A fagyvédelmi technológiák értékelése során célunk az, hogy a lehető legteljesebb és legpontosabb képet alkossuk az egyes módszerek előnyeiről és hátrányairól, valamint alkalmazásának lehetőségeiről és korlátairól. Az előző cikkünkben felsorolt aktív fagyvédelmi technológiák jellemzése során kitérünk a technológia műszaki jellegű bemutatására, a hatásmechanizmus elméleti hátterének ismertetésére, az alkalmazás technológiájának gyakorlati és elméleti kérdéséire, végezetül pedig a módszer hatékonyságával, költségeivel, valamint alkalmazásának előnyeivel és korlátaival foglalkozunk. Ez utóbbi pontban az alábbi, főbb szempontok szerint kívánjuk értékelni az adott módszert:
- fizikai-energetikai hatékonyság, hatásfok (= az alkalmazást befolyásoló körülmények közel optimális együttállása esetén hány °C-kal képes emelni a levegő hőmérsékletét),
- a technológiának a fizikai-energetikai hatásfokot korlátozó meteorológiai tényezőkkel (lehűlés mértéke, inverzió erőssége és légmozgás) szembeni érzékenysége,
- az alkalmazást befolyásoló, korlátozó műszaki tényezők,
- az alkalmazást befolyásoló, korlátozó termesztéstechnológiai és növényélettani tényezők,
- az alkalmazás munkaerő-igénye, szervezhetősége, a védekezés levezénylésének körülményessége,
- hektáronkénti létesítési, beruházási költség,
- hektáronkénti üzemeltetési költség,
- a technológia gazdaságossági megítélése, az alkalmazást befolyásoló üzemgazdasági tényezők.
1. Légkeveréses módszerek
A légkeveréses módszerek arra alapoznak, hogy kisugárzási fagy esetén – a kialakuló talaj menti inverzió miatt – általában csak az alsó néhány méteres légréteg hűl le kritikusan, fölötte pedig egyre melegebb, illetve egy bizonyos szint fölött nulla °C-nál magasabb hőmérsékletű levegő található. Ezt belekeverve az alsó légrétegbe, növelhető az ültetvény hőmérséklete, illetve a keltett légmozgás révén egyúttal korlátozható a hideg levegő összegyülemlése az alsóbb rétegekben. A levegő keverésére több módszer áll rendelkezésre úgy, mint vízszintes áramú légkeverő gépek (szélgépek), függőleges áramú légkeverő gépek és a helikopteres légkeverés
Vízszintes áramú légkeverő gépek (szélgépek)
A technológia bemutatása, műszaki jellemzése
A rendszerint 10-12 m magas toronyra szerelt ventilátor két- vagy négylapátos, az átmérője pedig 3-6 méter között változik (98. fotó). A leghatékonyabb szélgépek lapátjainak forgási sebessége 600 fordulat/perc. A ventilátor nem egy helyben áll, hanem a torony körül folyamatosan körbeforog. A körbefordulási idő általában 4-5 perc, tehát ilyen időközönként juttat melegebb levegőt ugyanarra a helyre. A ventilátor kissé lefelé irányuló szögben (kb. 5-7°) működik, mert így a ventilátor fentről beszívja a levegőt és enyhén lefelé irányuló szögben továbbítja a talaj irányába. A ventilátort működtető energia rendszerint a torony alapjára felszerelt motorból származik, mely lehet elektromotor vagy belsőégésű motor. A berendezés stabil rögzítéséhez masszív betonalapzat szükséges. A szélgépeknek létezik olyan kivitele is, mely nem csupán a különböző légrétegeket keveri össze, hanem a lapátok előtt található gázégőfejek vagy más fűtőegység által termelt hőt is továbbítja lefelé. Ezek valamivel hatékonyabbak, de a beruházás és az üzemeltetés költsége is jóval magasabb.
.png)
Vízszintes áramú légkeverő gépek (szélgép)
Forrás: www.agrofrost.eu; www.ghentsupply.com
A hatásmechanizmus elméleti háttere
A hatásmechanizmus alapja, hogy a berendezés összekeveri a felsőbb meleg és az alsóbb hideg légrétegeket, és gátolja a hideg levegő felhalmozódását. Maga a berendezés hőt nem termel (bár vannak ilyen változatai is), hanem a környezetében megtalálható hőt osztja szét. Amire a berendezés képes az az, hogy az ültetvényben hozzávetőlegesen a 10-30 m és az 1-2 m magasságban mérhető hőmérsékletek átlagát teremtse meg azáltal, hogy a két légréteget egymással összekeveri. Az elméleti maximum, hogy a 10-30 m magasságban mérhető hőmérsékletet alakítja ki az ültetvényben is, de ennek elérésére 100%-ban nem lehet képes.
