A precíziós termesztési technológiák alkalmazhatósága a gyümölcsösökben

 

„A termesztő ember mindig is optimista volt.
Az ültetvénylétesítő pedig különösen az.”
Soltész (1997)

A megoldást Japánban azokban a technológiai fejlesztésekben látják, amelyekkel egyrészt könnyíthetik az idős farmerek és a nők munkáját, másrészt a fiatalok számára is vonzóvá tehetik a mezőgazdaságot. A cél, hogy e fejlesztések révén egyre nagyobb területeken, alacsonyabb költséggel, jobb minőségű terméket lehessen előállítani. A japán kormány az ágazatban mutatkozó munkaerőhiány csökkentése érdekében 2017. évben 36 millió dollár támogatást adott a farmok okos technológiával történő felszerelésére, a munkaerőt helyettesítő 20-féle mezőgazdasági robot fejlesztésére és a robotok népszerűsítésére.

A fejlesztés szükségességét már az Európai Unió is felismerte, így várhatóan a 2020 utáni Közös Agrárpolitika középpontjába a precíziós gazdálkodás és a vízgazdálkodás fejlesztése kerülhet majd.

A precíziós gazdálkodás meghatározására is több definíció létezik. Röviden ez egy olyan gazdálkodási forma, amely mérhető információkon alapul, ahol a hagyományos termesztési eljárásokat térbeli információkkal kapcsoljuk össze. Egy rendszer, amely figyelembe veszi a területen belüli változékonyságot és célja a hatékonyság növelésével egyidejűleg a környezet védelme is.

A precíziós gazdálkodás keretében működő gyümölcsültetvény lényege tehát, hogy a precíz mérőeszközök segítségével begyűjtött rengeteg adatot, megfelelő szoftvertámogatással fel lehessen dolgozni és ezáltal

1. megalapozott információt kapunk ahhoz, hogy a szükséges beavatkozásokat elvégezhessük,
2. az adatok segítségével mérhető és összehasonlítható az ültetvény működtetésének költsége akár évekre, hónapokra, területi egységekre lebontva.

A precíziós gazdálkodás nem jelent mindenre megoldást, tehát nem azt jelenti, hogy az emberi tényező kiiktathatóvá válik, hanem azt, hogy a magas színvonalú szakismeretek informatikai tudással egészülnek ki. Ehhez viszont szükséges a termelő részéről meglévő nyitottság az újra. A folyamatos technikai fejlődésből adódóan az ültetvény fenntartásának évtizedei alatt újabb és újabb lehetőségekkel találkozhatunk. Az adott növénykultúrát így nemcsak a természeti és gazdasági környezet változásaihoz kell fokozatosan alakítani, hanem a technológiai újításoknak is teret lehet engedni, amennyiben javítják az ültetvény működésének hatékonyságát.

A precíziós gazdálkodás egy váz, amelyet egyéni igényeink és lehetőségeink függvényében tölthetünk meg tartalommal, de egyben túlmutat a hagyományos, az integrált vagy épp az ökogazdálkodás keretein, mert az ültetvényt egy szervezett és dokumentált rendszernek tekinti, amely úgy állít elő élelmiszert, hogy közben nem teszi tönkre a környezetet. A rendszer viszont csak akkor működik jól, ha értünk ahhoz, amit csinálunk, ezért kiemelten fontos az oktatás, a továbbképzés szerepe.

A szemléletmód változásán kívül különleges tervezést nem igényel az új típusú gazdálkodás kialakítása. Adott a támrendszer, amelyre telepíthetők a meteorológiai érzékelők, a drónok repüléséhez vagy a traktorra szerelt szenzor működtetéséhez nincs szükség speciális elemekre az ültetvényben. Egyedül az öntözés kialakítása igényli a magas szintű szakértelmet a tervezés során, különös tekintettel a talajban elhelyezett szenzorokra.

Ami viszont nélkülözhetetlen: a megfelelő farmszoftver beszerzése és alkalmazása, hogy az ültetvényről származó adatok feldolgozhatóvá váljanak, ez viszont csak közvetve kapcsolódik az ültetvény tervezéséhez.

A gyümölcsültetvényben alkalmazható precíziós eszközök

Az alkalmazható eszközök száma szinte napról napra nő. A precíziós gazdálkodáshoz kapcsolódó eszközöket eddig inkább a szántóföldi kultúrákban fejlesztették, ezért ez a terület jóval előrébb tart a gyümölcstermesztéshez képest. Azonban a fejlett országokat jellemző munkaerőhiány miatt, egyre nő az igény a kertészeti kultúrákban alkalmazható és megfizethető precíziós eszközök iránt is, így várható, hogy hamarosan egyre több ilyen robottal, AGRIBOT-tal találkozhatunk a szakkiállításokon.

