Интенсивное земледелие предполагает применение интегрированной защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. «Медицина в сельском хозяйстве» — так называют специалисты технологии внесения пестицидов, среди которых основным способом является опрыскивание.
Пестициды известны человечеству с незапамятных времен. С начала сельскохозяйственной истории вредоносные насекомые и бурьяны шли бок о бок с попытками человека вырастить культуру и получить хороший урожай. Это обусловило необходимость поиска путей для их сдерживания и контроля.
Первые упоминания о сульфуре (сере) для борьбы с фитофагами мы находим в письменных источниках процветающей тогда шумерской цивилизации с середины II тысячелетия до н.э. В XII веке до н.э. отвары трав и фитоэкстракты применялись с инсектицидной и фунгицидной целью в Древнем Китае. Во II в. до н.э. в Древнем Риме оратор Маркус Порциус всенародно заявлял о необходимости опрыскивания посевов маслом с защитной целью. К тому моменту древними римлянами уже был накоплен немалый опыт в этом направлении. Например, сера в горящем виде применялась для подавления нашествий насекомых, а соль — для уничтожения сорной растительности.
В начале V ст. н.э. в Китае при посадке риса практиковали обработку его корневой системы белым мышьяком для борьбы с вредителями. В XVII в. для уничтожения муравьев соединяли мед и мышьяк.
Уже к концу XIX ст. растениеводы успешно применяли «парижскую зелень», серу, арсенат кальция и другие средства инсектицидного действия, а также бордосскую жидкость против заболеваний винограда. Эффект хоть и был от них, но небольшой, что сдерживалось элементарными возможностями химической отрасли производства, а также несовершенством методов их применения.
Развитие механизированных методов защиты растений относят к началу ХХ века, когда в практике земледелия начали применять ядохимикаты, прежде всего, для борьбы с вредителями и некоторыми болезнями. Одной из первых публикаций является «Краткое наставление к употреблению парижской зелени, бордосской жидкости и некоторых других составов для защиты растений», изданное в 1909 г. [1]. Для нанесения данных химических составов на растения тогда применялись ранцевые опрыскиватели «Верморель», «Фигаро», «Платца», «Австрия», системы «Гильен» братьев Жульян, «Помона», «Фрюиталь», «Адмирал», «Монарх», производимые в Германии, Австрии и США. Опрыскиватели снабжались регулируемыми наконечниками для распыления струи жидкости.
Из всех стран Европы наибольшие объемы применения средств защиты в этот период 1930-1940-е гг. наблюдались в Германии, откуда некоторые устройства доходили до нашей страны. В то время применялись ручные и моторные машины и аппараты различных марок [2]. Ручные опрыскиватели (35 типов) можно разделить на:
Моторные опрыскиватели (около 26 типов) были стационарные и передвижные: ручные, конные и самоходные. Конные и конно-моторные батарейные опрыскиватели выпускались с резервуаром емкостью 100 и 150 л. Опрыскивание осуществлялось под давлением (10 кг/см²) сжатого воздуха. Опрыскиватели не имели рамы, ее роль выполнял резервуар, установленный на двух колесах. К резервуару прикреплялись оглобли для упряжи лошади. Насосная установка на опрыскивателе отсутствовала.
Принцип работы и зарядки жидкостью и сжатым воздухом был тот же, что и в ранцевых батарейных опрыскивателях (накачивается сжатый воздух под давлением 10 кг/см² в 1/3 объема).
В 1930-1931 гг. выпускались конные опрыскиватели с разбрызгиванием рабочего раствора вращающимися тарелками на расстояние 1,5-2,0 м. Тарелки приводились во вращение со скоростью 2000 об./мин от оси ходовых колес или мотора. Емкость резервуара — 300-400 л. Расход жидкости составлял 200-900 л/га.
Курт Шутц разработал способ опрыскивания пенистым туманом при низком давлении. Жидкость с 2% вспенивающего вещества «Шаумиттель 24064/6319» под давлением 0,5 кг/см² подавалась в пенообразователь, в который под тем же давлением поступало небольшое количество воздуха. Пенообразователь представлял собой трубку, в которой перпендикулярно направлению движения жидкости располагались диски с отверстиями. Жидкость и воздух, проходя через диски, смешивались и образовывали пену. В пенистом состоянии раствор подавался к соплам распределяющей трубы, при выходе из которых струей воздуха пузырьки пены разбивались на мельчайшие капли диаметром 0,04 мм, образующие туман. Растение, находящееся под соплом, равномерно покрывалось со всех сторон.
