Környezetkímélő, vegyszertakarékos gyomirtási eljárások
Az informatikában bekövetkezett fejlődés lehetővé tette a táblán belüli, lokálisan végrehajtandó, helyspecifikus kezelések lehetőségeit. A herbicidet ott és olyan mennyiségben kell kijuttatni, ahol és amilyen mennyiségben az szükséges. A precíziós gazdálkodás gondolatmenete szerint nem a táblát kell a legkisebb műveleti egységnek tekinteni. A növényvédőszer-adagokat nem az egész táblára, hanem annál sokkal kisebb területegységekre kell meghatározni, kijuttatni. A precíziós gyomszabályozás feltételrendszerét alapvetően három elem alkotja: a folyamatos, nagy pontosságú helymeghatározás, a térinformatikai eszközök, és az automatizált terepi munkavégzés. A táblák egyes pontjain mérni kell a változó tényezőket, a gyomborítást vagy gyomdarabszámot. Ahhoz, hogy a kezeléskor később ezekre a pontokra visszataláljunk szükséges a pontos helymeghatározás, amit a műholdas helymeghatározó rendszer (Global Positioning System, GPS) rendszer segítségével valósíthatunk meg. Az amerikai fejlesztésű GPS mellett létezik az orosz GLONASS, a kínai BEIDOU-2 és az EU-által üzemeltetett GALILEO is. A navigációs rendszer csatlakozási pontossága négy lépcsőben javítható, ahol elengedhetetlen a néhány centiméteres pontosság, ott valós idejű kinematikus (Real Time Kinematic, RTK) rendszerek alkalmazása szükséges (FarmRTK, Geotrade GNSS, az AXIÁL mAXI-NET, a KITE RTK, Agromatic RTK-mindenkiNET és AgroVRS rendszer). 10–15 km-es körzetben hasonló pontosság érhető el saját RTK-bázisállomás használatával is, de a pontosság a bázisállomástól távolodva csökken.
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 növényszenzorok alkalmazásával végzett gyomirtás. Az offline (utófeldolgozáson alapuló) módszernél az adatfelvételezés és az elemzés-feldolgozás a folyamatvezérlő parancs előállítása időben és térben különválik.
Az online módszert elsősorban azokon a területeken célszerű alkalmazni, ahol nem általános vagy összefüggő a gyomelőfordulás, hanem kisebb-nagyobb foltokban találhatók meg a gyomnövények. A valós idejű kijuttatás alapfeltétele a célpont érzékelése és felismerése, valamint gyors helyszíni adatfeldolgozás és pontos vegyszerkijuttatás. A célpont érzékelése többféle módon történhet, a visszavert fény hullámhossza, infravörös érzékelés, vagy valós képalkotás segítségével. A multi-szenzor rendszer alkalmazásánál a szántóföldi szórókeretre minden szórófej elé növényérzékelőt és mágnesszelepet szerelnek. Valódi képalkotás még nincs, a működés fotodiódák segítségével, meghatározott (gyomnövényre jellemző) hullámhosszú visszavert fény vezérlőjelként való felhasználásán alapul. Az Egyesült Államokban kifejlesztett Weed Seeker szenzorral egybeépített szórófej szerkezet infravörös fénysugárral világítja meg a talajt, kb. 50 cm magasságból. Az eszközben lévő optikai rendszer elemzi a visszavert fény hullámhosszát. A klorofilt tartalmazó növények által visszavert fény hullámhossza aktiválja a permetező fúvókát elzáró mágnesszelepet, mely nyit és lepermetezi az alatta lévő növényt.
A G&G Kft. egyetemi kutatóhelyekkel (Keszthely, Szeged) együttműködve egy real-time, környezetkímélő, precíziós, célzott permetezést biztosító, vasúti gyomirtó rendszert alakított ki. A permetező rendszer egy optikai alapú kamerás gyomfelismerő egységből, a permetező hidraulikus berendezésből és a vezérlő, ill. adatfeldolgozó, dokumentáló számítógépes alrendszerből áll. Működési alapelve, hogy a tiszta vízáramba közvetlenül a kiadagoló szórófejek előtt, a kívánt arányban adagolják be a szükséges vegyszert, a gyomfelismerő rendszerrel permetezési sávonként detektált gyomfoltra, real-time üzemmódban. A permetlé összetétele a helyi gyomborítottságnak megfelelően menet közben változtatható úgy, hogy négy különböző hatóanyag kombináltan, vagy külön-külön kijuttatható. A javasolt átlagos szórásnorma 300–400 l/ha, a permetezési nyomás 1–3,5 bar. A négy vegyszer folyadékköre azonos felépítésű: tartályokból membránszivattyúk biztosítják a hatóanyagok betáplálását egy közös nyomócsőbe, majd szektoronként a szükséges vegyszermennyiséget tömlős szivattyúk megtett fordulatszámával állítják be.
