научно-практические аспекты технологии применения
реклама
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ОТДЕЛЕНИЕ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии Н.В. НИКИТИН, Ю.Я. СПИРИДОНОВ, В.Г. ШЕСТАКОВ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕРБИЦИДОВ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ Москва 2010 Москва, 2010 г. Авторы: Заслуженный работник сельского хозяйства РФ, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук Н.В. Никитин; заслуженный деятель науки РФ, академик Россельхозакадемии, д-р биол. наук, профессор Ю.Я. Спиридонов; чл.-корр. РЭА, д-р биол. наук, профессор В.Г. Шестаков. Научно-практические аспекты технологии применения современных гербицидов в растениеводстве. Данная монография отражает обобщение материалов собственных многолетних исследований авторов и руководимого ими коллектива отдела гербологии ГНУ ВНИИФ, направленных на разработку энергоэффективных и экологичных технологий применения гербицидов в растениеводстве. При этом использованы также сведения из доступных литературных источников, посвященных этой или аналогичной проблематике. Отметим, что многие близкие вопросы, в случае получения нами фактов, не нашедших достаточного обоснования результатами эксперимента, не включались в текстовую часть монографии. Показано, что научно обоснованные энергоэффективные и экологичные технологии применения гербицидов последнего поколения могут быть разработаны только при наличии необходимого и постоянно совершенствующегося специального оборудования и особых методических подходов. Даны основные характеристики разработанного и используемого в отделе гербологии ВНИИФ оборудования, позволяющего в условиях лабораторного, вегетационного и полевого опытов научно и экспериментально обосновать и предложить производству базовые показатели качества опрыскивания: допустимый размер капель, их плотность и равномерность распределения по обрабатываемой площади, норму расхода рабочего раствора и оптимальную концентрацию в нем препарата. При применении гербицидов одной из основных труднорешаемых проблем является снос препарата за пределы обрабатываемой зоны. Показано, что рекомендуемые в последних моделях опрыскивателей упрощенные способы решения этой сложной задачи приводят к нежелательным экологическим последствиям. Возможные пути улучшения технологии опрыскивания посевов гербицидными препаратами, с использованием разработанных и испытанных в многолетних опытах современных средств и методов, отражены в данной публикации. В частности, рассмотрены изученные в отделе гербологии ВНИИФ новые энергоэффективные и экологически приемлемые способы и технические средства применения гербицидов в растениеводстве (комплексная инкрустация семян перед посевом, технология УМО опрыскивания посевов зерновых культур с узким, оптимальным для каждого конкретного случая спектром размера капель и ее использование при осеннем применении гербицидов в посевах озимой пшеницы, а также почвенном внесении гербицидов и обработке посевов ГМР глифосатсодержащими гербицидами). Монография представляет интерес для специалистов по защите растений – агрономов, инженеров, студентов и аспирантов с.-х. вузов. ISBN – 5-98467-001-1, УДК 631.4 + 632.954 + 66.089.8 Под общей редакцией академика Россельхозакадемии, д-ра биол. наук, профессора Ю.Я. Спиридонова и чл.-корр. РЭА, д-ра биол. наук, профессора В.Г. Шестакова. Научно-практические аспекты технологии применения современных гербицидов в растениеводстве. М.: Печатный Город, 2010. – 200 стр. Книга издаётся при поддержке ЗАО «БАЙЕР». Мнение последнего может не совпадать с мнением автора. Ответственный за выпуск К.Е. Хорин Компьютерная верстка Д.Д. Вукмирович © Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков, 2009 © Верстка, предпечатная подготовка, печать, 2010 117587, Москва, Варшавское ш., д. 125, стр. 1, секция № 9 Тел./факс: (495) 789-9359 Содержание ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................................5 Глава 1. Оборудование и приборы для исследований и практического применения технологий химического и биологического методов защиты растений. .......................8 1.1. Опрыскиватели и дождеватели для испытаний пестицидов в вегетационных опытах.....................................................................................................................................9 1.1.1. Камерный опрыскиватель ОП-5 для первичной оценки эффективности пестицидов................................................................................................................................10 1.1.2. Монодисперсный камерный опрыскиватель ОМ-2, позволяющий регулировать в широком диапазоне размер капель и норму расхода рабочей жидкости............14 1.1.3. Дождевальная установка ЛДУ-1, имитирующая основные типы естественных дождей.........................................................................................................................18 1.2. Опрыскиватели для испытания гербицидов в мелкоделяночных опытах.....................22 1.2.1. Переносной палаточный монодисперсный опрыскиватель ОМП-10 для мелкоделяночных опытов..................................................................................23 1.2.2. Универсальный навесной палаточный опрыскиватель ОД-2 для мелкоделяночных опытов..................................................................................................................28 1.2.3. Опрыскивание с линейным изменением градиента концентрации препаратов в растворе......................................................................................................................34 1.2.4. Переносной палаточный опрыскиватель ОП-2........................................................36 1.2.5. Ручной штанговый монодисперсный опрыскиватель ОРМ-1.................................39 1.2.6. Переносной аппликатор АП-1,5..................................................................................41 1.2.7. Переносной штанговый опрыскиватель ОПШ-2......................................................45 1.3. Тракторные штанговые опрыскиватели для проведения производственных опытов и практического применения в растениеводстве. ....................................................... 45 1.3.1. Навесной штанговый УМО опрыскиватель ОВГ-6 с вращающимися распылителями, установленными параллельно к обрабатываемой горизонтальной поверхности ...............................................................................................................50 1.3.2. Навесной штанговый опрыскиватель ОВН-6 с вращающимися распылителями, установленными наклонно к обрабатываемой горизонтальной поверхности....60 Глава 2. Разработка и внедрение технологии опрыскивания полевых культур гербицидами с использованием монодисперсных аэрозолей.......................................................................67 2.1. Основные итоги оценки эффективности отечественных монодисперсных опрыскивателей с вращающимися распылителями...........................................................................67 2.2. Зарубежный опыт создания и использования моно- и полидисперсных опрыскивателей с вращающимися распылителями...............................................................................71 2.3. Проблемы и трудности серийного производства отечественных монодисперсных опрыскивателей и их внедрения в производство............................................................74 Глава 3. Разработка технологии применения антидотов и гербицидов путем комплексной инкрустации семян перед посевом....................................................................................................77 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Глава 4. Технологии опрыскивания с использованием аэрозолей с оптимальным спектром размера капель, испытанные и рекомендуемые к внедрению......................................................84 4.1. Довсходовое применение почвенных гербицидов............................................................84 4.2. Оптимизация технологии применения гербицидов при выращивании гербицидрезистентных генетически модифицированных сортов сельскохозяйственных культур.....88 4.3. Осеннее применение гербицидов в посевах озимой пшеницы .....................................92 Глава 5. Малообъемное опрыскивание гербицидами с использованием штанговых опрыскивателей с вращающимися полидисперсными распылителями............................................102 Глава 6. Малообъемное авиаопрыскивание гербицидами................................................................ 117 Глава 7. Технологии и технические средства наземного применения гербицидов, используемые в широкой практике растениеводства....................................................................................130 7.1. Технологии с уменьшенным дрейфом мелких капель для применения гербицидов, используемые в широкой практике растениеводства................................................... 141 7.2. Влияние равномерности распределения гербицидного препарата по обрабатываемой площади на его эффективность и загрязнение окружающей среды.......................... 151 Глава 8. Технический контроль качества обработки гербицидами способом малообъемного опрыскивания (≤ 100 л/га).....................................................................................................154 Глава 9. Влияние метеорологических условий на эффективность опрыскивания гербицидами159 Глава 10. Экономическая эффективность применения гербицидов................................................163 Глава 11. Охрана труда и окружающей среды....................................................................................166 Основные обозначения..........................................................................................................................170 Классификация процессов опрыскивания по объему расхода жидкости ..................................... 171 Перечень гербицидов, приведенных в тексте монографии...............................................................172 Перечень используемых основных технических терминов и определений..................................... 174 Список использованной литературы....................................................................................................179 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Введение Борьба с сорняками в РФ на современном этапе стала одной из главных проблем в области защиты растений, т. к. без успешного решения этого вопроса земледельцу бессмысленно проводить все остальные мероприятия, направленные на повышение плодородия почвы и продуктивности растениеводства. Сорняки не только угнетают рост и развитие культурных растений, снижая тем самым их урожай, но и ухудшают качество хозяйственноценной продукции растениеводства, поглощают из почвы питательные вещества и влагу, являются распространителями вредителей и болезней сельскохозяйственных культур, затрудняют и удорожают уход за посевами и уборку урожая. Несмотря на критику в адрес чрезмерно интенсивного применения пестицидов до настоящего времени этот способ в его рациональном использовании является общепризнанным. Химический метод защиты посевов культурных растений от комплекса фитопатогенов и сорняков, по-видимому, и в обозримом будущем будет сохранять свое доминирующее положение в растениеводстве, в том числе и в регулировании численности и видового состава нежелательной растительности. Общеизвестно, что одним из важных приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является регламентированная борьба с сорняками с использованием химического метода, основанного на применении гербицидных препаратов. Однако химический метод регулирования уровня засоренности посевов, реализуемый преимущественно способом опрыскивания вегетирующих растений водными растворами гербицидов, наряду с общепризнанным положительным эффектом, нарушает экологическое равновесие. Для выполнения требований экологической безопасности метод должен обеспечить высокую эффективность, окупаемость и производительность при обязательном условии минимизации уровня загрязнения окружающей среды остатками химикатов. Сохранение чистоты окружающей среды от поллютантов разного рода в последние годы стало одной из важнейших проблем человечества. В этой связи системно-экологический подход к решению проблемы защиты растений как основной части экологического рентабельного растениеводства и устойчивого земледелия становится все более актуальной, практически значимой проблемой. Возникла новая тенденция экологически сбалансированного развития защиты растений, в которой изменились задачи химического метода. При современном состоянии защиты растений химический метод решает триединую задачу – защитную, природоохранную и ресурсосберегающую. Наукой и практикой доказано, что эффективность использования гербицидов зависит от многих взаимосвязанных факторов: химической природы действующего вещества (д.в.), препаративной формы, нормы и сроков применения, технологии обработки посевов, погодных условий и т. п. Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Сложилось так, что в течение многих лет самым слабым звеном в этой цепи (если одно звено слабое, слабая и вся цепь) являются используемые технологии и технические средства применения пестицидов. В частности, многолетний отечественный и зарубежный опыт применения гербицидов в растениеводстве показал, что эффективность любого препарата, степень использования, уровень загрязнения окружающей среды при обработке им посевов, условия труда операторов во многом определяются научно-техническим и технологическим состоянием процесса внесения препаративной формы химиката. Однако в России на фоне последних достижений по машинотехнологическому обеспечению растениеводства самой отсталой является технология применения средств защиты растений, которую не затронул кардинально научно-технический прогресс. Возникшее несоответствие между возможностями нового поколения пестицидов, обладающих уникальной активностью, и используемой технологией их применения привели к тому, что опасность для окружающей среды и человека в меньшей степени исходит собственно от пестицидов, но наибольшее опасение вызывает несовершенство технологии их применения, от чего зависит эффективность препарата, вероятность загрязнения его остатками окружающей среды, безопасность условий труда обслуживающего персонала. В последние годы во всех отраслях народного хозяйства большое внимание уделяется разработке современных энергоэффективных и экологичных технологий. При разработке таких технологий для внесения гербицидов последнего поколения необходимо определиться в том, какие базовые критерии могут быть взяты за основу разрабатываемой системы приемов. При кажущейся простоте внесение пестицидов является технологически сложным процессом, поэтому применение дорогостоящих и высокоэффективных препаратов последнего поколения, без должного понимания сущности происходящих процессов, приводит к нежелательным экономическим и экологическим последствиям. Основой ресурсосберегающей технологии химического метода борьбы с сорняками является энергетическая эффективность. При общепринятой и используемой в широкой практике технологии внесения гербицидов расход энергии примерно в два раза меньше, чем при механической борьбе с сорняками. Однако в ряде случаев, если учитывать все негативные экологические последствия от общепринятой технологии применения гербицидов, преимущество может быть отдано механическому способу. С энергетической точки зрения более ресурсосберегающим и экологичным способом является комплексная (гербициды, антидоты, фунгициды, инсектициды) допосевная инкрустация семян в сравнении с последующим опрыскиванием посевов. Отмечается, что в настоящее время сочетать устойчивое развитие растениеводства с уменьшением его химизации в сфере защиты растений возможно только с использованием генетически модифицированных (ГМ) сортов. В последнее десятилетие в странах с развитым сельским хозяйством идет интенсивное внедрение в растениеводство гербицидоустойчивых сортов ряда трансгенных сельхозкультур. Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Исходя из вышесказанного при разработке перспективных технологий внесения современных гербицидов необходимо учитывать все эти направления. Пестициды и биопрепараты вносят преимущественно способом опрыскивания, то есть ежегодно сотни тысяч тонн их рабочих растворов превращаются в капли. Скорость оседания и испарения, степень инерционного осаждения, снос ветром и рассеяние в приземном слое атмосферы, смачивание различных поверхностей покровных тканей растений и удерживаемость рабочей жидкости на них, скорость проникновения пестицидов в листовую ткань растений — все эти и многие другие свойства капель определяются их размером. Анализ результатов, опубликованных отечественных и зарубежных исследований, и собственных наблюдений в этой области показывает, что центральной задачей теории и практики химического и биологического методов защиты растений, реализуемых способом опрыскивания, является определение оптимального спектра размеров капель для каждого конкретного случая и последующая обработка выбранным уровнем дисперсности препаративной формы. Необходимы технологии, где результат достигается не любой ценой, а целесообразностью, не противоречащей окружающему миру и не конфликтующей с самим человеком. Одной из перспективных современных технологий, реализуемых способом опрыскивания, удовлетворяющей постоянно возрастающим требованиям энергоэффективности и экологичности, может быть использование предлагаемых нами аэрозолей с узким, оптимальным для каждого конкретного случая, спектром размеров капель. Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 1. Оборудование и приборы для исследований и практического применения технологий химического и биологического методов защиты растений Успешное внедрение в производство новых пестицидных препаратов требует предварительного всестороннего изучения их эффективности в зависимости от различных факторов внешней среды. Методические подходы такого рода исследований общеизвестны и могут меняться в зависимости от целевого назначения того или иного препарата. При этом техническая (приборная) их оснащенность должна быть по возможности стандартной, доступной для широкого круга научных работников, а полученные с ее помощью экспериментальные результаты должны соответствовать критериям объективности и воспроизводимости. Экологически приемлемое использование химических средств в практике растениеводства допустимо только с учетом результатов комплексного исследования в условиях вегетационных и полевых экспериментов. Для достижения достоверных и сравнимых результатов исследований необходимо, чтобы в опытах использовалось оборудование с известными стандартными характеристиками режима работы и однотипными технологическими приемами проведения конкретных экспериментов. Требования к пестицидам, уровню их изученности и информативности получаемых при этом сведений постоянно возрастают, из-за чего повышаются и показатели критериев соответствия применяемой в практике растениеводства аппаратуры. К сожалению, опрыскивателей, отвечающих упомянутым требованиям, на данный момент нет и их разработкой никто не занимается. Это является одним из существенных препятствий в создании научно и экспериментально обоснованных оптимизированных технологий применения пестицидов нового поколения с нормами расхода 10–200 г/га. Так сложилось, что многие годы разработкой такого типа опрыскивателя занималась инженерная группа в отделе гербологии ВНИИФ. В бывшем Союзе НПО «Селекционная техника» (г. Симферополь), основываясь на наших разработках, организовало выпуск нескольких образцов такого оборудования для научных исследований по заявкам заинтересованных организаций. К сожалению, после распада СССР распалась и существовавшая в нем стройная система разработки, испытаний и промышленного изготовления необходимого для сельского хозяйства научного оборудования, нарушились и методологические приемы его оценки. Отсутствие такого оборудования привело к тому, что в последние годы эффективность различных способов применения пестицидов в растениеводстве проверяется непосредственно в крупномасштабных трудоемких опытах с использованием тракторных опрыскивателей, без предварительной более достоверной оценки их в лабораторных, вегетационных и мелкоделяночных экспериментах. Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков При использовании на таких опрыскивателях полидисперсных распылителей удается лишь регулировать средний размер капель, наличие в факеле распыла одновременно очень мелких, средних и крупных капель искажает научный результат эксперимента. По этим причинам необходимо иметь лабораторные и производственные распылители, дробящие жидкость на капли одинакового, регулируемого размера, и уметь правильно использовать их в научных исследованиях и в производстве. Основные, на наш взгляд, требования, предъявляемые к научному оборудованию: 1. Опрыскиватели для научных исследований должны обеспечивать регулировку размера образующихся при распылении однородных капель и норму расхода рабочей жидкости в широких пределах. 2. Принцип действия, качество распыления рабочей жидкости и характер ее распределения по обрабатываемой площади должны быть одинаковыми как для вегетационного, так и полевого опытов. 3. Распыление рабочих жидкостей и обработка тест-растений должны проводиться в камере или закрытой палатке, чтобы обеспечить безопасность оператора и устранить снос капель препарата за пределы обрабатываемой зоны. 4. Влияние нормы расхода рабочей жидкости на биологическую эффективность оценивается при стабильных показателях качества ее распыления. Анализ существующих способов монодисперсного распыления жидкости показал, что для выполнения указанных требований наиболее приемлемы вращающиеся распылители, позволяющие за счет изменения частоты вращения регулировать в широком диапазоне размер однородных капель при монодисперсном распылении и обеспечивать средний уровень при полидисперсном опрыскивании. Кроме того, у вращающихся распылителей существует возможность полного отделения фракции мелких капель из образующегося факела, что нереально для гидравлических и воздухоструйных распылителей. 1.1. Опрыскиватели и дождеватели для испытаний пестицидов в вегетационных опытах Во ВНИИФ было разработано и использовалось несколько моделей опрыскивателей и дождевателей для проведения вегетационных опытов с пестицидами. Их конструкции, технические характеристики, особенности эксплуатации опубликованы [1-5]. С учетом выявленных в процессе многолетней эксплуатации недостатков и постоянно возрастающих требований к качеству получаемой информации и снижению трудоемкости, мы используем и предлагаем для широкой практики два опрыскивателя и дождевальную установку. Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 1.1.1. Камерный опрыскиватель ОП-5 для первичной оценки эффективности пестицидов 1 – цилиндрическая камера; 2 – вращающийся распылитель; 3 – используемая часть факела; 4 – съемная кассета; 5 – вращающийся стол; 6 – механизм привода вращения стола Рис. 1. Схема размещения распылителя в камере опрыскивателя ОП-5 Опрыскиватель ОП-5 [5] состоит (рис. 1) из цилиндрической камеры 1 диаметром 0,5 м и высотой 1 м, имеющей загрузочное окно с кольцевой дверцей. На верхней крышке камеры установлен распылитель 2, а в нижней ее части крепится механизм привода вращения стола. Подлежащие обработке тест-растения заранее размещают в пяти гнездах съемной кассеты 4 диаметром 350 мм и через загрузочное окно устанавливают на вращающийся и регулируемый по высоте стол диаметром 400 мм. Загрузочное окно закрывается кольцевой дверцей, которая автоматически включает привод вращения стола. Зубчатый диск (рис. 2) диаметром 50 мм заключен в кожух с кольцевой щелью, равной 72° (из кожуха через кольцевую щель на обрабатываемые тест-растения выходит только 1/5 часть образующегося осесимметричного факела распыла рабочего раствора). Жидкость на распылитель подается самотеком из мерной емкости. Установленный неподвижно и под углом к обрабатываемой поверхности (рис. 1) на крышке камеры 1, распылитель 2 на высоте 170 мм ниже его оси образует на горизонтальной поверхности узкую радиальную полосу 3 длиной 250 мм и шириной 10–20 мм, равную радиусу цилин10 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков дрической камеры, то есть обрабатывается вся площадь камеры, где оседает 1/5 часть распыливаемой жидкости. Требуемая норма расхода рабочего раствора регулируется количеством распыливаемой в опыте жидкости, причем 1 мл израсходованной жидкости соответствует расчетной норме расхода 10 л/га. Рекомендуемая скорость подачи жидкости на распылитель 0,1–0,5 мл/с, что соответствует первому монодисперсному режиму распыления. Средний размер капель (dm, мкм) регулируется частотой вращения распылителя и ориентировочно определяется по зависимости: , (1) где R (см), n (об/мин) – радиус и частота вращения распылителя; s (г/с2), r (г/см3) – поверхностное натяжение и плотность используемой жидкости. Рис. 2. Общий вид вращающегося распылителя 11 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве E G 6 O G 6 EN ÏÍÏ OÑÄÏËÐ °ÃÒÓâÉÈÐËÈ6# Рис. 3. Характеристика n=f(U) электродвигателя ДПР-32-Н1-07 привода распылителя и расчетная зависимость dm=f(U) для монодисперсного режима распыления (скорость подачи жидкости на распылитель – Q ≤ 0,5 мл/с); – n = f(U); – dm= f(U). На рисунке 3 приведена характеристика рекомендуемого электродвигателя типа ДПР-32-Н1-07, позволяющего за счет частоты вращения укрепленного на его валу диска регулировать средний размер капель в пределах 120–500 мкм. Потребляемый ток ≤ 0,1А. На ребристом стенде определяли равномерность распределения жидкости по длине радиальной полосы, образуемой осевшими каплями (рис. 4), коэффициент вариации (Cv ≤ 6%) не зависел от нормы расхода жидкости в пределах 10–200 л/га и размера капель в диапазоне 120–500 мкм. Для повышения равномерности обработки тест-растений каждый вазон, размещенный в съемной кассете 4, установленной на вращающемся столе 5, через блок шестерен дополнительно вращается вокруг своей оси, делая один оборот за четыре оборота стола. Стол 5 с тест-растениями вращается с частотой 36 об/мин, время распыления ≥ 20 с, за которое они поочередно и многократно (≥ 10 раз) проходят через образуемый распылителем факел однородных капель. Результаты сравнительных испытаний по определению количества жидкости, оседающей в чашках Петри (вместо вазонов), показали, что при их дополнительном вращении Cv повышается в ~1,5 раза и составляет ≤ 4% [5]. Питание привода вращения стола и распылителя от постоянного тока напряжением 12 В. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала в процессе всей работы опрыскивателя происходит постоянный подсос воздуха внутрь камеры, которая соединена с тягой, куда увлекаются и образующиеся в процессе распыления мелкие капли d ≤ 50 мкм. Опрыскиватель используется в отделе гербологии при оценке влияния нормы расхода рабочей жидкости и усредненного размера капель dm на биологическую эффективность изучаемых гербицидов. В табл. 1 приведены результаты одного из опытов, где показано, 12 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков ÏÏ что в исследуемом диапазоне норма расхода рабочей жидкости не влияет на эффективность испытанных гербицидов. 2ÏÎ 3ÏÏ Рис. 4. Распределение жидкости по длине используемого факела распыла, измеренное на ребристом стенде Таблица 1 Влияние дозы и нормы расхода рабочей жидкости на биологическую эффективность гербицидов Гепар, СП и Дезифит, ВР (вегетационные опыты 2005 и 2009 гг.) Гербицид и тест-растение Доза гербицида, мл/га (г/га) Дезифит, ВР (рапс) 10 25 Гепар, СП (подсолнечник) 50 Норма расхода рабочей жидкости, л/га. Размер капель dm= 300 мкм 25 100 200 25 100 200 25 100 200 Снижение массы тест-растений, % к контролю 36 34 38 23 24 23 31 28 30 13 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 1.1.2. Монодисперсный камерный опрыскиватель ОМ-2, позволяющий регулировать в широком диапазоне размер капель и норму расхода рабочей жидкости Для возможности проведения таких исследований нами разработан опрыскиватель [3], его общий вид и схема распылителя с системой дозирования жидкости показаны на рис. 5. а) б) 1 – шприц для заправки мерной пипетки; 2 – мерная пипетка; 3 – трехходовой кран; 4 – перистальтический насос, имеющий общий привод с перемещением распылителя; 5 – каретка; 6 – распылитель ∅ 100 мм, заключенный в кожух с кольцевой щелью; 7 – шланг ∅вн = 2 мм, l = 2,5 м Рис. 5. Общий вид (а) опрыскивателя ОМ-2 и схема распылителя (б) с системой дозирования жидкости 14 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков На подставках установлена подключенная к тяге, изготовленная из алюминиевых сплавов камера (длина 2,5 м, ширина 1 м, высота 0,8 м) с передней раздвижной стенкой, состоящей из перемещающихся по направляющим двух листов оргстекла. В верхней части камеры к боковым ее стенкам крепится рама, служащая направляющей для возвратно-поступательного перемещения каретки с распылителем. На концах рамы установлены ведомый и ведущий шкивы, соединенные замкнутой нитью. Привод ведущего шкива и головки дозирующего насоса осуществляется от одного электродвигателя через многоступенчатый редуктор, то есть при выбранном режиме количество жидкости, расходуемой за один проход каретки, всегда постоянно, и оно равномерно распределяется по обрабатываемой площади. Каретка с распылителем соединена специальным рычагом, обеспечивающим при одностороннем вращении электродвигателя ее возвратно-поступательное перемещение по направляющим при длине хода 2 м. Для распыления жидкости на однородные капли требуемого размера используется заключенный в кожух с регулируемой кольцевой щелью диск диаметром 100–150 мм с зубчатой периферией; размер капель определяется частотой его вращения, в диапазоне 80–600 мкм, и рассчитывается (как и для опрыскивателя ОП-5) по зависимости (1). Образующиеся в процессе распыления капли-спутники отделяются под действием силы тяжести (гравитационно). Основные капли и капли-спутники после сбрасывания с периферии диска движутся по разным траекториям (рис. 6). Рис. 6. Расчетные траектории движения основных однородных капель d = 150 мкм и капель-спутников ( d = 50–80 мкм ), сбрасываемых с диска ∅ 100 мм с зубчатой периферией ( n = 3300 об/мин, Q ≤ 0,5 мл/с ) Размеры кожуха и кольцевой щели рассчитаны так (рис. 5), чтобы через кольцевую щель выходили только основные однородные капли, а капли-спутники осаждались на внутренних стенках кожуха [1]. Нашими исследованиями установлено, что у зубчатого диска массовая доля образующихся капель-спутников составляет десятые доли процента от массы основных однородных капель [6]. 