Sparčiai auga cheminių medžiagų naudojimas žemės ūkyje, didėja aplinkos užterštumas, stiprėja su tuo susijęs neigiamas poveikis žmonių sveikatai. Visa tai kelia vartotojų, visuomenės ir politikos formuotojų susirūpinimą ir verčia atsigręžti į ekologinius žemės ūkio pasėlių priežiūros būdus. Dėl to mechaninės augalų apsaugos priemonės tampa vis svarbesnės. Plati mechaninės ir automatizuotos pasėlių priežiūros mašinų gama suteikia geras galimybes pasirinkti tinkamiausią.

Aplinkos tausojimo ir ekologinio maisto poreikio augimas didina žemės ūkio įmonių susidomėjimą mechaniniais pasėlių priežiūros būdais. Tam, kad augalai turėtų geras augimo sąlygas ir nekonkuruotų su nepagrindiniais augalais, būtina tinkamai pasirinkti ir naudoti piktžolių kontrolės metodus ir priemones. Mechaninei piktžolių kontrolei plačiausiai naudojamos ekologinės akėčios ir tarpueilių dirbimo kultivatoriai su pasyviomis ir besisukančiomis darbinėmis dalimis. Todėl paanalizuosime šių mašinų technologinius procesus, parametrus, privalumus ir trūkumus.

Tarpueilių dirbimo kultivatoriai

Tarpueilių dirbimo kultivatoriai dažnai yra universalesnės mašinos negu akėčios. Jais gali būti ne tik naikinamos piktžolės, bet tuo pačiu metu ir lokaliai įterpiamos trąšos, purenami tarpueiliai. Šiais kultivatoriais taip pat kaupiamos bulvės ir kai kurios daržovės. Tarpueilių dirbimo kultivatoriai būna su pasyviomis ir aktyviomis, tai yra priverstinai sukamomis, darbinėmis dalimis. Tarpueilių dirbimo kultivatoriuose su pasyviomis darbinėmis dalimis noragėliai tvirtinami sekcijomis vienam tarpueiliui dirbti. Sekcijos paprastai tvirtinamos prie rėmo lygiagretainiu tvirtinimo įtaisu, kad noragėliams pakilus ar nusileidus jų palinkimo kampas nesikeistų.

Lygiagretainį tvirtinimo įtaisą sudaro du kronšteinai, apatinė ir viršutinė trauklės. Noragėlių polinkio kampas dažniausiai reguliuojamas viršutine traukle. Atraminiu ratuku kopijuojami dirvos nelygumai, todėl noragėliai į žemę sminga nustatytu gyliu. Tarpueilių kultivatoriai gali turėti ir tręšiamuosius aparatus, kuriuos suka kultivatoriaus ratai. Tarpueilių kultivatoriuose naudojami vienpusiai peiliniai, strėliški, strėliški universalūs, kaltiški, tręšiamieji ir verstuviniai noragėliai, apsauginės lėkštės, apsauginiai gaubtai ir ravimieji rotoriai.

Noragėlių tipai ir paskirtis

Vienpusiais peiliniais noragėliais išpjaunamos piktžolės ir 4–6 cm gyliu supurenama dirva. Juos sudaro horizontalusis peilis ir vertikalioji sienelė. Horizontalusis peilis išpjauna piktžoles, o vertikalioji sienelė apsaugo, kad ant augalų neužvirstų žemės. Vienpusiai noragėliai būna kairiniai ir dešininiai. Jų darbinis plotis nuo 8 iki 20 cm. Strėliški plokštieji noragėliai skirti piktžolėms išpjauti ir dirvai iki 4–6 cm gylio supurenti. Strėliškų universaliųjų noragėlių ašmenys pakilę, todėl jie ne tik pjauna piktžoles, bet ir purena dirvą iki 12 cm gyliu. Kaltiški noragėliai yra siauri (apie 2 cm pločio). Jais tarpueiliai purenami 10–16 cm gyliu. Tręšiamieji noragėliai naudojami papildomai lokaliai augalams patręšti. Juos sudaro kaltiškas noragėlis su prie jo pritvirtintu piltuvėliu.

