Оценка качественных показателей опрыскивания посевов хлопчатника в полосовой системе земледелия Волгоградского региона

Введение. В последние 5 лет отмечается устойчивый рост потребления пестици- дов в области сельскохозяйственного производства. Пропашные культуры входят в число лидеров по объемам внесения, уступая только зерновым культурам [1, 2]. Данная тенденция прослеживается во всем мире [3, 4]. На основании сведений Минсельхоза России, общий объем потребления средств защиты и питания растений в России в 2021 году составил 210 тыс. тонн, что в пересчете на однократное внесение составляет более 100 млрд посевной площади сельскохозяйственных культур. В общем объеме потребления на сегодняшний день только 2% занимают биопестициды. На химические средства защиты и питания приходится около 98% всего потребляемого объема пестицидов. Из них более 60% приходится на гербициды, около 30% приходится на фунгициды и инсектициды [3, 5].

Одновременно с вышеобозначенными проблемами, исследование последействий внесения пестицидов на природные экосистемы и здоровье человека и оценка побочного действия пестицида вне объекта обработки является важной технологической и технической задачей [3, 6]. Включение пестицидов в биологический обмен между экосистемами, в процессе которого происходит поступление химикатов в организм животных и человека, представляет глобальную угрозу биосистемам [7, 8].

Устойчивый рост потребления химических средств защиты выдвигает на первый план разработку и внедрение технологий в области внесения химикатов, направленных на снижение погектарной нормы внесения без снижения объема внесения на целевой объект. В области потребления биопестицидов возможность повышения качества обработки посевов также важна [9, 10, 11].

Выполнение контроля качественных показателей опрыскивания представляет собой одну из наиболее сложных операций в цепочке мероприятий по внесению пестицидов. Качественные показатели опрыскивания оцениваются по степени покрытия объекта обработки рабочим раствором, густоте покрытия и размеру капли [9]. Существенное влияние на качество опрыскивания оказывают метеоусловия, форма при- меняемого пестицида, природа вредителя, конструктивно-технологические параметры опрыскивателя [4, 9, 11].

Материалы и методы исследования. Полевые опыты по изучению полосового опрыскивания проводились в НОДП «Инновационная деревня» в июле 2022 г. Оценка качественных показателей на посевах хлопчатника с междурядьем М = 0,9 м проводилась на технологической операции по внесению средств защиты растений от болезней и вредителей в фазе развития 6–8 листьев. Для проведения полевых опытов на первом этапе штанговый опрыскиватель настроили на выполнение сплошного опрыскивания с вертикальным распылом рабочего раствора (рисунок 1 а ). Сплошное опрыскивание проводилось с установкой распылителей через 0,5 м, что предусмотрено заводским исполнением большинства серийных штанговых опрыскивателей.

Для выполнения полосового опрыскивания распылители были установлены на ширине 1/2 М , то есть через 0,45 м. Для этого серийный штанговый опрыскиватель был переоборудован, места крепления отсечных устройств были установлены по центру межполосного пространства (рисунок 1 б ) [10]. А на места установки корпусов распылителей по центру межполосного пространства были установлены специальные корпуса-делители потоков. При этом высота опрыскивания Н устанавливалась с учетом высоты культурного растения Н р , величины вертикальных и угловых перемещений штанги во время движения Н к и высоты точки слияния потоков относительно верхней части объекта обработки Н с . В данных опытах распыление проводилось щелевой форсункой с углом распыления 80°.

Ширина обработанной полосы В при сплошном способе опрыскивания зависит от высоты установки штанги Н и угла распыления форсунки α и для статического положения штанги опрыскивателя определяется по формуле (1)

В_с = 2Н^р (1)

Ширина обработанной полосы при полосовом опрыскивании для исследуемой фазы развития хлопчатника определяется по формуле (2)

В^М^Н^ ⁹⁰^ . (2)

Как следует из формул (1) и (2), ширина обработанной полосы зависит от высоты опрыскивания Н и угла распыления форсунки.

Для определения ширины обработанной полосы при полосовом опрыскивании в расчетах принимает участие ширина междурядья М . Для хлопчатника M = 0,9 м.

Высота опрыскивания Н зависит от высоты культурного растения, высоты точки слияния потоков Н с и величины перемещений штанги Н к во время движения. Для статического положения штанги серийного опрыскивателя в соответствии с его эксплуатационными характеристиками Н к составляет 0,3 м.

