Разработка средств и методов контроля аэрозольного распыления для оптимизации применения пестицидов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Задорожный, Олег Геннадьевич

• Задорожный, Олег Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Задорожный, Олег Геннадьевич

Введение.

Глава 1. Показатели качества аэрозольного опрыскивания.

1.1 Экологические аспекты применения пестицидов.

1,2.Механизмы аэрозольного распыления.

1.3 Критерии качества аэрозольной обработки.

Глава 2. Передвижная лаборатория аэрозольных измерений.

2.1. Аэрозольно-измерительная аппаратура.

2.2. Метеорологический комплекс.

2.3. Оборудование обеспечения.

Глава 3.У совершенствование метода Френча.

3.1. Применение компьютерной техники.

3.2. Определение размера капель.

3.3. Алгоритм работы программы.

Глава 4. Исследования качества аэрозольной обработки.

4.1. Опрыскивающие установки.

4.2. Данные измерений характеристик распыления.

4.3. Сравнительный анализ опрыскивателей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка средств и методов контроля аэрозольного распыления для оптимизации применения пестицидов»

Актуальность темы

В сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений широко применяется химический метод защиты [1-9]. Сущность его заключается в обработке посевных площадей веществами, производящими узконаправленное действие на фактор, отрицательно влияющий на культивируемые растения. Известно несколько областей применения пестицидов в сельском хозяйстве:

- защита растений от болезней и вредителей (насекомых, клещей, нематод, моллюсков, грызунов, птиц и других животных);

- защита сельскохозяйственных животных от инфекционных заболеваний и эктопаразитов (оводов, вшей, клещей);

- защита продуктов животного и растительного происхождения (зерно);

- борьба с сорной и другой нежелательной растительностью; - регулирование роста растений и животных [31].

В Алтайском крае посевные площади занимают более 5 млн. га. По данным краевой станции защиты растений, ежегодно вредителями и болезнями поражается около пятой части от общей площади. При химобработке посевов каждый год расходуется около 700 т пестицидов. С каждым годом увеличивается количество препаратов, применяемых для химической защиты растений. Сейчас в крае применяется более 70 видов гербицидов, 30 инсектицидов и 10 видов фунгицидов.

В настоящее время пестицидные препараты I класса опасности на территории Алтайского края практически не применяются, однако большие объемы внесения и разнообразие средне- и высокотоксичных веществ не могут не оказывать воздействия на окружающую среду [62]. Применение химических средств защиты растений должно обязательно сопровождаться оценкой экологических последствий. Пестициды оказывают помимо прямого токсического влияния на клеточном и организменном уровне еще и косвенное воздействие, вызывая изменения в экосистеме, связанные с нарушением трофических связей. Негативное воздействие, оказываемое хозяйственной деятельностью человека, может привести к деградации экосистем на больших площадях и возникновению ландшафтов с обедненным составом флоры и фауны [23].

Современная техника обеспечивает точную навигацию и позволяет управлять расходом рабочей жидкости в зависимости от скорости движения опрыскивателя. Однако вопрос качества процесса остается актуальным и по сей день. Для регламентирования проведения работ по контролю за качеством необходимо соответствующее правовое обеспечение. В Законе Алтайского края «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами» от 06 марта 2000г, в главе 4 и 5 говорится, что Алтайская краевая станция защиты растений по безопасному обращению с пестицидами и агрохимикатами осуществляет:

- государственный контроль за своевременным и качественным проведением мероприятий по защите растений от вредителей, болезней и сорняков, соблюдением установленных регламентов применения пестицидов и агрохимикатов;

- Авиационно-химические работы должны проводиться под контролем специалистов: территориальных центров государственного санитарно-эпидемиологического надзора, Алтайской краевой станции защиты растений и Государственного комитета по охране окружающей среды Алтайского края.

Однако в настоящее время на основании Указа Президента РФ от 9 марта 2004г. №314 «О системе и структуре федеральных органов исполнительной власти», исполнения постановления Правительства РФ от 8 декабря 2004г. №754 краевая станция защиты растений осуществляет единую государственную политику по борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. Контрольно-надзорные функции переданы федеральной службе по ветеринарному и фитосанитарному надзору.

