Opłacalne alternatywy dla herbicydów
W rolnictwie pilnie potrzebne są skuteczne i opłacalne alternatywy dla herbicydów – Komisja Europejska chce zmniejszyć o połowę stosowanie środków ochrony roślin do 2030 r. i jednocześnie rozwinąć rolnictwo ekologiczne. Chwasty odporne na herbicydy i zakazy stosowania substancji czynnych również wymagają systemów upraw, które są mniej zależne od chemicznej ochrony upraw. Ważną rolę odgrywają tu środki zapobiegawcze, takie jak:
- szeroki płodozmian,
- częste naprzemienne stosowanie upraw ozimych i jarych,
- uprawa współrzędna z gatunkami zimotrwałymi i przemarzającymi,
- siew pozorny (fałszywe łoże siewne),
- ograniczenie stosowania pługa,
- zabiegi fitosanitarne (czyszczenie maszyn uprawowych czy żniwnych).
Jednak chwasty nie mogą być skutecznie zwalczane bez bezpośredniego odchwaszczania.
Różne poziomy automatyzacji
W ciągu ostatnich dziesięciu lat nastąpił znaczny postęp techniczny w dziedzinie mechanicznego zwalczania chwastów. W praktyce pojawiły się roboty pielące o trzech różnych poziomach automatyzacji. Poziom 1. obejmuje pielenie ze wspomaganym kamerą rozpoznawaniem rzędów i hydrauliczną ramą przesuwną. Ta ostatnia umożliwia automatyczne przesuwanie redlic w poprzek, dzięki czemu mogą być one zawsze prowadzone dokładnie pośrodku między rzędami upraw. Już sama ta technologia oferuje znaczne korzyści w porównaniu z konwencjonalnym pieleniem, takie jak:
- średnio o 15% więcej zniszczonych chwastów niż w przypadku konwencjonalnego pielenia,
- mniejsze uszkodzenia upraw,
- dwukrotnie większe pokrycie powierzchni,
- mniej pracy dla operatora,
- może być również stosowana w uprawach o wąskim rozstawie rzędów (np. zboża o rozstawie 12,5 lub 15 cm).
Z doświadczeń wynika, że skuteczność zwalczania chwastów za pomocą tego typu pielnika w pszenicy wzrasta przy wyższych prędkościach roboczych. Jest to szczególnie widoczne w przypadku zwalczania chwastów w rzędach upraw. Z jednej strony efekt ten wynika z faktu, że chwasty mogą być łatwiej przysypywane wraz ze wzrostem prędkości. Ponadto precyzyjne sterowanie kamerą pozwala redlicom zbliżyć się do rzędów upraw. Ponadto można użyć szerokich redlic, aby zwiększyć powierzchnię.
Zobacz także: Pielniki rzędowe, obrotowe i redlicowe: czym pielić w zbożu?
Poziom 2. obejmuje roboty pielące, które nie tylko zwalczają chwasty między rzędami, ale także w samym rzędzie upraw za pomocą czujników (InRow). Wykorzystują one kamery do rozpoznawania upraw (głównie warzyw) przy użyciu stosunkowo prostych algorytmów. Identyfikują one rośliny na podstawie rozmiaru sąsiadujących zielonych pikseli. Jeśli kamera rozpozna uprawę, robot kieruje sekcję pielącą lub redlicę poza rząd. Do tej grupy należą np. modele K.U.L.T. i-Select, Lemken IC-Weeder i Garford Robocrop In-row Weeder. Roboty pielące, takie jak Farmdroid FD20, wykorzystują inne rozwiązanie, rejestrując pozycje umieszczenia nasion podczas siewu za pomocą RTK, a następnie pieląc wokół tych lokalizacji ze zdefiniowaną bezpieczną odległością. Metodę tę można również połączyć z opryskiem pasowym lub punktowym, sterowanym kamerą.
Roboty pielące poziomu 3. wykorzystują metody sztucznej inteligencji (AI) (np. Farming Revolution GT lub Odd.Bot) do rozróżniania roślin uprawnych i chwastów w rzędzie. Mogą one jednak również rozpoznawać chwasty, które są podobne pod względem wielkości i kształtu do upraw (np. komosa biała w burakach cukrowych lub chwastnica jednostronna w kukurydzy). Aby było to możliwe, sieci neuronowe są intensywnie szkolone z wykorzystaniem obrazów odpowiednich gatunków roślin. Umożliwia im to osiągnięcie ponad 90% skuteczności.
Autonomiczne roboty pielące
Ogólnie rzecz biorąc, termin "robot pielący" może być używany niezależnie od stopnia automatyzacji. Wystarczy, że poszczególne etapy pracy są sterowane autonomicznie (np. rozpoznawanie upraw i sterowanie redlicami za pomocą K.U.L.T. i-Select). Takie pielniki mogą być również robotami, w których rolnik nadal musi sam prowadzić ciągnik. Niektóre z ponad 20 komercyjnych robotów pielących pracują całkowicie autonomicznie (np. Farmdroid FD20, Naïo Oz, Farming Revolution GT).
