|
Cellesprøjtning af ukrudt i majs 1 Indledning1.1 BaggrundI Pesticidplan 2004-2009 vurderes det, at der også efter år 2009 vil være potentiale for at reducere brugen af pesticider. Behandlingshyppigheden har i årene fra 2002 til 2006 vist en stigende tendens, mens målsætningen for Pesticidplan 2004-2009 er at nedsætte behandlingshyppigheden fra 2,04 i 2002 til 1,7 ved udgangen af 2009. Derfor er der behov for alternative løsninger for at kunne imødekomme fremtidens udfordringer i at kombinere en rentabel produktion med høj fødevaresikkerhed og en minimal påvirkning af den omgivende natur. Et indsatsområde kunne være en sprøjteteknologisk udvikling, der sikrer, at pesticiderne tildeles i rette mængde på rette sted, uden at der samtidig sker unødigt tab til det omgivende miljø. Der har i efterhånden mange år været interesse for at kunne foretage en varieret dosering af pesticider efter et sprøjtekort. Problemet har dog ofte været at få indhentet informationer, der kunne danne baggrund for udfærdigelse af sprøjtekortet, idet der sjældent er tid til denne ekstra arbejdsindsats, inden sprøjtningen foretages. Et godt sprøjteresultat afhænger bl.a. af timing, hvilket er svært at kombinere med en ekstra arbejdsgang i forbindelse med udfærdigelse af sprøjtekortet. Desuden har pesticiderne i mange afgrøder indtil de seneste år været så billige, at det ikke kan betale sig at gennemføre en grundig registrering af ukrudtsproblemerne i marken inden sprøjtningen. Der er udviklet og anvendt flere forskellige kommercielle systemer til brug for varieret dosering til sprøjtning efter et sprøjtekort (Christensen et al., 2003; Gerhards et al., 2003; Giles, 1999; Miller, 1997), ligesom der har været arbejdet meget med reduktion af tab til omgivelserne i form af vindafdrift. I England er der indført et system, der vægter sprøjtedyserne efter afdrifsrisici (Local Environmental Risk Assessments for Pesticides – Lerap). I Holland er der også indført et lignende system for at hindre forurening af overfladevand (Zande et al., 2002) Derimod har der internationalt ikke været samme fokus på tab af pesticider på jordoverfladen i forbindelse med pesticidsprøjtninger og specifikt ved ukrudtsbekæmpelse, hvor de største tab på jorden må forventes på grund af ringe afgrødedækning af jorden på bekæmpelsestidspunktet. I pesticidforskningsprojektet “Model based tool for evaluation of exposure and effects of pesticides in surface water” blev der foretaget undersøgelser af afsætningen på jord i 4 markafgrøder (Jensen & Spliid, 2003). I kornafgrøder bidrager afgrøden til plantedækket, og tabet på jord blev her målt til at udgøre ca. 2/3 af det udsprøjtede pesticid. I bederoer udgør afgrødens dækning derimod en ubetydelig andel ved ukrudtssprøjtning, og i undersøgelsen blev der målt tab på jord på op til 99%. Majs indgik ikke i undersøgelsen, men må med den nu anvendte dyrkningsteknik med stor rækkeafstand og tidlig ukrudtssprøjtning antages at bidrage ubetydeligt til den samlede plantedækningsgrad. Tabet ved bredsprøjtning i majs må derfor forventes at være over 95%. På Aarhus Universitet, Institut for Jordbrugsteknik er der tidligere gennemført forskningsprojekter, hvor visiongenkendelse af planter i marken har været central. I projektet Rækkedyrkningssystem II, rækkestyring (1997-2001) blev der på Institut for Jordbrugsteknik udviklet et visionbaseret system til styring af redskaber, fx radrensere og båndsprøjter, i forhold til afgrøderækker (Søgaard & Olsen, 2003). Styrenøjagtigheden lå inden for en til to cm. I projektet ”Udvikling af autonom platform og informationssystem til registrering af afgrøde og ukrudt” (API, 2001-2003) blev der arbejdet med visionregistrering af ukrudt og afgrøde på to niveauer. Dels blev der udviklet en metode til registrering af generel ukrudtsforekomst i kornafgrøder med henblik på at kvantificere konkurrenceforholdet mellem afgrøde og ukrudt (Olsen, 2006), og dels blev der udviklet en metode til artsklassificering af ukrudtsplanter på kimbladsstadiet (Søgaard, 2005). Viden fra API projektet er anvendt som grundlag for udvikling af en metode til registrering og analyse af ukrudt i majs. I projektet Robotbaseret ukrudtsbekæmpelse (RoboWeed, 2002-2006) er der bl.a. blevet arbejdet med visiongenkendelse og sprøjtning af enkeltplanter. Det visionstyrede sprøjtekoncept udviklet i dette projekt kan ikke direkte anvendes i nærværende projekt, da det forudsætter lav fremkørselshastighed (< 0,7 km/t) bl.a. på grund af den høje præcision (behandlingsenheder på 5 ´ 5 mm). Viden fra RoboWeed projektet vedrørende integration af visionsystem og sprøjtesystem bliver dog udnyttet i nærværende projekt. På Aarhus Universitet, Institut for Plantebeskyttelse og Skadedyr er gennemført et projekt vedrørende optisk detektering og sprøjtning af ukrudt på banestrækninger (Heisel & Christensen, 1999). Arbejdet