Automatizálás és digitalizáció a szőlőtermesztők mindennapjaiban

A szőlőtermesztés-technológia, mint fogalom vagy tevékenység a korábbi időszakban azt jelentette, hogy kézzel vagy gépi eszközökkel vagy a kettő kombinációval műveljük a szőlőt és kisebb-nagyobb méretű és teljesítményű traktorokra, talajművelő eszközökre, permetezőgépekre gondolunk. A dűlőjét, ültetvényét csak kézzel művelő szőlész még mindig nagyon romantikus lehet az idealista borfogyasztók és naiv turisták körében, de ezek a gazdaságok vagy nagyon kicsik (maximum 1-2 hektárosak), vagy nagyon különleges termőhelyen, nagyon drága borokat képesek előállítani.

Ma már viszont a technika és főképpen az informatika gyors fejlődésével együtt megjelentek az ültetvényekben az egyre kisebb művelőrobotok, permeteződrónok, számítógép vezérelt eszközök stb. A precíziós gazdálkodás fogalma ma már nem szokatlan, de a digitalizációs folyamatok bevezetése a termelési folyamatokba különböző reakciókat vált ki a szőlészek és a borászok körében. Vannak, akik félnek és bizalmatlanok az új eljárásokkal szemben, mások elutasítják a fejlődés eme irányát, megint mások aktívan támogatják a digitális átalakulást. Az elmúlt néhány évtizedben a digitalizáció többé-kevésbé észrevétlenül sok területen a modern társadalmak megszokott kísérőjévé és részévé vált, és a szőlészetekben, borászatokban is egyre inkább bevezetésre kerül, elősegítve a hatékonyabb és gazdaságosabb, költséghatékonyabb termelést. Szántóföldi termesztés már elképzelhetetlen precíziós eszközök nélkül, jóllehet, ott a horizontális termesztés miatt könnyebben alkalmazhatóak is ezek. Alapvetően először különbséget kell tenni a digitalizáció és az automatizálás között, mert gyakran szinonimaként vagy akár helytelenül is használják a két fogalmat.

Az automatizálás azt jelenti, hogy bizonyos munkafolyamatokat vagy azok egyes részfeladatait a humán munkaerő helyett automatizált, munkavégzésre képes robotokra, algoritmusokra bízzák. A kézi munkát olyan „robotokkal” váltják ki, amelyek rendelkeznek a szükséges szenzorokkal, amelyek képesek látni, „érezni” és mérni a tárgyakat.

Ilyen például az a robot is, mely képes felismerni a szőlőfürtön belül az érett, egészséges és fertőzött bogyókat egyaránt, és ezáltal segítségünkre lehet a megfelelő szüreti időpont meghatározásában is. Az éghajlatváltozás során bekövetkező kiszámíthatatlan érési anomáliák esetében nehéz megtalálni az optimális szedési időpontot. Ezért egy hordozható spektrális érzékelőt fejlesztettek ki a bogyók érettségének mérésére a fényvisszaverődési spektruma alapján. A szüret során csak az érett és az egészséges szőlőt célszerű leszedni. A szüretelőkombájn tartályába beépített spektrális szenzorok már lehetővé teszik a szőlőbogyók minőség szerinti kiválogatását is közvetlenül az ültetvényben. Elgondolkodtató, hogy vannak olyan hozam-előrejelzési képalkotó alkalmazások is, amelyek már a megjelenésükkor képesek automatikusan megszámlálni a virágokat képfeldolgozással, és ezen adatok felhasználásával előzetes termésbecslést számítanak. Ez a termésbecslés folyamatosan végezhető mindaddig, amíg a bogyók éretté nem válnak. A teljes érettség állapotát veszik figyelembe a végső előrejelzéshez, amely megnöveli a tervezési biztonságot a borász számára. A fertőzött és az egészséges növények spektrális ujjlenyomatának értékelése viszont lehetővé tenné a betegségek korai felismerését, és ezáltal a szőlőtermesztők számára az esélyt, hogy időben kezdjék el a védekezést. A károsítás mértékének felismerését egy multispektrális kamera teszi lehetővé, amely kifejezetten a betegség tüneteihez van igazítva.

