O projekcie
Opracowanie technologii badania on-line oraz in-situ stopnia zmycia pestycydów z liści i owoców drzew owocowych pozwalających na redukcję środków ochrony roślin
Cel operacji
Jednym z głównych wyzwań produkcji jabłek jest skuteczna ochrona przed chorobami grzybowymi oraz owadami.
Fungicydy i insektycydy są powszechnie stosowane do ochrony upraw przed grzybami i owadami, przez co pozwalają producentom zwiększyć wydajność oraz jakość plonów. Intensywna ochrona chemiczna prowadzi do zabezpieczenia plonu, ale jednocześnie wykonywane wielokrotne zabiegi w sadach jabłoniowych środkami ochrony roślin mogą powodować zanieczyszczenie komponentów środowiska oraz zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt, a w konsekwencji także skażenie surowca jabłkowego pestycydami. W związku z tym poziomy pestycydów są ściśle kontrolowane w celu zapewnienia bezpieczeństwa konsumentów i nie mogą przekraczać wartości dopuszczalnych, tzw. najwyższych dopuszczalnych poziomów (MRL). Zwykle jabłka są analizowane i kontrolowane przed wyjściem na rynek do konsumenta.
Obecnie dużym problemem jest zapewnienie skutecznych, tanich i prostych w obsłudze narzędzi do analizy i detekcji poziomu fungicydów i innych stosowanych pestycydów w trakcie prowadzenia zabiegów ochrony roślin sadowniczych przez rolników. Skuteczność zabiegów środkami ochrony roślin, poza aspektami czysto technicznymi, zależy od odpowiedniego doboru substancji czynnej oraz warunków pogodowych przed, w trakcie i po wykonaniu zabiegu. Wiosna od końca marca do połowy czerwca jest okresem, w którym zagrożenie ze strony patogenów, szczególnie parcha jabłoni, jest bardzo wysokie. W tym czasie rzadko kiedy pogoda jest optymalna, zabiegi bardzo często wykonywane są w „okienkach pogodowych” między pojawianiem się niekorzystnych zjawisk atmosferycznych. Zmycie danego pestycydu zależy nie tylko od wielkości opadu, co jest parametrem łatwo mierzalnym, ale również od jego intensywności.
Dlatego też sadownik wielokrotnie staje przed pytaniem, czy ostatni opad zmył istotne w danym momencie pestycydy, bądź czy „okienko pogodowe” wystarczyło na właściwą depozycję pestycydów na drzewie i czy w związku z tym należy powtórzyć zabieg czy nie. Dlatego istnieje potrzeba opracowania łatwej i taniej metody monitoringu on-line oraz in-situ w warunkach polowych poziomu stężenia substancji czynnej pestycydu jaki stosowano do zabiegu oprysku roślin w zmiennych warunkach atmosferycznych. Warto bowiem wiedzieć, że pogoda wpływa w sposób znaczący na zabiegi wykonywane przy wykorzystaniu preparatów takich jak pestycydy.
Zakres działań projektowych
- Etap 1 Optymalizacja parametrów detekcji pestycydów z wykorzystaniem spektroskopii UV-Vis-NIR.
- Etap 2 Zbudowanie i optymalizacja urządzenia do badania obecności pestycydów na liściach i owocach jabłoni domowej w warunkach badań on-line oraz in-situ.
- Etap 3 Optymalizacja parametrów i procesu pośredniej detekcji wybranych pestycydów z wykorzystaniem sensorów fluorescencyjnych typu turn-off.
- Etap 4 Zbudowanie i optymalizacja robotycznego ramienia pozwalającego na automatyczny pomiar obecności pestycydów na liściach i owocach jabłoni domowej
Główne rezultaty operacji
Do spodziewanych, konkretnych efektów działań podejmowanych w ramach operacji należy:
- opracowanie technologii dedykowanej do upraw jabłoni – w tym celu zostanie opracowane nowe inteligentne urządzenie do monitorowania on-line oraz in-situ (na plantacji sadowniczej w terenie) stopnia zmycia środków ochrony roślin w sezonie
- poprawienie jakość owoców jabłoni poprzez znaczną redukcję środków ochrony roślin w trakcie cyklu wzrostu owoców,
- jako bezpośrednie efekty działań spodziewane są także publikacje naukowe promujące uzyskane rezultaty projektu (1 publikacja na rok, w trakcie trwania projektu minimum 2 publikacje naukowe w czasopismach z tzw. listy filadelfijskiej),
- dodatkowo zostaną udostępniane w publikacjach branżowych i mediach społecznościowych rezultaty realizacji niniejszego projektu,
- powstanie także strona internetowa która będzie miejsce promocji rezultatów projektu;
Dodatkowo warto dodać że potencjalny obszar oddziaływania wykracza poza terytorium RP. Samo proponowane w badaniach zastosowanie urządzenia w produkcji jabłek potencjalnie będzie miało zastosowanie we wszystkich krajach, w których produkowane są jabłka. W EU do największych producentów jabłek poza Polską należą Włochy i Francja, w skali światowej Chiny, Stany Zjednoczone i Turcja.
Sukces rezultatu potencjalnie otworzy jego twórcom wejście na rynki państw skupiających się na produkcji proekologicznej, czyli wszystkich Państw Unii Europejskiej, Stanów Zjednoczonych czy Kanady. Spodziewanym rezultatem operacji będzie opracowanie nowego urządzenia (narzędzia pomiarowego dla sadowników) opartego na technologii spektroskopii UV/Vis/NIR oraz spektrofluorymetrii. Opracowanie niniejszego rozwiązania przyczyni się poprawiającej jakość owoców jabłoni, która umożliwi znaczną redukcję środków ochrony roślin.
Wyzwania technologiczne operacji
We współczesnej uprawie jabłoni decyzje o zabiegach środkami ochrony roślin podejmowane są na podstawie danych ze stacji pomiarowych. Dostarczają one informacji dotyczących charakterystyki wysiewów zarodników parcha jabłoni oraz ilości opadów. Na podstawie tych danych oraz znajomości parametrów zmywania fungicydów w zależności od ilości opadów określa się czy plantacja jest zabezpieczona przed kolejnymi opadami, które wiążą się z kolejną infekcją.
Niejednokrotnie trudno jest określić zmycie fungicydów przez deszcz, gdyż zależy ono nie tylko od ilości opadów, ale także m.in. od intensywności oraz czasu jego trwania. W sytuacjach braku pewności skutecznej ochrony rekomendowane jest wykonanie zabiegu zapobiegawczego. Poprzez zastosowanie technologii łączącej w sobie analizy spektroskopii UV/Vis/IR ze spektrofluorymetrią uzyskujemy możliwość prowadzania oznaczeń jakościowych i ilościowych.
Proponowane przez nas urządzenie pozwoli tym samym na szybkie i tanie określanie stopnia zmycia fungicydów przez deszcz. Parametr ten będzie uzupełnieniem otrzymywanych do tej pory danych ze stacji pomiarowych. Pozwoli on na dokładniejsze określanie stopnia ochrony, przez co wyeliminowanie zabiegów środkami ochrony roślin w sytuacjach, kiedy nie są one potrzebne. Ograniczenie stosowania pestycydów zostało zawarte w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Ponadto, ograniczenie stosowania pestycydów zwiększa rentowność produkcji owoców.