Знесення засобів захисту при внесені дронами-оприскувачами

За останні 100 років сільське господарство визначило, що приблизно розмір краплі 200-300 мкм при виливі 100-200 л/га робочого розчину, швидкості вітру до 5 м/с, температурі 10-25 ^оС, вологості повітря вище 60%, висоті штанги до рослини 25-50 см, швидкості техніки до 20 км/ч є базовими параметрами роботи до обприскування, які протистоять дрейфу препарату. Відхилення у бік зменшення розміру краплі, норми виливу та збільшення висоти від форсунок до рослини збільшує до неприємного дрейф препаратів. Норма виливу робочого розчину залежить від розміру краплі. Діаметр крапель вливає на щільність покриття. Якість обприскування залежить від розміру крапель і щільності покриття ними поверхні. Для отримання густини покриття 100 крапель на 1 см² достатньо такої кількості робочого розчину: за утворення крапель діаметром 50 мкм – 0,65 л/га; 100 мкм – 5,2; 250 мкм – 81,8 л/га. Проте краплі до 200 мкм схильні до сильного дрефу препарата.

Під час обприскування залежно від витрати рідини розрізняють великооб'ємне (200-2000 л/га), малооб'ємне (50-500 л/га) і ультрамалооб'ємне (до 10 л/га) обприскування. За іншою класифікацією в залежності від норми виливу розрізняють: ультрамалооб'ємне обприскування (1-10 л/га), малооб'ємне (10-50 л/га), середньооб'ємне (50-400 л/га), високооб'ємне 400 л/га та більше.

Великооб'ємне обприскування (ВО) застосовують, коли обробку проводять препаратом контактної дії і потрібне рясне змочування рослин, а також коли препарат фітотоксичний за високих концентрацій. Таке обприскування використовується в технологіях вирощування плодово-ягідних, овочевих культур, винограду.

При використанні контактних препаратів важливо звертати увагу на їх концентрацію у робочому розчину в залежності від норми виливу через ризики надвисокої концентрації діючих речовин і можливості виникнення фітотоксичності. Ефективність і надійність захисту контактними препаратами залежать від рівномірності обробки та ступеня покриття фунгіцидом різних частин рослини. Необхідно, щоб усе листя зовні та всередині крони було рівномірно вкрите препаратом, не можна допускати стікання робочої рідини з листя.

Малооб'ємне обприскування (МО) здійснюють розпилювачами зі зменшеними отворами, завдяки чому утворюються краплини меншого діаметру, а за зменшення діаметру краплі у 2 рази оброблювана поверхня збільшується у 8 разів. Тому за малооб'ємного обприскування витрата робочої рідини зменшується в 4 рази, а витрата препарату – на 20-25 % без зниження ефективності обробки. Однак для боротьби з кліщами, щитівками і плодожеркою більш ефективне великооб'ємне обприскування, ніж малооб'ємне.

Ультрамалооб'ємне обприскування (УМО) здійснюють за допомогою дистанційно пілотованої повітряної системи зі спеціальними форсунками або форсунками-атомайзерами, що забезпечує краплі (до 150 мкм). УМО не рекомендують використовувати при обробці фітотоксичними гербіцидами та фунгіцидами через сильний дрейф препаратів.

Ротаційний розпилювачі або форсунки-атомайзери у наші дні в моді на літаках чи на дистанційно пілотованих повітряних системах, що дає більш послідовний діапазон розміру крапель, який усуває найбільші краплі, і скорочує кількість найменших крапель, які утворюються гідравлічними розпилювачами. Ці властивості є потужними та вирішують фундаментальну проблему: якщо дрібні краплі дрейфують, то давайте не виробляти їх. Насправді ротаційні розпилювачі використовуються в основному для отримання дрібніших крапель для економії води в авіаційному бізнесі, насправді не вирішуючи проблему дрейфу препаратів. У 1970-х і 80-х роках концепція була висунута корпорацією Micron на чолі з Едом Балсом, а пізніше його сином Томом. Незважаючи на те, що даний тип розпилювачів був дуже успішним у лісовому господарстві та ручному застосуванні в посушливих регіонах, де вода була серйозним обмеженням, перехід до штангового обприскування так і не відбувся.

