CC BY
6
Кузнецов П.А. студент 1 курса
Институт Электронных и Информационных систем
Россия, г. Великий Новгород БПЛА В КАЧЕСТВЕ СТИМУЛЯТОРА ВЕГИТИРУЮЩИХ РАСТЕНИЙ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Аннотация
В статье рассматривается эффективность применения беспилотного летательного аппарата модели «DJI Phantom 4» для лазерной обработки вегетирующих посевов моркови сорта Анастасия F1, как одна из основных овощных культур, районированных в Северо-Западном регионе. Данная обработка способствует стимулированию развития растений на начальных этапах вегетации и как следствие в более поздних этапах роста, а также улучшению основных показателей роста и развития растений, повышения их устойчивости к некоторым болезням и урожайности. Вместе с тем такая обработка дает значительное повышение сохранности корнеплодов без дополнительных капиталовложений в овощехранилище.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат БПЛА, лазерная обработка вегетирующих растений, двухкоординатное сканирующее лазерное устройство, полупроводниковый лазер.
Kuznetsov P. A. Student 1 course
Institute of Electronic and Information systems
Russia, g. Veliky Novgorod UAV AS A STIMULANT VEGETERAIN PLANTS LASER RADIATION.
Annotation.
The article discusses the efficacy of unmanned aerial vehicle model "DJI Phantom 4" for laser processing of vegetative crops of carrot varieties Anastasiya F1, as one of the major vegetable crops, zoned in the North-West region. This treatment helps to stimulate the development of plants at early stages of the growing season and as a result in later stages of growth, as well as the improvement of basic indicators of growth and development of plants, increasing their resistance to some diseases and yield. However, this treatment gives a significant increase in the safety of the roots without additional investment in the vegetable store.
Keywords: unmanned aerial vehicle UAV, laser processing of vegetative plants, a two-axis scanning laser device, semiconductor laser.
Актуальность
Традиционные (химические) технологии получения
сельскохозяйственной продукции экологически не безопасны. С 1991 года в странах ЕЭС проводятся реформы, направленные на ограничение использования химических средств в первую очередь фунгицидов, при возделывании сельскохозяйственных культур. Как правило, они приводят к снижению плодородия почв, накоплению в них вредных остаточных продуктов и ухудшению экологического состояния окружающей среды. В связи с этим большинство разрабатываемых технологий направлено на минимизацию или полное исключение химических средств защиты.
Перспективной альтернативой химическим методам является разработка и внедрение лазерных технологий, включающих предпосевную обработку семян как зерновых, технических, так и овощных культур для их обеззараживания, стимуляции роста и развития растений при их обработке на полях и индукции устойчивости к ряду болезней в процессе вегетации [15]. Приемы лазерной агротехники используются в комплексе с другими традиционными агротехническими мероприятиями и с минимальными затратами вписываются в существующий порядок сельскохозяйственных работ.
Особый интерес представляют способы лазерной стимуляции растений непосредственно в процессе их вегетации. Такой технологический прием приводит к ускорению роста и развития растений, повышению урожайности сельхозкультур, а также профилактики болезней растений при вегетации (при этом сроки созревания наступают раньше на 5-10 дней), повышению сохранности урожая без дополнительных капиталовложений в овощехранилище.
Введение
На базе лазеров в мировой практике разработан ряд специализированных установок, для лазерной активации посевов сельскохозяйственных культур.
Так, например, в Австралии ещё в начале семидесятых годов использовался мобильный агрегат, перемещающийся по полям и облучающий десятки гектар в автономном режиме [6].
В Токийском сельскохозяйственном университете разработали самопередвигающийся робот с лазерной установкой. С его помощью проводят различные технологические операции, как в теплице, так и в поле
[7].
В России лазерные устройства для сельского хозяйства начали применять на Кубани с 1976г. В Казахстане на базе УНПО «Биофизика» (Алма-Ата) разработана специализированная установка лазерной активации посевов сельскохозяйственных культур. Её основные элементы — гелий-неоновый лазер (ЛГ-75 или ЛГН-104) и сканирующее устройство, закреплённое на вертикальной подъёмной стойке. Вся конструкция, собранная на стальной раме, размещается в кузове транспортного средства, например, колёсного трактора. Перемещаясь вдоль поля со скоростью 10-15
км/час, лазерная установка облучает значительную поверхность, сканируя лучом перпендикулярно направлению движения трактора.
При помощи специальной рамки это же устройство навешивалось на транспортное средство, от бортовой сети которого осуществлялось его питание (аккумулятор 12В). Облучение посевов производилось при движении транспортного средства по периметру поля или технологической колее, диаметр действия лазерного луча охватывает 800м [8].
Все эти устройства имели главный недостаток, из-за которого они не получили широкого распространения в сельскохозяйственном производстве. Установки недостаточно адаптированы к промышленному сельскохозяйственному производству, кроме того, оборудование установок громоздкое, травмирующее растения. Их также отличает высокая трудоемкость и энергозатратность при проведении технологического процесса.
Учитывая недостатки ранее применяемых лазерных установок, на ООО «Биомед» (г. Великий Новгород) разработано и защищено патентом Российской Федерации устройство (рис. 1) для лазерной обработки вегетирующих растений с применением БПЛА [9].
Рис. 1. БПЛА для обработки вегитирующих растений В качестве БПЛА использовался квадрокоптер модели «DJI Phantom 4», время полета с одним аккумулятором 28 минут, взлетный вес 3400 грамм. На БПЛА к интегрированному подвесу крепится блок с двухкоординатным сканирующим лазерным устройством. В блоке лазера формируется сканирующая кадровая развертка лазерного излучения в виде прямоугольного светового пятна размером 50 X 1 метров. Лазерная обработка осуществляется с высоты полета 10-15 метров.
На (рис. 2) схематично показан способ обработки моркови с БПЛА на поле площадью в 1 гектар. При движении БПЛА со скоростью 0,25 м/c среднее время обработки поля длинною в 200 метров и шириной 50 метров составит 14 минут. Скорость перемещения светового пучка составляла 0,25 м/с при плотности мощности 0,5 Вт/м2.
Рис. 2. Лазерная обработка поля БПЛА
Материалы и методы
В качестве исходного материала для опытов была взята морковь сорта «Анастасия F1», как одна из основных овощных культур, районированных в Северо-Западном регионе. Обработка моркови производилась в вечернее время дважды в период вегетации в фазу роста розетки листьев и корней.
Результаты опыта показали, существенное превышение по урожайности в опытном варианте по отношению к контролю. Так, урожай корнеплодов в контрольном варианте составил 2,5 кг/м2, а в вариантах с лазерной обработкой урожай составил 3,30-5,35 кг/м2, что выше контроля на 32-114%.
Анализ элементов структуры урожайности корнеплодов моркови даёт основание судить о том, что урожай был сформирован за счёт более высокой густотой стояния растений перед уборкой 43,7 шт./м2, что выше контроля на 105%. А также некоторым повышением массы корнеплода относительно контроля на 4%, длины на 20% и массы листьев (ботвы) на 140%.
Результаты и обсуждение
Биологической особенностью моркови является то, что наиболее быстрый рост подземной части (корня) происходит в начальный период вегетации. Следовательно, лазерная обработка в период вегетации способствовала интенсификации процесса роста корня, так длина корня в среднем увеличилась на 20% и составила 18,2 см. Другой особенностью является то, что урожай моркови создаётся фактически в последний период вегетации, когда корнеплоды интенсивно растут за счёт оттока питательных веществ из листьев. В опытном варианте эта особенность выражена в более высокой массе листьев перед уборкой на 114% относительно контроля.
Лазерная обработка способствует стимулированию развития растений на начальных этапах вегетации и как следствие в более поздних этапах роста. Вместе с тем такой способ обработки дает значительное повышение
сохранности корнеплодов без дополнительных капиталовложений в овощехранилище.
Использованные источники:
1. Андросова В.М. Индукция болезнеустойчивости озимой пшеницы лазерным облучением семян и вегетирующих растений: Тез. докл. I Всерос. конф. по иммунитету растений к болезням и вредителям. - СПб, 2002.
2. Журба Т.П. Использование лазера против грибных инфекций при выращивании сельскохозяйственных культур. - Краснодар: Инф. листок, 1999, № 106-99.
3. Журба П.С., Трещев Д.Л., Андросова В.М. Экологически чистые технологии защиты и повышения урожайности сельскохозяйственных культур на основе лазерной активации семян и растений. Современные технологии и перспективы использования экологически безопасных средств защиты растений и регуляторов роста: Тез. докл. III семинара-совещания. -М.: ЦИНАО, 2001.
4. Трещев Д.Л. Применение лазерных технологий при возделывании сельскохозяйственных культур. - Краснодар: Инф. листок, 1997, № 226.
5. Трещев Д.Л., Андросова В.М., Журба П.С. Механизация применения лазера для защиты сельскохозяйственных культур от болезней. -Фитосанитарное оздоровление экосистем: Матер. II Всерос. Съезда по защите растений. - СПб, 2005, т.2.
6. Patent spécification № 1326226. A method of controlling plant growth by means of a laser / Potts, Kerr and Co. - Published by the Patent Office, 25. -London. WCZAIAY, 1973.
7. Kobayashi, T. A study for robot application in agriculture / T. Kobayashi, K. Tamaki, R. Tajima // J. agr. Sc. Tokio Noguo Daigaku. - 1990. - Vol. 35, № 1. - P. 80-87.
8. Патент РФ № 240663 РФ. Способ промышленного возделывания сельскохозяйственных культур с использованием лазерного облучения / П.С. Журба, Т.П. Журба, Е.П. Журба. Опубл. 11.03.2003.
9. Решение о выдаче патента на изобретение № 2487 от 25.10. 2017г. как «Способ авиационной лазерной обработки растений в период вегетации».
