Κεφάλαιο 4. Μηχανήματα αραιώματος των φυτών

Κεφάλαιο 4. Μηχανήματα αραιώματος των φυτών Σύνοψη Η βελτίωση των σπαρτικών μηχανών και της προετοιμασία της σποροκλίνης και η υψηλή ποιότητα του σπόρου οδήγησε στην σπορά και τοποθέτηση του σπόρου εκεί όπου θέλουμε τα φυτά. Σε πολλές περιπτώσεις ιδιαίτερα η προετοιμασία της σποροκλίνης δεν είναι καλή και το σύστημα αποτυγχάνει, με αποτέλεσμα ανομοιόμορφες φυτείες που οδηγούν σε χαμηλές αποδόσεις. Η χρήση μηχανικών αραιωτήρων μπορεί να συμβάλλει στην εγκατάσταση περισσότερο ομοιόμορφων φυτειών. Ουσιαστικά σπέρνουμε μεγαλύτερο αριθμό φυτών και αφαιρούμε τα επιπλέον φυτά. Αυτό, αρχικά, γινόταν από μη επιλεκτικές μηχανές που έκαναν μια πολύ μέτρια δουλειά, νεότερες όμως μηχανές με χρήση νέων τεχνολογικών μπορούν να κάνουν επιλεκτική αφαίρεση των μη επιθυμητών φυτών και να βοηθήσουν στη δημιουργία ομοιόμορφων φυτειών σε καλλιέργειες υψηλής αξίας, όπως τα λαχανικά. Οι μηχανές αυτές περιγράφονται, δίνονται στοιχεία για τη λειτουργία τους και παρουσιάζονται οι νέες εξελιγμένες μηχανές που αναπτύσσονται, για να λύσουν το πρόβλημα. Προαπαιτούμενη γνώση Ο αναγνώστης καλά είναι να γνωρίζει θέματα, όπως ο γεωργικός ελκυστήρας και η χρήση του, τα μηχανήματα κατεργασίας του εδάφους και σποράς καθώς και να έχει γενικές γνώσεις για τη λειτουργία των δορυφορικών συστημάτων εντοπισμού θέσης στη Γη. 4. Μηχανικό αραίωμα 4.1. Η σημασία του αραιώματος Για τη γεωργία, η επίτευξη του επιθυμητού πληθυσμού φυτών στο χωράφι υπήρξε πάντα η βάση για την εξασφάλιση υψηλής παραγωγής. Παλαιότερα, η χρήση ανομοιογενούς πολλαπλασιαστικού υλικού αμφίβολης βλαστικής ικανότητας σε συνδυασμό με την περιορισμένη ακρίβεια των πρώτων σπαρτικών μηχανών ακριβείας ανάγκασε τους παραγωγούς να χρησιμοποιούν περισσότερο σπόρο από αυτόν που ήταν απαραίτητος για την επίτευξη του επιθυμητού πληθυσμού, έτσι ώστε να αποφύγουν τα κενά στο χωράφι. Είναι, βέβαια, γνωστό ότι πολλά φυτά, όπως το σιτάρι με τα αδέλφια ή το βαμβάκι με τους πλάγιους βλαστούς, μπορούν να καλύψουν τα κενά διαστήματα αναπληρώνοντας τις όποιες απώλειες παραγωγής. Αυτό, όμως, δεν είναι πάντα δυνατό, ιδιαίτερα όταν τα κενά είναι μεγάλα. Παλαιότερα, που η αμοιβή εργασίας ήταν μικρή, η συνήθης πρακτική ήταν να σπέρνουμε περισσότερους σπόρους από τον επιθυμητό αριθμό φυτών και μετά το φύτρωμα να ακολουθεί το αραίωμα, για να επιτύχουμε τον πληθυσμό που θέλουμε (Σχήμα 4.1). Το αραίωμα ήταν αναπόφευκτο και σε φυτά που είχαν σπόρους με περισσότερα από ένα έμβρυα, όπως οι πολύσπερμοι σπόροι των ζαχαροτεύτλων. Με την αύξηση, όμως, των αμοιβών της εργασίας το υψηλό κόστος του αραιώματος έκανε τη διαδικασία ασύμφορη. 1

Σχήμα 4.1. Εργάτες αραιώνουν ζαχαρότευτλα. Δύο είναι οι κύριες τακτικές που ακολουθήθηκαν, για να αποφευχθεί το κόστος του αραιώματος: 1. Η βελτίωση της ακρίβειας σποράς. Αυτό επιτεύχθηκε με τη δημιουργία σπόρων με ένα έμβρυο, υψηλής φυτρωτικής ικανότητας και με την ανάπτυξη σπαρτικών μηχανών υψηλής ακρίβειας που σε συνδυασμό με την καλή προετοιμασία της σποροκλίνης εξασφάλιζαν το φύτρωμα του επιθυμητού αριθμού φυτών. Αυτό στα αγγλικά εκφράστηκε με τον όρο planting to a stand δηλαδή σπορά εκεί που επιθυμούμε να έχουμε φυτά. 2. Η εφαρμογή αραιώματος με μηχανικά μέσα. Η πρώτη τακτική είναι αυτή που επικράτησε τελικά και σήμερα οι περισσότερες φυτείες εγκαθίστανται με σπαρτικές ακριβείας και υψηλής ποιότητας σπόρο. Σε ορισμένες ιδιαίτερες περιπτώσεις όμως, όπως π.χ. οι αντίξοες καιρικές συνθήκες κατά το φύτρωμα, εξακολουθούμε να έχουμε φυτείες με πολλά κενά, οι οποίες οδηγούν σε μειωμένες αποδόσεις. Σ αυτή την περίπτωση, όταν το φύτρωμα δεν είναι ικανοποιητικό, συχνά αναγκαζόμαστε να κάνουμε επανασπορά. Καταστρέφουμε, δηλαδή, με κατεργασία την καλλιέργεια που απέτυχε να φυτρώσει και σπέρνουμε ξανά. Η πρακτική αυτή, ωστόσο, συνεπάγεται μια σειρά από προβλήματα, όπως το αυξημένο κόστος από τη δεύτερη σπορά, τη μειωμένη δράση των ζιζανιοκτόνων που είχαν ήδη εφαρμοστεί με την πρώτη σπορά και για τα οποία δεν επιτρέπεται δεύτερη εφαρμογή κ.ά. Για να αποφύγουν την καταστροφή της πρώτης σποράς και να μειώσουν το κόστος χρησιμοποιώντας λιγότερο σπόρο τη δεύτερη φορά, ορισμένοι παραγωγοί σπέρνουν δίπλα από την προηγούμενη σειρά. Αυτό, όμως, είναι λανθασμένο, καθώς δημιουργούνται φυτείες με φυτά διαφόρων ηλικιών που δυσκολεύουν τη διαχείριση της φυτείας στη διάρκεια της βλαστικής περιόδου. Σε άλλες περιπτώσεις πάλι, επιλέγεται η λύση της μεταφύτευσης, η οποία είναι επίσης διαδικασία υψηλού κόστους, χαμηλότερου όμως από το αραίωμα με εργάτες. Η δεύτερη τακτική, το μηχανικό αραίωμα, εμφάνισε αρκετά προβλήματα και γι αυτό μετά από κάποιο διάστημα οι προσπάθειες για την ανάπτυξη κατάλληλων μηχανημάτων εγκαταλείφτηκαν. Σήμερα, όμως, με την πρόοδο της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών και της πληροφορικής υπάρχουν σοβαρές προϋποθέσεις να επανέλθει ως μια μέθοδος βελτίωσης της ποιότητας εγκατάστασης των φυτειών στο μέλλον. Παρακάτω αφιερώνεται λίγος χώρος για την περιγραφή των μηχανημάτων που αναπτύχθηκαν και βρήκαν εφαρμογή. Οι μηχανές αυτές αρχικά έκαναν μόνο αραίωμα, αργότερα όμως συνδυάστηκαν με καταστροφή ζιζανίων αλλά και τοπικούς ψεκασμούς. 2

4.2. Μηχανικοί αραιωτήρες Σχήμα 4.2. Διάγραμμα μηχανήματος μηχανικού αραιώματος φυτών. Οι μηχανικοί αραιωτήρες είναι εργαλεία τα οποία μπορούν να κατεργάζονται το έδαφος κατά διαστήματα πάνω στη γραμμή των φυτών και να καταστρέφουν τα φυτά που είναι φυτρωμένα. Ένα απλό σύστημα έχει μια σειρά από εργαλεία τσαπάκια που περιστρέφονται γύρω από έναν οριζόντιο άξονα πάνω στη γραμμή των φυτών (Σχήμα 4.2 & Σχήμα 4.3). Κάθε φορά που το εργαλείο έρχεται σε επαφή με το έδαφος, καταστρέφει τα φυτά σε ένα μήκος γραμμής ίσο με το πλάτος του εργαλείου. Στο εργαλείο που απεικονίζεται, τα ίδια τα τσαπάκια με την κλίση τους δίνουν περιστροφική κίνηση στον άξονά τους. Σε άλλες κατασκευές τα σκαπτικά εργαλεία παίρνουν κίνηση από τροχό εδάφους. Σ αυτή την περίπτωση, με επιλογή κατάλληλης σχέσης μετάδοσης της κίνησης σε ένα κιβώτιο σχέσεων, καθορίζονται τα διαστήματα που θα καταστρέφονται τα φυτά της γραμμής. Επομένως, η ρύθμιση είναι ανεξάρτητη από την ταχύτητα του γεωργικού ελκυστήρα. Μια άλλη λύση είναι να δίνεται κίνηση από τον δυναμοδότη του ελκυστήρα ή από κάποιο υδραυλικό κινητήρα. Σ αυτή την περίπτωση το εργαλείο περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα και, επομένως, η ρύθμιση πρέπει να περιλαμβάνει συνδυασμό ταχύτητας του ελκυστήρα, ταχύτητας περιστροφής και αριθμού εργαλείων. 3

Σχήμα 4.3. Μηχανικό αραίωμα ζαχαροτεύτλων. Μια άλλη μορφή σχεδιασμού φέρει εργαλεία που παλινδρομούν κάθετα στη γραμμή των φυτών και καταστρέφουν ένα μήκος γραμμής σε κάθε παλινδρόμηση (Σχήμα 4.4). Το σύστημα χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα που τροφοδοτεί ένα πνευματικό έμβολο, το οποίο παράγει τις παλινδρομικές κινήσεις. Το ποσοστό των φυτών της γραμμής που καταστρέφεται είναι συνάρτηση του αριθμού των χτυπημάτων ανά μέτρο γραμμής, του μεγέθους των εργαλείων και της ταχύτητας μετακίνησης. Σχήμα 4.4. Πνευματικός αραιωτήρας φυτών με σκαπτικό μηχανισμό που παλινδρομεί. Βασική προϋπόθεση για την καλή λειτουργία των μηχανικών αραιωτήρων και του επιτυχημένου αραιώματος είναι να έχουμε τα φυτά φυτρωμένα κανονικά, χωρίς κενά, και εμείς να αφαιρούμε ορισμένα φυτά σε κανονικά διαστήματα αφήνοντας όσα χρειάζονται. Στην πραγματικότητα, όμως, το φύτρωμα στο χωράφι σπανίως είναι κανονικό και πολλές φορές, για διάφορους λόγους, μπορεί να υπάρχουν μεγαλύτερα ή 4

μικρότερα κενά διαστήματα μεταξύ των φυτών επάνω στη γραμμή. Το πρόβλημα, λοιπόν, με τους συμβατικούς μηχανικούς αραιωτήρες είναι ότι καταστρέφουν τα φυτά ανεξάρτητα αν στη συνέχεια ακολουθεί κενό, το οποίο δεν έχουν τη δυνατότητα να διακρίνουν. Το αποτέλεσμα σε αυτή τη περίπτωση είναι μάλλον κακή κατανομή φυτών στο χωράφι και προβλήματα στη διαχείριση και στην τελική παραγωγή. Γι αυτό και η χρήση τους ήταν περιορισμένη. 4.3. Μηχανικοί αραιωτήρες με ηλεκτρονική υποβοήθηση Σχήμα 4.5. Επιλογή φυτών με ανάλυση εικόνας. 5

Όπως αναφέρθηκε, με την ανάπτυξη των τεχνολογιών των ηλεκτρονικών και της πληροφορικής και την εφαρμογή τους στη γεωργία τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκαν τεχνολογίες που μπορούν να διακρίνουν τα χρήσιμα φυτά πάνω στη γραμμή. Μια κάμερα που κινείται πάνω στη γραμμή των φυτών με ειδικούς αλγορίθμους μπορεί να αναγνωρίζει τα φυτά της καλλιέργειας (Σχήμα 4.5). Μετά την αναγνώριση των φυτών έχουν αρχίσει να αναπτύσσονται αλγόριθμοι επιλογής των φυτών που θα παραμείνουν (τα ευρωστότερα και πιο αναπτυγμένα). Στη συνέχεια, χρειάζεται ένα εργαλείο που να καταστρέφει τα μη επιθυμητά φυτά. Ένα τέτοιο πρωτότυπο μηχάνημα φαίνεται στο Σχήμα 4.6 (Siemens et al., 2011). Το μηχάνημα χρησιμοποιεί ένα μηχανικό τσαπάκι που ενεργοποιείται από ένα πνευματικό έμβολο και καταστρέφει τα φυτά που έχει επιλέξει το υπολογιστικό σύστημα, αναλύοντας τις εικόνες από την κάμερα καταγραφής. Το ίδιο μηχάνημα έχει δοκιμαστεί και για καταστροφή των ανεπιθύμητων φυτών με ψεκασμό με κάποιο ζιζανιοκτόνο ή θεϊκό οξύ ή πυκνό αζωτούχο διάλυμα (Σχήμα 4.7). Μετά τον εντοπισμό των φυτών, ένα ακροφύσιο μπορεί να κατευθύνει το χημικό στα μη επιθυμητά φυτά και να τα καταστρέψει (Fennimore et al. 2013). Η εταιρεία Blue River στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει ήδη προχωρήσει στην εμπορική αξιοποίηση ενός μηχανήματος που πραγματοποιεί αραίωση με χημικά μέσα σε φυτείες μαρουλιού (Σχήμα 4.8). Τέλος, τα ίδια τα μηχανήματα που έχουν αναπτυχθεί για την καταστροφή των ζιζανίων επάνω στις γραμμές (όπως περιγράφτηκαν στο σχετικό κεφάλαιο) μπορούν να χρησιμοποιηθούν με κατάλληλη τροποποίηση του λογισμικού τους και για το μηχανικό αραίωμα της φυτείας. Ένα τέτοιο μηχάνημα που χρησιμοποιεί δίσκους με αφαιρεμένα τμήματά τους που, καθώς περιστρέφονται, καταστρέφουν μέρος των φυτών της γραμμής, φαίνεται στο Σχήμα 4.9. Σχήμα 4.6. Μηχανικός αραιωτήρας με σύστημα αναγνώρισης των φυτών και μηχανικό τσαπάκι (δεξιά) για την καταστροφή των μη επιθυμητών φυτών. Σχήμα 4.7. Νεαρά φυτά μαρουλιού που έχουν αραιωθεί με μηχανικό τρόπο (αριστερά) και φυτά που έχουν καταστραφεί με ψεκασμό ζιζανιοκτόνου (δεξιά) 6

Σχήμα 4.8. Μηχάνημα αραίωσης φυτών μαρουλιού με ηλεκτρονικό σύστημα ανίχνευσης και ψεκασμό της εταιρείας Blue River. Σχήμα 4.9. Μηχανικός αραιωτήρας με περιστρεφόμενους οριζόντιους δίσκους. Γενικότερα όλες οι κατασκευές που περιγράφηκαν στα μηχανικά σκαλιστήρια που λειτουργούν πάνω στις σειρές των φυτών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για το μηχανικό αραίωμα. Οι νέες μηχανές έχουν καλά αποτελέσματα και επιτυγχάνουν φυτείες με καλούς πληθυσμούς φυτών, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.10. Αναμφίβολα τα επόμενα έτη θα έχουμε ανάπτυξη και νέων ιδεών για καλύτερη αναγνώριση περισσότερων φυτών με επεξεργασία εικόνας. Επίσης, τα συστήματα εντοπισμένης εφαρμογής χημικών και τα μηχανικά μέσα καταστροφής των μη επιθυμητών φυτών θα συνεχίσουν να βελτιώνονται, καθώς νέες τεχνολογίες εισάγονται διαρκώς στη γεωργία. Σήμερα τα μηχανήματα αυτά είναι πολύ υψηλού κόστους και η χρήση τους δικαιολογείται σε καλλιέργειες υψηλής αξίας, όπως τα κηπευτικά. Καθώς, όμως, το κόστος της τεχνολογίας μειώνεται, αναμένεται σύντομα να βρουν εφαρμογές και σε άλλες μεγάλες καλλιέργειες, όπως τα ζαχαρότευτλα. Για την ώρα η επιμελημένη σπορά ακριβείας σε καλά προετοιμασμένο χωράφι δίνει την οικονομικότερη λύση. 7

Σχήμα 4.10. Σύγκριση μεταξύ μηχανικά αραιωμένης φυτείας μαρουλιού με ηλεκτρονικό σύστημα υποβοήθησης (αριστερά) και μη αραιωμένης φυτείας (δεξιά). Βιβλιογραφία/Αναφορές Fennimore, S.A., Smith R. F., Tourte L., Siemens M., Heraud J. (2013) Evaluation of an Automated Lettuce Thinner. California Leafy Greens Research Program. April 1, 2012 - March 31, 2013. Siemens, M.C. (2014). Robotic Weed Control.In: Proceedings 66th Annual California Weed Science Society. Meeting the Challenge for a Hungry World: Weed Management Strategies in the Coming Decade Monterey, California. Προτεινόμενη βιβλιογραφία για εμβάθυνση Culpin C. (1992) Farm Machinery January 1992, Wiley-Blackwell Siemens M.C. R. Herbon, R.. R. Gayler,D. Brooks and K. D. Nolte1(no date) Automated Machine utomated Machine f g, or Thinnin or Thinning, Weeding and Spot Spraying http://cemonterey.ucanr.edu/files/132403.pdf Siemens M.C., R. Herbon, R.R. Gayler, D. Brooks and K.D. Nolte (2011). Automated Machine for Thinning, Weeding and Spot Spraying. http://cemonterey.ucanr.edu/vegetable_crops/conference_presentations/ Βρέθηκε στις 24/9/15. Smith R. (2015). Mechanical Vegetable Thinning and Precision Weed Management Technology http://nwhortsoc.com/wpcontent/uploads/2015/01/post14automated-thinner-materials-talk-weed-school-nov-181.pdf 8

Κριτήρια αξιολόγησης 1. Ποιες τακτικές ακολουθήθηκαν για να αποφευχθεί το κόστος του αραιώματος 2. Αναφέρετε τις βασικές αρχές λειτουργίας των μηχανικών αραιωτήρων. 3. Με ποιους τρόπους η εισαγωγή των ηλεκτρονικών βελτίωσε το μηχανικό αραίωμα. 9