A gyümölcsültetvények és a szántóföldi kultúrák között olyan sok eltérés van, hogy az utóbbiaknál alkalmazott precíziós módszereket, eszközöket általában nem lehet ugyanúgy alkalmazni a gyümölcsösben. Az ültetvények között is sok a különbség, más adottságai vannak egy málnaültetvénynek és egy nagy lombú dióültetvénynek és megint más jellegű egy frissen telepített kajszi vagy egy többéves pl. karcsú orsó alma ültetvény. Az első látványos eltérés mindjárt az ültetvénybe telepített növények méretéből adódik, majd ezt követik az eltérő kultúrák különböző problémái.

De valamennyi ültetvény egyetlenegy alkalommal hasonlít egymásra: a telepítés megkezdése előtt, amikor a terület még üres, így az előkészítés során jól alkalmazhatók a precíziós gazdálkodás eszközei.

A talaj

A Kárpát-medencére jellemző, hogy egy-egy terület talajösszetétele heterogénnek mondható, így az ültetvényen belül több különböző talajfolt is lehet. Természetesen a klasszikus talaj-mintavételi eljárás nem megkerülhető, de itt egy átlagos eredményt kapunk, ami nem tudja kezelni a területen belüli esetleges eltéréseket.

A kézzel végzett talajmintavételt egyre gyakrabban váltja fel a precíziós eszközökkel támogatott, pontos mintavételezés. A talaj előkészítéséhez és tápanyaggal való feltöltéséhez drónok segítségével is lehet adatokat gyűjteni, ezt megelőzően azonban célszerű a területet megtisztítani az aktuális növényzettől. A szántóföldi gazdálkodásban már hozamtérképeknek nevezik azokat a nagy felbontású, műhold vagy drón által készített képeket, amivel megállapítható, hogy a területen belül hol helyezkednek el a különböző összetételű talajfoltok, amihez a megfelelő precíziós eszközök segítségével, a GPS-koordináták alapján a talaj igényének megfelelő mértékű és mennyiségű műtrágyát, vizet vagy épp növényvédő szert lehet kijuttatni, ezáltal a költségek és a környezet terhelése is csökken. A mintavétel helyének meghatározásánál egyaránt segítséget nyújtanak a hozamtérképek adatai, illetve a talaj tulajdonságait (pl. elektromos vezetőképesség) szemléletesen megjelenítő egyéb felvételezéssel készített térképek, nagypontosságú légifelvételek is.

Ezek alapján a GPS-koordináták szerint kijelölik a mintavételi helyeket, majd szintén a GPS-szel felszerelt terepjáróra rögzített automata mintavevővel biztosítják az előírásoknak megfelelő mintavételi mélységet. A mintát a lehető legrövidebb időn belül el kell juttatni az akkreditált laboratóriumba, ahol háromféle (szűkített, bővített és teljeskörű) talajvizsgálat közül lehet választani.

Ezekkel az adatokkal tehát még alaposabb/pontosabb információk szerezhetők az ültetvény telepítésére szánt területről, ami az ültetvény teljes élettartama alatt figyelemmel kísérhető, illetve az 5 évenkénti kötelező talajvizsgálat révén figyelemmel kell kísérni. Ezek az információk képezhetik az alapját a területre vonatkozó tápanyag-gazdálkodási tervnek is.

A (VRA) „variable-rate-application” vagy más néven változó alkalmazásnak is nevezett fejlesztés az, ami a térképre vagy szenzorokra alapozott adatokat használja fel pl. a műtrágya vagy a növényvédő szer ültetvényen belüli helyi igényeknek megfelelő kijuttatására.

A talaj színét fotózással, víztartalmát, pH-értékét elektromágneses indukcióval, tápanyag-tartalmát infravörös szenzorokkal lehet mérni. Az észlelő szenzorok mérhetik a talaj szervesanyag-tartalmát, nedvességtartalmát, tápanyag-ellátottságát és a növényekről visszaverődő fény mértékét is. A jelfeldolgozó és szabályozó egység meghatározza a kijuttatandó anyag mennyiségét. A szenzorból érkező jeleket mikroprocesszorok segítségével érzékeli a berendezés és menet közben kiszámolja, mekkora mennyiséget kell kijuttatni az adott anyagból.