A vonattal végzett posztemergens kezeléseknél saját fejlesztésű gyomfelismerő rendszert szereltek fel. A rendszer menet közben automatikusan ellenőrzi a pályatestet, és permetezést csak ott hajt végre, ahol gyomnövény található. Ez a valós idejű gyomfelismerés és sávos gyomfoltkezelés környezetvédelmi szempontból a legigényesebb feltételeket is kielégíti, mivel egy vegyszertakarékos, helyspecifikus eljárástechnológiát valósít meg. Vizsgálatokat végeztünk a gyomfelismerés, foltpermetezés pontosságának meghatározására. Tesztpályaként 3 db, egyenként 150 m hosszú, előzetesen gyommentesített mintaterületet alakítottunk ki, a mintaterületekre szekciónként (permetezési szakaszonként) 1-1 manuális mintatérkép alapján pontosan pozícionálva helyeztünk el műfüves mintalapokat (1. ábra), amelyeknek igen-nem lepermetezését ellenőriztük, értékeltük. A mintalapok változó méretűek voltak (3x3, 5x5, 10x10, 20x30, 40x30 cm).
1. ábra: műfüves mintalap vízérzékeny papírralA vizsgálati eredmények a 100%-os biztonsággal felismert mintalap méretére 5x5 cm-t mutattak. Az ilyen és e fölötti gyomfoltméretekre – délben és délután – 96,2%-os találati pontosságot kaptunk. A real-time rendszerű, szakaszonkénti igen-nem permetezés találati pontossága a permetezési sávok és napszakok eredményének átlagaként számítva 92,7% volt (az 5x5 cm-es, és e fölötti mintaterületekre vonatkozóan). A gyomfelismerés pontossága, ill. a detektálási hiba szempontjából nem az egyes permetezési sávok, hanem a különböző napszakok (fényviszonyok) mérési adatai között tapasztaltunk nagyobb eltéréseket. A kihelyezett gyomfoltok lepermetezésének találati pontossága szürkületkor volt a legjobb (98,5%), viszont hajnalban, szembefényben mértük a rosszabb értékeket. A kedvező vizsgálati eredmények rámutattak, hogy lehetséges a gyomfelismerő, vezérlő rendszer mezőgazdasági alkalmazása is.
A számítógépek műveleti sebességének robbanásszerű fejlődése nagy segítséget nyújtott a sorközművelő rendszerek kialakításában, így ma már a precíziós gazdálkodás rendszerébe tartozik a precíziós sorközművelés és -ápolás is, amely elsősorban a szántóföldi kapás növényeknél és a szabadföldi zöldségkultúráknál alkalmazható. Az automatikus gépirányítás és a művelési pontosság növelésében az RTK GPS-hálózatokkal elérhető 2,0–2,5 cm-es pontosság a növényápolásban is áttörést hozott. A kultivátor RTK GPS-vevője folyamatosan figyeli a kultivátor pontos sorközpozícióját és mindig összehasonlítja azt az ideális nyomvonallal. Amennyiben eltérést érzékel, a függesztő szerkezetbe beépített hidraulikus egység jobbra vagy balra mozdítja a kultivátor gerendelyét. Ezzel elérhető, hogy a traktor és a kultivátor mindig azonos és egyben ideális nyomvonalon haladjon, és a lehető legkisebb védőtávolság mellett valósuljon meg a sorközművelés. Ezt a rendszert sávművelés esetén is alkalmazzák, amely nemcsak a művelt sávok pontos kialakítására, hanem vetőgépre átszerelve a sávon belüli nagy pontosságú vetés, később pedig sorpermetezés, illetve sorműtrágyázás és a sorközi gyomirtás megvalósítására is használható.
A nagy pontosságú precíziós sorközművelés megvalósítható műholdas kapcsolat nélkül is, amely legalább annyira elterjedt a gyakorlatban, mint a műholdas helyzetmeghatározásra és automata kormányzásra épülő rendszerek. Ezek sorérzékelő lézerrel vagy képfelbontással dolgozó optikai kamerával dolgoznak, amelyek a kultivátor gerendelyén kapnak helyet és a traktor melletti sávban előrefelé pásztázzák a növényi sorokat.