В начале 1950-х годов была поставлена задача борьбы с вредителями и болезнями растений следующими способами: опрыскивание, опыливание, фумигация, протравливание. Почти 70% всех обработок проводилось опрыскиванием с высокими дозами расхода рабочей жидкости 400-4000 л/га (степень покрытия — 120-150 капель на 1 см²) [4]. Специальные машины для борьбы с сорной растительностью еще не применялись [3].
В 60-е годы способы защиты растений расшились механическими, биологическими и термическими методами. Получили распространение комбинированные опрыскиватели-опыливатели [6]. Применялись следующие типы опрыскивателей: ранцевые, бочечные, конные с приводом от ходового колеса, конно-моторные, тракторные прицепные и навесные опрыскиватели и опрыскиватели-опыливатели, автомобильные опрыскиватели, авиаопрыскиватели. Стали использоваться более экономные наконечники с диаметром выходного отверстия 1,25 мм (у обыкновенного — 1,5 мм) с расходом жидкости 0,5 л/мин [7].
Одна из наиболее распространенных машин того времени — прицепной вентиляторный опрыскиватель ОПВ, который агрегатировался с тракторами КД-35, МТЗ-2. Захват со штангой составлял 13 м, емкость резервуара — 1200 л, масса — 850 кг.
К концу 1960-х годов начинают шире применяться вихревые насосы и совершенствуются разбрызгивающие наконечники [9]. Наконечники дробили подаваемую жидкость на мелкие капли и направляли их на объекты обработки. Применялись колпачки или сменные пластинки с отверстиями диаметром 0,75; 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5 мм.
Модернизируется оборудование для направленного опрыскивания пропашных культур. Штанга для опрыскивания картофеля имела наконечники для подачи жидкости сверху и с двух сторон рядка. Полозок защищал распыливающие наконечники. Подобная штанга обеспечивала объемное опрыскивание растений с повышенной эффективностью.
В 70-е годы химический метод уже считался основным в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. Применялись машины разных групп: протравливатели, опрыскиватели, аэрозольные генераторы, опыливатели, смесители и разбрасыватели приманок, фумигаторы, механические средства. Нормы расхода рабочей жидкости к середине 1970-х годов сократились с 400-4000 до 25-2000 л/га. На штангах опрыскивателей использовали наконечники: полевые, садовые, центробежные, пульверизаторные. Продолжалось применение опыливания, хотя и отмечалось, что при этом расход пестицидов возрастает в 4-6 раз. Смачивание порошка экономило 40-50% препарата.
Распространенная техника того времени — гербицидно-аммиачная машина ГАН, которая навешивалась на тракторы МТЗ, Т-40, Т-74. Емкость двух резервуаров составляла 560 л, производительность — 6,5 га/ч, масса — 460-580 кг. На смену этой машине пришел универсальный подкормщик-опрыскиватель ПОУ с шириной захвата со штангой до 15 м и производительностью до 8,7 га/ч.
В этот период начинают использоваться авиационные опрыскиватели и опыливатели:
В 1975-1977 гг. применялись уже 10 моделей полевых опрыскивателей, 3 типа протравливателей семян и комплект оборудования для термического обеззараживания семян.
Система защиты растений того времени включала комплекс методов — агротехнических, биологических, физических и химических. Среди способов химической защиты растений в этот период используют: протравливание семян, опрыскивание и опыливание пестицидами растений и почвы, нанесение аэрозолей на растения и обработку теплиц, фумигацию растений, семян и почвы, разбрасывание отравленных приманок и др. Формулируются агротехнические требования к качеству выполнения основных операций [11].
В качестве распыливающих наконечников применялись: полевые, дефлекторные, центробежно-вихревые, центробежно-дисковые, комбинированные, щелевые и распыливающие головки. В зависимости от размера образуемых капель различают распыл:
В качестве распределительных систем использовались вентиляторные устройства, штанги, комбинированные системы со штангой и вентилятором, брандспойты.
Ручная и моторная аппаратура включала ранцевые опрыскиватели и опыливатели:
Ленточное опрыскивание применялось на пропашных культурах. Для осуществления метода был предусмотрен подкормщик-опрыскиватель ПОМ-630 с двумя модификациями (свекловичной и овощной). Приспособление для внесения гербицидов при посеве ПГС-2,4Б навешивалось на посевные агрегаты с сеялками СТХ-4 и СЧХ-4А. Два бака по 200 л каждый монтировались на кронштейнах с двух сторон кабины трактора. Роторный насос подавал жидкость к распылителям, установленным над обрабатываемыми рядками.
