Технологические особенности полосовой химической обработки пропашных культур

Одной из первичных задач при производстве продукции растениеводства нужного объема и качества является ее соответствие требованиям экологической безопасности и экономической эффективности.

Производство растениеводческой продукции связано с неизбежным воздействием на почву. Традиционные технологии обработки почвы предусматривают использование целого комплекса почвообрабатывающей техники сплошного воздействия с ее многочисленными проходами по полю, в результате чего наблюдается снижение плодородия, переуплотнение почвенных слоев, и в итоге нерациональное применение ресурсов производства в целом [1,2]. Поэтому необходимо таким образом организовать данное производство, чтобы с минимальными возможными затратами производить продукцию, а применяемая технология производства оказывала наименее губительное воздействие на окружающую среду, и, по возможности, способствовала ее восстановлению.

Одной из таких технологий является ресурсосберегающая технология Strip-till (стриптилл), которую особенно стоит применять для пропашных культур [3,4]. К нам в Россию она пришла из стран Европы и США около 30 лет назад и проходила апробацию в различных регионах. Но только в последнее десятилетие к данной технологии и техническим средствам для ее выполнения возник научно-обоснованный интерес. Этому способствовали исследования результатов применения технологии стриптилл в Белгородской, Орловской, Самарской, Волгоградской областях, а также Республики Казахстан.

Данная технология предусматривает обработку почвы по полосам, в которых создаются благоприятные условия для роста и развития культурных растений. В межполосном пространстве такие условия не создаются, вследствие чего сорная растительность оказывается в худших условиях, отстает в развитии, а в дальнейшем угнетается культурными растениями [6].

Любая технология производства позволяет получить наилучшие результаты, если каждая из операций и применяемых технических средств направлены на достижение поставленной цели и разработаны с учетом особенностей данной технологии, при этом дополняют друг друга и не нарушают техпроцесс. В комплекс технологии стриптилл входит механическая обработка почвы и химическая защита и питание растений.

Проведя исследования и анализ известных технических средств для механической обработки почвы в рамках технологии стриптилл, существенной статьей в себестоимости продукции являются расходы на защиту и питание растений [5,6]. Данные мероприятия являются высокозатратными, с точки зрения денежных вложений на химические средства. Химическая обработка при технологии стриптилл занимает 20…30% в структуре затрат. Вместе с тем, проблема снижения химического воздействия на почву является актуальной и необходимой для создания благоприятного экологического климата на нашей планете [7]. Поэтому, при очевидных преимуществах технологии стриптилл, одним из путей ее совершенствования является снижение химической нагрузки на почву за счет перераспределения и точного, полосового внесения по объектам воздействия. В этой связи, важно обосновать технологический процесс химической обработки растений с учетом конкретной выращиваемой культуры и фазы ее развития.

Применяемые опрыскиватели в традиционной технологии выращивания культур, используют способ сплошного опрыскивания, который вследствие многократного воздействия на культурные растения, вызывает их стресс и ведет к чрезмерному загрязнению окружающей среды и неэффективному использованию препаратов. Кроме того, у серийных опрыскивателей применяется вертикальный способ распыла, при котором форсунки располагаются над полосами обработанных растений. Для уменьшения расстояния между верхушками растений и распылителями необходимо выбирать форсунки с большим углом распыла. Однако это приводит к увеличению ширины обработанной полосы. Так, для расстояния между форсункой и поверхностью почвы 800 мм, при выборе угла распыла форсунки 80˚, ширина обработанной полосы составила 1331 мм, а при колебании штанги на 300 мм, соответственно 829 мм (Рисунок 1 а). Для форсунок с углом распыла 65˚ ширина обработанной полосы соответственно составила 1018 и 634 мм. То есть колебания размеров обработанной полосы меняются в пределах 38%. И хотя угол распыла форсунки 80˚ дает лучшее покрытие растения в верхней его части, что дает возможность для уменьшения расстояния от форсунки до растения, такой способ распыления ведет к сплошному внесению химии, что неэффективно и противоречит принципу ресурсосберегающих технологий, который лежит в основе полосовой технологии, а именно – бережному отношению к природным ресурсам.