Az igazi megoldást a sorokra és sorközökre kiterjedő precíziós gépi, mechanikus gyomirtás jelentheti. Jelenleg, a számítógépek által vezérelt optikai rendszerű, precíziós mechanikai gyomirtás legfejlettebb változatának számít a speciális formájú tőközmegmunkáló kapa, amely félkörben fordul a növény körül (2. ábra). A gép a területen lévő kultúrnövényeket figyeli és a teljes területet megműveli, kiirtva a még szemmel nem látható, de már csírázó gyomokat is. A tövek között a speciális tőközmegmunkáló kapák, a sorok között pedig a hagyományos sorközművelő kapatestek végzik az elmunkálást. Az ilyen típusú géppel elérhető gyomirtás hatékonysága 95–98%-os. Fontos megjegyezni, hogy használatuknak nem előfeltétele sem a precíziós palántázógép, sem pedig a precíziós vetőgép.
2. ábra: Garford Robocrop sor- és sorközművelő kultivátorA valós idejű precíziós kezelések vezérléséhez gyomtérképre nincs szükség, mivel a gyomok észlelése és a kezelés egy menetben történik. A nem valós idejű, offline helyspecifikus gyomszabályozás végrehajtásához gyomtérképek szükségesek. Ezek előállításához a gyomfelvételezési mintatereket ki kell jelölni, majd a kapott adatok felhasználásával készíthető el a gyomtérkép az egyes fajokról, fajcsoportokról vagy az összes gyomosodásról. Amíg a hagyományos gyomfelvételezéseknél cél a tábla gyomnövényzetének általános megismerése, a precíziós eljárásoknál alapvető a gyomok térképezése, amit elektronikus adatbázisban tárolunk vagy térképszerűen meg is jelenítünk. A precíziós mezőgazdasági technológia magasabb követelményeket támaszt a gyomfelvételezéssel szemben, elsősorban a nagyobb mintasűrűség igénye miatt. A tábla heterogenitását jól követő precíziós gyomszabályozás végrehajtásához nagy pontossággal kell ismernünk az egyes táblarészek eltérő gyomviszonyait. Egy táblán a gyomok térképezése alapvetően kétféle módon történhet: pontszerű mintaterek felvételezési adatainak, vagy az egész területet reprezentáló felvétel (távérzékelés) felhasználásával. Egzakt gyomtérképezés a teljes felületet reprezentáló távérzékelés felhasználásával végezhető el.
Számos kutatást folytatnak vegyszermentes eljárások fejlesztésére gyomok élettevékenységének megszüntetésére. Ezek az eljárások különböző fizikai hatásokat használnak fel. A szőlőültetvények tőkéi körül – és a vadhajtások eltávolítására – használható, forró „Big Foam” habanyag célzottan, a sorokban fejti ki totális gyomirtó hatását. A gép 60–75 °C hőmérsékletre felhevített forró habot állít elő, amit egy nagy átmérőjű csövön keresztül juttat le a talajra a növények tövéhez (3. ábra). Az eljárás alapja az, hogy 60 Celsius-fok fölött a gyomok rostjai súlyos károsodást szenvednek, a fehérjék szerkezete összeomlik, ami néhány napon belül a növény érintett részeinek elhalásához vezet. A hab kiválóan szigetel, így hosszabb ideig képes fenntartani a magas hőfokot, biogazdaságokban termelt zöldségnövények rostjainak felhasználásával készül, ezért a nem kívánt növényzet eltávolításának ez a módja a biogazdálkodást folytatók körében teljességgel elfogadható.
3. ábra: gyomirtás forró habbalA termikus gyomirtás alkalmazására az idők során számos próbálkozás történt. A legújabb berendezéseknél elektronikusan vezérelt perzselő fejeket alkalmaznak, amelyekkel nemcsak a sorközökben, hanem a sorokban is végezhetünk gyomirtást anélkül, hogy a kultúrnövényt károsodás érné. A növényi sejtek 50–70°C közötti felmelegítésével a sejtfehérjék kicsapódnak, a sejtek felrepednek, a növények elhervadnak, petyhüdtté válnak, majd a kezelést követő napokban elszáradnak.
A svájci Zasso által kifejlesztett és európai felhasználásra alkalmassá tett nagyfeszültségű elektromos gyomirtó új alternatívákat kínál a vegyszerhasználat visszaszorítására és az ökológiai gazdálkodás bővítésére. Az Elektroherb nagyfeszültségű gyomirtót szántóföldön no-till vagy minimum-till, illetve strip-till művelési rendszerekben alkalmazzák elsősorban, de sorközi gyomirtásra is alkalmassá tehető. A kezelt terület jellemzően 60 napig maradt gyommentes.
