A helyspecifikus növényvédelmi eljárások közös jellemzője, hogy a térben változó, heterogén eloszlást mutató, a termést befolyásoló tényezők (kórokozók, kártevők, gyomnövények) táblán belüli lokális kezelését célozzák meg, mely által a környezetbe kijuttatott mesterséges kemikália-mennyiség csökkentése mellett az előállított termék minősége is javul.
A precíziós növényvédelmi eljárások emellett azt a további előnyt biztosítják, hogy lehetővé teszik a termőhelyi viszonyokhoz való minél pontosabb termesztéstechnológia adaptációját a munkagépek térbeli információkkal történő összekapcsolásával. Ezt az informatika és a térinformatika nagymértékű fejlődése (nagy teljesítményű számítógépek, információátviteli technikák, műholdas helymeghatározás, szenzorok, távérzékelés) tette lehetővé, amellyel a hagyományos technológiához hozzárendelhetők az adott termőhely pontjainak földrajzi koordinátái. A termőhelyen belül felvett pontokon az elvégzett kezelések adatai ezeknek a technikáknak a segítségével így több évre rendelkezésre állnak, amely lehetővé teszi azok elemzését, támogatva a növények számára az optimális feltételek biztosításának lehetőségét.
A precíziós növényvédelem három fő tevékenységet foglal magában: nagy pontosságú, folyamatos helymeghatározást, térinformatikai adatfeldolgozást és -elemzést, magas szinten automatizált helyspecifikus terepi munkavégzést.
Ez a fenti három munkafolyamat időben és technikai eszközrendszerében együtt, vagy elkülönülten valósulhat meg. Az online, real time (egyidejű) módszer lényege, hogy az adatfelvételezés képi rögzítésen, vagy egyéb detektáláson alapul, az adatelemzés és -feldolgozás után azonnal létrejön az eredmény, a folyamatvezérlő parancs a védekezést végrehajtó eszköz számára (pl. növényszenzorok alkalmazásával végzett N-trágyázás, gyomirtás). Az offline (utófeldolgozáson alapuló) módszernél az adatfelvételezés és az elemzés-feldolgozás a folyamatvezérlő parancs előállítása időben különválik (1. ábra).
1. ábra: helyspecifikus vegyszerkijuttatás online és offline eljárásaiHelymeghatározás
A térbeli változatosságot figyelembe vevő precíziós növényvédelem műszaki feltételrendszerének alapvető eleme a pontos helymeghatározás. A műholdas helymeghatározó rendszer (Global Positioning System, GPS) adott időközönként meghatározza az aktuális pozíciót és lehetővé teszi a terület térbeli változékonyságának rögzítését. Az amerikai fejlesztésű GPS mellett létezik az orosz GLONASS, a kínai BEIDOU-2 és az EU-által üzemeltetett GALILEO is.
A növényvédelemben megfelelő lehet a navigációs rendszer deciméteres csatlakozási pontossága, ilyen megoldást nyújt az EGNOS (20–30 cm), az OmniStar (10–15 cm), a JD SF-1 (30 cm) és a JD SF-2 (10–15 cm) korrekció alkalmazása, több esetben azonban elengedhetetlen a néhány centiméteres pontosság, ami a valós idejű kinematikus (Real Time Kinematic, RTK) rendszerek alkalmazásával érhető el. Ilyen szolgáltatást (kb. 2 cm pontosságot) nyújt a gazdálkodók számára a FÖMI GNSSnet.hu hálózata (FarmRTK), a Geotrade GNSS, az AXIÁL mAXI-NET, a KITE RTK, valamint az Agromatic RTK-mindenkiNET és AgroVRS rendszere. 10–15 km-es körzetben hasonló pontosság érhető el saját RTK-bázisállomás használatával is, de a pontosság a bázisállomástól távolodva csökken. A tervezett útvonal követéséhez és a sorok megfelelő csatlakoztatásához a sorvezető, kormányautomatika, illetve robotpilóta alkalmazása ad segítséget (2. ábra).
2. ábra: TeeJet Matrix Pro sorvezetőPontosságuk és felhasználási lehetőségeik elsősorban a GPS-korrekcióktól függnek. A párhuzamosan vezető rendszer lehetővé teszi, hogy a táblán a beállított munkaszélességnek megfelelően, a gépcsoport meghatározott iránnyal párhuzamosan haladjon. A kijelzőn LED-diódasorral, a korszerűbb típusok érintőképernyőn tájékoztatják a vezetőt a gép haladási irányáról.