В данный момент оперативный контроль за использованием ядохимикатов не осуществляется из-за отсутствия необходимой приборной и методической базы, а в первую очередь специализированных передвижных лабораторий, крайне необходимых специалистам краевой и районных станций защиты растений.

Состояние и краткая история вопроса

Исследования качества аэрозольного применения пестицидов были начаты совместно с появлением химических средств защиты растений. Работы по изучению процесса распыления проводятся различными авторами как в России [22,27,34-38, 44-49], так и за рубежом [32,39-43]. Цель работы

Целью работы является оптимизация применения пестицидов. Работа направлена на повышение эффективности внесения химических средств защиты растений при уменьшении отрицательного воздействия на окружающую среду.

Задачи работы:

1. Создание специализированной передвижной лаборатории аэрозольных измерений для исследования дисперсного состава и равномерности распределения частиц на подстилающей поверхности при аэрозольном распылении пестицидных препаратов.

2. Создание комплекса оперативного определения дисперсности и равномерности распределения частиц на базе широко известного метода Френча с использованием компьютерной техники.

3. Экспериментальные исследования и сравнительный анализ размеров распыляемых частиц, и их распределения по обрабатываемой поверхности при применении различных опрыскивательных систем.

Научная новизна:

1. Предложена структура специализированной комплексной передвижной лаборатории, позволяющей проводить исследования дисперсности, густоты покрытия и равномерности распределения и частиц на подстилающей поверхности для оперативной оценки качества аэрозольного применения пестицидных препаратов.

2. Проведена автоматизация измерений по методу Френча размеров частиц и густоты покрытия поверхности и обработки результатов измерений для оценки характеристик качества распыления препарата.

3. Впервые получены результаты натурных экспериментальных исследований качества внесения пестицидов при использовании различных опрыскивающих систем на территории Алтайского края. Установлено значительное различие равномерности распределения и размеров частиц при использовании опрыскивающих систем разных конструкций. Проведены сравнительный анализ и ранжирование применяемых распылительных установок. Разработаны рекомендации по выбору опрыскивателя для проведения различных видов химических обработок.

Практическая значимость работы. Практическая значимость исследований, представленных в диссертации, заключается в их направленности на решение конкретных задач по контролю за качеством аэрозольного применения пестицидов с целью снижения отрицательного воздействия на окружающую среду и повышения эффективности использования химических средств защиты растений.

Созданная передвижная лаборатория была рекомендована для использования краевой станцией защиты растений и федеральной службой по ветеринарному и фитосанитарному надзору в целях осуществления мониторинга и государственного контроля за качеством применения пестицидов.

Для повышения качества и оперативности проводимых практических процедур предложена автоматизация метода измерения характеристик распыления на основе компьютерной техники.

Результаты проведенных исследований позволяют выбирать опрыскивающую систему для внесения конкретных пестицидов наиболее оптимальным образом.

Достоверность обеспечивается применением распространенных методов и оборудования для проведения приборных и прямых наблюдений: при проведении измерений использовались фотоэлектрические счетчики типа ПКЗВ-906 и АЗ-6, каскадные импакторы, аспираторы, оптические микроскопы; сопоставимостью результатов, полученных при применении различных методов; большим количеством отобранных проб и проведенных измерений: за один проход опрыскивателя проводилось 75 измерений на 15 планшетах.

На защиту выносятся:

1. Структура специализированной передвижной лаборатории для исследования дисперсного состава, равномерности распределения частиц на подстилающей поверхности и оценки качества аэрозольного применения пестицидных препаратов.

2. Измерительный комплекс для автоматического определения равномерности и густоты покрытия, размеров частиц с использованием метода Френча для повышения скорости и качества обработки экспериментальных данных.

