Lựa chọn mới để tối ưu hóa sự lắng đọng giọt phun trong khoai tây

Có rất ít thông tin về tác động của kiểu vòi phun dưới tán cây khoai tây rậm rạp. Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng bình xịt mịn được ưa thích hơn. 

Ứng dụng thuốc trừ sâu là cần thiết để kiểm soát sâu bệnh hại cây trồng, cỏ dại và bệnh tật, tuy nhiên, nhận thức về ô nhiễm môi trường đang tạo điều kiện thúc đẩy thay đổi ngành.

Các thiết kế vòi phun hiện đại có thể mang lại chất lượng phun giúp giảm thiểu hiện tượng trôi tia phun mà không ảnh hưởng đến độ che phủ của tia phun hoặc hiệu quả của sản phẩm. Trong khi phun, điều quan trọng là phải suy nghĩ về các tương tác phức tạp. Sản phẩm chỉ là một nửa của kết quả cuối cùng. Nửa còn lại sẽ đến từ sự hoán vị của thời gian, lựa chọn vòi phun, tốc độ chuyển tiếp, độ ổn định của cần, chiều cao cần, lượng nước, áp suất phun, góc vòi và sự chú ý đến từng chi tiết của người vận hành.

Tối đa hóa kết quả của thuốc diệt cỏ, thuốc trừ bệnh bạc lá và chất hút ẩm đồng thời giảm nguy cơ trôi, đó là một tiềm năng thú vị của việc lựa chọn vòi phun chính xác. Ứng dụng phun có hiệu quả nhất khi kích thước giọt tối ưu cho mục tiêu đã định được sử dụng. Bắt buộc phải có được độ che phủ ba chiều, đầy đủ trên khắp tán cây. Với việc gia tăng sự trôi dạt của thuốc trừ sâu là mối quan tâm chung, người trồng đã chuyển sang sử dụng vòi phun hòa khí để tạo ra những giọt lớn hơn. Câu hỏi đặt ra là điều này chuyển thành hiệu quả kỹ thuật như thế nào đối với chương trình bệnh mốc sương hoặc hút ẩm?

Có rất ít thông tin về tác động của kiểu vòi phun dưới tán cây khoai tây rậm rạp. Có một quan niệm sai lầm phổ biến rằng bình xịt mịn được ưa thích hơn. Phần lớn sự hiểu biết đến từ dữ liệu ngoại suy từ ngũ cốc và không được đo tại chỗ trong tán khoai tây dày đặc. Kiến trúc của tán cây khoai tây cùng với sự gần giống của các loại cây trồng nhạy cảm lân cận tạo ra một trở ngại lớn cho việc quản lý thuốc bảo vệ thực vật một cách đầy đủ. Việc đo lường sự lắng đọng phun trong khoai tây trước đây là một nỗ lực tốn nhiều công sức bao gồm sắc ký, lam tráng, các kỹ thuật đo lưu huỳnh khác và giấy nhạy cảm với nước.

Thuốc nhuộm màu vàng huỳnh quang Helios SC được thêm vào bình phun cùng với quá trình xử lý hút ẩm và phun qua bốn vòi phun khác nhau - Lechler IDTA, 3D ninety, Wilger và Guardian Air Twin. Tất cả các phương pháp xử lý được áp dụng ở 400 lít mỗi Ha bằng cách sử dụng các phần bùng nổ phần tư, trong hai đường chuyền riêng biệt phù hợp với hiệu chuẩn vòi phun.

Các lá riêng lẻ được chọn từ bốn cây đã được sao chép và ghép nối với ruộng trong suốt quá trình xử lý bằng cách sử dụng các đoạn bùng nổ một phần tư từ máy phun thương mại 2170m có thể tháo rời Fastrac 2000 & Knight 28 lít với cần phun Scorgie.

Dữ liệu hiệu chuẩn cho các vòi phun được đánh giá ở lượng nước 400 lít trên Ha 

3 Bar 6 km mỗi giờ - 2.0 lít mỗi phút

Wilger 025 DR 110

Syngenta 3D Chín mươi 05

4 Bar 5.5 km mỗi giờ - 1.85 lít mỗi phút

Guardian Air Twin 04

Lechler IDTA 120 04C

Việc tăng độ che phủ của lá hoặc sự xâm nhập của tán không phải lúc nào cũng làm tăng hiệu quả kỹ thuật! Cây trồng mục tiêu là cây hạt giống của Pentland Dell được rải vào một buổi sáng êm đềm ngày 2 tháng 2021 năm XNUMX.