Az automatikus kormányzás elengedhetetlen a cm-pontosságú munkavégzéshez (RTK), mert a kezelő ilyen pontosan már nem tudja irányítani a gépet. A kormányautomatika folyamatosan a nyomvonalon tartja a gépet a kormánykerékhez csatlakozó dörzskerékkel vagy a kormányoszlopba épített elektromotorral. A hidraulikus kormányzás (robotpilóta) a kormányrendszer hidraulikus körébe épített vezérlőszeleppel korrigál. Ilyen támogatott kormányzási rendszer a Field-Pilot, melynél a kormányzáson kívül a kijuttatott dózis szabályozása és a szórókeretszakaszok ki-be kapcsolása is automatizált. A 3. ábrán az LD-Agro Hydraulic robotpilóta rendszer vázlata látható. Az erőgép kormányzásán kívül a munkagép kormányzása is lehetséges az erőgépről érkező adatok alapján.
3. ábra: LD-Agro Hydraulic robotpilóta rendszer (forrás: agrogazda.hu)Adatfeldolgozás és -elemzés
A növényvédelmi művelet kiindulási alapját a termőhely fertőzési adatai képezik. Az adatgyűjtés lehetséges területbejárással, kézi GPS segítségével. A gyomfelvételezés kézi terepi adatrögzítővel nagyon idő- és munkaigényes művelet. Nagyobb szerepe van az elektromágneses sugárzás különböző tartományaiban végzett távérzékelésnek. Passzív távérzékelés esetén a szenzorok a Napból érkező, majd a felszínről visszaverődő energiát vagy a felszínek által kisugárzott energiát érzékelik. Aktív távérzékelésnél az érzékelők a maguk által kibocsátott és a vizsgált felszínről visszaverődő energiát fogják fel. Az érzékelés történhet földi munkagépre, traktorra helyezett szenzorral, valamint lehet légi és műholdas távérzékelés. A repülőről készített légi felvételek és a műholdfelvételek mellett előtérbe kerültek a pilóta nélküli légi járművek, drónok. Minden felszínnek, tárgynak sajátos elnyelési és visszaverési színképe van. A zöld növények klorofilltartalmuk miatt gyengén verik vissza a látható vörös sugarakat, ugyanakkor erősen visszaverik a közeli infravörös sugarakat. Ezt használják fel a vegetációs indexek számításához, a legismertebb a normalizált differenciál vegetációs index, az NDVI = (NIR–R)/(NIR + R), ahol NIR a közeli infravörös, R a látható vörös tartományban mért visszaverődés. A vegetációs indexek felhasználhatók a gyomnövények detektálásában is. A növények szöveti felépítése meghatározó a közeli infravörös tartományban nyert visszaverődésből, így alkalmas a növényfajok elkülönítésére. A betegségek vagy kártevők által okozott sérülések hatására pár fokkal megemelkedik a növények hőmérséklete, ami infravörös kamerával vizsgálható. A gyomnövények felismerése történhet a mesterséges látásra alapozva is, amikor egy nagy felbontású kamera által készített képet dolgoz fel a fedélzeti számítógép, ez alapján történik a sorpermetezés vagy nagy pontosságú kultivátor soron vezetése (online módszer, 4. ábra).
4. ábra: kamera elhelyezése gyomirtáskorA lézerszkennelés (Light Detection and Ranging, LIDAR) adataiból háromdimenziós modell készíthető a vizsgált objektumról. Ultrahangos szenzorokkal vizsgálható ültetvények növényállomány sűrűsége, valamint a fák távolsága, lombozat nélküli térrészek (növényérzékelő ültetvény permetezőgépek).
