CC BY
272
УДК 681.7.069.32
СВЕТОЛОВУШКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГА ЧИСЛЕННОСТИ И ФАЗЫ РАЗВИТИЯ НАСЕКОМЫХ-ВРЕДИТЕЛЕЙ
А.Г. ВОЗМИЛОВ, доктор технических наук, профессор
А.Ю. ДЮРЯГИН, аспирант
Челябинская ГАА
Д.О. СУРИНСКИЙ, аспирант
Тюменская ГСХА
E-mail: vozmiag44@rambler.ru
Резюме. В статье изложены результаты экспериментальных исследований светоловушек оригинальной конструкции для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых-вредителей, работающих на основе фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) и светодиодов. Предложено использование в конструкции светоловушек липких картриджей. Исследуемые светоловушки позволяютэффек-тивно проводить мониторинг численности и фаз развития насекомых-вредителей в автономном режиме работы. Наиболее эффективное улавливание наблюдалось однощелевой светоловушкой. Показана эффективность совместной работы ФЭП и аккумуляторной батареи (АКБ).
Ключевые слова: светоловушка, ФЭП, АКБ, светодиоды, мониторинг.
В биосфере существует множество насекомых, которые оказывают влияние на человека, его жизнедеятельность и плоды труда. Это влияние может быть как положительным (опыление цветущих растений, уничтожение насекомых-вредителей), так и отрицательным (уничтожение посевов, собранного урожая и др.). Вследствие этого насекомых делят на полезных и вредителей. Экономический ущерб, наносимый на-секомыми-вредителями, исчисляется миллиардами долларов США [1, 2] и складывается из прямого ущерба и затрат на истребительные мероприятия.
Защита культурных растений от сельскохозяйственных насекомых-вредителей - актуальная задача в растениеводстве. Сегодня для ее решения используют разнообразные взаимодополняющие методы и мероприятия. Совершенствование систем таких мероприятий направлено на разумное ограничение использования химических средств и более широкое применение других методов, позволяющих эффективно бороться с фитопатогенами. При этом они должны быть безопасны для человека, растений и окружающей среды [3].
Наиболее эффективна на сегодняшний день интегрированная система защиты растений, в рамках которой химические средства защиты используют только в случае превышения численности насекомых-вредителей экономического порога вредоносности, то есть, когда затраты на защиту урожая окупаются его прибавкой или компенсацией потерь. Для реализации такой системы необходим сбор информации о численности популяций как вредных, так и полезных насекомых в массиве сельскохозяйственных угодий, учет численного соотношения вредных и полезных видов, определение сроков максимальной вредоносности насекомых, планирование сроков проведения защитных мероприятий [4].
Анализ показал, что к числу перспективных направлений на первом этапе реализации интегрированной системы защиты относится использование светоловушек, позволяющих проводить непрерывный
мониторинг численности и фаз развития насекомых-вредителей.
Существует множество светоловушек, различающихся как по конструкции, так и по форме исполнения. Однако все они имеют ряд недостатков, среди которых можно назвать необходимость источника питания на 220 В, относительно большую мощность источников света - аттрактантов, зависимость работы от погодных условий, уничтожение насекомых - как вредных, так и полезных.
Сегодня появились и стали широкодоступны новые источники света - светодиоды. Их аттрактивные характеристики не только ничем не уступают источникам света, используемым в существующих светоловушках, но и обладают рядом преимуществ - это небольшая мощность; высокая световая отдача; возможность получения излучения широкого диапазона длин волн; большой срок службы; высокая механическая прочность; надежность; уровень безопасности [5].
Небольшая мощность светодиодов открывает перспективы использования таких маломощных источников питания, как фотоэлектрические преобразователи (ФЭП).
Сочетание светодиодов и ФЭП придает светоло-вушке такие новые качества, как полная автономность и автоматизация процессов работы, мобильность, низкое энергопотребление, использование для питания источников с низким напряжением (12В).
Цель наших исследований - разработка и испытание системы «светоловушка - аккумуляторная бабарея (АКБ) - ФЭП» в дневное (заряд АКБ от ФЭП) и ночное (работа светоловушек от АКБ) время, а также оценка эффективности ее работы.
Условия, материалы и методы. Для проведения мониторинга численности и фазы развития насекомых были разработаны оригинальные конструкции свето-ловушек на светодиодах - трехдиффузорная, трехщелевая и однощелевая (патент №85799, №97245 [6,7]).
Рис. 1. Общий вид конструкций разработанных светоловушек: 1 - корпус светоловушки, 2 - источник света,
3 - липкий картридж.
Они состоят из корпуса 1, источника света 2 и липкого картриджа 3 (рис. 1). Различия в конструкциях ловушек заключаются в количестве отверстий для проникновения насекомых внутрь светоловушки (одно или три) и их формы (конус «диффузор» либо щель, сужающаяся к центру).
разомкнут) и напряжение на заряжаемой АКБ - изар, В (SA2 замкнут). Амперметр PA1 показывал силу тока, протекающего от ФЭП к АКБ при заряде - I, А. Освещенность ФЭП - E, лк, в ходе опыта фиксировали люксметром.
