Tekniikkaa ja tietoa
Esittely

Fritzmeier Isaria -kasvustosensori

Täsmäviljelyn hyödyt ovat hyvin selkeitä. Kun kasville annetaan esimerkiksi lannoitetta juuri sen verran kuin se tarvitsee, saadaan lannoitekustannuksessa säästöjä, ja kasvin satopotentiaali paremmin hyödynnettyä. Mistä sitten tietää, paljonko kasvi mitäkin ainetta tarvitsee?
Sensorit sijaitsevat kevytrakenteisen puomin päissä, ja GPS-antenni on sijoitettu puomin keskelle. Sensorit kulkevat 80–120 cm kasvuston yläpuolella.

Fritzmeier on saksalainen, traktorin jousitettujen penkkien valmistuksesta alkunsa saanut yritys, jonka valikoimaan kuuluu ajoneuvojen komponenttien ja erilaisten kemiallisten tuotteiden lisäksi muutama maatalouden laite. Niistä tunnetuin on Isaria-kasvustosensori, jota on yhteistyössä Münchenin teknisen yliopiston kanssa kehitetty yli 20 vuotta. Laitteet saatiin Suomen markkinoille, kun AgriToukola Machinery aloitti niiden maahantuonnin viime vuonna.

Tasainen kasvusto, tasalaatuinen sato

Isaria mittaa kasvuston lehtivihreää ja biomassaa ajon aikana. Näiden tietojen pohjalta saa hyvän arvion myös kasvuston tarvitseman typen määrästä. Kun mitatut tiedot yhdistetään kasvin kasvuvaiheeseen, voidaan niitä hyödyntää monissa kasvustoon tehtävissä levitystöissä ruiskutuksista lannoitukseen – sekä kemiallisilla että eläinperäisillä lannoitteilla. Vaatimuksena tietysti on, että työkone on varustettu määränsäätöautomatiikalla.

Tällä hetkellä yleisin Isarian käyttökohde on viljojen jaettu lannoitus. Esimerkiksi vehnän kahden lannoituksen taktiikalla ensimmäinen lannoitus on niin sanottu tasoitusajo, jossa huonoihin paikkoihin levitetään enemmän lannoitetta, koska niissä on todennäköisesti typen puutetta. Toisella ajokerralla, jyvien täyttymisen aikaan typpeä levitetään enemmän sinne, missä kasvustoa on paljon. Mitä enemmän kasvustoa on, sitä enemmän se tarvitsee typpeä jyvien valkuaisen tuottamiseen, joten näin saadaan varmistettua tasainen ja hyvä valkuaispitoisuus.

Tieto kasvuston biomassasta on erityisen hyödyllistä kasvunsäädettä ruiskutettaessa. Kasvunsääteen levitysmäärä perustuu lehtialaindeksiin, joka on yksi biomassan määritystapa. Isaria käyttää eri indeksiä biomassan määrittämiseen, mutta kunhan Isarian indeksille löytää sopivan kertoimen, saa sensorilta riittävän tarkkaa tietoa kyseiseen työhön. Myös pakkotuleennutuksessa sensorin keräämästä tiedosta on hyötyä.

AgriToukola Machinery aikoo kokeilla laitteen käyttömahdollisuuksia myös nurmella ja perunalla, sillä niistä ei maailmalta löydy paljoakaan kokemusta. Nurmella tieto kerätään niittotraktorin keulalta käsin, sillä lannoitetta levitettäessä ei mittauskelpoista lehtimassaa vielä ole. ”Suomessa asia on todella mielenkiintoinen, koska täällä nurmea on paljon ja satotasot vaihtelevat”, toteaa Olli Soro AgriToukola Machineryltä. ”Perunalla asia vaatii hiukan enemmän modifiointia, sillä skannaus pitää tapahtua tarkalleen rivin päältä, kuten muillakin rivikasveilla”, hän jatkaa.