Норма витрати більшості застосовуваних пестицидів – кілька кілограмів на 1 га, у деяких вона становить кілька сотень грамів на 1 га, а багато нових препаратів є ефективними за норм витрати навіть у кілька грамів діючої речовини на 1 га. Норми витрати гранульованих препаратів за суцільної обробки становлять зазвичай 15-60 кг/га. За обприскування емульсіями норми витрати діючої речовини менші, ніж за використання суспензій. Норми витрати діючої речовини за малооб'ємного обприскування зазвичай на 25 % нижчі, ніж за великооб'ємного. Витрата робочого складу за звичайного обприскування плодових дерев становить 1000-1500 л/га, ягідників – 500-800, польових культур – 200-400 л/га, відповідно будуть різними і норми витрати препаратів. Наприклад, якщо концентрація робочого складу має бути 0,2 %, то норма витрати препарату на плодових культурах буде 2-3 кг/га, на ягідниках – 1-1,6, а на польових культурах – 0,4-0,8 кг/га. Це орієнтовні цифри, точну ж норму витрати завжди встановлюють відповідно до рекомендованої для даного препарату і оброблюваної культури. До засобів захисту, фітотоксичних щодо культур, важливо дотримуватися також рекомендованих концентрацій робочих розчинів.

Нажаль, формуляції препаратів для УМО 1-10 л/га обприскування не розроблені і не зареєстровані. Нічого не можна лити з нормою витрати робочої рідини менше 50 л/га. Не можна обдурити весь захист рослин і отримати реальний ефект при таких нормах витрати робочого розчину, особливо з контактними або двокомпонентними контактно-системними фунгіцидами чи інсектицидами, яких зараз на ринку більшість, або ґрунтовими чи контактними страховими гербіцидами для ефективної роботи яких і покриття рослин, взаємодії ґрунту з ґрунтовим препаратом потрібні значно більші норми робочого розчину. Сподіваємося, у нас почнуть розробляти та реєструвати формуляції для УМО обприскування.

І це головні обмеження для застосування дистанційно пілотованої повітряної системи у захисті рослин: адже вона не може внести необхідні 100-150 л/га робочого розчину на пшениці проти фузаріозу колосу, фунгіциду на соняшнику у стадії «зірочка» щоб нормально змочити нижні листя чи на кукурудзі інсектицид від стеблового метелика тощо. Навіть 150 л/га робочого розчину не завжди є ефективними — багато факторів впливають на результат, і навіть у цих умовах щось не спрацьовує.

Певна кількість робочого розчину при внесенні – це об'єктивна необхідність обробити поле так, щоб цільовий об'єкт весь був покритий робочим розчином для максимального ефекту: для фунгіцидів це 200 крапель на квадратний сантиметр. Для гербіцидів щільність покриття повинна бути не менше 20-40 крапель/см² (для системних – мінімальна кількість, а для контактних – максимальна), для інсектицидів – 30-60 (аналогічно: системних та контактних) та фунгіцидів не менше 60-70 крапель/см² (для системних допускається менше – до 40). Для системних гербіцидів рівномірність покриття дуже важлива, для контактних препаратів необхідне максимальне покриття поверхні. Не можна покрити 1 га пшениці в колосіння, на якому знаходиться 10-20 т листової поверхні, або кукурудзи чи соняшнику з 30-50 т листової поверхні, 5 л/га робочого розчину.

У цьому випадку, виробники ЗЗР повинні кооперуватися з виробниками дронів, проводити дослідження і розробляти формуляції для УМО обприскування. Без реєстрації УМО-формуляцій цей вид внесення препаратів залишиться лише в рекламі або для застосування в дрібноділянкових дослідах. Це тренд на п'ять наступних років.

Більшість асортименту на ринку засобів захисту є контактно-системними препаратами. Комбіновані контактно-системні препарати мають кращу ефективність і ширший спектр дії проти шкідників і хвороб. Для того, щоб спрацював контактний інсектицид і покрив усю рослину, повинна бути норма внесення робочого розчину більше 100 л/га, що не можна досягти при використанні дронів та 5 л/га навіть при розмірі краплі 100-150 мкм, яка при температурах більше 25 ^оС може висихати у повітрі і не долітати до об'єкта впливу або зноситися у бік на 10 м і більше навіть при оптимальних умовах вітру до 5 м/с (табл. 1).

