Внесение средств защиты растений в процессе орошения, часть 1

Внесение средств защиты растений (СЗР) на почву или растения может быть осуществлено с помощью ирригационной системы путем введения химического вещества в оросительную воду. Есть специальный термин для применения агрохимикатов (инсектициды, гербициды, фунгициды, нематоциды и другие химические вещества) через систему и в процессе орошения-химигация (chemigation). По мере того, как технологии орошения становятся все более совершенными, объемы химигации стали увеличиваться со средним приростом 6,2% в течение последних пяти лет. Ниже приведена достаточно полная информация для оценки возможности и принятия решения по квалифицированному внесению средств защиты растений при поливе, подготовленная согласно официальных зарубежных регламентов (1-6), в РФ по этой теме нет отдельной нормативной базы. Эти сведения не должны использоваться вместо указаний, содержащихся в руководствах по эксплуатации оборудования для ввода химикатов в систему орошения и в регламентах применения пестицидов.

Широкое использование технологии внесения СЗР одновременно с поливом объясняется рядом преимуществ, которые она обеспечивает:

• равномерное распределение химических веществ при правильном выборе и обслуживании системы орошения;
• большая гибкость в выборе времени применения химических веществ, особенно когда поле слишком влажное для трактора или самолет недоступен;
• высокая активность и эффективность пестицидов для некоторых СЗР;
• снижение стоимости внесения на 50-70% по сравнению с опрыскиванием;
• уменьшение механических повреждений растений по сравнению с опрыскивателями;
• снижение уплотнения почвы по сравнению с опрыскивателями;
• снижение воздействия химических веществ на работников;
• снижение загрязнения окружающей среды.

Недостатки, ограничения и риски у химигации тоже есть и они состоят в следующем: 

• некоторые химические вещества могут вступать в реакцию с компонентами ирригационной системы и вызывать коррозию оборудования, если система не промыта должным образом;
• некоторые установки для химигации могут быть довольно дорогостоящими, оборудование требует дополнительных капитальных затрат;
• увеличение времени внесения по сравнению с воздушным или наземным распылением;
• равномерное применение химических веществ зависит от равномерного распределения воды из оросительной системы;
• многие пестициды не одобрены для применения с поливной водой;
• существует потенциальный риск того, что все или часть химического вещества попадет обратно в источник оросительной воды (наземный или поверхностный), если предохранительные устройства выйдут из строя;
• техническая служба предприятия, менеджеры/операторы должны уделять существенное время на обеспечение безопасности химигации, проведение калибровки и контроль процесса внесения;
• во многих странах требуется получение разрешения на химигацию.

1. Наличие потребности в химигации. Решение о применении пестицида производитель должен принимать на основе обследования поля и выявления проблемы, превышающей экономический порог вредоносности.

2. Исключение угрозы здоровью и безопасности человека, домашних и диких животных, рыб (особенно любых видов, находящихся под угрозой исчезновения или находящихся под угрозой исчезновения), наземных или поверхностных источников воды или соседних культур. Применение над проезжей частью или в непосредственной близости от занятых зданий запрещено. Регламенты применения пестицидов имеют силу закона; несоблюдение этого требования может привести к судебному преследованию. Ограничения также могут применяться, если скважины, используемые для химигации, находятся рядом с муниципальными водозаборными скважинами. Перед химигацией проконсультируйтесь с местными регулирующими органами об этих ограничениях.

3. Опасность воздушного дрейфа и поверхностного стока должна быть в списке проблем любого производителя, планирующего химигацию. Регламенты пестицидов запрещают и то, и другое; таким образом, всякий раз, когда это происходит, является нарушением маркировки, и ответственное лицо подлежит судебному преследованию. Независимо от запретов, здравый смысл подсказывает, что следует избегать дрейфа ветра и стока. Потенциал дрейфа во время химигации может зависеть от нескольких переменных. Среди них: тип оросительной системы, тип и положение спринклера, рабочее давление, размер капель, использование/неиспользование адъюванта и погодные условия во время нанесения. Сток может возникать всякий раз, когда ирригационная система подает воду со скоростью, превышающей скорость инфильтрации почвы. Возникновение стока зависит не только от скорости полива и скорости инфильтрации почвенных вод, но и от таких факторов, как уклон поля, шероховатость поверхности почвы, развитие растений и наличие растительных остатков. Сток во время химигации может представлять потенциальную опасность для грунтовых и поверхностных вод, домашнего скота, прилегающих культур и дикой природы. Относительно высокие нормы внесения характерны для внешней части систем орошения с центральной опорой, особенно для систем, работающих при низком давлении. Следует позаботиться о том, чтобы комплект спринклеров соответствовал полевым условиям. В зависимости от типа применяемого химического вещества и характеристик почвы количество воды, используемой для применения химического вещества, можно отрегулировать и предотвратить сток.

4. Характеристики почвы. Почвы могут значительно отличаться на относительно небольших расстояниях. В пределах одного поля обычно встречается несколько различных текстур почвы. Скорость, с которой вода и/или сельскохозяйственные химикаты попадают в почву (скорость инфильтрации), зависит от текстуры почвы. Таким образом, изменения в структуре почвы будут влиять на управление ирригационной системой и операции по химигации. Например, крупнозернистые песчаные почвы имеют высокую скорость инфильтрации. Предполагая, что другие факторы равны (например, уклон, уплотнение), существует меньший потенциал для стока на почвах с грубой текстурой, чем на мелкозернистых илистых или глинистых почвах, которые имеют большую скорость инфильтрации. На песчаных почвах с грубой текстурой химизация чрезмерным количеством поливной воды может привести к вымыванию химического вещества ниже корневой зоны культуры. Там, где требуется химигация мелкозернистых глинистых почв, ситуация обратная. Потенциал для глубокого просачивания воды и/или химических веществ уменьшается, но потенциал для стока увеличивается. Обратитесь к картам почвенных обследований для получения конкретных характеристик почвы. 

5. Топография. Рельеф поля может существенно повлиять на равномерность подачи воды через спринклерные системы орошения, в которых отсутствуют спринклеры с регуляторами давления. Различия в высоте по длине спринклерной системы приведут к различиям в давлении на каждом выходе из сопла. Это приводит к неравномерному распределению воды, особенно в системах низкого давления. Неравномерное распределение воды можно исправить с помощью регуляторов давления на каждом отдельном спринклере. Если отклонения в распределении не могут быть исправлены, система орошения признается непригодной для химигации.

6. Характеристики оросительной системы. Физические характеристики ирригационной системы могут повлиять на способность применять химикаты. К примеру, расстановка спринклеров на дождевальных машинах для высокорослых культур не обеспечивает равномерное покрытие поверхности во второй половине вегетации. Большинство ирригационных систем можно использовать для внесения удобрений или пестицидов для внесения в почву. Однако там, где требуется нанесение на растения, можно использовать только спринклерную систему. Любая система, используемая для химигации, должна иметь соответствующее оборудование для впрыска и защитные устройства от загрязнения, и вся система должна быть в хорошем рабочем состоянии.

В данном руководстве основное внимание уделяется химигации с помощью круговых спринклерных систем. При правильном проектировании, калибровке и эксплуатации они обеспечивают высокую степень равномерности нанесения воды и химических веществ. В следующей главе подробно рассматриваются требования к комплектации оборудования.

7. Качество калибровки. Точная калибровка системы впрыска химических веществ имеет решающее значение. Без калибровки невозможно определить, является ли количество применяемого химического вещества слишком большим, слишком малым или правильным. Чрезмерное применение является неоправданно дорогостоящим, и если пестицид применяется чрезмерно, ответственное лицо может быть привлечено к ответственности за неправильное использование пестицида. Недостаточное применение часто не дает желаемого эффекта. Дополнительную информацию см. в главе о процедурах калибровки.

8. Обеспечение одинаковой нормы внесения на всей орошаемой площади. При принятии решения о том, следует ли использовать химигацию в качестве метода нанесения с использованием спринклерной системы, следует учитывать равномерность нанесения воды и химических веществ. Универсальность круговых и линейных спринклерных систем позволяют им орошать широкий спектр форм полей с помощью торцевых пистолетов и угловых систем. Разработки в спринклерных пакетах позволяют устанавливать сопла на различных расстояниях от поверхности почвы и использовать несколько различных типов сопел. Технический прогресс привел к улучшению использования воды этими системами. Но применительно к внесению СЗР есть сложности. Например, когда включен концевой пистолет, это приводит к неодинаковой норме внесения. Если давление в разбрызгивателях регулируется, изменение химического применения ограничивается областью, орошаемой концевым пистолетом. Без регуляторов на всю площадь, орошаемую во время работы концевого пистолета, будет нанесено другое количество химических веществ, чем при калибровке системы. На характер нанесения воды концевыми пушками также влияют скорость и направление ветра. Там, где направление ветра параллельно спринклерной системе, это значительно уменьшает радиус смачивания. Вода и химикаты, предназначенные для территории за пределами основной системы, могут осаждаться в пределах основной орошаемой территории. Боковой ветер удлиняет рисунок в направлении, параллельном направлению ветра, и уменьшает ширину рисунка в направлении, перпендикулярном направлению ветра. Когда осевая дождевальная машина оснащена опцией полива углов полей, обеспечить равномерность внесения СЗР еще сложнее. Но такие технологические возможности есть.

Оборудование, необходимое для применения химических веществ через ирригационную систему, включает в себя (рис. 1) резервуар для подачи химикатов с мешалкой, систему впрыска химических веществ, калибровочную трубку, обязательные предохранительные устройства.

Чтобы избежать возможных реакций с химическими веществами, помещенными в него, резервуар для подачи химических веществ должен быть изготовлен из коррозионностойкого материала, такого как нержавеющая сталь или устойчивый к солнечному свету пластик. Некоторые пестициды могут использоваться только в резервуарах определенного типа. Регламенты продуктов также содержат предупреждение, если химическое взаимодействие является потенциальной проблемой. Резервуар должен быть сконструирован таким образом, чтобы в него не попадали любые посторонние материалы, переносимые ветром- грязь, листья, остатки урожая и дождевая вода. Он также должен быть полностью дренируемым с поддоном в сливном отверстии для удобства промывки. Точные, легко читаемые метки объема жидкости должны быть на внешней стороне бака. Перемешивание в химическом резервуаре требуется в большинстве случаев (баковые смеси, сухие текучие вещества, текучие вещества, смачиваемые порошки или любые другие взвешенные составы). Гидравлическое перемешивание может быть достаточным для некоторых растворимых химических веществ, в то время как механическое перемешивание может быть необходимым для других типов химических веществ. Конкретные инструкции см. в регламентах СЗР.

Необходима механически прочная, надежная и точная система впрыска химических веществ, специально разработанная для химигации. Как и резервуар для подачи химикатов, смачиваемые детали должны быть изготовлены из нержавеющей стали или других нереактивных материалов. Для обеспечения равномерного применения желательно, чтобы точность дозирования составляла плюс-минус один процент в диапазоне от минимального до максимального рабочего диапазона. Рабочий диапазон производительности впрыскивающего насоса должен соответствовать предполагаемым нормам применения химических веществ. Элементы управления на большинстве насосов градуированы в единицах или процентах, которые представляют количество перекачиваемой жидкости при определенной настройке. Однако эти настройки могут быть неточными. Избегайте работы насоса на максимальной мощности или вблизи минимальной мощности. Такое использование может привести к неточным скоростям откачки. Поршневые насосы, в частности, теряют всасывающие возможности пропорционального уменьшения длины хода поршня для перекачивания меньших объемов. Лучше всего эксплуатировать насос в диапазоне от 10% до 90% его номинальной мощности.

Применяются три основных типа устройств для добавления химических веществ в оросительную воду:

• центробежный насос;
• объемный насос;
• метод перепада давления, включая дозаторы Вентури и насосы с водяным приводом. 

Поршневые насосы впрыскивают химическое вещество в поливную воду со скоростью, определяемой диаметром поршня, длиной хода и количеством ходов в минуту. Поскольку химический насос чаще всего приводится в движение электродвигателем или отбором мощности двигателя, питающего водяной насос, количество ходов в минуту почти постоянно и определяется установкой. Поршневые насосы калибруются путем регулировки длины хода поршня. Для этого насос должен быть отключен. Следовательно, точная калибровка несколько утомительна. Химические вещества или удобрения вступают в прямой контакт с поршнем, что приводит к чрезмерному износу и потенциальной утечке в окружающую среду. 

Мембранные насосы названы так потому, что они имеют мембрану, отделяющую приводной механизм от перекачиваемого продукта. Режим действия остается таким же, как у поршневого насоса, но перекачиваемое химическое вещество не находится в непосредственном контакте с поршнем. Выбор подходящей мембраны насоса устраняет проблемы утечки, свойственные поршневым насосам. Преимущества мембранного насоса включают в себя: а) упрощение калибровки простым поворотом регулировочного диска, б) упрощение достижения точной скорости впрыска за счет тонких градаций на циферблате, в) упрощение регулировки скорости впрыска, поскольку систему не нужно отключать для регулировки.

Инжекторы Вентури (фото 1) используют разницу между входным и выходным давлением для добавления химических веществ в оросительную воду. Когда вода проходит через горловину прибора, энергия давления преобразуется в энергию скорости. В процессе этого в горле образуется почти идеальный вакуум. Вакуум создает перепад давления, который заставляет химическое вещество вытесняться из резервуара химикатов в байпасную линию. Скорость впрыска химических веществ изменяется с помощью игольчатого клапана или диафрагмы, расположенной между резервуаром для подачи химических веществ и счетчиком. Дозаторы Вентури в основном предназначены для работы в системах капельного орошения. Давление воды, подаваемое на круговые дождевальные машины, меняется. Добавление бустерного насоса значительно уменьшает влияние перепада давления на скорость впрыска, но, в целом, скорость впрыска при таком принципе инжекции все же изменяется в зависимости от давления в трубопроводе.

Калибровочная трубка должна быть расположена в химической линии между резервуаром для химикатов и насосом высокого давления. Она используется для измерения фактической подачи рабочей жидкости СЗР во время калибровки. Материал трубки должен быть прозрачным для удобства просмотра уровня жидкости, устойчивым к поломке, стабилизированным к ультрафиолетовому свету и градуированным в единицах объема. Чтобы правильно откалибровать систему впрыска, необходимо контролировать скорость впрыска химических веществ не менее одной минуты и не более пяти минут. Поэтому калибровочные трубки должны быть достаточно большими, чтобы вместить количество химического вещества, которое будет введено в течение этого времени.

Три конкретные опасности существуют, если нет или неисправно оборудование для обеспечения безопасности:

• неожиданное отключение ирригационной насосной установки из-за механического или электрического сбоя, когда она находится без присмотра, в результате чего концентрированные химические вещества или смесь химических веществ и воды возвращаются в систему водоснабжения;
• остановка оросительной насосной установки во время работы нагнетательного оборудования может привести к обратному поступлению концентрированного химического вещества или смеси воды и химического вещества в источник водоснабжения, и/или вызвать нежелательно высокую концентрацию химических веществ в оросительном трубопроводе; 
• отключение системы впрыска химических веществ во время работы оросительного насоса может привести к обратному течению воды через резервуар химических веществ и сливу химических веществ на землю.

Защитные устройства в оборудовании химигации должны включать такие устройства:

1. Обратный клапан поливного трубопровода. В оросительном трубопроводе между оросительным насосом и точкой впрыска химикатов в оросительный трубопровод должен быть установлен обратный клапан, чтобы предотвратить слив или перекачку воды и химикатов в источник воды (фото 2). Правила требуют, чтобы корпус клапана и все компоненты были изготовлены из коррозионностойких материалов, покрыты или обработаны для предотвращения коррозии. Он должен содержать подпружиненный уплотнительный механизм, предназначенный для закрытия до или в тот момент, когда вода перестает течь в рабочем направлении. Направление потока должно быть четко указано на внешней стороне устройства. Обратный клапан должен выдерживать в течение одной минуты гидростатическое давление, вдвое превышающее номинальное рабочее давление, без утечки в соединениях.

Там, где конфигурация системы и рельеф местности подходят, правила допускают петлю трубы с гусиной шеей ниже по потоку от насоса для поливной воды в качестве альтернативы обратному клапану линии поливного трубопровода и сливу низкого давления (фото 3). Нижняя сторона трубы на вершине петли должна быть не выше и не ниже 60 см самого высокого спринклерного или другого типа источника воды. Контур должен содержать либо вакуумный предохранительный клапан, либо комбинированный воздушный и вакуумный предохранительный клапан в верхней части контура трубы. Порт для впрыска пестицидов должен располагаться ниже по течению от вершины петли трубы и, по крайней мере, на 15 см ниже.

2. Вакуумный предохранительный клапан должен быть расположен в верхней части оросительного трубопровода между оросительным насосом и обратным клапаном оросительного трубопровода (фото 3), чтобы предотвратить вакуум, который может привести к сифонированию при остановке потока воды. Предохранительный клапан вакуума должен быть не менее 3/4 дюйма в диаметре. Большинство систем имеют вакуумные предохранительные клапаны диаметром более 2 дюймов.

3. Смотровой порт. В большинстве случаев вакуумный предохранительный клапан также служит в качестве смотрового отверстия. Предусмотрена проверка на неисправность обратного клапана поливного трубопровода и слива низкого давления. Он должен быть расположен между оросительным насосом и обратным клапаном оросительного трубопровода, чтобы можно было наблюдать вход в слив низкого давления (фото 3). Для смотрового отверстия требуется отверстие диаметром не менее 4 дюймов.

4. Слив низкого давления должен быть установлен на дне горизонтальной трубы между оросительным насосом и обратным клапаном оросительного трубопровода. Дренаж во всех случаях должен располагаться на ирригационном трубопроводе до точки закачки химических веществ. Дренаж должен быть изготовлен из коррозионностойкого материала или покрыт покрытием для предотвращения коррозии и должен быть установлен в нижней части трубы или под ней. Сливное отверстие должно быть не менее ¾ дюйма в диаметре и открываться автоматически при остановке потока воды. Кроме того, к дренажу низкого давления должен быть присоединен шланг или трубопровод диаметром ¾ дюйма или более, а выход должен находиться на расстоянии не менее 1 м от оросительной скважины или источника воды. 

5. Обратный клапан линии впрыска химических веществ должен быть установлен в линии впрыска химических веществ между насосом для впрыска химических веществ и отверстием для впрыска химических веществ на оросительном трубопроводе (фото 4). Его назначение двоякое: 1) предотвратить гравитационный поток из резервуара химикатов в оросительный трубопровод, 2) предотвратить попадание воды из оросительной системы в резервуар химикатов, вызывающее переполнение. Для достижения этих целей рекомендуется, чтобы нагнетательное отверстие и обратный клапан были размещены в оросительном трубопроводе выше уровня жидкости в резервуаре химикатов; идеальное расположение в вертикальной колонне оси. Клапан был изготовлен из химически стойких материалов и рассчитан на минимальное давление открытия (растрескивания) 69 кПа.

В качестве альтернативы нормативные документы позволяют устанавливать функциональный подпружиненный обратный клапан, функциональный нормально закрытый обратный клапан с гидравлическим приводом и функциональный вакуумный предохранительный клапан.

6. Одновременная блокировка. Правила требуют, чтобы насосная установка для орошения и насос для впрыска химических веществ были заблокированы таким образом, чтобы если насосная установка остановится, насос для впрыска также остановится. Это предотвратит закачку химических веществ в оросительный трубопровод после остановки оросительного насоса. В системах с оросительным насосом с приводом от двигателя насос для впрыска химических веществ может быть прикреплен ремнем к приводному валу или вспомогательному шкиву двигателя. Другая альтернатива включает в себя эксплуатацию нагнетательного оборудования с использованием энергии, вырабатываемой энергоблоком насосной установки. Эти типы установок напрямую блокируются, так что нагнетательное устройство работает только тогда, когда работает насосная установка для орошения. 

Самостоятельное изготовление оборудования для химигации под силу предприятиям с квалифицированной технической службой. В мире налажено и серийное заводское производство специальных комплектных установок, называемых Chemigation System, Chemigator или Chemigation Unit (фото 5). Цены производителей в зависимости от комплектации и мощности составляют от 2 до 7 тыс. долларов. Самое полное оснащение такого оборудования включает смонтированные на общей раме бак для химикатов, насос, калибровочную трубку, электродвигатель с регулируемой скоростью, электромагнитный расходомер и интерфейс управления, который может подключаться непосредственно к дождевальной машине или работать автономно. Интерфейс управления может поддерживать разные режимы дозирования: заданную скорость, пакетную пропорциональную скорость и переменную скорость. Система документирует и регистрирует данные о режимах работы и может управляться удаленно, с телефона.

1. Все компоненты, вступающие в непосредственный контакт с пестицидами, должны быть устойчивы к воздействию пестицидов и солнечного света и выдерживать рабочее давление в системе.
2. Инструкции по эксплуатации систем химигации должны быть на видном месте. 
3. Следует принять меры предосторожности для защиты работников от случайного сброса или утечки пестицидов. Новые санитарные нормы РФ требуют публикации, а также уведомления любых сельскохозяйственных работников о применении пестицидов.
4. Все пестициды, будь то в концентрированной или разбавленной форме, должны быть четко идентифицированы, сопровождаться инструкциями по использованию и храниться в безопасных местах.
5. При разведении пестицидов следует надевать защитные очки, защитные маски и одежду, устойчивую к пестицидам. Концентрированные пестициды, как правило, должны добавляться в воду в резервуаре для пестицидов, если в инструкциях не указано иное.
6. Не допускать, чтобы оросительная вода собиралась или стекала и представляла опасность для скота, колодцев, водоемов или прилегающих к ним посевных площадей.

Все участки, обрабатываемые пестицидом через поливную воду, должны быть обозначены табличками в течение всей химигации. Знаки должны содержать сигнальное слово из регламента применения пестицида, название пестицида. Знаки должны быть вывешены в обычных пунктах въезда и на углах собственности, непосредственно прилегающих к маршрутам общественного транспорта, другой государственной или частной собственности. Знаки должны располагаться на расстоянии не более 30 м друг от друга для поля, расположенного рядом с общественной зоной, такой как парк, школа или жилой район. Если в регламенте описаны более строгие инструкции по размещению, эти ограничения должны соблюдаться.

Североамериканские требования предусматривают комплекс дополнительных мер безопасности при внесении СЗР с поливом:

1. Обеспечить источник пресной воды рядом с резервуаром химикатов и впрыскивающим насосом для смывания любых химических веществ, которые контактируют с кожей. Выход пресной воды из оросительной системы должен располагаться между обратным клапаном оросительного трубопровода и водопроводом. Он никогда не должен использоваться в качестве порта для инъекций каких-либо сельскохозяйственных химикатов, а также в качестве источника питьевой воды. 
2. Между резервуаром для подачи химикатов и насосом для впрыска следует установить фильтр, чтобы предотвратить засорение насоса для впрыска, обратного клапана или другого оборудования. Размер сетки фильтра зависит от типа вводимого химического вещества. Это устройство следует проверять до и после каждого использования.
3. Расположить все резервуары для подачи и смешивания химических веществ, насосы для впрыска и т.д. на безопасном расстоянии от потенциальных источников электрической дуги или искры, чтобы уменьшить опасность взрыва, вызванную воспламеняемостью некоторых химических веществ.
4. Рельеф поверхности в непосредственной близости от колодца или источника воды должен быть сформирован таким образом, чтобы любые пролитые химические вещества стекали не в сторону источника воды.
5. Все оборудование и принадлежности, включая шланги, уплотнения, прокладки и т.д., которые контактируют с химическими смесями, должны быть устойчивы ко всем применяемым составам химикатов, включая эмульгаторы, растворители и другие носители в дополнение к активному ингредиенту.

Оборудование и меры, описанные выше, в большинстве случаев обеспечат приемлемый уровень безопасности оператора, а также защитят от загрязнения источник оросительной воды. Однако если ваш источник поливной воды находится рядом с муниципальным колодцем, может потребоваться дополнительное оборудование для защиты от загрязнения. 

Продолжение следует...