Những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng đã khiến khả năng chụp ảnh máy tính để bàn có độ phân giải cực cao trở thành hiện thực kinh tế đối với các nhà nghiên cứu. Về mặt kỹ thuật, phân tích hình ảnh định lượng đã có thể thực hiện được, mặc dù rất ít người đã thử nó ở khả năng độ phân giải cao hiện đại. Nghiên cứu này kết hợp các đánh giá về hiệu quả sinh học của cùng một phương pháp xử lý hút ẩm được áp dụng thông qua bốn loại vòi phun và nghiên cứu một phương pháp phân tích số hóa về sự tương phản của lắng đọng phun. Những chiếc lá được chụp ảnh kỹ thuật số trên mũi đất bằng hộp đen dưới ánh sáng đèn huỳnh quang. Sự lắng đọng phun và sự thay đổi trong độ sâu của tán được phân tích vài ngày sau đó thông qua phần mềm máy tính của Syngenta ở Cambridge.

Hiểu chính xác hơn về sự lắng đọng của các giọt sâu trong tán khoai tây cuối cùng sẽ cung cấp hiểu biết đầy đủ hơn về hiệu quả của phương pháp phun và trao quyền cho người trồng để đưa ra các lựa chọn hiệu quả hơn trong việc phun. Chất lượng phun của bốn thiết kế thương mại (quạt phẳng thông thường và bao gồm không khí), trên hai tốc độ dòng nước khác nhau (004 so với 005 so với 2x 025), được thiết lập liên quan đến hiệu suất hút ẩm.

Tất cả bốn vòi phun đều hoạt động tương tự nhau về khả năng hút ẩm nhanh chóng của cây trồng.

Tốc độ dòng chảy, áp suất và định hướng mục tiêu có ảnh hưởng đáng kể. Độ che phủ ở tán dưới cao hơn với vòi quạt phẳng 2 x 025 nhưng cần lưu ý rằng ứng dụng được áp dụng vào ngày không có gió. Nếu các điều kiện khó khăn hơn, các vòi phun giảm độ trôi 90% được dự đoán sẽ hoạt động mạnh mẽ hơn. Định góc hình dạng phun khi xử lý cây khoai tây có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của chất lắng phun, so với việc áp dụng với vòi phun quạt phẳng thẳng đứng thông thường. Kết quả cho thấy sự cân bằng rõ ràng giữa độ trôi của tia xịt và độ che phủ.

Mẹo thiết thực cho người trồng trọt

Chất lượng tiền gửi phụ thuộc vào;

• Số lượng diện tích lá trong vùng mục tiêu
• Hình dạng của mục tiêu
• Cấu trúc cây trồng thẳng đứng là những bộ thu tốt của tia phun chuyển động theo chiều ngang
• Các cấu trúc thực vật nằm ngang là những người thu gom tốt các tia phun di chuyển theo phương thẳng đứng nhưng chỉ ở các tán phía trên.
• Phương pháp áp dụng
• Quỹ đạo giọt
• Kích thước và tốc độ giọt
• Lượng phun

Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng kích thước giọt có ảnh hưởng lớn đến sự lắng đọng của giọt. Phạm vi kích thước của các giọt có thể tạo ra mức độ thâm nhập vào tán cây trồng cao hơn. Điều này rất quan trọng để đảm bảo việc phun thuốc trừ bệnh mốc sương hoặc chất hút ẩm lá đến tán cây thấp hơn. Mặc dù các giọt nhỏ đến trung bình, thường được coi là mong muốn để có độ che phủ tối ưu, chúng dễ bị trôi.

Điều này có thể được giải thích bởi sự chuyển động năng động của không khí trong suốt quá trình bùng nổ. Trong quá trình phun, khi các vòi phun tạo ra một dòng chất lỏng liên tục, không khí xung quanh được nâng lên trên đỉnh của cần. Chuyển động năng động của không khí tạo ra sự sụt giảm đáng kể áp suất và nâng lên trên cần. Điều này có tác dụng cuốn các giọt nhỏ thành hình xoắn ốc, sao cho chúng bị hút lên trên, dẫn đến hình thành các xoáy sau vụ nổ và cuối cùng đọng lại trên các bề mặt gần đó. Các giọt lớn hơn có đủ vận tốc và động lượng để tiếp tục dọc theo quỹ đạo, do vòi phun phát ra.