15 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Однако такое преимущество зубчатого диска реализуется только на первом монодисперсном режиме распыления, т.е. при очень малых расходах жидкости (для капель d ≤ 300 мкм расход ≤ 0,5 мл/с). На рис. 7 показан процесс монодисперсного распыления жидкости диском с зубчатой периферией и характерные интегральные кривые распределения размеров капель при используемом в опрыскивателе гравитационном отделении капель-спутников. Для обеспечения требуемой (Cv≤ 15%) равномерности распределения капель по обрабатываемой горизонтальной поверхности используется только ≤ 1/3 (кольцевая щель для выхода распыляемой жидкости ≤ 120°) образующегося осесимметричного факела распыла жидкости (2/3 оседает на стенках кожуха). Процесс распыления жидкости диском с зубчатой периферией на первом монодисперсном режиме распыления (скоростная киносъемка) Рис. 7. Интегральные кривые распределения размеров образующихся капель на первом монодисперсном режиме распыления (Q ≤ 0,5 мл/с) при гравитационном отделении капель-спутников 16 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Снижение зеленой массы, % к контролю В передней стенке камеры имеется ниша, где установлен пульт управления опрыскивателем, с которого осуществляется контроль за частотой вращения электродвигателей привода насоса и распылителя. На пульте также размещены головка дозирующего насоса и мерная емкость для контроля количества расходуемой жидкости. Подлежащие обработке тест-растения размещаются внутри камеры в специальных кассетах на площади ≤ 1,5 м2. 100 90 93 G = 5 л/а 90 84 82 80 80 79 73 75 70 70 65 60 50 40 30 N = 100 N = 30 100±10 150±15 N = 3,8 N = 13 N > 150 шт/см2 20 10 0 200±20 300±30 100-660 (эталон 200 л/га) Снижение зеленой массы, % к контролю d, мкм 100 80 70 90 88 90 79 d = 150±15 мкм 80 76 75 71 65 60 50 40 30 N=6 N = 12 1,5 3 N = 30 N > 150 шт/см2 20 10 0 5 200 (эталон ) G, л/га доза 3 г/га доза 6 г/га 200 л/га – водные растворы = 250 мкм, 1,5-5 л/га – УМО форма рабочей жидкости, N (шт/см2) – число капель, осевших на горизонтальной поверхности. Рис. 8. Влияние размера капель (d) и нормы расхода жидкости (G) на биологическую активность Димограна, ВДГ (ЛИК ВНИИФ, горчица белая) [11] 17 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Для исследуемого размера капель норма расхода жидкости в диапазоне 0,1–200 л/га регулируется числом ходов возвратно-поступательного перемещения каретки с распылителем над обрабатываемыми объектами. Минимальная норма расхода (два хода каретки за 20 с) составляет 0,1 л/га. При монодисперсных режимах распыления 1 мл израсходованной жидкости соответствует расчетной норме расхода около 1,5 л/га. Привод – два прецизионных электродвигателя типа ДПР-52, U = 14 В. Питание – от сети переменного тока (220 В) через преобразователь. Результаты опытов по изучению влияния размера капель, нормы расхода и свойств рабочих жидкостей на биологическую эффективность изученных нами гербицидов опубликованы [7-11]. На рис. 8 в качестве примера приведен один из таких опытов – сравнениe УМО монодисперсного опрыскивания с традиционным полнообъемным: показано явное преимущество УМО опрыскивания над эталоном сравнения. 1.1.3. Дождевальная установка ЛДУ-1, имитирующая основные типы естественных дождей Эффективность системных гербицидов зависит не только от дозы, срока применения, фазы обработки растений, но и от погодных условий в момент опрыскивания и особенно в первые часы. При этом важно установить влияние выпавших осадков на проникновение действующего вещества данного препарата в сорные растения. Общеизвестно, что абсорбция системного гербицида растениями во многом зависит от строения покровных тканей листьев (восковой налет, толщина кутикулы, опушенность листьев), а также от препаративной формы гербицида. Поэтому в отличающиеся друг от друга растения действующее вещество препарата проникает с различной скоростью. Это зависит от количества устьиц на поверхности листьев, толщины кутикулы, воскового налета и контактного угла капли (угол смачивания). У растений с меньшей плотностью восков, кутикулы, с большим числом устьиц на единицу площади листа, при меньшем угле смачивания, как правило, чувствительность к системному гербициду выше. Интенсивность проникновения гербицида в растения часто оказывается решающим фактором проявления уровня гербицидной активности. Поэтому созданию оптимальных препаративных форм (ПАВ и другие добавки), приготовлению рабочих растворов, периоду от момента опрыскивания до дождя придается большое значение. На практике дождь, выпавший после внесения гербицида, может резко снизить эффективность препарата, примененного по вегетирующим растениям, из-за разной скорости его поступления в растения. Поэтому для каждого препарата надо знать время от обработки сорняков до максимально возможного его проникновения, так называемую «дождестойкость». Для ее определения в лабораторных условиях нами разработана дождевальная установка [3, 7, 12], которая создает 4 типа дождей (слабый, умеренный, 18 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков сильный, ливень), близких к естественным по количеству осадков, интенсивности, среднему размеру капель и конечной скорости их падения. Схема и общий вид установки приведены на рис. 9. Вода из бака (1) вместимостью 50 л центробежным насосом (2) с приводом от электродвигателя (P = 50 Вт, n = 2700 об/мин) по шлангу (3) через ротаметр подается на конический перфорированный барабан (4) диаметром 120 мм, который приводится во вращение через четырехступенчатую клиноременную передачу (5) электродвигателем (P = 120 Вт, n = 1350 об/мин). Часть образующегося при распылении воды факела выходит из кожуха (6) через регулируемую кольцевую щель и оседает на обрабатываемые тест-объекты (7). Остальная часть факела оседает на стенках кожуха и стекает обратно в бак. Количество жидкости, поступающей на распылитель (интенсивность дождя), регулируется в требуемых пределах дозатором (8), и контролируется ротаметром. 8 5 9 6 4 3 1 2 7 Rcp 0,8 1 – бак с водой; 2 – центробежный насос с электроприводом; 3 – шланг; 4 – барабанный распылитель; 5 – клиноременная передача; 6 – регулируемая кольцевая щель; 7 – тест-объекты, подвергаемые дождеванию; 8 – дозатор для регулирования подачи жидкости; 9 – плита, установленная на шарнирах Рис. 9a. Схема дождевальной установки ЛДУ-1 19 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Рис. 9б. Oбщий вид дождевальной установки ЛДУ-1 Тип дождя (средний размер капель) зависит от частоты вращения распылителя и регулируется ступенчато шкивами клиноременной передачи. Количество тест-объектов, подвергаемых дождеванию и установленных по радиусу кольцевого следа Rcp, регулируется размерами выпускной щели кожуха. В зависимости от типа дождя Rcp изменяется в диапазоне 1–2 м, а длина дуги Rcp – 1–5 м. В зависимости от интенсивности И (мм/мин) и преобладающего диаметра капель (мм) естественные дожди подразделяются на 5 типов, установка имитирует 4 типа (табл. 2). Для увеличения ширины кольцевого сектора, подвергаемого дождеванию, верхняя плита (9) с распылителем установлена на шарнирах и с помощью эксцентрика совершает колебательные движения, благодаря чему изменяются траектории полета капель. 20 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Таблица 2 Градация естественных дождей, имитируемых дождевальной установкой Тип дождя Интенсивность И, мм/мин Диаметр капель , мм Частота вращения распылителя, об/мин Радиус кольцевого следа Rcp, м Морось Слабый Умеренный Сильный Ливень 0,001 0,002–0,08 0,03–0,009 0,1–0,4 0,5–1,0 0,15 0,6 1,0 2,0 3,0 – 1540 1050 540 330 – 1,8–2* 1,6–1,8 1,3–1,5 0,9–1,1 * Увеличивается с увеличением интенсивности дождя. ´ÐËÉÈÐËÈÏÃÔÔÞÕÈÔÕÓÃÔÕÈÐËâ ÆÑÓÚËÙà ÍÍÑÐÕÓÑÎá Привод колебаний распылителя включается только при сильном и ливневом дожде. В остальных типах дождей ширина кольцевого следа, подвергаемого дождеванию, достаточна для установки вазонов ∅ 100 мм в 3–4 ряда. Дождевальная установка используется в отделе гербологии ВНИИФ для оценки дождестойкости изучаемых гербицидов [13-16]. В табл. 3 и на рис. 10 приведены результаты двух таких опытов. ÄÈÊ ²ÈÓËÑÇÅÓÈÏÈÐËÑÕÑÄÓÃÄÑÕÍËÇÑÇÑÉÇÈÅÃÐËâUÚ ÇÑÉÇÈÅÃÐËâ ÎÆÃx ÏÍÏ ÎÆÃx ÏÍÏ ÎÆÃÓÃÊÄÃÅÎÈÐÐÃâÅÑÇÑ̶¯±×ÑÓÏÃÓÃÄÑÚÈÌÉËÇÍÑÔÕËÍÃÒÎËEÏÍÏ ÎÆö¯±×ÑÓÏÃÓÃÄÑÚÈÌÉËÇÍÑÔÕË Рис. 10. Влияние способа опрыскивания (размер капель и норма расхода жидкости) и дождевания на фитотоксичность Линтура, ВДГ (170 г/га). Препарат наносили опрыскивателем ОМ-2 21 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Таблица 3 Уровень токсичности гербицидов Торнадо, ВР и Раундапа, ВР для дурнишника при различных сроках дождевания (ЛИК ВНИИФ, январь-март 2001 г.) Вариант опыта Без дождевания Дождевание через … часов после нанесения препаратов 1 час 2 часа 4 часа 8 часов Доза препаратов, снижающая вес растений на 50% (ЕД50), л/га Торнадо Раундап 0,31 (0,28÷0,34) 0,30 (0,27÷0,33) 1,45 (0,99÷2,11) 1,2 (1,06÷1,35) 0,42 (0,38÷0,47) 0,33 (0,29÷0,39) 0,34 (0,29÷0,41) 0,36 (0,33÷0,39) 0,30 (0,28÷0,33) 0,23 (0,20÷0,27) Препараты наносили опрыскивателем ОП-5 с нормой расхода рабочих жидкостей (водные растворы) 200 л/га, средний размер капель = 300 мкм Показано, что абсорбция системных гербицидов растениями зависит не только от их препаративной формы, но и качества распыления рабочих растворов. 1.2. Опрыскиватели для испытания гербицидов в мелкоделяночных опытах В последние годы в большинстве публикаций по изучению эффективности гербицидов, включая даже докторские диссертации, анализируются только дозы препаратов, а нормы расхода рабочей жидкости, качество ее распыления и равномерность распределения по обрабатываемой площади не приводятся и не анализируются. Научно обоснованные технологии внесения гербицидов последнего поколения возможно разрабатывать только при наличии необходимого опрыскивающего оборудования, а используемые в деляночных опытах ранцевые опрыскиватели различных модификаций к таковым не относятся. Обработка полученных экспериментальных результатов на компьютере не является аргументом в пользу высокого качества научно-технической чистоты, а, следовательно, и достоверности результирующих данных выполняемой работы. Для оценки уровня фитотоксичности современных гербицидов ранцевые опрыскиватели с одним распылителем не годятся, так как не позволяют контролировать норму расхода рабочей жидкости, качество ее распыления и равномерность распределения капель по обрабатываемой площади, которые в данном случае будут зависеть, главным образом, от добросовестности и опыта оператора, то есть от субъективного фактора. Проведенные нами полевые испытания серийного ранцевого опрыскивателя типа «Автомакс», дополнительно оборудованного манометром и секундомером, показали, что при обработке делянки размером 2 x 10 м с нормой расхода рабочей жидкости 200 л/га, коэффициент вариации Cv равен 40–60% (в зависимости от опыта оператора), а расход жидкости по повторностям опыта варьировал в пределах 160–250 л/га (за счет колеба22 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков ний времени обработки делянки в диапазоне 20±2 с). При Cv = 40–50% на обработанной площади максимальная доза препарата может быть в 2,2 раза больше, а минимальная в 2,4 раза меньше средней; для большинства гербицидов индекс селективности Ic ≥ 2, что не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству обработки современными гербицидами по международным стандартам ( Cv ≤ 15%). При увеличении нормы расхода жидкости до 400–500 л/га равномерность обработки повышается ( Cv = 25–30%), но из-за больших потерь препарата, обусловленных несовершенством технологии его применения, мы завышаем рекомендуемые для практиков нормы его расхода. Растекание и удерживаемость рабочей жидкости на поверхности листьев обрабатываемых растений, проникновение препарата в их ткани зависят от размера капель и величины поверхностного натяжения рабочего раствора, которое возрастает с увеличение его расхода. Так, для гербицида Дифезана, ВР (доза 180 мл/га) поверхностное натяжение при расходе рабочей жидкости 5 л/га в два раза меньше воды, а при 400–500 л/га близко к воде [27]. При большей норме расхода рабочей жидкости и высоком поверхностном натяжении часть ее, содержащаяся в каплях d > 350 мкм, будет стекать с листовой поверхности обрабатываемых растений на почву [7]. В настоящее время вместо ранцевых (с одним распылителем) используют также и экспериментальные (самодельные) штанговые опрыскиватели с несколькими распылителями и шириной захвата 2–6 м, устанавливаемые на тачках (с ручным перемещением), мини-тракторах или тракторных шасси (такие или подобные опрыскиватели широко используются зарубежными исследователями). Такого типа конструкции позволяют вносить гербициды по технологии, близкой к используемой в широкой практике при применении штанговых наземных опрыскивателей с гидравлическими полидисперсными распылителями, но не обеспечивают научное обоснование опытов и снижают научную и практическую значимость полученных результатов. 