Усовершенствование технологии опрыскивания с применением бокового распыла

«Фермер» уже рассказывал о работе группы ученых под руководством профессора, доктора технических наук Волгоградского ГАУ, Ивана Борисовича Борисенко по созданию эффективных методов полосовой обработки культур. В одной из предыдущих статей был показаны лабораторные опыты группы Борисенко по усовершенствованию технологии опрыскивания с применением способа бокового распыла. А сегодня, по приглашению Ивана Борисовича, «Фермер» присутствовал при полевых испытаниях новой технологии опрыскивания.

Мы едем на поле в Михайловском районе, дорога не длинная, но время для беседы есть.

- Производство растениеводческой продукции связано с неизбежным воздействием на почву, и это воздействие не всегда благоприятное, - рассказывает Иван Борисович. – При традиционной обработке технике приходится много раз проходить по полю, что приводит к чрезмерному уплотнению почвы, снижает ее плодородие. Например, при выращивании подсолнечника опрыскиватель проходит по полю 6-12 раз. Каждый выход опрыскивателя в поле – это деньги, потраченные не только на амортизацию и топливо, но и на эффективность использования химических средств, доставляемых на объект воздействия. Перед нами стояла задача предложить сельхозпроизводителю технологию, способную одновременно решать два основных и значимых подхода к ее выбору – экономию и экологичность. Производство должно быть организовано таким образом, чтобы не стоял вопрос выбора между снижением затрат на производство продукции и снижением губительного воздействия на окружающую среду.

Решением данных задач является применение ресурсосберегающих технологий No-till и Strip-til. Для производства пропашных культур особенно рекомендована полосовая технология Strip-till (стрип-тилл), так как данные культуры отзывчивы на глубину обработки. Суть технологии - заставить производственную энергию работать по полосам, в которых создаются благоприятные условия для роста и развития культурных растений, а сорная растительность, оказавшаяся в межполосном пространстве, угнетается культурными растениями, не развивается и гибнет, оказываясь в худших условиях.

Одним из важных моментов технологии No-till и Strip-til при производстве подсолнечника является экономическая составляющая процесса - опрыскивание (листовая подкормка, борьба с сорняками, болезнями и вредителями). В чем здесь проблема? Смотрим:

Серийные штанговые опрыскиватели выполняют технологию сплошного опрыскивания посредством распылителей, вертикально сориентированных и имеющих пересекаемые конусы распыла, что очень эффективно при обработке почвы от сорняка. Необходимость полосового технологического процесса опрыскивания возникает при фазе более двух пар листьев подсолнечника. При этом если форсунки располагаются над полосами обрабатываемых растений, и часть их отключена, то, как видно из рисунка 1, более половины рабочего раствора попадает в межполосье. Это снижает эффективность при опрыскивании по объектам обработки. Таким образом, современный и качественный опрыскиватель должен иметь возможность выполнять технологии как сплошной, так и полосовой обработки, с учетом фазы развития растений, при этом и быстро перенастраиваться.

Рис. 1а Листовая подкормка и защита от вредителей (16 дней). Препарат попадает в межполосное пространство, расходуется неэффективно. Листовые подкормки целесообразно осуществлять только по культуре.

Рис. 1б Защита от сорняков (30-34 дней). Препарат попадает на культурные растения, которые испытывают дополнительный стресс. Лишняя химия растению совершенно не нужна. Гербициды нужно вносить только в междурядьях, где произрастает сорная растительность.

Также необходимо учитывать колебания штанги опрыскивателя. При обычном распылении колебание штанги в пределах ±15 сантиметров на высоте 0,8 метра изменяет площадь распыла, что увеличивает потерю (неэффективное использование) препарата. Так, при угле распыла 80 градусов, ширина покрытия меняется с 1331 мм до 829 мм, т.е. неравномерность достигает в пределах 40% (рис. 2). Учитывая, что химическая обработка при технологии Strip-till занимает 20-30% в структуре затрат, потери для кошелька сельхозпроизводителя могут оказаться огромными.

При полосовой обработке ширина посева между пропашными культурами 0,7 метра, и если сельхозпроизводитель будет обрабатывать почву только 0,25-0,3 метра – то место где произрастает культурное растение, то он будет экономить огромную часть производственной энергии. В общей структуре затрат применение полосовой механической и химической обработок - экономия составит 15-20%. Разница внушительная.

