Материал подготовлен на основании авторской статьи, размещённой на сайте «ГлавПахарь».
Клочков А.В., доктор техн. наук, профессор, УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия»
Продолжение...
Во второй части мы проследим тенденции развития технологий и современные конструкторские решения, повышающие точность внесения пестицидов в минимальных дозировках, как важнейшие составляющие разумного земледелия.
Возможности точного и сверхточного внесения пестицидов
Развитие технологий точного земледелия привело к необходимости модернизации техники для защиты растений. Современные опрыскиватели позволяют выполнять технологический процесс, поддерживая неизменными следующие параметры:
- норму внесения рабочей жидкости на гектар;
- размеры капель рабочей жидкости;
- густоту покрытия объекта обработки каплями.
Одним из перспективных направлений является дифференцированное внесение пестицидов с учетом неоднородности распределения вредоносных объектов на участках поля. Это направление находится сейчас в стадии научных исследований и опытных машин. Самый распространенный элемент системы точного земледелия при опрыскивании — точное вождение.
По данным ФАО, общемировые потери в земледелии составляют 75 млрд долларов, в том числе от вредителей — 30, от болезней растений — 25 и от сорняков — 20.
Основное преимущество систем параллельного вождения при опрыскивании — сокращение до минимума огрехов, особенно если обработка проводится широкозахватной техникой и в условиях плохой видимости. Перекрытия составляют, по разным оценкам, от 5 до 15% площади, а применение GPS-навигации снижает взаимное перекрытие рядов до 1-3%. Применяемая в данное время спутниковая навигационная система позволяет достичь точности обработки 15-30 см от прохода к проходу.
Подруливающие устройства исключают огрехи, увеличивают эффективность эксплуатации техники за счет возможности работать в темное время суток, при плохой видимости и значительно снижают утомляемость механизаторов. При достижении конца гона механизатору остается только вывести машину на новый ряд, пользуясь подсказками курсоуказателя, и снова подключить подруливатель, который передает усилие через резиновый валик на рулевое колесо.
Дифференцированное применение пестицидов
Следуя идеям точного земледелия, в каждую точку поля должен быть доставлен пестицид, тип которого соответствует находящемуся в данной точке вредоносному объекту, а количество пестицида должно соответствовать степени засоренности с учетом экономического порога вредоносности. В связи с этим возникает ряд задач:
- определение в режиме реального времени вида вредоносных объектов и их количества на единице площади;
- определение экономического порога вредоносности;
- подача необходимого вида пестицида в требуемом количестве и распыленного на капли оптимального размера.
В настоящее время не существует опрыскивателя, реализующего все эти задачи, однако работы ведутся. Наиболее продвинулась в этом направлении группа ученых и инженеров из университета Hohenheim (Германия) под руководством проф. R. Gerhards. Ими была разработана и доведена до уровня экспериментального образца система TURBO (Teilschlagspezifische Unkrautbekämpfung durch Raumbezogene Bildverarbeitung im Offline- und Onlineverfahren) — борьба с сорняками точечным методом посредством обработки изображений в on-line или off-line режиме. Система TURBO:
- автоматически определяет вид сорняка с помощью цифровых видеокамер;
- создает прикладные карты, основанные на пороговой модели;
- определяет участок применения гербицида с помощью опрыскивателя, оснащенного GPS- навигацией.
Вид сорняка определяется с помощью имидж-анализа изображений с сильным контрастом между зелеными растениями и почвой, мульчей и камнями. Изображение в зерновых культурах, рапсе, сахарной свекле и кукурузе захватывается специальными камерами в красном и инфракрасном диапазонах при скорости до 10 км/ч. Использование комбинации двух спектральных каналов (IRVIS) исключает помехи в изображениях. Дальнейший анализ изображений проводится контурным методом либо методом скелетных линий (рис. 1).
Получив характеристики контуров сорняков и скелетных линий, система обращается в базу знаний и проводит идентификацию. Дальнейшие действия системы зависят от режима работы: on-line или off-line. В режиме off-line создается карта засоренности посевов, которая в дальнейшем вводится в память навигационного оборудования и компьютера. При работе в on- line режиме информация о типе и количестве сорняков передается непосредственно на компьютер, управляющий технологическим процессом опрыскивания.
Опрыскиватель оснащен баками для трех видов гербицидов и соответственно тремя контурами подачи жидкости к распылителям. На штанге смонтированы три коллектора, по каждому из которых подается отдельный препарат. Количество распыляемого гербицида зависит от засоренности данного участка поля. Если сорняки определенного вида отсутствуют или их количество ниже экономического порога вредоносности, соответствующий коллектор (сегмент штанги) выключается из работы.
Экспериментальные исследования показывают очень высокую экономическую эффективность системы TURBO на различных видах культур. Наибольшая экономия пестицидов может быть достигнута на озимой пшенице — до 71-72%. На других культурах экономия составляет в среднем 34,5%, что при высокой стоимости агрохимикатов является тоже очень значимым результатом.
Опрыскиватели с воздушным сопровождением
Для снижения сноса пестицидов и улучшения качества обработки растений в полевых опрыскивателях применяют системы принудительного осаждения капель с использованием дополнительного воздушного потока (модели VORTEX, AIRPLUS, TWIN FORCE). Технология опрыскивания с воздушным сопровождением была разработана более 25 лет назад, однако ее практическое применение началось в 1980-х годах (рис. 3). Компания Degania Sprayers (Израиль) разработала опрыскиватель, оборудованный штангой с системой воздушного сопровождения распыленной жидкости. В Европе эта технология впервые была представлена компанией HARDI (рис. 3в). Бразильская промышленность также применила эту технологию для прицепных штанговых опрыскивателей (рис. 3б).
При работе опрыскивателя направленный воздушный поток из отверстий распределительного воздухопровода захватывает капли рабочей жидкости и активно внедряет их в стеблестой. За счет завихрений может обеспечиваться эффект объемной обработки растений. На участке падения капли рабочего раствора движутся быстрее и уменьшаются их снос и испарение. Технология воздушного сопровождения позволяет снижать снос пестицидов ветром на 50% по сравнению с традиционным опрыскиванием. Однако опрыскиватели с системами воздушного осаждения дороже и сложнее по устройству.
В нашем материале на сайте «ГлавПахарь» мы расскажем о лучших разработках на выставках AGRITECHNICA и EIMA, а также о применении для опрыскивания беспилотников.
Заключение
Дальнейший прогресс в конструкциях и применении опрыскивателей связан с непрерывным развитием электроники. Создаются варианты точных и сверхточных технологий опрыскивания в системе разумного земледелия. Следует ожидать более высокой селективности в распылении, например технологию, которая позволяет распознавать нежелательные виды растений или поражения растений и автоматически регулирует распыление. Наблюдаются также тенденции создания все более производительных самоходных опрыскивателей. Новым вариантом является применение беспилотных летательных аппаратов для оперативного и избирательного опрыскивания, особенно в сложных условиях поля.