Perustuu LED-teknologiaan

Kasvustosensori on ikäänkuin kaikuluotain, joka toimii ääniaaltojen sijaan sähkömagneettisella säteilyllä eli valolla. Sensorien taika – tai oikeammin tiede tapahtuu puomiston päissä, joihin on sijoitettu neljä led-valoa, sekä niiden tuottamasta valosta aiheutuvaa heijastumaa mittaava fotodiodi.

Kaksi led-valoa loistaa punaisen valon aallonpituuksilla, ja kaksi valoa lähi-infrapunan (near-infrared, NIR) aallonpituuksilla. Fotodiodi mittaa, miten suuri osa valosta näillä aallonpituuksilla heijastuu kasvin lehdiltä ja maanpinnasta takaisin. Tämän omiin valonlähteisiin perustuvan, eli aktiivisen mittauksen ansiosta Isaria on immuuni auringonvalon vaihteluille, ja levitys onnistuu myös yöllä.

Mittaus tapahtuu kohtisuoraan alaspäin ja 80–120 cm päässä kasvustosta. Läheltä ja suoraan ylhäältä mittaaminen vähentää pölyn, kasteen ja varjostusten vaikutusta mittaustulokseen. Mitattu alue on halkaisijaltaan noin 80 cm ympyrä, ja mittaus tapahtuu 2 000 kertaa sekunnissa. Tämä tarkoittaa sitä, että 15 km/h ajonopeudella kasvusto mitataan ajosuunnassa noin 2 mm välein.

Erittäin kevyt rakenne

Sensorit on sijoitettu 6,9 metriä, tai erikoistilauksesta 6 metriä leveän puomin päihin. Puomi näyttää päällepäin järeältä, mutta se painaa vain 70 kiloa. Paikalleen nostamiseen riittää siis kaksi käsiparia.

Kiinnitystapoja on useita. Telineen voi tehdä itse, tai tilata joko etupainotelineeseen tulevan kiinnikkeen tai etukuormainsovitteen. Noin 1 000 euron lisähintaan saa pikakiinnitteisillä pyörillä varustetun etunostolaitetelineen. Pyörien ansiosta Isarian voi rullata hallin peränurkasta ovelle ja takaisin, mikä helpottaa säilytystä ja kiinnitystä entisestään.

Puomin keskelle on sijoitettu GPS-antenni, sähkökeskus ja puomia käyttävät karamoottorit. Traktorin osalta eteen tarvitaan ainoastaan virransyöttö, sillä puomi ja terminaali keskustelevat keskenään Bluetooth-yhteydellä.

Terminaalissa on kaikki tarpeellinen ja säätömahdollisuuksia on runsaasti, mutta siitä huolimatta suuri 11,6 tuuman näyttö on selkeä ja helppokäyttöinen. Terminaali tarvitsee ainoastaan oman virransyöttökaapelin. Toisella kaapelilla liitetään Isarian terminaali työkoneen tai traktorin terminaaliin, joka ohjaa levitintä. Työkonetta ohjaavalle paneelille menevä tieto on periaatteessa muotoa litraa tai kiloa hehtaarille. Liitännälle ei ole standardia, joten liitintyyppi ym. vaihtelee terminaalikohtaisesti. Tähän mennessä kaikki AgriToukola Machineryn toimittamat laitteet on kuitenkin saatu kommunikoimaan olemassa olevien terminaalien kanssa.

Tiedon hyödyntäminen vaatii ammattitaitoa

Sensori ei mittaa absoluuttisia arvoja, vaan laskee heijastumista kaksi indeksiä eri kaavoilla. Toinen indekseistä kuvaa biomassaa eli kasvuston määrää, ja toinen lehtivihreää, joka taas kertoo kasvin typen tarpeesta. Kun biomassan ja lehtivihreän indeksit kerrotaan toisillaan, saadaan käsitys koko kasvuston tarvitseman typen tarpeesta. Kuljettaja voikin päättää, käyttääkö hän biomassan indeksiä, lehtivihreän indeksiä vai niiden tuloa levitysmäärän säätämiseen. Tarvittaessa Isaria voi käyttää myös etukäteen määritettyä levityskarttaa.