1.2.1. Переносной палаточный монодисперсный опрыскиватель ОМП-10 для мелкоделяночных опытов В отделе гербологии ГНУ ВНИИФ мелкоделяночным опытам уделяется большое внимание. Для обработки опытных делянок площадью < 10 м2 многие годы использовали прецизионные монодисперсные переносные (4 человека) палаточные опрыскиватели (рис. 11) [7, 17-19]. Принцип действия, конструкция и основные характеристики такого опрыскивателя аналогичны используемому в вегетационных опытах стационарному монодисперсному опрыскивателю ОМ-2 (распылитель, электродвигатели и система дозирования жидкости, пульт управления взаимозаменяемы). Отличие только в том, что вместо стационарной камеры используется легкая трубчатая ферма, на которую перед работой надевается чехол из полиэтиленовой пленки. 23 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Рис. 11. Oбщий вид переносного палаточного опрыскивателя ОМП-10 Преимущества палаточных опрыскивателей общеизвестны – возможность работать при наличии ветра до 7 м/с, отсутствие сноса мелких капель на соседнюю делянку, контролируемые параметры процесса распыления, воспроизводимость повторностей. Такие опрыскиватели, работающие на монодисперсных режимах, используются нами в прецизионных (вегетационных и полевых) опытах при изучении влияния нормы расхода рабочей жидкости (1–300 л/га), размера капель (80–600 мкм) и плотности их распределения (N, шт/см2) по обрабатываемой площади на биологическую эффективность изучаемых нами гербицидов. Опрыскиватели ОМП-10 многие годы использовали при разработке оптимальной технологии химической прополки льна, где чистота посевов является обязательным условием получения высококачественной льнопродукции. Особенностью такой технологии является свойство покровных тканей листьев льна в фазе «елочка», когда они плохо удерживают крупные капли (как и листья гороха и кукурузы, см. табл. 4); для снижения уровня токсичности действия гормональных гербицидов (типа 2,4-Д, 2М-4Х) на культуру желательно грубодисперсное распыление (табл. 5) [20]. 24 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Таблица 4 Удерживание растениями (настоящие листья) натриевой соли 2,4-Д (1 кг/га) в зависимости от нормы расхода рабочей жидкости и размера капель Норма расхода рабочей жидкости, л/га Отложение гербицида на листьях (мкг/см2) при размере капель …, мкм Поверхностное натяжение, Н/м x 10-3 100±20 600±60 5,8 6,4 5,3 5,9 4,1 3,1 0,2 0,5 2,1 1,9 – – 0,3 0,2 1,4 1,0 2,5 2,6 0,5 0,5 Редис 50 200 69 73 50 200 69 73 50 200 50 200 69 73 39* 42* 50 200 69 73 Лен Горох Кукуруза * При добавлении ОП-7 (0,5% по объему). Таблица 5 Влияние 2М-4Х (300 г/га) на растения льна сорта Л-1120 при различных нормах расхода рабочей жидкости и размере капель (обработка в фазу 24–26 пар настоящих листьев, вегетационный опыт) 5 4 4 3 12 17 8 9 Кол-во растений с изгибами стебля более 300, % 200 100 50 25 Диаметр капель 100±20 мкм 12 8 3 18 9 7 16 9 7 16 8 5 Диаметр капель 600±60 мкм 7 3 5 9 6 7 7 4 4 5 3 7 выхода волокна из соломки 19 24 23 19 диаметра стебля на 1/2 технической длины волокна 13 19 12 12 Уменьшение по сравнению с контролем, % технической длины стебля соломки 200 100 50 25 семян Расход рабочей жидкости, л/га Снижение массы по сравнению с контролем, % 3 1 1 3 24 35 33 17 +2 +5 3 0 0 0 0 0 25 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Таблица 6 Действие 2М-4Х на урожай, качество льнопродукции и засоренность посева льна в зависимости от нормы расхода рабочей жидкости [20] Центнерономеров длинного длинного семян соломки волокна волокна с 1 га 11,3 47,0 9,3 143,2 8,7 38,6 8,0 116,0 Урожай, ц/га Вариант опыта Контроль (ручная прополка) Контроль (без прополки и гербицида) Снижение Средний веса сырой номер массы длинного сорняков, волокна % 15,4 100 14,5 0 2М-4Х, расход рабочей жидкости, л/га 200 25 10,2 10,2 43,0 43,7 8,4 8,6 134,4 138,5 16,0 16,1 82 83 Примечание: Доза 2М-4Х – 1 кг/га, размер капель – 600±60 мкм, обработка в фазу 6–8 пар листьев, масса сорняков в контроле (без прополки и гербицида) – 404 г/м2. ´ÐËÉÈÐËÈÊÃÔÑÓÈÐÐÑÔÕËÍÍÑÐÕÓÑÎá В таблице 6 приведены результаты полевых опытов со льном, позволившие рекомендовать малообъемное (25 л/га) крупнокапельное монодисперсное опрыскивание ( ≥ 300 мкм) посевов льна водными растворами 2М-4Х для широкой практики [7]. §Ë×ÈÊÃÐ#1ÏÎÆà ·ÈÐ×ËÊ#1ÎÆà ÛÕÔÏ ÎÆà Рис. 12. Влияние плотности покрытия N (шт/см2) на снижение засоренности (яровая пшеница), капли d = 150±30 мкм (для Дифезана, ВР 1–5 л/га УМО форма рабочей жидкости, 6,6–18 л/га – разбавленная водой УМО форма рабочей жидкости; Фенфиз, ВР 1,7–18 л/га – водные растворы) [23] При сравнительных испытаниях такого малообъемного крупнокапельного монодисперсного опрыскивания с аналогичного типа полидисперсным способом существенных различий в действии гербицида на сорняки не было выявлено. Однако в опытах на незасоренном посеве, позволившем более четко оценить действие гербицида только на лен, 26 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков преимущество монодисперсного опрыскивания было очевидным по всем сравниваемым показателям [7]. Этот способ внесения гормональных гербицидов оказался достаточно эффективным по действию на большинство хорошо смачиваемых сорных растений, наиболее избирательным для льна-долгунца и остался актуальным и при внесении гербицидов последнего поколения [21, 22]. Для гербицидов Дифезан, ВР и Фенфиз, ВР изучена зависимость снижения засоренности посевов от плотности покрытия каплями обрабатываемой горизонтальной поверхности, оптимальной плотностью оказалась N = 30 шт/см2 (рис. 12). В таблице 7 показана эффективность применения Фенфиза в зависимости от размера капель и нормы расхода рабочей жидкости [23]. Таблица 7 Влияние нормы расхода рабочей жидкости (водные растворы) и размера капель на биологическую активность Фенфиза, ВР (доза 1,4 л/га по препарату) на яровой пшенице (полевой опыт, Московская обл., Рузский р-н) [23] Диаметр капель, d, мкм 200 200 200 200 200 ~350 Снижение зеленой массы сорняков, Урожай зерна, ц/га Количество Норма расхода % к контролю капель, рабочей защищенный шт/см2 жидкости, л/га через месяц перед после всего урожай уборкой применения Влияние нормы расхода рабочей жидкости – 850 г/м2 1561 г/м2 20,0 – 3 1,4 89 97 24,5 4,5 6 2,8 96 98 24,9 4,9 12 5,6 97 97 26,5 6,5 24 11,2 98 100 24,8 4,8 48 22,4 96 97 24,6 4,6 > 160 200,0 96 97 25,6 5,6 НСР10 Контроль без гербицидов Ручная прополка 100 27 200 3 300 1 400 0,4 ~350 > 160 Влияние размера капель – 920 г/м2 1630 г/м2 – – – 1,4 94 97 1,4 90 90 1,4 67 74 1,4 37 62 200 97 99 НСР10 2,3 20,1 26,6 27,5 25,6 24,6 22,1 26,7 – 6,5 7,4 5,5 4,5 2,0 6,6 2,2 27 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 1.2.2.Универсальный навесной палаточный опрыскиватель ОД-2 для мелкоделяночных опытов Опрыскиватель ОД-2 [17] (рис. 13) позволяет регулировать в широком диапазоне норму расхода жидкости (5–300 л/га) и средний размер капель (100–600 мкм). Предусмотрено опрыскивание с линейным изменением градиента концентрации препаратов в растворе [24-26]. Рис. 13. Общий вид опрыскивателя ОД-2, навешенного на гидросистему мини-трактора Для распыления жидкости используются заключенные в кожух вращающиеся распылители, установленные под углом к обрабатываемой поверхности, а ее дозирование и подача на распылители осуществляются многосекционным перистальтическим насосом. Распылители и насос установлены внутри фермы, которую для предотвращения сноса мелких капель за пределы обрабатываемого участка обтягивают полиэтиленовой пленкой. На гидросистему мини-трактора навешивают раму с установленной на ней (с возможностью перемещения по высоте) центральной секцией штанги длиной 2,8 м, к которой на шарнирах крепятся две боковые секции длиной по 1,35 м (в транспортном положении они складываются). Секции штанги представляют собой сварные фермы (алюминиевый уголок 30 x 30), внутри которых крепятся (с возможностью перемещения) вращающиеся распылители и перистальтические насосы. На штанге монтируются две независимые секции с рабочей шириной захвата по 2 м, каждая из которых имеет два распылителя и четырехсекционный перистальтический насос с дистанционным пультом управления, что позволяет одновременно проводить обработку делянок шириной по 2 м по обе стороны колеи трактора. 28 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков На рис. 14 приведены гидравлическая схема и внешний вид одной из секций опрыскивателя. 5 1 5 6 6 4 4 2 2 8 8 3 3 7 7 1 – четырехсекционный перистальтический насос, 2 – распылители, 3–4 – шланги с ∅вн = 3 мм, 5 – сливные краны, 6 – заливные воронки, 7 – емкости (1 л) для рабочей жидкости, 8 – электродвигатели ДПР-52 Рис. 14. Гидравлическая схема одной секции опрыскивателя ОД-2 и ее внешний вид 29 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Требуемая норма расхода рабочей жидкости G (л/га) в диапазоне 5–300 л/га регулируется скоростью перемещения опрыскивателя и производительностью секций перистальтического насоса, которая предварительно определяется по зависимости: , (2) где 0,9 – коэффициент, учитывающий оседание капель за пределами учетной ширины захвата, равной 2 м; Q – скорость подачи жидкости на каждый распылитель (см3/с) при условии, что 2/3 ее оседает в кожухе и используется для повторного распыления; v – скорость перемещения опрыскивателя (км/ч). Производительность каждой секции насоса со сменными шлангами с ∅вн = 5–10 мм за счет частоты вращения барабана регулируется в диапазоне 0,5–10 см3/с. На рисунке 15 приведены общий вид и конструкция насоса и расчет его производительности. Размер капель (средний по массе – dm) регулируется в пределах 100–500 мкм частотой вращения распылителя и предварительно для полидисперсных режимов (Q ≥ 2 см3/с) рассчитывается по зависимости: , (3) где s (г/с2); g (см2/с); r (г/см3) – поверхностное натяжение, кинематическая вязкость и плотность рабочей жидкости; R (см); w (с-1) – радиус и угловая частота вращения диска. Для монодисперсных режимов (Q ≤ 1 см3/с) расчет размера капель производят по зависимости: . (4) Частота вращения распылителя регулируется в пределах 1–5 тыс. об/мин по прилагаемому графику n=f(U) , см. рис. 16. При полидисперсных режимах качество распыления рабочей жидкости примерно такое же, как у идеально отрегулированного производственного опрыскивателя с гидравлическими распылителями типа «TeeJet» (11003, p = 0,3 МПа). Равномерность распределения жидкости по ширине захвата удовлетворяет общепринятым требованиям (аналогична с плоскоструйными распылителями серийных штанговых опрыскивателей, Cv ≤ 15%). 30 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков 1 – приводной барабан R = 2,5 см; 2 – ролики DR = 1 см; 3 – шланг из силиконовой резины r = 0,3–0,5 см; 4 – прижимные сегменты; 5 – штуцер Расчетная производительность одной секции насоса определяется зависимостью: Qp = kπ r 2 πn 30 ( R + ΔR ) , (5) где r – внутренний радиус шланга насоса, см; n – частота вращения приводного барабана, об/мин; R – радиус установки роликов барабана насоса, см; DR – радиус роликов, см; k – зависит от n , r и вязкости жидкости; для воды k = 0,3–0,4. Рис. 15. Общий вид и конструкция четырехсекционного перистальтического насоса 31 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве OÑÄÏË 2gÏÎÔ 2ÏÎÔ 2ÏÎÔ 6¥ Рис. 16. Влияние напряжения питания U (В) и скорости подачи жидкости на распылитель Q (мл/с) на частоту вращения распылителя с приводом от электродвигателя ДПР-52 U ≤ 14 В По технологии внесения гербицидов в мелкоделяночных опытах, принятой в ГНУ ВНИИФ, разбивка делянок на зерновых культурах производится с учетом максимального приближения к сплошному массиву (минимальные дорожки между делянками). Специальной фрезой, навешиваемой на гидросистему мини-трактора, перед обработкой проделываются дорожки по рядкам растений. Проходы трактора с шагом 6 м. Фрезой обрабатывается только колея шириной по 0,25 м, образуемая колесами трактора. По ориентирам с шагом 12 м проделываются аналогичные проходы поперек рядков. Обрабатываемая площадь одной делянки 2 x 10,5 м, учетная 1,25 x 10 м, повторность четырехкратная. Уборка проводится малогабаритным комбайном «Хеге-125», имеющим ширину захвата 1,25 м [28]. При кажущейся сложности опрыскиватель надежен и удобен в эксплуатации, особенно при сравнительных испытаниях большого количества препаратов и их доз, так как одновременно можно вносить два препарата, быстро осуществляются откачка оставшейся в системе рабочей жидкости и промывка системы. Для сплошной обработки полосы шириной 5–5,5 м предусмотрена установка дополнительных насоса и распылителя (рис. 17). Опрыскиватель обслуживают два оператора: один готовит рабочие растворы, второй ведет обработку. За час можно обработать до 40 делянок площадью ≤ 20 м2 каждая, расположенных по принципу рендомизации, либо 2 га при сплошной обработке. На опрыскивателе установлены распылители без отделения из образующегося спектра фракции мелких капель, поэтому в научных исследованиях опрыскиватель использовали преимущественно при изучении влияния нормы расхода рабочей жидкости и среднего размера капель dm на биологическую активность изучаемых гербицидов. Полученные результаты опубликованы [23, 27-30]. В табл. 8 приведены результаты одного 32 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков из таких опытов, где показано, что норма расхода рабочей жидкости в исследованном диапазоне 15–100 л/га не влияла на эффективность применения гербицида Димограна. Таблица 8 Влияние нормы расхода рабочей жидкости (Q, л/га) на засоренность и урожайность посевов ячменя с. Московский 2 (Московская обл., Одинцовский р-н, ВНИИФ) [28] Снижение засоренности, Q, л/га при % к контролю среднем через 30 сут. перед уборкой размере капель ~ 250 мкм шт/м2 г/м2 шт/м2 г/м2 Вариант Димогран, ВДГ – 100 г/га Контроль без гербицида НСР10 15 25 50 100 – 48 42 39 41 71 78 78 79 79 505 61 60 61 62 79 83 82 82 81 322 Урожайность зерна, ц/га всего 27,4 27,4 27,2 26,8 24,2 защищенный урожай 3,2 3,2 3,0 2,6 – 2,9 a) б) Рис. 17. Схема обработки делянок опрыскивателем ОД-2: а) при работе двух независимых секций с шириной захвата 2 м; б) при сплошном опрыскивании с шириной захвата 5,4 м (междурядья 0,7 м, обрабатывается 8 рядков) 33 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 1.2.3.Опрыскивание с линейным изменением градиента концентрации препаратов в растворе Общеизвестно, что смесевые (комплексные) гербициды имеют много преимуществ перед однокомпонентными, поэтому создание новых смесевых препаратов на основе уже известных – перспективное направление исследований. В последние годы наметилась четкая тенденция создания комбинированных препаратов (как баковых смесей, так и премиксов заводского производства). Практически все крупные фирмы-производители гербицидов зарегистрировали и выпускают смесевые гербицидные препараты, в состав которых входят как давно известные гербициды, так и действующие вещества (д.