При заданому об'ємі рідини зменшення розміру частинок, що розпиляються, вдвічі, призводить до восьмиразового збільшення кількості крапель, що утворюються, при цьому площа покриття плоскої поверхні листа або ґрунту може зрости до 4 разів. Одна крапля розміром 500 мкм дорівнює 8 краплям розміром 250 мкм, а 8 крапель розміром 250 мкм дорівнюють 64 краплям розміром 125 мкм. При однаковому обсязі води площа покриття 64 краплями розміром 125 мкм у 4 рази більша, ніж від однієї краплі 500 мкм. Саме дрібні краплі найбільш ефективні, але сильно схильні до зносу і випаровування. Великі краплі – менший знос. Збільшення діаметра крапель з 200 до 400 мкм призводить до 8-кратного скорочення їх кількості. Більше крапель – найкраще покриття та найкраща ефективність.

Дуже дрібні і дрібні краплі, а також середні – найефективніші краплі, краще утримуються на поверхні рослин, ніж великі краплі, які мають тенденцію скочуватися з поверхні. Переважна більшість дрібних крапель у факелі розпилу необхідна при обробці таких бур'янів, як вівсюг, види просянок на злакових культурах, при обробці бур'янів на гороху, у сім'ядольній стадії на цукрових буряках, інших культурах, а також при застосуванні контактних фунгіцидів та інсектицидів. Але дрібні краплі дуже сильно схильні до зносу і випаровування. Тому дуже важливо суворо дотримуватись швидкісного режиму обприскувача, дотримуватися оптимальної зовнішньої температури повітря та мінімальних показників вітру. Великі краплі, проте, напрочуд добре підходять для культур, що легко утримують краплі, наприклад, квасоля або олійні культури (через опушеність листя, що не дає їм скочуватися або при ударі відлітати, як наприклад на капустяному листі). Значний вплив на здатність краплі утримуватися на оброблюваній поверхні мають прилипачі (ад'юванти), що містяться в препаратах або додані до робочого розчину при обробках. Знижуючи динамічний поверхневий натяг крапель, що розпилюються, дані засоби можуть скоротити непродуктивні втрати. Великі краплі легко проникають у стеблестій злакових культур, менше схильні до зносу і випаровування, але їх ефективність, особливо з контактними препаратами, може бути низькою. Найчастіше такі краплі найкраще підходять для внесення системних та ґрунтових гербіцидів.

Коли об'єкт розпилення має малі розміри, наприклад, злакові бур'яни на стадії появи другого справжнього листа, або скажімо личинки шкідника молодшого віку, розпил, що містить велику кількість дрібних крапель, значно підвищить шанси влучити в ціль при строгому обліку зовнішніх факторів. Дрібні краплі краще пересуваються у горизонтальній площині між листям, забезпечуючи проникнення та покриття у разі широколистих культур. При заданому обсязі рідини частинки малих розмірів забезпечують набагато повніше покриття поверхні листа. Для продуктів системної дії достатнім є попадання лише кількох крапель, що містять активні інгредієнти, але для контактних препаратів повне покриття поверхні листа є важливим чинником.

Здатність до проникнення всередину стеблостою – один із ключових факторів, що впливають на вибір параметрів обприскування. Злакові культури являють собою об'єкти, що вертикально ростуть, тому для них оптимальні краплі великого розміру з хорошою проникаючою здатністю, що падають вертикально вниз. У разі широколистяних культур, навпаки, великі краплі осідають на верхній поверхні листя і не потрапляють на нижні яруси. Наприклад, для проникнення в стеблестої картоплі чи бавовнику краще використовувати дрібнодисперсне розпилення, оскільки дрібні краплі переміщаються як у горизонтальній площині, і краще проникають вглиб крізь яруси листя. Дрібні краплі за рахунок турбулентності проникають у всі яруси стеблостою, а також на нижній бік листя, що дуже важливо при боротьбі з шкідниками, що скритно живуть, що знаходяться і харчуються на нижній стороні листя. Такі краплі долітають навіть до самої землі. Але турбулентність, особливо при високих швидкостях руху обприскувача, може знизити якість обприскування за рахунок повільного осідання крапель та їх випаровування, тим більше, коли не враховується вітер та температурний режим при обробках.