A digitalizáció túlmutat az automatizáláson. Az automatizálás mellett olyan megoldásokat is tartalmaz, amelyek gyorsabbá, kényelmesebbé, könnyebbé és költséghatékonyabbá teszik a termelési folyamatokat és segítenek a döntéshozatalban.

Az egyik ilyen lehetőség például a mesterséges intelligencia alkalmazása a metszés során. A metszés a termesztéstechnológia egyik olyan eleme, ahol a gépesítés a speciális követelmények miatt különösen nagy kihívás. A Mosel Rural Area Service Center (DLR) munkatársai korábban olyan metszőrobot-prototípust fejlesztettek ki, amely a kíméletes metszésre vonatkozóan a vágás helyére javaslatot tesz és azt képi formában is megjeleníti. A technológiai megoldás több lépésből áll. Először képeket készítenek a szőlőről, majd a mesterséges intelligencia (AI) algoritmusok segítségével azonosítja a növény részeit. Az egyes részek azonosítása után a tőke 3D-s rekonstrukciója következik. A rögzített képek segítségével pontos, háromdimenziós modellt készítenek a tőkéről. Ez a modell lehetővé teszi a tőke térszerkezetének pontos leírását és elemzését. Ezen adatok alapján egyértelmű javaslatokat fogalmaz meg az úgynevezett „kímélő metszéshez”, vagyis hogy hol lehet és kell levágni a vesszőt. Az AI különféle tényezőket vesz figyelembe a művelet elvégzése során, mint például a szőlő kondícióját, korát és növekedési erélyét, vagyis a tőke habitusát. Ezáltal lehetővé válik, hogy minden vágási folyamat pontosan irányítható, a lehető legkíméletesebben metszhetők le a vesszők, és a szőlőnövény élettartama ezáltal növelhető. A valós metszési folyamatok visszacsatolási adatainak elemzésével az algoritmusok folyamatosan optimalizálhatók a metszés hatékonyságának és minőségének további növelése érdekében. Ezek egyike a technológia integrálása olyan robotrendszerekbe, amelyeknek önállóan képesek a metszést végrehajtani. A metszőrobot irányítása, a vágási sorrend megtervezése és a vágási módszer megválasztása olyan összetett feladatok, amelyeket még össze kell hangolni ahhoz, hogy a metszőrobot önállóan tudjon munkát végezni. Az, hogy lehetséges-e a professzionális lézeres metszés, először is felveti azt a kérdést, hogy valóban lehet-e lézerrel metszeni a szőlőt anélkül, hogy az károsítaná a támaszrendszert, például a drótot vagy a karókat. A lézeres metszés előnye, hogy bizonyos tartományú lézersugarak energiája nem elegendő fémek, például drót vagy vastag faoszlopok átvágásához vagy megsértéséhez, de elegendő ahhoz, hogy megbízhatóan levágja a fás hajtásokat és a kacsokat. Ennek a technológiának egy másik jelentős előnye a „tiszta” vágás, vagyis a vágási felület lezárása. Ez megakadályozhatja a gombák bejutását a metszési sebzésbe, és így további védelmet nyújt a növény számára. A lézermetszés másik alkalmazási lehetősége, hogy a metszési szezonon kívül a vegetációban is fel lehet használni az ikerhajtások eltávolításához, melynek előnye, hogy jelentősen csökkentheti a nyári rendszeres zöldmunkák elvégzésének idejét akkor, ha nemcsak a csonkázásra terjed ki a lombozat kezelése. A nagyobb gazdaságokban ennek a módszernek az előnyei gyakran nem használhatók ki, mert a hajtások eltávolítására szolgáló szűk időkeretben nem áll rendelkezésre rövid időn belül a szükséges munkaerő. A lézeres technológia azok számára is hasznos lehet, akik a metszést kézzel végzik el. Egy fejen hordozható kisebb eszköz segítségével lézersugár jelzi a tőkén a metszés helyeit. Így azok az alkalmazottak is könnyedén el tudják végezni a metszést, akik még csak a betanulás időszakában vannak. A képfelismerésnek köszönhetően még az elektromos ollót is pontosan csak akkor lehet kioldani, amikor az megfelelően van felhelyezve a vesszőre, és elkerülhető a balesetveszély. Természetesen ezen rendszerek nemcsak a szőlőtermesztésben alkalmazhatók, hanem a gyümölcstermesztésben, az egyéb kertészeti kultúrákban, sőt a kertekben is. Ennek azonban elengedhetetlen feltétele, hogy a lézeres metszés a borász egyéni igényeihez és sajátos tőkeművelésmódjához és metszésmódjához igazodjon.