в.) нового поколения с высокой биологической активностью. С помощью таких комбинированных препаратов удается уменьшить исходные дозы активных компонентов смеси, не снижая при этом их биологической и хозяйственной эффективности. Создание таких препаратов – сложный и длительный процесс, причем объем и достоверность получаемой информации зависят от качества используемого оборудования. В широкой практике для этих целей используются логарифмические опрыскиватели, при работе которых используются различные концентрации изучаемых д.в. пестицидов. Увеличение концентрации C в градиенте через промежуток времени t выражается следующим уравнением: где , (6) C0 – исходная концентрация, г/л; Q1 – скорость подачи исходного раствора к камере смешивания, л/с; V0 – исходный объем в камере смешивания, л; Q2 – скорость подачи от камеры смешивания к распылителю, л/с. При Q2 = Q1 реализуется экспоненциальный выпуклый градиент концентрации (общеизвестный логарифмический опрыскиватель), рассчитываемый по уравнению: ⎡ ⎛ tQ ⎞ ⎤ C = C0 ⎢1 − exp ⎜ − 1 ⎟ ⎥ . ⎝ V0 ⎠ ⎦⎥ ⎣⎢ (7) Если Q2 = 2Q1, то получается линейное изменение (увеличение) градиента концентрации. С использованием многосекционного перистальтического насоса это возможно. Расчет C в градиенте осуществляют по уравнению: 34 C = C0Q1 C QL t = 0 1 , V0 V0v (8) Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков где L – путь, пройденный опрыскивателем, м; v – скорость перемещения опрыскивателя, м/с. В опытах линейное изменение градиента гораздо удобнее экспоненциального. Уменьшение концентрации выражается уравнением: Q1 C 0 ⎡ (Q1 − Q2 ) ⎤ Q1−Q2 = ⎢1 + . ⎥ C V0 ⎣ ⎦ Для случаев Q2 = 2Q1 уравнение (9) упрощается до (10): ⎡ Q L⎤ C = C0 ⎢1 − 1 ⎥ . ⎣ V0v ⎦ (9) (10) Гидравлическая схема опрыскивателя с линейным изменением градиента концентрации приведена на рис. 18 (увеличение концентрации) [25, 26]. 1 – четырехсекционный перистальтический насос; 2 – емкость для исходного раствора; 3 – смеситель (емкость для воды); 4 – вращающиеся распылители; 5 – емкость для сбора неиспользованной жидкости; 6 – шланги Рис. 18. Гидравлическая схема одной из секций опрыскивателя с линейным градиентом изменения (увеличения) концентрации препарата в растворе 35 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве На одной из секций устанавливаются две дополнительные емкости 2 и 3. Шланговый насос 1 соединен одной секцией с емкостью 2, откуда исходный раствор с концентрацией C0 и расходом Q1 подается в смеситель (бак с водой) с механической мешалкой. Из смесителя 3 две секции насоса с расходом Q2 = 2Q1 подают рабочую жидкость с переменной концентрацией к двум распылителям 4. Неиспользованная жидкость поступает в емкость 5. Изменение в требуемых пределах (уменьшение или увеличение) градиента концентрации препарата в растворе рассчитывается по формулам (8) и (10) и регулируется подбором значений параметров Q, V0, v, L , которые могут меняться в следующем диапазоне: Q – 1–6 мл/с; V0 – 1–10 л; v – 0,1–5 м/с. Опрыскиватель обрабатывает одновременно (рис. 17) две параллельные полосы шириной по 2 м (по обе стороны колеи трактора); одна полоса обрабатывается исследуемой смесью, а вторая выбранным для нее эталоном. По результатам опыта строится график (желательно C = f(L)), по которому определяется оптимальная концентрация в растворе изучаемого компонента в сравнении с эталоном. Для проведения вегетационных опытов во ВНИИФ разработан и используется стационарный камерный опрыскиватель с аналогичными характеристиками [31]. В результате многолетних исследований во ВНИИФ созданы, запатентованы, прошли испытания и рекомендованы для производственного применения двухкомпонентные и трехкомпонентные смесевые гербициды: Сангор, ВР (пиклорам + 2,4-Д), Дифезан, ВР (хлорсульфурон + дикамба), Фенфиз, ВР (хлорсульфурон + 2,4-Д), Трифезан, ВГР (хлорсульфурон + дикамба + метсульфурон-метил), Гранж, ВДГ (глифосат + сульфометуронметил + метсульфурон-метил) и Димогран, ВДГ (хлорсульфурон + дикамба + хлорсульфоксим). 1.2.4.Переносной палаточный опрыскиватель ОП-2 Многолетняя эксплуатация ОД-2 показала, что он соответствует современным требованиям для работы с пестицидами нового поколения, однако организовать выпуск таких опрыскивателей по заявкам заинтересованных организаций нам не удалось. Чтобы не зависеть от мини-трактора и для замены в ряде случаев ОД-2 (переувлажненное поле), мы разработали и используем переносной опрыскиватель ОП-2 [32] с шириной захвата 2 м, который обслуживают два оператора. Принцип действия, конструкция и характеристики основных узлов этого прибора (вращающиеся распылители, установленные наклонно к обрабатываемой поверхности, многосекционный перистальтический насос, пульт управления) аналогичны и взаимозаменяемы с опрыскивателем ОД-2. Опрыскиватель ОП-2 (рис. 19) представляет собой сварную (из алюминиевого профиля) раму 1, на которой с шагом 1 м установлены два распылителя 2, каждый из которых 36 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков заключен в сварной алюминиевый кожух с кольцевой щелью (120°) для выхода образующегося факела распыла. Для дозирования и подачи на распылители жидкости используется четырехсекционный перистальтический насос 3. 3 4 2 1 6 5 2 1 – сварная рама; 2 – вращающиеся распылители; 3 – четырехсекционный перистальтический насос; 4 – пульт управления; 5 – аккумулятор; 6 – ручки для переноса Рис. 19. Общий вид переносного палаточного опрыскивателя ОП-2 для мелкоделяночных опытов Управление и контроль за работой электродвигателей привода насоса и распылителей осуществляется с пульта 4, подключенного к аккумулятору U = 12 В. Привод распыливающих дисков диаметром 130 мм и перистальтического насоса от электродвигателей ДПР-52. Общий потребляемый ток ≤ 1,5 А. Для устранения сноса мелких капель за пределы обрабатываемой делянки шириной 2 м рама 1 обтягивается полиэтиленовой пленкой. В процессе работы опрыскиватель за регулируемые по высоте ручки 6 переносят два оператора. Вес в рабочем положении – 14 кг. При установке дополнительных емкостей опрыскивание можно проводить с линейным изменением градиента концентрации изучаемого препарата в растворе (рис. 18). 37 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Таблица 9 Влияние нормы расхода рабочей жидкости на засоренность и урожайность озимой пшеницы с. Московская 39. Дозы гербицидов: Трифезан, ВГР – 150 мл/га, Дифезан, ВР – 180 мл/га (Московская обл., Одинцовский р-н, ОПИ ГНУ ВНИИФ, 2008 г.) Норма расхода рабочей жидкости, л/га Трифезан, ВГР Дифезан, ВР Контроль НСР05 5 25 50 100 200 200 – Засоренность шт/м2 г/м2 13 / 15 17,1 / 42,0 12 / 15 16,5 / 41,9 16 / 15 15,2 / 41,3 14 / 15 14,4 / 37,1 15 / 16 17,1 / 43,4 15 / 16 17,4 / 44,1 107 / 92 178,6 / 278,7 Снижение засоренности, % к контролю Урожайность, ц/га по кол-ву по массе всего 87,9 / 66,7 88,8 / 66,7 85,0 / 66,7 86,9 / 66,7 86,0 / 64,4 86,2 / 64,6 – 90,4 / 84,9 90,8 / 85,0 91,5 / 85,2 91,9 / 96,7 90,4 / 84,4 90,8 / 84,5 – 67,0 67,5 71,6 70,1 69,3 65,7 61,2 3,4 защищенный урожай 5,8 6,3 10,4 8,9 8,1 4,5 – Примечание: в числителе указаны данные учета засоренности, проведенного через 30 сут. после обработки гербицидами, а в знаменателе – перед уборкой урожая; при норме расхода рабочей жидкости 5 л/га – УМО форма (капли d = 150±40 мкм, N ≈ 30 шт/см2), а при 25–200 л/га – та же форма, разбавленная водой (dm ≈ 250мкм). Таблица 10 Влияние нормы расхода рабочей жидкости на засоренность и урожайность яровой пшеницы с. Мисс. Дозы гербицидов: Трифезан, ВГР – 150 мл/га, Дифезан, ВР – 180 мл/га (Московская обл., Одинцовский р-н, ОПИ ГНУ ВНИИФ, 2008 г.) Норма расхода рабочей жидкости, л/га Трифезан, ВГР Дифезан, ВР Контроль НСР10 5 10 25 50 100 200 200 – Засоренность Снижение засоренности, % к контролю Урожайность, ц/га шт/м2 г/м2 по кол-ву по массе всего 143 / 269 143 / 270 139 / 268 128 / 246 111 / 237 141 / 253 144 / 257 399 / 560 96,8 / 236,8 95,5 / 234,6 91,4 / 244,5 81,6 / 227,3 67,7 / 217,2 89,4 / 243,0 99,5 / 258,2 485,9 / 513,8 64,2 / 52,0 64,2 / 51,8 65,2 / 52,1 67,9 / 56,1 72,2 / 57,7 64,7 / 54,8 63,9 / 54,1 – 80,1 / 53,9 80,3 / 54,3 81,2 / 52,4 83,2 / 55,8 86,1 / 57,7 81,6 / 52,7 79,5 / 49,7 – 32,7 34,8 34,8 36,4 34,3 33,2 31,8 27,2 2,7 защищенный урожай 5,5 7,6 7,6 9,1 7,1 6,0 4,6 – Примечание: в числителе указаны данные учета засоренности, проведенного через 30 сут. после обработки гербицидами, а в знаменателе – перед уборкой урожая; при норме расхода рабочей жидкости 5 л/га – УМО форма (капли d = 150±40 мкм, N ≈ 30 шт/см2), а при 10–200 л/га – та же форма, разбавленная водой (dm ≈ 250мкм). 38 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков В последние годы опрыскиватель ОП-2 широко используется нами вместо ОД-2 при оценке биологической эффективности изучаемых в отделе гербицидов [11]. В табл. 9 и 10 приведены результаты двух таких опытов, где, как и в таблице 8, показано, что норма расхода рабочей жидкости в исследованном диапазоне 5–200 л/га не влияла на эффективность используемых гербицидов. 1.2.5.Ручной штанговый монодисперсный опрыскиватель ОРМ-1 Во многих странах в настоящее время широко используются ручные опрыскиватели с вращающимися распылителями диаметром 80 мм (Micron Ulba n = 7000 об/мин, = 70 мкм; Micron Herbi n = 2000 об/мин, = 250 мкм). В России предпринималось несколько неудачных попыток мелкосерийного выпуска аналогичных опрыскивателей. Нами разработаны и апробированы в мелкоделяночных опытах такие опрыскиватели, работающие на первом монодисперсном режиме распыления [33]. Рис. 20a. Общий вид ручного опрыскивателя ОРМ-1 39 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 15 14 11 1 6 3 2 4 13 14 10 11 8 7 16 12 9 5 Рис. 20б. Схема ручного опрыскивателя ОРМ-1 Опрыскиватель состоит из штанги 1 (рис. 20б), на нижнем конце которой с помощью шарнира 2 крепится корпус 3, в котором установлен электродвигатель 4 с укрепленным на его валу вращающимся распылителем 5. В верхней части штанги на кронштейне 6 установлено дозирующее устройство 7, состоящее из трехходового медицинского крана 8 (ход крана регулируется с помощью винта с контргайкой 9) и съемной мерной емкости 10 (шприцы на 2, 10 и 20 мл). Дозирующее устройство шлангом 11 (внутренний диаметр 2 мм) соединено с насадкой 12 для подачи жидкости на распылитель 5. Для управления работой электродвигателя, регулирования и контроля частоты его вращения имеется пульт 13. Для удобства работы на штанге имеются две рукоятки 14 и подлокотник 15. Для защиты распылителя предусмотрено кольцо 16. На рис. 21 приведены основные характеристики опрыскивателя. Размер капель регулируется в диапазоне от 70 до 400 мкм частотой вращения распылителя с зубчатой периферией в соответствии с зависимостью (1), а норма расхода рабочей жидкости (в пределах 1–200 л/га) количеством жидкости, расходуемой на обрабатываемую площадь. На рис. 22 приведены характерные интегральные кривые распределения размеров капель, образующихся на первом монодисперсном режиме распыления, из которых следует, что около 98% объема распыливаемой жидкости заключено в однородных каплях [6]. В опытах по сравнению эффективности традиционного (200–500 л/га) и УМО (4–5 л/га) применения гербицидов с использованием опрыскивателя ОРМ-1 получены практически равноценные показатели [33]. 40 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков OG6 EÏÍÏ E G6 OÑÄ ÏËÐ 6¥ OÑÄ ÏËÐ EÏÍÏ Рис. 21. Расчетная зависимость размеров капель от напряжения питания электродвигателя d = f(U) (зубчатый диск R = 2,5 см, s = 40 г/с2, r = 1,15 г/см3, Q ≤ 0,2 мл/с с приводом от электродвигателя ДПМ-20-Н1-16) Σ H OÑÄ ÏËÐ OÑÄ ÏËÐ EÏÍÏ Рис. 22. Интегральные кривые распределения размеров капель (зубчатый диск ∅ 50 мм, УМО форма рабочей жидкости Q = 0,2 мл/с) 1.2.6.Переносной аппликатор АП-1,5 Высокоэкологичным и экономичным способом борьбы с сорняками является применение фитильных аппликаторов. Положительным качеством использования аппликатора в сравнении с опрыскиванием является предотвращение попадания гербицида на культурное растение и в почву, что 41 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве способствует резкому снижению нормы расхода гербицидного препарата, т.к. рабочий раствор наносится только на целевые растения, непосредственно контактирующие с поверхностью фитиля. Рис. 23. Фитильные аппликаторы, используемые в зарубежной практике В зарубежной практике такая технология широко применяется – разработаны и используются несколько типов аппликаторов (на рис. 23 приведены две такие конструкции); в России, к сожалению, аппликаторы не изготавливаются. Для изучения возможностей и способов борьбы с сорняками, устойчивыми к многократно применяемым гербицидам избирательного действия, нами разработаны и 42 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков апробированы фитильные аппликаторы, рабочим органом которых является движущийся канат, смоченный препаративной формой общеистребительного гербицида [19]. На рис. 24 приведены схема переносного аппликатора и его общий вид. 1 – емкость с гербицидным препаратом; 2 – ведущий шкив; 3 – натяжные ролики; 4 – канат, смоченный препаратом; 5 – съемники избытка препарата; 6 – ручки для переноса Рис. 24. Схема и общий вид переносного аппликатора АП-1,5 (ВНИИФ) 43 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Аппликатор состоит из емкости с гербицидным препаратом 1, в которой установлен ведущий резиновый шкив 2. Между ведущими и ведомыми шкивами с регулируемым расстоянием от 0,8 до 1,5 м натянут канат 4 диаметром 8 мм. Для удаления с каната лишней жидкости имеется резиновый съемник 5, при перемещении аппликатора, переносимого с помощью ручек 6 двумя операторами, канат касается поверхности обрабатываемых растений, оставляя на них определенное количество раствора гербицида. Норма расхода регулируется как концентрацией рабочего раствора, так и скоростью перемещения аппликатора [19]. С учетом результатов испытаний переносного аппликатора разработан и испытан прототип производственной модели (рис. 25), где рабочим органом также является движущийся смоченный гербицидным препаратом канат. Рис. 25. Общий вид прототипа производственной модели аппликатора Сравнительные испытания аппликатора с традиционным полнообъемным опрыскиванием проводили в Приморском крае (ДВНИИЗР) на паровых рисовых чеках при борьбе с сорняками (преобладал клубнекамыш – Bolboschoenus maritimus (L.) Palla и B. compactus (Hoffm.) Drob.) с помощью общеистребительных гербицидов (Утал и др. на основе глифосата). При равной эффективности (90–95%) использование аппликатора позволило снизить рекомендуемые дозы испытываемых гербицидов в 2–3 раза в сравнении с традиционным опрыскиванием. 