При наземному обприскуванні норми витрати робочих складів залежать від стану об'єкта, що захищається, і властивостей пестициду. Для обробки польових культур при звичайному обприскуванні норма витрати – 200-500 л/га, ягідників – 800-1000, плодових – 1000-2000 л/га.

Препарати контактної дії застосовують з більш високими нормами витрати робочих складів, ніж системної дії. Норми витрати підвищують у міру росту рослин і збільшення площі листя. Наприклад, під час використання гербіцидів норми витрати робочих складів рекомендують змінювати залежно від терміну обробки та видового складу засмічувачів. Під час обробки до сходів рекомендована норма витрати – 75-100 л/га, після сходів – 100, у фазу кущіння – 200-400, проти бур'янів, які важко викорінити – 600 л/га.

За розміром діаметра крапель розрізняють обприскування: 1) аерозольне – середній діаметр крапель до 50 мкм; 2) дрібнокраплинне (УМО) – від 50-150 мкм; 3) середньокраплинне (МО) – від 150-300 мкм; 4) крупнокраплинне –понад 300 мкм. Дрібні краплі (20-50 мкм) ефективніші, оскільки вони краще проникають у кутикулу, їх не вдається уникнути комахам, але вони зносяться вітром. У зв'язку з цим не рекомендують проводити авіаційне обприскування, зокрема дроном, за швидкості вітру більше ніж З-4 м/с, а наземне обприскування за допомогою штангових і вентиляторних обприскувачів – більше ніж 4 м/с.

За звичайного наземного обприскування краплі діаметром до 80 мкм зносяться, 80-300 – затримуються на листках, понад 300 мкм – скочуються.

Знесення крапель за МО і УМО може бути практично однаковим за умови коли, за УМО як розчинник використовують не воду, а речовини з питомою масою 1,25, тому краплі, хоча вони й дрібніші, зносяться так само, як за середньокраплинного малооб'ємного обприскування.

Сучасні пестициди мають такий високий біологічний потенціал, що краплі діаметром 10-20 мкм забезпечують достатню ефективність, а краплі діаметром 200-400 мкм містять у 3-4 рази більше діючої речовини, ніж необхідно. При дробленні робочого складу в краплі діаметром 20 мкм у 1000 разів більше активних точок, ніж у краплі діаметром 200 мкм.

Якість обприскування залежить не тільки від розміру крапель, а й від щільності покриття ними оброблюваної поверхні. Щільність покриття – кількість крапель на 1 см2. Оптимальна щільність покриття для гербіцидів – 40-60 крапель на 1 см², для інсектицидів – 60-80, для фунгіцидів – 80-100 крапель на 1 см².

Якість обприскування характеризує також такий показник, як ступінь покриття – сумарна площа контакту крапель із листям або ґрунтом стосовно обробленої поверхні, виражена у відсотках.

Витрата робочого розчину залежить від діаметра крапель. За монодисперсного обприскування для отримання густини покриття 100 крапель на 1 см² достатньо такої кількості робочого розчину: за утворення крапель діаметром 50 мкм – 0,65 л/га; 100 мкм – 5,2; 250 мкм – 81,8 л/га.

На жаль, сучасні обприскувачі з гідравлічними та пневматичними розпилювачами та дистанційно пілотовані повітряні системи з форсунками-атомайзерами забезпечують полідисперсне розпорошення робочого розчину, діаметр крапель за цього, як правило, варіює від 30 до 800 мкм, але може сягати 2000 мкм. Це вимагає високих норм витрати робочого складу, призводить до нераціонального витрачання пестицидів і забруднення навколишнього середовища. Таким чином, фракційний склад крапель – основна керована характеристика, що дає змогу зменшити дрейф препарату, втрати пестицидів і забруднення середовища. У цьому разі, за образним висловом фахівців, у кожній краплі сфокусовані праця, економіка та екологія.

Знос крапель може відбуватися для всіх розпилювачів, і це відбувається протягом декількох хвилин після проходження розпилення. Його двоюрідний брат, дрейф парів, обмежений активними інгредієнтами, які є леткими, тобто вони можуть випаровуватися із сухих поверхонь після нанесення. Дрейф пари відбувається після завершення внесення препарату і може тривати кілька днів.