Lisäksi biomassalle voidaan määrittää raja-arvo, jonka alittuessa käytetään erikseen määritettyä levitysmäärää. Näin vältytään siltä, että harvoihin paikkoihin, joissa sato jää joka tapauksessa vaatimattomaksi, ei levitetä turhaan lannoitetta.

Selvästi helpoin tapa alkaa työskentely on valita terminaalista kalibrointiajo. Kalibrointiajossa pelto ajetaan läpi sellaisista kohdista, jotka edustavat hyvin kasvuston vaihteluväliä. Ajo voi siis olla esimerkiksi kerran päästä päähän, tai jonkinlainen kierros, jossa tulee sekä huonoimmat että parhaat paikat mukaan mittaukseen. Näin saadaan kasvustoindeksille pienin, suurin ja keskimääräinen arvo.

Tämän jälkeen määritetään levitysmäärän käyrä, päättämällä kalibrointiajossa saatuja indeksiarvoja vastaavat levitysmäärät. Keskimääräisen levitysmäärän voi katsoa viljelysuunnitelmasta, ja pienimmässä ja suurimmassa arvossa täytyy käyttää omaa harkintaa. Toinen vaihtoehto on syöttää keskiarvon lisäksi levityskäyrän kulmakerroin, jos sen arvolle on muodostunut hyvä ”perstuntuma”. Käytännössä käyrän voikin määrittää hyvin vapaasti ja vaikka ilman kalibrointiajoa. Kalibroinnin voi myös jättää päälle koko lohkon ajaksi, jolloin levitysmäärän keskiarvo päivittyy aktiivisesti kasvillisuusindeksin keskiarvon kehittyessä.

Haasteeksi laitteen käytössä muodostuukin levityskäyrän määrittäminen, sillä sopivien arvojen valinta vaatii runsaasti agronomista tietämystä, eikä juuri oikeaa arvoa olekaan. Merkittävin tekijä on kasvin kasvuaste, sillä aiemmassa esimerkissä kahden lisälannoituksen taktiikasta vaihtuu kulmakerroin positiivisesta negatiiviseksi, eli koko levitysmäärän säädön suunta. Vehnän tapauksessa tämä alkaa jo olla yleistä tietoa, mutta kaikkien kasvien kohdalla vastaavia selkeitä ohjeita laitteen käytölle ei ole. Näin ollen sensoritiedon hyödyntäminen vaatii edelleen lisää tieteellistä pohjaa, ja siihen perustuvaa asiantuntijoiden opastusta.

Sensoritiedon tueksi 10-vuotiskartat

Isaria pystyy hyödyntämään sensorien keräämän tiedon tukena myös muita kasvustokarttoja. Fritzmeier tarjoaa yhtenä vaihtoehtona satelliittikuviin perustuvia 10-vuotiskarttoja, jotka antavat paremman käsityksen pellon kasvukunnosta. Kasvukuntoon vaikuttaa pääasiassa maaperän ominaisuudet, jotka pysyvät lähes samoina vuodesta toiseen.

Fritzmeier ei itse tuota karttoja, vaan ne tulevat alihankintana. Karttoja tilattaessa tarvitaan tieto lohkon sijainnista GML- tai shapefile-muodossa. Pellon rajat voi esimerkiksi piirtää Google Mapsilla, tai ottaa tiedon Isarian levityskartoista. Lisäksi tarvitaan tieto viimeisen kymmenen vuoden kasvilajeista. Karttoja tehtäessä etsitään jokaiselta vuodelta kasvukauden aikana, mahdollisimman myöhäisessä vaiheessa otettu satelliittikuva. Kun tiedetään kasvilaji, saadaan riittävän tarkasta satelliittikuvastakin hyvä käsitys kasvuston vaihtelusta. Satotasoa ei tarvitse tietää, vaan riittää, että kartoista lasketaan suhteellisia arvoja lohkon sisällä.

Kartat maksavat 5 euroa hehtaarilta, mutta suuremmissa tilauksissa hinta voi olla alempi. AgriToukola Machinery suunnitteleekin ryhmätilausta asiakkaidensa kesken. Fritzmeier suosittelee karttojen uusimisväliksi 4–5 vuotta, sillä pellon kasvukunto yleensä muuttuu pitkällä aikavälillä.