44 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков 1.2.7. Переносной штанговый опрыскиватель ОПШ-2 Для сравнения с применяемой в широкой практике традиционной технологией полнообъемного опрыскивания гербицидами, принятой в качестве эталона, нами был разработан переносной штанговый опрыскиватель ОПШ-2 [30], который широко используется в мелкоделяночных опытах при настройке на режим, максимально приближенный к хорошо отрегулированному производственному штанговому опрыскивателю. На рис. 26 показан общий вид этого опрыскивателя. Рис. 26. Общий вид опрыскивателя ОПШ-2 Опрыскиватель с шириной захвата 2 м состоит из емкости вместимостью 10 л (от ранцевого опрыскивателя «Оптимал») и подключенной к ней складной штанги, оснащенной манометром, секундомером и пятью щелевыми плоскофакельными (стандартными или антисносными) распылителями, установленными с общепринятым шагом 0,5 м. Прибор переносят в процессе работы два оператора. 1.3. Тракторные штанговые опрыскиватели для проведения производственных опытов и практического применения в растениеводстве Обоснование разработки прототипа производственной модели штангового опрыскивателя для применения гербицидов В последние годы во всех отраслях народного хозяйства большое внимание уделяется разработке энергоэффективных и экологичных технологий, нам также необходимо 45 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве было определиться, какой из технологических приемов применения гербицидов способом опрыскивания наиболее идеален для использования в широкой практике. В результате многолетних исследований, проведенных во ВНИИФ и других учреждениях Россельхозакадемии с использованием разработанных нами монодисперсных распылителей, было показано, что эффективность опрыскивания вегетирующих растений повышается с уменьшением размера используемых капель, однако наиболее активные мелкие капли (d ≤ 80 мкм) без принудительного осаждения неуправляемы и сносятся ветром за пределы обрабатываемого участка на посевы сопредельных культур, что является основным ограничением при выборе оптимального уровня дисперсности в процессе обработки полей гербицидами. Идеальная технология требует сделать наиболее эффективные мелкие капли управляемыми за счет полного принудительного осаждения их на целевом объекте (в нашем случае на сорняках). Во ВНИИФ проводились опыты с монодисперсным аэрозолем (был разработан монодисперсный генератор «волчок» для получения капель d ≥ 10 мкм) с целью возможности внедрения в практику принудительного инерционного осаждения мелких капель из воздушного потока на обтекаемом препятствии (модели листьев); показано, что для широкого использования такой способ осаждения мелких капель (d ≤ 50 мкм) мало пригоден [34]. Наиболее эффективный способ управления каплями d ≤ 50 мкм состоит в придании им электрических зарядов, обуславливающих последующие процессы их осаждения в электрическом поле, то есть, в конечном счете, в применении электронно-ионной технологии, основанной на использовании силового взаимодействия электрических полей и зарядов, переносимых каплями рабочей жидкости. Кроме процесса полного осаждения капель при такой технологии опрыскивания посевов культурных растений пестицидами, заряженные капли, двигаясь по силовым линиям электрического поля, созданного между распылителями и растениями, относительно равномерно осаждаются как на верхней, так и на нижней поверхностях листьев. Для образования униполярно заряженных аэрозолей известно и используется несколько способов, среди которых индукционный способ зарядки обладает рядом преимуществ при его применении в растениеводстве [8, 35, 36]. Во ВНИИФ теоретически и экспериментально исследован механизм процесса электризации капель индукционным способом (аэродинамическим и центробежным), на основе чего разработан метод расчета наиболее перспективных распылителей индукционного типа, что позволило за 10 лет исследований в 70-е годы прошлого века создать штанговый электрозарядный опрыскиватель [37]. На рис. 27 приведены упрощенные схемы электрозарядных опрыскивателей с центробежным и аэродинамическим способами индукционной зарядки. 46 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков а) Если вблизи поверхности листьев Eq больше mg, то будет преобладать осаждение под действием электрических сил; mg – оседание капель под действием силы тяжести. б) Три обязательных условия: 1. Высокодисперсное распыление рабочей жидкости на капли d ≤ 50 мкм. 2. Униполярная зарядка капель с сообщением им большого заряда q. 3. Создание вблизи растений электрического поля большой напряженности E. Рис. 27. Упрощенные схемы электрозарядного опрыскивателя с центробежным (а) и аэродинамическим (б) способами индукционной зарядки 47 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Проведенные полевые опыты с такого рода опрыскивателем (аэродинамический способ индукционной зарядки) на овощных культурах и картофеле показали, что растения ведут себя, как заземленные проводники; при норме расхода рабочей жидкости 1–5 л/га, распыленной на капли = 50 мкм, эффективная доза гербицида оказалась в 3–6 раз ниже рекомендуемой нормы применения препарата при традиционной технологии опрыскивания посевов (посадок), при этом капли относительно равномерно осаждались как на верхней, так и на нижней сторонах листьев. Практически не наблюдался снос капель при скорости ветра до 6 м/с [37]. Однако задача создания недорогого, надежного, безопасного, эффективного и производительного сельскохозяйственного электрозарядного опрыскивателя практически еще не решена и находится до настоящего времени в стадии разработки. Сложность проблемы в том, что математические зависимости закона Кулона хотя и подтверждаются экспериментально на модельных растениях, но по результатам проведенных на данном этапе исследований не раскрывают физической сущности самого процесса, хотя растения и в реальных условиях поля в большинстве случаев ведут себя как заземленные проводники. Так, согласно теории создание вблизи растений дополнительного электрического поля большой напряженности не требуется; вероятно, поэтому многие исследователи использовали электрозарядное устройство не только для зарядки капель, но и для образования осаждающего электрического поля между этим устройством и заземленными растениями. В наших полевых опытах при испытаниях такой схемы положительный эффект наблюдался, но без стабильно воспроизводимых повторностей опытов, а такая стабильность – основной критерий точности и надежности эксперимента. Стабильные результаты мы получали только при наличии дополнительного электрического поля. Наличие осаждающего электрода, создающего дополнительное электрическое поле, силовые линии которого были бы нормально направленными к листовой поверхности обрабатываемых растений, вероятно, одна из основных сложностей внедрения такой технологии в широкую практику растениеводства. Обобщая и анализируя отечественный и зарубежный опыт, можно констатировать, что возможность применения электроаэрозолей остается одним из перспективных и экологически благотворных направлений в разработке альтернативных способов и приемов в защите растений, особенно при борьбе с вредителями и болезнями сельхозкультур. Количественный анализ осаждения капель на листовой поверхности обрабатываемых растений показал, что большинство их оседает на более высоких растениях, которые наиболее близки к осаждающим электродам. В большинстве наших случаев это могут быть культурные растения. В этой связи, такая технология для нас представляет интерес только при внесении общеистребительных гербицидов, а также фунгицидных и бактерицидных препаратов. 48 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Поскольку пока не получается с принудительным осаждением эффективных, но неуправляемых мелких капель, следует определить их оптимальный размер для полного гравитационного оседания в зоне обработки, а образующиеся в процессе распыления неуправляемые мелкие частицы принудительно отделять. Анализ результатов многолетних исследований с использованием разработанных нами монодисперсных опрыскивателей для проведения вегетационных и мелкоделяночных опытов и доступных литературных источников свидетельствует пока о недостаточной теоретической и экспериментальной оценке базовых критериев – оптимальных плотности покрытия, размера капель и их однородности, свойств рабочих жидкостей, определяющих эффективность малообъемного и особенно УМО опрыскивания вегетирующих растений системными гербицидами при борьбе с сорняками в растениеводстве. Эти показатели могут зависеть от имманентных свойств используемых препаратов; при отсутствии теории оптимизации размеров капель и необходимом уровне их однородности, их необходимо корректировать для каждого изучаемого гербицида. Таблица 11 Расчетная зависимость нормы расхода рабочей жидкости от диаметра однородных капель при рекомендуемой плотности покрытия N ≥ 30 шт/см2 (расстояние между каплями ~ 2 мм) Средний диаметр капель , мкм Норма расхода рабочей жидкости, л/га Степень покрытия П, % при Kp = 1,5 150 200 250 300 350 400 450 5 12 23 40 51 96 135 1,5 2,5 4,0 5,7 7,8 10,0 12,0 500 184 16,0 600 320 24,0 Примечание малолетучие рабочие жидкости водные растворы снижается эффективность и повышается загрязнение почвы Однако и на данном этапе уже можно сделать вывод о том, что при опрыскивании гербицидами вегетирующих растений для получения в реальных условиях поля надежных и стабильных результатов (снижение засоренности 85–90%) плотность покрытия каплями обрабатываемой горизонтальной поверхности должна быть ≥ 30 шт/см2, а оптимальный размер капель (с учетом сноса и испарения) водных растворов dm = 250–300 мкм, малолетучих рабочих жидкостей dm = 150–200 мкм; исходя из этих показателей определяется и норма расхода рабочей жидкости (табл. 11). Капли d > 400 мкм малоэффективны из-за их плохой удерживаемости на листовой поверхности большинства сорных растений. Такие ориентировочные параметры нами были взяты за основу при разработке прототипа производственной модели штангового опрыскивателя. 49 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Реализация создания производственных моделей штангового опрыскивателя для применения гербицидов в практике растениеводства Для возможности проведения производственных опытов в реальных полевых условиях, дублирующих мелкоделяночные исследования, во ВНИИФ были разработаны и изготовлены две модели экспериментальных штанговых опрыскивателей с вращающимися распылителями, чтобы по результатам сравнительных испытаний в различных климатических зонах выбрать оптимальный вариант прототипа производственной модели, представляющей интерес для практического применения в различных отраслях растениеводства, в том числе при химической прополке. Для реализации этого проекта необходимо было придерживаться следующих основополагающих принципов: • надежность и качество выполнения технологического процесса; • экологическая безопасность приема для окружающей среды и человека; • такие опрыскиватели должны удовлетворять двум основным требованиям при вне- сении гербицидов: 1. полное принудительное отделение из образующегося спектра распыла фракции подверженных сносу мелких капель; 2. равномерность распределения используемых однородных капель выбранного оптимального (для каждого конкретного случая) размера по обрабатываемой площади при их максимальном осаждении и удерживании на целевом объекте. 1.3.1. Навесной штанговый УМО опрыскиватель ОВГ-6 с вращающимися распылителями, установленными параллельно к обрабатываемой горизонтальной поверхности Такой распылитель создает осесимметричный горизонтальный веер, из которого под действием сил тяжести капли свободно падают вниз, утрачивая свою первоначальную скорость полета в горизонтальном направлении (механизм монодисперсного распыления с помощью вращающейся чаши показан на рис. 28). При монодисперсных режимах распыления размер образующегося факела поддается разработанному нами методу расчета и зависит от диаметра образующихся капель и линейной скорости вращения распылителя [1]. За многие годы нами было разработано и испытано несколько моделей экспериментальных опрыскивателей с распылителями, обеспечивающими отделение образующихся мелких капель, их конструкции и технические характеристики опубликованы [38-45]. Рассмотрим наиболее удачную, на наш взгляд, конструкцию, успешно прошедшую широкие многолетние испытания и используемую до настоящего времени в отделе гербологии [45]. 50 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков а) первый монодисперсный б) второй монодисперсный в) полидисперсный Рис. 28. Режимы распыления жидкости вращающейся чашей в зависимости от расхода жидкости (скоростная съемка) [1] 51 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Для выбора оптимального диаметра факела аналитически определим условия, способствующие повышению равномерности распределения капель по обрабатываемой площади. Установленный горизонтально вращающийся монодисперсный распылитель открытого типа образует движущийся со скоростью vn кольцевой след (рис. 29) радиусом Rc и шириной hc (при отсутствии ветра). Принимая площадь элемента кольца S, равную произведению длины дуги dS на ширину hc (S = hc dS), получим количество препарата dG, выпавшее за секунду в пределах двух симметричных дуг dS: . (11) Площадь, на которой распространилось это количество препарата, равна vn ⋅ dx. Плотность отложений g (г/см2): g= dG , v n dx или , (12) G гдe A = . π Rc v n На рис. 29 показано значение Из формулы (12) следует, что gmax = для gmax; gmin = A (a = 0). A ⎛ 2hc hc2 ⎞ − ⎜ ⎟ ⎜ Rc R 2 ⎟ c ⎝ ⎠ 0,5 . (13) Из зависимости (13) следует, что для повышения равномерности (уменьшения величины gmax/gmin) надо уменьшать Rc и увеличивать hc. В реальных условиях поля равномерность во многом зависит от размера капель, метеоусловий (скорость и направление ветра) и характера стеблестоя. Механизм их осаждения на листьях растений многообразен и сложен. Теоретически и экспериментально установлено [8], что равномерность распределения жидкости по ширине захвата и осаждение на растениях начинает ухудшаться с увеличением диаметра капель d ≥ 70 мкм, но мелкие капли сильно подвержены сносу ветром, что является основным ограничением при выборе оптимальных характеристик. На основании сведений из литературных источников и анализа результатов наших вегетационных и мелкоделяночных опытов, полученных с использованием приведенных опрыскива- 52 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков телей, при рассматриваемой конструкции распылителя для гербицидов (с учетом минимального сноса при максимальной эффективности) мы выбрали размер капель малолетучей жидкости = 150 мкм, имеющих стационарную скорость оседания ~ 0,5 м/с. Рис. 29. Схема кольцевого следа, образуемого оседающими каплями неподвижным (стационарным) вращающимся распылителем Для штангового тракторного опрыскивателя дальность сноса таких капель с высоты 0,5 м будет ориентировочно равна скорости ветра vB, м/с. На рис. 30 показана схема распылителя закрытого