Oltványválasztás

Gyümölcsfa ma már nemcsak a hazai faiskolákból, hanem az Európai Unió egész területéről beszerezhető. De nem csupán a piac lett szélesebb, ahol az ültetési anyag elérhető, hanem a fajtaválaszték is folyamatosan nő. A klímaváltozás és a fenntartható fejlődés miatt a változó környezethez alkalmazkodni tudó növények nemesítése egyre nagyobb hangsúlyt kap, a növénynemesítés területén is megjelent a precíziós technika.

Kitűzés

Kézi telepítés esetén fontos a sorok és a fák helyének pontos kitűzése, de lézeres ültetőgép használata esetén ez mellőzhető, mert a lézeres ültetőgép csak alapvonal kijelölést igényel, kitűzést nem. A lézeres ültetés esetén lehetőség van egyidejűleg a starterműtrágya és a talajfertőtlenítő szer kijuttatására is.

Öntözés

Magyarországon elvileg lehet gyümölcsültetvényt telepíteni öntözés nélkül is, de a csapadék időbeli és térbeli egyenlőtlen eloszlása miatt nem célszerű. Az öntözés amellett, hogy fokozza a termésbiztonságot és csökkenti a hozamingadozást, egyúttal a termés értékét, minőségét is növeli. Azonban termésnövekedést csak akkor eredményez, ha az egyéb termesztési tényezők optimumban vannak. A precíziós öntözés lényege, hogy a növény igényeihez illeszti az adagolt víz mennyiségét. Annak megállapítása, hogy adott időben adott növény mennyi vizet igényel, bonyolult mérési folyamat eredménye. A nagy üzemmérethez társuló precíziós rendszerek gazdaságos működtetéséhez a talajnedvesség automata szenzoros mérésén és regisztrálásán kívül fejlett döntéstámogatási háttérre is szükség van. Az öntözési döntéstámogató rendszer felépítése a meteorológiai és talajparaméterek precíz mérésén és a növényfenológiai ismeretek magas színvonalán alapulva modellezhető. Már Magyarországon is telepíthető VRI (Variable Rate Irrigation) alapú öntözőrendszer, ami meteorológiai állomással és talajnedvességmérő szondákkal együtt alkalmazott internetalapú öntözésirányítással és felügyelettel rendelkezik. Az Európai Unió Bizottsága által alapított Figaro kutatási projektben jelenleg tesztelés alatt áll szintén egy olyan VRI rendszer, amely a területen elhelyezett érzékelők és az időjárási állomások által begyűjtött adatokat veti össze a műhold képekkel és a növény igényeit lefedő adatbázisokkal. A rendszer automatikus, heti bontásban mutatja a gazdáknak az ideális öntözési/trágyázási tervet.

Termésbecslés

A Pennsylvania Egyetemen működő GRASP Labor fejlesztéseinek köszönhetően speciális drónokkal már a termésbecslés is elvégezhető éjjel vagy akár nappal. Mivel a drága drónok felhasználási lehetőségei korlátozottak, ezért olyan repülő robot kifejlesztésén dolgoztak, aminek paraméterei kedvezőbbek, ezáltal felhasználhatósága is szélesebb körű lehet. A robot képes repülés közben az összehangolt mozgásra, súlya 25 g, végsebessége pedig 6 m/s. A kis méretből adódó hátrányokat a mennyiséggel ellensúlyozták, tehát a robotokat rajokba, hálózatba szervezték.

A robotok gyakorlati felhasználási lehetőségei közül kiemeljük a precíziós gazdálkodásban rejlő előnyöket. A robotraj képes berepülni pl. az almaültetvényt és összeállítani annak térképét. A robotokban a szokásos színes kamerán kívül infravörös és hőkamera is van. A robotraj által készített térképen látható minden egyes fa 3D-s modellje. Ez lehetőséget ad a termés becslésére azáltal, hogy minden fán külön-külön összeszámolható az almák száma. A lombkorona méretéből következtetni lehet a levélfelületi indexre, ebből pedig a növény egészségi állapotára. A látható és az infravörös tartományból nyert információk kombinálásával különböző indexeket lehet számítani, amelyek a növények egyedi állapotáról adnak tájékoztatást és ezzel még az öntözési költségek is 25%-kal csökkenthetők. De a levél színét és az azon lévő foltokat is képesek rögzíteni, így a normál paraméterektől való eltérés is hamarabb kivizsgálható.

Gyomosodás elleni védelem

Szakfolyóiratokban már olvashatunk olyan gyomirtó robotokról is, amelyek képesek vizuálisan megkülönböztetni a gyomot a haszonnövénytől és eltávolítják azt, illetve létezik pl. az IBEX szelektív gyomirtó robot, ami célzott permetezéssel irt.