Однією з найважливіших проблем сільського господарства є знос розчину препарату. Виділяють дрейф частинок і дрейф парів. Фізичний дрейф – це початковий рух крапель пестициду поза цільовою метою. Це відбувається під час застосування, і, як правило, в масштабі десятків метрів. Існує вторинний компонент фізичного дрейфу, коли особливо дрібні краплі (або випарені залишки крапель) залишаються у повітрі протягом більш тривалого періоду часу, протягом якого вони можуть рухатися латерально за допомогою вітру або вертикально за допомогою тепла та турбулентності.

Дрейф парів – це рух парів пестицидів поза цільовим призначенням. Це функція хімічного складу продукту (тиск пари) і температури поверхні. Опади (повторне зволоження) також можуть впливати на втрату пари. Якщо пара захоплюється легким вітерцем, рухається вниз під час термічної інверсії або перерозподіляється в опадах, рух може досягати кілометрів. Деякі гербіциди, класифіковані як регулятори росту (2,4-D, дикамба, триклопір, клопіралід, кломазол, амінопіралід, МЦПА), а також трикетони (мезотріон, темботріон), певні десиканти з діючою речовиною дикват добре відомі через вищий ризик дрейфу парів, пов’язаний з їх використанням, коли склад гербіциду або погодні умови підвищують летючість. Це означає, що вони самостійно перетворюються з рідкої або твердої фази в парову відповідно до температури.

Фізико-хімічні властивості діючої речовини визначаються під час синтезу та первинних її випробувань. Такі властивості, як температури плавлення і кипіння, летючість, розчинність у воді та перетворення в різних середовищах, необхідно знати насамперед для розроблення технології виробництва промислових форм і методів визначення пестицидів у навколишньому середовищі. Під час застосування пестицидів в агрономії найважливішими є летючість діючої речовини, розчинність у воді, стійкість у біологічних середовищах. З урахуванням летючості й токсичності пестицидів добирають засоби індивідуального захисту органів дихання та прогнозують розподіл пестициду в закритих приміщеннях (фумігаційна дія).

Важливими факторами, що обмежують поширення у світі дистанційно пілотованих повітряних систем, є мала грузопідйомність, ультрамалооб’ємне внесення, відсутність формуляцій засобів захисту під ультрамалооб’ємне внесення, малий розмір крапель (до 150 мкм), що викликає сильний дрейф препаратів. Мілкі краплі до 150 мкм не мають власної енергії та рухаються разом із повітряною масою, у яку вони потрапляють. Якщо вітряно, вони рухаються за вітром. Якщо повітря турбулентне, вони рухаються вгору і вниз. Якщо атмосфера стабільна, плавуча фракція залишається у висоті та концентрується. Дрейф краплі відбувається, коли енергія зміщення перевищує енергію краплі. Комбінація маси до 150 мкм та швидкості краплі не може протистояти енергії, яку представляє рухоме повітря.

Глобальне сільське господарство за останні 100 років визначило, що приблизно розмір краплі 200-300 мкм при виливі 100-200 л/га робочого розчину, швидкості вітру до 5 м/с, температурі 10-25 ^оС , вологості повітря вище 60%, висоті штанги до рослини 25 см, швидкості техніки до 20 км/ч є базовими параметрами роботи до обприскування, які протистоять дрейфу препарату. Якщо стане вітряніше чи зміниться розмір краплі менше 200 мкм, збільшиться відстань від штанги з форсунками до рослини та збільшиться швидкість руху техніки знадобиться більший розмір крапель 400-500 мкм щоб протистояти зносу препарату, а також прийдеться збільшити норму виливу робочого розчину 400-500 л/га для дотримання необхідної щільності покриття рослин. Звісно, краплі повинні прилипати до поверхні, тому існують обмеження у розмірі крапель. Зменшення розміру виливу менше 50 л/га без зменшення розміру крапель менше 150 мкм погіршує якість обприскування та щільність покриття поверхні, а зменшення розміру крапель менше 150 мкм збільшує знос засобу захисту.

