Hírek, szakcikkek A távérzékelés használatának korlátai a növényvédelemben
Az elmúlt és feltehetően a soron következő évek mezőgazdasági nyelvezetében a precíziós gazdálkodás, mint kifejezés meglehetősen előkelő helyen szerepel.
A termőterületeken, az egyes táblák egy adott pontjáról származó adatok alapján az ott specifikusan alkalmazott talajművelés, tápanyag-utánpótlás és agrotechnika mellett óhatatlanul felmerül az igény, hogy a növényvédelmet is helyspecifikusan, az adott ponton található növényállomány egészségügyi helyzetének ismeretében oldjuk meg. Az ehhez szükséges adatok mennyisége, valamint az az igény, hogy minél több korrekt adatot minél gyorsabban juttassunk el arra a szintre, ahol a döntés megszületik, mindenképpen olyan megoldást igényel, amely sokkalta gyorsabb a manuális felvételezésnél.
A vizuális szemlézés korlátai
Jelen állapotok szerint a növényvédelmi beavatkozást megalapozó döntéshez szükséges adatokat a növényvédelemért felelős szakember manuálisan, kis hatékonysággal gyűjti össze. Ha olyan dolgot lát a szemlézés során, ami a döntése szerint védekezést igényel, akkor azt a táblát, de lehet, hogy a gazdaságban az összes, ugyanazon kultúrával vetett táblát növényvédő szeres kezelésben részesíti.
Ennek a módszernek vannak nyilvánvaló hátrányai is. Elsőként említhető a nagyon kis teljesítmény. A gépjárműben, táblamegközelítéssel eltöltött idő tiszta időveszteség. Úgyszintén az a táblán az egyes felvételezési pontok közötti mozgásra fordított idő. Egy magasan képzett, jól megfizetett, tehát meglehetősen költséges növényvédelmi szakirányító „drága” munkaidejét kocsikázásra, sétálásra pazarolni nem túl bölcs dolog. Másodsorban megemlítendő az a tény, hogy a jelenlegi, vizuális megfigyelésen alapuló rendszerben a növényvédelemért felelős személy képtelen annyi ponton megfigyeléseket végezni, amennyi elég lehetne a precíziós gazdálkodás egyéb elemeinél alkalmazott adatsűrűséghez. Ilyenkor előfordulhat valahol a táblán olyan foltszerű fertőzési góc, amelyet a szakember véletlenszerű felvételezési pont kijelölésével nem talált meg. Döntése a hibás alapadatok miatt helytelen lesz, mivel fertőzöttség hiányában nem hoz döntést a védekezésről. Pedig a kórokozó ott van, ám egy kis góc, illetve szűkebb környezete kezelésével a probléma kis ráfordítással könnyedén orvosolható lenne.
Harmadik szempontként mindenképpen megemlítendő: ha a felmérés során előkerül egy kórokozó, de a táblának csak kis része fertőzött, akkor miért van szükség az egész tábla kezelésére? Amennyiben még a fertőzési folyamat legelején, lehetőleg az inkubációs idő alatt sikerül felderíteni a viszonylag kis felületű fertőzött gócokat, nagy anyag- és kijuttatásiköltség-csökkentés érhető el.
A drónhasználat evolúciója
A növényzet egészségi állapotának hatékony, gyors felmérésére a drónok meglepően jól használhatók. Egy drónnal nagyon gyorsan nagyon nagy területet lehet bejárni. Gyakorlatilag bármilyen kamerával, akár többel is felszerelhető, így meglehetősen sok mindent láthat. A nyert információkat tárolni, de nagy sebességgel továbbítani is tudja. Kamera mellett/ helyett akár speciális permetezőeszközzel is ellátható, így, ha azonosítható betegséget észlel, a kezelést is elvégezheti.
