Экология//6.Экологический мониторинг

к.т.н.,доцент Ударцева О.В.

ФГОУ ВПО Алтайский государственный аграрный университет

Анализ основных критериев обеспечения экологической безопасности процесса распыления пестицидов

На эффективность процесса аэрозольного опрыскивания влияет ряд факторов, таких как токсичность пестицидов по отношению к вредным организмам, физико-механические свойства жидкости. К физико-химическим свойствам жидкости относится- удерживаемость на поверхности растения, прилипаемость,способность смачивать объект. Основную же роль играет техника нанесения пестицидов на растения, обеспечивающая качество их аэрозольного распыления [1].

В качестве критериев качества опрыскивания сельскохозяйственных культур проанализированы три показателя: равномерность распределения распыленной жидкости по ширине захвата машины, дисперсность (размер частиц) распыляемой жидкости и густота покрытия листовой поверхности

Равномерность распределения рабочей жидкости по обрабатываемой поверхности

Равномерность распределения распыленной жидкости по ширине захвата машины, выражается коэффициентом вариации (Y):

Y = (s/М) × 100 %, где (1)

s - среднеквадратичное отклонение,

М - среднее значение показателей.

Тщательность покрытия растений зависит от равномерности распределения пестицида, а, следовательно, и необходимого для этой цели количества рабочей жидкости. Количество требуемого препарата зависит в первую очередь, от вида вредного организма (насекомое, клещ, споры или мицелий гриба, сорное растение), его подвижности (очень подвижное, малоподвижное или неподвижное), характеристики обитания и скрытости образа жизни (на верхней, нижней стороне листа, по периферии или внутри травостоя или кроны, на открытой поверхности листа и плода, внутри их и т. п.).

Требования к равномерности распределения рабочей жидкости во многом обуславливаются также токсическими свойствами применяемого пестицида. При использовании химического соединения, обладающего комплексной токсичностью, которое может поражать вредителя одновременно путем контактного, кишечного, системного и фумигантного действия, необязательно тщательное покрытие растений каплями. С учетом многообразия видов вредных организмов, защищаемых растений, применяемых пестицидов и аппаратуры практически невозможно представить какие-либо обобщенные и закономерные градации по степени равномерности распределения распыляемой жидкости по обрабатываемой поверхности. Однако принято, что в борьбе с сорняками, спорами и мицелием грибов, а также с некоторыми малоподвижными насекомыми равномерность распределения должна быть выше, чем при борьбе с подвижными насекомыми. В качестве объекта исследования в рамках данной работы, рассматривается процесс распыления гербицидов, т.к. наиболее часто ( 75%) химическая обработка посевов на территории Алтайского края связано с сорняками. Если на штанговом тракторном распылителе ширина рабочего захвата ограничивается длиной штанги (от 10 до 25 м), то при использовании вентиляторной наземной аппаратуры в зависимости от указанных факторов при обработке полевых культур она может составлять от 50 до 100 м. [2]. При использовании гидравлических распылителей неравномерность распределения рабочей жидкости составляет 5-7%, при использовании механических распылителей неравномерность составляет до 20%.Вместе с тем, наиболее характерно для сельскохозяйственных полей Алтайского края использования штанговых опрыскивательных систем.

Вторым критерием качества опрыскивания сельскохозяйственных культур является дисперсность распыляемой жидкости, которая выражается медианно массовым диаметром капель, характеризующим, в каких каплях сосредоточена половина массы распыляемого вещества. Высокая эффективность и экологическая безопасность процесса распыления пестицидов зависит от конструкции распылителя. Используемые технологии внесения пестицидов основаны на использовании гидравлических (распылители щелевые и вихревые) и механических (распылители центробежные, дисковые, барабанные и др.) устройствах. До 90% используемых на территории России распылителей являются гидравлическими. Гидравлические распылители создают диапазон дисперсности капель от10 до 500 мкм, при этом очень мелкие сносятся ветром за рабочую зону, более крупные – 400-500мкм скатываются с поверхности листа на землю. Механические распылители –центробежные, создают монодисперсное распыление при малых расходах рабочей жидкости ,при увеличении расхода рабочей жидкости наряду с основными образуются более мелкие, доля которых по массе восставляет до 10%, которые в дальнейшем испаряются и загрязняют окружающую среду [ 3].

Характер распределения препарата по обрабатываемой поверхности зависит от дисперсности опрыскивания. Чем грубее распыление жидкости, тем меньше дальность полета крупных капель, следовательно, и меньше ширина рабочего захвата и, наоборот, чем тоньше дробление, тем выше дальность полета и больше ширина захвата. Чем неоднороднее состав капель по размеру (полидисперсное опрыскивание), тем менее равномерное распределение препарата по обрабатываемой поверхности. При распылении жидкости на капли одинакового размера (монодисперсное опрыскивание) достигается более равномерное распределение препарата.

Применяемое в практике сельского хозяйства обычное и даже малообъемное опрыскивание с наземной аппаратуры, как правило, характеризуется высокой полидисперсностью. В облаке распыленной жидкости находятся и довольно крупные капли (200 мкм и более), и капли средних размеров (200 и менее мкм), и мелкие (100 и менее мкм), и очень мелкие (25 мкм и менее). Зачастую крупных капель в спектре распыляемой жидкости не так уж много, они содержат значительную массу активного вещества. Основная масса капель (99,7 %) имеет размеры не более 100 мкм, однако в них содержится около 70 % препарата.

Следовательно, для более равномерного распределения препарата по обрабатываемой поверхности необходимо стремиться к однородному дроблению капель, идеальным было бы регулируемое монодисперсное опрыскивание.

Согласно агротехническим требованиям, предъявляемым к наземным опрыскивателям, дисперсность рабочей жидкости, выраженная медианно-массовым диаметром капель, должна быть в пределах при обработке полевых культур с расходом жидкости 5-25 л/га от 80 до 200 мкм, с расходом жидкости 75 – 200 л/га - от 100 до 250 мкм, при обработке плодовых насаждений с расходом 20 - 500 л/га от 100 до 550 мкм [ 4].

Основой технологии распыления пестицидов является снижение удельного расхода препарата, сопровождаемое также существенным уменьшением уровня загрязнения растительности и почвы. Остаточные количества пестицидов в почве в режиме использования частиц оптимального размера снижаются в десятки и сотни раз. Столь резкое уменьшение уровня загрязнения почвы имеет особое значение, так как остатки пестицидов в почве сохраняются длительное время и накапливаются в корнеплодах.

Применяющиеся в настоящее время наземные опрыскиватели имеют различную характеристику по дисперсности и равномерности распределения жидкости. Эти показатели зависят не только от физико-химических свойств препаративных форм жидких пестицидов, метеорологических условий, характеристики обрабатываемой поверхности и защищаемых растений, а также конструктивных особенностей опрыскивателей, типов используемых распылителей.

На территории Алтайского края используется малообъемное, ультрамалообъемное и полнообъемное распыление пестицидов. Основные характеристика технологических средств, с учетом основных критериев оценки результативности и экологической безопасности процесса распыления пестицидов используемых для распыления пестицидов приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Сравнительный анализ характеристик технологических средств для процесса распыления пестицидов, используемых на территории Алтайского края с учетом размера капель и однородности покрытия

Наименование технологичного средства	Основные характеристики
	Диапазон размера капли^3, d, мкм.	Дисперсность капель
			Типы опрыскивающих технологий	Однородность покрытия
Универсальная опрыскивательная система КР-0295	80-120	моно	МО, УМО,	100%
Опрыскивающая система СУМО-24 на базе автомобиля УАЗ 452 С системой GPS	100-120	поли	СО	90%
Опрыскивающая система ГРД на базе автомобиля ЗИЛ-131	50-100	поли	МО, УМО	неравномерная
Опрыскивающая система «Керкитокс» на базе трактора МТЗ	200-300	поли	СО	Равномерная
Опрыскивающая система RAV-14GV на базе трактора МТЗ	200-300 и 20-70	поли	СО	Равномерная
Опрыскивающая система Антей на базе автомобиля ГАЗ-66	100-500	моно	МО	Неравномерная по ходу движения

Третьим критерием, влияющим на качество опрыскивания и как следствие на экологичность процесса, является густота покрытия листовой поверхности т.е. количеством капель, отложившихся на единице площади обрабатываемой поверхности. Для достижения большой плотности и равномерности покрытия обрабатываемой растительности распыляемой жидкостью следует применять мелкокапельное опрыскивание. Во многих случаях такое опрыскивание даже при небольшой норме расхода позволяет достаточно тщательно обрабатывать поверхность. В связи с этим важно отметить зависимость количества капель при распыливании одинакового объема жидкости от их размера.

Размер капель может быть определен различными способами и иметь различные значения. Для оценки среднего размера большинства капель в полидисперсной системе аэрозоля, определяются среднеарифметический диаметр капель :

d_no = Sd_in_i / N, где (2)

d_i - диаметр капель отдельных классов, n_i - количество капель отдельного класса, N - общее количество капель.

Если важно знать диапазон размера капель, в которых заключена половина массы жидкости, то графическим путем определяют медианно-массовый диаметр капель. Однако наиболее часто определяют средневесовой или среднеобъемный диаметр капель по следующей формуле :

d_{ср. об.}= (3)

Установлено, что при распыливании одинакового объема жидкости и уменьшении диаметра капель вдвое, их количество возрастает в 8 раз, а при уменьшении в 4 раза - в 64 раза, то есть количество капель увеличивается в

геометрической прогрессии [5].

Последовательное уменьшение размера одной капли в 400 мкм, достигаемой при крупнокапельном опрыскивании, до размеров 200, 100, 50, 25,10 и 1 мкм, получим следующее количество, представленное в таблице 2.

Таблица 2 Количество капель разного размера, получаемых из одного объема

Размер капель, мкм	400	200	100	50	25	10	1
Количество капель	1	8	64	512	4096	64 тыс.	64 млн.

Расчеты показывают, что при мелкокапельном опрыскивании (средний размер капель 100 мкм) можно создать большую густоту покрытия обрабатываемой площади (200 капель на 1 см²), расходуя при этом на 1 га всего 10 л жидкости (200 млрд. капель). Такая большая густота покрытия будет излишней. Считается, что во всех случаях плотность покрытия в 100 капель на 1 см² достаточна [6].

Густота покрытия обрабатываемой поверхности не должна быть критически низкой, когда резко снижается эффективность обработки, и не должна быть выше требуемых значений, когда препарат стекает на землю. Экспериментально [5,6] установлено, что для гербицидов густота покрытия должна превышать 20-40, для фунгицидов и инсектицидов 50-70 капель/ см².

Основная задача при применении химических средств - это нахождение оптимальной величины капель и их количества на единицу площади. Все остальное - норма расхода активного вещества, общее количество применяемой жидкости - определяется в зависимости от этих показателей.

Проявление токсического действия веществ, нанесенных с большой густотой покрытия в виде мельчайших частиц, увеличивает контакт и активную поверхность воздействия токсиканта на насекомых, клещей, споры грибов и т. п. В случае применения препаратов контактного действия эффективность опрыскивания повышается. Однако если решающее значение в гибели вредителей имеет кишечное действие яда, когда важен эффект остаточного последействия, такое тонкодисперсное распыливание с большой густотой покрытия может не иметь преимуществ перед более крупнокапельным опрыскиванием с меньшей густотой покрытия.

При определении оптимального размера частиц дробимой жидкости важно учитывать не только возможность испарения и сноса капель за пределы обрабатываемого участка, но и физическую возможность осаждения капель различного размера на растениях и вредителях.

Для оценки эффективности и экологической безопасности применения пестицидов необходимо определить количество препарата, внесенное при опрыскивании, оценить эффективность по дисперсности частиц и равномерность распределения. Немаловажным является и изучение сноса вносимого препарата за пределы обрабатываемого поля, что является задачей системного мониторинга земель.

Важным этапом в решении задач оценки экологической безопасности и эффективности процесса распыления пестицидов является процедура определения содержания компонентов в контролируемых объектах и средах. В ряде случаев альтернативой такому определению является установление степени воздействия компонента (компонентов) на некую тест-систему. Иными словами, в процессе контроля определяется количество либо массы токсиканта (выраженной в виде концентрации), либо способы его внесения. Для определения первого показателя используют, как правило, физико-химические методы, второго технические.

Совершенствование методологии работ по оценке эффективности и экологической безопасности процесса распыления пестицидов и методов анализа их микроколичеств , внедрение разработок в практику позволяет решать задачу по минимизации воздействия этого достаточно распространенного класса токсикантов на окружающую среду и человека, поддерживая и углубляя при этом положительный хозяйственный эффект химической защиты растений.