Bulvės ir kaupiamosios daržovės apkaupiamos tarpueilių kultivatoriais su kaupiamaisiais noragėliais. Šie noragėliai būna įvairių konstrukcijų. Verstuviniai kaupiamieji noragėliai sudaryti iš koto, antgalio ir dviejų verstuvų, verčiančių žemę į abi vagos puses. Verstuvai būna ištisiniai, virbaliniai ir sudėtiniai.

Kaupiant noragėliais su virbaliniais ar sudėtiniais verstuvais, mažiau suspaudžiami vagučių šonai ir apačia. Kaupiamieji noragėliai dirvą purena iki 16 cm gyliu ir suformuoja iki 25 cm aukščio pylimus. Lėkštinį kaupiamąjį noragėlį sudaro dvi kampu važiavimo krypčiai stovinčios išgaubtos lėkštės. Šios lėkštės dirvą verčia į abu šonus. Kaupiant lėkštės sukasi, todėl jų pasipriešinimas traukai yra mažesnis negu verstuvinių kaupiamųjų noragėlių.

Apsaugos (apsauginiai gaubtai) tvirtinami prie rėmo taip, kad jos būtų virš augalų eilučių ir apsaugotų augalus nuo užvertimo žemėmis. Jie naudojami, kai augalai žemesni negu 5 cm. Be to, žemiems augalams apsaugoti nuo užvertimo žemėmis naudojamos apsauginės lėkštės. Šiuolaikiniuose tarpueilių kultivatoriuose augalams apsaugoti nuo užvertimo žemėmis bei žemių nukratymui nuo piktžolių šaknų pagerinti sekcijų šonuose įtaisomi karpyti diskai. Karpyti diskai riedėdami judina noragėlius aukštyn žemyn. Taip nukratomos žemės nuo piktžolių šaknų ir pačios piktžolės geriau sunaikinamos.

Rotoriniai tarpueilių dirbimo kultivatoriai

Jų darbinės dalys – tai važiavimo kryptimi apie horizontalią ašį sukami rotoriai, prie kurių pritvirtinti įvairios formos peiliai. Rotoriai sukami traktoriaus darbo velenu per perdavas. Rotorių plotis dažniausiai pritaikytas ne siauresniems kaip 45 cm pločio tarpueiliams purenti. Dirva ties perdavos korpusu gali būti purenama pasyviuoju noragėliu.

Rotoriniais tarpueilių kultivatoriais gali būti purenami bulvių, cukrinių runkelių, daržovių ir vaismedžių tarpueiliai. Jais negalima purenti tarpueilių lengvose dirvose, nes sugadinama dirvos struktūra. Rotoriniais tarpueilių kultivatoriais purenant akmenuotas dirvas, gali lūžti peiliai.

Rotorinės akėčios

Rotorinės akėčios purena dirvą ir naikina piktžoles. Jos būna sudarytos iš atskirų diskų su akėčvirbaliais. Diskai tvirtinami kampu važiavimo krypčiai. Skirtingai negu rotoriniai kultivatoriai, rotorinės akėčios sukasi nuo akėčvirbalių sąlyčio su dirva. Pasėlio dirvos paviršiaus reljefo kopijavimui užtikrinti rotorinės akėčios sudaromos iš atskirų sekcijų, kuriose gali būti nuo kelių iki keliolikos diskų su akėčvirbaliais. Vienas iš gerai žinomų pasėlių priežiūros mašinų gamintojų „Einbock“ rinkai tiekia rotorines akėčias Aerostar-Rotation, kurių darbinis plotis būna nuo 1,5 iki 12 m. Didesnio negu 3 m pločio rotorinės akėčios yra sulankstomo rėmo. Kiekvienas diskas turi atskirą pakabą, todėl lengvai prisitaiko prie dirvos paviršiaus nelygumų. Besisukančios darbinės dalys naikina piktžoles ir trupina dirvos grumstelius. Tais atvejais, kai dirvos paviršiuje po stipraus lietaus susidaro pluta, rotorinės akėčios gana lengvai ją suardo ir sudaro geresnes sąlygas sėkloms sudygti ir augalams augti.