A drón oda is belát, ahová az ember nem
Ez a drónhasználat alapesete. Lényegében a drónnal a kezelő keresztül- kasul berepüli a vizsgált táblát. Ha pedig valahol valami gyanúsat észlel, lehetősége van közelebb manőverezni, ránagyítani, a képeket elmenteni és a hely GPS-koordinátáival együtt tárolni. Ezek után a növényvédelmi szakember vagy a képek, vagy későbbi vizuális értékelés alapján dönthet arról, hogy beteg-e a növény. E módszerrel elméletileg máris rengeteg időt lehet megspórolni. Nem kell sok helyre elmenni kocsival, gyalogolni a sárban, feleslegesen taposni a talajt olyan helyeken, ahol a növényzetet semmiféle betegség sem sanyargatja. Ha megfelelő kamerarendszerrel van szerelve a drón, akkor jó néhány betegséget akár kép alapján is azonosíthat a képzett növényvédős szakember. Természetesen vannak a csak drónra alapozott észlelésnek hátrányai is. Elsőként azt kell megemlíteni, hogy sok esetben a drónról egészségesnek tűnhet a növényzet, de közben mégis beteg. Ez vagy amiatt következhet be, mert a drón nem látja, vagy pedig amiatt, mert a drónt kezelő szakember nem ismeri fel a betegséget. Az első alapesetre a legjobb példa az őszi árpa. Tavasszal, a szárba indulás után a növény a nagyon gyakran súlyosan beteg alapi levelei fölé pár nap alatt többemeletnyi egészséges levelet fejleszt. Az állomány messzebbről és a magasból nézve is idillien zöld, egészséges képet mutat. A drónnak nincs keze, nem tudja széthajtani a lombozatot, hogy láthassa az alsó leveleken tobzódó kórokozók tüneteit. Elméletileg közelre repülve a drón okozta légmozgás széthajthatja a levélzetet, de a kórokozók jelenlétének felismeréséhez a mozgó leveleken igen jó eséllyel speciális, drága, nagy felvételi sebességű kamera szükséges, és az adatátviteli sebességnek is ehhez méretezetten nagyon nagynak kell lennie.
1. kép Ezt látja egy drón az infravöröshöz közeli hullámhossztartományban (Fotó: Szondi Attila)
Megoldást jelenthet a drónhasználat következő szintjére lépni: a látható fény hullámhossztartományán kívüli spektrumban vizsgálni a növényzetet és az NDRE index (Normalized Difference Red Edge) segítségével beazonosítani az egészséges növényzetétől eltérő indexű foltokat (1. kép). A bármely okból, akár élettani folyamatok félresiklása, akár fertőző növénybetegségek támadása miatt stresszben lévő növények felismerésére alkalmas index az
NDRE = (NIR-RE/NIR+RE)
képlettel írható le, ahol a NIR a közeli infravörös tartományban történő kisugárzás, az RE pedig 680–730 nm között, az ún. vörös él (Red Edge) tartományban történő kisugárzás. A második eset már jóval bonyolultabb. Endoparazita kórokozók (a legtöbbjük ilyen) fellépése esetén a kórokozó vizuálisan csak akkor észlelhető, ha már túl van az inkubációs időn és/ vagy elhalt egy szakaszon a növény és/ vagy megjelennek a kórokozóra jellemző termőtestek, szaporítóképletek. Ilyen esetben már célszerűbb a számítógép tudására támaszkodni, amely például megállíthatja a drónvideó lejátszását olyankor, ha bármelyik érzékelési spektrumban gyanús, fertőzött növényzetre jellemző tüneteket (foltokat, esetleg a kórokozó szaporítóképleteit) észlel. Ezzel a módszerrel azonban csak akkor tudja észlelni a kórokozót, amikor az az adott fajra jellemző tüneteket már kialakította. Az infravöröshöz közeli hullámhossztartományban is dolgozó kamera segítségével, úgynevezett multispektrális felvételre alkalmas drón használatával viszont ez a probléma is kiküszöbölhető.