3. Результаты экспериментальных исследований качества применения пестицидов при использовании различных опрыскивающих систем на территории Алтайского края. Выявлено различие равномерности распределения и размеров частиц при использовании опрыскивающих систем разных конструкций. Сравнительный анализ и ранжирование применяемых распылительных установок.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались и докладывались на XI и XII рабочих группах «Аэрозоли Сибири» (Томск, 2004, 2005 rr.),V и VI конференциях молодых ученых ИВЭП СО РАН, 2005, 2006 гг., конференции «Молодежь-Барнаулу» (Барнаул, 2004) симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 2006).

Внедрение результатов исследования. Материалы диссертации используются в работе Краевой и районных станций защиты растений, Главного и районных управлений сельского хозяйства Алтайского края, о чем имеются соответствующие акты внедрения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе препринт и 2 статьи в отечественных научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации диссертационных материалов.

Личный вклад диссертанта в выполнении работы заключается в создании передвижной комплексной лаборатории аэрозольных измерений, в подготовке и проведении экспериментальных исследований, в обработке и анализе результатов. Основные результаты диссертационной работы получены при личном вкладе автора.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 86 листах, содержит 42 рисунка, список литературы включает 75 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Задорожный, Олег Геннадьевич

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Создана оригинальная передвижная комплексная лаборатория аэрозольных измерений, позволяющая проводить оперативные исследования качества работы опрыскивателей с использованием приборов и прямых наблюдений. Данная лаборатория была рекомендована к использованию краевой станцией защиты растений и федеральной службой по ветеринарному и фитосанитарному надзору для осуществления мониторинга и государственного контроля за качеством применения пестицидов.

2. Для повышения качества и оперативности проводимых исследований предложена автоматизация метода Френча измерения характеристик аэрозольного распыления на основе компьютерной техники.

3. На основании проведенных работ установлено значительное различие эффективности аэрозольной обработки при применении различных видов авиационной, штанговой и газодинамической распылительной техники. Проведен сравнительный анализ применяемых установок по качеству обработки и их ранжирование. Разработаны рекомендации по выбору опрыскивателя для проведения различных видов химических обработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Задорожный, Олег Геннадьевич, 2007 год

1. Аэрозоли : пер. с чеш. [Текст] /Под ред. К.П. Маркова, М.Н. Пчельникова. М.1. Атомиздат, 1964.360с.

2. Петрянов-Соколов, И.В. Аэрозоли Текст. / И.В.Петрянов-Соколов, А.Г. Сутугин.1. М.: Наука,-1989.-142с

3. Пришивалко, А.П. Человек в мире аэрозолей Текст. / А.П. Пришивалко Л.Г Астафьева Мн: Наука и техника, 1989,158с.

4. Райст, П. Аэрозоли. Введение в теорию Текст. / П. Райст М.: Мир 1987,280с

5. Аэрозоли в защите растений Текст. Науч.тр. /-М:Космос, 1982.-200с

6. Аэрозоли в сельском хозяйстве Текст. Сборник ст. / 1956.-152с.

7. Аэрозоли в сельском хозяйствеТекст. Науч. Тр. /гл.ред. Ю.Н. Фадеев: М., Колос, 1973 .-248с

8. Аэрозоли и их применение Текст. /М.: Изд-во Мин-ва сел. хоз-ва СССР, 1959.165с

9. Применение аэрозолей в сельском хозяйстве Текст. /М.: ИЛ, 1955. С. 135 - 146.

10. Sinclair, D. Handbook on aerosols Text. / Sinclair D Washington, 1950.11 .Torvela, H.J. Measurement of atmospheric emissions Text. / Torvela H.J London:

11. Springer-Verlag, 1994,205p. 12. Ковальский, А.А Влияние размера частиц на эффективность применения инсектицидных аэрозолей Текст. / А.А Ковальский, К.П. Куценогий, О.В. Чанкина и др. //Изв. СО АН СССР. Сер. Хим.наук.-1978.-Вып-3№7(292).-131-138с

12. Дунский, В.Ф. Монодисперсные аэрозоли Текст. / В.Ф. Дунский, Н.В.Никитин, М.С. Соколов.-М: Наука,1975.-191с