Для дискретного опрыскивания садов было разработано специальное устройство ПОД-2, которое монтировалось на вентиляторном опрыскивателе любой модели.
Для экономичного ультра малообъемного опрыскивания с расходом воды до 5 л/га рекомендовались монтируемые опрыскиватели ОМ-320 (дистанционного типа) — для полевых культур и многолетних насаждений и ОМ-320-2 — штангового типа для полевых культур.
К прогрессивным технологиям защиты растений относилось применение пестицидов в гранулированной и микрогранулированной формах (комплекс машин РТК29-03). В сравнении с опрыскиванием эта форма препаратов практически не допускала их непроизводительных потерь.
Вносились гранулированные препараты ленточным способом специальными приспособлениями, монтируемыми на сеялках и пропашных культиваторах. Сплошное внесение гранулированных и микрогранулированных пестицидов планировалось проводить приспособлениями к паровым культиваторам и дисковым боронам.
Для подготовки рабочих жидкостей и заправки опрыскивателей применялись специальные заправщики, передвижные механизированные агрегаты и стационарные пункты: агрегат АПР «Темп», стационарный пункт СЗС-10, заправщик ЗЖВ-1,8, заправщик жидких удобрений ЗУ-3,6 и другие.
Проведенное рассмотрение основных этапов развития методов опрыскивания показательно как совершенствование оригинальной технологии, и некоторые ее элементы и разработки в настоящее время осуществляются на новом уровне.
Распыление (точнее каплеобразование) — это процесс разрыва потока жидкости в капли и покрытия ими поверхностью стеблей и листьев растений. Капли оседают на растениях и после испарения воды оставляют слой химического вещества. Лучшие результаты распыления получаются, если капли имеют одинаковый диаметр, однако используемые в настоящее время распылительные форсунки не гарантируют этого. Фактически, капли получают с разными диаметрами, содержащимися в определенном диапазоне.
Процесс дробления жидкости в распылителе происходит в результате преобразования потенциальной энергии давления жидкости в потенциальную энергию поверхностного натяжения капель и их кинетической энергии. Эти спреи характеризуются образованием капель с относительно высоким значением диаметра капель, но в то же время они производят много мелких капель. Большие капли имеют довольно значительный диапазон, а маленькие теряют скорость сразу после выхода из распылителя. Их диапазон и улавливание растениями малы.
Поэтому, если условия распыления показывают, что они должны быть сделаны с небольшими каплями, в распылителе должна использоваться вспомогательная воздушная струя (PSP). Опрыскиватели PSP в дополнение к распылительным соплам имеют вентилятор, который подает поток воздуха, который также используется для дальнейшего дробления капель, особенно больших. Скорость воздушного потока в используемых в настоящее время распылителях составляет 30-80 м/с.
При опрыскивании используют в основном самоходные и прицепные агрегаты, имеющие большую емкость баков. На полях и в садах небольших размеров применяют более маневренные навесные опрыскиватели.
Опрыскиватели различных конструкций обычно состоят из резервуара с гидравлической или механической мешалкой, насоса, регулятора давления (РД), распределителя, фильтров, штанги, всасывающей и напорной коммуникаций.
При работе опрыскивателя насос всасывает жидкость из резервуара и нагнетает ее к регулятору давления. От него через открытые клапаны и фильтры жидкость подается в коллекторы штанги и через распылители — на обрабатываемые растения. Избыток жидкости через регулятор давления и гидромешалку поступает обратно в резервуар.
Положение штанги изменяется по высоте в зависимости от состояния растений. Количество вносимой рабочей жидкости зависит от установленного давления, типа и размера распылителей, скорости движения агрегата. Штанга располагается параллельно поверхности почвы и имеет защитные устройства, предохраняющие концы штанги от задевания за почву во избежание поломок. Заправка концентрированного препарата в бак при приготовлении рабочего раствора осуществляется загрузочным устройством или от специального агрегата.
Опрыскиватель ОП-2500-18К (ООО «Ремком») является типичной современной машиной для обработки полевых культур пестицидами, а также для поверхностного опрыскивания жидкими комплексными и другими минеральными удобрениями. Опрыскиватель состоит из рамы, основного бака 1 для рабочей жидкости, дополнительного бака 2 для промывки системы нагнетания, бачка 3 для мытья рук, насоса 5, блока регулировки давления 7 и управления потоком 8 жидкости (блок управления), миксера 9, всасывающей коммуникации с фильтром 4, штанги 14, карданной передачи 6.
