26246

Применение сенсорной техники для дифференцированного внесения пестицидов

Лекция

Лесное и сельское хозяйство

Сформировать умение применять методы дифференцированного внесения средств защиты растений в режимах offline и online с применением сенсорной техники. Использование гербицидов наиболее частое мероприятие по защите растений по сравнеию с использованием фунгицидов и инсектицидов. Для дифференцированного внесения средств защиты растений используют offline и online способы. Это делает возможным в любое время обращаться к этой информации чтобы получать заданные значения для защиты растений.

Русский

2013-08-18

79 KB

6 чел.

Модульная единица 3.9.

Практическое занятие «Применение сенсорной техники для дифференцированного внесения пестицидов»

Цели и задачи. Сформировать умение применять методы дифференцированного внесения средств защиты растений в режимах off-line и on-line с применением сенсорной техники.

Аннотация. Рассматриваются условия и методы диффернцированного внесения пестицидов в различных режимах, технологические средства и их эффективность.

Ключевые слова: сенсорная идентификация сорняков, точечное опрыскивание, калибровка сенсора, пороги вредоностности, индекс листовой поверхности, маятниковый сенсор.

Рассматриваемые вопросы.

1. Применение сенсорной техники при дифференцированном внесении гербецидов (сенсоры сорняков).

2. Применение сенсорной техники при дифференцированном внесении фунгицидов (маятниковый сенсор).

Задание.

По материалам заданных АгроГИС и карт фитосанитарного состояния посевов  спланировать процедуру дифференцированного внесения гербицидов и фунгицидов  в режимах off-line и on-line.

1. Применение сенсорной техники при дифференцированном внесении гербицидов (сенсоры сорняков)

В настоящее бремя существует три области использования, в которых дифференцированное внесение гербицидов целесообразно:

- в случае наличия поверхностных вод, ценных биотопов; микрозаповедников, микрозаказников, охраняемых участков и т.п.

для обработки гнезд с проблемными сорняками (например, пырей ползучий, бодяк);

при дифференцированном появлении сорняков.

Использование гербицидов - наиболее частое мероприятие по защите растений, по сравнеию с использованием фунгицидов и инсектицидов. Путем дифференцированного их применения можно достигать существенной экономии затрат при одновременном снижении экологических рисков.

Дифференцированное внесение гербицидов в названных трех областях можно реализовать на практике следующим образом:

ручное включение и выключение опрыскивателей или, соответственно, отдельных наконечников путем включения магнитных, шариковых и плунжерных вентилей;

использование сенсорной электронно регулируемой опрыскивательной техники.

Включение и выключение на традиционной опрыскивательной технике может быть более или менее удобным при гнездовой обработке. Однако электронно управляемая опрыскивательная техника необходима, если ручное регулирование невозможно для водителя в условиях сложно изменяющейся пестроты и степени засоренности посевов сорняками.

Чтобы достичь при этом экономического эффекта, борьба с сорняками целесообразна только на тех участках делянки, где обусловленный сорняком экономический вред превышает затраты на обработку гербицидами. В полях с засорением ниже экономического порога вредоносности внесение соответствующего гербицида не окупается.

Для дифференцированного внесения средств защиты растений используют off-line и on-line способы. Первый способ предполагает несколько этапов работы до внесения. Сначала сорняки должны быть идентифицированы, и, в итоге, информация должна с помощью географической информационной системы (GIS) передаваться на карту распределения. Карта распределения составляет основу для дифференцированных решений об опрыскивании. Участки с различным расходом должны в итоге координатно сохраняться на чип-карте, которая в бортовом компьютере служит для управления опрыскиванием.

При опрыскивании в режиме реального времени все эти рабочие процессы выпадают. Здесь после сенсорного определения сорняков происходит изменение сигнала сенсора и приспособление расхода на каждом отдельном шаге.

После определения сорняков с помощью сенсора, для чего достаточно 5 метров пути, компьютер на борту перерабатывает измеренные значения и производит техническую корректировку заданных значений. Опрыскивание с новым расходом происходит затем на предварительно детектированной площади.

Off-line способ наиболее приемлем для первых двух из трех названных областей применения. Так как положение охраняемых участков в течение ряда лет остается постоянным, они могут быть сохранены в географической информационной системе. Это делает возможным в любое время обращаться к этой информации, чтобы получать заданные значения для защиты растений. В практическом использовании выявляется другое преимущество: нельзя забыть выключить машину внесения, что при ручном использовании вполне возможно.

Гнездовые обработки используются тогда, когда на делянке имеются такие проблемные сорняки, как пырей ползучий, лисохвост, виды костра, бодяк полевой. При небольших обзорных делянках они чаще всего легко распознаются из кабины трактора, и с ними можно затем целенаправленно бороться через включение или, соответственно, выключение опрыскивателя.

