Żołędzie nacięte dla lepszego kiełkowania

"Automat z systemem wizyjnym do skaryfikacji oraz oceny zdrowotności nasion dębu przeznaczonych do siewu w szkółkach kontenerowych” został skonstruowany przez konsorcjum naukowo-przemysłowe. Urządzenie nie ma odpowiedników wśród maszyn stosowanych w gospodarce leśnej, jest absolutną nowością techniczną na rynku światowym. Zastąpi pracę 15 osób, a do jego dozoru potrzebne są 3 osoby pracujące w systemie trzyzmianowym. Koncepcja takiego urządzenia powstała na wyraźne zapotrzebowanie szkółkarstwa leśnego.

Projekt opracowali leśnicy i inżynierowie z Wydziału Leśnego i Wydziału Inżynierii Produkcji i Energetyki Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, z Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowi, badacze z Państwowego Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu w Poznaniu oraz pracownicy spółki PROMAR z Poznania.

W rolnictwie skaryfikacja polega na sztucznym uszkadzaniu grubych okryw nasiennych lub owoców - po to, aby woda i tlen mogły łatwiej wniknąć do wnętrza nasion. W ten sposób leśnicy mogą przyśpieszyć ich kiełkowanie. Skaryfikacja sprawia, że nasiona wychodzą ze spoczynku bezwzględnego, spowodowanego właściwościami strukturalnymi. Gruba łupina nasienna, na przykład w żołędziach, ogranicza dostępu tlenu do tkanek. Nasiona kiełkują dopiero wtedy, gdy mikroorganizmy glebowe rozłożą ową „zbroję”. Dlatego właśnie okrywę nasienną uszkadza się poprzez nakłuwanie, przecieranie, nacinanie lub chemicznie.

W szkółkach leśnych sadzonki utrzymuje się w pojemnikach zabezpieczających korzenie. Jest to tzw. uprawa w systemie kontenerowym. Leśnicy selekcjonują nasiona o jak najwyższej zdolności kiełkowania, które dodatkowo wschodzą mniej więcej w tym samym terminie.

Dąb charakteryzuje się bardzo nierównomiernymi wschodami. Pierwsze siewki zaczynają pojawiać się po 2–3 tygodniach od siewu, a ostatnie nawet po 16–17 tygodniach. Te późniejsze znajdują się pod osłoną większych już siewek z dobrze rozwiniętymi liśćmi, które skutecznie ograniczają dostęp światła i wody.

Zastosowanie skaryfikacji mechanicznej przyspiesza wzrost osi zarodka, dlatego siewki rosną szybciej. Okrywy żołędzi dębów uszkadza się mechanicznie, przez obcięcie od strony znamienia ich końców wraz z liścieniami o 1/5 do 1/3 długości. W ten sposób przygotowywane jest do siewu tylko w Polsce kilkadziesiąt milionów nasion rocznie, w okresie ok. 3 miesięcy - od stycznia do marca.

Ta żmudna, monotonna praca wymaga zatrudnienia kilkunastu osób w każdej szkółce produkującej sadzonki. Jak przeanalizowali badacze, uciążliwość polega na powtarzalnym kilkanaście tysięcy razy dziennie ruchu rąk i dłoni w cyklu: od pobrania nasion ze zbiornika, poprzez odcięcie fragmentu żołędzia sekatorem, a po wzrokowej ocenie barwy liścieni i stopnia wypełnienia nimi okrywy nasiennej - przeniesienie nasion do zasobnika do siewu lub jego odrzucenie. Z obserwacji wynika, że nawet posługiwanie się nowoczesnym sekatorem powoduje zmęczenie układu nerwowo-mięśniowego dłoni i rąk powtarzalnymi czynnościami. Inżynierowie postanowili więc zautomatyzować prace związane ze skaryfikacją i oceną zdrowotności żołędzi.

Nowatorski automat spełnia wiele funkcji. Najpierw nasiono podawane wibracyjnie przez podajnik trafia na przenośnik, gdzie jest skanowane przez pierwszy system wizyjny w celu uzyskania informacji o jego długości i orientacji. Następnie muszą zostać ustawione poprawnie, czyli tak, aby korzeń zarodkowy znajdował się przed środkiem nasiona w kierunku ruchu na podajniku taśmowym. Nasiona ustawione niepoprawnie są obracane w „rotatorze” o 180 stopni, tak żeby po obrocie korzeń zarodkowy znajdował się z przodu, zgodnie z kierunkiem transportowania. Wszystkie prawidłowo ustawione żołędzie wpadają do pozycjonera, gdzie ustawiane są w pozycji pionowej, korzeniem zarodkowym do góry. W kolejnych operacjach maszyna podnosi lub opuszcza żołędzie – tak, aby każdy z nich został przecięty w tym samym miejscu.

Nasiono poddawane jest procesowi skaryfikacji przez wirujące noże oraz kierowane do automatycznej oceny zdrowotności przez kolejny system wizyjny. Na tym etapie rejestrowany i analizowany jest barwny obraz przekrojów liścieni. Rozpoznawanie obrazu polega na określeniu stopnia zmian chorobowych w oparciu o kolor i intensywność pikseli obrazu przekroju. Te zaś, za pomocą metod widzenia maszynowego, pozwalają oszacować zdrowotność każdego z przetwarzanych nasion. Na tej podstawie można sortować je na zepsute, nadpsute oraz zdrowe, tj. przeznaczone do siewu kontenerowego.

Nad przebiegiem prac badawczych i konstruktorskich czuwali naukowcy: prof. dr hab. inż. Józef Walczyk, dr hab. inż. Paweł Tylek, prof. dr hab. Tadeusz Juliszewski oraz dr hab. inż. Paweł Kiełbasa. Maszyna znalazła się wśród 15 maszyn uhonorowanych Złotym Medalem na Międzynarodowych Targach Poznańskich POLAGRA-PREMIERY 2018. To pierwszy w historii Targów Poznańskich medal dla maszyny z branży leśnej.

PAP – Nauka w Polsce

kol/ agt/