13. Дунский, В.Ф. Пестицидные аэрозоли. Текст. / В.Ф. Дунский, Н.В. Никитина, М.С. Соколов М, Наука, 1982.-228с

14. Шкаликов, В.А. Защита растений от болезней Текст. / В.А. Шкаликов, О.О. Белошапкина, Д.Д Букреев и др.; под ред. Шкаликова. -М.: Колос,2001.-248с

15. Применение пестицидов за рубежом Текст. / М.: Агропромиздат, 1990.-222с

16. Мутагенная активность пестицидов и окружающая среда/1991.-173с

17. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей Текст./М.: Наука,-1981.-174с.

18. Пестициды в окружающей среде Текст. //Успехи химии. 1992.-t.61, вып. 10.-с.1932-1966

19. Пожарная опасность пестицидов Текст. / М.: Росагропромиздат,-1088.-141с.

20. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей Текст. /М.:Наука,-1981-174с.

21. Оптимальная аэрозольная технология применения пестицидов Текст. Сб. науч. Тр. /[Редкол: К.П. Куценогий(отв. ред.) и др.].- Новосибирск : СО АН СССР, 1989.-116с.

22. Куценогий, К.П. Пестициды в экосистемах: проблемы и перспективы : аналитич. обзор. Текст. / К.П. Куценогий .- Новосибирск: ГПНТБ, 1994.-142с

23. Поведение пестицидов и химикатов в окружающей среде Текст.: Тр. Сов.-амер. Симп. Айова-сити, США, 14-16 окт./ 1987г.- Л:Гидрометеоиздат, 1991.-432с.

24. Дидио, Ж.-Р. Техника и технология безопасного применения средств защиты растений Текст. / Ж.-Р. Дидио, Д.-К. Фишер, М.Лерх и др.- М,: Агропромиздат, 1991.-186с.

25. Применение аэрозолей в сельском хозяйстве Текст.: Библиогр. указ. лит / М. Изд. иностр. лит., 1955.-268с.

26. Ковальский, А.А. Применение аэрозолей для борьбы с вредными насекомыми Текст. /А.А. Ковальский, К.П. Куценогий, В.М. Сахаров и др.-Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1978.-150с

27. Дитякин, Ю.Ф. Распыливание жидкостей Текст. / Ю.Ф.Дитякин, Л.А. Клячко, Б.В. Новиков, В.И. Ягодкин.- М.: Машиностроение, 1977.-207с.

28. Сигал, В.Л. Аэрозоли-наши друзья, наши враги Текст./ В.Л.Сигал, С.С. Духин -М.: Знание, 1975.-63с.

29. Шамшурин, А.А.Физико-химические свойства пестицидов Текст. Справочник / А.А. Шамшурин, М.З. Кример М.: Химия, 1976.-328с.

30. Федоров, Л.А. Пестициды токсический удар по биосфере и человеку Текст./ Л.А. Федоров., А.В. Яблоков - М.: Наука, 1999. - 461 с.

31. Maksymink, В Spray deposit on oil-sensitive cards and spruce budworm mortality Text. / Maksymink В // J. Econ. Ent. 1963. - Vol. 56, - P. 465 - 467.

32. Применение аэрозолей в сельском хозяйстве Текст./ М.: ИЛ, 1955. - С. 135 -146.

33. Берденникова, С.П. Эффективность применения аэрозольного генератора МАГ Текст. / С.П. Берденникова, Н.Н. Жирнова, С.И. Новиков и др.// Защита растений. 1964.- N 11.-С 28.

34. Берденникова, С.П. высокодисперсных инсектицидных аэрозолей Текст. / С.П. Берденникова, Н.Н, Жирнова., А.А. Ковальский // Химия в сел. хоз-ве. 1964. -Т: 4, N 6.- С. 14-17.

35. Ковальский, А.А.Применение аэрозолей для борьбы с вредными насекомыми Текст. / А.А. Ковальский, К.П. Куценогий, В.М. Сахаров и др. Новосибирск: Наука, 1978. - 148 с.

