Γράφει ο κ. Ιωάννης Ράπτης, επίκουρος καθηγητής στη Γεωργική Μηχανική και στα Συστήματα Μηχανικής Καλλιέργειας, στο Τμήμα Γεωπονίας – Αγροτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας
Οι καλλιέργειες είναι ευάλωτες σε ποικίλα παράσιτα και ασθένειες ήδη από την εποχή που εξημερώθηκαν, γεγονός που επιφέρει σημαντικές απώλειες στην απόδοση και, σε αρκετές περιπτώσεις, απειλεί την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια.
Οι απώλειες καλλιεργειών πριν από τη συγκομιδή λόγω παρασίτων κυμαίνονται μεταξύ 10 και 28% σε παγκόσμια κλίμακα. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας (Food & Agriculture Organization [FAO])των Ηνωμένων Εθνών εκτιμά ότι έως και το 40% της παγκόσμιας παραγωγής καλλιεργειών χάνεται ετησίως από παράσιτα. Επιπλέον, οι ασθένειες των φυτών επιφέρουν οικονομικές απώλειες που υπερβαίνουν τα 220 δισεκατομμύρια δολάρια κάθε χρόνο (IPCC 2021).
Για να είναι η γεωργία οικονομικά βιώσιμη, να διατηρεί χαμηλό κόστος παραγωγής και να διασφαλίζει επαρκή εφοδιασμό τροφίμων για τον συνεχώς αυξανόμενο πληθυσμό, η αποτελεσματική φυτοπροστασία αποτελεί βασική προϋπόθεση. Η απουσία σωστής διαχείρισης παρασίτων και ασθενειών μπορεί να οδηγήσει σε απώλειες που φτάνουν έως και το 82% της παραγωγής.
Η προστασία των καλλιεργειών, των οπωρώνων και των αμπελώνων, καθώς και των αποθηκευμένων προϊόντων μετά τη συγκομιδή, είναι καθοριστικής σημασίας για την εξασφάλιση επαρκούς και ασφαλούς τροφικής αλυσίδας. Οι χημικοί και βιολογικοί παράγοντες φυτοπροστασίας εφαρμόζονται κυρίως μέσω ψεκασμών, περιορίζοντας τις απώλειες από έντομα, φυτικές ασθένειες και ανταγωνιστικά ζιζάνια, αλλά και από μύκητες και μικροοργανισμούς αλλοίωσης κατά την αποθήκευση και μεταφορά.
Παρότι οι μέθοδοι αυτές είναι αποτελεσματικές, τα χημικά φυτοφάρμακα αυξάνουν το κόστος παραγωγής κατά περισσότερο από 25 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως, ενώ πάνω από 2 δισεκατομμύρια κιλά δραστικών ουσιών απελευθερώνονται στο περιβάλλον, γεγονός που τα καθιστά έναν από τους σημαντικότερους οικολογικούς και υγειονομικούς κινδύνους.
Έλεγχος μέσω ψεκασμού
Ο έλεγχος φυτοπροστασίας μέσω ψεκασμού είναι μια σύνθετη διαδικασία που εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, με σημαντικότερο το μέγεθος των σταγονιδίων, το οποίο επηρεάζει άμεσα την εναπόθεση και την αποτελεσματικότητα των φυτοφαρμάκων. Η επιλογή του κατάλληλου μεγέθους σταγονιδίων διασφαλίζει ότι η απαιτούμενη δόση φτάνει στην περιοχή-στόχο χωρίς απώλειες, μειώνοντας φαινόμενα όπως είναι η εξάτμιση, η μετατόπιση και η απορροή, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνει την ασφάλεια του χειριστή όσον αφορά την εισπνοή, την κατάποση και τη δερματική έκθεση.
Η τεχνική εφαρμογής των φυτοφαρμάκων παίζει καθοριστικό ρόλο στη βιολογική αποτελεσματικότητα. Παράγοντες όπως είναι οι καιρικές συνθήκες, η πίεση ψεκασμού, ο τύπος ακροφυσίου και η ταχύτητα διαδρομής επηρεάζουν σημαντικά το αποτέλεσμα.
