Aplikace přípravků na ochranu rostlin s využitím bezpilotních prostředků

01. 07. 2022 Doc. Ing. Milan Kroulík, Ph.D., Ing. Petr Hnízdil; Česká zemědělská univerzita v Praze Mechanizace Zobrazeno 654x

Na tablet přichází varovná zpráva o lokálním výskytu škůdců na pozemku a jeho šíření porostem. Po několika minutách práce na počítači v kanceláři, spojené s letovou přípravou a plánů ošetření insekticidy, se dá vše do pohybu kliknutím na tlačítko „start“. Otevírají se dveře speciálních kontejnerů a za nezaměnitelného zvuku roztočených vrtulí se roj bezpilotních prostředků, osazených aplikační technikou, vydává koordinovaně na cílené ošetření napadeného porostu. Pro splnění úkolu se několikrát vracejí zpět do kontejneru, kde jim je autonomně vyměněn akumulátor a doplněna nádrž s postřikovou jíchou. V tuto chvíli jsme si pomohli scifi námětem a scénář si vymysleli.

Na druhou stranu, vzhledem k prudkému tempu vývoje bezpilotních prostředků, akumulátorů nebo ovládacích prvků a softwaru, nemusí být tento příběh v brzké době nesplnitelný. Koneckonců, zmíněný kontejner v úvodu jsme si převzali z návštěvy výstavy Agritechnica v roce 2019, kde například společnost John Deere představila hned dva směry pro využití bezpilotních prostředků. K vysoké operativnosti bezesporu například přispěje také nová vize kabiny traktoru, která může být zmíněnou kanceláří s přehledem o provozu ostatní techniky a celkovém dění na farmě. Jednotlivé ovládací prvky nahrazují velkoplošné panoramatické dotykové displeje.

Realita použití

Jaká je však realita současnosti. Bezpilotním prostředkům, tak jak se dnes prezentují, byla předvídána velká budoucnost spojená především se zemědělstvím. Odhady trhu naznačovaly, že 70 % produkce bezpilotních prostředků bude směřovat do zemědělství.

S nasazením se počítá především s pořizováním snímků v širokém rozsahu vlnových délek elektromagnetického záření. Díky relativní dostupnosti techniky, vysoké operativnosti nebo vysokému rozlišení snímků je možné získávat velmi podrobná data o porostu a jeho stavu. S tím se tedy nabízí využití pro cílené ošetření pomocí bezpilotních prostředků. Tady však nastávají, především legislativní, omezení.

Především je letecká aplikace přípravků na ochranu rostlin od 1. 7. 2012 zakázána podle § 52 odst. 1) zákona č. 326/2004 Sb., o rostlinolékařské péči a o změně některých souvisejících zákonů ve znění platném (dále jen zákona), lze ji provést POUZE, je-li povolena podle §52 odst. 2) zákona. Požadavky na leteckou aplikaci stanovené v § 52 zákona, se nevztahují na leteckou aplikaci pomocných prostředků (včetně bioagens) podle § 54 zákona [1]. Tolik přesný výklad. Letecké aplikace jsou zakázány ve všech členských státech EU.

Létání s bezpilotními prostředky rovněž podléhá pravidlům civilního letectví v každém členském státě [2]. Přestože jsou na trhu dostupné aplikační bezpilotní prostředky, jejich využití není samozřejmostí a podléhá schvalování.

V souladu s jednáním se zástupci UCL je v rámci splnění určitých legislativních podmínek možné legálně provozovat postřik z bezpilotních prostředků. Je to ale vždy na individuální žádost a posouzení UCL. Prostředek musí v takovém případě mít oprávnění k provozu (ohlášená provozní koncepce, technický popis, využití a nahlášený pozemek) a operátor musí mít kvalifikaci A1, A2, A3. Dále zde musí být osoba s oprávněním k nakládání s prostředky ochrany rostlin. V rámci ČR jsou zatím schválené dva bezpilotní prostředky pro tuto činnost.

Každopádně se nasazení bezpilotních prostředků pro ošetření a aplikaci přípravků ověřuje a vyvíjí. Jednou z klíčových otázek bude omezení úletu přípravků mimo cílovou oblast. V případě aplikace vybraných biologických prostředků jsou bezpilotní prostředky již využívány.

Využití jinde

Na druhou stranu jsou země, kde je využívání bezpilotních prostředků pro aplikace povoleno a využíváno. Nám nejblíže je to Švýcarsko, kde je aplikace povolena za předpokladu, že piloti mají příslušné povolení, splňuji bezpečnostní předpisy a udržují unášení (drift) pod stanoveným limitem.

K zemím, kde je povolená aplikace s využitím bezpilotních prostředků, patří USA, Brazílie, Jihoafrická republika, Čína, Thajsko, Indonésie, Austrálie, Nový Zéland, Jižní Korea.

