Вместо дорогих электропропольщиков японский искоренитель сорняков представляет собой недавно разработанное устройство для уничтожения всходов сорняков, появляющихся на полях, с помощью дугового разряда
Принцип работы электропастуха против сорняков описали создатели метода Ёсинори Мацуда, Ёсихиро Такикава, Кунихико Симидзу, Шин-ичи Кусакари, Хидэёси Тойода в статье, опубликованной в журнале Agronomy 2023 на портале MDPI.
«Борьба с сорняками необходима для устойчивого производства сельскохозяйственных культур. В течение полувека мы полагались почти только на гербицидные методы, что привело к устойчивости у сорняков к основным классами гербицидов и общественным дискуссиям по поводу экологических последствий широкого применения гербицидов.
Биологические и физические методы могут быть интегрированы в общие системы защиты растений в качестве альтернативы химическим веществам.
Использование биогербицидов – новый способ контроля сорняков в устойчивом сельском хозяйстве. Биогербициды включают растительные фитотоксины, аллелохимические вещества и грибные фитотоксины. Непосредственное применение живых растительноядных насекомых или грибных фитопатогенов является еще одним вариантом биологической борьбы с сорняками. Однако достигнут небольшой практический прогресс, поскольку эффективный контроль трудно поддерживать, подготовка агента проблематична, целей применения мало, а затраты высоки.
Основные традиционные методы, используемые для физического контроля сорняков, включают покрытие поверхности почвы мульчирующей пленкой, скашивание, сжигание и вспашку. Электропрополка, как и биогербициды, относятся к новым методам, часто рассматриваемым в последнее время.
В некоторых исследованиях предлагалось использовать электрические и роботизированные прополочные машины для снижения трудоемкости этих операций. Однако высокая стоимость этих прополочных машин ограничивает их широкое применение, особенно в развивающихся странах.
Электростатические методы обеспечивают дополнительные способы уничтожения сорняков на стадии прорастания почвы путем непосредственного воздействия на молодые всходы дугового (искрового) разряда высокого напряжения, который генерируется в пространстве между проводниками. Появляющиеся в почве проростки сорняков действуют как биологический проводник, получающий разряд от заряженного проводника.
Общая цель настоящего исследования состояла в том, чтобы протестировать практичный и дешевый способ борьбы с сорняками, в котором пара заряженных заземленных металлических сеток (G-MN) была размещена на поле для уничтожения проростков сорняков, появляющихся из почвы. Каркас аппарата прост и легко изготавливается из общедоступных материалов.
Основная цель состояла в том, чтобы безопасно зарядить металлическую сеть генератором напряжения - единственной электрической частью данного аппарата.
В данной системе применен генератор отрицательного напряжения импульсного зарядного типа, используемый для электроизгороди. Электрические заборы, или электропастуха, повсеместно устанавливают для отпугивания диких животных или выпаса скота. Несчастные случаи, связанные с сельскохозяйственными электрическими заборами, очень редки. Хотя непреднамеренный контакт человека с электрическим забором происходит регулярно, он вызывает лишь временный дискомфорт. Соответственно, этот тип генератора напряжения считается безопасным.
Метод воздействия дуговым разрядом был первоначально разработан для предотвращения гнездования рисовых долгоносиков в высушенных зернах риса.
Дугообразование — это электрическое явление, вызванное движением отрицательного заряда, опосредованного высоким напряжением, в воздухе между противоположными электрическими полюсами. Интенсивность дуги определяется напряжением, приложенным к проводнику, и расстоянием между противоположными полюсами. Дуги, генерируемой генератором напряжения импульсного типа, достаточно для эффективного и быстрого уничтожения сорняков.
Таким образом, мы разработали «электроразрядное устройство для уничтожения сорняков» (EDWZ) и определили частоту воздействия импульсным дуговым разрядом, необходимую для уничтожения всходов одно- и двудольных растений. Основываясь на этих результатах, мы оценили возможности EDWZ для борьбы с сорняками и предоставили экспериментальную основу для разработки метода электростатической прополки.
Две идентичные расширенные сетки из нержавеющей взяли для изготовления прибора дугового разряда.
Одна из металлических сеток была закреплена горизонтально с помощью пластикового зажима и соединена с импульсным генератором отрицательного напряжения на солнечных батареях (интервал между импульсами 1 с; рабочее напряжение 10 кВ). Такой генератор обычно используется в электрических заборах для отпугивания диких животных от посевов.
Другая металлическая сетка была подключена к заземленной линии и помещена на горизонтальную платформу лабораторного стенда с ножничным домкратом, чтобы варьировать зазор между двумя сетками.
Генератор отрицательного напряжения усиливал начальное напряжение (12 В) до достижения желаемого напряжения (10 кВ). Генератор черпает из земли отрицательный заряд, используя это напряжение, и подает его на проводник, подключенный к генератору напряжения. Отрицательный заряд накапливается на поверхности заряженного проводника и образует электрическое поле (монополярное электрическое поле) в окружающем пространстве.
Если заземленный проводник находится внутри электрического поля, отрицательный заряд на заряженном проводнике выталкивает отрицательное электричество (свободные электроны) из заземленного проводника за счет электростатической индукции. Заземленный проводник становится положительно наэлектризованным, а противоположные заряды на сетках образуют дипольное электрическое поле. Положительно наэлектризованный заземленный проводник действует как принимающий полюс для отрицательного заряда, высвобождаемого из отрицательно заряженного проводника посредством дугового разряда. Таким образом, искрение возникает, когда между противоположно заряженными проводниками образуется диполярное электрическое поле. В этом эксперименте G-MN приблизили к отрицательно заряженной металлической сетке (NC-MN) путем постепенного подъема платформы домкрата, чтобы определить максимальное расстояние (от NC-MN), которое может вызвать дуговой разряд (дуговое расстояние).