Если протяженность гнезд сложно распознать, использование маркировок на бортовом компьютере при более поздних агротехнических мероприятиях (например, удобрение, уборка урожая) предлагает возможность для позиционной документации гнезд. Кроме того, после уборки урожая возможен, например, на зерновых делянках, объезд гнезд сорняков на вездеходе, оборудованном DGPS. Полученная информация может затем переводиться в карты заданных значений.

Если расход должен корректироваться, как в третьей из упомянутых областей применения, в соответствии сложно изменяющейся интенсивностью засоренности посевов и идентификация ее с помощью сенсоров неизбежна. Для распознания сорняков во время движения в настоящее время разработаны сенсоры, которые используют для определения различий в отражении света в красной (600-700 нм) и в инфракрасной (750-1000 нм) областях от зеленых растений и от почвы. В случае уже предложенной на рынке Spot-Spraying-техники (точечного опрыскивания) перед каждым наконечником находится оптоэлектронный сенсор. При появлении «зеленого» открывается магнитный вентиль и вносится рабочий раствор. Этот принцип пригоден для использования гербицидов сплошного действия на площадях под паром для борьбы с нежелательной растительностью, на площадях, обработанных без плуга, до всходов и для использования между рядами для широкорядных культур, таких как кукуруза и сахарная свекла (Felton&McCloy, 1992, Brown et al., 1994). Системы, которые используют не только две длины волны, а несколько длин волн, чтобы отличать сорняки от культурных растений и почвы, а также виды сорняков друг от друга, разрабатываются (Vrindts&de Baerdemaeker, 1997, Biller&Schicke, 2000).

Второе направление разработок - использование цифровых камер. Здесь происходит последующая обработка изображения, цель которой - видовое распознавание сорняков, а также отличие от культурных растений (Chapron, 2002, Gerhards et al., 2002).

Калибровка сенсора сорняков в поле. Если сорняки находятся на стадии семядолей, то, как уже было упомянуто, показатель сенсора коррелирует с числом сорняков. Более взрослые двудольные и однодольные сорняки, которые ветвятся или соответственно кустятся (например, из-за запоздавшей весенней обработки у озимых зерновых), вызывают несколько следующих друг за другом сигналов сенсора. При одновременном появлении различных стадий развития сорняков рядом друг с другом калибровка сенсора должна происходить на поле, чтобы установить пороговый показатель. Во время этой калибровочной поездки сначала вносится максимальный расход.

По данным J. Prochnow, K. Dammer экономия расхода гербицидов может достигать 30% и более при внесении их с использованием сенсора (табл.)

Экономия средств защиты растений благодаря внесению гербицидов с использованием сенсора

Культура/год

Площадь

(га)

Фаза развития (по

ВВСН-коду)

Диапазон расхода (л/га)

Экономия

(%)

Среднее значение разностей отдельных урожайностей (ц/га)

Озимая пшеница. 2000

22

24-26

150-300

30,5

Озимая пшеница, 2000

32

22-23

210-300

19,0

Тритикале. 2000

37

23-24

210-300

24.5

Яровой ячмень, 2000

6

12-14

125-250

29.5

Горох.2000

8

12-13

170-280

22.0

Озимая рожь. 2000

28

11-12

100-200

20.0

Озимая пшеница, 2001

26

11-12

100-200

12.7

2.99п

Горох,2002

14

11-12

100-200

29,5

-2,18п

Горох.2002

8

10-11

100-200

43,4

-0,31

Яровой ячмень. 2002

12

13-21

100-200

12.8

-0,32

Площадь всего

193

Среднее значение

24,4

Количество сэкономленных средств получается из сенсорно установленного засорения на делянке и ранее определенного экономического порога вредоносности. При равномерно сильном засорении, например, после неправильно проведенного пара или из-за недостаточной или, соответственно, недейственной борьбы с сорняками, на всей площади порог вредоносности превышается. Если, напротив, лишь небольшая часть поля им имеет засоренность выше порога вредоносности, экономия средств выше, чем на более сильно засоренных делянках (например, 43,4 % экономии на делянке гороха в 2002 году).

2. Использование сенсорной техники при дифференцированном внесении фунгицидов (маятниковый сенсор)

Аналогично внесению гербицидов в настоящее время существует три области дифференцированного внесения фунгицидов:

в случае, например, поверхностных вод, ценных (охраняемых) биотопов;

обработка края поля;

при дифференцированном наличии болезней или, соответственно, при варьирующей поверхности растений.

На краях поля, прилежащих к лесу, микроклимат посева может быть иным по сравнению с другими частями поля. «Хозяйка» этой местности - мучнистая роса зерновых, которая благодаря затеняющему действию деревьев и поэтому более длительному увлажнению листьев в этих зонах развивается рано и распространяется быстро. Раннее опрыскивание фунгицидами этих поврежденных участков специфически действующими средствами по борьбе с мучнистой росой может замедлить эпидемию.

С точки зрения соответствия потребностям защиты растений желательно проводить внесение фунгицидов только в тех зонах делянки, где действительно проявляется грибная инфекция. Так как болезни в растительном посеве быстро распространяются, после определения возбудителя нужно принять решение о применении фунгицидов и провести внесение. Однако точные карты распределения возбудителей болезней как основа для соответствующего потребностям внесения фунгицидов в связи с трудоемкими ручными бонитировками не достаточно быстро разрабатываются.

В настоящее время нет пригодных для практики способов, позволяющих с помощью сенсоров эффективно определять болезни растений. Поэтому в настоящее время параметр «появление болезней» в качестве решающего критерия для соответствующего потребности внесения фунгицидов не используется.

Альтернативный способ решения - дифференциация расхода в гетерогенных посевах в соответствии с поверхностью растений или, соответственно, растительной массой. Зерновые посевы характеризуются дифференцированным образованием надземной растительной массы. Поэтому поверхность растений, которую нужно смочить раствором, существенно различаются. Индекс листовой поверхности, то есть отношение поверхности растений к площади почвы, может быть определен с помощью оптических ручных измерительных приборов. Цель внесения фунгицидов состоит в примерно равном распределении концентрации фунгицида на единицу поверхности растений. Поэтому в менее развитых посевах нужно применять меньше рабочего раствора, чем в развитых. При такой предпосылке, несмотря на экономию средств, можно не ждать таких негативных действий, как поражение болезнями или потеря урожайности.

Другая возможность варьировать расход при внесении фунгицидов состоит в отграничении участков, которые характеризуются различной растительной массой или, соответственно, поверхностью.

В настоящее время используются оптические и механические сенсоры для того, чтобы характеризовать гетерогенные посевы культурных растений во время периодов роста и определять дифференцированные агротехнические мероприятия. Оптические сенсоры на самолетах, спутниках и (в случае гидро-N-ceнcopa) на транспорте используют различное отражение света определенных длин волн от почвы и растений. По показателям могут быть рассчитаны индексы вегетации или, соответственно, биомассы. Есть предпосылки дифференцировать количество фунгицида по этим индексам. Транспортируемые оптические сенсоры, такие как гидро-N-сенсор, применимы и при пасмурном небе, в то время как аэрофотоснимки и снимки со спутника предполагают безоблачное небо. По фотоснимкам с самолетов и спутников дополнительно необходимо проводить коррекцию, а также ориентиование (точки снимка ставят в соответствие географическим координатам). И то, и другое обусловливает дополнительные затраты, которые возникают при дистанционном обследовании. Для практического использования годятся прежде всего те методы установления гетерогенности, которые гарантируют высокую производительность по площади и низкие затраты.

Возможность получить высокую густоту информации об индексе листовой поверхности обеспечивает представленный маятниковый сенсор. На основе связи, которая существует между утлом маятника и показателем индекса листовой поверхности (Ehlert&Dammer, 2002), возможна квантификация целевых площадей (поверхности растений поверхности почвы). В областях с низким индексом листовой поверхности расход может быть уменьшен без ущерба для действия.

Оптические бесконтактные сенсоры применимы примерно до появления флагового листа. Они определяют только поверхность посева и могут не характеризовать отношения внутри посева. Однако зерновые со времени появления флагового листа образовали несколько ярусов листьев. Рассчитанные по спектральным данным индексы достигают в этот момент насыщения и не могут больше достоверно отображать, например, растительную поверхность. С начала фазы формирования плодов, когда содержание хлорофилла все больше и больше снижается, индексы находятся во все более сильной связи с индексом листовой поверхности и другими параметрами посева, такими как биомасса, высота и густота стояния растений.

Маятниковый сенсор направляется во время движения непосредственно растительным посевом. Высота и густота растений оказывают влияние на высоту угла направления, и получается достаточно точное отображение параметров посева с конца выхода в трубку (ВВСН 34) до созревания зерновых. Поэтому маятниковый сенсор годится для определения поверхности растений как критерия дифференциации расхода фунгицидов в момент, важный для обработки.

Внесение фунгицидов off-line способом предполагает использование карты заданных значений, которая требует установления рабочих и временных затрат. Так как на начинающееся поражение грибами нужно быстро реагировать, это создает временные проблемы. С помощью сенсорного внесения фунгицидов в режиме реального времени этого дополнительного этапа работы можно избежать. При внесении фунгицидов в режиме on-line маятниковый сенсор работает во фронтальной навеске тягача.