Поэтому одним из направлений совершенствования технологического процесса химической обработки растений является перераспределение рабочего раствора по полосам с учетом их назначения. Листовые подкормки целесообразно осуществлять только по культуре. Гербициды вносить только в междурядьях, где произрастает сорная растительность. При внесении химических растворов от болезней и вредителей важно воздействовать на очаги поражения, то есть выборочно обрабатывать исключительно нужную полосу.

В связи с этим была сформулирована техническая задача по разработке способа полосовой химической обработки растений, способствующего перераспределению рабочих растворов по полосам и снижению влияния вертикальных колебаний штанги на равномерность внесения раствора в пределах полосы. Вследствие чего ожидается снижение затрат на химическую обработку растений.

Применение данного технологического подхода позволяет точечно перераспределять раствор с действующим веществом, что в результате снижает гектарные нормы, при этом норма внесения по объектам остается прежней. Кроме этого, применение дифференцированного подхода к внесению химии позволит снизить стрессовые воздействия на культурные растения.

Для решения данной технической задачи нами предлагается усовершенствовать известный технологический процесс и конструкцию штангового опрыскивателя, приспособив его для обработки по полосам, где полосы произрастания культурных растений чередуются с междурядьями с сорной растительностью [4,5]. Для этого предлагается перераспределить рабочий раствор по полосам с одновременным охватом растения по всей поверхности в вертикальной плоскости, за счет применения боковых форсунок с ориентированными конусами распыла навстречу друг к другу (Рисунок 1 б). Боковые форсунки следует располагать над междурядьями. Во время распыления рабочего раствора между верхними краями конусов распыла образуется зона пересечения с углом распыла менее 180 градусов, а нижние края находятся в зоне абриса проекции ряда растений на почву.

Применение данного способа бокового распыла способствует преобразованию потоков распыла от каждой форсунки в новый более стабильный поток при их слиянии. Новый поток имеет более постоянные геометрические параметры, а также более выгодно

Рисунок 1. Изменение ширины обработанной полосы при вертикальном колебании штанги: а) для серийного опрыскивателя; б) для усовершенствованного опрыскивателя с углом конуса распыла 65⁰; в) для усовершенствованного опрыскивателя с углом конуса распыла 80⁰.                                                                ►

а)

Рисунок 2. Лабораторная установка по изучению процесса опрыскивания: а) общий вид установки; б) регулируемая форсунка щелевого типа.

б)

Рисунок 3. Влияние давления на производительность форсунок

Размер конуса распыла от высоты и величины давления в системе .

—•— 1 атм —•— 2 атм —•— 3 атм —♦— 4 атм

Рисунок 4. Влияние давления на геометрические параметры конуса распыла

отличается по параметру постоянства размеров обрабатываемой полосы в зависимости от колебаний штанги (в крайней точке от 384 мм до 2 мм) (Рисунок 1 а, б). То есть предлагаемый способ дает возможность достигать постоянства распределения (плотности) рабочего раствора над обраба- тываемой полосой в независимости от вертикальных колебаний штанги во время движения.

Экономический эффект достигается путем концентрации рабочего раствора на объекте воздействия посредством перераспределения рабочих растворов по полосам, а также снижением влия- ния вертикальных колебаний штанги на плотность распределения рабочего раствора по ширине обрабатываемой полосы.

Используя способ полосовой химической обработки растений, можно снизить гектарный расход химических средств ухода за растениями до 40% и расстояние между штангой опрыскивателя и макушками растений до двух раз, не снижая нормы и качества обработки объектов воздействия.