har siden resulteret i en færdigudviklet sprøjtetrolje, som er i stand til at foretage en målrettet ukrudtsbekæmpelse med en hastighed på op til 45 km/t (www.banedanmark.dk). Systemet registrerer og behandler ukrudt i zoner på 120 ´ 30 cm. Fra dette projekt inddrages viden om integration af realtids ukrudtsregistrering og sprøjtning ved høj hastighed. I USA er der udviklet et sensorbaseret system, Weed Seeker (www.ntechindustries.com), til bl.a. sprøjtebekæmpelse af ukrudt imellem afgrøderækker. Hver enhed i dette system har en sensor til registrering af ukrudt og en tilsvarende sprøjtedyse til behandling af registreret ukrudt. Et fuldt system vil typisk bestå af flere sådanne enheder monteret parallelt på en bom eller lignende. En enkelt enhed dækker en arbejdsbredde på ca. 30 cm. I fald sensoren detekterer grøn vegetation inden for sit 30 cm brede synsfelt, åbnes der for en sprøjtedyse, der dækker samme arbejdsbredde. På Silsoe Research Institute er der udviklet et visionstyret sprøjtesystem, der fremføres af en selvkørende markrobot (Hague et al., 2002). Systemet kan operere på arealer med udplantede blomkål og kan selektivt sprøjte blomkål og ukrudt med få centimeters nøjagtighed. Forudsætningen for, at visionsystemet kan skelne mellem blomkål og ukrudt, er imidlertid, at blomkålsplanterne generelt er større end ukrudtsplanterne, og at de er udplantet i et fast og genkendeligt todimensionalt mønster. Systemets virkemåde er således baseret på forudsætninger, som ikke er opfyldt ved sprøjtning i majs. Tian (2002) beskriver et forsøg med visionbaseret sprøjteteknologi i sojabønner og majs, men præcisionen og besparelsespotentialerne var langt mindre end for det system, som beskrives i dette projekt, idet ukrudtsregistreringen og sprøjtningen blev udført i behandlingsenheder på 51 ´ 61 cm. I projektet Agrobots (2005-2006) blev der udviklet en robotplatform med vision til bestemmelse af ukrudtspletter i korn samt styringsenheder for regulering af sprøjteenheden. Med introduktionen af Dansk Markdatabase (Bligaard, 2004) er der fremkommet en række muligheder for at kunne dokumentere og udnytte GIS-baserede markdata. Dansk Markdatabase er grundlæggende et centralt internetarkiv baseret på en SQL-server, hvor landmanden kan opbevare ejendommens markdata på en struktureret måde. I tilknytning til databasen er der udviklet en stribe applikationer, der gør det muligt for landmanden at tilgå og sammenstille data, eksempelvis i forbindelse med udarbejdelse af den lovpligtige sprøjtejournal. Ultimo 2007 er der således ajourførte mark- og afgrødeoplysninger for ca. en mio. ha i Dansk Markdatabase. I nærværende projekt er der specifikt arbejdet med visionbaseret sprøjteteknologi med automatisk overførsel af markregistreringer til dansk markdatabase i forbindelse med ukrudtssprøjtning i majsmarker. Arealet med majs er steget fra 60.000 ha i år 2000 til 135.000 ha i år 2005. Dette svarer til 6 % af det samlede landbrugsareal. Udgifterne til sprøjtning af ukrudt i majs er ca. 8 gange større end udgifterne til sprøjtning i korn, hvilket forventes at øge landmændenes interesse for at anvende nye teknologier, der både reducerer omkostningerne og behandlingsindekset. 1.2 ProblemformuleringBehandlingshyppigheden stiger - stik mod det forventede og ønskede. Pesticidplan 2004-2009 har som målsætning at nedsætte antallet af behandlinger til 1,7 ved udgangen af 2009, men i stedet er behandlingshyppigheden steget siden 2002. Optimering af herbicidvalg, dosering, mekaniske metoder og konventionel sprøjteteknik har ikke modvirket den generelle stigning i behandlingshyppighed. 1.3 ArbejdshypoteserDer er behov for nytænkning og et teknologispring, hvis pesticidhandlingsplanens målsætninger skal fastholdes. Vores hypotese er, at det er muligt at foretage en visionbaseret, stedspecifik sprøjtning af felter med ukrudtsplanter og tilsvarende undlade at sprøjte markens overflade i områder uden ukrudt. Dette vil reducere forbruget af pesticider samtidig med, at den biologiske effekt opretholdes, og unødig tab til jordoverfladen reduceres. Det er også vores hypotese, at det er muligt at foretage en dokumentation af produktionsprocessen ved automatisk dataoverførsel og dermed sikre en effektiv sporbarhed. 1.4 FormålDet er projektets formål at udvikle teknologi, der kan reducere forbruget af herbicider med mindst 50 % ved sprøjtning i majs, sammenlignet med den mængde, der anvendes ved konventionel sprøjteteknik. 1.5 MålProjektets mål er at undersøge, hvordan sprøjtearbejdet kan tilpasses den stedspecifikke ukrudtsvariabilitet på decimeterniveau ved on/off regulering af specielle sprøjtesystemer, der opbygges af kommercielt tilgængelige komponenter. Det er ligeledes målet at etablere et system med en effektiv sporbarhed ved hjælp af GPS-positionering og logning af de aktuelle sprøjtetekniske parametre.
|