Cellesprøjtning af ukrudt i majs
Sammenfatning og konklusioner
I projektet ”Cellesprøjtning af ukrudt i majs” blev der opbygget og analyseret et sensorbaseret sprøjtesystem med en integreret enhed for automatisk opsamling af sprøjtetekniske data. Dette sprøjtesystem benævnes cellesprøjtning, idet der udelukkende sprøjtes i de områder eller celler på marken hvor der forekommer ukrudt. Alle øvrige områder, som ikke indeholder ukrudt, sprøjtes således ikke.
Da forekomsten af ukrudt i marken varierer meget og ukrudtet ofte vokser i pletter, vil dette sprøjtesystem bevirke at tabet på markens overflade reduceres markant. Det er med til at reducere potentialet for nedsivning af pesticider til grundvandet. Samtidig har beregninger i projektet vist, at pesticidforbruget mere end halveres.
1.1 Baggrund og formål
Baggrunden for dette projekt er de voksende problemer med at opfylde målsætningen i Pesticidhandlingsplan 2004-2009. Optimering af herbicidvalg, dosering, mekaniske metoder og konventionel sprøjteteknik synes ikke i stand til at modvirke den generelle stigning i behandlingshyppigheden. Det var hovedårsagen til formulering af projektets hypotese, som var at udnytte visionsystemer i forbindelse med sprøjtearbejdet og dermed muliggøre en stedspecifik behandling på decimeterniveau.
Formålet med projektet er at opnå en halvering i herbicidforbruget ved sprøjtning i majs ved kun at sprøjte i definerbare områder omkring ukrudtsplanterne og samtidig undlade at sprøjte i områder, hvor der ikke findes ukrudt. Målet var at undersøge, hvordan sprøjtearbejdet kan tilpasses markens variabilitet i ukrudtsbestand ved regulering af specielle sprøjtesystemer med integrerede visionsystemer, der samtidig muliggør automatisk dataopsamling og sporbarhed af sprøjtearbejdet.
Udover arbejdet med integrering af vision- og sprøjtesystemet blev der også foretaget biologiske effektstudier, således at den praktiske relevans af arbejdet kunne dokumenteres.
1.2 Undersøgelsen
Projektet var organiseret i fem arbejdspakker, der tilsammen udgjorde en helhed for systemopbygning, -optimering og dokumentation.
Arbejdet med analyser, udvikling og integrering af vision- og sprøjtesystemet blev gennemført på Aarhus Universitet, Institut for Jordbrugsteknik, mens de biologiske effektstudier blev gennemført på Institut for Plantebeskyttelse og Skadedyr.
Det visionbaserede sprøjtesystem blev udbygget til automatisk dokumentation af den udførte plantebeskyttelse samt forberedt til artsspecifik ukrudtsidentifikation, hvilket udførtes af Dansk Landbrugsrådgivning og Aarhus Universitet.
1.3 Hovedkonklusioner
Projektet har vist at det ved hjælp af visionbaseret sprøjteteknik er muligt at behandle markens overflade i små celler med et doseringsbehov, der ikke afviger væsentligt fra den dosering, der skal anvendes ved traditionel bredsprøjtning.
De teoretiske analyser har demonstreret, at cellesprøjtning i celler på 0,01 m² har et potentiale for 50-70 procent besparelse af pesticidforbruget.
Reduktionspotentialet stiger med faldende cellestørrelse. Ved en cellestørrelse på 30 x 107 mm stiger potentialet under givne forudsætninger til 80–90 procent i forhold til bredsprøjtning. Det anses dog for at være meget svært at opnå denne høje besparelser i praksis.
Under gode lysforhold kan cellesprøjten operere med hastigheder op til ca. 1 m/s svarende til 3,6 km/time.
Det er i projektet demonstreret, at det er muligt at opbygge et datasamplings-system, der i praksis kan foretage en realtidsdokumentation af en gennemført plantebeskyttelse i kraft af automatisk dataopsamling og -overførsel til en central server.
1.4 Projektresultater
Cellesprøjten er forsynet med et sæt af videokameraer i et visionsystem, der fotograferer markoverfladen umiddelbart foran sprøjtebommen. Det optagne billede analyseres for forekomsten af ukrudt. Når der findes en eller flere ukrudtsplanter i billedet, gemmes oplysninger om de steder, hvor de findes. På dette grundlag kan der fremstilles et lille og meget lokalt sprøjtekort over ukrudtsforekomsten (figur 1).
Billedet opdeles i rektangulære enheder (celler) på 30 mm i køreretningen og 107 mm på tværs. Fordi kameraerne er fastmonterede i forhold til sprøjtebommen, kan cellerne placeres sådan at dyserne – med en vis tidsforsinkelse – kommer til at passere hen over midten af hver celle. De celler, som ligger ved siden af hinanden i et bånd på tværs af kørselsretningen kommer således til at befinde sig under sprøjtebommen samtidigt.