Szintén tesztelés alatt áll egy olyan gyomfelismerő szoftver, amely okostelefonnal készített fotó alapján már csírakortól képes azonosítani a gyomnövényeket. Mivel rögzíti a helyszínt, ennek segítségével a gyomnövény elterjedésére is lehet következtetni. A fejlesztők később különféle növényi betegségekre és kártevőkre is szeretnék kiterjeszteni a szolgáltatást. (http://www.agroinnoshow.hu/program/)

Károsítók elleni védelem

A különböző időjárás-előrejelző és környezeti mérőműszerek és az adatokat feldolgozó szoftverek piacán már magyar termékkel is találkozhatunk, ez a SmartVineyard/Szőlőőr rendszer. Ez egy könnyen telepíthető precíziós szenzorhálózat, amely a szőlőültetvény különböző oszlopain rögzített készülékekben lévő precíziós szenzorok segítségével méri azokat az időjárási és mikroklimatikus paramétereket (levélnedvesség, páratartalom, hőmérséklet és csapadék), amelyek szerepet játszanak egyes szőlőbetegségek kialakulásában és terjedésében. A készülékben lévő GSM-kártya feltölti a mért adatokat a szerverre, ahol egy program kiszámolja a fertőzés adott területen való kialakulásának valószínűségét. A termelő pedig saját webes felületén keresztül tudja figyelemmel kísérni az ültetvény állapotát.

A cég honlapja szerint további fejlesztéseket nem terveznek, inkább ezt a rendszert tökéletesítik. Véleményünk szerint ez a rendszer alkalmas lehet a továbbgondolásra és különböző gyümölcsültetvényekben történő alkalmazásra.

A szőlő mintájára más gyümölcskultúráknál is ismertek azok az időjárási paraméterek, amelyek együttállása esetén nagy valószínűséggel megfertőződhet az ültetvény, tehát megfelelő előrejelző rendszerrel a terméskiesés és a vegyszerfelhasználás mérsékelhető lenne. Tény, hogy ma Magyarországon a szőlő viszonylag egységesebb növénykultúra és területét tekintve is nagyobb piac a fejlesztők számára, mint a sokféle gyümölccsel dolgozó hazai termesztők.

Szintén jó elgondolásnak tartjuk, hogy a mérőállomásokat a terület mikroklimatikus viszonyaihoz illeszkedve telepítik, hiszen valódi védelem csak a valódi veszély esetén várható el. Egy-egy nagyobb ültetvényen belül pedig igencsak eltérőek lehetnek a klimatikus viszonyok. A mikroklíma hatása igen erőteljesen befolyásolja a gyümölcsösök termésbiztonságát, ezért tartjuk fontosnak a fejlesztés ilyen irányban történő folytatását.

Szüret

2016-ban már arról olvashattunk szaklapokban, hogy japán nagyvállalatok bemutatták azokat a mezőgazdasági robotokat, amelyek pl. szín és forma alapján kiválasztják, majd begyűjtik az érett paradicsomokat, szamócákat és a szállítóeszközhöz viszik a termést. Hasonló fejlesztések eredményeként készült olyan amerikai narancsültetvényekben dolgozó robot is, amely háromdimenziós modellt képez a fáról és ezután kezdi meg a gyümölcs szüretelését, továbbá képes szétválogatni az azonos méretű és érettségű gyümölcsöket. De van már mazsolaszüretelő robot is, amely féláron végzi el az eddig csak kézi munkaerővel megoldható feladatokat. A gépi látáshoz szükséges mesterséges intelligencia már a kamerákban is elhelyezhető, ennek köszönhetően a gyomfelismerő, vagy szüretelő robotokhoz hasonlóan talán hamarosan a gyümölcsritkítás és egyszer talán a metszés is elvégezhető lesz emberi beavatkozás nélkül. Ezek a fejlesztések még kísérleti fázisban vannak, de jól mutatják a tendenciát.