Рис. 2.

Таким образом, перед учеными была поставлена задача снижения нагрузки на почву и растения: химической при операциях подкормки и защиты растений и механической при осенней обработке почвы. Для осенней механической обработки в рамках полосовой технологии разработан ряд почвообрабатывающих орудий и рабочих органов, о которых в дальнейшем будет рассказано.

На сегодняшний день мы рассматриваем совершенствование технологического процесса химической обработки растений путем перераспределения рабочего раствора по полосам с учетом их назначения. Проще говоря, весь объем раствора для листовой подкормки или борьбы с болезнями и вредителями должен доставаться нужному объекту, на который направлена идея обработки при конкретной операции. При доставке культурному растению - не кормить сорняк в межполосном пространстве, а при борьбе с сорняками - не подвергать стрессу культурные растения.

Для решения задачи был разработан экспериментальный держатель, позволяющий использовать серийно выпускаемые форсунки с ориентированными навстречу друг к другу конусами распыла, «штаны», как шутят ученые (фото 1).

Фото 1. Двойной держатель боковых форсунок (двойная насадка распылителя).

Если боковые форсунки располагаются над междурядьями, то 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 при слиянии потоков распыла от каждой форсунки в новый более стабильный поток. Новый поток имеет более постоянные геометрические параметры, а также более выгодно отличается по параметру постоянства размеров обрабатываемой полосы (в пределах одного сантиметра) не зависимо от величины колебания штанги. То есть предлагаемый способ дает возможность достигать постоянства распределения рабочего раствора над обрабатываемой полосой в независимости от вертикальных колебаний штанги во время движения (рис 3).

Рис. 3а Изменение конуса распыла. Изменен угол потока от форсунки, потоки направлены на встречу друг другу.

Рис. 3б Слияние потоков. Два потока, смешиваясь, образуют новый поток с совершенно другой стабильной конфигурацией.

Как это будет работать на практике? Рассказывает Константин Маркграф:

- Мы, производственники, всегда рады сотрудничеству с наукой. Для проведения полевых исследований мы внесли изменения в конструкцию серийного опрыскивателя, который уже несколько лет работает на опытных площадках ВолГАУ. Изменения эти минимальные, так как изначально опрыскиватели разработаны в соответствии с различными ожиданиями современных сельхозпроизводителей и готовы справляться со многими задачами. Мы установили на штанге дополнительные крепления для держателей форсунок так, чтобы их можно было установить для работы при любом междурядье и для любой операции. Это несложный технологический процесс, если такие штанги пойдут в серию, дополнительные затраты на усовершенствование конструкции окажутся незначительными, и практически не отразятся на цене готового опрыскивателя. Практически за те же деньги можно будет купить машину, работающую по новой современной технологии, которая будет экономить внушительное количество средств.

Полевые исследования проводились на полях ООО «Гелио-Пакс-Агро 4», станица Арчединская Михайловского района. Предприятие придает огромное значение повышению эффективности сельскохозяйственного производства, поэтому всегда открыто к сотрудничеству с учеными, предоставляет опытные площадки, здесь постоянно ведутся сортоиспытательные работы, изучаются и внедряются новые прогрессивные достижения науки и техники. Генеральный директор предприятия Борис Викторович Михин не кабинетный управленец, его работа в полях, сегодня он также вместе с учеными, представителями фирмы и работниками хозяйства участвует в полевых исследованиях.

- Наше хозяйство с 2012 года занимается внедрением технологии No-till, мы получаем хорошие урожаи, продуктивность полей высокая, структура почвы изменилась в лучшую сторону. При работе по технологии No-till снижаются затраты на топливо, на персонал. Но очень большая часть затрат идет на химобработки. При этом мы понимаем, что не все то, что мы залили в бак опрыскивателя, уйдет по назначению, потери значительные. Поэтому повышение эффективности химобработок - одна из важных задач. Здесь речь идет даже не о том, чтобы меньше потратить, а о том, чтобы все потраченное работало, а не распылялось впустую. Мы экспериментировали с различными препаратами, с дозами применения. Помимо производственного эффекта, нам важно, чтобы наша работа не наносила вред почве и экологии в целом. Новая технология группы Борисенко вызывает интерес. Перераспределение раствора с действующим веществом снижает погектарные номы внесения, при этом норма внесения по объектам остается прежней, а растению наносится минимальный стресс. То есть при сохранении результата по объекту, мы экономим средства на общий объем препарата, получая здоровые культурные растения. Это тот производственный и экономический результат, который мы ждем от новой технологии.

