Effizienz der Kaffeebesprühung mit Drohnen

Der Einsatz ferngesteuerter Flugzeuge (RPA), allgemein als Drohnen bezeichnet, zur Anwendung landwirtschaftlicher Pestizide hat weltweit erheblich zugenommen. Diese Geräte können sich an verschiedene Gelände anpassen, benötigen keine speziellen Startplattformen und weisen eine hohe Arbeitseffizienz auf. Darüber hinaus kann der von den Rotoren erzeugte Abwärtsluftstrom (Downwash) das Eindringen von Tröpfchen in das Innere der Pflanzendecke fördern, was die Ausbringung im Inneren der Pflanzen begünstigt und die Wirkung der Unkraut- und Krankheitskontrolle verbessert.

Allerdings handelt es sich in vielen Ländern um eine relativ neue Technologie und es liegen nur wenige Forschungsdaten vor. Auch wenn RPAs zunehmend eingesetzt werden, bestehen weiterhin Unsicherheiten hinsichtlich ihrer Effizienz im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Sprühabscheidung und die Anwendungseffizienz. Daher ist weitere Forschung erforderlich, um die Technologie besser zu verstehen. Da es sich um eine Technologie handelt, die unter anderem ein geringeres Sprühvolumen, einen geringeren Luftstrom und größere Höhen im Verhältnis zu den Pflanzen nutzt, weist sie eine größere Komplexität auf, die noch besser verstanden werden muss, insbesondere bei einjährigen Pflanzen wie dem Kaffeebaum (Coffea arabica).

Eines der häufigsten Probleme, mit denen Kaffeebauern konfrontiert sind, ist die Anfälligkeit der Pflanzen gegenüber Insekten und phytopathogenen Mikroorganismen. Daher ist es wichtig, dass die Techniken zur Pestizidanwendung richtig eingesetzt werden, damit der Wirkstoff zum geeignetsten Zeitpunkt, in der richtigen Menge und mit minimalem Abfall auf den biologischen Zielen abgelagert wird. Kaffeepflanzen stellen eine Reihe von Herausforderungen an die Anwendungstechnik dar, da sie eine hohe Blattdichte aufweisen, das Spray bis ins Innere des Blätterdachs vordringen muss und die Krone unregelmäßig angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist ein gutes Verständnis der Sprühausrüstung und der Anlagenarchitektur erforderlich, um eine maximale Effizienz zu erreichen.

Innerhalb der Anwendungstechnik ist die Wahl der Sprühspitzen, Sprühvolumina und Hilfsstoffe von entscheidender Bedeutung, um die Ankunft des Produkts am Ziel zu optimieren. Bei richtiger Auswahl ermöglichen sie die Erzeugung von Tröpfchen ausreichender Größe und die Reduzierung von Verlusten, wodurch eine gute Abdeckung des Ziels gewährleistet wird. Daher zielte diese Arbeit darauf ab, geeignete Betriebsparameter, einschließlich Sprühspitzen, Sprühvolumen und Adjuvantien, für die Anwendung landwirtschaftlicher Pestizide in Kaffeepflanzen mittels RPA zu untersuchen.

Methodik

Die Arbeit wurde im Kaffeesektor der Bundesuniversität Uberlândia (Uberlândia, MG) durchgeführt. Das verwendete ferngesteuerte Flugzeug war ein AGRAS MG-1P Oktokopter (DJI, China) mit einem 10-Liter-Sprühtank, 4 Sprühdüsen und 8 Triebwerken. Bei allen Behandlungen wurde entschieden, mit einer Arbeitsbreite von 4 m, einer Arbeitshöhe von 1,5 m im Verhältnis zum Blätterdach des Kaffeebaums und einer Vorwärtsgeschwindigkeit von 10,2 km/h zu arbeiten.

Die Sprühablagerungsstudien wurden in einem Bereich mit der Kaffeesorte Topázio durchgeführt, mit einem Reihenabstand von 3,8 m, 0,6 m zwischen den Pflanzen, einer durchschnittlichen Höhe von 2,7 m und einer Kronendachprojektion mit einem Durchmesser von 1,8 m.

Die Versuchsflächen waren 40 m lang und 16 m breit, mit einem nutzbaren Anteil von 30 m Länge und 8 m Breite, der Rest diente als Grenze. Die Ablagerung des Sprühnebels wurde durch die Erkennung eines Tracers auf den Blättern des Kaffeedachs ausgewertet, wobei die unteren und oberen Teile der Pflanze getrennt betrachtet wurden und auch wasserempfindliches Papier verwendet wurde.

