Порівняння систем точного обприскування

04.10.23

Пропонуємо вашій увазі найкращу статтю про інновації в обприскуванні за 2022 рік: потенційні переваги та недоліки п’яти різних систем розпилення. Матеріал ifarming.

Останнім часом істотно зріс попит на технології, що забезпечують сталість сільського господарства. Виробники обприскувачів реагують на це розробкою технологій для підвищення точності внесення препаратів. Ми зробили порівняння п’яти систем точного розпилення: по суті, це п’ять способів радикально зменшити використання робочих розчинів, а відтак – зекономити на ЗЗР та добривах.

АКЦЕНТ НА ТОЧНІСТЬ

Засоби захисту рослин у багатьох країнах світу знаходяться під пильним контролем державних органів. В останні роки значну кількість активних компонентів ЗЗР було заборонено або вилучено, і крапку в цьому процесі найближчим часом поставлено не буде. Зокрема, в ЄС планується скоротити використання пестицидів на 50% до 2030 року.

Інновації в обприскуванні передусім стосуються точності внесення, якої можна досягти шляхом зменшення дрейфу, більш точного спрямування робочого розчину та зменшення перекриття, щоб гарантувати, що кожна крапля буде використана за призначенням.

Водночас новітні технології допомагають зменшити вплив на довкілля та оператора. Для фермерів є свої плюси: вища точність сприяє кращому захисту врожаю, забезпечує економію активних речовин і, зрештою, сприяє збільшенню прибутку.

ВРАХУВАТИ НЕОДНОРІДНІСТЬ

Усі фермери знають, що рівень засмічення бур’янами, зараження шкідниками та хворобами на окремих ділянках одного поля може бути вкрай різним. Однак наразі цілі поля обприскують недиференційовано, лікуючи навіть здорові ділянки. Точний підхід, спрямований лише на конкретні уражені місця, є більш доцільним з екологічної та економічної точки зору.

Часто спостерігається значна неоднорідність посівів. У таких випадках диференційоване внесення може значно скоротити використання хімікатів.

ТОЧНЕ ВНЕСЕННЯ

Зараз існує низка технологій, які забезпечують набагато точніше застосування добрив і ЗЗР, ніж загальноприйняте внесення «в середньому по полю».

Обприскування дронами.
Стрічкове (рядкове) внесення. Це не нова технологія, вона вже використовується, зокрема, овочівниками.
Внесення за заданими параметрами. Зараз це вже звична практика: внесення добрив і висів насіння зі змінною нормою, а тепер її застосовують і до засобів захисту рослин.
Стрічкове внесення за заданими параметрами. Поєднання змінних норм і точного розміщення розпилювачів над рядами або в міжряддях.
Оптичне точкове внесення (оptical spot spraying). Камери та датчики націлюють розпилювачі в режимі реального часу для диференційованого внесення.

1. ЗАСТОСУВАННЯ ДРОНІВ

Відповідно до Директиви ЄС щодо сталого використання пестицидів (яка також діє у Великій Британії), повітряне внесення пестицидів, зокрема з використанням безпілотників, заборонене, за винятком особливих ситуацій. Заборона діє через високий ризик нецільового розпилення – на оператора та оточуючих.

Проте в Азії, зокрема в Китаї, В’єтнамі та Індонезії, є величезні флоти безпілотників. У цих країнах дрони замінюють працівників із ручними обприскувачами, фактично вилучаючи операторів із небезпечного середовища.

Безпілотники також корисні для використання у виноградниках та на інших культурах, які вирощуються на крутих схилах. Вони не тільки забезпечують кращий доступ до рослин, але й зменшують небезпеку, пов’язану з роботою машин. У Швейцарії дозволено використовувати дрони на ділянках зі складним рельєфом.

Хоча дрони мають потенціал для точного націлювання на проблемні зони, вони не забезпечують точного застосування. Випробування, проведені компанією «Сингента», свідчать, що розподіл розчину є нестабільним: коефіцієнт варіації (coefficient of variation, CoV ) становить від 64% до 109%. Для порівняння: для наземного розпилювача CoV становить лише 7%, для стандартного застосування з повітря – 30%.

Використання дронів для внесення ЗЗР заборонене в Європі, за винятком виноградників у Швейцарії. Польові випробування свідчать, що розподіл робочого розчину може бути неточним

Використання дронів для внесення ЗЗР заборонене в Європі, за винятком виноградників у Швейцарії. Польові випробування свідчать, що розподіл робочого розчину може бути неточним

Рейтинг точності: дрони

+ Низька вартість внесення.

+ Безпечніше, ніж ручне обприскування.

+ Можливість націлити на проблемні зони.

– Використання заборонене в ЄС та багатьох інших країнах.

– Нерівномірний розподіл розчину.

– Поки не підходить для великих площ.

2.СТРІЧКОВЕ ВНЕСЕННЯ

Хоча стрічкове внесення не є новим, це точна технологія, яка може скоротити використання препаратів на 40–60% залежно від ширини стрічки. Ця техніка поширена серед овочівників, переважно через економію препаратів і можливість точно націлювати розпилення як у рядку, так і поза ним.