A GIS olyan térinformatikai rendszer, ami alkalmas földrajzi helyhez köthető adatok kezelésére és megjelenítésére, így például mezőgazdasági táblák légi felvételek, illetve műholdképek segítségével történő ábrázolására. Alkalmas arra, hogy a kezelendő területről a GPS és a digitális képfeldolgozás segítségével gyomtérképet készítsünk, mely alapján helyspecifikusan tudjuk elvégezni a kezeléseket. A tervezett kezelés szempontjából homogén területek, művelési (menedzsment-) zónák mérete a vizsgált adatok változékonyságától, az adatfelvételezés pontosságától, a munkagép munkaszélességétől, és szabályozható egységeitől függ. Egy térinformatikai program beszerzése a precíziós növénytermesztés bevezetésének egyik legfontosabb lépése. A mérőkamerás légi felvételek felhasználásával készült ortofotók minden pontjának pozíciója földrajzilag korrekt, így a kezelendő területek kijelöléséhez, ezáltal permetezés automatizáláshoz is felhasználhatók.
A gyomtérképezésre legjobban a multi-, illetve hiperspektrális felvételek használhatók. A távérzékeléssel nyert nagy felbontású ortofotókat egy képfeldolgozó szoftverrel kiértékeljük, majd egy digitális georeferált térképre konvertáljuk, így gyomtérképet kapunk, mely tartalmazza a gyomfajokra, a gyomok elhelyezkedésére, állománysűrűségére vonatkozó aktuális és részletes információkat, melyek alapján elkészíthető a kijuttatási térkép. Egyre több olyan program jelenik meg a piacon, amellyel a gazdálkodó maga is elkészítheti a kijuttatási térképet (5. ábra).
5. ábra: kijuttatási térkép egy adott területrőlAutomatizált helyspecifikus terepi munkavégzés
A differenciált kijuttatási technológia (Variable Rate Technology, VRT) során menet közben lehet módosítani a kijuttatott anyagok mennyiségét (dózisát), összetételét. Egyaránt használható műtrágya, növényvédő szer, öntözővíz, illetve vetőmag kijuttatása esetén. A fedélzeti számítógép automatikusan végzi a kijuttatás vezérlését. A kijuttatási térképet betápláljuk a növényvédő gép fedélzeti számítógépébe, majd a számítógép, illetve a DGPS (differenciális GPS) rendszer azonosítja a gép helyzetét, a kijuttatási terv alapján leolvassa az adott helyhez tartozó adatokat és vezérlőjelet küld a mennyiségszabályzó egységnek, a gyomfertőzöttség függvényében beállítja az adott táblarészre megadott dózist, ha szükséges elzárja vagy megnyitja az egymástól független szórókeret szakaszokat, ill. szórófejeket. Fogáscsatlakozásoknál, tereptárgyak, akadályok kikerülésekor minimális a kettős kezelés.
Minden művelet során a rendszer rögzíti a kijuttatott anyagok mennyiségét is, így a tervezett és a kijuttatott mennyiség a későbbiekben összehasonlítható, ellenőrizhető. Az ISOBUS-protokoll lehetővé teszi a különböző szenzorok, az adatfeldolgozó és vezérlőegységek közötti szabványos adatcserét, hogy egyetlen univerzális terminállal megoldható legyen bármelyik gyártó ISOBUS-t támogató eszközének ellenőrzése és vezérlése. A csatlakoztatott munkagép felismerése automatikusan megy végbe. Az ISOBUS-hálózat alkalmazásával nemcsak adatok, hanem vezérlőjelek is érkezhetnek a munkagépről a traktor számára.
A fertőzés nagyságának megfelelő mértékű permetlé-adagolás a hagyományos fúvókák alkalmazásakor a permetezési nyomás, a cseppspektrum változását eredményezi. A közvetlen (változó koncentrációjú) vegyszeradagolás alkalmazása a helyspecifikus gyomszabályzásban lehetővé teszi többféle hatóanyag kijuttatását a gyomborítottságnak megfelelően egy időben vagy külön-külön a permetezési nyomás változása nélkül. A Dammann cég fejlesztése az osztott tartályos permetező, a permetlétartály 2/3-ban alapvegyszert, 1/3 arányban egy másik vegyszert tartalmaz. A permetezőn két párhuzamos kijuttató rendszer (szivattyú, szűrő, szabályzó, csőrendszer, fúvókasor) van kiépítve. Az egyik juttatja ki az alapvegyszert tandem fúvókák segítségével, a második rendszer 4-quattro fúvókák segítségével a megadott szoftver – SHAPE vagy XML fájl – szerint nyitja a négy fúvóka közül a kívánt nagyságút és a navigáció szerint a megfelelő helyen, differenciáltan tudunk két vegyszert egy időben kijuttatni, igény szerint a táblán foltkezelést végezni. Változó mértékű permetlé adagolásra közel állandó permetezési nyomás mellett lehetőség van a Vario Select rendszer felhasználásával. A rendszer központi vezérlőegységből, pneumatikus működtető rendszerből, és 2 vagy 4 fúvóka befogadására alkalmas szórófej testekből áll. A különböző méretű fúvókák működtetése számítógép vezérlésével történik. A fertőzés mértékének megfelelően egy vagy több fúvóka működtetésével mindenkor a kívánt permetlémennyiség kerül kiadagolásra. A berendezés működhet Select üzemmódban, amikor az egyes fúvókák, vagy fúvókakombinációk távirányítással kapcsolhatók a kívánt dózis elérése céljából, és Vario üzemben, amikor automatikusan történik a váltás az üzemi nyomás változtatása mellett (6. ábra).
