Nowości w mechanizacji sadownictwa (cz. I)

    kierownik Zakładu Agroinżynierii ISK Skierniewice

    Można z dużym przekonaniem stwierdzić, że technika ochrony roślin oraz mechanizacja zbioru odgrywają kluczową rolę w produkcji owoców. Całoroczny wysiłek sadownika może być wart tyle, co jeden zabieg, który się nie udał. Nowoczesny opryskiwacz można więc potraktować jako formę „polisy ubezpieczeniowej”. Im opryskiwacz jest bardziej nowoczesny, tym mniejsze jest ryzyko w ochronie.

    Kierunki rozwoju techniki opryskiwania sadów

    Rozwój opryskiwaczy był zawsze ściśle powiązany z postępem w agrotechnice sadów. Pierwsze, bardzo niedoskonałe opryskiwacze wentylatorowe były przeznaczone do ochrony przestrzennie rozbudowanych drzew w bardzo ekstensywnie wówczas prowadzonych sadach. Do dzisiaj takie maszyny znajdują zastosowanie w ochronie tradycyjnych sadów czereśniowych i cytrusowych, ale taka technika okazała się całkowicie nieprzydatna w sadach karłowych z niewielkimi drzewami o luźnych koronach.

    Ochrona sadów przy użyciu opryskiwaczy wentylatorowych rozpoczęła się zaledwie 50 lat temu. Wcześniej uprawy przestrzenne, w tym sady i krzewy owocowe, były opryskiwane przy użyciu ręcznych lanc sadowniczych. Prawdziwego przełomu dokonały opryskiwacze z pomocniczym strumieniem powietrza (PSP). Zastosowano w nich wentylator osiowy kierujący strumień powietrza na tzw. dzwon, który powodował zmianę kierunku strumienia powietrza o 90°, prostopadle do linii drzew. W szczelinie wylotowej powietrza lub jej sąsiedztwie były umieszczone rozpylacze. Taki układ jest wciąż aktualny, a obserwowane różnice są związane tylko ze stałym postępem użytych materiałów i podzespołów.

    Można z dużym przekonaniem stwierdzić, że rozwój technik opryskiwania jest obecnie ukierunkowany na:

    • doskonalenie techniki tradycyjnej (np. rozpylacze eżektorowe, opryskiwacze dwuwentylatorowe, wielorzędowe),
    • opryskiwacze recyrkulacyjne (tunelowe, kolektorowe, reflektorowe),
    • inteligentne opryskiwacze (np. opryskiwacze sensorowe).

    Doskonalenie tradycyjnych opryskiwaczy wentylatorowych

    Dotychczasowy rozwój konstrukcji opryskiwaczy sadowniczych był głównie ukierunkowany na ich doskonalenie. Opracowano m.in. bardziej precyzyjne wentylatory z deflektorami, a zwłaszcza wentylatory z tzw. „odwróconym ciągiem”, które zmniejszają straty cieczy użytkowej nawet o 15-20%. Z kolei przez wprowadzenie rozpylaczy eżektorowych, wytwarzających grube krople i jednocześnie redukujących liczbę drobnych kropel, znacząco ograniczono znoszenie cieczy użytkowej. Dzięki temu możliwe stało się przeprowadzanie zabiegów podczas wietrznej pogody. Ze względu na niski koszt i możliwość zamontowania rozpylaczy eżektorowych w każdym niemal opryskiwaczu, zyskały one już liczne grono zwolenników, co potwierdza stały wzrost ich sprzedaży.