Egy szélgép maga körül mintegy 100-130 méteres sugarú körben vagy – az enyhe légmozgás torzító hatása miatt – hasonló méretű ellipszis alakban, 3,5-5,0 ha-on biztosíthat védelmet. Élénkebb légmozgás esetén a védett terület 1/3-2/3 arányú ellipszis alak lesz a torony körül. Megfigyelték, hogy több szélgép együttes jelenléte egy nagyobb területen valamivel biztosabb védelmet nyújt, mint egyetlen gép önálló alkalmazása kis területen, mert a gépek erősítik egymás hatását. Ilyen esetekben az egy berendezésre eső védett terület 10-20%-kal magasabb lehet, mint egyetlen gép üzemeltetése esetén és a védekezés hatékonysága is javul (Zinoni, 2000).
Az alkalmazás technológiája
Az alapelv az, hogy a berendezést legkésőbb a kritikus hőmérséklet elérésekor el kell indítani. Ha a fák felülete nedves egy várhatóan fagyos éjszakát megelőző nap vagy este folyamán, akkor a szélgépeket még ennél is korábban működésbe kell hozni, hogy megpróbáljuk megszárítani a növényeket, mielőtt fagyott vízréteg képződne rajtuk. A fenti tényezők összetettsége miatt a kisebb kockázatot az jelenti, ha a berendezés 0°C nedves hőmérséklet mellett elindításra kerül, feltéve, hogy a hőmérséklet várhatóan le fog süllyedni a kritikus értékig. A gyakorlatban jellemzően ez utóbbi elvet alkalmazzák, sőt egyes források szerint a védekezést +1-2 °C nedves hőmérséklet mellett meg kell kezdeni (Zinoni, 2000), de legkésőbb akkor, amikor a területen mérhető nedves hőmérséklet még 3-4 °C-kal a kritikus hőmérséklet fölött van. Tekintettel arra, hogy a szélgépek üzemeltetési költsége alacsony, a kockázatok csökkentése végett – de a racionalitás határain belül – tanácsos a javasolt legkorábbi időpontban elkezdeni a védekezést. A védekezés akkor állítható le, amikor a védetlen kontrollterületen a nedves hőmérséklet újra 0 °C fölé emelkedett.
A módszer hatékonysága, költsége, előnye és korlátai
A gyakorlati tapasztalatok és a tudományos mérések alapján a szélgépeket alapvetően a jó hatékonyságú módszereként tartják számon. A rendelkezésre álló források (Ribeiro és mtsai, 2002; Snyder és Melo-Abreu, 2005; Steinbauer, 2012, Köpcke, 2012) alapján azt lehet mondani, hogy kisugárzási fagy esetén, optimális körülmények között (teljes szélcsend, erős hőmérsékleti inverzió) 3-4 °C-kal is emelheti az ültetvény hőmérsékletét. Így a legérzékenyebb fenológiai fázisokban is akár mintegy -4--6 °C-os lehűlésig védelmet nyújthat.
A védekezés hatásfokát befolyásoló meteorológiai tényezők közül a legnagyobb jelentősége az inverzió erősségének van, mert a berendezés által az ültetvényben elérhető hőmérsékletemelkedés mértékét a 10-30 m magasságban található légréteg hőmérséklete határozza meg. Így minél erősebb az inverzió, minél magasabb hőmérsékletű a levegő a lefelé mozgatott légrétegben, annál jobb hatásfokú lesz a védekezés. Amennyiben a felsőbb légrétegek hőmérséklete alig magasabb az ültetvény hőmérsékleténél, számottevő hatás nem várható a berendezéstől. Hasonlóképpen nem alkalmazható szállított fagyoknál és/vagy 4-5 m/s szélsebesség fölött, mert ilyenkor nincs talaj menti inverzió.
Tekintettel arra, hogy két egyforma fagyos éjszaka nincs, minden esetben másak a hőmérsékleti viszonyok, az inverzió erőssége és a légmozgás, nem lehet általánosító következtetéseket levonni arra vonatkozóan, hogy várhatóan hány esetben fog hatékonyan vagy éppen hatástalanul működni a berendezés. Nyilvánvalóan lesz olyan eset, amikor kiváló védelmet nyújt, de olyan is, amikor abszolút hatástalan. Mindezekkel együtt a légkeveréses módszerek közül a leghatékonyabbnak és a legtöbb esetben használható módszernek tekinthető.
A módszer előnye, hogy alkalmazásának különösebb műszaki korlátja nincs, és sem a termesztéstechnológiára, sem a növényekre nincs különösebb káros hatása. A védekezés munkaerőigénye elenyésző, azáltal, hogy megfelelő mérőműszerekkel akár automatizálható is a működése, bár egy kezelő-felügyelő személy jelenléte ilyen esetben is ajánlott.
