БПЛА в качестве стимулятора вегитирующих растений лазерным излучением

На базе лазеров в мировой практике разработан ряд специализированных установок, для лазерной активации посевов сельскохозяйственных культур.

Так, например, в Австралии ещё в начале семидесятых годов использовался мобильный агрегат, перемещающийся по полям и облучающий десятки гектар в автономном режиме [6].

В Токийском сельскохозяйственном университете разработали самопередвигающийся робот с лазерной установкой. С его помощью проводят различные технологические операции, как в теплице, так и в поле [7].

В России лазерные устройства для сельского хозяйства начали применять на Кубани с 1976г. В Казахстане на базе УНПО «Биофизика» (Алма-Ата) разработана специализированная установка лазерной активации посевов сельскохозяйственных культур. Её основные элементы — гелий- неоновый лазер (ЛГ-75 или ЛГН-104) и сканирующее устройство, закреплённое на вертикальной подъёмной стойке. Вся конструкция, собранная на стальной раме, размещается в кузове транспортного средства, например, колёсного трактора. Перемещаясь вдоль поля со скоростью 10-15 км/час, лазерная установка облучает значительную поверхность, сканируя лучом перпендикулярно направлению движения трактора.

При помощи специальной рамки это же устройство навешивалось на транспортное средство, от бортовой сети которого осуществлялось его питание (аккумулятор 12 В ). Облучение посевов производилось при движении транспортного средства по периметру поля или технологической колее, диаметр действия лазерного луча охватывает 800 м [8].

Все эти устройства имели главный недостаток, из-за которого они не получили широкого распространения в сельскохозяйственном производстве. Установки недостаточно адаптированы к промышленному сельскохозяйственному производству, кроме того, оборудование установок громоздкое, травмирующее растения. Их также отличает высокая трудоемкость и энергозатратность при проведении технологического процесса.

Учитывая недостатки ранее применяемых лазерных установок, на ООО «Биомед» (г. Великий Новгород) разработано и защищено патентом Российской Федерации устройство (рис. 1) для лазерной обработки вегетирующих растений с применением БПЛА [9].

Рис. 1. БПЛА для обработки вегитирующих растений

В качестве БПЛА использовался квадрокоптер модели «DJI Phantom 4», время полета с одним аккумулятором 28 минут, взлетный вес 3400 грамм. На БПЛА к интегрированному подвесу крепится блок с двухкоординатным сканирующим лазерным устройством. В блоке лазера формируется сканирующая кадровая развертка лазерного излучения в виде прямоугольного светового пятна размером 50 X 1 метров. Лазерная обработка осуществляется с высоты полета 10-15 метров.

На (рис. 2) схематично показан способ обработки моркови с БПЛА на поле площадью в 1 гектар. При движении БПЛА со скоростью 0,25 м/c среднее время обработки поля длинною в 200 метров и шириной 50 метров составит 14 минут. Скорость перемещения светового пучка составляла 0,25 м/с при плотности мощности 0,5 Вт/м2.

Рис. 2. Лазерная обработка поля БПЛА

Материалы и методы

В качестве исходного материала для опытов была взята морковь сорта «Анастасия F1», как одна из основных овощных культур, районированных в Северо-Западном регионе. Обработка моркови производилась в вечернее время дважды в период вегетации в фазу роста розетки листьев и корней.

Результаты опыта показали, существенное превышение по урожайности в опытном варианте по отношению к контролю. Так, урожай корнеплодов в контрольном варианте составил 2,5 кг/м2, а в вариантах с лазерной обработкой урожай составил 3,30-5,35 кг/м2, что выше контроля на 32-114%.

Анализ элементов структуры урожайности корнеплодов моркови даёт основание судить о том, что урожай был сформирован за счёт более высокой густотой стояния растений перед уборкой 43,7 шт./м2, что выше контроля на 105%. А также некоторым повышением массы корнеплода относительно контроля на 4%, длины на 20% и массы листьев (ботвы) на 140%.

Результаты и обсуждение

Биологической особенностью моркови является то, что наиболее быстрый рост подземной части (корня) происходит в начальный период вегетации. Следовательно, лазерная обработка в период вегетации способствовала интенсификации процесса роста корня, так длина корня в среднем увеличилась на 20% и составила 18,2 см. Другой особенностью является то, что урожай моркови создаётся фактически в последний период вегетации, когда корнеплоды интенсивно растут за счёт оттока питательных веществ из листьев. В опытном варианте эта особенность выражена в более высокой массе листьев перед уборкой на 114% относительно контроля.

Лазерная обработка способствует стимулированию развития растений на начальных этапах вегетации и как следствие в более поздних этапах роста. Вместе с тем такой способ обработки дает значительное повышение сохранности корнеплодов без дополнительных капиталовложений в овощехранилище.