Raziskovalni projekti

Vsebinski opis projekta 

Projekt obravnava ključen izziv upravljanja z orehovo muho (Rhagoletis completa), ki je odgovorna za do 80 % izgub pridelka oreha v svetu. Tradicionalne metode spremljanja oz. monitoringa pojava orehove muhe, vključujejo rumene lepljive plošče, katerih postavitev in spremljanje je časovno zamudno, sama namestitev na drevo pa nevarna za uporabnike. Njihova natančnost je omejena, predvsem zaradi nerednega preverjanja ulova, sploh v prvih mesecih izletanja orehove muhe, kar povzroči zamudo pri treniranju z ustreznimi sredstvi in s tem zmanjšanje pridelka. Poleg omenjenega je raziskav, katere so ključne za razumevanje bionomije škodljivca in njegovega učinkovitega obvladovanje relativno malo.

CILJ IN INOVACIJE:

V projektu si za spremljanje orehove muhe prizadevamo razviti samozadostni avtomatski sistem, delujoč na sončno energijo, ki bo opremljen z visokoločljivostnimi kamerami, algoritmom za prepoznavanjem škodljivcev na osnovi umetne inteligence in čistilnim lepljivim trakom, ki bo sposoben samodejnega čiščenja. Sistem bo povezan z mobilno in spletno aplikacijo, s čimer bomo zagotovili dostopnost podatkov v realnem času, sposoben bo pošiljanja opozoril glede na dosežene prage škodljivosti in napovednih modelov dinamike škodljivca. S ciljem določevanja učinkovitosti avtomatiziranih pasti bomo le te primerjali s konvencionalnimi rumenimi ploščami, katere odčitavamo ročno. Glavni cilji vključujejo:

• Optimizacija avtomatiziranih pasti za učinkovito prepoznavanje škodljivcev, enostavno namestitev in vzdrževanje.
• Primerjava avtomatiziranih sistemov s konvencionalnimi metodami spremljanja orehove muhe.
• Namestitev avtomatiziranih pasti v celotni Sloveniji in vzpostavitev t.i. nacionalne mreže za avtomatizirano spremljanje orehove muhe.
• Raziskali bomo, kaj privablja samice orehove muhe na plodove (specifične hlapne spojine, oblika ploda, barva ploda, velikost ploda, njegova metabolna sestava ali drugi fiziološki dejavniki).
• Določili bomo trenutek, ko dosežemo prag za zgodnjo okužbo, t.i. čas ko plod preneha rasti in pade z drevesa, oz. je prizadet, a vseeno zaključi svojo razvojno fazo
• Določili bomo vpliv orehove muhe na hlapne spojine jedrca in orehove luščine ter njen učinek na senzorične in metabolne lastnosti jedrca.
• Raziskali bomo vpliv orehove muhe na metabolne in senzorične lastnosti jedrca in orehovega olja narejenega iz različno okuženih jedrc (ali so prizadeta jedrca še uporabna in kako to vpliva na orehovo olje).
   

PRIČAKOVANI REZULTATI:

• Robustni avtomatizirani sistem, ki zmanjša delo za 70 % in doseže 80 % natančnost pri prepoznavanju škodljivca.
• Natančno prepoznavanje škodljivca ter podroben zapis dinamike škodljivcev.
• Vpogled v optimalno postavitev pasti.
• Poglobljeno znanje kdaj nastopijo različni pragi škodljivosti in vpliv orehove muhe oz. časa napada na rast plodov oreha..
• Boljše razumevanje metabolnih sprememb in kemikalij v plodovih oreha, ki so zadolžene za privabljanje orehove muhe k plodovom.
• Izboljšano razumevanje določanja praga škodljivosti orehove muhe, vpliva orehove muhe na rast ploda in njegovih ekso-morfoloških lastnosti.
• Vpliv orehove muhe na kakovost orehov in orehovega olja, s poudarkom na hlapnih spojinah, senzoričnih lastnostih in metabolitih.
• Različni metaboliti in hlapne spojine bodo identificirani, da bi znanstveni skupnosti in javnosti zagotovili nove informacije o kakovosti in vsebnosti metabolitov v jedrcu in orehovem olju.

Z uspešno izvedbo tega projekta upamo, da bomo revolucionirali spremljanje in obvladovanje orehove muhe v nasadih oreha ter zagotovili višje pridelke. Poleg tega bomo pridobili globlje znanje o škodljivcu ter njegovem vplivu na pridelek in možnosti predelave okuženih plodov. Vse ugotovitve bodo v okviru odprtega dostopa na voljo javnosti. Ugotovitve nam bodo omogočile boljše razumevanje škodljivca in možnosti za učinkovitejše spremljanje in obvladovanje orehove muhe v prihodnosti.

Sestava projektne skupine

• Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta (Oddelek za agronomijo, Katedra za sadjarstvo, vinogradništvo in vrtnarstvo –Zunanja povezava na Programska skupina Hortikultura= P4-0013 Odpira se v novem oknu)
  (Aljaž Medič, Robert Veberič, Tomaž Pliberšek, Tilen Zamljen, Mariana Cecilia Grohar, Petra Kunc, Maja Mikulič Petkovšek, Jerneja Jakopič in Kris Pirih)
• Zunanja povezava na EFOS informacijske rešitve d.o.o.  Odpira se v novem oknu
  (Mateja Štefančič, Matej Štefančič in Katarina Mele)
• Zunanja povezava na Kmetijsko gozdarska zbornica Slovenije Kmetijsko gozdarski zavod Maribor / Institute of Agriculture Odpira se v novem oknu 
  (Rok Veber, Jože Miklavc, Boštjan Matko, Miroslav Mešl, Leonida Lešnik, Urška Škrabar in Anja Preložnik)

Faze projekta in njihova realizacija 

WP1: Izboljšanje avtomatskega sistema za spremljanje orehove muhe, skupaj z mobilno in spletno aplikacijo za uporabnike

Samozadostna avtomatizirana naprava bo zasnovana z visokoločljivostnimi kamerami, samodejno čistilnimi lepljivimi trakovi in orodjem za prepoznavanje škodljivcev, ki so podprta z umetno inteligenco. Tako bomo lahko prepoznali Rhagoletis completa z več kot 80 % natančnostjo. Sistem bo dostopen na do uporabnika prijazni aplikaciji, ki bo generirala opozorila o preseženem pragu škodljivcev, zagotavljala sliko v realnem času, vremenske podatke in napovedne modele oz. dinamiko škodljivca.

