Оценка эффективности процесса аэрозольного распыления пестицидов с использованием программно-информационного комплекса

Введение

Химический способ защиты растений в последнее десятилетие стал основным экономически обоснованным средством защиты растений. Но вместе с тем возникает необходимость проведения системного мониторинга с целью оценки экологических последствий данного процесса. Опасность загрязнения экосистем пестицидами зависит от длительности сохранения их остатков в обработанных растениях и почве [1–3 ]. Вопрос об остаточном количестве пестицидных препаратов в почвах в настоящее время изучен не достаточно, также и отсутствуют методы и средства оперативного контроля за загрязнением почв в процессе химизации земель.

Цель исследования обоснование возможности использования информационно-программного комплекса для мониторинга процесса внесения пестицидов.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились на сельскохозяйственных полях Алтайского края в период с 2011—2013 гг. Фундаментальные исследования экологических параметров почв, основанные на использовании химических методов дороги, длительны и имеют ряд недостатков. Определение содержания остаточных количеств пестицидов в природных объектах и сельскохозяйственной продукции является сложной аналитической задачей, которая усугубляется низкими уровнями содержания токсикантов и их сложным взаимодействием с матрицей объекта. При активном связывании пестицидов компонентами почвы, истинное их количество, находящееся в почве, может быть существенно выше, чем определяемое известными физико-химическими методами [4].

Повышению требований к эффективности средств измерения служит и осуществляемая в настоящее время интеллектуализация измерительного процесса [5].

Одним из перспективных вариантов мониторинга пестицидов в окружающей среде видится в использовании беспроводных сенсорных сетей, что позволит обеспечить контроль определенных параметров на больших территориях.

Объединенные в беспроводную сенсорную сеть, пьезокварцевые датчики образуют распределенную, самоорганизующуюся систему сбора, обработки и передачи информации.

Сенсоры в реальном времени определяют основные параметры состояния почв (влажность, температуру, скорость движения воздуха), которые необходимо учитывать, при внесении пестицидов. Другая группа датчиков информирует о концентрации пестицидов по структуре растения.

В качестве объекта исследования рассмотрен процесс аэрозольного распыления пестицидов. Предлагаемая программа позволяет учитывать определенные параметры процесса аэрозольного распыления пестицидов (влажность воздуха, скорость ветра, используемый препарат, вид химической обработки и т. д.).

Для осуществления мониторинга аэрозольных пестицидов беспроводные сенсоры размещаются по ранее заданным точкам поля для определения уровня концентрации аэрозольных пестицидов и эффективности проведения процесса химизации.

Экспериментальная часть

С целью проведения эксперимента на участке 10 га установлены датчики, аэрозольное распыление осуществлялось опрыскивательными системами АН-2, КР-0295, ГРД и др.

Используемые пестицидные препараты — «Биатлон», «Элант-премиум», «Фаскорд» и др.

Исследование проводилось в утреннее время с целью исключения отравления насекомых (пчел) и в отсутствие ветра.

На рис. 1 приведен пример расположения датчиков анализа концентраций аэрозольных пестицидов в процессе распыления.

Рисунок 1 — Процесс аэрозольного распыления пестицидов и расположения датчиков анализа концентраций

Один датчик находится на почве, так как снимает данные о пестицидах, которые не попали на растения, и данные о пестицидах которые упали с растений в почву. Второй датчик находится на растении и снимает показания о попавших пестицидах на листья.

Источником первичной информации выступают датчики, установленные на участках, где проводятся измерения, которые передают собранную информацию в электронном виде за определенный период времени. Вся собранная информация за выбранный период времени записывается в специальный файл по шаблону, который впоследствии и будет служить источником данных для системы.

Основной задачей автоматизации является агрегирование разрозненной информации, такой как данные с разных датчиков, пестицидных препаратах, обрабатываемых культурах и др.

Систематизация представленной информации по типу опрыскивательной техники, по способу нанесения и характеру обработки позволяет разработать предложения по выбору технологии внесения пестицидных препаратов.

На рис. 2 представлена главная кнопочная форма всех объектов исследования.

Рисунок 2 — Управление объектами «Главная кнопочная форма»

Также одна из задач информационно-программного комплекса — это визуализация данных, хранимых в системе, на основе которой можно делать выводы и прогнозы для улучшения ситуации с загрязнением почвы.

Разработанная система позволяет агрегировать данные и представлять их в виде таблиц, сводных отчетов и диаграмм. При помощи ГИС- технологий результаты исследований процесса аэрозольного распыления пестицидов можно нанести на карту районов где проводился эксперимент.

Для удобства анализа данных в базе реализованы запросы. Данные, получаемые по запросам, можно просматривать в различных представлениях: в виде диаграммы (рис. 3) и в виде сводной таблицы пункт меню «Сводная таблица» (рис. 4).

Рисунок 3 — Представление данных в виде диаграммы

Рисунок 4 — Представление данных в виде сводной таблицы

Результаты и обсуждение

В результате использования информационно-программной системы представлена возможность провести оценку эффективности процесса аэрозольного распыления пестицидов с учетом не только эффективности воздействия на вредителей, но и по экологическому параметру. Так, в результате полевых исследований, установлена зависимость между типом опрыскивательной аппаратуры и количеством осевших на растения или почву аэрозольных пестицидов, оценена вероятность выноса пестицидов за границу участка (табл. 1).

Таблица 1 — Результаты полевых испытаний (фрагмент Протокола)

Выводы

1. По результатам проведенного исследования можно предположить, что наилучшими характеристиками для процесса аэрозольного распыления пестицидов обладает опрыскивательная система КР-0295, оборудованная системой GPS совместно с автоматизированной системой регулирования расхода жидкости. Размер создаваемых капель (20–50 мкм) при распылении, равномерность концентрации пестицидов на обрабатываемых культурах и отсутствие выноса пестицидных частиц за полосу обработки позволяют отнести данную установку в числу эффективных технологических средств.
2. Анализ полученных результатов позволяет рекомендовать специалистам химической обработки изменения технических параметров внесения пестицидов — корректировку сопел форсунок распыления, избрания типа опрыскивания — ультромалообъемное, малообъемное и др., а также контролировать уровень консервативного загрязнения земель.

Список литературы

1. Задорожный О. Г. Разработка методов и средств контроля аэрозольного распыления для оптимизации применения пестицидов: Автореф. дис. канд. тех. наук. — Барнаул, 2007 — 18 с.

2. Куценогий К. П. Пестициды в экосистемах: проблемы и перспективы: Аналитический обзор. — Новосибирск: ГПНТБ, 2009. — 142 с.

3. Лунев М. И. Мониторинг пестицидов в окружающей среде и продукции: эколого-токсикологические и аналитические аспекты / Лунев М. И. // Российского химического общества им. Д. И. Менделеева. — М., 2010. — № 3, 27–33 с.

4. Санин В. А. Малообъемные и ультромалобъемные опрыскиватели. — М.: Агропромиздат, 2009 — 103 с.

5. Сергиевский М. Беспроводные сенсорные сети / Сергиевский М. // Компьютер Пресс. — М., 2011. — № 8, 12–17 с.