типа, обеспечивающего отделение мелких капель на первом и втором монодисперсных и полидисперсном режимах распыления при расходах рабочей жидкости Q ≤ 0,2 л/мин, а также возврат жидкости, собравшейся в кожухе, для повторного распыления. Процесс отделения мелких капель поддается разработанному нами методу расчета [45]. К корпусу 1 на трех кронштейнах 2 крепится поддон 3 с углублением 4. Корпус 1 и поддон 3 образуют регулируемую кольцевую щель 5 для выхода образующегося факела. К ступице 6, являющейся распыливающей чашей ∅ 50 мм, крепится полый конус 7, вершина которого находится в углублении 4. Жидкость на распыление подается по трубке 9 на ступицу 6, откуда через пазы 10 движется по внутренней стенке и распыливается с ее нижней кромки, расположенной во всасывающем коллекторе. Создаваемый крыльчаткой вентилятора 11 воздушный поток захватывает во всасывающем коллекторе мелкие капли, которые отделяются при проходе через корпус 1 и фильтр 8. Одновременно с инерционным отделением капель d ≤ 50 мкм воздушным потоком происходит частичное гравитационное отделение капель d = 60–70 мкм, которые оседают внутри поддона 3. Жидкость, образовавшаяся из уловленных мелких капель, собирается в углублении 4, откуда конусом 7 подается на ступицу 6 для повторного распыления. В закрытом помещении при отсутствии ветра определяли создаваемый распылителем спектр размера капель и равномерность их распределения при рекомендуемой ширине 53 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 8 ∅174 9 ∅140 11 1 10 5 6 5 ∅50 2 ∅80 5 5 7 3 4 1 – корпус; 2 – кронштейны; 3 – поддон; 4 – углубление в поддоне; 5 – кольцевая щель; 6 – распылитель; 7 – полый конус; 8 – фильтр; 9 – трубка для подачи жидкости; 10 – пазы; 11 – крыльчатка вентилятора Рис. 30. Схема распылителя с отделением мелких капель на монодисперсных и полидисперсном режимах распыления захвата (оптимальном расстоянии между распылителями). В качестве рабочей жидкости использовали 40%-ный водный раствор мочевины с селитрой (1:1) и добавкой ПАВ. На высоте 0,5 м над обрабатываемой горизонтальной поверхностью на каретке устанавливали с требуемым шагом два распылителя. Во время опыта каретка перемещалась с регулируемой скоростью на длину 3 м; на середине ее пути раскладывали в сплошные ряды предметные стекла, которые после опыта просматривали под микроскопом МБС (1 x 56), где на фиксируемой площади DSi определяли их размер di и число ni. По общепринятой методике [1] определяли спектр размера капель dm (мкм), и коэффициент Km. Для каждого стекла (7,5 x 2,5 см) определяли среднее число осевших капель шт/см2 и содержание заключенной в них жидкости в расчете на гектарную норму расхода G, л/га, в соответствии с уравнением: . (14) Равномерность их распределения по обрабатываемой площади оценивали с учетом общепринятого коэффициента вариации Cv (12–15 контрольных точек). Результаты испытаний приведены в таблице 12 при скорости перемещения каретки 8 км/час и шаге установки распылителей 1 м. 54 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Таблица 12 Спектр размеров капель (% от их общего количества Ni и объема заключенной в них жидкости G), образуемый вращающимся распылителем диаметром 55 мм с отделением мелких капель поперечным воздушным потоком со скоростью 6 м/с при рекомендуемых нормах расхода жидкости Диапазон диаметров капель, мкм Q = 0,12 л/мин Q = 0,18 л/мин DNi DGi DNi Водные растворы n = 3800 об/мин DGi 81–113 0 0 1,09 0,11 114–149 4,95 1,77 14,48 4,85 150–185 43,46 21,68 31,27 15,65 186–220 17,85 17,58 14,72 13,71 221–259 23,73 35,36 23,33 34,92 260–300 9,41 21,50 9,13 20,75 300–330 0,60 2,11 2,91 9,94 dm 220 230 Km G, л/га 0,21 0,23 8,6 14,0 Cv Диапазон диаметров 0–60 19 17 Малолетучие рабочие жидкости n = 4300 об/мин Q = 0,048 л/мин Q = 0,12 л/мин DNi 0 DGi 0 DNi 0 DGi 0 61–75 1,81 0,37 7,3 1,08 76–90 30,83 11,11 20,53 5,95 91–115 34,29 23,37 37,15 23,69 116–145 22,56 32,24 19,02 21,24 146–170 8,12 21,58 8,82 20,36 171–200 1,65 6,66 5,67 19,15 201–235 0,75 4,67 1,51 8,59 dm 130 142 Km G, л/га 0,27 0,26 3,6 8,6 Cv 17 15 55 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве На рис. 31 приведена схема опрыскивателя, а на рис. 32 показан его внешний вид. На раме 1, навешиваемой на гидросистему трактора типа Т-25А, Т-30 крепится складная поперечная штанга длиной 5 м, на которой через интервал в 1 м установлены шесть распылителей 7. 1 – рама; 2 – шланги секций насоса; 3 – защитный колпак; 4 – перистальтический насос; 5 – шланги для подачи жидкости к распылителям; 6 – ротаметр; 7 – распылители; 8 – бак для химиката; 9 – механическая мешалка; 10 – заборная трубка Рис. 31. Схема опрыскивателя ОВГ-6 На платформе рамы 1 установлен бак для химиката 8 вместимостью 100 л. На крышке бака 8 крепится шестисекционный перистальтический насос 4 с приводом от электродвигателя через многоступенчатый редуктор, закрытый сверху от атмосферных осадков колпаком 3. Рабочая жидкость перемешивается механической мешалкой 9 и поступает из бака 8 по заборной трубке 10 через ротаметр 6 по шлангам 2 в секции насоса, соединенные шлангами 5 с распылителями 7. Управление и контроль за работой электродвигателей привода насоса и распылителей осуществляется с дистанционного пульта, установленного в кабине трактора. Внешний вид пульта показан на рис. 33. Для контроля частоты вращения распылителей (датчики установлены на крыльчатке вентилятора) на панели пульта установлены шесть тахометров 1, которые при необходимости замера напряжения тумблерами 2 переключаются в режим работы вольтметра. Частота вращения электродвигателей привода распылителей регулируется 56 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков резисторами 3. При нормах расхода жидкости G ≤ 10 л/га факел распыла визуально не наблюдается, и для контроля за движением жидкости в шлангах дозирующего насоса установлены специальные датчики, соединенные электрической цепью с сигнальными лампочками 4 на пульте. Рис. 32. Внешний вид опрыскивателя ОВГ-6 1 – тахометры; 2 – тумблеры; 3 – резисторы; 4 – сигнальные лампочки Рис. 33. Внешний вид пульта управления к опрыскивателю ОВГ-6 57 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве На рис. 34 показан внешний вид шестисекционного перистальтического насоса, его конструкция и расчет производительности аналогичны приведенным на рис. 15. Различие только в том, что для надежности и уменьшения износа шлангов ролики 2 и приводной барабан 1 имеют шестеренчатое соединение. Привод барабана 1 от восьмиступенчатого редуктора. Рис. 34. Внешний вид шестисекционного перистальтического насоса к опрыскивателю ОВГ-6 Скорость подачи жидкости каждой секцией насоса на распылитель Q (мл/с) зависит от внутреннего диаметра шланга 3 и частоты вращения приводного барабана 1. Шланги 3 постоянно поджимаются к роликам 2 сегментами 4 с помощью пружин 6, что обеспечивает мгновенную отсечку подачи жидкости с остановкой насоса. Результаты стендовых испытаний насоса приведены в таблице 13. Неравномерность подачи жидкости по секциям, выраженная коэффициентом вариации Cv, составляет ≤ 2,7%. Максимальная ширина захвата опрыскивателя 6 м, норма расхода жидкости регулируется производительностью насоса и скоростью перемещения опрыскивателя в пределах от 1,6 до 14 л/га, размер капель регулируется частотой вращения распылителя в диапазоне = 150–250 мкм, максимальная скорость подачи жидкости на каждый распылитель – 2,5, минимальная – 0,4 мл/с, максимальная высота обрабатываемых растений 1,2 м. Мощность на привод шести распылителей ~ 250 Вт, на привод насоса ~ 15 Вт. Распылители опрыскивателя ОВГ-6 (рис. 30) и систему дозирования жидкости использовали при разработке эффективной и экологичной технологии борьбы с сорняками в насаждениях чая, собираемого механизированным способом [46]. 58 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Таблица 13 Результаты стендовых испытаний перистальтического насоса Частота вращения барабана, n, об/мин 3 6 12 18 Производительность секций насоса Q, мл/с (шланг ∅вн = 8мм, рабочая жидкость – вода) Qp k мл/с мл/с 1 2 3 4 5 6 0,40 0,39 0,80 078 1,60 1,50 2,50 2,45 0,41 0,40 0,80 0,78 1,55 1,60 2,55 2,50 0,40 0,39 0,80 0,81 1,55 1,60 2,50 2,45 0,41 0,40 0,80 0,78 1,60 1,55 2,45 2,40 0,39 0,39 0,81 0,80 1,60 1,60 2,50 2,45 0,39 0,40 0,78 0,90 1,60 1,55 2,45 2,47 Cv % Расчетные нормы расхода G, л/га при рекомендованной скорости перемещения трактора v, км/ч МТЗ-80/82 Т-25А 7,2 8,9 6,4 8,1 0,40 1,02 0,39 2,5 2,0 1,6 2,3 1,8 0,80 2,04 0,39 1,6 4,0 3,2 4,5 3,6 1,60 4,08 0,39 2,7 8,0 6,5 9,0 7,1 2,50 6,38 0,39 2,0 12,5 10,0 14,0 11,1 В процессе исследований было установлено, что при нанесении Раундапа только на опробковевшие нижние штамбы чайных кустов остаточных количеств препарата в собранных листьях не обнаружено. С учетом такой особенности Раундапа нами была разработана и в течение нескольких лет испытана в реальных производственных условиях Аджарии технология борьбы с сорняками, основой которой является опрыскивание только нижней, приствольной части куста однородными каплями (рис. 35). 1 2 3 1 – защитный экран; 2 – корпус распылителя; 3 – плоские факелы, параллельные земле Рис. 35. Способ борьбы с сорняками в насаждениях чая, собираемого механизированным способом 59 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве При перемещении распылителей в междурядье шпалер чая нижние побеги куста поднимаются защитным экраном 1. Рабочий раствор с нормой расхода 5–10 л/га распыливается на однородные капли размером 400–500 мкм, которые выходят из корпуса распылителя 2 в виде двух противоположно направленных плоских факелов 3, распространяемых параллельно земле, не превышающих высоты сорняков, но ниже листовой поверхности шпалер. Однородные капли оседают только на сорняках и нижних штамбах чайных кустов, не попадая на листья чая. Размер капель, оптимальные траектории и дальность их полета определяются расчетом [1]. 1.3.2.Навесной штанговый опрыскиватель ОВН-6 с вращающимися распылителями, установленными наклонно к обрабатываемой горизонтальной поверхности Такие опрыскиватели многие годы серийно выпускаются французской фирмой Technoma, однако в используемых распылителях GiroJet [47] (рис. 36) не предусмотрено отделение образующихся мелких капель. Распылители, аналогичные GiroJet-412, мы применяли в опрыскивателях для проведения вегетационных и мелкоделяночных опытов (рис. 14). Для прототипа производственной модели мы разработали распылители с принудительным отделением из образующегося спектра фракции мелких капель с помощью встречного воздушного потока [48-50]. Рис. 36. Общий вид распылителя GiroJet-412 60 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Схема и общий вид опрыскивателя приведены на рис. 37. На раме 1, навешиваемой на гидросистему трактора, установлена складная штанга 2, на которой с равными интервалами 1,2 м размещены шесть распылителей 3. На баке 4 вместимостью 100 л смонтирован двенадцатисекционный перистальтический насос 5, закрытый сверху крышкой 6. Привод распылителей и насоса – от электрооборудования трактора. 6 5 2 3 1 4 1 – рама; 2 – штанга; 3 – распылители; 4 – бак для химиката; 5 – перистальтический насос; 6 – защитная крышка Рис. 37. Схема и общий вид опрыскивателя ОВН-6 61 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве На рис. 38 приведена конструкция распылителя. Распылитель имеет корпус 1, на его крышке 2 установлен электродвигатель 3 с укрепленной на его валу втулкой 4, на которой закреплены крыльчатка вентилятора 5 и распыливающий диск 6. 1 – корпус; 2 – передняя крышка корпуса; 3 – электродвигатель; 4 – втулка; 5 – крыльчатка вентилятора; 6 – распыливающий диск; 7 – трубка для подачи жидкости; 8 – трубка для возврата неиспользуемой рабочей жидкости; 9 – кольцевая щель для встречного воздушного потока; 10 – скоба для крепления распылителя на штанге; 11 – ось для поворота корпуса распылителя Рис. 38. Схема распылителя с отделением мелких капель встречным воздушным потоком к опрыскивателю ОВН-6 Распылитель работает следующим образом. Рабочая жидкость по патрубку 7 одной из двенадцати секций перистальтического насоса поступает на вращающуюся чашу 6 и распыливается с ее периферии. Большая часть образующегося факела (~ 2/3) оседает в корпусе 1 и по трубке 8 одной из секций перистальтического насоса возвращается в бак для химиката. Используемая рабочая часть факела направляется на обрабатываемый объект. 62 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Образующиеся в процессе распыления мелкие капли увлекаются встречным воздушным потоком, создаваемым крыльчаткой вентилятора 5, и направляются в циклон, где они оседают, а образовавшаяся жидкость накапливается в корпусе 1. Крыльчатка в кольцевой щели 9 создает встречный воздушный поток скоростью ≥ 7 м/с. Глубина кольцевой щели (расстояние от наружной кромки диска 6 до наружной кромки крышки 2) рассчитывается из условия, чтобы начальная скорость движения сбрасываемых с кромки диска 6 капель d < 80 мкм при нахождении их в щели упала до скорости гравитационного осаждения. В этом случае требуется меньшая скорость отсасывающего воздушного потока. К штанге распылитель крепится скобой 10. Для возможности ленточного внесения корпус распылителя поворачивается на оси 11. Как и в первой модели, оператор при нормах расхода ≤ 10 л/га визуально не видит образующегося факела, поэтому также необходимо контролировать выбранный режим на дистанционном пульте управления. На рис. 39 приведен общий вид пульта управления. Рис. 39. Внешний вид дистанционного пульта управления к опрыскивателю ОВН-6 Как показали исследования (рис. 40), изменение расхода жидкости (0,1–0,8 л/мин) и частоты вращения распылителя (2,5–5 тыс. об/мин) не оказывали влияния на форму образующегося факела и равномерность распределения осевшей из него жидкости, которые аналогичны используемым в широкой практике стандартным и антисносным плоскоструйным гидравлическим распылителям [50]. Обоснованы оптимальные параметры распылителя для внесения гербицидов (диск диаметром 150 мм, используемый угол факела распыла 140°, шаг установки на штанге – 1,25 м, средний размер капель = 250 мкм) [50]. 63 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Рис. 40. Распределение жидкости по ширине захвата распылителя, расположенного под углом 20° к обрабатываемой горизонтальной поверхности (диск ∅ 150 мм, n = 2500 об/мин, расход 0,5 л/мин, = 250 мкм, v0 начальная и vx (H = 0,5 м) скорости полета капель = 250 мкм) На рис. 41 показано качество распыления рабочей жидкости (водные растворы) на рекомендуемом режиме. Требуемый средний размер капель регулируется частотой вращения распылителя и предварительно рассчитывается по приведенным выше формулам (3) и (4). 