A szélgép nagy hátrányaként tartják számon, hogy működése rendkívül nagy zajjal jár. A géptől 250-500 m-es távolságra is még 60-70 dBA zaj mérhető.
A berendezés létesítési, illetve üzemeltetési költségeire vonatkozóan hazai adat nem áll rendelkezésre. Külföldi forrásokat figyelembe véve arra juthatunk, hogy egy szélgép beruházási költsége hazai viszonyok mellett 8-10 millió Ft között van, azaz hektáronkénti létesítési költsége mintegy 2,0 millió Ft, feltéve, hogy a tábla mérete eléri a védhető maximumot. Ez egyben a módszer nagy hátránya, mert fajlagos beruházási költség tekintetében az egyik legdrágább módszernek tekinthető. A maximálisan védhető 4-5 hektárnál jelentősen kisebb ültetvényekben általában már túl drága módszernek bizonyul.
Az üzemeltetés fajlagos költségeiről nem rendelkezünk konkrét adattal és hazai eredmények sem állnak rendelkezésre. A fellelhető forrásokból viszont valószínűsíthető, hogy óránkénti üzemeltetési költsége nem túlzottan magas, és ennek döntő részét is a 70-80 kW-os motor meghajtásának energiaigénye jelenti. A relatíve alacsony üzemeltetési költségű módszerek közé tartozik.
Tekintettel arra, hogy szélgépek esetében a beruházási költség nagyon magas, a létesítését kell alaposan megfontolni. Gazdasági realitása csak a nagy áruértékű (potenciális árbevétel minimum 3-4 millió Ft/ha/év) ültetvényekben lehet. Az üzemeltetése viszont olcsó, aminek üzemgazdasági velejárója, hogy a védekezés megindítása egy fagyveszélyes éjszakán nem okoz nagy dilemmát. Az utólag feleslegesnek bizonyuló védekezés esetén sem emésztett fel különösebben nagy költséget.
Függőleges áramú légkeverő gépek
A magaslati meleg levegő lenyomására alkalmas függőleges áramú ventilátorokat is tanulmányozták már, azonban ezek a ventilátorok általában gyengébb teljesítményűek. Az ezzel ellentétesen működő, azaz függőlegesen felfelé fújó szélgépek kereskedelmi forgalomban is kaphatók. Az alapöltet az, hogy a ventilátor vízszintesen behúzza a talaj közeli hideg levegőt és felfelé kifújja, helyére pedig a magasabban elhelyezkedő légrétegből melegebb levegő áramlik, ezáltal növeli a felszínhez közeli légréteg hőmérsékletét.
Függőleges áramú légkeverő ventilátorok (www.frostprotection.com)
Korlátozott számú kísérletek az mutatják, hogy a módszernek átmeneti pozitív hatása van a ventilátorhoz közeli hőmérsékletre, azonban ennek a kedvező hatásnak a mértéke és időtartama még nem ismert. Egyértelmű tudományos megalapozottságú bizonyíték jelen pillanatban nincs. Németországban Köpcke (2012) végzett konkrét méréseket a berendezéssel, de arra jutott, hogy érdemi hatással nincsenek az ültetvény levegőjének hőmérsékletére.
A berendezés ára 7 500 Euro és a gyártó szerint 2-3 hektár megvédésre alkalmas, de ezt a mérési eredmények erősen kérdésessé teszik. A berendezés villamosenergia-fogyasztása viszont nagyon magas. Fentiek miatt úgy tűnik, hogy nagy áruértékű, korszerű ültetvények megvédésében átütő sikert nem fog aratni. Egyelőre nem sorolható a perspektivikus módszerek közé.
Helikopteres légkeverés
A technológia bemutatása, műszaki jellemzése
A helikopter különböző repülési üzemmódokban üzemelhet, amelynek során rotorlapátjaival igen nagy mennyiségű légtömeget mozgat lefelé (100. fotó). Az ez által okozott turbulencia biztosítja a levegő átkeverését.
A hatásmechaniuzus elméleti háttere
Fagyvédelmi célokra is alkalmazható mezőgazdasági helikopter és örvényrendszere (www.google.hu)
A hatásmechanizmus részleteire e helyütt már nem szükséges kitérnünk, mert az elv lényegében teljesen megegyezik a szélgépekével, így lényegében a sikeres védekezés meteorológiai feltételei is azonosak.