Для проверки научной гипотезы нами разработана, изготовлена и смонтирована лабораторная установка по изучению параметров факела распыла (Рисунок 2). Основными конструктивными элементами установки является:

сварная рама (2000 × 1300 × 1000 мм);

насосная станция для нагнетания давления в системе (рабочее давление до 10 атм., напряжение 220 В, частота питающей сети 50Гц, потребляемая мощность до 2 кВт);

• задняя панель крепления устройства штанги опрыскивателя DroplegUL в виде понижающей трубки с отсеченным устройством;

емкость для забора раствора (15 л.);

трубопровод сечением 20 мм;

регулировочный кран шарового типа;

жидкостный манометр; регулировочный вентиль;

• поддон для сбора рабочей жидкости;

решетка для размещения бумаги.

Задняя панель имеет отверстия с шагом в 500 мм, с возможностью изменения крепления штанги опрыскивателя по высоте роста культурных растений. Штанга опрыскивателя крепится на задней панели при помощи Г-образных ребер жесткости на глубине 500 мм для возможности изучения факела распыла в вертикальной и боковой плоскости, на которых закреплен уголок длиной 1300 мм с отверстиями, позволяющими изменять расстояние междурядий в пределах 700-900 мм. Установка дополнительно комплектуется боковыми прозрачными шторками для защиты от рассеивания раствора при распыле жидкости, а также световыми лампами для направления потока света под разными углами. Лабораторная установка имеет возможность комплектоваться при необходимости трубками внутри для наглядности слияния потоков жидкости. Стенд является автономным устройством и не требует подключения к системам водоснабжения и канали-

Рисунок 5. Исследование технологического процесса слияния потоков от форсунок с боковыми конусами распыла

зации. При проведении лабораторных испытаний на данном этапе исследований применяли форсунки щелевого типа с углом распыла 80˚.

Во время проведения лабораторных испытаний предварительно были проверены исследуемые форсунки. Произ-воительность форсунок с учетом давления за одинаковый промежуток времени 1 мин (Рисунок 3).

Анализируя полученные значения для каждой форсунки различной производительности, в процентном соотношении можно сделать вывод, что с увеличением давления на 1 атмосферу производительность увеличивается на 24 %. Данное соотношение справедливо и между форсунками различной производительности.

Проверка на соответствие техническим характеристикам форсунок производилась с использованием калькулятора HARDY. Результаты показали, что производительность форсунок соответствует техническим характеристикам заявленным заводом изготовителем.

Также нами были полученны данные зависимости размера конуса распыла факела от высоты и величины давления для разного вида форсунок (Рисунок 4).

Как видно из графика, с учетом приближения к горизонтальной поверхности установки, конус расширяется по мере увеличения давления. При этом на высоте от 300 до 800 мм происходит плавное расширение конуса и представляет собой прямую имеющую линейную зависимость. На высоте от 0 мм до 300 при разных давлениях конус ссужается при сохранении линейного расширения на 10%. Данные исследования приводят к выводу, что с учетом увеличения давления производительность форсунок и линия геометрии конуса распыла увеличивается.

Предварительные исследования показали выполнение технологического процесса слияния потоков от форсунок с боковыми конусами распыла. На рисунке 5 показан рабочий момент определения процесса слияния потоков от противоположно расположенных форсунок с боковыми конусами распыла.

В дальнейшем будет подробно изучена и проверена гипотеза о слиянии потоков с образованием нового вертикального, имеющего стабильные геометрические характеристики, с учетом изучаемых факторов и независимо от вертикальных колебаний штанги опрыскивателя.

Применение исследуемого технологического процесса полосового опрыскивания боковыми форсунками при возделывании пропашных культур позволит снизить нормы и повысить эффективность применения обработок жидкими веществами, что в итоге будет способствовать повышению экологических и ресурсосберегающих принципов и дальнейшего развития технологии Strip-till.

Борисенко И.Б., д.т.н., с.н.с.,