    Wśród nowych rozwiązań, które pokazały się na naszym rynku, są opryskiwacze dwuwentylatorowe zbudowane z dwóch (fot. 1), a niekiedy nawet z trzech umieszczonych nad sobą wentylatorów osiowych. Zaprojektowano je z myślą o ochronie wysoko formowanych drzew, co poprawia szanse przetrwania kwiatów i zawiązków zlokalizowanych w górnej części korony. Dzięki zwiększeniu powierzchni ściany owoconośnej można również osiągnąć wyższe plony, w porównaniu z tymi uzyskiwanymi w sadach formowanych tradycyjnie. Nowa forma drzew wymusza jednak nowe podejście do problemu ochrony sadów, gdyż stosowane dotąd opryskiwacze wykazują niewystarczające naniesienie cieczy, zwłaszcza w górnych partiach drzew. Próby modyfikacji deflektorów w tradycyjnych opryskiwaczach, polegające na skierowaniu większej objętości strumienia powietrza ku górze, okazały się połowicznym rozwiązaniem ze względu na niewystarczającą wydajność wentylatorów (choć znacząco poprawiło to pionowy zasięg cieczy). Zwiększenie tej wydajności nie jest możliwe z powodu zbyt niskiej mocy stosowanych w polskich sadach ciągników. Z kolei tradycyjny wentylator pozbawiony deflektorów, którego silny strumień powietrza choć dosięgnie wierzchołków drzew o wysokości 5 m, ma już na takiej wysokości  niewielką prędkość i łatwo odchyla się ku tyłowi podczas ruchu opryskiwacza. Jednocześnie nadmierna objętość powietrza kierowana w dolną i środkową część korony znacząco zwiększa straty wywołane przedmuchiwaniem cieczy. Ponadto zbyt silny strumień powietrza stwarza niekorzystne warunki do osiadania kropel, gdyż powoduje równoległe ułożenie liści do strumienia powietrza. Zmniejsza się wówczas ich powierzchnia zdolna do wychwytywania kropel cieczy. W konsekwencji maleje naniesienie preparatu i rosną straty środka ochrony roślin.

    Zastosowanie dwóch wentylatorów wiąże się z potrzebą użycia dodatkowego układu przeniesienia napędu. Wśród dostępnych konstrukcji spotyka się trzy rodzaje rozwiązań z tego zakresu: mechaniczne, hydrauliczne i mieszane (hydrauliczno-mechaniczne). Choć pozornie najprostszym wydaje się napęd mechaniczny, takie rozwiązanie wiąże się ze znaczną masą układu emisji opryskiwacza i wysoko położonym środkiem ciężkości. Nie powinno to mieć większego znaczenia na terenach płaskich, ale może wpływać niekorzystnie na stabilność maszyny w terenie pagórkowatym. Hydrauliczny układ napędu wentylatorów jest pozbawiony tej wady, ale z uwagi na znaczną złożoność jest najbardziej kosztowny. Ponadto charakteryzuje się znacznymi stratami energii zamienianej na ciepło, co skutkuje stosunkowo wysokim zapotrzebowaniem mocy (ponad 60 KM) i w konsekwencji potrzebą posiadania ciągnika o większej mocy.

    Zalety mechanicznego i hydraulicznego układu przeniesienia napędu łączy w sobie opryskiwacz dwuwentylatorowy opracowany przez Zakład Agroinżynierii ISK we współpracy z firmą „Agrola”. Jest to oryginalna w skali światowej konstrukcja, która daje nowe możliwości ochrony wysoko prowadzonych drzew w sadach intensywnych. Jej nowatorstwo polega na zastosowaniu wentylatorów „z odwrotnym ciągiem”, które wykazały już swoją przydatność w naszych sadach oraz na możliwości regulacji wysokości położenia górnego wentylatora. Na szczególną uwagę zasługuje to ostatnie rozwiązanie możliwe dzięki zastosowaniu mechniczno-hydraulicznego układu napędu wirników. Do napędu dolnego wentylatora zastosowano klasyczny układ mechaniczny znany z tradycyjnych opryskiwaczy, podczas gdy górny wentylator napędzany jest silnikiem  hydraulicznym. W tym celu zastosowano dodatkową przekładnię napędzającą pompę hydrauliczną zasilającą silnik wentylatora. Zaletą takiej konstrukcji jest umiarkowane zapotrzebowanie mocy (45-50 KM) połączone z nieznanymi dotąd w opryskiwaczach dwuwentylatorowych możliwościami konfiguracji strumienia powietrza.

    Zwiększanie wydajności

    Rosnące koszty siły roboczej i brak rąk do pracy jest przyczyną zwiększania wydajności roboczej maszyn, w tym także opryskiwaczy. W sadownictwie, inaczej niż w przypadku płaskich upraw polowych, pole manewru jest niewielkie. Należy mieć bowiem na uwadze, że wydajność opryskiwaczy zależy od pojemności zbiornika, dawki cieczy oraz prędkości i szerokości roboczej. Jak łatwo zauważyć, trudno zmieścić w stosunkowo wąskich uliczkach roboczych sadu zbiornik o pojemności większej niż 2000 litrów. W prawidłowo chronionej plantacji, dla której ustalono właściwą dawkę cieczy i prędkość roboczą niełatwo doszukiwać się zwiększenia wydajności. Ponadto zbyt niskie dawki wody mogą skutkować niewystarczającą skutecznością z powodu nierównomiernego rozłożenia środka ochrony roślin na organach roślin. Podobne następstwa pociąga za sobą nadmierna prędkość robocza, która skutkuje nadmiernym znoszeniem i zagrożeniami dla środowiska. Pozostaje więc zwiększenie szerokości roboczej, czyli opryskiwanie kilku rzędów jednocześnie zamiast jednego lub – poprawniej – dwóch jego połówek.

    W tym celu skonstruowano wielorzędowe maszyny, w których strumień powierza, wytwarzany przy użyciu wentylatorów promieniowych, był tłoczony przewodami rurowymi ponad rzędami roślin do specjalnych kolektorów umiejscowionych w dwóch sąsiednich międzyrzędziach. Takie maszyny są używane do ochrony winorośli. Stosuje się tam również coraz powszechniej wielorzędowe opryskiwacze montowane na podwoziach kombajnów do winorośli. Były one zdolne do opryskiwania czterech rzędów jednocześnie, stając się największymi, najwydajniejszymi, ale i jednocześnie najdroższymi opryskiwaczami sadowniczymi. W Holandii próby skonstruowania takich maszyn podjęły się firmy  Munckhof (fot. 2) oraz  KWH. Opracowane tam trzyrzędowe opryskiwacze można uznać za sensowny kompromis pod względem spełnianych funkcji oraz ceny zakupu. W Europie pracuje zaledwie około 30 takich maszyn. Można mieć nadzieję, że znajdą one również zastosowanie w największych polskich sadach. Obawy obserwatorów wiążą się jednak z wydajnością powietrza, która musi wystarczyć na trzy, zamiast jak dotąd na jeden rząd. Oznacza to znacznie większe zapotrzebowanie mocy i obawy, czy wystarczy jej naszym krajowym ciągnikom. Kolejne wątpliwości budzi rachunek ekonomiczny ze względu na znacznie wyższą cenę zakupu w odniesieniu do przyrostu wydajności. Trzeba bowiem pamiętać, że opryskiwanie trzech rzędów zamiast jednego, wcale nie oznacza trzykrotnego wzrostu wydajności. Musimy również liczyć się ze spadkiem wydajności w związku z utrudnionym pokonywaniem uwroci oraz – co najważniejsze – z powodu ograniczonej pojemności zbiornika.