36. Ковальский, А.А. Физико-химические основы применения высокодисперсных аэрозолей для борьбы с вредными насекомыми Текст. / А.А. Ковальский, К.П. Куценогий К.П. // Изв. СО АН СССР. Сер. Хим. 1970. -N 4, вып. 2. - С. 3 - 12.

37. Куценогий, К.П. Изучение физико-химических характеристик мощной аэрозольной волны Текст. / К.П. Куценогий К.П., В.И. Макаров, Ю.Ф. Чанкин и др. // Тр. ИЭМ. 1972. - Вып. 27. - С. 97.

38. Weidnaas, D.E. Relationship of minimum lethal dose to the optimum size of droplets of insecticides for mosquito control Text./ Weidnaas D.E., Bowman M.C., Mount G.A. // Mosq. News. 1970. - Vol. 30, N 2.

39. Lofgren, C.S. Ultra-low volume applications of concentrated insecticides in medical and veterinary entomology Text./ Lofgren C.S // Ann. Rev. Enlom. 1970. - Vol. 15.

40. Mulhern, T.D. The outlook for low volume insecticidal applications in California mosquito control Text./ Mulhern T.D // Proc. and pap. 37th Ann. Conf. Calif. Mosquito Cont. Ass. Visalia, 1970. -P. 151 -153.

41. Mount, G.A Ultra-low volume nonthermal aerosols malation and naled for adult mosquito control Text. / Mount G.A Lofgren C.S., Pierce N.W. et al. // Ibid. 1972. -Vol. 32, N3.-P. 354-357.

42. Rathburn, C.B. laboratory thermal aerosol tests of new insecticides for the control of adult mosquitoes / Rathburn C.B., Boike A.H. // Ibid. 1972. - Vol. 32, N 2. - P. 179.

43. Ковальский, А.А. Влияние размера частиц на эффективность применения инсектицидных аэрозолей Текст. / А.А. Ковальский, К.П. Куценогий, О.В. Чайкина и др. // Изв. СО АН СССР. Сер. Хим. наук. 1978. - Вып. 3, N 7. - С. 131 -138.

44. Ковальский, А.А. Кинетика накопления ядохимикатов на насекомых при аэрозольном применении инсектицидов Текст. / А.А. Ковальский, К.П. Куценогий К.П., О.В. Чайкина и др. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1979. -Вып. 5,N12.-С. 176- 182.

45. Оптимизация технологии применения инсектицидных аэрозолей Текст. /Новосибирск, 1983. С. 32-112.

46. Куценогий, К.П. Оптимальная аэрозольная технология применения инсектицидов. Итоги и перспективы Текст. / К.П. Куценогий Новосибирск, 1989.-С. 3-21.

47. Быков, А.В., Численная модель оптимизации использования пестицидных аэрозолей методом волныТекст. / А.В. Быков, В.Ф. Рапута Новосибирск, 1986. -13с (Препринт N 710, ВЦ СО РАН).

48. Численные, модели в задачах физики атмосферы и охраны окружающей средыТекст. -Новосибирск, 1987.-С. 13-21.

49. Рукавишников, Б.И. Сверхмалообъемное опрыскивание инсектицидами Текст. / Б.И. Рукавишников // Итоги науки и техники. Сер. Защита растений. М.: ВИНИТИ, 1972. - Т.1 - С. 195- 285.

50. Рукавишников, Б.И. Основные направления и элементы интегрированных систем защиты растений от вредных членистоногих Текст. / Б.И. Рукавишников // Итоги науки и техники. Сер. Энтомология. М.: ВИНИТИ, - 1973. - Т. 2, ч 1. С 10-123.

51. Санин, В.А. Малообъемные и ультрамалообъемные опрыскиватели Текст./ В. А.Санин 1978г

52. Мейсахович, Я.А. Наземное малообъемное опрыскивание сельскохозяйственных растений / Я.А. Мейсахович 1974г.