Pričakovani rezultat: Vključuje popolnoma funkcionalen avtomatizirani sistem za spremljanje orehove muhe. S tem znatno zmanjša terensko delo in nam omogoča optimalno rabo pesticidov. Celovita analiza bo dokumentirala zahteve za avtomatiziran sistem in izpostavila razlike v primerjavi z klasičnimi metodami. Oblikovana/modificirana bo zasnova pasti za učinkovito lovljenje orehove muhe, ki bo zagotavljala enostavno vzdrževanje pasti, tudi ko so nameščene visoko v krošnjah dreves. Razvit bo algoritem oz. mreža na osnovi umetne inteligence (globoko učenje) za učinkovito prepoznavanje ciljnega insekta iz slik, ki jih bodo ustvarile avtomatizirane pasti. Poleg tega bodo izvedene modifikacije na osnovni platformi oz. aplikaciji, tako da bo v celoti integrirala spremljanje orehove muhe. To vključuje spremembe v spletni in mobilni aplikaciji ter prilagoditve modelov strojnega učenja za napovedovanje dinamike populacij škodljivcev. Po 2 letih optimizacije, prilagoditev in testiranja bo aplikacija skupaj z avtomatiziranim sistemom popolnoma funkcionalna in pripravljena za komercialno proizvodnjo in uporabo. Podatki v realnem času bodo omogočili uporabo proaktivnih strategij obvladovanja, medtem ko bo avtomatizirano spremljanje orehove muhe zmanjšalo terensko delo, izboljšalo varnost delavcev in povečalo natančnost beleženj.

WP2: Primerjava učinkovitosti avtomatiziranega sistema s klasičnim monitoringom orehove muhe

Avtomatizirane pasti bomo primerjali z klasičnimi metodami spremljanja orehove muhe v več nasadih, z namenom optimiziranja njihove postavitve in učinkovitosti. Vzpostavili bomo nacionalno mrežo avtomatiziranih pasti v petih slovenskih regijah, kjer bomo tako spremljali dinamiko orehove muhe v različnih podnebnih razmerah. Rezultati bodo pozitivno vplivali na strategije obvladovanja orehove muhe in omogočali zmanjšanje izpada pridelka.

Pričakovani rezultat: Uspešna izvedba tega delovnega sklopa bo privedla do zelo učinkovitega in natančnega beleženja ulova orehove muhe ter beleženja dinamike orehove muhe v različnih regijah po državi. To bo znatno izboljšalo splošno obvladovanje orehove muhe v nasadih, zmanjšalo izgubo pridelka in netržnih plodov. S pomočjo dostopa do podatkov v realnem času in avtomatskega prepoznavanja orehove muhe, bomo spremenili konvencionalni monitoring orehove muhe ter povečali učinkovitost upravljanja nasadov, posledično višjih pridelkov.

WP3: Validacija avtomatiziranih pasti v primerjavi s klasičnim spremljanjem orehove muhe

V sklopu delovnega paketa bomo merili in primerjali eksomorfološkie lastnosti plodov, vsebnost hlapnih spojin in drugih metabolitov napadenih in zdravih plodov oreha. Določili bomo prag škodljivosti za orehovo muho in vpliv napada orehove muhe v različnem obdobju rasti plodov, da bi ugotovili kako čas napada vpliva na sam razvoj plodov. Ocenili bomo orehovo olje, ki bo narejeno iz jedrc oreha, ki so različno prizadeta od orehove muhe. In sicer bomo testirali: senzorične lastnosti olja in določili hlapne in metabolne spojine v olju), s tem bomo ugotovili ali so prizadeta jedrca vseeno dovolj dobra za predelavo v orehovo olje.

Pričakovani rezultati: S pomočjo implementacije delovnega paketa bomo poglobili znanje in razumevanje o vplivu orehove muhe na rast plodov. Izboljšali bomo razumevanje o metabolnih procesih orehov in vsebujočih kemikalij, kateri so ključni pri privabljanju orehove muhe na sam plod. Poleg tega bomo določili vpliv poškodovanih jedrc na kakovost orehovega olja. Prav tako bomo identificirali različne metabolite in hlapne snovi tako v samem jedrcu oreha kot tudi orehovem olju.

Z uspešno izvedbo tega projekta upamo, da bomo revolucionirali spremljanje in obvladovanje orehove muhe v nasadih oreha ter zagotovili višje pridelke z manj in bolj ciljnim uporabljenimi pesticidi. Poleg tega bomo pridobili globlje znanje o škodljivcu ter njegovem vplivu na pridelek in možnosti predelave okuženih plodov. Vse ugotovitve bodo brezplačno v okviru odprtega dostopa na voljo znanstveni skupnosti, kmetom, zakonodajalcem, študentom in javnosti, kar nam bo omogočilo boljše razumevanje škodljivca in možnosti za učinkovitejše spremljanje in obvladovanje orehove muhe v prihodnosti.

Partnerji v projektu

• KGZS - Kmetijsko gozdarski zavod Maribor
• EFOS informacijske rešitve d.o.o.