а – вертикальное опрыскивание a – vertical spraying

Таким образом, высота опрыскивания определяется по формуле (3):

Н = Нр + Нс + 1 Нк.        (3)

Теоретическое обоснование параметров настройки высоты опрыскивателя позволяет утверждать, что высота опрыскивания при применении полосового способа опрыскивания с установкой корпусов-делителей потока с боковым распылом будет меньше высоты опрыскивания вертикальным способом. Это иллюстрируется расчетом высоты точки слияния потоков рабочей жидкости Н с от рядом расположенных форсунок по формуле (4) для вертикального способа распыла и по формуле (5) для бокового способа распыла в рамках полосового опрыскивания:

Нсс = | м^(9О- ⁰ );     (4)

ТТ      1.,     /90-«Х

Нсб =-М•ty(—).      (5)

б – полосовое опрыскивание b – strip spraying

Рисунок 1 – Технологические параметры опрыскивания на посадках хлопчатника

Figure 1 – Technological parameters of spraying on cotton crops

При исследованиях качественных показателей технологического процесса опрыскивания применяли индикаторный метод [8, 9, 11].

Результаты исследования распределения капель рабочего раствора по поверхности и оборотной стороне листьев, по ярусам и на стебле культурного растения сравнивались с традиционной технологией сплошного опрыскивания и новой технологией полосового опрыскивания.

Оценка эффективности проводилась по коэффициенту покрытия рабочим раствором, проникновению опрыскивания и сносу пестицидов по ГОСТ 5681–2012, а также изучалось распределение осевших капель.

Для обработки и анализа тестовых полосок применялась новая методика анализа тонового изображения капель рабочего раствора в цветовом пространстве файла [9].

При рассмотрении качественных характеристик процесса распыления методика исследования основывается на требованиях ГОСТ 34630–2019 Машины для защиты растений. Опрыскиватели. Методы испытаний. Нормативные значения показателей оценивались по стандарту СТО АИСТ 1.12–2006.

Обработка тестовых полосок проводилась на основе анализа тонового изображения капель рабочего раствора в цветовом пространстве файла. Данный подход позволяет повысить не только производительность труда, но и значительно снизить влияние человеческого фактора на точность оценки покрытия рабочим раствором [9].

Результаты исследований и их обсуждение. Комплексная оценка системы технологических операций по уходу за посевами хлопчатника показывает, что лишь 20% всех проводимых операций действительно нужно проводить сплошным опрыскиванием с применением вертикального способа распыла. Из 11 проводимых операций 9 целесо- образно проводить по полосовому технологическому процессу (таблица 1).

Так, например, внесение почвенного гербицида до посева и защита от вредителей (хлопковой совки, карадрины, паутинного клеща, тлей и трипсов) по всходам проводится сплошным способом (операции 1, 2 в таблице 1).

Начиная с фазы развития 4 настоящих листа (высота растения 0,12–0,15 м) и до массового плодоношения мероприятия по защите и питанию культурного растения (операции 3–9 в таблице 1) следует проводить по полосовому технологическому процессу. Десикация и дефолиация перед уборкой также проводятся с применением полосового опрыскивания (операции 10, 11 в таблице 1).

Проведенные расчеты по формулам (1–5) для высоты хлопчатника Нр = 0,18 м, угла распыления форсунки 80° и 65°, междурядья 0,9 м и величины перемещений штанги во время движения 0,3 м позволили получить и сравнить технологические параметры опрыскивания для вертикального и полосового способа распыла рабочей жидкости (таблица 2).

Полученные данные показывают, что применение форсунки 65° для исследуемой фазы развития хлопчатника позволяет обрабатывать полосу с меньшим побочным действием пестицида, что выражается в получении более узкой обработанной полосы по ширине.

Для оценки качественных показателей опрыскивания индикаторные полоски были отсканированы и обработаны в программе Image Color Summarizer. Сканированные изображения тестовых полосок представлены на рисунке 2. Применение полосового опрыскивания способствует увеличению густоты покрытия индикаторной полоски и более равномерному распределению капель.