Итак, мы на поле ООО «Гелио-Пакс-Агро 4». На поле подсолнечник, в фазе развития 4-6 пар листьев. Для сравнения, на одной штанге опрыскивателя остаются вертикальные держатели форсунок, на другой они меняются на двойные держатели боковых форсунок. Держатели устанавливаются через определенное расстояние, в соответствие с междурядьем. На форсунки, работа которых не нужна при поставленной задаче, надеваются заглушки. Процесс смены и установки держателей прост, и по времени занимает три-четыре минуты на одной штанге.

Фото 2. Заменить держатели форсунок просто и быстро. Иван Борисович Борисенко.

Перед проходом техники на растения и междурядья раскладываются тестовые полоски. Они помогут определить результаты распыления «препарата». На время эксперимента в баке опрыскивателя вода. Полевые исследования начинаются.

Фото 3. Тест-полоски на листьях подсолнечника.

Фото 4. Работает опрыскиватель.

Фото 5. Поток из боковых форсунок.

Фото 6. Поток из вертикальной форсунки.

После прохода техники осматриваются растения, междурядья и тестовые полоски.

Фото 7. После обработки.

В полевом эксперименте моделировалась операция листовой подкормки. Визуально растения влажные, обработанные, а междурядья сухие. Можно ли делать вывод, что «препарат» попадал строго на объект воздействия – культурное растение? Что скажут ученые?

Фото 8. Осмотр поля после прохода техники

Результаты полевых исследований

Исследование влияния технологического процесса опрыскивания, модернизированным под полосовую обработку при обработке подсолнечника, в фазе развития 4-6 пар листьев, на полях ООО «Гелио-Пакс-Агро 4» показало:

- При традиционной обработке, с вертикальным направлением конуса распыла, на почву в междурядье попадет 36-40 % бакового раствора. Соответственно на растения, на внешнюю сторону листьев, по абрису объема растения – 60-64%, причем 80-85% распределено на 1/3 высоты от верхней части. Попадание капель жидкости на внутреннюю часть листьев и стебель зафиксировано не было;
- При полосовой обработке, путем слияния потоков конуса распыла от боковых форсунок, расположенных под углом 45 градусов с образованием нового единого вертикального потока, на почву в междурядье попадет 17-20 % бакового раствора. Соответственно на растения – 80-83%, причем попадание капель на внешнюю сторону листьев наблюдалось по всей высоте, с распределение в верхней части (на 1/3 высоты) на 35-40% больше от нижнего листа. Соотношение распределения капель на внутреннюю от внешней поверхности листа составила 55-65%. Также зафиксировано попадание капель на стебель по всей высоте.

- Проведенные демонстрационные полевые исследования показали и доказали технологическое преимущество полосовой технологии опрыскивания относительно традиционной как с позиции ресурсосбережения, так и повышения качества технологического процесса.

- При полосовом опрыскивании поток бакового раствора в междурядье снизился в два раза, норма внесения на подсолнечник увеличилась на 15-17%, соответственно на данную величину можем, при необходимости, снизить гектарную норму внесения.

- Улучшение качественного показателя полосового опрыскивания характеризуется повышением равномерности распределения капель по высоте на внешней поверхности листа до двух раз. Кроме того, капли рабочего раствора были зафиксированы на внутренней поверхности листа. И хотя их количество было меньше относительно внешней на 55-65%, при традиционной технологии опрыскивания капли с внутренней стороны листьев вовсе не были зафиксированы.

Участники полевых исследований (слева направо): Сергей Карев, главный специалист по инновационной работе с техникой ООО Волгогелиопром. Сергей Вачугов, специалист по развитию ООО «ЕМС». Борис Михин, генеральный директор «Гелио-Пакс-Агро 4». В.П. Поляков, главный инженер ООО «Гелио-Пакс-Агро-4». Екатерина Улыбина, соискатель, аспирант ВолГАУ. А.А. Филатов, механизатор ООО «Гелио-Пакс-Агро-4». Иван Борисенко, профессор, д.т.н., руководитель научной группы. Константин Маркграф, территориальный менеджер по продажам «Hardi».