Das Experiment bestand aus 8 Behandlungen (Tabelle 1) und 4 Wiederholungen. Es wurde ein vollständig randomisiertes Design in einem 2x2x2-Faktorenschema verwendet: zwei Sprühzusammensetzungen (Sprühmittel mit Streuhilfsmittel und Mineralöl), zwei Sprühdüsen (XR und Airmix) und zwei Sprühvolumina (10 und 20 L ha-1).

Zum Einsatz kamen XR 11001 Flachstrahldüsen (Teejet, USA) mit einem sehr feinen bis feinen Tropfenspektrum, abhängig vom Arbeitsdruck (das sind die Düsen, die werkseitig mit den Geräten mitgeliefert werden) und Airmix 11001 Luftansaug-Flachstrahldüsen (Agrotop, Deutschland) mit einem feinen bis groben Tropfenspektrum, abhängig vom Druck.

Zur Herstellung der Sprays wurden folgende Adjuvantien verwendet: Break Thru® (Evonik, Brasilien) – Polyether-Polymethylsiloxan-Copolymer 1000 g L-1 (Spreader) und Assist® (BASF, Brasilien) – paraffinische, cycloparaffinische und aromatische Kohlenwasserstoffe 756 g L-1 (Mineralöl). Bei dem ersten handelt es sich um ein nichtionisches Tensid aus der chemischen Klasse der organomodifizierten Trisiloxane, das in einer Konzentration von 0,1 % (v/v) eingesetzt wurde. Das zweite ist ein Adjuvans auf Mineralölbasis (aliphatische Kohlenwasserstoffe), das in einer Konzentration von 0,5 % (v/v) verwendet wurde.

Während der Anwendungen wurden Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit überwacht. Die Temperatur lag zwischen 27 und 29 °C, die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 48 % und 51 % und die durchschnittliche Windgeschwindigkeit zwischen 4,1 und 9,6 km/h.

Zur Beurteilung der Ablagerung wurde der Anwendungslösung ein Tracer aus dem Lebensmittelfarbstoff Brillantblau in einer festen Dosis von 500 g/ha zugesetzt, der durch Absorption in der Spektrophotometrie nachgewiesen werden sollte.

Nach dem Besprühen wurden in jedem Replikat 10 Pflanzen zufällig markiert und von jeder Pflanze ein Blatt im oberen und ein Blatt im unteren Teil gesammelt.

Mithilfe einer Kalibrierungskurve, die mit Standard-Tracerlösungen erstellt wurde, wurden die im Spektralphotometer erhaltenen Absorptionsdaten in Konzentrationen (μg L-1) umgerechnet. Anhand der Anfangskonzentration der Lösung und des Verdünnungsvolumens der Proben wurde die in den in den Parzellen gesammelten Blättern enthaltene Farbstoffmasse bestimmt. Die Gesamtablagerung wurde durch die Fläche jeder Probe geteilt, um die Menge in μg Tracer pro cm2 Blattfläche zu erhalten.

Außerdem wurden die Abdeckung und das Tröpfchenspektrum der verschiedenen Behandlungen ausgewertet. Zu diesem Zweck wurden wasserempfindliche Papieretiketten (76 x 26 mm) (Syngenta, Schweiz) verwendet, die auf der Ober- und Unterseite der Kultur angebracht wurden. Unmittelbar nach der Anwendung auf jedem Feld wurden die Etiketten eingesammelt und ins Labor gebracht, wo sie mit dem DropScope®-System (SprayX, Brasilien) gescannt und analysiert wurden. Analysiert wurden Bedeckung (%), Tröpfchendichte (Tröpfchen cm-2), mittlerer Volumendurchmesser (VMD, μm) und relative Amplitude (RA).

Für statistische Analysezwecke wurde eine Varianzanalysestudie mit einem vollständig randomisierten Design mit 4 Replikaten durchgeführt, gefolgt vom Snedecor-F-Test mit einem Signifikanzniveau von 0,05.

Ergebnisse

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Sprühabscheidung auf dem Blätterdach des Kaffeebaums. Im oberen und unteren Bereich lieferten Anwendungen mit der Luftansaugspitze und mit Mineralöl die höchsten Ablagerungswerte. Es gab keinen Unterschied zwischen den Sirupmengen. Dabei ist zu beachten, dass die Lösungen stets mit der gleichen Tracer-Dosis hergestellt wurden, wodurch sich der Einfluss des Sprühvolumens auf die flächenbezogene Ablagerungsbewertung verringert.