Kameraerne er anbragt i en sådan højde over jorden, at billederne rummer seks cellebånd i køreretningen, hvor hvert bånd indeholder syv celler på tværs af køreretningen svarende til billedfeltet for ét kamera. Hvert billede bliver altså opdelt i 6*7 = 42 celler, som skal analyseres hver for sig.
Der oprettes et meget lokalt og enkelt sprøjtekort som, for hvert kamera, bare indeholder syv værdier - én for hver celle i et bånd. Cellerne analyseres for ukrudt efter hinanden i båndet på tværs af køreretningen. Hvis der detekteres ukrudt, markeres den pågældende celle for senere sprøjtning. I modsat fald sprøjtes cellen ikke.
Når programmet er færdig med et cellebånd beregnes hvornår cellebåndet kommer til at befinde sig lige under sprøjtebommen. Denne tid beregnes ud fra hvornår billedet er taget, kørehastigheden og afstanden fra kameraerne til sprøjtebommen samt hvor lang tid billedanalysen har taget. Tiden samt det enkelte sprøjtekort overføres til en mikroprocessor, som derefter varetager den egentlige sprøjtning.
Figur 1. Skematisk fremstilling af cellesprøjtesystemet for ét kamera.
Hvorvidt det i praksis er muligt at sprøjte ukrudt i små celler blev undersøgt ved cellesprøjtning af kamille med Roundup Bio i tre koncentrationer (n=0,45 l/ha).
Sprøjtningen blev gennemført i 10 x 10 cm celler ved en fremkørselshastighed på 1 m/s. Resultaterne fra de inderste 8,1 x 8,1 cm er angivet i figur 2. Sprøjtedysen TeeJet 6501-E er tillige testet ved 2 m/s. De fundne værdier svarer til, at der er opnået effekter på 95-98 procent ved den højeste dosering og på 75-95 procent ved den laveste dosering. Der er små forskelle mellem dyserne, og effekten ved 2 m/s har været fuldt på højde med effekten ved 1 m/s.
Figur 2. Friskvægt af kamille ved cellesprøjtning med Roundup Bio i tre doseringer (n=0,45 l/ha). Resultat fra de inderste 8,1 x 8,1 cm. Ubehandlet på samme areal=2,36 g (længde af Y-akse). LSDdos1,0 = 0,041. LSDdos0,6 = 0,089. LSDdos0,36 = 0,26.
I de teoretiske beregninger for potentialet for cellesprøjtning i majs blev der opstillet forskellige scenarier.
Behandlingshyppigheden for 2006 var 1,2 og det blev forudsat, at der ved brug af cellesprøjtesystemet sprøjtes tre gange, hver med en indsats svarende til en behandlingshyppighed på 0,4.
Effekten af pletvis forekomst af ukrudt og anvendelse af midler med jordeffekt (residualeffekt) ses i figur 3. Effekten på nyfremspiring i en behandlet celle antages at være på 90 procent. I figuren er vist resultatet fra tre forskellige ukrudtsintensiteter på henholdsvis 110, 220 og 330 ukrudtsplanter pr. m².
Figur 3. Pletvis ukrudtsfordeling. Behandlingsindeks som funktion af cellelængde/bredde ved ukrudtstætheder på 110, 220 og 330 planter pr. m² og en residualeffekt af herbicidsprøjtning på nyfremspiring på 90 procent. Kilde: Søgaard, personlig kommunikation.
En kombination af pletvis forekomst og herbicider med residualeffekt reducerer således behandlingsindekset til 0,29, hvilket skal sammenlignes med BI=0,40 ved ligelig fordeling af ukrudtet.
Det aktuelle potentiale for metoden skal valideres i markforsøg, men det kan på basis af det ovenstående konkluderes, at cellesprøjtning i celler på 0,01 m² har et potentiale for mindst 50-70 procent besparelse af pesticidforbruget baseret på de givne forudsætninger. Disse beregninger støtter altså en af projektets arbejdshypoteser.
Det udviklede sprøjtesystem er reelt designet med afsæt i en cellestørrelse på 30 x 107 mm, hvilket øger reduktionspotentialet endnu mere. Ved en ukrudtstæthed på 220 planter pr m² i pletvis forekomst og med jordeffekt (residualeffekt) taget med i effektberegningen, viser de ovenstående teoretiske beregninger – baseret på de givne forudsætninger - et besparelsespotentiale i størrelsesordenen 80–90 procent.
Version 1.0 Oktober 2008, © Miljøstyrelsen.