Beteg növények felismerése
Ehhez a módszerhez már komolyabb kamerával vagy kamerákkal felszerelt drón szükséges. Olyan képeket kell készítenie a beteg növényekről, hogy egy erre korábban megtanított számítógép segítségével a kórokozó akár faji szinten beazonosítható legyen, és alkalmasnak kell lennie a képnek arra is, hogy a beteg növényeket – a megváltozott élettani folyamataik miatt az egészségestől eltérő kisugárzásuk által – még a tünetek megjelenése előtt, az inkubációs fázisban felismerje a komputer.
Hogy miért van erre szükség? A faji szintű beazonosításra azért, hogy az adott növénybetegségre leginkább alkalmas készítményt és dózist lehessen alkalmazni a probléma megoldása érdekében. A jelenleg még meglehetősen tág, bár folyamatosan szűkülő fungicid hatóanyag- és szerválasztékból azt vagy azokat érdemes kiválasztani (amennyiben nincs más korlátozó tényező, mint például az élelmezés-egészségügyi várakozási idő), amelyik a jelen lévő kórokozók ellen a lehető legjobb hatékonyságot nyújtja. A dózis is kérdéses lehet, hiszen több fungicid esetében kórokozónként eltérő dózisok engedélyezettek. Ahhoz, hogy a drónról származó információ alapján egy számítógép azonosítani tudja, hogy az adott növényen milyen kórokozó látható, rengeteg korábbi kép alapján kell „felokosítani” a gépet. Nemcsak a tipikus tüneteket kell rögzíteni ugyanis a gép memóriájában, hanem az atípusos előfordulások egész sorát is. Valamint az összes lehetséges hasonló tünetet is, amelyek más kórokozótól vagy más okból keletkeztek. A drón által történő direkt határozásnak, felismerésnek vannak egyéb buktatói is. A sárgarozsda (Puccinia striiformis) atípusos, foltszerű tüneteit és ennek szerepét a kórokozó megnövekedett áttelelési képességében még csak négy-öt éve ismerjük. A tünetet viszont egy drón szemszögéből, felülről nézve gyakorlatilag lehetetlen beazonosítani. Fentről csak egy amorf, éles szegélyek nélküli, sárga folt észlelhető, amely sok minden lehet. Csak akkor mondható, hogy sárgarozsda okozta a foltot, ha a kórokozó uredotelepei, a rozsdapusztulák megjelentek a levélen. A sárgarozsda ilyenkor viszont csak a talaj felé eső felületen sporulál, függetlenül attól, hogy az a levél színe vagy fonáka-e. A drón tehát igen jó eséllyel sohasem láthatja egy ilyen tünetnél a rozsdapusztulákat, mivel nem tudja megfordítani a levelet, és nem tudja azt végighúzni az ujjai között. Márpedig a rozsdafertőzés legkönnyebben úgy mutatható ki és különböztethető meg egyértelműen más, hasonló tünetekkel bíró növénybetegségektől, hogy a fertőzött levelet áthúzván az ujjaink között a spórák tömege elszínezi a bőrünket. Épp ekkor, a multispektrális drónok használatával nyílik meg a lehetőség arra, hogy ne csak az emberi szem által látható fény hullámhossztartományában vizsgáljuk a növényzetet, hanem több, az emberi érzékelés határán kívüli tartományban is folytassuk az érzékelést. A kórokozók által megbetegített növény ugyanis sok esetben számunkra ugyanolyan zöldnek tűnik, mint az egészséges, viszont más, infravörös és ahhoz közeli hullámhosszú fényben nézve már teljesen más képet mutathat. A beteg, a kórokozóval harcban álló növény légzése felerősödik. Ez az úgynevezett parazitogén légzés jó eséllyel érzékelhető megfelelő kamerával, még úgy is, hogy a beteg növény energiakibocsátása sok esetben nem sokkal nagyobb, mint az egészséges növényé, mivel ilyenkor az asszimiláták jókora része nem az energiatermelést segíti, hanem a kórokozó leküzdésére alkalmas egyes