Rotorinės akėčios tinka įvairiais tarpueiliais pasėtų augalų pasėliams prižiūrėti. Jos gali padėti ne tik suardyti plutą po gausaus lietaus, bet ir, esant sausoms klimatinėms sąlygoms, sustabdyti drėgmės išgaravimą iš dirvos. Tais atvejais, kai dėl sausros dirva ima plyšinėti ir susidaro gilūs plyšiai, tai drėgmė išgaruoja net iš gilesnių dirvos sluoksnių. Todėl seklus tokių rotorinių akėčių ar kitų pasėlių priežiūros mašinų dirbimas gali sumažinti drėgmės praradimą. Tinkamiausias laikas naudoti akėčias yra nuo sėjos iki augalų sudygimo. Kiti purenimai yra pagal poreikį, atsižvelgiant į tai, kad būtų pasiektas geriausias akėjimo rezultatas, tai yra supurenta dirva ir išnaikintos piktžolės, bet nepažeisti pagrindiniai pasėlio augalai.

Jei augalai aukštesni už akėčių rėmą, akėti nerekomenduojama, nes galima per daug pažeisti augalus. Akėjimo greitis priklauso nuo augalų rūšies ir augimo stadijos. Mechaniniam poveikiui jautresni augalai, pavyzdžiui, cukriniai runkeliai, rapsai, sojos, daržovės ir kt., akėjami mažesniu greičiu (5–10 km/val.), mažiau jautrūs – javai, žolynai ir kt. – didesniu greičiu (10–20 km/val.). Labai svarbu pasirinkti tokį darbinį greitį, kad rotorinių akėčių diskų šokinėjimo į viršų amplitudė būtų kuo mažesnė. Augalams aukštėjant greitis turėtų mažėti.

Mechaninės pasėlių priežiūros rotorinės akėčios Aerostar-Rotation naudojamos lengvesnėse ir vidutinio sunkumo dirvose. Sunkesnėms dirvoms ta pati įmonė gamina rotorines akėčias Rotarystar, kurios gali purenti dirvą bei naikinti piktžoles ir aukštesniuose pasėliuose.

Viena mašina – trys technologinės operacijos

Švedijos žemės ūkio mašinų gamintoja „Gothia“ keičia požiūrį ir pristato sėjamąją Cameleon, kuri be sėjos gali atlikti ir tręšimo bei pasėlių priežiūros technologines operacijas. Mašinos pagrindas yra eilinės sėjamosios modulinė sistema, kuri gali sėti 25 cm atstumu tarp eilučių. Strėliški noragėliai su keičiamais įdėklais sudaro galimybes sėti įvairiais būdais, pvz., eilutėmis arba juostomis su pakriku išbarstymu joje. Nesunkiai galima pakeisti atstumą tarp eilučių iki 50 cm. Greta pagrindinės sėkladėžės sumontavus smulkių sėklų sėkladėžę, tuo pačiu metu gali būti sėjami įsėliniai augalai.

Šios mašinos išskirtinumas yra tas, kad ji gali būti naudojama ne tik sėjai su lokaliu tręšimu, bet ir pasėliams prižiūrėti, tai yra tarpueiliams dirbti. Sėjos noragėliai pakeičiami tarpueiliams purenti ir piktžolėms naikinti skirtais noragėliais. Tikslų augalų eilučių sekimą užtikrina integruotas optoelektroninis jutiklis. Atliekant tarpueilių įdirbimo technologinę operaciją, tuo pačiu metu galima įterpti trąšas arba įsėlinius augalus. Esant poreikiui, galima įterpti net skystas trąšas. Agresyvi akėčių sistema tarpueiliuose pagerina piktžolių kontrolės efektyvumą. 8 m darbinio pločio mašinai reikalingas 120–150 AG jėgos šaltinis.