Az információ hatalom, és akinek a birtokában van, annak a döntés is könnyebb. A vegetációs időszakban elvégzendő feladatok tervezéséhez elengedhetetlen az adatgyűjtés, a munkafolyamatok sorrendjének meghatározása, a megfelelő munkaeszköz, munkagép kiválasztása és nem utolsósorban az inputanyagok költséghatékony és környezetbarát felhasználásának kivitelezése. Ahhoz, hogy eredményes, nyereséges gazdálkodást és hozzá piacképes termést tudjunk előállítani, ismernünk kell a növény biológiai folyamatait is, hogy alkalmazkodni tudjunk az éghajlatváltozásból eredő anomáliákhoz is. Ehhez segítséget ad az az eszköz, mely a lombozat napfénymintázatát és fotoszintetikus tevékenységét képes mérni, mely szoros összefüggésben áll a termésmennyiségével, a fürtök minőségével és ebből kifolyólag a bor minőségével is. A mérésekből (lombozat fényelnyelése, levél hőegyensúlya, fotoszintézis alakulása) nemcsak a növény teljesítőképességére kapunk választ, hanem arra is, hogy az adott terület a megváltozott éghajlati körülmények között alkalmas marad-e a minőségi termelésre. Az eredményekből meghatározható a lombozat fotoszintetikus tevékenységének tér- és időbeli mintázata, az egyes észak-déli fekvésű területek eltérései is, ami például az új telepítések tervezésénél fontos tényező lehet. De fontos tényező az is, hogy milyen lesz a termés minősége, tetszetőssége, ami elsősorban a csemegeszőlő-termesztésben jelent nagyobb többletbevételt. Ebből a szempontból érdekes, hogy a technika adta lehetőségeket a világ egyik és másik fele hogyan használja fel és hogyan értelmezi. Manapság már egyre több ország (Németország, Ausztria, Olaszország, Franciaország stb.) szőlőültetvényeiben és borászataiban alkalmaznak napelemeket energianyerés céljából, ami mind a szőlőtermelő, mind a környezet, és a fenntarthatóság szempontjából win-win körülmény. Az energia felhasználása a borászatokban egyértelmű, de a szőlőültetvényekben a napelemek szerepe nemcsak egyértelműen az energiatermelés, hanem az éghajlati extrémitások enyhítésének, kompenzálásának eszközei is. Az ültetvények fölé magasodó napelemtáblák védik a szőlőt a heves esőzésektől és jégveréstől, a késői fagyoktól, a napégéstől, árnyékoló hatást fejtenek ki, mely a bogyók érési folyamataira is kihat. Érésgyorsítás és éréslassítás is elérhető a segítségükkel. Ha csökkennek a jégverés okozta károsodások, akkor az abból adódó fertőzések mértéke és a növényvédelmi védekezések száma is csökken. A rendszerek hátránya, hogy a panelekről lefolyó víz növeli a talajerózió és a tápanyag-kimosódás mértékét, de ez a sorközök takarásával csökkenthető. Ha előre gondolkodunk, akkor a panelekről lefolyó esővizet egy öntözőrendszer víztárolójában össze is lehet gyűjteni és aszályos időszakokban újrafelhasználni. A termelt energia elektromos traktorok, permetezőgépek, robotok működtetését is lehetővé teszi. Az más kérdés, hogy a napelemek látványa mennyire változtatja meg a szőlőültetvények tájesztétikai képét.