anyagok, például antioxidánsok előállítását. A parazitogén légzés intenzitása nagyon sok mindentől függ, többek között a növény tápanyag-ellátottsága, de a kórokozó faja is nagymértékben befolyásolja. Jelenléte ugyanakkor nem fajspecifikus, így, ha kíváncsiak vagyunk a kórokozó fajára, ezt az információt vagy később, a tünetek megjelenése idején, vagy más módszerrel kell megszereznünk. Amiben a drónok a beteg növények gyorsabb, hatékony felismerésében segítségünkre lehetnek, az az infravörös és az ahhoz közeli hullámhossztartományban végzett leképezés és az ennek alapján számított normalizált Red Edge eltérési index (NDRE). Az egészséges növények a fotoszintézis során a 680–730 nm közötti hullámhossztartományban sugározzák ki azt az energiát, amely a fotoszintézis mellett folyó légzés során keletkezik. Gyakorlatilag ez a kisugárzás védi az egészséges növényeket a túlhevüléstől. A stresszelt, fertőzött, beteg növénynek a létrejött parazitogén légzés miatt fokozottabb szüksége van a felesleges energia eltávolítására, így a kisugárzása ebben a hullámhossztartományban erősebb. Amennyiben ez az index a megnövekedett kisugárzás miatt eltér az egészséges növényekre jellemző értékektől, úgy a növény megbetegedését, harcát a benne terjedő kórokozóval már akkor fel tudjuk ismerni, amikor még semmilyen szabad szemmel látható tünet nem utal betegség jelenlétére.
A drónok használatának, a távérzékelésnek itt lehet a legnagyobb kézzelfogható, gyakorlati haszna. Ha a betegséget, a kórokozó jelenlétét még a tünetek megjelenése előtt észleljük, már a kártétel bekövetkezte előtt lehetőségünk nyílhat a védekezésre. A betegség felismerése és lokalizálása még a tünetek megjelenése előtt jelentős előnyt jelenthet a gazdálkodóknak. Időben, még preventív, illetve kisebb területen eradikatív kezelést alkalmazhatnak a szinte mindig gyengébb hatékonyságú kuratív kezelés helyett, és – amennyiben lehetséges – akár drón segítségével, csak a fertőzött gócpontok kezelésével nagy költségcsökkentést is elérhetnek.
Napjainkban már nem feltétlenül van szükség arra, hogy a kórokozó azonosításához megvárjuk a legelső tünetek megjelenését. Léteznek már olyan, az adott kórokozóra jellemző fajspecifikus enzimrendszeren alapuló azonosító egységcsomagok, amelyekkel néhány csepp növényi nedvből kideríthető, hogy egy adott kórokozó okozta-e a fertőzést vagy sem. Ilyenkor a drón által az NDRE-index segítségével bemért fertőzött állományból a helyszínen, még jóval az első tünetek megjelenése előtt lehetőség van a jelen levő kórokozó meghatározására és a növényvédelmet érintő döntések (szerválasztás, dózis stb.) meghozatalára.
Növényvédelem drónnal
Ha sikerült a drónhasználattal lokalizálni egy adott táblán az egyes kórokozók által megfertőzött, illetve a fertőzési folyamat egyes szakaszaiban lévő növényegyedek csoportjait, joggal merülhet fel a kérdés, hogy miért nem drón segítségével végezzük el a növényvédelmet. Erre gyártott drón használatával, megfelelően átalakított szórófejekkel, permetlével ez lehetséges, bár a konkrét használatnak jelenleg még rengeteg, részben jogi akadálya van.
Mikor permetezzünk drónnal és mikor ne?
A drónnak mint permetezőeszköznek a használata nagymértékben függ a növényt megtámadó kórokozó fajától, illetve a kórokozók egyes jellemző tulajdonságaitól. Ha például végigtekintünk a kalászos gabonák fontosabb növénybetegségein, akkor láthatjuk, hogy nagyon sok esetben a drónok növényvédelmi gépként való használata nem lehetséges vagy nem célszerű.