A legutóbbi Agritechnica kiállításon olyan lézeres gyomirtó berendezést mutattak be, ami képes gyorsan és pontosan felismerni és megsemmisíteni a gyomot (4. ábra). A berendezést a szántóföldön autonóm közlekedő robotokra, vagy alacsonyan repülő drónokra tervezték, amelyek 3D-s gyomfelismerő kamerákkal is rendelkeznek. A rendszer feltételezi azt a tanuló szoftvert, ami folyamatosan bővíti „ismereteit” a gyomokról. Ahhoz, hogy a gép helyesen döntsön, az is szükséges, hogy a kamerák másodpercenként több ezer felvételt készítsenek a növényzetről. A gyomok kiválasztása után a kamerákkal összehangoltan dolgozó „lézerpuskák” egy pillanat alatt a gyomokra irányítják a lézersugarat. A lézeres gyomirtás a legújabb eljárások közé tartozik, a gyakorlatban még nem jelent meg, mert a lézeres célzásnak nagyon pontosan és megfelelő energiával kell a hajtáscsúcsra irányulnia. Ezért vetődött fel, hogy egy helyben lebegni tudó, giroszkóppal stabilizált drónon hatásosabb lehet.
4. ábra: lézeres gyomirtóA másik különlegesség a Steketee IC robotkapa, amely teljes felületművelést tud végrehajtani úgy, hogy nemcsak a sorközt, a növények közötti területet is kapálja. Elektronikai rendszere nemcsak színt ismer fel, valamint az adott színből összeálló vonalat detektálja és követi, hanem növényegyedet azonosít. Minden egyes növény pozíciója, mérete, kiterjedése és függőleges középvonala bekerül a rendszerbe, amely az adatokból megállapítja, hol kell a kis kapákat kinyitni és összezárni. A megfigyelés és az adatgyűjtés kameraképen és ultrahangszenzoron alapul, de a gép rendelkezik saját megvilágítással és gerendelyszintezéssel is. Ez utóbbival biztosítható a kamerák pontos távolsága a talajtól, ami meghatározza, hogy a kamera mit és mekkorának lát. A gép soron tartja magát, a traktorral nem kell pontosan a középvonalon haladni, a robotkapa 10–15 centiméter kitérést enged.
A technikai fejlesztések jelenlegi üteme mellett elképzelhető, hogy hamarosan ellephetik a földeket az okosan gyomirtó robotok. Egy svájci fejlesztésű gyomirtó robot mesterséges intelligenciát és gépi mélytanulást (deep learning) használva képes végigaraszolni egy szántóföldön, fel tudja ismerni a gyomokat, és a csápjaival csak minimális adag gyomirtót fecskendez rájuk (5. ábra). A robot az eredeti gyomirtó-mennyiségnek csak az 5 százalékát használja fel. A szerkezet napelemeket hord a hátán, az egyszeri bekerülési költség után már alig okoz kiadást, magától végzi a munkát és tölti az akkumulátorait.
A legújabb trend, hogy a drónokat nem csak felvételezésre kezdték el használni, hanem permetezésre is, jellemzően olyan területeken, ahol a munkagépek csak nehézkesen tudnák ellátni a feladatukat (6. ábra). A robusztus, tartályokkal felszerelt drónok – melyeken a permetezési feladat nem csak messziről távirányítható, de automatizálható is – képesek a permetezés hatékonyságát drasztikusan megnövelni azáltal, hogy a szenzoraik, felismerve a növényeket, növényrészeket, csak azok kívánt részeire juttatják el a permetezőszert. A drónok permetezésre széles körben történő használatához azonban számos kérdést még tisztázni kell.
6. ábra: permetező drón Dr. Pályi Béla Irodalom [1] Pályi Béla - Borzák Ferenc- László Alfréd - Gaál András: Helyspecifikus vasúti gyomszabályozás real-time közvetlen adagolású rendszerrel LVI. Georgikon Napok Keszthely, 2014. 10.02-03.p.658-664.[2] Borsiczky István-Reisinger Péter (2013): Precíziós megoldások a gyomnövények ellen. Biokultúra 2013/2 p. 32-33.
[3] AgrárUnió (2016): EIMA: aranyos olasz sikerek.
[4] Magro.hu (2020): Hatékonyabb lehet a gyomirtás ha elég pontos a lézersugár.
[5] Torontáli Zoltán (2018): Hamarosan ellephetik a földeket az okosan gyomirtózó robotok.
A sorozat korábbi részei:
A cikk szerzője: Dr. Pályi Béla