Ensitunnelmia asiakkaalta

Sastamalainen Seppo Pietilä hankki tälle kaudelle Isaria-sensorin työpariksi Amazone-lannoitteenlevittimelleen. Tositoimiin sensori ei ollut vielä kuvaushetkellä päässyt, sillä kuivan kesän vuoksi vehnäkasvustojen tasoitusajo päätettiin jättää tekemättä. Tämäkin on toki yksi jaetun lannoituksen etuja, sillä näin säästetään lannoitekustannuksessa ilman että sadon määrä merkittävästi vähenee. Juhannuksena alkaneet sateet kuitenkin elvyttivät kasvua sen verran, että kevätvehnälle ja entsyymiohralle ajettiin toinen ajo valkuaistasojen parantamiseksi. Ne ajettiin hyvinkin aggressiivisella säädöllä, sillä parhaisiin paikkoihin levitettiin 40 kg typpeä hehtaarille, ja huonoimpiin ei ollenkaan.

Isaria ja Amazone keskustelevat keskenään, kunhan välikaapelin liittää kiinni. Amazonen kanssa käytettäessä Isarian lähettämän levitysmäärän päivitystaajuutta täytyy hieman rajoittaa, sillä levittimen ohjain luulee että jotain on vialla, jos levitysmäärä muuttuu liian usein. Pietilä käyttää lannoittimessaan 4 sekunnin päivitysväliä, joka on viimeisen 4 sekunnin mittausten keskiarvo, ja vastaa noin 14 metrin matkaa. Amazonen lautaskohtaista levitysmääränsäätöä ei pystytä hyödyntämään, sillä Isaria ei sitä tue. Se voisikin Pietilän mukaan olla seuraava kehitysaskel.

Isarian käytettävyys saa aiemmin Yaran N-Sensoria käyttäneeltä Pietilältä kiitosta: ”Käyttö on huomattavasti helpompaa ja visuaalisempaa. Isariassa saa levitysmäärän säätökäyrän näkyviin, kun N-Sensorissa sitä ei saanut.” Levityskäyrää saa säädettyä ajon aikana pikanäppäimistä, joita ovat esimerkiksi +5 kg, joka nostaa koko levityskäyrää, eli pienintä, suurinta ja keskimääräistä typen levitysmäärää 5 kilolla. Sitäkin hyödyllisempi Pietilän mukaan on levityskäyrän kulmakertoimen pikasäätö. ”Traktoria ei tarvitse pysäyttää ja kaivaa säätöjä asetuksista”, hän toteaa.

Säästöjä ja lisätuloja

Kuten täsmäviljelyssä yleensäkään, ei kasvustosensori voi kerätä pelkästään ”hyvä tietää” -tyyppistä dataa, sillä listahinnaltaan 22 340 euron (alv 0 %) laite on merkittävä investointi tuotantoon. Valmistajan mukaan useiden eurooppalaisten yliopistojen tekemissä, maatiloilla ja kaistakokeissa tehdyissä mittauksissa saavutettiin lisätuloa keskimäärin 60 euroa hehtaarilta, verrattuna perinteisiin lannoitusmenetelmiin. Mitä enemmän lohkoilla oli maalajivaihteluita, sitä suurempi hyöty saatiin. Fritzmeierin laskelmien mukaan laitteen takaisinmaksuajaksi jääkin 200 hehtaarin kasvitilalla vain kaksi vuotta, sillä tällä pinta-alalla lisätuloa kertyisi 12 000 euroa vuodessa.

Tämä toki tarkoittaa, että laitetta täytyy pystyä hyödyntämään täysipainoisesti koko 200 hehtaarilla, eli kasvilajien ja viljelymenetelmien täytyy olla sen mukaiset. Tutkimukset ja laskelma on tehty Keski-Euroopan satotasoilla, joten Suomessa hehtaarikohtainen lisätulo jää todennäköisesti pienemmäksi. Selvää kuitenkin on, että oikein käytettynä Isarialla voidaan parantaa kasvinviljelyn tulosta.

Lue lisää