53. Чайко, И.Г. Механизация химической защиты растений Текст. / И.Г. Чайко 1969г.

54. Снеговский, И.Ф. Машины для химической защиты растений Текст. / И.Ф. Снеговский 1954г.

55. Мельников, Н.Н. Пестициды и регуляторы роста растений Текст. Справ, изд. / Н.Н. Мельников М., Химия, 1995. - 576 с.

56. Задорожный, О.Г. Природопользование при применении пестицидов в сельском хозяйстве Алтайского краяТекст./ О.Г. Задорожный, И.А. Суторихин // Ползуновский вестник. АГТУ-2005. -№4, Ч. 2. С. 142-147.

57. Задорожный, О.Г. Повышение эффективности аэрозольного применения пестицидов в сельском хозяйстве Текст. Материалы конференции «Молодежь -Барнаулу» / О.Г. Задорожный, И.А. Суторихин Барнаул, АлтГТУ, 2004. С.53

58. Задорожный, О.Г. Сравнительный анализ установок по распылению пестицидов Текст. Аэрозоли Сибири, XI Рабочая группа: тезисы докладов/ О.Г. Задорожный, И.А. Суторихин Томск, Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. С.54.

59. Задорожный, О.Г. Влияние характеристик распыления форсунки на качество малообъемного опрыскивания. Текст. Аэрозоли Сибири, XII Рабочая группа: тезисы докладов./ О.Г. Задорожный, И.А. Суторихин Томск, Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2005. С.46

60. Задорожный, О.Г. Мониторинг применениея химических средств защиты растений Текст. / О.Г. Задорожный, И.А. Суторихин // Ползуновский вестник. АГТУ- 2006. №2-1, - С. 264-268

61. Суторихин, И.А. Передвижной комплекс контроля качества аэрозольной обработки Текст. / И.А. Суторихин, Б.Н. Дмитриев О.Г. Задорожный Суторихин // Защита и карантин растений №1,2005. с 36-39

62. Суторихин, И.А. Усовершенствованный метод контроля качества аэрозольного применения пестицидов Текст. Контроль и реабилитация окружающей среды:материалы докладов / И.А. Суторихин О.Г. Задорожный, Томск, 2006.с39-40.

63. Задорожный, О.Г анализ качества аэрозольного применения пестицидных препаратов в Алтайском крае Текст. / И.А. Суторихин О.Г. Задорожный -Барнаул, изд-во АлтГТУ,2006.-50с (препринт№2)

64. Кунце, Х.-И. Методы физических измерений Текст./ X. Кунце М.: Мир, 1989, 216 с.

65. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений Текст./ П.В, Новицкий, И.А. Зограф-Л.: Энергоатомиздат, 1991, 304 с.

66. Медников, Е.П, Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей Текст./ Е.П. Медников-М.: Наука, 1981,174 с.

67. Мамедов, К.М. Мутагенная активность пестицидов и окружающая среда Текст./ К.М. Мамедов 1991, 173 с.

68. Никитин, Ю.А. Пожарная опасность пестицидов Текст./ Ю.А. Никитин М.: Росагропромиздат, 1988,141с.

69. Соколов, М.П. О сносе капель распыленной жидкости Текст./ М.П. Соколов // Защита растений 1978, №8.

70. Омелюх, Я.К. Аэрозольные генераторы Текст./ Я.К. Омелюх, Е.А. Барыш, Л.А. Рабий // Защита растений. 1994, №10, С. 36-38.

71. Дитяткин, Ю.Ф. Распыливание жидкостейТекст. / Ю.Ф. Дитяткин, Л.А. Клячко, Б.В. Новиков, В.И. Ягодкин М.: Машиностроение, 1977,207с.

72. Дунский, В.Ф.Исследование оседания аэрозолей различной дисперсности и токсического действия их на некоторых вредных насекомых в полевых условиях Текст. / В,Ф. Дунский, A.M. Чураков // Аэрозоли и их применение. М., 1959.

73. Защита растений от болезней Текст. / ред. Шкаликов В.А. М.: Колос, 2001, 248 с.