Wraz z firmą K.U.L.T., Uniwersytet Hohenheim opracowuje obecnie własnego robota pielącego (K.U.L.T. InRow), który może rozróżniać rodzaje chwastów w kukurydzy i burakach cukrowych w rzędzie. Powinno to umożliwić zwalczanie problematycznych chwastów, takich jak psianka, ostrożeń, łopian lub proso zwyczajne w rzędzie – pod warunkiem, że nie rosną one zbyt blisko upraw.
Ten robot pielący ma konstrukcję modułową, tj. można go podłączyć do dowolnej istniejącej maszyny pielącej dla dowolnej liczby rzędów. Sensowne jest zintegrowanie pielnika K.U.L.T. InRow z pielnikiem sterowanym kamerą z hydrauliczną ramą przesuwną – między rzędami. Pozwala to precyzyjnie ustawić redlice nad rzędami upraw.
Wyniki różnych pielników
W latach 2022 i 2023 przeprowadzono dokładne badania polowe buraka cukrowego, słonecznika i kukurydzy w stacji doświadczalnej Ihinger Hof na Uniwersytecie Hohenheim. Każde z poletek doświadczalnych miało 20 metrów długości i 3 metry szerokości. Trzy uprawy wysiano równomiernie z odstępem między rzędami wynoszącym 50 cm i obsadą od 80 tys. do 120 tys. roślin na m2. W każdej próbie przetestowano od sześciu do siedmiu zabiegów. Każdy zabieg powtórzono cztery razy.
Siedem testowanych wariantów to:
- nietraktowana kontrola,
- standardowa aplikacja herbicydów,
- pielnik sterowany kamerą (K.U.L.T. Vision Control),
- pielnik sterowany kamerą, rozszerzony o jednostki K.U.L.T. InRow,
- pielnik sterowany kamerą + pielnik z palcami pielącymi w rzędzie,
- pielnik sterowany kamerą + brona chwastownik (na całej powierzchni),
- pielnik sterowany kamerą + oprysk pasowy w rzędzie.
Jak pokazują wykresy, sterowany kamerą pielnik z elementem InRow uzyskał równie dobre wyniki zwalczania, co środek chwastobójczy (herbicyd) zastosowany na całej powierzchni zarówno w kukurydzy (rys. 1.), jak i buraku cukrowym (rys. 3.). Straty plonów w obu uprawach były na znikomym poziomie, co podkreśla precyzyjne rozpoznawanie roślin przez system ze sztuczną inteligencją.
W przypadku buraków cukrowych wystarczający był pielnik międzyrzędowy ze sterowaniem kamerą. W przypadku kukurydzy sam pielnik sterowany kamerą oraz pielnik z broną chwastownik wypadły znacznie gorzej niż inne metody. Poziom zachwaszczenia po zabiegach wynoszący ok. 30 chwastów/m² w kukurydzy nie jest akceptowalny. Plony były takie same we wszystkich metodach odchwaszczania i różniły się tylko od nietraktowanej kontroli (rys. 2. i 4.).
Podsumowując, jest to również niezwykłe i przyjemne z technicznego punktu widzenia, że kilka lat po wprowadzeniu metod sztucznej inteligencji do rozpoznawania roślin w rolnictwie, roboty chwastobójcze mogą prawidłowo rozpoznawać i zwalczać ponad 90% chwastów w rzędzie – przy mniej niż 5% stratach plonów. Połączenie sterowanego kamerą pielnika i opryskiwacza pasowego nad rzędami upraw jest szczególnie interesujące dla gospodarstw konwencjonalnych. Dzięki temu można osiągnąć najlepsze wyniki w zwalczaniu chwastów (95%), przy 80% oszczędności herbicydów. Precyzyjna kontrola pracy pielników między rzędami pozwala na zmniejszenie strefy oprysku herbicydem do 10 cm.
Wysoki wskaźnik zwalczania chwastów, wynoszący średnio 91% w połączeniu z pielnikiem palcowym był zdumiewający. Tak wysoki wskaźnik zwalczania chwastów został osiągnięty przy 0% strat rośliny uprawnej. Jednak pielnik palcowy może z pewnością powodować uszkodzenia upraw – zwłaszcza jeśli porusza się na bok w rzędzie. Ogólnie niskie straty w testach przypisujemy faktowi, że palce pielące były zawsze precyzyjnie prowadzone nad rzędami upraw dzięki precyzyjnemu wykrywaniu rzędów i hydraulicznemu przesuwowi bocznemu ramy pielącej.