Hình 1. Độ che phủ trung bình của lá trên toàn cây 

Mô hình lắng đọng được quan sát thêm chứng tỏ hậu quả của tỷ lệ khối lượng ứng dụng tương đối cao. Với sự lắng đọng cao hơn trên đỉnh và phía trên của tán, sự nhiễu loạn không khí và / hoặc sự nảy của giọt có thể là quan trọng.

Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng với lượng nước tăng lên, độ bao phủ tổng thể đã được nâng cao. Hoạt động của thuốc trừ bệnh mốc sương và các sản phẩm hút ẩm phụ thuộc vào việc có đủ độ che phủ.

Bảng 1.0 - Độ che phủ trung bình của cây trồng

Nozzle	Độ che phủ trung bình của nhà máy
04 IDTA Lechler	38.77%
05 3D Chín Mươi	41.76%
025	40.28%
04 Cặp song sinh không khí Hypro Guardian	19.43%

Bảng 2.0 giải thích về các vòi phun được sử dụng trong đánh giá

04 IDTA Lechler

IDTA là tia phun dạng quạt phẳng với góc phun và tốc độ dòng chảy không đối xứng. Hướng phun là 30 ° về phía trước so với vuông góc và 50 ° về phía sau đã cho kết quả tốt nhất trong nhiều thử nghiệm liên quan đến cặn bẩn cao. Góc phun phía trước là 120 ° cho 60% lượng phun, với quang phổ giọt nhỏ hơn một chút về phía trước theo hướng lái để làm ướt tối ưu. 

Góc phun phía sau là 90 ° cho 40% lượng phun với quang phổ giọt thô hơn, chống trôi hơn. Bằng cách này, phổ giọt cân bằng tốt sẽ đạt được độ bao phủ tốt. Giữa 2.1 - 4.0 Bar các vòi phun này được đánh giá là vòi phun LERAP 3 sao về khả năng giảm trôi. Giữa 1.0 Bar và 2.0 Bar các vòi phun này được đánh giá là vòi phun LERAP 4 sao về khả năng giảm trôi. Các đầu phun cảm ứng không khí về cơ bản ít bị trôi hơn so với thông thường nhưng nếu độ cao của cần không được kiểm soát tốt thì lợi ích của việc giảm trôi liên quan đến các đầu phun cảm ứng không khí sẽ không được thực hiện.

3D chín mươi

Việc tinh chỉnh cực tốt hình dạng lỗ thoát khí và các khía cạnh khác của thiết kế đầu phun có độ trôi thấp đã tạo ra Syngenta 3D ninety mới. Việc tránh bị trôi giữ cho tất cả sản phẩm đến mục tiêu và cây trồng, cũng như giảm thiểu tác động của gió giật có thể làm gián đoạn kiểu phun trong quá trình thi công; mục đích của thiết kế 3D XNUMX là đạt được sự phân bổ đồng đều nhất trên toàn bộ khu vực mục tiêu. 

Theo Syngenta, nó giảm 90% độ trôi khi so sánh với vòi quạt phẳng thông thường. Đầu nhọn mới, có góc cạnh để xuyên qua các loại cây trồng có nhiều tán lá, là một thiết kế lỗ phun trước chứ không phải là một loại cảm ứng không khí, thường thấy đối với các vòi phun có độ trôi thấp. Được thiết kế để sử dụng với các hệ thống điều chế độ rộng xung (PWM). Loại 3D ninety 05 được khuyến nghị dùng để phun thuốc trừ bệnh bạc lá và trước khi trỗ sẽ được bán trên thị trường vào mùa xuân năm 2022, với nhiều lựa chọn kích cỡ từ 03 đến 08 sau đây.

Một nhịp thay đổi

Điều chế độ rộng xung (PWM) là một hệ thống để kiểm soát kích thước và đầu ra giọt nhỏ, trong khi vẫn giữ nguyên dạng phun của vòi phun. PWM đã được sử dụng trong nhiều năm ở Mỹ nhưng vẫn sẽ phát triển ở Anh. Nó lý tưởng để hoạt động ở áp suất thấp hơn và cung cấp khả năng kiểm soát độ lệch cao đến áp suất cao hơn với các giọt nhỏ hơn hiệu quả hơn, tất cả đều có cùng một vòi phun duy nhất. Thay vì chuyển đổi giữa các vòi phun riêng biệt, PWM điều khiển dòng chảy đến một vòi phun duy nhất bằng cách sử dụng điện từ để bật hoặc tắt nó ở 10 lần / giây (được chỉ định là Hertz, vì vậy 10Hz).

Kiểm soát tốc độ dòng chảy bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc và tần suất quay của vòi phun trong khi duy trì áp suất không đổi mang lại những lợi thế khác biệt so với việc kiểm soát dòng chảy bằng cách điều chỉnh áp suất. Nếu bạn chỉ tắt một vòi phun, với hệ thống tiêu chuẩn, bạn sẽ thỏa hiệp với ứng dụng –– bạn cần tối thiểu ba vòi để có độ phủ hiệu quả –– vì có sự chồng chéo. Một vòi phun PWM có thể tự làm việc này. Xung đầu ra của đầu phun duy trì tốc độ dòng chảy chỉ với một sự thay đổi rất nhỏ về áp suất.

 Sản lượng theo lít / giây cần thiết được duy trì trong khoảng thời gian vòi phun vẫn mở –– thay đổi điều này, thay vì áp suất, duy trì đầu ra để phù hợp với tốc độ. Đồng thời, nó duy trì kích thước giọt và không ảnh hưởng đến góc. PWM cho phép một vòi phun cung cấp nhiều dòng chảy cho các ứng dụng khác nhau. Nó hoạt động với tất cả các vòi phun tiêu chuẩn, ngoại trừ khả năng cảm ứng không khí, vì chúng sử dụng vòi phun.  

 Các nhà sản xuất cũng đang nghiên cứu về tính năng 'bù theo lượt' bằng cách sử dụng PWM để điều chỉnh các vòi phun ở phần bên trong và bên ngoài của cần rộng. Điều này sẽ duy trì tỷ lệ ứng dụng và phạm vi phù hợp bằng cách bù đắp cho sự chênh lệch về tốc độ của mép ngoài, sẽ di chuyển nhanh hơn nhiều so với các vòi phun gần xe hơn trong khi rẽ.

Phun PWM bao gồm:

• Kiểm soát vòi phun riêng lẻ.
• Chồng chéo và bù lần lượt.
• Tốc độ dòng chảy nhanh chóng, theo thời gian thực thay đổi trong khi tác động tối thiểu đến kích thước giọt.

Tổng kết

Hoạt động trong các điều kiện thời tiết thích hợp và sử dụng các vùng đệm, có thể đạt được mức giảm tổng quát về độ trôi của tia phun thông qua việc lựa chọn vòi phun phù hợp. Vòi phun thủy lực rất linh hoạt trong việc lựa chọn kiểu phun, góc và kích thước.

Việc lựa chọn vòi phun nên được thực hiện theo từng trường hợp; tính đến từng tham số hoạt động để đảm bảo cung cấp và hiệu suất sản phẩm tối ưu. Phải xem xét một loạt các yếu tố phức tạp ảnh hưởng đến sản lượng máy phun, và do đó việc cung cấp sản phẩm. Tốc độ dòng chảy (lượng nước), áp suất vận hành, chiều cao cần phun, công thức sản phẩm và nồng độ đều có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng phun và hiệu quả của sản phẩm. Tuy nhiên, cuối cùng, mức độ che phủ tốt hơn đạt được nhờ các vòi phun giảm độ trôi 90% với chất lượng phun thô hơn và ít bị trôi tia phun ngoài mục tiêu hơn.

Việc phát triển thiết kế vòi phun có thể mang lại những ngày phun bổ sung có giá trị để bảo vệ bệnh bạc lá quan trọng kịp thời. Trong điều kiện thời tiết dưới mức tối ưu hoặc ở gần các loại cây trồng nhạy cảm, nguy cơ trôi có thể ảnh hưởng đến việc sử dụng chất lượng phun từ trung bình đến tốt phát ra từ các vòi quạt phẳng thông thường.

Proxy trực quan được cung cấp bởi các dải hoa dại nơi người vận hành sử dụng vòi phun Lechler IDTA trong suốt mùa giải đã giảm thiểu đáng kể sự trôi dạt của cả thuốc diệt cỏ hoặc hút ẩm. Các dải hoa dại được gieo vào phần giữa của cần phun, với các vòi phun trống được cắm trên hoa.

Tạp chí Nông học Scotland xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự hỗ trợ của ông Jim Reid, chủ trang trại Milton of Mathers, St Cyrus, gần Montrose; McCain Potatoes, Pugeston, Montrose; Oliver Ainsworth (Syngenta) và Harry Fordham (Syngenta) trong việc thực hiện công việc này.

/ công nghệ nông nghiệp