У продажу є обладнання із двобаковими машинами, які можуть застосовувати інсектицид або фунгіцид у рядку, а в міжрядді – гербіцид, і це за один прохід. Вбудована камера забезпечує підвищену точність і легкість управління. Автоматичне керування дозволяє механічно прополювати бур’яни замість внесення гербіцидів, а також працювати в тандемі з розпиленням бакової суміші над рядком.

Недолік стрічкового розпилення полягає в його відносно повільній робочій швидкості: приблизно від 4 до 8 км/год. Хоча така швидкість цілком припустима для контролю бур’янів на ріпаку, кукурудзі чи культурах, посіяних на великих площах, поточні робочі норми обмежують широке впровадження стрічкового внесення.

Стрічкове обприскування скорочує використання препаратів на 40-60% і вже широко застосовується овочівниками для просапних культур

СТРІЧКОВЕ ОБПРИСКУВАННЯ НА ЗЕРНОВИХ

Компанія «Сингента» також провела випробування стрічкового обприскування посівів озимого ячменю, висіяного з більшою відстанню між сошниками, щоб обприскувач міг обробляти рядки. Випробування мало на меті перевірити використання гербіцидів у міжряддях.

Цей підхід добре спрацював у дослідженні: в ряду, над яким пройшло заблоковане сопло, бур’яни (рослини лисохвосту) лишилися необробленими.

Це доводить, що стрічкове обприскування має потенціал для значного скорочення використання препаратів на широкорядних посівах, з деякими незначними змінами та покращеннями в обладнанні.

Рейтинг точності: стрічкові розпилювачі

+ Економія препаратів від 40% до 60%.

+ Гербіциди можна замінити механічним прополюванням.

+ Можна використовувати диференційовані та недиференційовані програми внесення одночасно.

– Повільна робоча швидкість – від 4 до 8 км/год.

– Найкраще працює на просапних культурах.

– Для використання на зернових потрібні ширші ряди.

Стрічкове обприскування є ефективним навіть на зернових, які вирощуються з більшою відстанню між рядами. Але ширина захвату та мала робоча швидкість обприскувача (6-8 км/год) обмежують його широке застосування на польових культурах

3.ВНЕСЕННЯ ЗА ЗАДАНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

Багато фермерів та надавачів сільськогосподарських послуг вже знайомі з картами полів і змінними нормами посіву, а також диференційованим внесенням рідких і твердих добрив. Обприскування зі змінною нормою, найімовірніше, буде найбільш актуальним для внесення фунгіцидів і регуляторів росту (PGR) на олійних культурах.

Створити карту внесення відносно просто. Першим кроком є визначення агрономічної проблеми: нерівномірні сходи, плями бур’янів або зараження хворобами.

Проблемні ділянки можна виявити та нанести на карту під час звичайного обходу поля, а також за допомогою супутникового сканування або сканування поля дроном, яке використовується для створення цифрового зображення. Потім ця інформація та дані про розташування проблемної ділянки використовуються для створення карти приписів, яка передається в обприскувач.

Теоретично машина автоматично має змінювати норми внесення відповідно до заданої карти з приписами. Однак користувачі можуть зіткнутися з проблемами сумісності обладнання та програмного забезпечення.

Випробування у Великій Британії, проведені компанією «Сингента», показують, що застосування регуляторів росту та фунгіцидів із змінною дозою на нерівномірних сходах ріпаку призвело до значного скорочення використання препаратів. Карти фактичного застосування (після обприскування) показали, що регулятор росту було застосовано лише на 15% поля, а фунгіцид – на 68% (двічі) за допомогою диференційованої системи внесення.

ПОТОЧНІ ОБМЕЖЕННЯ

Сучасна технологія обприскування обмежує можливість варіювати та націлювати норми внесення на певні ділянки. Хоча виробники обладнання постійно працюють над тим, щоб цих обмежень було якомога менше.

Розмір крила штангового обприскувача та поділ на секції. Індивідуальне керування насадками, теоретично, дає змогу диференціювати внесення на кожні 50 см. Але в деяких системах обприскування можна налаштовувати лише форсунки, згруповані в одну секцію, а індивідуальні налаштування кожної окремої форсунки зробити неможливо.
Якість розпилення. Зазвичай єдиний спосіб змінити швидкість потоку на розпилювачі – це регулювати тиск. Щоб подвоїти витрату, тиск потрібно збільшити в чотири рази. Тоді зі збільшенням швидкості краплі будуть меншими, а якщо машина сповільниться – більшими.
Коефіцієнт діапазону. По суті, це вікно допуску, в якому звичайна гідравлічна форсунка здатна змінювати продуктивність за допомогою тиску. У більшості випадків коефіцієнт діапазону обмежується відхиленням від норми не більш як на 30%
Об’єм води. Зміна тиску також змінить об’єм води, який подається на форсунки, і це може призвести до нерівномірного покриття та зниження ефективності обприскування.
Бакові суміші. Багато обробок передбачають одночасне застосування бакової суміші з кількох продуктів. Складно оптимізувати внесення, коли норма фунгіциду може бути однаковою для всього поля, а застосування гербіциду та регулятору росту потрібне лише на окремих ділянках.