Изображение технологии предоставлено авторами, указанными выше.
Экспериментальная установка, генерирующая дуговой разряд. (A) Нержавеющая сетка с ромбовидной сеткой 2 мм, подключенная к генератору напряжения и заземленной линии. (B) Импульсный генератор напряжения, оснащенный солнечной панелью и аккумуляторной батареей. (C) Конфигурация прибора (поперечный разрез), который состоял из двух одинаковых просечно-вытяжных сеток (EMN): одна поддерживалась в горизонтальном положении и подключалась к генератору отрицательного напряжения (NVG), а другая подключалась к заземляющую линию и была помещена на горизонтальную площадку подставки лабораторного домкрата (LJS) так, чтобы ее высоту можно было регулировать относительно заземленной металлической сетки (G-MN). (D, E) Схематическое изображение монополярного электрического поля (MP-EF), окружающего отрицательно заряженную металлическую сетку (D), и диполярного электрического поля (DP-EF), сформированного между двумя металлическими сетками (E). G-MN был перемещен ближе к заряженной верхней металлической сетке, постепенно поднимая платформу домкрата. Дуговой разряд (красная стрелка) произошел, когда G-MN вошел в MP-EF и сформировал DP-EF между двумя металлическими сетками. Это расстояние было обозначено как дуговое расстояние. Черная стрелка представляет направление движения отрицательного заряда.
Схематическое изображение, предоставленное авторами, самого экспериментального инструмента, используемого для уничтожения проростков сорняков, появляющихся из земли (вид в поперечном сечении).
Расширенная верхняя металлическая сетка была подключена к генератору отрицательного напряжения импульсного типа (NVG), а нижняя сетка была подключена к заземленной линии. (A) Дуговой разряд произошел между двумя металлическими сетками, которые были параллельны друг другу и разделены расстоянием 5 мм (дуговое расстояние, AD). Между двумя сетками образовалось диполярное электрическое поле (DP-EF). (Б) Прибор был изготовлен путем размещения квадратной полипропиленовой рамы (SPF) (высотой 6 мм) между NC-MN и G-MN для соблюдения бездугового расстояния (NAD) и установлен на почве в лотке (ST), содержащем посеянные семена растений. Дугообразование произошло в направлении проростка растения (PS), когда он достиг MP-EF NC-MN. Черная стрелка представляет движение отрицательного электричества от земли к земле. Красная стрелка представляет движение электричества (дуговой разряд) по воздуху.
Проще говоря, предлагаемая установка состояла из металлических сеток двойного витка, соединенных с генератором отрицательного напряжения импульсно-зарядного типа и заземленной линией. Две металлические сетки были расположены параллельно с интервалом (6 мм), который не вызывал дугового (искрового) разряда между отрицательно заряженной металлической сеткой (NC-MN) и заземленной металлической сеткой (G-MN).
Парные сети использовались в качестве почвенного покрова для уничтожения появляющихся из земли всходов сорняков. Поскольку проростки растений являются биологическими проводниками, проросток подвергался дуговому разряду из верхней металлической сетки (NC-MN) при выходе из почвы и прохождении через нижнюю сетку (G-MN).
Разряд был достаточно сильным, чтобы уничтожить росток при однократном воздействии. Дуговая обработка оказалась высокоэффективной для уничтожения последовательно появляющихся всходов одно- и двудольных сорняков, независимо от количества сосуществующих сорняков и площади засеянного поля.
Таким образом, мы предложили уникальный электростатический уничтожитель сорняков. Благодаря простой конструкции его можно недорого изготовить из обычных материалов, не требуя специальных строительных навыков.
Использование генератора импульсного зарядного напряжения, который обычно используется в электрических заборах для отпугивания диких животных, снизило общую стоимость производства. Генератор напряжения работал от аккумуляторной батареи с питанием от солнечной панели; поэтому не нужно было оснащать аппарат электропроводкой. Это недорогое оборудование должно быть приемлемо для многих фермеров для использования в качестве инструмента борьбы с сорняками. Кроме того, устройство защищено от атмосферных воздействий, так что его можно эксплуатировать на открытом воздухе в течение длительного времени. Важно отметить, что успешный дуговой разряд зависит от проводимости сорняков, и все сорняки, попадающие в электрическое поле, подлежат уничтожению, независимо от их биологических особенностей.
Теперь предстоит в том, чтобы определить, как адекватно обрабатывать сорняки на поле, прилегающем к культурным растениям, не нанося вреда культуре, и как применять устройство в неровных ландшафтах и совмещать с проходом сельхозтехники, например, с трактором».
По статье группы авторов Ёсинори Мацуда, Ёсихиро Такикава, Кунихико Симидзу, Шин-ичи Кусакари, Хидэёси Тойода (Лаборатория науки и технологии фитозащиты, Факультет сельского хозяйства, Университет Киндай; Центр растений, Институт передовых технологий, Университет Киндай; Исследовательская ассоциация сторонников экрана электрического поля; Mikado Kyowa Seed, Co., Ltd.).
На заглавном фото, предоставленном указанной группой авторов исследования, показано функционирование устройства EDWZ. (A–C) - подавление всходов сорняков с помощью укладки 20 связанных между собой устройств EDWZ в начале эксперимента (А) и через 3 месяца (B, C). Изображение на C является увеличенным изображением B. (D, E) - подавление появления сорняков шестью подключенными EDWZ в начале эксперимента (D) и через 3 месяца (E). На закрытых сеткой участках сорняки не появлялись, а свободных появились во множестве.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.