Možný potenciál bezpilotních prostředků

Jaký je potenciál pro využití bezpilotních prostředků pro aplikace? Díky schopnosti autonomně aplikovat a přemísťovat se na místa aplikace, se jako nejvhodnější využití pro bezpilotní prostředky ukazuje ošetření malých ploch a bodové aplikace. Výhodná je aplikace ve vytrvalých kulturách, jako jsou sady a vinice. Nejen vinice, ale celá řada dalších plodin se nachází v obtížně dostupném terénu. Dalším prostorem jsou podmáčené plochy nebo neprostupné porosty. Prostě v místech, kde není možné zasáhnout konvenčními mechanizačními prostředky a traktory.

V takových případech byl farmář odkázán na použití zádového postřikovače se všemi riziky, které s sebou aplikace nese od navyšování spotřeby chemických přípravků, nedostatečného ošetření, zpoždění aplikace, nerovnoměrnosti ošetření, kontaminace prostředí, kvality produkce a samozřejmé negativního dopadu na zdraví obsluhy.

A oblast použití rozhodně není malá, protože ruční zádové postřikovače patří ve světovém měřítku k nejrozšířenějším prostředkům ochrany rostlin. O dodržování bezpečnostních předpisů během aplikací můžeme často silně pochybovat. Nasazení bezpilotních prostředků v řadě aplikací rovněž umožnilo přeskočit určitý vývojový krok v zavádění jednoduché mechanizace.

Rozdílný přístup k nasazení bezpilotních prostředků se také odvíjí od úrovně vyspělosti zemědělství a velikostí podniků. Pro zemědělsky vyspělé země, kde je aplikace povolena, dávají zemědělci přednost komplexnímu servisu ze strany profesionálních poskytovatelů a uzavírají tím jakýsi pomyslný kruh precizního zemědělství. V méně rozvinutých regionech si vyměňují zádové postřikovače a bezpilotní prostředky sami farmáři. V daných regionech je snaha o zavádění uvedených metod ošetřování podpořena obchodní spoluprací poskytovatelů bezpilotních prostředků s výrobci přípravků na ochranu rostlin, jako je Bayer, Dow AgroSciences nebo Syngenta.

Použití bezpilotních prostředků je zajímavé také pro potlačování invazních druhů rostlin. Tato problematika se týká mnoha regionů po celém světě, včetně naší republiky. Výhody nasazení se ukazují opět v obtížně dostupných místech.

Pokud hovoříme o aplikačních prostředcích, nemusí se vždy jednat o aplikace postřiků. Velký prostor se otevírá pro distribuci užitečných organizmů na cílové lokality. Může se jednat o dravé vosičky, roztoče nebo další užitečné organizmy a přirozené nepřátele škůdců. V řadě případů je aplikace podobných způsobů ochrany komerčními prostředky nebo ruční aplikací omezena neprostupností porostu. Jako další příklady uvádíme aplikaci přípravku na hubení slimáčků, zejména cílenou aplikací na okrajové části pozemků. Za jistou formu biologické ochrany může být považováno aktivní plašení ptactva.

Nelze opomenout také výsevy například pomocných plodin nebo meziplodin.

Nabídka bezpilotních prostředků

V současné nabídce bezpilotních prostředků je možné nalézt modely od malých nádrží a výkonů po objemy nádrže v řádech desítek litrů (tab. 1).

Tab. 1: Přehled vlastností vybraných typů bezpilotních prostředků pro aplikaci přípravků; cena je pouze orientační - přepočítána kurzem 22,62 CZK/USD (podle pramenů z FutureFarming upravil Kroulík)

Co se děje u nás

V souvislosti s vývojem bezpilotních prostředků pro ochranu rostlin rovněž představujeme současné projekty prototypové laboratoře Technické fakulty České zemědělské univerzity neboli ProLabu TF. V Prolabu je realizován vývoj a výroba aplikačních zemědělských autonomních platforem v souladu s požadavky precizního zemědělství a Průmyslu 4.0.

Aplikační bezpilotní prostředky pro vzrostlé a solitérní stromy

Ve spolupráci s MČ Prahy 6 vyvíjí Technická fakulta ČZU Praha aplikační bezpilotní prostředek na postřik jírovce maďalu (Aesculus hippocastanum L.) proti klíněnce jírovcové (Cameraria ohridella). Jedná se o test alternativy ke stávajícím možnostem aplikací postřiku. Tato metoda přináší řadu výhod, jsou to zejména univerzálnost použití na jakoukoliv výšku stromu, jednoduchost přepravy, rychlost aplikace (není třeba žádná plošina) a v neposlední řadě také ekonomická výhodnost. Projekt je ve fázi testování na vybraném stromořadí.

Projekt Agronaut

Vývoj univerzální bezpilotní platformy pro potřeby precizního zemědělství. Koncept modulárního nosiče detekčních přístrojů a aplikačních doplňků (postřikovače). Prostředek vychází z uspořádání ramen X8. Je to 50% letový demonstrátor s nosností 12 kg. Na tomto zařízení Prolab Technické fakulty testuje řídící software, celkové letové chování - odezvy a reakce stabilizace, přesnost a letový čas. Dále se zde testuje prototyp sklopné postřikové lišty.