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse hinsichtlich Bedeckung und Dichte der auf wasserempfindlichem Papier abgeschiedenen Tropfen. Dieses Ziel ist im Gegensatz zur Bewertung der Tracerablagerung auf Blättern wasserempfindlich und hebt daher tendenziell Anwendungen mit einem höheren Wasservolumen hervor. Im oberen Teil wurde die größte Abdeckung mit Mineralöl und einem Sprühvolumen von 20 L ha-1 erreicht. Es gab keinen Unterschied zwischen den beiden Enden. Unten unterschied sich lediglich das größere Sirupvolumen vom kleineren. Bezüglich der Tröpfchendichte zeigte sich das gleiche Verhalten, mit Schwerpunkt auf Mineralöl und 20 L ha-1.

Wie bereits erwähnt, müssen diese Ergebnisse mit Vorsicht analysiert werden, da sie naturgemäß dazu neigen, Behandlungen mit einem größeren Sprühvolumen hervorzuheben, wie es in der vorliegenden Studie der Fall war. In jedem Fall führt eine größere Zielabdeckung tendenziell zu besseren Wirksamkeitsergebnissen, insbesondere bei der Arbeit mit landwirtschaftlichen Kontaktpestiziden. Was das Öl betrifft, so hat seine Antidriftwirkung wahrscheinlich dazu beigetragen, dass mehr Tröpfchen das Ziel erreichten und der obere Teil der Baumkrone entsprechend stärker bedeckt war. Das Break Thru-Adjuvans hat einen bekannten, recht ausgeprägten Streueffekt, der zu einer größeren Zielabdeckung führen kann. Der durch den Wind verursachte Tröpfchenwiderstand kann jedoch die Ankunft der Tröpfchen verringern und so die Tröpfchendichte auf dem Ziel sowie die Abdeckung verringern.

Tabelle 4 zeigt DMV und AR des Tröpfchenspektrums. Diese letzte Variable wurde durch die durchgeführten Behandlungen nicht beeinflusst und wies im oberen und unteren Teil einen allgemeinen Durchschnitt von 0,88 bzw. 0,93 auf, was auf ein einheitliches Tröpfchenspektrum hindeutet. Die Airmix-Spitze erzeugte größere Tröpfchen als die XR. Durch die Luftansaugung dieser Spitze gelangt Luft in die Tropfen, wodurch diese größer und widerstandsfähiger gegen Abdrift werden. Es ist zu beachten, dass dieses Airmix-Spitzenmodell laut Hersteller die Eigenschaft hat, je nach Arbeitsdruck feine bis dicke Tröpfchen zu erzeugen. Dies unterscheidet sich daher von der Eigenschaft der meisten Luftansaugspitzen, die dicke bis ultradicke Tröpfchen erzeugen.

abschließende Gedanken

Unter Feldbedingungen zeigte sich, dass Airmix-Luftansaugdüsen für die Anwendung mit RPA besser geeignet waren als herkömmliche XR-Flachstrahldüsen, da sie eine stärkere Sprühnebelabscheidung auf der Kaffeebaumkrone ermöglichten.

Die Verwendung von Mineralöl erwies sich als vorteilhaft, da es die Ablagerung des Sprühnebels auf den Kaffeeblättern verbesserte, obwohl der Streuer eine größere Kapazität zur Reduzierung der Oberflächenspannung des Sprühnebels hat.

Das größere Sprühvolumen (20 l/ha) führte zu einer höheren Tropfendichte auf dem Ziel sowie zu einer größeren Abdeckung, ein sehr relevantes Ergebnis, insbesondere bei der Verwendung von landwirtschaftlichen Kontaktpestiziden.

Die Airmix-Spitze erzeugt größere Tröpfchen als die XR, was eine wichtige Strategie zur Reduzierung der Abdrift ist, insbesondere in Feldsituationen mit Wind.

*Pro JJohannes Paul Arantes Rodrigues da Cunha, Cleyton Batista de Alvarenga, Luana de Lima Lopes e Rogerio Marcos Sousa Martins Jr., von der Bundesuniversität Uberlândia, und Luciano Fonseca, von FMC Agricultural Solutions