100 80 Σg, % 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 dmax, мкм Диск ∅ 150 мм, n = 2500 об/мин, Q = 0,5 л/мин. Скорость отсасывающего воздушного потока 7 м/с. Минимальный диаметр капель dmin = 75 мкм. Km = 0,28. При скорости перемещения 8 км/ч G = 12 л/га. Рис. 41. Интегральная кривая распределения размеров капель, образуемых вращающимся распылителем (60%-ный водный раствор глицерина) 64 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков Многолетние (совместно с ВИЗР – Лысов А.К., Сухов В.А.) сравнительные испытания опрыскивателей ОВГ-6 и ОВН-6 проводились в зоне недостаточного увлажнения при обработке залежных участков неразбавленным препаратом Сангор, ВР (4–5 л/га) для борьбы с горчаком ползучим. Результаты сравнительных испытаний показали, что по эффективности УМО опрыскивание неразбавленным препаратом с использованием ОВГ-6 и ОВН-6 не уступало полнообъемному способу, а в большинстве случаев даже превосходило его [45, 50-53]. В табл. 14 приведены результаты одного из таких опытов. Таблица 14 Сравнительная эффективность в борьбе с горчаком ползучим двух способов опрыскивания гербицидом Сангор, ВР (5 л/га по препарату) на паровом поле [45] Засоренность (шт/м2) при учетах после обработки через … Исходная засоренность горчаком, шт/м2 14 сут. 30 сут. перед посевом озимой пшеницы УМО (препарат без разбавления) 47 0 0 0 ПОО, 250 л/га 50 3-4 единичные отрастания 3-4 Вариант УМО капли = 150 мкм, = 27 шт/см2, Cv = 23% По результатам сравнительных испытаний разработаны исходные требования на обе модели ультрамалообъемных опрыскивателей с отделением из образующегося факела распыла фракции мелких капель, которые были включены в «Систему машин для комплексной механизации с.-х. производства» на 1991–2000 гг. [50] и 2000–2005 гг. [45]. Однако после 1991 г. распалась существовавшая в СССР стройная система разработки, испытаний и производства не только научного оборудования , но и с.-х. техники. Для дальнейших испытаний мы выбрали более простую первую модель, где используется весь образующийся факел распыла, что позволяет при нормах расхода рабочей жидкости ≤ 5 л/га реализовать первый монодисперсный режим распыления [45]. Опрыскиватель ОВГ-6 прошел широкие многолетние производственные испытания по сравнению УМО опрыскивания с полнообъемным способом применения зарубежных и отечественных гербицидов (Линтур, Секатор, Серто Плюс, Дифезан, Фенфиз и др.) на посевах зерновых колосовых культур в двух климатических зонах РФ. Результаты испытаний показали, что во всех сравниваемых вариантах по эффективности УМО опрыскивание (специальная форма рабочей жидкости с нормой расхода 5 л/га, = 150 мкм) не уступало, а во многих случаях превосходило полнообъемную (водные растворы 200 л/га, dm ≈ 300 мкм) обработку [23, 45, 53-55]. В табл. 15 приведены данные испытаний одного из таких опытов. 65 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве Таблица 15 Сравнительная эффективность Линтура, ВДГ (170 г/га) в зависимости от способа применения (опытное поле ВНИИФ) [45] Снижение засоренности, % к контролю Вариант через 30 сут. после обработки перед уборкой урожая Урожайность зерна, ц/га всего защищенный урожай Яровая пшеница с. Приокская УМО, 5,0 л/га ПОО, 200 л/га Контроль НСР10 39,0 40,0 500,0* 62,0 70,0 115,0* УМО, 5,0 л/га ПОО, 200 л/га Контроль НСР10 74,0 32,0 226,0* Ячмень с. Московский 2 76,0 68,0 338,0* 45,0 45,0 39,8 2,3 5,2 5,2 – 50,9 48,3 43,9 2,8 7,0 4,4 – * Масса сорняков, г/м2; 5 л/га – УМО форма рабочей жидкости, капли = 150 мкм, Cv = 21-23%; 200 л/га – разбавленная водой УМО форма рабочей жидкости. 66 = 24–29 шт/см2, Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков 2. Разработка и внедрение технологии опрыскивания полевых культур гербицидами с использованием монодисперсных аэрозолей Анализ состояния и определение основных направлений научного обеспечения развития материально-технической базы АПК показывает, что в XXI веке основными технологическими проблемами станут задачи создания «высоких» технологий на базе наукоемкой техники и энергетики нового поколения. При этом такие технологии будут постоянно возрастать в цене, поскольку будут обязаны удовлетворять все более строгим критериям ресурсосбережения, экологической безопасности, оптимизации и повышения уровня квалификации человеческого труда. Обладая уникальной биологической активностью, гербициды четвертого поколения (класса сульфонилмочевин, имидазолинонов и пр.) требуют и высококачественного, аккуратного подхода к их практическому использованию в растениеводстве. В отделе гербологии ВНИИФ с использованием разработанного нами оборудования более 30 лет проводятся комплексные исследования по созданию научно обоснованной технологии применения такого типа гербицидных препаратов, обеспечивающей при минимальных нормах расхода высокую эффективность, экономичность и экологическую приемлемость приема. За основу такой технологии, учитывая оптимальное техническое обеспечение процессов нанесения препаративных форм на объекты обработки, мы предлагаем использовать вращающиеся распылители, обеспечивающие распыление рабочих растворов на однородные капли необходимого для конкретного случая размера с полным отделением из образующегося спектра дисперсности фракции мелких (d ≤ 80 мкм для водных растворов и d ≤ 60 мкм для малолетучих жидкостей) капель, наиболее подверженных сносу. 2.1. Основные итоги оценки эффективности отечественных монодисперсных опрыскивателей с вращающимися распылителями Ежегодно при внесении пестицидов и биопрепаратов сотни тысяч тонн их рабочих растворов превращаются в капли. Распыление различных жидкостей используется во многих технологических процессах и отраслях народного хозяйства, и получаемая эффективность их зависит от диапазона изменения диаметра капель в факеле распыляемой жидкости, при этом во всех случаях идеальным было бы диспергирование, близкое к монодисперсному. Наиболее высокие требования необходимо предъявлять к качеству распыления рабочих растворов пестицидов, т.к. они преднамеренно, с определенной целью, вносятся в окружающую среду и загрязняют ее, в связи с чем их использование должно быть не 67 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве только эффективным, но и минимально опасным для человека, окружающей среды, не ухудшающим чистоту и качество получаемой продукции [151]. В течение последних десятилетий наблюдается повышенный интерес к использованию монодисперсных аэрозолей в различных технологических процессах, однако соответствующих распылителей, удовлетворяющих требованиям такого типа производственным задачам, до сих пор нет, хотя их разработки ведутся, но пока только в рамках фундаментальных исследований – теоретически и экспериментально изучается причинно-следственный упорядоченный распад неустойчивых тонких струй различных жидкостей под действием сил поверхностного натяжения в результате малых возмущений (в частности, Центром высоких технологий МГТУ им. Н.Э. Баумана) [152]. Во ВНИИФ в 60–80-х гг. прошлого века проводились глубокие теоретические и экспериментальные исследования по получению монодисперсных аэрозолей пестицидов и оценке их поведения в приземном слое атмосферы с использованием вращающихся распылителей. В итоге создан корректный метод расчета монодисперсных вращающихся распылителей, позволяющий конструировать технические устройства с требуемыми характеристиками [1]; разработаны и изготовлены опытные образцы монодисперсных распылителей и опрыскивателей, позволяющих в вегетационных и полевых опытах регулировать в широком диапазоне размер капель (от 50 до 700 мкм) и норму расхода рабочей жидкости (от 1 до 400 л/га). Эти способы [1, 152] имеют одно общее свойство – они образуют монодисперсные системы капель только при малых расходах жидкости, как правило, совершенно недостаточных для производственных целей. Характерно, что именно к этим устройствам оказывается приемлемой существующая теория дробления жидкостей. Показанная нами в многолетних полевых опытах возможность сближения практически применяемых норм расхода рабочих жидкостей при опрыскивании гербицидами с максимальным расходом, соответствующим монодисперсному распылению, явилась основой для разработки технологии опрыскивания с использованием монодиспесрных аэрозолей. Монодисперсные аэрозоли только теоретически состоят из однородных капель (частиц). Фактически эта однородность лишь приблизительна, поэтому к монодисперсным аэрозолям также применимы общепринятые понятия о среднем размере капель и степени их однородности Km (монодисперсности), которая определяется по общепринятой зависимости: s (15) K m = , d где S – среднеквадратичное отклонение размеров капель от их среднего размера. В международной практике аэрозоль считается монодисперсным при Km ≤ 0,15, причем степень монодисперсности ухудшается с уменьшением среднего размера капель [1]. При применении вращающихся распылителей близкий к монодисперсному аэрозоль можно получить в случае использования первого монодисперсного режима распыления, 68 Н.В. Никитин, Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков реализуемого при малых расходах жидкости (≤ 0,8 мл/с для капель d ~150 мкм) и обеспечивающего полное отделение всех образующихся капель-спутников. Разработанные и исследованные нами в вегетационных и полевых опытах монодисперсные опрыскиватели с одним вращающимся распылителем, работающим при расходах жидкости Q ≤ 0,8 мл/с, удовлетворяют этим требованиям; в наших опытах в зависимости от размера капель (80–600 мкм) Km варьировал в пределах 0,10–0,15. Однако для режима работы производственного штангового опрыскивателя (при расходе жидкости 5–10 л/га и скорости движения агрегата 8–10 км/ч) можно получить не монодисперсный аэрозоль, а лишь распыл с узким спектром размера капель с Km = 0,2–0,25. Если для штангового опрыскивателя вместо однодисковых использовать многодисковые распылители (которые нами испытаны), то реализуется монодисперсный распыл. Однако это намного усложнит конструкцию распылителя. Для производственных целей наиболее реально и вполне приемлемо опрыскивание посевов с узким спектром размера капель при оптимальном для каждого конкретного случая их среднем размере. Результаты многолетних (начиная с 1966 г.) исследований с использованием таких опрыскивателей нами опубликованы и обобщены [7, 8, 21, 51–61], при этом показано большое преимущество монодисперсных опрыскивателей перед полидисперсными. На основании анализа этих материалов еще раз подытожим основные результаты, которые частично известны специалистам, занимающимся совершенствованием технологии применения пестицидов и биопрепаратов [9]. 1.Эффективность обработок монодисперсным аэрозолем повышается с уменьшением размера капель. Однако капли размером < 60 мкм в полевых условиях неуправляемы, а проблема их принудительного осаждения на обрабатываемые растения до настоящего времени не решена. Поэтому при опрыскивании посевов оптимальный размер капель определяется условиями их максимальной эффективности при минимальном сносе ветром (скоростью до 3–4 м/с), оптимальной температуре воздуха (18–24°С), что укладывается в пределы 100–250 мкм. 2.При равных дозах пестицида эффективность опрыскивания вегетирующих растений системными фунгицидами или гербицидами зависит от плотности отложения капель (густоты покрытия каплями обрабатываемой горизонтальной поверхности, шт/см2) и не зависит от нормы расхода жидкости. Оптимальные параметры при опрыскивании гербицидами составляют opt = 150–250 мкм и N ≥ 30 шт/см2, а фунгицидами – opt = 100–150 мкм и N ≥ 50 шт/см2, что соответствует норме расхода рабочей жидкости 5–10 л/га. 3.При внесении почвенных гербицидов (в отсутствии растений), с целью создания так называемого «защитного экрана», размер капель не имеет решающего значения и требуемый уровень дискретности лимитируется лишь условиями минимального сноса частиц ветром. Оптимальный размер капель при этом составляет 250–300 мкм, плотность покрытия N ≥ 20 шт/см2, что также соответствует норме расхода жидкости 5–10 л/га. 69 Научно-практические аспекты технол. применения соврем. гербицидов в растениеводстве 4.При борьбе с вредителями оптимальный размер капель рабочего раствора инсектицида не является постоянной величиной и зависит от характера биологической активности препарата, размера насекомого, способа его питания и морфологии, места обитания, типа растительного покрова, фазы развития защищаемой культуры. Оптимальная величина капель колеблется при этом от 10–20 мкм (для мелких насекомых, обитающих в густой растительности с устойчивым состоянием приземного слоя атмосферы) до 50–80 мкм для крупных летающих насекомых в открытой местности в условиях неустойчивой атмосферы. Нашими многолетними исследованиями, проведенными в различных регионах России, установлено, что при равных дозах препарата опрыскивание гербицидами с нормой расхода рабочей жидкости 5 л/га, густоте покрытия однородными каплями (d = 150 ± 20 мкм), N = 20–30 шт/см2 по биологической и хозяйственной эффективности не только не уступало традиционному опрыскиванию с нормой расхода рабочей жидкости 200–300 л/га и среднем размере капель dm = 300 мкм, но в ряде случае и превосходило его [51–61]. Установленная на практике возможность существенного уменьшения нормы расхода рабочей жидкости при внесении гербицидов (до 5–10 л/га) позволяет использовать вращающиеся распылители при монодисперсных режимах распыления и на производственных штанговых опрыскивателях. При этом рабочая жидкость диспергируется на однородные капли заданного среднего размера, а фракция мелких (d < 60 мкм) капель, наиболее подверженных сносу, полностью отделяется. При этом все параметры процесса распыления рабочего раствора поддаются расчету по разработанному нами методу [1, 45, 50]. В качестве примера, наиболее изученного нами в многолетних мелкоделяночных и производственных опытах, рассмотрим преимущества монодисперсного послевсходового опрыскивания посевов гербицидами в сравнении с традиционным полидисперсным. В этом случае реализуется решение одной из главных проблем экологической безопасности химического метода защиты растений – устранение сноса препарата за пределы обрабатываемого участка и улучшение санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала из-за снижения доз препаратов до минимально рекомендуемых. Это возможно вследствие того, что: • официально рекомендуемые для применения дозы гербицидов завышены из-за несовершенства используемой технологии; • доля гербицида, содержащегося в мелких каплях, используется по прямому назначению, т.к. практически не сносится за пределы обрабатываемого участка; • препарат наиболее полно осаждается на сорняки, поскольку «захваченные» растениями капли оптимального размера практически полностью удерживаются их хорошо смачиваемыми листьями и стеблями. 70