Во время изучения разряда АКБ на светоловушки SA1 был разомкнут, SA2 и SA3 замкнуты. Вольтметр PV показывал напряжение на АКБ - U, В, амперметр PA2 -силу тока, протекающего от АКБ к светоловушкам - I, А. В таком режиме разряд АКБ на светоловушки исследовали непрерывно в течение 24 ч, что соответствует 3 ночам Рис. 2. Схема экспериментального стеда электрическая принципиальная: 1 - трехдиф- непрерывной работы. Таким фузорная светоловушка; 2 - трехщелевая светоловушка; 3 - однощелевая светоловушка; образом, установка может 4 - ФЭП (TPS-936M); 5, 6 - люксметр; 7 - вольтметр; 8 - АКБ (СА-1270); 9 - блок переключе- действовать в течение 3-х
ночей без зарядки АКБ в
ния; 10, 11 - амперметр.
Светодиоды светоловушек в ночное время получают питание от АКБ, которая, в свою очередь, днем заряжается от ФЭП.
Для изучения системы «светоловушки - АКБ - ФЭП» был разработан экспериментальный стенд (рис. 2).
дневное время (что возможно в реальных условиях при продолжительной облачной погоде).
Для оценки эффективности работы светоловушек была проведена серия опытов по улавливанию насекомых. Она включала 9 опытов продолжительностью 15
минут каждый. Для удобства подсчета насекомых на внутренних стенках и поверхностях корпусов светоловушек были установлены липкие картриджи. После каждого опыта подсчитывали количество уловленных насекомых и картриджи заменяли на чистые. Светоловушки в течение экс-
_ „ перимента меняли местами
Рис. 3. Графики значений солнечной радиации при различных положениях ФЭП на широте ^
55,7° с. ш. за период май-сентябрь: а) - изменение солнечной радиации на широте 55,7° за ,п,ля исключения фактора их
период май-сентябрь при различных положениях ФЭП, кВт ч/м2: •=:□ ■ - горизонтальное взаимного влияния и работали
положение; -наклон 40°; ▲ - вертикальное положение; •вО-вРаЩениевокРУгполяРн°й в каждом положении равный
оси; б) суммарное солнечной радиации на широте 55,7° за период май-сентябрь при различных промежуток времени. Кроме
положениях ФЭП, кВт ч/м2: □-горизонтальное положение; ■- наклон 40°; 0- вертикальное того, светоловушки поворачи-
положение; ■ -вращение вокруг полярной оси. вали вокруг оси на 120° через
Для определения оптимального угла наклона ФЭП мы проанализировали данные по значению солнечной радиации на широте 55,7° за период май-сентябрь в зависимости от положения ФЭП (рис. 3) [8]. На основе анализа полученных результатов было принято решение располагать поверхность ФЭП в период эксперимента в полевых условиях под углом 40° к вертикальной оси, что обеспечивает поступление суммарной солнечной радиации в период с мая по сентябрь в количестве 749,9 кВт-ч/м2. Поверхность ФЭП была ориентирована на юг При исследовании заряда АКБ от ФЭП выключатель SA3 был разомкнут, SA1 замкнут. Вольтметр PV показывал напряжение холостого хода ФЭП - ифэп, В (SA2
равные промежутки времени, чтобы исключить влияние индивидуальных особенностей местности.
Для количественного сопоставления полученной и потребленной энергии в режимах заряда и разряда АКБ проведен расчет удельных показателей энергии. Эти данные представлены в виде гистограммы.
Результаты и обсуждение. Напряжение в АКБ в ходе зарядки увеличилось на 14,75 % с 12,2В до 14В (рис. 4а). Среднее напряжение на зажимах ФЭП без нагрузки (19,16В) превышало величину этого показателя под нагрузкой (при подключенной АКБ) на 48,18 % (на 6,23В).
При уменьшении освещенности поверхности ФЭП отдаваемый ток резко падал, как это видно на 90-й ми-
Таблица. Количество уловленных насекомых светоловушками различных нуте исследования (рис. 4б).
конструкций (длительность опыта 15 минут), шт
Светоловушка № опыта Общее число Доля от количества за всю серию опытов, %
1 2 3 4 5 6 7 8 9
3-диффузорная 6 4 5 8 7 4 5 8 3 50 21,4
3-щелевая 8 9 10 12 7 6 9 7 6 74 31,6
1-щелевая 12 15 11 16 14 9 11 10 12 110 47,0
Всего 234 100
Средний ток зарядки от ФЭП составлял 1,08А.
За 120 минут заряда АКБ получила от ФЭП 27,18 Вт-ч энергии. Среднее количество энергии, получаемой АКБ от ФЭП за 1 минуту, составило 0,23 Вт-ч.
Накопление энергии АКБ в ходе зарядки
.27,18
19,43 ,
X'"
А
/
0,00 д'
В)
15-45 45-75 75-90
Интервал времени, мин
Рис. 4. Исследование заряда АКБ (СА-1270) от ФЭП 28 Вт (ТРБ-ЭЗбМ): а) зависимость напряжения на зажимах АКБ при зарядке и ФЭП без нагрузки от времени: —• - В, “О“* —I/ В; б) зависимость освещенности поверхности ФЭП и тока, потребляемого АКБ, от времени: - Е, л к, -Ж- - I, А\ в) накопление энергии АКБ при зарядке от ФЭП во времени, \Л/, Втч.
За 24 часа разряда АКБ на светоловушки напряжение на ее зажимах понизилось на 6,78 % - с 13,13В до 12,24В (рис. 5а). Ток, потребляемый светоловушками снизился на 76,79 % - с 280мА до 65мА. Величина потребленной за это время энергии составила 42,05 Вт-ч, а среднее потребление энергии светоловушками от АКБ, за 1 минуту - 0,029 Втч (рис. 5б).
За 1 час заряда АКБ получает энергию 13,62 Втч, что на 678,29 % больше, чем она тратит за 1 час разряда - 1,75 Вт-ч (рис. 5в).
предлагается использовать конструкцию из трех таких устройств, расположенных на общей оси одна над другой. Угол между вертикальными стенками улавливающего жерла для каждой светоловушки должен быть равным 120°, а светоловушки сдвинуты одна относительно другой также на 120°. Такая конструкция обеспечит охват в горизонтальной плоскости угла в 360°.
Выводы. Разработанные светоловушки, в конструкции которых используются ФЭП и светодиоды обладают следующими новыми качествами: автономность и
Рис. 5. Исследование заряда АКБ (СА-1270) на светоловушки: а) зависимость тока, потребляемого светоловушками, и напряжения на зажимах от времени: - и, В, —- I, мА; б) потребление энергии светоловушками при питании от АКБ во
времени, ВЛ/, Вт ч; в) удельные показатели энергии при режимах разрядки АКБ на светоловушки и зарядки АКБ от ФЭП: ■ -потребление энергии за 1 час, Вт, □ - энергия, полученная за 1час от ФЭП.
В полевых условиях менее эффективными в улавливании насекомых были трехдиффузорная (21,4 %) и трехщелевая (31,6 %) светоловушки (см. табл.). Наилучшие результаты обеспечило использование однощелевой светоловушки (47 %). Это, на наш взгляд, можно объяснить тем, что она, в отличие от трехдиф-фузорной и трехщелевой, исключает сквозной пролет насекомых и их выдувание воздушными потоками.
В связи с тем, что одна однощелевая светоловушка не может охватить в горизонтальной плоскости 360°,
автоматизация процессов работы, мобильность, низкое энергопотребление. Наиболее эффективное улавливание насекомых обеспечивает однощелевая светоловушка. Практические испытания ФЭП совместно с АКБ в полевых условиях показали достаточно высокую эффективность их совместной работы. Использование липких картриджей для фиксации уловленных насекомых позволяет проводить мониторинг численности и фазы развития насекомых с минимальными затратами времени, наглядно и с высокой точностью.
Литература:
1. http://chimtek.ru/agro-news/93-news51,
2. http://bio.mig-samara.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=97
3. Беляев Е. А. Насекомые-вредители сельского хозяйства Дальнего Востока/Е. А. Беляев, В. Ф. Бурый, П. К. Грибанов. — Владивосток: Дальнаука, 1995. — 276с.// Сельскохозяйственная электронная библиотека знаний. - http://www.cnshb.ru/akdil/0038/d_02.shtm.
4. Г. А. Викторов. «Принципы и методы интегрированной борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур» с. 11—20//«Биологические средства защиты растений» [Сборник 63 статей]. Под ред. Е. М. Шумакова, Г. В. Гусева, Н. С. Федоринчика. М., «Колос», 1974.408с.
5. http://unicorn-svet.ru/production/history/
6. Патент на полезную модель № 85799. Световая ловушка для насекомых. Возмилов А.Г., Суринский О.Д., Михайлов П.М., Ракецкий С.П., Козлов А.В. Заявка №2009115955. Приоритет полезной модели 27 апреля 2009. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 20 августа 2009г.
7. Патент на полезную модель № 97245. Световая ловушка для насекомых. Возмилов А.Г., Суринский О.Д., Михайлов П.М., Ракецкий С.П., Козлов А.В. Заявка №2009100867. Приоритет полезной модели 11 января 2009. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 10 сентября 2010г.
8. http://www.solarhome.ru/ru/pv/radiation.htm
LIGHT TRAP FOR MONITORING OF INJURIOUS INSECTS NUMBER AND PHASE OF GROWTH A.G. Vozmilov, A.U. Dyuryagin, D.O. Surinskij
Summary. Discussed the results of experimental research of light traps of original design intended for monitoring of injurious insects number and phase of growth, operating on the base of photovoltaic transducers (PVT) and light-emitting diodes. Proposed the usage of adhesive cartridges in the equipment. The researched light traps allow efficient monitoring of number and phase of growth of injurious insects in autonomous operation duty. The most efficient detection was accomplished by one- slot trap. Shown the efficiency of mutual operation of PVT and accumulation battery (AB).
Key words: light trap, PVT, AB, LED, monitoring.