Az alkalmazás technológiája
A helikopteres légkeverés akkor működik a leghatékonyabban, ha sikerül a legmelegebb légréteget, azaz az inverziós plafont megtalálni. Ehhez gyakran külső hőmérőt szerelnek fel a helikopterre, hogy a felszállás elején függeszkedő helyzetben folyamatosan emelkedve keresse meg a pilóta ezt a réteget. A repülési magasság azonban nem lehet sokkal magasabb 20-30 m-nél, mert akkor már nem tud elegendő levegőt lemozgatni a rotorok által keltett légörvény. A munkaszélesség (az a sáv, ahol a levegő megkeverhető egy menetben) 25-30 métert tesz ki. Az általános repülési sebességre egyes források 25-40 km/h (Powell és Himelrick, 2000), más források 8-16 km/h közötti sebességet (Evans, 2000) adnak meg. A repülési sebességet a lehűlés mértéke és az inverzió erőssége határozza meg a legnagyobb mértékben: minél hidegebb van és minél magasabban van az inverziós plafon, annál lassabban kell haladni. A fenti értékeknél nagyobb sebesség viszont már nem kedvez a védekezésnek.
Az egy helikopter által lefedhető terület nagysága függ a helikopter méretétől és súlyától valamint az időjárási körülményektől, a védhető terület becsült nagysága 20 és 45 hektár között változik. Minden 30 percben szükséges áthaladni ugyanazon terület fölött, erősebb fagy esetén gyakrabban ismételt áthaladás szükséges.
A védekezés megkezdésének időpontja az általános elv alapján a kritikus hőmérsékleti érték eléréséhez köthető. Biztonsági szempontból itt is jobb, ha hamarabb kezdődik a beavatkozás. A repülést reggel akkor kell abbahagyni, amikor a hőmérséklet a kezeletlen kontrollterületen a kritikus károsító hőmérsékleti érték felé emelkedett és folyamatosan növekvő tendenciát mutat.
A módszer hatékonysága, költsége, előnyei és korlátai
A helikopterek hasonló mértékben képesek emelni a levegő hőmérsékletét, mint a szélgépek, mert hatásmechanizmusok hasonló. Az elérhető hőmérséklet-növekedés optimális körülmények esetén 3,0-4,5 °C között adható meg (Snyder és Melo-Abreu, 2005).
A módszer hatékonyságát leginkább befolyásoló meteorológiai tényező az inverzió erőssége. Amennyiben csekély mértékű vagy nincs inverzió, azaz nincs „meleg” légréteg az ültetvény fölött, úgy a helikopterek alkalmazása nem hatékony. E tekintetben hátrányuk és működési korlátjuk a szélgépekével azonos, de ezen túlmenően több veszélyük és hátrányuk van még.
Jelentős korlátja az alkalmazásnak, hogy a repülés fontos feltétele a folyamatos földlátás megléte (Tréner Kft., 2012). Így csak megfelelő látási viszonyok mellett szállhat fel a gép: éjszaka nem mindig van mód repülésre, gyakran napkelte környékén indulhat a védekezés, amikor a pilóta számára a folyamatos talajlátás biztosított. Előfordulhat viszont, hogy eddigre már jelentős fagykárt szenvedett az ültetvény. Előnye viszont, hogy sem a növényekre, sem a termesztéstechnológiára semmilyen káros befolyása nincs, és – a kevés számú helikopter rendelkezésre állásától, valamint az éjszakai repülés problematikájától eltekintve (bár ezek súlyos tényezők) – különösebb üzemen belüli műszaki korlátja sincs az alkalmazásnak. A védekezés munkaerőigénye alacsony, szervezhetősége sem bonyolult.
A helikopterek légióra díja típustól függően 200-300 eFt. A védekezés ideje a hajnali fagyos időszakban általában 4-8 óra időtartamú, így az egyszeri védekezés díja 800-2 400 eFt közötti (Tréner Kft., 2012). Amennyiben a védhető maximális területen (30-40 ha) ki lehet használni a gépet, az éjszakai védekezés költsége 25-60 ezer Ft/ha. Ennél sokkal kisebb méretű, néhány hektáros táblák megvédésére nem jelent költséghatékony megoldást. Tekintettel azonban arra, hogy itt az adott éjszakai üzemeltetés költsége – pl. a szélgéphez vagy fagyvédelmi öntözéshez képest – viszonylag magas, a védekezés éjszakáján alaposan meg kell fontolni az alkalmazást.
A módszert a világ számos országában alkalmazzák, a fenti korlátokat és hátrányokat leszámítva, elfogadható eredménnyel, de éppen a sikeres alkalmazás gyakori korlátai miatt átütő sikert vélhetően nem várhatunk tőle. Minden környezeti feltétel (erős inverzió, -4--6 °C-nál nem nagyobb mértékű lehűlés, szélcsend, jó látási viszonyok) optimális együttállása esetén azonban elég jó hatásfokú védelmet biztosít.
Dr. Apáti Ferenc
egyetemi docens, Debreceni Egyetem
alelnök, Fruitveb
Felhasznált irodalom: