Технология и технические средства для биологической защиты растений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Краховецкий, Николай Николаевич

• Краховецкий, Николай Николаевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Краховецкий, Николай Николаевич

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы и обоснование направлений и объектов исследования.•.

1.1. Общие положения.

1.2. Особенности разведения и применения биоматериала энтомофага-трихограммы.

1.3. Анализ способов механизированного расселения энто-мофагов.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследования агрофизических свойств биоматериала

2.1. Основные положения программы и методики исследования.

2.2. Агрофизические свойства биоматериала.

Глава 3. Теоретический анализ процесса расселения энтомофагов воздушной струей.

3.1. Предварительные оценки, постановка задачи.

3.2. Аэродинамическая модель частиц биоматериала.А

3.3. Анализ процесса транспортирования частиц биоматериала турбулентным вентиляторным потоком воздуха.

3.4. Анализ поля скоростей в струе и приземном пограничном слое.

3.4.1. Струя от неподвижного источника в покоящейся атмосфере.

3.4.2. Струя в сносящем ветровом потоке.

3.4.3. Анализ поля скоростей в приземном пограничном слое.

3.5. Моделирование процесса транспортирования частиц биоматериала воздушной струей.

3.5.1. Методика моделирования.

3.5.2. Методика обработки результатов моделирования.

3.5.3. Результаты моделирования.

Глава 4. Исследования технологической схемы и обоснование основных параметров дозатора биоматериала.

Глава 5. Экспериментальные исследования машинной технологии, рабочих органов и установок биологического метода защиты растений.

5.1. Обоснование технологической схемы приспособления для расселения энтомофагов.

5.2. Экспериментальные исследования распределения биоматериала воздушной струей по ширине захвата.

5.3. Исследования влияния рабочих органов установки для расселения энтомофагов на качество биоматериала.

5.4. Сравнительный анализ результатов исследований.

Глава 6. Хозяйственная работа и государственные испытания приспособления ПРЭ-35 для расселения биоматериала (энтомофагов).

6.1. Хозяйственная работа приспособления для расселения энтомофаговПРЭ-35.

6.2. Государственные приемочные испытания приспособления ПРЭ-35.

6.3. Разработка технологии и технических средств для производства биоматериалов.

6.4. Экономическая эффективность приспособления ПРЭ-35.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология и технические средства для биологической защиты растений»

Защита растений от вредителей, болезней и сорняков различными методами широко применяется в мировом сельскохозяйственном производстве. Вместе с тем, по данным ФАО, потери сельскохозяйственной продукции в мире до настоящего времени остаются достаточно высокими и достигают 20. .30% от объёма мирового урожая сельхозкультур.

Для решения проблемы сохранности урожая проводится широкая и систематическая работа по совершенствованию и развитию способов и средств защиты растений в сельском хозяйстве по предотвращению вреда, причиняемого растениям вредителями, болезнями и сорняками. Известны и находят применение химический, механический и биологический методы защиты растений. Химический метод защиты растений наиболее широко используется в настоящее время. Он базируется на использовании химических средств для предупреждения распространения вредителей и болезней растений, истребления насекомых- вредителей и сорняков (протравливание семян, внесение пестицидов в почву при посеве, ранне-весенние и предвсходовые обработки инсектицидами, гербицидами и др.). Этот метод получил широкое развитие, благодаря высокой эффективности, универсальности, быстроте и простоте применения широкой гаммы препаратов. Однако, стоимость их высока, а негативные аспекты (высокая токсичность многих препаратов, практическое отсутствие избирательности действия и кумулятивные свойства, разрушение биологических связей, развитие резистентных линий вредителей и патогенов и др.) привели к необходимости разработки интегрированной системы защиты растений. Суть ее состоит в постепенной замене пестицидов длительного и широкого спектра действия высокоспецифическими химическими и биологическими препаратами. Одновременно осуществляется и совершенствуется местная система контроля применения этих средств. Проводится также активное совершенствование технических средств, используемых при химических методах защиты растений.

Механический метод защиты растений предполагает использование заградительных и ловчих канавок, ловчих поясов, различных приспособлений для вылова вредителей и т.п. Данный метод, в прошлом игравший важную роль, в настоящее время находит ограниченное применение из-за большой трудоёмкости и недостаточной эффективности.

Биологический метод защиты растений основан на использовании организмов или продуктов их жизнедеятельности с целью ограничения численности вредных насекомых, клещей, грызунов, патогенов и др. В России начало исследованиям в этом направлении положено И.И. Мечниковым (1879), использовавшим гриб- возбудитель зеленной мускардины против хлебного жука и свекловичного долгоносика. Этот метод предполагает интродукцию и акклиматизацию энтомофагов в очаге вредителя, их внутриаре-альное расселение из старого очага в новую сезонную колонизацию с расчетом на последующее размножение в новом очаге, создание условий для сохранения, привлечения и накопления местных энтомофагов в агробиоценоз.

К положительным сторонам этого метода относится его высокая эффективность, безвредность для окружающей среды и применяющих его людей. Во многих случаях биоматериалы имеют меньшую стоимость по сравнению с химическими препаратами. В то же время необходимость промышленного разведения и хранения большого количества насекомых и трудности механизации их выпуска в агробиоценоз при их кратковременном жизненном цикле усложняют его применение.

Одним из эффективных способов использования данного метода защиты растений, преимущественно полевых и овощных сельскохозяйственных культур, является применение местных видов энтомофагов их сезонной колонизацией. По средствам выпуска искусственно разводимых особей вида, обычного для места применения. Для этих целей, в основном, используют яйцееда-трихограмму. Ее разводят в специальных лабораториях и биофабриках и выпускают на посевы сельскохозяйственных культур (сахарной свеклы, капусты белокочанной и др.) против совок, вредителей, плодожорок и др. Определенным препятствием к широкому использованию биологического метода защиты растений, в частности яйцееда-трихограммы, является отсутствие в нашей стране и за рубежом отработанной машинной технологии ее расселения и серийного производства технических средств для его реализации.

Поэтому в настоящее время выпуск (расселение) трихограммы на поля в имагинальном (развитом) состоянии производится обычно вручную, а также при помощи простейших приспособлений, что снижает эффективность применения данного способа. Практикуется расселение трихограммы в пре-имагинальном состоянии (внутри яиц хозяев).

Трихограмма является нежнейшим живым организмом. Даже незначительные механические воздействия могут привести к резкому снижению ее биологической эффективности. Низкая норма внесения трихограммы 1,0. 12,0 г/га, обусловленная природными особенностями, создает значительные трудности при дозировании и распределении данного биоматериала по обрабатываемой культуре.

Поэтому исследования с целью обоснования машинной технологии и создания средств механизации для расселения биоматериала являются весьма актуальными. Они должны осуществляться по следующим основным направлениям:

- достижение высокой производительности (по площади расселения);

- обеспечение возможности широкого варьирования норм расходов биоматериала при минимальных их значениях и равномерном распределении его по культуре с малыми потерями качества при расселении.

Материалы комплексных исследований по обоснованию и разработке машинной технологии и технических средств биологического метода защиты полевых культур на основе использования трихограммы, в основном в предимагинальном состоянии, составляют содержание настоящей диссертационной работы.

Работа выполнена в ОАО «ВИСХОМ» в период 1982 -2004 гг.

Экспериментальные исследования по данному направлению также проводились совместно с ГСКТБ «Сельхозхиммаш» (г. Львов), ТСХА, НПО «Агроприбор», Всероссийским НИИ биологических методов защиты растений (ВНИИБМЗР), в Республиканской и Воронежской станциях защиты растений (СТАЗР).

Автор приносит благодарность всем организациям и специалистам, оказавшим помощь и содействие в выполнении данной работы и реализации ее результатов.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Краховецкий, Николай Николаевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Чрезвычайно малые дозы расселения энтомофагов (от 1 до 12 г/га), их повышенная чувствительность к механическим воздействиям, солнечному свету и излишней влаге, а также специфические физико-механические свойства живых организмов позволили определить, что наиболее эффективным способом расселения энтомофагов, с точки зрения обеспечения необходимых норм внесения и сохранения их жизнеспособности, является сплошное расселение по полю воздушной струей, создаваемой вентилятором опрыскивателя и опыливателя.

2. Для анализа распределения энтомофагов воздушной струей использована аэродинамическая модель биоматериала в виде мультидисперсного шарообразного вещества, свойства которого тождественны аэродинамическим свойствам реального биоматериала и определялись на основании статистических параметров нормального закона распределения массы и скорости витания.

3. Математическая модель транспортирования частиц биоматериала в сносящем потоке учитывает скорость трактора, скорость ветра, стационарную и пульсационную составляющие скорости воздушного потока в струе, создаваемой вентилятором и конструктивные параметры вентилятора и дозатора.

4. Для решения дифференциального уравнения движения частиц биоматериала в воздушном потоке составлена компьютерная программа на основе численного алгоритма Эйлера 1-го порядка. Это позволило получить достоверные данные по распределению биочастиц по ширине захвата, уравнение необходимо решать п-раз, пропорционально норме расхода биоматериала.

5. На основе разработанной математической модели взаимодействия инерционных частиц биоматериала малой массы с турбулентной воздушной струей вентилятора и аэродинамической модели биоматериала выявлены основные закономерности процесса расселения и определены его оптимальные параметры: ширина внесения биоматериала 35.50 м с неравномерностью распределения не более 80%, начальная скорость воздушной струи 25.35 м/с при угле наклона струи в пределах 15°.30°.

Экспериментальная проверка полученных данных подтвердила их достоверность с расхождением в пределах 12. 15%.

6. Экспериментально-теоретическим путем обоснованы тип и оптимальные параметры пневматического дозатора, обеспечивающего не только необходимую подачу биоматериала производительностью от 0,008 г/с до 0,167 г/с и транспортирование его со скоростью 5,5.7,0 м/с в воздушный поток, создаваемый вентилятором, но и постоянное аэрирование биоматериала в бункере, что гарантирует заданную норму истечения энтомофагов.

7. На основании экспериментальных исследований процесса производства биопрепаратов установлены оптимальные условия для переработки исходной биокультуры: плоскопараллельное движение качалки с амплитудой 40 мм и частотой 227 мин"1 при температуре культивации 27±1°С и длительности цикла в зависимости от типа и назначения биопрепаратов от 20 ч. и более.

Спроектирована специальная установка, которая выпускается в ВИС-ХОМе по заказам специалистов-биологов.

Апробирован способ совместного применения для защиты растений энтомофагов и биопрепаратов. В хозяйствах обработано, с удовлетворительными результатами более 8 тыс. га.

8. Изучение характера перемещения и расселения энтомофагов и создание дозатора, позволило разработать на уровне изобретений и внедрить в производство специальные устройства: приспособления ПРЭ-35 для агрегатирования с различными опрыскивателями и опыливателями, а также приспособление РЭШ-18 для расселения энтомофагов к штанговым опрыскивателям.

9. Приемочные испытания приспособлений ПРЭ-35 на Пушкинской, Молдавской и Таджикской МИС показали, что они повышают производительность в 8 раз, обеспечивая снижение затрат труда на 88%, прямых из-держек-на 40%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Краховецкий, Николай Николаевич, 2005 год

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Г.: Физматгиз, 1960.

2. Адлер Д., Барон А. Расчет трехмерного течения круглой струи в поперечном потоке. Ракетная техника и космонавтика, 1979.

3. Акатнов Н.И. Круглая турбулентная струя в поперечном потоке. -Изв. АН СССР. Сэр. Механика жидкости и газа, 1969.

4. Аленчикова Т.Ф., Краховецкий Н.Н. Водно-воздушное расселение энтомофагов трихограммы. В сб. Исследование и изыскание рабочих органов и средств механизации для индустриальной технологии производства сахарной свеклы и кукурузы на зерно. М., ВИСХОМ, 1983.

5. Аленчикова Т.Ф., Краховецкий Н.Н. Расселение трихограммы с водой Вестник с.-х. науки, 1984, № 8, с. 95-98.

6. Аленчикова Т.Ф., Краховецкий Н.Н. Изменение качества биоматериала трихограммы при водно-воздушном перемешивании. Известия ТСХА, 1985, вып. 1.

7. Аленчикова Т.Ф. Особенности применения биологических средств защиты растений и перспективы механизации биологического метода. В кн. «Актуальные вопросы теории и практики защиты растений», М., 1982.

8. Аленчикова Т.Ф. Механизация биологических методов защиты растений. Деп. рукописи 5Е 358, Материалы 8-й научно-технической конференции молодых ученых и специалистов отрасли с.-х. машиностроения. М., 1980.

9. Андреев С.В. и др. Устройство для расселения насекомых. Авт. свид. №543374,1977.

10. Ашуров А., Махмудов Д.М. Возможность механизации полевого применения трихограммы. В кн.: Защита растений от вредителей и болезней, Елгава-Рига, 1981, вып. 188.

11. Банит В.Н., Михальцов В.П. Трихограмма против лугового мотылька. Защита растений, 1980.

12. Барабаш А.В. и др. Способ расселения трихограммы. Авт. свид. № 919645,1982.

13. Берлянд М.Э. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1975.

14. Бруяцкий Э.В. Турбулентные стратифицированные течения. Киев: Научная мысль, 1986.

15. Бредшоу М. Турбулентность. Г.: Машиностроение, 1980.

16. Вызова H.JI. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. JI.: Гидром. 1974.

17. Гиневски А.С. Теория турбулентных струй или следов. — Г.: Машиностроение, 1969.

18. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. /Под ред. Л.Э. Стернина. Г.: Машиностроение .

19. Дунский В.Ф., Никитин Н.В., Соколов М.С., Пестицидные аэрозоли. Г.: Наука 1982.

20. Интегрированная защита растений. М., Колос, 1981.

21. Кику Б.Б., Коган И.А. К обоснованию основных конструктивных элементов устройства для механизированного расселения трихограммы в капсулах. Трихограмма, ч. 1, Кишинев, Штиинца, 1980.

22. Краховецкий Н.Н. Технология и оборудование для биологической защиты растений от вредителей // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2003, № 10.

23. Краховецкий Н.Н., Аленчикова Т.Ф., Каблуков Г.В. и др. Подготовлен к промышленному производству // Защита растений, 1991, № 1.

24. Краховецкий Н.Н. Уточненная схема транспортирования энтомофагов струей вентиляторного опрыскивателя и осаждения на поверхности почвы и растительности // ОАО «ВИСХОМ». М.: 203; 33 с. Рук. Деп. В ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш 12.09.2003; . - тс 2003.

25. Краховецкий Н.Н., Ченцов В.В., Бурд B.C. и др. Устройство для расселения энтомофагов. Авт. свид. № 1246435 Б.И. № 15, 1986.

26. Краховецкий Н.Н., Пушкарев Б.В., Ахатов А.К. и др. Установка для разведения насекомых. Авт. свид. № 1667781, Б.И. № 29, 1991.

27. Краховецкий Н.Н., Ченцов В.В., Алейникова Т.Ф. и др. Бункер-дозатор биоматериала полезных насекомых. Авт. свид. № 1814511, Б.И. № 17,1993.

28. Краховецкий Н.Н. Состояние и перспективы механизации выпуска энтомофагов. В кн.: «Актуальные вопросы теории и практики защиты растений», М., 1982.

29. Краховецкий Н.Н., Аленчикова Т.Ф. Механизированное расселение трихограммы чистым биоматериалом. В кн.: Интегрированная защита растений. М., ТСХА, 1985.

30. Краховецкий Н.Н., Прокопенко С.Ф. Отчет о НИР «Обоснование основных параметров рабочих органов установки для механизированного расселения энтомофагов». Номер регистрации 01840015556. УДК 631.348:632.9. Отчет ВИСХОМ.-М.: 1985.

31. Лукин В.А. Способ определения эффективности паразитов и хищников неподвижных стадий животных в природе. Авт. свид. СССР № 402353, 1973.

32. Методическое руководство по выявлению, определению и изучению трихограммы. М., ВАСХНИЛ, 1979.

33. Методические указания по промышленному производству трихограммы на биофабриках. М., 1983, ВАСХНИЛ, БМЗР.«

34. Метеорология и атомная энергия. Л.: Гид. 1971, 648 с.

35. Монин Л.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Т. 1. С.Пет., Гидр., 1992.

36. Надежно, выгодно, безопасно для окружающей среды // Защита растений, 1985, № 8.

37. ОСТ 70.6.1-81. Опыливатели и опрыскиватели. Программа и методы испытаний.

38. OCT 70.7.1-82. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины для внесения минеральных удобрений, известковых материалов и гипса.-40. Проблемы защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. М., ВАСХНИЛ, 1979.

39. Протокол № 22-30-89 от 24.10.1989 г. Государственных приемочных испытаний опытного образца приспособления к опрыскивателям для расселения энтомофагов ПРЭ-35. АгроНИИТЭИИТО. Отдел испытаний сельскохозяйственной техники. г. Пушкино Московской области.

40. Протокол № 17-43-89 от 27.10.198. г. Государственных приемочных испытаний опытного образца приспособления для расселения энтомофагов ПРЭ-35. Молдавская Государственная зональная машиноиспытательная станция. Кишинев.

41. Протокол № 183-86/12 испытаний приспособления для расселения энтомофагов. ГСКТБ СЕЛЬХОЗХИММАШ. Львов, 1986.

42. Протокол № 183-88/14 предварительных испытаний приспособления для расселения энтомофагов. ГСКТБ СЕЛЬХОЗХИММАШ. Львов, 1988.

43. Протокол № 42-89/14 испытаний приспособления для расселения энтомофагов в агрегате с серийным опыливателем ОШУ-50А. Львов, 1989.

44. Пушкарев Б.В., Михальцов В.П. Механизированное расселение трихограммы (Рекомендации). Воронеж, 1981.

45. Пушкарев Б.В., Михальцов В.П. Устройство для распространения трихограммы. Авт. свид. СССР № 829073, 1981.

46. Рукрводство по массовому разведению и применению трихограммы. МСХ СССР, ВАСХНИЛ, М., 1979.

47. Сохта А.А., Эргашев К. О механизации полевого расселения полезных насекомых. Механизация хлопководства, 1981, № 5.

48. Сохта А.А., Хакимов А.Х., Эргашев К., Медведев С.Т. Механизация расселения трихограммы на хлопчатнике. Защита растений, 1984, № 4.

49. Типовые технологические карты по производству и применению трихограммы/методические рекомендации: МСХ СССР, ВАСХНИЛ, ВНИИБМЗР, Кишинев, 1984.

50. Турбулентные двухфазные течения. Таллин Анэсср, 1976.

51. Турбулентные течения газовзвеси. Шрайбер А.А., Гавин А.Б., Наумов В.А. Киев: Научная мысль, 1987.

52. Физико-механические свойства почвы и растений. Сборник трудов ВИСХОМ, М., 1963.

53. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. (Методы исследования, приборы, характеристики). М., Колос, 1970.

54. Черкасов В.А. Эффективность производства и применения трихограммы. В кн.: Трихограмма, Кишинев, 1985.

55. Чумакова Б.М. Сравнительная анатомия и биология трихограммы обыкновенной. Труды ВИЗР, вып. 31, 1968.

56. Шец Дж. Турбулентные течения. Процессы вдува с перемешиванием. Горький.: Мир, 1984.

57. Щепетильникова В.А. Применение трихограммы в СССР. В кн.: Биологические средства защиты растений. М., Колос, 1974.

58. Baranovsky S.I., Shetz J.f. Effect if injection angle on liquid injection in supersonic flow. AIAA 79-0383,1979.

59. Smirnov N.N., etc. Motion and Sedimenta tion of Particles in Turbulent Atmosheric F lows a bove S ources о f Heating. Aerosol Science Technology 36: 101- 122(2002).