Τα φυτοφάρμακα εφαρμόζονται με διαφορετικές ποσότητες νερού, με αποτέλεσμα υψηλό ή χαμηλό όγκο ψεκασμού. Στον υψηλό όγκο, η βιολογική αποτελεσματικότητα είναι περιορισμένη και η περιβαλλοντική ρύπανση αυξημένη. Στο χαμηλό όγκο (5 έως 40 λίτρα ανά στρέμμα, 125 – 250 μm), η αποτελεσματικότητα είναι μέτρια, αλλά παρατηρείται αυξημένη μετατόπιση και απώλεια ψεκαστικού υλικού. Στον εξαιρετικά χαμηλό όγκο (λιγότερο από 5 λίτρα ανά στρέμμα, 5 – 50 μm), επιτυγχάνεται πολύ λεπτή διασπορά σταγονιδίων και καλύτερη κάλυψη υπό προϋποθέσεις.
Ωστόσο, ο συμβατικός εξοπλισμός φυτοπροστασίας συχνά οδηγεί σε υπερβολική εφαρμογή φυτοφαρμάκων, χαμηλή απόδοση εναπόθεσης και υψηλή μετατόπιση εκτός στόχου, δημιουργώντας σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Οι συμβατικές μέθοδοι περιορίζονται κυρίως στην εναπόθεση στην άνω επιφάνεια των φύλλων και αποδεικνύονται ανεπαρκείς για την αντιμετώπιση παρασίτων όπως η λευκή μύγα.
Αντίθετα, ο ηλεκτροστατικός ψεκασμός αξιοποιεί το φαινόμενο περιτύλιξης, επιτρέποντας την εναπόθεση τόσο στην άνω όσο και στην κάτω επιφάνεια των φύλλων, όπου συχνά εντοπίζονται τα παράσιτα. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να αυξήσει την απόδοση εναπόθεσης έως και 80% και να μειώσει τις απώλειες εκτός στόχου κατά 50%.
Ηλεκτροστατική τεχνολογία
Ο Lin et al. (2023) αναφέρουν ότι η παραδοσιακή τεχνολογία ψεκασμού είναι ιδιαίτερα αναποτελεσματική σε μικρά αγροτεμάχια, λόγω χαμηλής ικανότητας δημιουργίας λεπτών σταγονιδίων, περιορισμένης περιοχής κάλυψης, υψηλής κατανάλωσης φυτοφαρμάκων και αυξημένου κόστους. Παρότι ο ψεκασμός παραμένει η κύρια μέθοδος πρόληψης της εξάπλωσης ασθενειών και εντόμων, η ενσωμάτωση ηλεκτροστατικής τεχνολογίας σε γεωργικά οχήματα μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση, το ρυθμό προσρόφησης σταγονιδίων και την ομοιομορφία κατανομής.
Η τεχνολογία ηλεκτροστατικού ψεκασμού αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1930 με στόχο τη βελτίωση της εναπόθεσης ψεκασμού. Ο Χάρολντ Ράνσμπουργκ ανέπτυξε το πρώτο σύστημα το 1940, ενώ ήδη από τη δεκαετία του 1940 η τεχνολογία υιοθετήθηκε στη βιομηχανία αυτοκινήτων ως αποτελεσματική μέθοδος βαφής. Από τη δεκαετία του 1980 εφαρμόστηκε και στη γεωργία, με αρχικές δοκιμές σε καλλιέργειες βαμβακιού (Hegab et al., 2016).
Ο ηλεκτροστατικός ψεκασμός επιτυγχάνει πληρέστερη κάλυψη δύσκολων στόχων και μειώνει τη σπατάλη και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που σχετίζονται με την υπερβολική δόση και τη μετατόπιση του ψεκασμού εκτός στόχου. Το διηλεκτρικό σύστημα μεταδίδει ισχυρό θετικό ηλεκτροστατικό φορτίο στα σταγονίδια, τα οποία έλκονται από αρνητικά φορτισμένες επιφάνειες . Έτσι επιτυγχάνεται καλύτερη κάλυψη ακόμη και σε μη άμεσα εκτεθειμένες περιοχές, όπως είναι η κάτω πλευρά των φύλλων, με αποτέλεσμα εξοικονόμηση φυτοφαρμάκου έως 50% και μείωση της απορροής στο έδαφος.
Η λειτουργία βασίζεται στη δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ ακροφυσίου και στόχου. Καθώς τα σταγονίδια ψεκάζονται, φορτίζονται ηλεκτρικά και επηρεάζονται κυρίως από τη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου λόγω του μικρού μεγέθους τους. Έτσι, έλκονται από τις επιφάνειες των φυτών και μπορούν να διεισδύσουν σε εσωτερικά σημεία των καλλιεργειών, όπως είναι η κάτω επιφάνεια των φύλλων και άλλες δυσπρόσιτες περιοχές. Η ομοιόμορφη κατανομή των σταγονιδίων ενισχύει την αποτελεσματικότητα του ελέγχου των παρασίτων, ενώ η ποιότητα της φόρτισης αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για τη συνολική απόδοση του συστήματος.