Ne használjuk permetezésre a drónt, ha:
1. olyan betegség kórokozója támadja az állományt, amely talajból fertőz. Ilyenkor a lombozatra kijuttatott fungicidek hatékonysága eleve annyira alacsony, hogy a védekezés ilyen módon teljesen értelmetlen, egyebek mellett például a kalászfehéredésért is felelős torsgomba (Ophiobolus graminis), illetve a nagyobb hóval járó telek után az őszi árpát sújtó tifulás tőrothadás (Typhula incarnata) esetében. Ezen betegségeknél eddig sem a levélre permetezett fungicidek hozták el a megváltást, és így van ez még akkor is, ha szántóföldi permetezőgép helyett drónnal juttatjuk ki a szereket;
2. kép Hálózatos levélfoltosság őszi árpa talaj közeli levelein (Fotó: Hertelendy Péter)
2. szintén nem célszerű drónnal végrehajtani a növényvédelmet olyan kórokozók ellen, amelyek esetében nem a kórokozó jelenléte okozza a védekezési indikációt, hanem a fertőzési folyamathoz szükséges egyéb tényezők. Ez lehet a fogékony fenológiai fázis a növény részéről vagy a fertőzés számára kedvező időjárási és egyéb tényezők összessége. Ide sorolandó az az eset is, amikor azért védekezünk egy adott időpontban egyes kórokozók ellen, mert később valamilyen ok miatt azt hatékonyan már nem tehetjük meg. A búzát, a durumot, a tritikálét károsító kalászfuzáriózis (Fusarium spp.) esetében a fogékony fenológiai állapoton (kalászolás – tejes érés vége) túl a kórokozó számára kedvező, csapadékos időjárás adja meg a jelet a védekezésre. Az őszi árpa esetében a szárba szökkenés idejében tudunk a növények tövénél levő levelekre még jó borítással fungicidet juttatni. Mindegy, hogy milyen kórokozó tenyészik ott, ha ekkor nem védekezünk, később a gyorsan kialakuló levelek miatt ez a terület fungicidekkel már elérhetetlen lesz (2. kép);
3. ne használjunk drónt permetezésre akkor sem, ha az adott kórokozó ellen kizárólag a preventív védekezés hatékony. Tipikusan ilyen a kalászfuzáriózis. Ellene kuratív módon még a jelenleg legjobb készítmények is rendkívül gyenge hatékonyságúak. Ráadásul hiába is pusztítanánk el kuratív védelemmel a Fusarium gombát a gabonaszem belsejében, ha az már előtte belejuttatta rendkívül mérgező mikotoxinjait;
4. akkor sem célszerű drónnal végrehajtani a védekezést, ha az adott kórokozó ellen speciális kijuttatási technikára, szórófejre van szükség. Itt ismét a kalászfuzáriózis lehet a jó példa. A fuzáriumfertőzés ellen a kalászt oldalról kell permetezni. Vannak ugyan szántóföldi permetezőgépek esetében erre a célra kifejlesztett speciális szórófejek, de ezeket drónra nem lehet felszerelni. A drónokon használt speciális szórófejek a szélsőségesen kis permetlémennyiség miatt szélsőségesen kicsiny cseppmérettel működnek. Ezeket az apró cseppeket a drónt a levegőben tartó propellerek okozta légmozgás függőleges pályán mozgatja a növényzet irányába. A kalászok oldalról történő permetezéséhez viszont a permetlécseppeknek vízszintes vagy azt erősen közelítő pályán kell mozogniuk. A drónnal végzett permetezés során csak a kalász hegyét tudnánk felülről lepermetezni és megvédeni. Pont azokat az általában kicsi, csökött szemeket, amelyek a legelső rostálásnál, tisztításnál amúgy is veszteséglistára kerülnének;
5. végezetül akkor sem igazán célszerű a drónnal elvégezni a növényvédelmet, ha olyan kórokozó ellen védekezünk, amely gyakori, sok esetben a tábla egészét egyszerre meg tudja fertőzni. Elméletileg használható lenne a drón ilyenkor is, de teljes táblákat kellene vele kezelni. Ezen kórokozók esetében nem alakulnak ki fertőző gócok, amelyek
kezelésével a teljes tábla fertőzésmentes maradna. Gyakorlatilag a kalászos gabonákat veszélyeztető rozsdabetegségek és az eddig említett fajok kivételével ide tartozik szinte valamennyi, a gabonákat veszélyeztető kórokozó. Lehet drónnal védekezni ellenük, de pont a drón adta helyspecifikus fertőzési adat maradna kihasználatlanul, ha az egész táblát védeni kell. Ugyanakkor a drónhasználat által biztosított előnyt, vagyis a tünetek megjelenése előtti észlelés lehetőségét itt már ki lehet, sőt célszerű is használni. Nem kell drónnal permetezni, ha nincs értelme, de permetezzünk minél korábban, ha már a drón használatával lehetőség nyílt a betegség sokkal korábbi felismerésére.