    Techniki recyrkulacyjne

    Dalsze możliwości rozwoju techniki opryskiwania poprzez doskonalenie istniejących opryskiwaczy PSP uległy już wyczerpaniu, gdyż pomimo wieloletnich prac rozwojowych wciąż nie rozwiązano kluczowych problemów związanych z ogromnymi stratami cieczy użytkowej. Przekraczają one we współczesnych sadach nawet 90%, co stało się głównym uzasadnieniem dla poszukiwania sposobu na odzyskiwanie cieczy użytkowej. W ten sposób powstały techniki recyrkulacyjne. W tej grupie najbardziej zawansowane w rozwoju są opryskiwacze tunelowe (fot. 3), które odzyskują i powtórnie wykorzystują część traconej dotąd cieczy użytkowej. Obok możliwości odzyskiwania 20-40% cieczy i znacznej redukcji dawki środków ochrony roślin oraz mniejszego zanieczyszczenia środowiska podkreśla się także mniejszą zależność tych opryskiwaczy od wiatru. Pomimo zalet, które sprawiają, że technika tunelowa jest najlepszą metodą opryskiwania sadów, skala jej praktycznego zastosowania jest niewielka. Głównymi przyczynami jest wyższa cena od opryskiwaczy tradycyjnych oraz przywiązanie do tradycyjnych rozwiązań. Kolejnym ograniczeniem, które pojawiło się w ostatnim okresie jest coraz częściej spotykana tendencja do wyższego formowania drzew w związku z wiosennymi przymrozkami. Pomimo tych ograniczeń obserwuje się coraz więcej opryskiwaczy budowanych we własnym zakresie przez sadowników. Takie podejście może być zapowiedzią zwiększonego zainteresowania maszynami tego rodzaju, co juz obserwuje się również w innych krajach.

    Interesującą, ale nieznaną w Polsce jest technika reflektorowa (fot. 4). Umożliwia ona opryskiwanie dwóch rzędów jednocześnie i dodatkowo odzyskanie do 20% cieczy roboczej. Wadą tej techniki są nisko umiejscowione reflektory, co wymaga bardzo wyrównanej powierzchni w sadzie, aby podczas ruchu agregatu niewielka nawet nierówność nie groziła ich zaczepieniem o ziemię.

    Inteligentne opryskiwacze

    Prawdziwą rewolucję mogą dopiero przynieść techniki realizujące koncepcje Rolnictwa Precyzyjnego. Pierwszymi były sadownicze opryskiwacze sensorowe, zdolne do stwierdzenia obecności lub braku opryskiwanych roślin np. drzew, chwastów oraz niemal natychmiastowego skierowania tam cieczy użytkowej. Ze względu na ograniczone możliwości tych relatywnie prostych maszyn są one stosowane w niewielkiej skali.

    Bardziej zaawansowane technicznie konstrukcje powstają w jednostkach naukowych. Pod kierownictwem dr. Grzegorza Doruchowskiego z ISK i we współpracy z uniwersytetami w Wageningen (Holandia) oraz w Turynie (Włochy) powstaje opryskiwacz o nieznanych dotąd cechach użytkowych o nazwie CASA (Crop Adapted Spray Application – technika opryskiwania modyfikowana charakterystyką upraw). Jest on wyposażony w układ trzech czujników ultradźwiękowych do skanowania rzędu drzew. Decydują one o otwarciu lub zamknięciu rozpylaczy, gdy w ich polu widzenia nie było widoczne drzewo. Ponadto liczba pracujących rozpylaczy i ich ciśnienie korygowane są stosownie do aktualnej szerokości i gęstości koron. Dzięki temu znacznie ograniczono straty środków ochrony roślin (do 80%) i tym samym zwiększono wydajność opryskiwacza. Ponadto skonstruowano wentylator,  w którym obok płynnej regulacji wydajności strumienia powietrza możliwe jest asymetryczne różnicowanie wydajności, oddzielnie dla prawej i lewej strony wentylatora. Jest to pierwszy w świecie wentylator z takimi możliwościami. Dzięki temu rozwiązaniu można będzie niwelować niekorzystny wpływ bocznego wiatru, kierując zwiększoną ilość powietrza przeciwnie do bocznego wiatru, a mniejszą z wiatrem. W ten sposób zmniejszy się równomierność naniesienia cieczy w rzędzie położonym od strony nawietrznej i straty wywołane jej przedmuchiwaniem przez rząd zawietrzny.

    fot. 1,3,4 R. Hołownicki
    fot. 2 archiwum