. DOI: 10.1016/j.atech.2024.100510.

15. Barbosa J.M.R., Santos R.G., Sales L.A., Oliveira L.P. Advancements in agricultural ground robots for specialty crops: an overview of innovations, challenges, and prospects // Plants. 2024. Vol. 13. N 23. P. 3372. DOI: 10.3390/plants13233372.

16. Mahmud M.S.A., Abidin M.S.Z., Emmanuel A.A., Hasan H.S. Robotics and automation in agriculture: present and future applications // Applications of Modelling and Simulation. 2020. Vol. 4. P. 130–140.

17. Fountas S., Mylonas N., Malounas I., Rodias E., Santos C.H., Pekkeriet E. Agricultural robotics for field operations // Sensors. 2020. Vol. 20. N 9. P. 2672. DOI: 10.3390/s20092672.

18. Mahlein A.K., Kuska M.T., Behmann J., Paulus S. New trends of digital technologies-opportunities for sugar beet cultivation // International Sugar Journal. 2019. Vol. 121. N 1442. P. 134–137.

19. Xie D., Chen L., Liu L., Wang H. Actuators and sensors for application in agricultural robots: a review // Machines. 2022. Vol. 10. N 10. P. 913. DOI: 10.3390/machines10100913.

20. Baltazar A.R., Santos F.N., Moreira A.P., Valente A., Cunha J.B. Smarter robotic sprayer system for precision agriculture // Electronics. 2021. Vol. 10. N 17. P. 2061. DOI: 10.3390/electronics10172061.

21. Cheng C., Fu J., Su H., Ren L. Recent Advancements in Agriculture Robots: Benefits and Challenges // Machines. 2023. Vol. 11. N 1. P. 48. DOI: 10.3390/machines11010048.

22. Terra F.P., Nascimento G.H., Duarte G.A., Drews-Jr P.L.J. Autonomous agricultural sprayer using machine vision and nozzle control // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2021. Vol. 102. N 2. P. 38. DOI: 10.1007/s10846-021-01361-x.

23. Petrov S.M., Podgornova N.M., Petrov K.S., Ryazhskih V.I. Modeling of aerosol coating of sugar crystals based on study of physical and chemical properties of stevioside solutions // Journal of Food Engineering. 2019. Vol. 255. P. 61–68. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2019.02.018.

24. Mir Mahmoudi T., Hamze H., Golabi Lak I. Impact of biofertiliser and zinc nanoparticles on enzymatic, biochemical, and agronomic properties of sugar beet under different irrigation regimes // Zemdirbyste-Agriculture. 2023. Vol. 109. N 4. P. 217–224. DOI: 10.13080/z-a.2023.110.025.