Úlet kapek jako klíčový faktor kvality a bezpečnosti aplikace

Jako významný úkol, který řeší řada týmů, je omezení úletu (drift) kapek přípravků mimo cílovou oblast. Zatímco bezpilotní prostředky využívají nejnovější technologie pro létání, řízení a autonomní provoz, v některých základních podmínkách mají navrch moderní postřikovače. Přes řešení problému driftu jsou využívány sofistikované technologie v podobě speciálních trysek nebo elektrostatické systémy, je vzhledem k počátkům v nasazení bezpilotních prostředků pro aplikaci přípravků, otázka kvality práce a driftu je velmi aktuální.

Výrobci bezpilotních prostředků řeší tyto problémy pomocí sofistikovaných technologií, jako jsou rotační rozprašovací trysky, elektrostatické systémy a další. Pro veškerá chemická ošetření jsou přijímána opatření pro snížení úletu kapaliny.

Pro omezení úletu přípravků je doporučena celá řada opatření, která riziko úletu zmírňují, mohou však narážet na řadu technických omezení. Pro používané typy trysek na stávajícím postřikovači je doporučeno, na základě „Tabulky tříd omezení úletu - Zařízení pro polní plodiny“ z roku 2015 vydané ÚKZÚZ (Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský), nastavení pracovního tlaku na 600 kPa a výšky rámu nad porostem 0,5 m pro snížení úletu o 50 %. Pro 70% snížení je tlak dále snížen na 250 kPa. Důležitá je rovněž poznámka, že v případě polních plodin nelze překročit pojezdovou rychlost 8 km/h a rychlost větru 3 m/s, pokud to další prováděcí předpisy neuvádějí jinak. Jedná se o opatření, která mají zamezit úletu mimo ošetřovanou plochu, především při ošetřování okrajů pozemků. I když je v odborné literatuře za úlet kapek považován odnos části objemu kapaliny z postřikovače, mimo cílovou plochu prostřednictvím větru, v obecném zájmu je každopádně zamezit úletu také v rámci pozemku.

Z technického hlediska je klíčové dodržování doporučené výšky rámu nad povrchem půdy případně porostu 0,5 m. Na druhou stranu se vystavujeme riziku při ošetřování vzrostlého porostu, kdy kontakt rámu s porostem může znamenat, i přes technická řešení sklápění rámu při kontaktu s překážkou, závažné poškození rámu a dlouhodobější odstavení stroje. Z tohoto důvodu je mimo okrajové plochy pozemku, z důvodu nerovnosti terénu, volena pracovní výška od 0,9 m až po 1,5 m.

Při použití modelu DRIFTSIM [3] (Zhu a kol., 2004) bylo možné sestavit, pro daný typ trysek a pracovní nastavení, modelové situace pro dané podmínky práce a nastavení. Při zadání rychlosti větru 3 m/s a pracovním tlaku 500 kPa byl vypočítán úlet nejmenších kapek (74–224 μm), při výšce rámu 0,9 m, do vzdálenosti 3,4 m. S výškou 1,5 m se vzdálenost úletu navýšila na 7,4 m. Kapky o velikosti 224–373 μm se dostávaly do vzdálenosti 1,4 m. Při zesílení větru na 4 m/s byla vzdálenost úletu při shodné výšce rámu 1,5 m již 9,7 m. Ke změnám rovněž dochází při změně vlhkosti vzduchu a teploty, kdy dochází současně k výparu kapek. Oproti tomu doporučené nastavení rámu 0,5 m v modelové situaci výrazně eliminovalo úlet kapek na minimum. Dodržování uvedené výšky by však bylo zajištěno na úkor pracovní rychlosti a výkonnosti soupravy.

Souhrn

Je jasné, že tato opatření budou muset splňovat také bezpilotní prostředky. Jak ukazují výsledky výzkumných prací, významná pozornost musí být věnována osazení tryskami, nastavení a provozu. Nicméně v současné chvíli platí, že nasazení bezpilotních prostředků je limitováno jednak pravidly, která mnohdy nedrží krok s vývojem moderních technologií nebo prostě jasnými přímými zákazy, kam patří také letecká aplikace přípravků na ochranu rostlin.

Graf 1: Modelový výpočet úletu kapek vybraného typu trysky při rozdílné výšce rámu nad povrchem; parametry nastavení modelu: pracovní tlak 500 kPa, rychlost větru 3 m/s, teplota vzduchu 14 °C, relativní vlhkost 70 %

Kontejner pro obsluhu bezpilotních prostředků

Velkokapacitní bezpilotní prostředek pro aplikaci kapalných přípravků nebo hnojiv

Vize kabiny traktoru pro vzdálenou správu dat a prostředků

Bezpilotní prostředek AGRAS vybavený aplikačním zařízením

Testování kvality a rovnoměrnosti postřiku z bezpilotního prostředku s využitím vodocitlivých papírů

Šíření rostlin bolehlavu plamatého (Conium maculatum) do porostu řepky

Aplikační bezpilotní prostředek pro vzrostlé a solitérní stromy

Projekt Agronaut, realizovaný v ProLab TF

Prezentované výstupy byly získány také s podporou projektu QK21010170 „Nová koncepce sadů s nástupem technologií 4.0“.