Далее рассматриваются этапы процесса дифференцированного внесения фунгицидов с использованием сенсора.

Установление грибного спектра возбудителей - выбор фунгицида

Прогностические модели или экспертные системы дают при использовании региональных погодных данных информацию об актуальной вероятности заражения конкретной грибной болезнью. Далее необходимо обязательно учитывать для борьбы с грибными болезнями растений сообщения службы сигнализации появления болезней. Если сигнализируют об опасности поражения, поля контролируются. Выбор фунгицида направлен на имеющийся спектр возбудителей.

Установление вариабельности поверхности растений. На различных точках взятия проб по возможности вдоль колеи, которые демонстрируют наибольшую дифференциацию относительно растительной массы, происходят измерения вручную с помощью приборов для установления индекса листовой поверхности (LAI 2000, SunScan). Тем самым возможно количественное определение целевой площади (м2 поверхности растений/м2 поверхности почвы). Пространственное отношение устанавливает позиционный снимок в точках взятия проб с помощью мобильного DGPS-приемника.

Калибровка маятникового сенсора. В той же колее проводится измерение маятниковым сенсором. Определенный на этих точках взятия проб угол маятника нужно сравнить с показателем индекса листовой поверхности с помощью регрессионных анализов. Аналогично, как при внесении азотного удобрения, агроном устанавливает затем максимальный угол маятника, начиная с которого должно вноситься выбранное наибольшее количество (100 %). Если угол превышен, расход снижается пропорционально, пока не достигает при нижнем угле маятника минимального количества.

Маятниковый сенсор используется с конца выхода в трубку у зерновых, но, прежде всего, для проведения заключительной обработки фунгицидом широкого действия. По тому же принципу можно скорректировать расход при позднем внесении регуляторов роста.

Контрольные вопросы.

1. В каких случаях практикуется дифференцированное внесение гербицидов?

2. В чем суть сенсорной идентификации сорняков?

3. Каковы особенности обработки почвы в режимах off-line и on-line?

4. Как работают сенсоры, распознающие сорняки?

5. Каковы особенности использования цифровых камер для идентификации засоренных посевов?

6. Как осуществляется калибровка сенсора сорняков в поле?

7. Какова экономическая эффективность применения сенсоров при внесении гербицидов?

8. Каковы особенности дифференцированного внесения фунгицидов с использованием маятникового сенсора?.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1124. Залізничний вагонний рухомий склад 311.5 KB
  Основні види та технічні параметри залізничного вагонного рухомого складу. Технічна характеристика платформи моделі 13-2114. Перевезення важковагових, довгомірних, громіздких вантажів.
1125. Основы лабораторных исследований по информатике 1.04 MB
  Составление, ввод, трансляция и выполнение программ линейной и разветвляющейся структуры. Составление, ввод, отладка и выполнение программ, использующих одномерные массивы. Программирование алгоритмов сортировки и поиска.
1126. Корреляционный и регрессионный анализ 955 KB
  Корреляционный анализ. Множественный коэффициент корреляции. Классификатор на основе ядерных оценок. Регрессионный анализ. Коэффициент ошибок (на обучающей выборке). Применение QDA.
1127. Термическая обработка углеродистой стали на мелкое зерно 110.5 KB
  Изучить влияние отжига и нормализации на величину зерна в стали. Освоить методику определения величины аустенитного зерна по ГОСТ 5639-82. Роль термической обработки в процессах формирования зерна в сталях.
1128. Термическая обработка углеродистой стали 272.5 KB
  Влияние термической обработки на механические свойства (твердость) углеродистой стали. Назначения режима термической обработки при проведении закалки, нормализации, отжига и отпуска углеродистой.
1129. Влияние углерода на твердость термически обработанных сталей 175 KB
  Зависимость между содержанием углерода в стали и ее твердостью после отжига и закалки. Влияние углерода на структуру и свойства отожженных сталей. Количество остаточного аустенита при закалке сталей при увеличении содержания углерода
1130. Определение прокалываемости стали 162.5 KB
  Ознакомиться с методикой определения прокаливаемости. Выяснить влияние химического состава сталей и размеров деталей на прокаливаемость. Неоднородный аустенит. Нерастворенные частицы (карбиды, оксиды, интерметаллические соединения).
1131. Цементация стали 581.5 KB
  Сущность процесса цементации. Химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных деталей насыщается углеродом. Термическая обработка цементованных деталей.
1132. Операционный контроль геометрических параметров оптических деталей 143 KB
  Ознакомится с основными геометрическими параметрами оптических деталей и методами их измерения. Изучить состав и устройство основных видов оборудования и приспособлений для измерения параметров оптических деталей. Овладеть навыками измерений толщины, радиуса кривизны, предела разрешения и других параметров линз, пластин и призм.