Rankinis ir automatinis vairavimas

Siekiant nepažeisti pagrindinių augalų pasėliuose, tarpueilių dirbimo kultivatoriai gali būti vairuojami. Pats paprasčiausias būdas, kai ant kultivatoriaus rėmo yra sumontuota sėdynė papildomam darbuotojui, kuris puikiai prieš save matydamas eilutes ir tarpueilius, kuriuos reikia įdirbti, turi galimybę per svirtinę jungtį perstumti visą rėmą su darbinėmis dalimis į vieną arba kitą pusę. Taip užtikrinama mechaninės pasėlių priežiūros mašinos darbo kokybė. Tačiau toks tarpueilių dirbimas turi trūkumų, nes darbui atlikti reikia dviejų darbuotojų, dėl to išauga darbo sąnaudos. Be to, darbo našumas su tokio tipo mašinomis yra gana mažas.

Mechaninės pasėlių priežiūros mašinų darbo proceso kokybę ir efektyvumą užtikrina tinkamas pagrindinio rėmo, su prie jo tvirtinamomis darbinėmis dalimis, poslinkio valdymas.

Augalų pasėliai, kurie pasėti RTK (Real- Time Kinematic) tikslumu (+/– 2 cm), gali būti įdirbami dar ir prieš augalų sudygimą, nes naudojant GPS (Global Positioning System) navigacinę sistemą išsaugomos tikslios augalų eilučių pozicijos. Tas pats galioja ir vėlesniems tarpueilių purenimams, kai augalų lapai visai uždengia tarpueilius. RTK vairavimo valdymo sistemos nepriklauso nuo dienos šviesos ir yra gana atsparios dulkėms.

Skaitmeninį vairavimą pasėliuose taip pat galima vykdyti naudojant tinkamas eilučių stebėjimo kameras. Šiam tikslui rinkoje jau yra siūloma įvairių specialiai pritaikytų stebėjimo kamerų sistemų, tokių kaip Claas Culti Cam, Garford, Schmotzer Okio ir t. t. Tokios 3D stebėjimo kameros darbo metu gali padaryti iki 25 nuotraukų per sekundę ir kartu jas apdoroti kompiuterine programa. Taikant tokią sistemą, augalų skersmuo turi būti didesnis nei 4 cm, o dirvos paviršius tarp eilučių (atstumas apie 5–10 cm) – gerai matomas. Pagrindiniai veiksniai, kurie gali turėti įtakos darbo technologinio proceso kokybei, yra lapais uždengti tarpueiliai, labai didelis piktžolėtumas, stiprus vėjas, didelis šešėlis arba šviesos atspindėjimas.

Trečiame pasėlių priežiūros mašinų vairavimo sistemos variante yra naudojami ultragarso jutikliai. Šiuo atveju vėl yra būtina sąlyga, kad pasėlio eilutės būtų matomos. Augalų aukštis turėtų būti ne mažesnis kaip 8 cm. Ultragarso sistemos darbui įtakos neturi nei dulkės, nei dienos šviesa. Problemų gali kelti labai didelis piktžolėtumas arba labai retas augalų pasėlis.

Įrenginys su dviejų objektyvų kamera

Iki šiol pasėlio eilučių atpažinimo procesui valdyti buvo naudojamos dvimatės spalvoto vaizdo kameros. Tačiau paskutinėje žemės ūkio technikos parodoje „Agritechnica“ buvo eksponuojamas naujas pasėlio eilučių stebėjimo įrenginys Culti Cam, kuris yra įmonių „Claas“, „Einböck“ (Austrija), „Hatzenbichler“ (Austrija), „Bednar“ (Čekija) ir „Carre“ (Prancūzija) sėkmingo bendradarbiavimo produktas. Culti Cam įrenginyje naudojama kamera su dviem objektyvais, leidžiančiais fiksuoti erdvinį 3D augalų pasėlio vaizdą kameros darbinio matymo lauke.

Be to, šiame įrenginyje patobulinti 2D spalvų segmentavimo algoritmai ir integruota automatinio pasėlio atpažinimo sistema, priklausomai nuo kameros pastatymo aukščio ir kampo. Reguliuojant perstumiamo rėmo hidraulinį vožtuvą, užtikrinamas tarpueilių dirbimo kultivatoriaus valdymas lygiagrečiai augalų eilutėms. Tais atvejais, kai nėra užtikrinamas optimalus technologinis darbo procesas, sistema pati apie tai informuoja vairuotoją.

Kaip Culti Cam privalumas yra nurodomas patikimesnis ir tikslesnis eilučių atpažinimo valdymas, net kai visas dirvos paviršius padengtas piktžolėmis. Įrenginys leidžia tiksliau atpažinti išilginius eilučių erdvinius profilius, nepriklausomai nuo augalų lapų spalvos. Dirbant vėjuotomis sąlygomis arba mažesnio aukščio augalų pasėlyje taip pat išlaikoma gana gera darbo technologinio proceso kokybė. Be to, kad įrenginys palengvina vairuotojo darbą ir leidžia kokybiškai dirbti didesniu greičiu, jis taip pat sumažina derliaus ir pajamų nuostolius dėl vairavimo klaidų.

Tikslus augalų eilučių stebėjimas

Norint mechaninėmis darbinėmis dalimis nepažeisti svarbiausių augalų ir kartu efektyviai naikinti tarpueiliuose sudygusias piktžoles, būtinas tikslus augalų eilučių stebėjimas. Siekdama patenkinti šį poreikį, įmonė „Carre“ siūlo Precicam įrenginį automatiniam tarpueilių dirbimo kultivatorių valdymui pasėliuose. 2017 metais vykusioje žemės ūkio technikos parodoje „Agritechnica“ ši preciziniam vairavimui užtikrinti sukurta 3D stebėjimo Precicam kamera pelnė sidabro medalį.

Nyderlandų kompanija „Pool Agri“ 2018 metais DLG (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft) organizuotose lauko dienose pirmą kartą demonstracinėmis gamybinėmis sąlygomis pristatė pasėlių priežiūros mašiną Carre Econet su Precicam kamera. Specializuota kameros veikimo sistema puikiai atpažįsta augalų eilutes pasėlyje. Dėl šios augalų eilučių stebėjimo kameros bei GPS ir RTK automatinio vairavimo sistemų su šia mechanine pasėlių priežiūros mašina galima dirbti didesniu greičiu net ir greičiui jautriuose pasėliuose, pvz., cukrinių runkelių ir kukurūzų. Stabilus mašinos rėmas ir patikimas darbinių dalių tvirtinimas yra būtina sąlyga, norint išnaikinti piktžoles kelių centimetrų atstumu nuo pagrindinių augalų eilučių. Nukrypimai ir netikslumai išlyginami automatiškai perstumiant mašinos rėmą.

Tarpueilių dirbimo kultivatoriaus darbinės dalys yra tiksliai nustatomos ties tarpueilio centru su kelių centimetrų tikslumu nuo greta esančių augalų eilučių. Taip užtikrinamas tikslus piktžolių naikinimas. Visas darbo technologinis procesas vyksta visai automatiškai. Vairuotojas yra atpalaiduojamas nuo šio svarbaus ir didelės koncentracijos reikalaujančio augalų eilučių stebėjimo darbo.

Pasėlių priežiūros robotas

Įmonė „Carre“ pagamino pasėlių priežiūros robotą ANATIS, kuris tarpueilius gali įdirbti visiškai savarankiškai. Tuo pačiu metu šis žemės ūkio robotas gali analizuoti dirvožemio savybes ir auginamų augalų pasėlio būklę bei pagal gautus duomenis siūlyti koreguoti priimamus sprendimus atskiriems dirvos ploteliams. Be tarpueilių dirbimo, robotas renka informaciją apie piktžoles, augalų tankumą, ryškumą, augimo stadiją, dirvožemio ir oro drėgnumą.

Tikslų roboto judėjimą pasėlyje užtikrina speciali priemonių sistema, susidedanti iš GPS valdymo, vaizdo kameros ir lazerio. Aplinkos užterštumui mažinti robote naudojamas elektrinis variklis. Norint stebėti roboto judėjimą lauke, jis gali būti sujungtas su išmaniuoju telefonu arba planšetiniu kompiuteriu.

Automatinės mechaninės piktžolių kontrolės sistemos

• Automatinis mašinos valdymas pasėlyje tarp eilučių atliekamas su RTK vairavimo sistema (investavimo poreikis apie 15– 25 tūkst. Eur) arba su statmenu važiavimo krypčiai apatinės trauklės poslinkiu, naudojant RTK arba su klasikiniu slankiojančiu rėmu, valdomu RTK, ultragarso arba stebėjimo kameros sistemos (kaina apie 15–26 tūkst. Eur).
• Automatizuotas pasėlių priežiūros mašinos darbo technologinis procesas tarp augalų eilučių ir jų viduje, panaudojant tikslias augalų eilučių stebėjimo kamerų arba infraraudonųjų spindulių technologijas (investicijų poreikis apie 75–180 tūkst. Eur).
• Galutinis automatizavimo lygis yra autonomiškai dirbančios pasėlių priežiūros mašinos–robotai (išlaidos siekia apie 25–100 tūkst. Eur).

Automatinių pasėlių priežiūros sistemų nauda

Ekonominis poveikis. Kadangi investicijos į automatines pasėlių priežiūros, įskaitant piktžolių kontrolės, technologijas yra didelės ir gali siekti nuo 15 iki 180 tūkst. Eur, ekonominio efekto galima tikėtis tik tose technologijose, kurios įprastai yra mažo našumo ir reikalauja labai daug brangaus rankinio darbo. Todėl gana plačias pritaikymo galimybes automatizuota mechaninė piktžolių kontrolė gali turėti ekologiniuose ūkiuose. Pasėlių priežiūros robotų sistemos geresnes ekonomines perspektyvas turi dideliuose ūkiuose, tačiau robotai gali būti naudojami nepriklausomai nuo ūkio dydžio. Taigi, ilgalaikėje perspektyvoje, kai augs robotų serijinė gamyba ir mažės kaina, robotų naudojimas gali būti ekonomiškai naudingas ir nedideliuose ūkiuose.

Ekologinis poveikis. Automatinės pasėlių priežiūros sistemos ekologinį poveikį iš esmės lemia prieš tai naudota sistema. Jei ankstesnė sistema buvo įprastinė cheminė, automatinė mechaninė piktžolių kontrolė mažina aplinkos užterštumą dėl herbicidų nenaudojimo. Ekologiniuose ūkiuose ženklus teigiamas ekologinis poveikis gali būti pasiekiamas tada, kai pakeičiami intensyviai energiją naudojantys šiluminiai procesai, tai yra piktžolių kontrolė liepsna, karštu vandeniu, garais ar putomis.

Darbo sąnaudos. Vertinant darbo sąnaudas didžiausi privalumai galimi dėl to, kad sumažinamas vairuotojo krūvis (mažesnis nuovargis dirbant ir pan.). Be to, automatinėse pasėlių priežiūros mašinose intensyvesnė darbinio proceso kontrolė, automatinis valdymas ir tikslus vairavimas gali sumažinti atsitiktinių prastovų skaičių. Naudojant robotus, kurie gali dirbti bet kuriuo paros laiku, galima sumažinti darbo sąnaudas ir sutrumpinti pasėlių priežiūros laikotarpį.