A drónhasználat célszerű és ajánlott
3. kép Levélrozsda-pusztulák őszi búza levelén (Fotó: Hertelendy Péter)
Minden olyan esetben, amikor a kórokozó néhány kicsiny, sok esetben hagyományos módon nehezen felderíthető gócpontból kiindulva fertőzi az állományt. A különböző búzafajokat és a tritikálét veszélyeztető rozsdák, mint például a sárgarozsda (Puccinia striiformis), levélrozsda (Puccinia recondita) (3. kép) és a meglehetősen ritka, de iszonyatos pusztító erővel bíró feketerozsda (Puccinia graminis f.bsp. tritici) esetében a drónok nemcsak a fertőző gócok korai, még a fertőzési folyamat legelején való felismerésében nyújthatnak nagy segítséget, hanem egy permeteződrón használatával meglehetősen olcsón, kis vegyszer- és egyéb költség felhasználásával gyorsan meg is szüntethető a probléma. E fajok esetében – főképp a fertőzés korai szakaszában – a kórokozónak a növényállományban való szélsőségesen heterogén, gócos előfordulása miatt a felderítésben is hatalmas segítséget jelenthetnek a drónok, de a fertőzött, viszonylag kis felületű gócok kezelése is szinte kimondottan nekik való feladat.
Amennyiben tágabb körben nézünk körül, és elvonatkoztatunk az eddig példaként használt kalászos gabonáktól, látható, hogy a főbb szántóföldi kultúrák esetében a kalászosokhoz hasonlóan nem túl nagy azon kórokozók száma, amelyek esetében a drónnal való permetezésnek a kórokozók biológiájából vagy más okból következően létjogosultsága lenne. Hazánkban a legnagyobb szántóföldi vetésterülettel rendelkező kukorica esetében nem találunk olyan betegséget, amely olyan gócos megjelenésű volna, amely ellen a góc lokalizálását követően a drónt permetezésre is használhatnánk. Ha a kukoricában permetezni kell, akkor azt a teljes táblán el kell végezni. Alapvetően az olyan kórokozók száma is kevés, amelyek ellen a vegetációs időszakban permetezni kellene. A helmintospóriumos levélfoltosság (Exserohilum turcicum), valamint az aflatoxin- szennyeződésért döntően felelős csőpenészedés (Aspergillus spp., Alternaria spp., Cladosporium spp.) esetében szóba jöhet az állománypermetezés, de csak úgy, hogy az a tábla teljes felületét érinti.
A repce fontosabb betegségei közül a fómás levélfoltosság és szárrák (Phoma lingam) esetében szintén csak táblaszintű védekezés lehet célszerű. Ugyanez a helyzet a becőket károsító alternáriás megbetegedés (Alternaria brassicae, A. brassicicola) esetében. A szintén nagyon veszélyes fehérpenészes rothadás (Sclerotinia sclerotiorum) viszont talajból támadó kórokozó, még a szekunder, aszkospórás eredetű fertőzés esetén is, hiszen az aszkuszok a talaj felszínén levő apotéciumokból indulnak útjukra. Itt a lombozatra kijuttatott fungicidek egyedül a szekunder fertőzés ellen jó hatékonyságúak, de csak preventív kezelés esetén és a tábla teljes felületének permetezésével.
4. kép Cerkospórás levélfoltosság tünetei cukorrépán (Fotó: Hertelendy Péter)