Насос мембранно-поршневого типа обеспечивает подачу жидкости под давлением к узлам распыла и гидромешалке. Крепление насоса к раме осуществляется болтовым соединением через кронштейн. Насос оборудован демпферной пневмокамерой для сглаживания пульсаций давления. Перед эксплуатацией насоса в демпферную камеру необходимо закачать воздух под давлением, указанным в паспорте на насос.
Компьютерные системы для автоматизации работы опрыскивателей обеспечивают автоматическое поддержание заданной нормы внесения рабочей жидкости пестицида при изменении скорости движения машинно-тракторного агрегата. На рынке Республики Беларусь представлены следующие торговые марки компьютерных устройств: ARAG (компьютеры Bravo-180, Bravo-300S, Bravo-400 с функциями GPS навигатора) и Teejet (компьютеры 844 серии). Обе торговые марки используются на опрыскивателях многими производителями в Беларуси, такими как ООО «Ремком», Могилевлифтмаш, Азат, Дятловская РАПТ, ОАО «Мекосан», ООО «СелАгро», Витебский мотороремонтный завод и др. Рассмотрим компьютерные устройства Teejet 844 Е и ARAG Bravo-180.
Все исполнительные механизмы имеют электрический привод и управляются компьютерным устройством, располагаемым в кабине трактора. Оператор имеет возможность управлять нормой внесения, а также получать информацию о следующих технологических параметрах:
При использовании ARAG Bravo-180 доступна также информация о времени, затраченном на опрыскивание данного поля и расстояние, пройденное опрыскивателем по полю. Данная информация хранится в памяти устройства и после его отключения.
В состав комплекта оборудования опрыскивателей входят: датчик скорости движения опрыскивателя индуктивного типа, расходомер жидкости 5, фильтр линии нагнетания 7, исполнительный механизм регулировки расхода жидкости 2 (обычно посредством регулировки давления жидкости в системе нагнетания), исполнительный механизм отключения штанги опрыскивателя 1 (главный клапан системы), предохранительный клапан 3, исполнительные механизмы контроля работы секций штанги опрыскивателя 8.
Главный клапан 1 предназначен для управления общим потоком жидкости, идущей от насоса через предохранительный клапан 3 (патрубок 4 — входной). В случае превышения предельного рабочего давления (свыше 1,2 мПа) по причине отключения всех секций штанги и закрытия сливной магистрали регулирующей секции, предохранительный клапан срабатывает, перепуская жидкость на слив в бак. Максимальное рабочее давление может быть изменено вращением регулировочного маховичка предохранительного клапана. Если подача жидкости на штангу опрыскивателя отключена, вся жидкость направляется на слив в основной бак. Если подача жидкости на штангу опрыскивателя включена, то весь поток направляется через фильтр 7, секцию 2 регулировки давления, фитинги 10 и 11, к расходомеру 5. Далее жидкость поступает в блок секционных клапанов 8 распределения жидкости.
Электромагнитный расходомер 5 предназначен для измерения объема жидкости, подаваемого в штангу за единицу времени. Секции 8 распределения жидкости имеют электрическое управление. Каждая секция подает жидкость к одной из секций штанги.
На опрыскивателях устанавливается индуктивный датчик, который предназначен для определения скорости движения машины посредством подсчета электрических импульсов в момент прохождения металлических деталей вращающегося колеса относительно чувствительного элемента датчика. Датчик должен быть смонтирован на кронштейне так, чтобы расстояние от торца датчика до металлических деталей, закрепленных на диске колеса, составляло 2…7 мм.
Миксер предназначен для смешивания пестицидов с водой и подачи их в основной бак опрыскивателя. Дополнительными функциями миксера являются промывка тары из-под пестицидов и размыв препаратов порошковых форм. При установке рукоятки крана 3 в режим «Опрыскивание или промывка системы» миксер не используется. Жидкость от насоса направляется к блоку регулировки давления.
Правила использования и настройки опрыскивателей уже изложены в наших публикациях на портале.
Химическая защита растений от вредителей, болезней и сорняков является постоянно развивающейся технологической операцией, оказывающей значительное влияние на степень сохранения урожая сельскохозяйственных культур. При этом совершенствуются виды применяемых пестицидов, их препаратные формы и способы внесения. Основным способом применения пестицидов является опрыскивание. Применяемые для этого машины модернизировались от простейших ранцевых и конных моделей до современных высокотехнологичных машин специального назначения. Их эффективное использование может быть обеспечено специалистами соответствующего уровня.
Продолжение следует...
Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2019 г., № 9).