Таблица 1 – Комплексная система защиты и питания посевов хлопчатника

Table 1 – Integrated system of cotton crop protection and nutrition

Дни Days

1–5

10–20

27–50

65–90

95–160

100–180

110–180

Высота, м Height, m

0

0,04– 0,05

0,10– 0,12

0,12– 0,15

0,16– 0,17

0,29– 0,32

0,38– 1,10

1,10–1,20

1,10– 1,20

Назначение Stage

До посева Before sowing

Посев owing

Всходы Seedlings

2 настоящих листа 2 fullsize leaves

4 настоящих листа 4 fullsize leaves

6 настоящих листьев 6 fullsize leaves

Буто-низа-ция Budding

Цвете-ние Flow ering

Раскрытие первой коробочки Opening of the first cotton boll

Массовое плодо-ношение Mass fruiting

1. Внесение почвенного гербицида Application of soil herbicide

1

2. Защита от вредителей Pest protection

2

4

5

7

9

3. Листовая подкормка Foliar application

3

6

8

4. Десикация Desiccation

10

5. Дефолиация Defoliation

11

№ операции Step №

1

2

3

4

5,6

7,8

9

10,11

сплошная обработка continuous treatment полосовая обработка strip treatment

Таблица 2 – Технологические параметры опрыскивания посевов хлопчатника в зависимости от способа распыла рабочей жидкости

Table 2 – Technological parameters of spraying cotton crops depending on spraying method of working liquid

Параметры опрыскивания Spray parameters	Условное обозначение, единицы измерения Symbol, units of measure	Spraying method Способ опрыскивания
		Сплошной Continuous		Полосовой Strip
Угол распыления форсунки Injector spray angle	α,°	80	65	80	65
Высота опрыскивания Spraying height	Н	0,55	0,72	0,37	0,43
Высота растения Plant height	Н р , м	0,18	0,18	0,18	0,18
Высота точки слияния потоков Merge point height	Н с , м	0,22	0,39	0,04	0,10
Высота перемещений штанги Height of bar moving	Н к , м	±0,15	±0,15	±0,15	±0,15
Ширина обработанной полосы (статическое положение штанги) Strip width (static position of the bar)	В, м	1,31	0,92	0,84	0,71

Рисунок 2 – Сканированное изображение тестовых полосок водочувствительной бумаги в зависимости от способа опрыскивания

Figure 2 – Scanned image of water-sensitive paper test strips depending on the spraying method

На рисунке 3 представлена схема расположения водочувствительных полосок по ширине обрабатываемой полосы. Индикаторные полоски располагали на почве по ширине обрабатываемой полосы для улав-

ливания капель рабочего раствора, попавшего по ширине рабочей полосы В р , представляющей собой проекцию абриса хлопчатника на почву, и в межполосное пространство.

Рисунок 3 – Схема расположения индикаторных полосок

Figure 3 – Layout of indicator strips

После визуального осмотра карточек подсчитывалась степень покрытия каплями рабочего раствора. Результаты занесены в таблицу (таблица 3).

На сновании проведенных расчетов можно утверждать, что применение бокового способа распыла способствует лучшему проникновению рабочего раствора к оборотной части листьев. По сравнению с вертикальным способом распыла, боковой способ позволяет сосредоточить объем рабочего раствора в большем количестве в полосе произрастания хлопчатника, чем за ее пределами, повысив качество проникновения опрыскивания (ГОСТ 5681–2012 «Оборудование для защиты растений. Термины и определения», п. 8.3.2).

Если принять общий объем распределенного рабочего раствора на культурном

растении и по ширине обработанной полосы за 100%, то распределение препарата по поверхностям культурного растения и в межполосном пространстве в зависимости от способа опрыскивания имеет существенные отличия (рисунок 4).

Боковой способ распыла позволяет сосредоточить 80,46% рабочего раствора в полосе произрастания хлопчатника, а при вертикальном способе распыла – только 74,42%. Покрытие рабочим раствором на объекте обработки повышается на 6%. В межполосное пространство при вертикальном способе распыла попадает 25,58% бакового раствора, а при боковом способе распыла – 19,54%. Применение бокового способа распыла при полосовом опрыскивании позволяет сократить побочное действие пестицидов на 6%.