Irányítási rendszerek

A precíziós eszközök alkalmazása révén hatalmas mennyiségű adathoz lehet jutni az ültetvényről. Az adatok viszont akkor válnak hasznosítható információvá, ha a felhasználó rendelkezik az adatok fogadására, feldolgozására és elemzésére képes komplex szoftverrel, döntéstámogató rendszerrel. A precíziós gazdálkodás elterjedését nehezíti, hogy Magyarországon hiányoznak az olyan átfogó, integrált rendszerek, amelyek a precíziós eszközöket komplex gazdaságirányító, adminisztratív rendszerekkel, esetleg közigazgatási adatbázisokkal kapcsolnák össze. Az irányítási rendszerek többségét a gépgyártók fejlesztették ki és a termékkel együtt értékesítik. Ez azt jelenti, hogy a jelenleg alkalmazott informatikai rendszerek általában a megvásárolt munkaeszközhöz kapcsolva kerülnek telepítésre, így pl. a különböző gyártóktól vásárolt precíziós eszközök eltérő szoftverekkel működnek, amelyek emiatt nem ismerik fel egymást. Ezért lesz egyre nagyobb jelentősége az egész gazdaságot egy rendszerként kezelő ún. farmrendszereknek, ezen belül is a komplex vállalatirányítási, termelésirányítási és döntéstámogatást is tartalmazó szoftvereknek, ahol minden adat egy rendszerbe kerül rögzítésre és elemzésre. Ezáltal a gazdaság különböző részei képesek lesznek egymással kommunikálni és a felhasználó részére széleskörű információt biztosítani a működés költségeiről.

Milyen eredményekkel jár ezen új szemléletű gazdálkodási mód alkalmazása?

Magyarországon ezzel kapcsolatos számítások még nem készültek, de uniós elemzések jól mutatják, hogy a munkagépek okosításával kezdődően az adatok adatbázisba gyűjtéséig a teljes folyamat gépesítésével jelentkezik egy jelentősnek nem mondható költségcsökkenés. A megtakarításnak azonban ez csak az egyik oldala. A precíziós gazdálkodás lényege a kiszámíthatóságon alapuló megbízható termelés és magas minőségi értéket képviselő termék előállítása. A terület pontos megismerésével, a talaj adottságainak feltárásával, a problémás részek adatainak rögzítésével és a megfelelő agrotechnikai eljárások alkalmazásával nagyobb esélyt kap az ültetvény a jó indulásra. Az adott ültetvény környezeti állapotának felmérése, rendszeres ellenőrzése, az adatok visszacsatolása és kiértékelése nélkül a precíziós gazdálkodás csupán drága gépek gyűjteménye. Az adatok elemzésével arra is lehetőség nyílik, hogy egy beavatkozás előtti és utáni állapot rögzítésével információt kapjunk a kezelés hatékonyságáról és adott esetben tudjunk módosítani ott, ahol kell.

A gépesítettség színvonalának fokozatos növelése pedig elemi érdek, mert a lassan Magyarországon is állandósuló munkaerőhiány kiszolgáltatottá teszi az egyébként I. osztályú gyümölcs előállítására képes termelőket. A gyümölcstermesztés vonatkozásában különösen érdekes ez a terület, mert a korábbi fejlesztések és ebből következően a gyakorlati tapasztalatok inkább a szántóföldi gazdálkodás területén jelentkeztek, a gyümölcstermesztés, mint rendkívül jövedelmező, munkaigényes, de a fejlesztések szempontjából túl sokrétű ágazat nem került az innovációk fókuszába. A precíziós gazdálkodás eredményei azonban meggyőzőek és a fejlesztők, gépgyártók keresik az új piaci lehetőségeket. Másik oldalról a gyümölcstermesztők világszerte munkaerőhiánnyal küzdenek, de ezzel egyidejűleg törekednek a termelés volumenének növelésére, minőségi gyümölcsök előállítására, a költségek csökkentésére és a környezet szennyezésének mérséklésére egyaránt. Így várható, hogy egyre több, ma még kísérleti stádiumban lévő precíziós eszköz kerül hamarosan forgalomba.

A precíziós gazdálkodás nem alkalmazható mindenhol ugyanolyan hatékonysággal. Abban az esetben, ha a klimatikus és edafikus adottságok tekintetében az ültetvény homogénnek mondható, alaposan átgondolandó a precíziós eszközök alkalmazása, mert az alapvetően a területen belüli eltérő adottságok kiegyenlítését szolgálja. Mivel az eszközök jelenleg még magas árkategóriában szerepelnek, napjainkban csak nagyüzemi körülmények között térül meg a beruházás. A mérőeszközök, a drónok, az agribotok segítenek a munkavégzés hatékonyságának növelésében, a költségek csökkentésében, általuk válik kiszámíthatóvá a termelés. A végső döntést azonban mindig az ember hozza meg.

Kilián Orsolya, Kajtár-Czinege Anikó
Neumann János Egyetem, Kertészeti és Vidékfejlesztési Kar, Kertészeti Tanszék, Kecskemét