A világ másik végén, Japánban a napelemek által termelt elektromos áramot nem a gépek működéséhez használják fel, hanem a szőlőnövény „komfortzónáját” stimulálják vele. A csemegeszőlő bogyóméretének növelése a kereskedelmi értékét befolyásolja. A kelet-ázsiai fogyasztók számára elsődleges szempont a vásárlás során a bogyók mérete, konzisztenciája. A japán Yamanashi prefektúrában termesztett két szabadföldi szőlőt, a Shine Muscatot és a Pione-t két tenyészidőszakban elektromos stimulációnak tették ki a rügyfakadástól a szüretig terjedő időszakban, melyhez az elektromos áramot napelem segítségével állították elő. Az elektromos stimuláció célja az volt, hogy a növeljék a csemegeszőlő bogyóméretét a sejtosztódás fokozásával. Az elektromos stimulációnak kitett tőkék bogyóinak oldható szárazanyag-tartalma és összes savtartalma hasonló volt a kezeletlen szőlőkéhez (kontroll), míg a bogyóméretük fajtától függetlenül megnövekedett. A bogyók héjának mikroszkópos analízise kimutatta, hogy az elektromos stimulációnak kitett szőlő epidermiszében az egységnyi területre jutó sejtszám magasabb volt, mint a kontrollé, ami arra utal, hogy az elektromos stimuláció növelte a bogyók méretét a sejtosztódás fokozásával, de nem volt hatással a sejtmegnyúlásra. A szőlőtőkék elektromos stimulációjának egyik előnye, hogy csökkentheti a fürtök kezelésére – például gyűrűzés vagy bogyóritkítás – fordított kézi munkaidőt. Két elektródát (acélcsavarok, 40 mm hosszú) csavartak be a szőlő törzsébe (5 cm-rel a föld felett a pozitív elektróda és 130 cm-rel volt a föld felett a negatív elektróda), és ezt csatlakoztatták egy napelemhez (maximális feszültség 11,6 V ± 5%, maximális áramerősség 100 mA ± 5%, üzemi hőmérséklet -35°C és 85°C között). Éjszaka nem mértek feszültséget a növényben. Az elektródákat és a napelemeket a szüret után leválasztották a szőlőről. Megállapították, hogy közvetlenül a szőlőtörzsekben végzett elektromos stimuláció abiotikus stresszgenerátorként működhet, ami a bogyó tulajdonságainak megváltozását eredményezheti. (Itt csak úgy mellékesen megjegyzem, hogy ha ezt egy állaton végezték volna el, az állatvédők már régen hangot adtak volna nemtetszésüknek. De hol vannak a növények jogai és érzései?)

A fentieken kívül még számos olyan lehetőség van (növényvédelem, tápanyag-utánpótlás, előrejelzés stb.), amely a digitalizáció és automatizáció nélkül nem lenne megvalósítható, itt csak egy-két érdekességet ragadtam ki. Az alábbiakban összefoglalva sorolom fel azokat a területeket, amellyel a digitalizáció és az automatizáció támogathatja a szőlő- és bortermelő vállalatokat, gazdaságokat. Az más kérdés, hogy az ültetvények teljes átállítása és gépekkel, robotokkal, drónokkal, informatikai háttérrel való felszerelése milyen méretű vállalkozásnak térül meg rövid időn belül, és van-e szakképzett, megfizethető munkaerő az eszközök kezeléséhez, működtetéséhez.

Talajelemzés és -optimalizálás

• Digitális érzékelők figyelik a talaj állapotát, hogy megalapozott döntéseket hozzanak az öntözés, talajművelés és műtrágyázás tekintetében.
• A valós idejű adatokon alapuló optimalizálás javítja a hatékonyságot és a fenntarthatóságot a szőlőtermesztésben.

Terroir megértése és használata

• A műholdas adatok lehetővé teszik az éghajlat és a csapadék megfigyelését a szőlőtermő régiókban.
• Az adatelemzés támogatja a termesztési módok és a szőlőfajta-választás optimalizálását az adott területi adottságoknak megfelelően.

Topográfia használata

• A térinformatikai rendszerek figyelik a napsugárzást és a légmozgást a szőlőtermő régiókban.
• Az adatelemzések segítik a termesztési módok és a szőlőfajta-választás optimalizálását a domborzati viszonyoknak megfelelően.

Az öntözés és az energiahatékonyság optimalizálása

• Szenzorok figyelik a szőlő vízigényét, hogy szükség szerint szabályozzák az öntözést.

A talajművelés automatizálása

• A robotok automatizálják a talajművelést és segítenek csökkenteni az energiafogyasztást és növelik a fenntarthatóságot.

A felhasznált irodalom a szerzőnél elérhető.

Dr. Németh Krisztina

MATE SZBI Kutató Állomása, Kecskemét