6. ábra: Vario Select szórófej-kombinációA nyomásváltozásból eredő mellékhatások kiküszöbölésére más megoldások is születtek. Ilyen megoldás a Caruelle által l974-ben bemutatott megszakított permetezés, ahol a hagyományos szórófejek működésének megszakításával érik el az állandó nyomáson való sebességarányos permetezést. A mágnesszelepekkel csak olyan rövid időre kapcsolják ki a szórófejeket, hogy az az eloszlást ne befolyásolja. A szabályzás a bekapcsolt és az „üresjárati” idő arányának változtatásával lehetséges. A kapcsolási frekvenciának és a haladási sebességnek egymással arányosnak kell lenni az állandó dózis biztosításához. Az eloszlásbeli egyenetlenségek kiküszöbölése érdekében nagy kapcsolási frekvenciára van szükség. A megszakított permetezés elvén működik több korszerű elektronikus szabályozó rendszer. A szórófejek működését korszerű PWM (pulse width modulation) szelepek szakítják meg. Ilyen a TeeJet DynaJet Flex 7120 (7. ábra), mely a sebességtől függetlenül állandó cseppméretet biztosít a pillanatnyi sebességtől függetlenül, így az elsodródás veszélye minimális.
7. ábra: DynaJet Flex 7120 PWM permetezésvezérlő és fúvókaA központi egység érintőképernyője folyamatosan mutatja az üzemi paramétereket, valamint itt lehet kiválasztani a használt fúvókatípust és a kívánt cseppméretet. A rendszer a sebességarányos kijuttatás mellett lehetővé teszi a fúvókánkénti szakaszolást valamint eltérő dózis beállítását.
A nagy teljesítményű vontatott és önjáró permetezőgépeken megjelentek olyan további funkciók, amelyek meghatározott üzemállapotokban tesznek lehetővé pontosítást, korrekciót. A korszerű permetezőket már cirkulációs folyadékszállító rendszerrel (DUS, By Pass) építik, amely folyamatosan nyomás alatt látja el permetlével a szórófejeket, amelyek így a permetezés kezdetétől a befejezésig többnyire azonos teljesítménnyel dolgoznak. Kanyarodáskor a szórókeret külső, középső és belső szakasza más-más íven, és emiatt különböző kerületi sebességgel halad. Ezt a problémát küszöböli ki az ívkompenzációs szabályzás, ami kanyarokban automatikusan a belső íven kisebb, a külső íven pedig nagyobb fúvókát kapcsol be, ezzel a keresztirányú szórásegyenletességet és azonos l/ha értéket tudunk biztosítani. A Dammann keretmagasság állító rendszer a hidraulikát és a pneumatikát kombinálva használja a keretszárnyak vezérléséhez. A hidraulika a keretet gyorsan a monitoron beállított munkamagasságba állítja, a pneumatika pedig a keretszárnyak finom beállítását, talajfelszín követését szabályozza.
Dr. Pályi BélaPermetezéstechnika rovatunk korábbi részei:
- I. rész: Permetezőgépekkel szemben támasztott munkaminőségi követelmények, gépellenőrzés
- II. rész: Permetezőgépek üzemi beállítása, ellenőrzése
- III. rész: Permetezőgépek szabályzástechnikai jellemzői, automatikái
- IV. rész: Permetezőgépek belső és külső tisztítása, karbantartása, tárolása
- V. rész: Környezetkímélő, vegyszertakarékos, vegyszermentes növényvédelmi eljárások
A cikk szerzője: Dr. Pályi Béla