Рейтинг точності: внесення за заданими параметрами

+ Значна економія препаратів.

+ Цільове застосування замінює внесення на всьому полі.

+ Технології швидко прогресують.

– Сканувати та створювати карти не завжди легко.

– Звичайні розпилювачі обмежують можливості диференційованого внесення.

– Складність застосування бакових сумішей (потрібні окремі налаштування для внесення кожного окремого продукту з різними нормами).

МОЖЛИВОСТІ ШИРОТНО-ІМПУЛЬСНОЇ МОДУЛЯЦІЇ (ШІМ)

ШІМ — це електронна система, яка використовує соленоїди для вмикання або вимикання окремих сопел зі швидкістю до 100 разів на секунду. У такий спосіб можна змінити норму внесення, не змінюючи тиск. Це означає, що на розмір краплі не впливає зміна швидкості руху обприскувача чи будь-яка інша зміна. Це також дозволяє операторам змінювати норму внесення, зберігаючи потрібний розмір краплі.

Зауважте, що багато ШІМ-систем, які нині є в продажу, уже дають змогу застосовувати змінні швидкості, але не завжди можна змінювати норму внесення для одного сопла (на відстані 50 або 25 см). Перевіряйте специфікацію, адже нерідко окремі налаштування можливі для кількох сопел, згрупованих у секцію.

КОМПЕНСАЦІЯ ПОВОРОТУ

Ще одна перевага ШІМ полягає в тому, що за її допомогою можна змінювати індивідуальну швидкість потоку різних форсунок уздовж штанги. Це запобігає надмірному або недостатньому внесенню робочого розчину під час повороту машини, покращуючи точність, а також допомагає запобігти виникненню резистентності у збудників хвороб і шкідників до препаратів через регулярне недостатнє дозування. Важливо відзначити, що застосування широтно-імпульсної модуляції несумісне з багатьма повітряно-індукційними форсунками, які використовуються для зменшення дрейфу.

Рейтинг точності: розпилення зі змінною швидкістю

+ Значна економія препаратів.

+ Можливість застосовувати точні диференційовані норми.

+ Компенсація повороту зменшує ризик опор.

– Значні інвестиції в обладнання.

– Не працює з повітряно-індукційними форсунками.

4.ПРЯМЕ ВПОРСКУВАННЯ

Одним зі способів диференційованого внесення окремих препаратів (без виконання окремих проходів для застосування різних засобів) є пряме впорскування нерозбавлених речовин у чисту воду в окремій розпилювальній лінії.

Пряме впорскування практикують з 1980-х років. Воно дає змогу вносити препарати на певні ділянки, а також змінювати норми внесення окремих препаратів. Ще одна перевага полягає в збереженні об’єму води.

Нерозбавлений препарат, який заливають в окремий резервуар, закачується безпосередньо в кілька точок впорскування, рівномірно розташованих на окремій лінії розпилення на штанзі. При цьому змішаний розчин постійно рециркулює під заданим тиском. Відповідно, він уже готовий до використання, що дозволяє миттєво почати роботу, щойно форсунки буде ввімкнуто.

Рейтинг точності: пряме впорскування

+ Значна економія препаратів.

+ Дозволяє застосовувати різні продукти одночасно з різною нормою внесення.

+ Точне націлювання на проблемні зони.

– Нерозбавлений препарат подається на розпилювач.

– Потрібна друга лінія розпилення.

– Препарати потрібно впорскувати (змішувати з чистою водою) поблизу форсунок.

6.ОПТИЧНЕ ТОЧКОВЕ ВНЕСЕННЯ

Оптичне точкове внесення забезпечує розпилення «на вимогу», а сама потреба в розпиленні зясовується в режимі реального часу. Датчики або камери на штанзі сканують рослини чи грунт та надсилають ці дані на термінал, де вони аналізуються за допомогою алгоритму для виявлення присутності бур’янів, шкідників та хвороб. Потім система вмикає відповідні сопла для нанесення розчину на ціль або ділянку.

Наразі технологія здебільшого обмежується точковим обприскуванням «зеленим по коричневому». По суті, ці системи використовують камери для виявлення «зелених» бур’янів на голих ґрунтах і вмикають відповідні форсунки для розпилення на них гербіциду. Користувачі в Австралії та США повідомляють про економію препаратів до 80% і більше.

Значно складніше досягти ідентифікації бур’янів у вегетуючих культурах (зелений на зеленому), особливо на зернових. Алгоритми для такого розпізнавання наразі розробляються багатьма великими виробниками та численними стартапами, але вони ще недостатньо перевірені та не запущені в повноцінне комерційне виробництво.