60. Краховецкий H.H. Способы и средства механизации биологического метода защиты растений. Энциклопедия. Том IV-16. Сельскохозяйственные машины и оборудование. М.: Машиностроение, <1998.

61. Краховецкий Н.Н. Совершенствование технологического процесса и оборудования для производства трихограммы в РСФСР. Государственный агропромышленный комитет РСФСР, ВНЙИЗР, Рамонь 1989.

62. Краховецкий Н.Н., Папернов Ю.Д. Эксплуатация семейства микробиологических подвесных двухъярусных качалок КМП-2-49, КМП-2-72, КМП-2-97, КМП-2-128.-М.:2000.

63. Краховецкий Н.Н. Устройство для перемешивания жидких компонентов. Патент РФ №2211082. БИ №24 от 27.08.2003.

64. Протокол испытаний Приспособления ПРЭ-35 для внесения энтомофагов на Таджикской МИС при навеске его на универсальный хлопковый опрыскиватель ОПХ-28.

65. Седых Н.В. и др. Контроль качества в биотехнологии. Рига, «Зи-мантс», 1990.

66. Краховецкий Н.Н. Теоретические аспекты распределения энтомофагов воздушной струей. РАСХН. ВИЗР //Научн. конф. «Состояние и перспективы развития прогрессивных технологий и средств механизации защиты растений.» С.-Петербург, 2004, Зс.

67. Краховецкий Н.Н., Чмель A.M., Фирсов М.М. Ёмкость для опрыскивателей. Патент РФ №2224431. БИ»6, 2004.

68. Краховецкий Н.Н., Хоменко Ю.В. Вентиляторный опрыскиватель. Патент РФ «2236132, №26, 2004.

69. Краховецкий Н.Н. Устройство для расселения энтомофагов. Патент РФ №2237405. БИ №28, 2004.

70. Вялых В.А. и др. Разбрасыватель энтомофагов. А.с. №978804, БИ №45, 1982.

71. Вялых В.А. и др. Способ заражения вредителя энтомофагом и устройство для его осуществления. А.с. №2038782. БИ №19, 1991.

72. Вялых В.А., Пушкарев Б.В. Механизированная установка для производства трихограммы //Сб. научн. тр. Воронеж, 2000, с. 80-83.

73. Вялых В.А., Пушкарев Б.В. К вопросу совершенствования оборудования для производства трихограммы на биофабриках //Сб. наун. тр. Воронеж, 2000, с. 83-87.

74. Вялых В.А. и др. К обоснованию конструктивно- технологической схемы расселителя энтомофагов //Мат. междунар. науч.-техн. конф. Зерно-град, 2004,4 с.

75. Захаренко В.А. Биологическая борьба с сорняками //Сельское хозяйство за рубежом. 1975, №12, с. 2-8.

76. Захаренко В.А. Потребление химических и биологических средств защиты растений в СССР //Химизация сел. хоз-ва, 1987, №10, с. 115-161.

77. Захаренко В.А. Научные и организационно- экономические вопросы развития биометода защиты растений в России //Пр-во и применение биологических средств защиты растений от вредителей и болезней. Одесса, 1994, кн. 1, с. 4-5.

78. Захаренко В.А. Использование биологического метода в связи экологизацией защиты растений //Экологизация с.-х. Пр-ва Северо-Кавказского региона. Анапа, 1995, с. 5-11.

79. Захаренко В.А., Павлюшин В.А., Воронин К.Е. Биоценотическая регуляция основа биологической защиты растений в агроэкосистемах //Сб. научн. тр. РАСХН. - М.: 2004, с. 4-16.

80. Гиршович Т.А. Турбулентные струи в поперечном потоке. М.: Машиностроение, 1993.

81. Прандтль JI. Гидромеханика. М.: Изд. ин. лит., 1949. i

82. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974.

83. STAR CD. Methodology. Computational Dynamics Limited, 1999.