CC BY
34
УДК: 632.934.1
Ю. В. Бадиков, Р. Б. Валитов
Оценка качества применения эмульсионных препаратов гербицидов в форме аэрозолей
Научно-исследовательский технологический институт гербицидов и регуляторов роста растений
Академии наук Республики Башкортостан 450029, Уфа-29, ул. Ульяновых, 65, Республика Башкортостан, e-mail: labsar @anrb.ru
Изучена взаимосвязь физических (размеры капель эмульсий препаратов гербицидов и их рабочих жидкостей — мало концентрированных водных эмульсий препаратов); нормативно-технических (норм расхода препаратов гербицидов и их рабочих жидкостей на 1 гектар поля) и технологических (густоты и степени покрытия каплями рабочей жидкостью объектов обработки) в ходе аэрозольной обработки гербицидами. Разработана модель, связывающая эту совокупность параметров. Предложен алгоритм практического использования результатов моделирования.
Ключевые слова: гербициды, эмульсии, нормы расхода, доза, размеры капель, степень покрытия, густота покрытия, рабочая жидкость, препарат, математическая модель.
До сих пор отсутствуют сколько-нибудь внятные правила, позволяющие сформулировать рекомендации операторам техники аэрозольного внесения эмульсионных гербицид-ных препаратов относительно коллоидно-физических, нормативно-технологических и аппаратных факторов эффективного применения гербицидов.
Традиционная схема доведения биологического потенциала действующих веществ гербицидов до объекта обработки складывается из ряда этапов. В ходе промышленного производства создаются препараты с заданными потребительскими свойствами. Для равномерного внесения малого количества препаратов на большой поверхности они разбавляются водой. Малоконцентрированные эмульсии препаратов в воде или так называемые рабочие жидкости распределяются на поверхностях обработки путем аэрозольного внесения. Изготовление рабочих жидкостей определяется нормативными предписаниями по расходу гербицида и рабочей жидкости на 1 га поля и возможностями техники аэрозольной обработки.
Решение задачи выработки рекомендаций оператору обусловлена взаимосвязью разнородных параметров: размеров капель внутренней фазы эмульсии препаратов гербицидов, рабочих жидкостей; техническими нормами
расхода препаратов гербицидов и рабочих жидкостей на 1 гектар поля и технологическими параметрами густоты и степени покрытия каплями рабочей жидкости объектов обработки в ходе аэрозольной обработки гербицидами.
Наша задача состояла в выявлении закономерностей этих взаимосвязей и выработке принципиальных рекомендаций оператору техники аэрозольной обработки эмульсионными препаратами гербицидов.
Постановка задачи и алгоритм ее решения
Методически ставится задача выяснения количества капель препарата, которые могут разместиться в следе одиночной капли рабочей жидкости при заданных нормах расхода препарата и рабочей жидкости, и размерах капель препарата и рабочей жидкости.
Из естественных геометрических представлений 1 2 ясно, что в одной капле рабочей жидкости разместились все попавшие в эту каплю капли препарата на этапе приготовления рабочей жидкости и ее распыла. Далее судьба этого объединения состоит в том, что на поверхности обработки из капли рабочей жидкости путем естественного испарения удаляется вода и не испарившаяся часть — капли препарата — размещаются в следе капли рабочей жидкости.
Можно представить несколько вариантов такого размещения. В следе капли рабочей жидкости капли препарата оседают единичными разрозненными пятнами (следами одиночных капель препарата). Капли препарата оседают сосредоточенными «островами» (след капли рабочей жидкости закрывается областями тесно связанных единичных капель препарата). След капли рабочей жидкости перекрыт «многоэтажной» конструкцией из капель препарата (капли препарата в силу недостаточности свободной площади начинают оседать друг на друге).
Дата поступления 12.03.08
Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. Жо 2
Представляя алгоритм модели, мы используем типовые приемы формального описания. Наша модель — модель идеализированная, т. е. не включает множество факторов, которые потенциально могут влиять на исследуемые явления. Но именно такой подход позволил получить принципиальные выводы.
Алгоритм модели содержит 5 шагов:
Шаг 1: Вычисление объемов капель рабочей жидкости (Урж) и препарата (Упф) для средних (модальных) диаметров капель (Бш, dm). Объем исчисляется в мл, диаметры — в мкм.
Шаг 2: Вычисление площади следов единичных капель рабочей жидкости и препарата в см2 (Брж и Бпф) в зависимости от норм расхода рабочей жидкости (Нрж — л/га) и препарата (Нпф — л/га).
Шаг 3: Определение густоты покрытия, т. е. числа капель, размещающихся на 1 см2 обрабатываемой поверхности, соответственно, рабочей жидкости (ГПрж — шт/ см2 ) и препарата (ГПпф — шт/ см2 ).
Шаг 4: Определение степени покрытия, т. е. отношения суммарной площади всех осевших капель рабочей жидкости и препарата к общей площади обработки (СПрж — %, СПпф — %) соответственно.
Шаг 5: Выпадение капель препарата происходит только в пределах следов капель рабочей жидкости. Поэтому на очередном шаге алгоритма вычисляется фактическая степень покрытия каплями препаратом объекта обработки — СПФпф — как отношение СПпф к СПрж.
Приведем математические соотношения модели вычислительного эксперимента:
Шаг 1. Урж = (п • (Брж)3 )/6 (1)
Упф = (п • Ыпф)3 )/6 (2)
Шаг 2. Брж = (п • (Брж)2 )/6 (3)
Бпф = (п • (Бпф)2 )/6 (4)
Шаг 3. ГПрж = Нрж/ Урж (5)
ГПпф = Нпф/ Упф (6)
Шаг 4. СПрж = Брж • ГПрж (7)
СПпф = Бпф • ГПпф (8)
Шаг 5. СПФпф = СПпф/СПрж =
= (Нпф/Нрж)/( Брж/ dпф) (9)
2. Вычислительный эксперимент и его результаты
Вычислительный эксперимент проводили в пределах следующих интервалов изменения управляемых факторов:
Норма расхода рабочей жидкости — от 50 до 300 л/га.
Модальный диаметр капли рабочей жидкости — от 50 до 300 мкм.
Модальный диаметр капли препарата в эмульсии рабочей жидкости — от 1 до 15 мкм.
Доза по препарату — от 0.1 до 15 л/га.
График рис. 1 построен на формулах модели 1, 3, 5, 7 и связывает степень покрытия объекта обработки каплями рабочей жидкости в зависимости от их среднего диаметра и нормы расхода рабочей жидкости на 1 га поля.
СП каплями РЖ
1,00 0,90 0,80 0,70 * 0,60 д 0,50 О 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
20 120 220 320
Орж, мкм
50 -■-100 -А-150 -В- 200 -Ж- 250 -Ф- 300
Рис. 1. Степень покрытия (РП) поверхности обработки каплями рабочей жидкости (РЖ) в зависимости от нормы расхода жидкости и среднего диаметра капель
Этот график полезен оператору в качестве инструмента для определения качества обработки поля (при аэрозольной обработке рабочей жидкостью данного поля в зависимости от настроек форсунок и объема выливаемой жидкости).
С точки зрения настоящей статьи этот рисунок позволяет однозначно определить степень покрытия объекта обработки каплями рабочей жидкости в зависимости от среднего диаметра капель рабочей жидкости при заданных нормах ее внесения. Тем самым формируется совокупность следов капель рабочей жидкости, в которых будут оседать капли препаративных форм. Например, при среднем диаметре капель рабочей жидкости 120 мкм и норме расхода РЖ — 150 л/га степень покрытия составит — 19% от общей поверхности обработки.
График рис. 2 построен на формулах модели 2, 4, 6, 8 и имеет ту же смысловую нагрузку, что и в рис. 1. Задачи, решаемые посредством этого рисунка, сводятся к определению степени покрытия каплями препаративной формой единичной листовой поверхности
в зависимости от среднего размера капель и нормы расхода субстанции формы.
СП каплями ПФ
-е
к С
О
0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00
-е
п
к
-0,1
-0,3 ■
10 <1пф
-0,5 -X
15
-0,7 ■
-0,9
20
1,1
Рис. 2. Степень покрытия поверхности обработки каплями препаративной формы в зависимости от среднего размера капель формы и нормы расхода препаративной формы
Например, при норме расхода препарата 0.3 л/га и среднем диаметре капель 5 мкм степень покрытия составит порядка 1% от общей поверхности обработки.
Для решения поставленной задачи важно знать не некие безотносительные значения степеней покрытия, а характер размещения капель препарата в пределах капли рабочей жидкости. Выяснению этого вопроса строится графический образ степени покрытия каплями препарата в пределах следов капель рабочей жидкости (рис. 3).
СП каплями ПФ в следах капель РЖ
а С
О
п П
С
1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
0,000
0,025 -0,46 ■
0,050
1-0,11 -0,55
0,150
0,100 СПпф
-0,20 —*—0,29 -0,64 -е-0,73
0,200
-0,38 -0,90
Рис. 3. Степень покрытия объекта обработки каплями ПФ в следах капель РЖ
Мы приводим фрагмент общего рисунка, который ограничен сверху равномерным одномерным заполнением поверхности следа капли рабочей жидкостью каплями препаративной
формы. Такое представление, созданное по формуле модели 9, обусловлено тем, что превышение ординаты графика свыше единицы фактически будет означать «многоэтажную» конструкцию из капель препарата в пределах следа одиночной капли рабочей жидкости.
Степень покрытия единицы листовой поверхности рабочей жидкостью препаративной формы является одним из важнейших показателей, определяющих биологическую эффективность гербицидного препарата.
Приведенные выше теоретико-расчетные данные показывают, что между расходом рабочей жидкости и расходом препарата на 1 га, а также размерами капель рабочей жидкости и препарата существуют вполне определенные связи, позволяющие обеспечить необходимый уровень покрытия единицы площади обрабатываемого объекта рабочей жидкостью, степень и плотность покрытия частицами препарата.
Принципиальным в данном вопросе является определение пороговых значений степени покрытия. Согласно известным данным, величина нижнего (критического) значения степени покрытия единицы листовой поверхности препаратом находится на уровне 1.5% от об-
3
щей площади единицы поверхности .
Ниже этой величины наблюдается снижение биологической эффективности препарата из-за его недостатка.
Превышение степени покрытия более 1.5%, естественно, увеличивает биологическую эффективность препарата. Однако резонно предполагать, что должна иметь место предельная величина степени и плотности покрытия, выше которой могут иметь место негативные явления, отражающиеся на биологической эффективности препаратов.
Прежде всего, это связано с возможным ожогом (хлороз) растений, что приводит к омертвлению тканей в местах повышенной концентрации препарата и затруднению последующего доступа пестицида вовнутрь растения, что, естественно, приводит к снижению биологической активности препаратов.
Появление негативных явлений хлороза в ходе обработки гербицидами возможно в двух случаях:
— при совпадении площади капли рабочей жидкости препарата с суммарной площадью частиц эмульсии, находящихся в капле РЖ, после испарения воды;
— когда суммарная площадь капель эмульсии препарата превосходит площадь капли рабочей жидкости после испарения воды.
0
5
Не сама по себе степень покрытия выше нижнего критического значения определяет биологическую эффективность препарата, а именно ее значение, не допускающее образования плотно упакованного или многослойного перекрытия частицами эмульсии препарата в пределах следа капли рабочей жидкости.
На основании многочисленных экспериментов в тепличных условиях можно полагать, что степень покрытия частицами эмульсии препарата должна составлять порядка 30% от общей площади следа капли рабочей жидкости.
Совершенно очевидно, что по мере повышения эффективности пестицида и снижения его норм расхода на 1 гектар, площадь, занимаемая частицами дисперсной фазы препарата по отношению к площади следа капли рабочей жидкости будет уменьшаться, но не должна быть ниже принятого критического значения степени покрытия в 1.5% от единицы обрабатываемой поверхности
Из всего многообразия взаимовлияющих факторов, определяющих эффективность химической борьбы с сорной растительностью, оператор может влиять только на один показатель — расход воды. Другие факторы (размер капель рабочей жидкости, регламентный расход препарата на 1 га, размер капель эмульсии препарата в рабочей жидкости) фиксируются конструкцией опрыскивающей аппаратуры и качеством препаративной формы, приобретаемой в процессе производства препарата.
Как следует из результатов вычислительного эксперимента при среднем размере капель рабочей жидкости в пределах 200—300 мкм и расходе рабочей жидкости 200 л на га степень покрытия единичной поверхности листа составляет 6—10 %.
При этом степень покрытия следов капель рабочей жидкости препаратом, равная 30%,
будет иметь место при расходе препарата
0.6.1.0 л/га и среднем размере капель эмульсии до 5 мкм.
Совершенно очевидно, что промежуточные значения расхода препарата от 0.6 до 1 л/га потребуют некоторой корректировки расхода воды на приготовление рабочей жидкости для обеспечения оптимальной степени покрытия.
В случае работы с препаратами, имеющими расходы на уровне 0.1 л/га, при тех же характеристиках качества эмульсии в рабочей жидкости оператор должен уменьшить расход воды на приготовление рабочей жидкости практически до 80 л/га, что позволит обеспечить требуемое соотношение площадей капель рабочей жидкости и препарата.
Таким образом, предложенная модель оптимизации технологических параметров процесса приготовления рабочих жидкостей эмульсионных препаратов для аэрозольной обработки дает оператору практические рекомендации, как при заданных значениях качества препаратов, норм его расхода на 1 га поля, через изменение расхода воды на приготовление рабочих жидкостей выбрать оптимальную степень покрытия поверхности листа препаратом в следе капли рабочей жидкости, обеспечивая тем самым его высокую технико-биологическую эффективность.
Литература
1. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов.— Л: Химия, 1987.— 264 с.
2. Коузов П. А., Скрябина Л. А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей.— Л: Химия, 1983.— 143 с.
3. Дунский В. Ф., Никитин Н. В., Соколов М. С. Пестицидные аэрозоли.— М.: Наука, 1982.— 288 с.