Таблица 3 – Степень покрытия рабочим раствором, %

Table 3 – Degree of coverage with working solution, %

Способ опрыскивания Spraying method	№ полоски № paper test strip	Расположение Layout	Степень покрытия, % Degree of coverage, %
1	2	3	4
Полосовой с боковым распылом Strip with side spraying		Верхний слой листьев Top leaves	60,86
		Оборотная сторона верхнего листа The other side of upper leaves	23,41
	1	в полосе произрастания № 1 in growth stripe № 1	57,16
	2	в полосе произрастания № 2 in growth stripe № 2	53,75
	3	в полосе произрастания № 3 in growth stripe № 3	40,82
	4	в полосе произрастания № 4 in growth stripe № 4	38,87
	5	Межполосное пространство № 5 Inter-stripe space № 5	35,73
	6	Межполосное пространство № 6 Inter-stripe space № 6	31,02
Сплошной с вертикальным распылом Continuous with vertical spraying		Верхний слой листьев Top leaves	53,76
		Оборотная сторона верхнего листа The other side of upper leaves	0,49
	1	в полосе произрастания № 1 in growth stripe № 1	34,80
	2	в полосе произрастания № 2 in growth stripe № 2	42,56
	3	в полосе произрастания № 3 in growth stripe № 3	34,00
	4	в полосе произрастания № 4 in growth stripe № 4	39,34
	5	Межполосное пространство № 5 Inter-stripe space № 5	44,28
	6	Межполосное пространство № 6 Inter-stripe space № 6	26,18

Верхний слой Top leaves

Оборот верхнего листа The other side of an upper leaf в полосе произрастания № 1 in growth stripe № 1 в полосе произрастания № 2 in growth stripe № 2 в полосе произрастания № 3 in growth stripe № 3 в полосе произрастания № 4 in growth stripe № 4 межполосное № 5 inter-stripe space № 5 межполосное № 6 inter-stripe space № 6

■ Вертикальный распыл Vertical spraying

II Боковой распыл Side spraying

Рисунок 4 – Распределение препарата на объекте обработки в зависимости от способа опрыскивания (хлопчатник, фаза развития 6–8 листьев), %

Figure 4 – Distribution of the preparation on the impacted object depending on the method of spraying (cotton, development phase of 6–8 leaves), %

Сравнив полученные данные в области геометрических параметров обработанной полосы и фазы развития культурного растения, можно утверждать, что сокращение побочного действия пестицида при применении бокового способа распыла не вызывает сомнений. При этом степень данного снижения напрямую зависит от высоты опрыскивания и ширины, обработанной рабочим раствором, которые зависят как от архитектурных особенностей конкретной культуры, так и фазы его развития. На более поздних фазах развития хлопчатника сокращение побочного действия пестицида в межполосном пространстве будет давать еще больший эффект.

Выводы. Применение полосового опрыскивания с боковым способом распыла позволяет снизить высоту штанги над обрабатываемым объектом и сократить ширину обрабатываемой полосы. Величина данного изменения зависит от геометрических параметров выращиваемой культуры и ширины междурядья, а также угла распыления форсунки.

Для повышения экологической безопасности при внесении химикатов на ранних фазах развития хлопчатника рекомендуется применять угол распыления форсунки 65°. Для высоты растения 0,18 м применение полосового способа распыла с форсункой 80° позволяет сократить побочное действие пестицида на 65%, а установка форсунок с углом распыления 65° – дополнительно на 15%.

Применение вертикального способа опрыскивания обладает низкими показателями в части проникновения опрыскивания, что является следствием «зонтичного эффекта» при применении вертикального способа распыла. Применение бокового способа распыла позволило улучшить качество проникновения, что подтверждается данными экспериментальных исследований по распределению капель рабочего раствора на оборотной стороне листа.

Применение индикаторного метода при определении покрытия рабочим раствором посевов хлопчатника по ярусам и на почве показал преимущества способа полосовой обработки с боковым распылом по сравнению со сплошным опрыскиванием с вертикальным распылом. Однако полученные результаты по распределению рабочего раствора в межполосном пространстве на посевах хлопчатника требуют проведения дополнительных исследований с целью разработки технологических и технических решений по дополнительному сокращению побочного действия пестицида для повышения экологичности технологии полосового опрыскивания для широкорядных культур с возможностью установки перемещаемых мест крепления держателей форсунок (Патент РФ 2769737). Работа в этом направлении уже начата коллективом авторов данной статьи.