Μέθοδοι φόρτισης
Υπάρχουν τέσσερις βασικές μέθοδοι φόρτισης: φόρτιση με κορόνα, τριβοηλεκτρική φόρτιση, άμεση αγώγιμη φόρτιση και επαγωγική φόρτιση.
Η αγώγιμη φόρτιση λειτουργεί σε τάσεις 20 έως 30 kV και προσφέρει υψηλή αποτελεσματικότητα, αλλά απαιτεί ισχυρή μόνωση, λόγω του ότι είναι ηλεκτρισμένο ολόκληρο το σύστημα.
Η φόρτιση με κορόνα λειτουργεί σε τάσεις άνω των 30 kV και βασίζεται στον ιονισμό του αέρα, αλλά παρουσιάζει κινδύνους λόγω της υψηλής τάσης.
Η επαγωγική φόρτιση λειτουργεί σε χαμηλότερες τάσεις, από 1 έως 15 kV, και θεωρείται ασφαλέστερη, καθώς απαιτεί μόνωση μόνο στο ηλεκτρόδιο επαγωγής.Η επαγωγική φόρτιση θεωρείται ιδιαίτερα κατάλληλη για γεωργικές εφαρμογές. Σύμφωνα με τους Amaya και Bayat (2022), η αποτελεσματικότητά της εξαρτάται από παράγοντες όπως είναι η εφαρμοζόμενη τάση, το φαινόμενο διαβροχής του ηλεκτροδίου, η ταχύτητα αέρα, ο τύπος και το υλικό του ακροφυσίου, ο σχεδιασμός του ηλεκτροδίου, η αγωγιμότητα και η πίεση του ψεκαζόμενου υγρού, το μέγεθος των σταγονιδίων και η θέση του ηλεκτροδίου. Παράλληλα, εξετάζεται η απώλεια φορτίου στον αέρα και η επίδραση των ιδιοτήτων του στόχου στην εναπόθεση των σταγονιδίων.
Υλικά
Τα υλικά ηλεκτροδίων επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση φόρτισης, με τη σειρά κατάταξής τους να διαμορφώνεται ως εξής: νικέλιο, χαλκός, ορείχαλκος, ανοξείδωτος χάλυβας και αλουμίνιο. Μελέτες δείχνουν ότι το νικέλιο προσφέρει τη μεγαλύτερη απόδοση φόρτισης, ενώ άλλες υποδεικνύουν ότι ο ανοξείδωτος χάλυβας μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικός από τον ορείχαλκο.
Το φορτισμένο νέφος ψεκασμού επηρεάζεται από τον ιονισμό του αέρα και την εξάτμιση, ενώ ιδιότητες των φυτών όπως είναι ο προσανατολισμός, η θέση, η αγωγιμότητα και το σχήμα των φύλλων, επηρεάζουν την εναπόθεση. Τα φορτισμένα σταγονίδια απωθούνται μεταξύ τους και κατανέμονται ομοιόμορφα στις επιφάνειες των φύλλων, υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου και της ροής του αέρα.
Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση ενός ηλεκτροστατικού ψεκαστήρα με υποβοήθηση αέρα είναι η πίεση ψεκασμού, η εφαρμοζόμενη τάση και η ταχύτητα ροής του αέρα. Η εύρεση του βέλτιστου συνδυασμού αυτών των παραμέτρων αποτελεί κρίσιμο στάδιο στο σχεδιασμό αποδοτικών συστημάτων, που μειώνουν τη χρήση φυτοφαρμάκων και αυξάνουν την αποτελεσματικότητα.
Συνολικά, η χρήση ηλεκτροστατικού ψεκασμού στις γεωργικές εφαρμογές προσφέρει υψηλά επίπεδα βιολογικής αποτελεσματικότητας, εξοικονομώντας περισσότερο από 70% σε νερό και χημικά και βελτιώνοντας σημαντικά την εναπόθεση φυτοφαρμάκων, ιδιαίτερα στις κάτω επιφάνειες των φύλλων, όπου εντοπίζονται συχνά τα παράσιτα.