Як правило, дистанційно пілотовані повітряні системи мають такі стандартні параметри внесення: висота польоту — 4-5 м, швидкість польоту — 6-8 м/с (21,6-28,8 км/ч) (1 м/с дорівнює 3,6 км/ч або 1 км/ч = 0,278 м/с), розмір краплі — 130-150 мкм, щирина захвату 8-8,5 м, вилив робочого розчину 5-6 л/га. Такі параметри внесення дистанційними пілотованими повітряними системами виходять далеко за базові параметри внесення препаратів та не протистоять дрейфу засобів захисту. Немає легкого вирішення проблеми. Розпилення — це гра з обмеженими можливостями.

Не беручи до уваги хімічний дрейф препарату, який може сягати декілька км і залежить від фізико-хімічних властивостей діючої речовини препарату і домішок для її покращення розчинності у воді, виникає питання про відстань зносу краплі при фізичному дрейфу, якщо пілотована повітряна система летить при швидкості 8 м/с (приблизно 30 км/ч) за швидкості вітру 3 м/с (11 км/ч)? При цьому сумарно швидкість вітру і дрону складає 41 км/ч. Висота 5 м над рослинами. Розмір краплі 150 мкм. При таких параметрах роботи фізичний дрейф препарату за ультрамалооб’ємного внесення може складати 200 м і більше. Зазвичай зменшення швидкості і висоти пілотованої повітряної системи від вказаних параметрів зменшує дрейф препарату але погіршує до неприйнятних економічні показники рентабельності використання дрона-обприскувача.

Знос препарату залишається єдиним найбільш обмежуючим фактором для безпечного застосування пестицидів. Знос розчину засобів захисту є однією з головних проблем сільського господарства. Дрейф препарату – це повітряний рух і ненавмисне осадження пестициду за межами цільової зони. Окрім того, що це незаконно, є багато вагомих причин уникати цього. Дрейф можна виміряти у фінансових втратах, пов’язаних з марно витраченими пестицидами, втраченим часом і зниженням якості/кількості врожаю.

У Канаді і у багатьох країнах все ще заборонено застосовувати звичайні пестициди за допомогою дистанційно пілотованих повітряних систем, і це може залишатися таким ще деякий час. Застосування пестицидів дистанційно пілотованими повітряними системами залишається незаконним у Канаді. Основна причина полягає в тому, що Регуляторне агентство боротьби зі шкідниками (PMRA) оголосило дрони унікальним методом застосування, окремим від наземного обприскування та розпилення повітря з пілотованих літаків. Це спричинило потребу в даних оцінки ризику щодо дрейфу обприскування, ефективності, впливу на сторонніх осіб, рослини. Це справедливе рішення – дрони створюють більш дрібне розбризкування, ніж будь-яка інша існуюча система, вони потенційно використовують менші об’єми води за необхідності. Більшість сучасних засобів захисту розраховані на певну концентрацію поверхнево-активних речовин і продуктів, які взаємодіють з поверхнями рослин або змінюють ефективність дрейфу. Зміна цього показника в 5 разів може призвести до небажаних наслідків.

Знос неможливо повністю усунути, але можна значно зменшити ступінь і вплив. Дослідження та моделювання показали, що є три найбільші фактори, які знаходяться під контролем оператора: швидкість вітру (тобто сума швидкості вітру та швидкості руху), висота штанги, розмір краплі. Таким чином, ступінь і вплив дрейфу можна значно зменшити, дотримуючись цих вказівок: 1) Зменшить відстань між штангою і ціллю. Для внесення гербіцидів це означає опускання штанги на найменшу можливу висоту. Бувають винятки, але правильне емпіричне правило полягає в тому, що висота штанги повинна бути приблизно такою ж, як і відстань між форсунками; 2) Використовуйте найгрубіший ефективний розмір крапель, який зазвичай досягається за допомогою форсунок, що зменшують дрейф, наприклад повітряної індукції.

Зрозумійте потенційну шкоду, яку можуть завдати нецільові гербіциди, і включіть це в плани під час вибору гербіциду. По можливості вибирайте гербіциди з низьким ризиком летючості. Уникайте таких продуктів, як дикамба, поблизу сприйнятливих культур (виноград, помідори, перець, солодка картопля, тютюн, соя тощо) або теплиць. Інші синтетичні ауксини, такі як 2,4-D, не обов’язково є леткими, але дуже низькі дози надзвичайно шкідливі для садових культур.

Сергій Хаблак, агроном, доктор біологічних наук,
Інститут харчової біотехнології та геноміки