Równoczesne dobre wyniki kontroli za pomocą pielnika palcowego można wytłumaczyć faktem, że chwasty z górnej warstwy siewnej pojawiły się później z powodu suszy podczas siewu w obu latach testów. W momencie pierwszego przejazdu pielnika znajdowały się więc jeszcze w stadium liścieni, podczas gdy rośliny uprawne miały już wykształcone dwa liście właściwe. Jednocześnie głębiej położone nasiona roślin uprawnych nadal miały dostęp do wody glebowej do skiełkowania.
Pielenie rzepaku
Mechaniczne zwalczanie chwastów w rzepaku było wcześniej uważane za szczególnie trudne. W zakładzie Ihinger Hof przeprowadzono próby polowe rzepaku ozimego w latach 2021 i 2022. Wykazano, że w zmodyfikowanym systemie uprawy – przy zmniejszonej obsadzie roślin (30 nasion/m²) i szerokości rzędów 50 cm – możliwe było skuteczne pielenie między rzędami za pomocą pielnika sterowanego kamerą. Stało się oczywiste, że sukces zależał od rozstawu rzędów rzepaku: liczba chwastów po pieleniu była znacznie wyższa przy węższym rozstawie rzędów (15 lub 25 cm) niż po zastosowaniu herbicydu na całej powierzchni. Z kolei przy międzyrzędziach 50 cm mechaniczne zwalczanie chwastów było na porównywalnym poziomie skuteczności, jak w przypadku zastosowania herbicydu. Ponadto rośliny rzepaku były silniejsze przy rozstawie 50 cm, miały znacznie grubszą szyjkę korzeniową przed zimą, a także dawały wyższe plony oleju.
Rzut oka w przyszłość
Całkowite koszty mechanicznego zwalczania chwastów (po uwzględnieniu wydajności) nadal są mimo wszystko znacznie wyższe niż w przypadku stosowania herbicydów. Jednym z powodów jest to, że szerokość robocza robota pielącego jest często mniejsza niż szerokość robocza opryskiwacza. Ponadto są one znacznie wolniejsze podczas zwalczania chwastów w rzędzie.
Robot K.U.L.T. InRow miał maksymalną prędkość roboczą 1 km/h w kukurydzy, burakach cukrowych i słoneczniku w każdym terminie zwalczania. Jeśli pielenie odbywa się tylko między rzędami roślin uprawnych, prędkość roboczą można zwiększyć do ok. 8 km/h. Prędkość robocza innych robotów pielących (np. Farming Revolution GT) również wynosi ok. 1 km/h. Kombinacje pielnika i opryskiwacza pasowego umożliwiają jazdę z prędkością od 4 do 6 km/h.
W przypadku kukurydzy i słonecznika pojedyncza aplikacja herbicydu jest często wystarczająca, aby utrzymać uprawę wolną od chwastów do zwarcia rzędów. Z drugiej strony, w przypadku buraków cukrowych, słoneczników i kukurydzy technologia pielenia wymaga od dwóch do czterech przejazdów, aby wystarczająco stłumić chwasty. Jest to kolejny powód, dla którego stosowanie herbicydów jest często korzystniejsze. Warto jednak mieć także na uwadze, że pielnik na glebach zlewnych także dodatkowo napowietrza glebę.
Roboty pielące stają się bardziej interesujące ekonomicznie, gdy gospodarstwa nie mogą już stosować herbicydów, nie chcą ich stosować lub uprawiają specjalne uprawy bez dozwolonych herbicydów. W tym przypadku technologia pielenia jest stosunkowo tańszą alternatywą dla wysokich kosztów pracy związanych z pieleniem ręcznym. Nadal jednak nie są to najtańsze rozwiązania. Koszt zawieszanego na ciągniku pielnika z kamerą to od 250 tys. zł do nawet 1 mln zł w przypadku pielnika pielącego w 2. poziomie (z usuwaniem chwastów w rzędzie).
Przykładowo, zwalczanie chwastów w uprawach warzyw wymaga do 100 godzin pracy ręcznej na hektar. Oprócz kryteriów technicznych i ekonomicznych systemy upraw są obecnie oceniane również pod kątem emisji gazów cieplarnianych. Silniki elektryczne robotów chwastobójczych wymagają niewielkiej mocy i mogą być zasilane z odnawialnych źródeł energii. Producenci robotów opryskujących (np. Ecorobotix ARA, Blue River See & Spray, Trimble Weed Seeker) również podają oszczędności herbicydów sięgające 90%.
Roboty pielące poziomu 3. mogą rozróżniać chwasty, a tym samym chronić poszczególne gatunki chwastów. Pomaga to zwiększyć bioróżnorodność. Jednak w celu zwiększenia bioróżnorodności należy zintegrować dalsze środki z systemem uprawy (np. uprawa mieszanek międzyplonów).
Ten artykuł pochodzi z wydania top agrar Polska 6/2025
czytaj więcej
