СПОСОБ АВИАЦИОННОЙ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ РАСТЕНИЙ В ПЕРИОД ВЕГЕТАЦИИ
METHOD OF AVIATION LASER TREATMENT OF PLANTS IN VEGETATION PERIOD

Изобретение относится к малой сельскохозяйственной авиации, а именно к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и может быть использовано для обработки сельскохозяйственных и лесных насаждений лазерным излучением. Изобретение повышает эффективность обработки и позволяет повысить урожайность при снижении затрат на химическую обработку.
Проведенные исследования научной сельскохозяйственной и патентной литературы выявили различные способы обработки сельхоз культур.
Так в патенте №1326226 говорится о создании мобильного агрегата, способного перемещаться по полям и облучать десятки гектар в автономном режиме. Такой технологический прием использовали австралийские исследователи еще в начале семидесятых годов (Patent specification №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).
В Токийском сельскохозяйственном университете разработали самопередвигающийся робот с лазерной установкой (Kobayashi, Т. A study for robot application in agriculture / T. Kobayashi, K. Tamaki, R. Tajima // J. agr. Sc. TokioNoguoDaigaku. - 1990. - Vol. 35, №1. - P. 80-87). С его помощью проводят различные технологические операции как в теплице, так и в поле.
В Казахстане на базе УНПО «Биофизика» (Алма-Ата) разработана специализированная установка лазерной активации посевов сельскохозяйственных культур (Умаров Х.Т. Биофизические и физиологические показатели роста сельскохозяйственных культур под действием гелий-неонового лазера / Х.Т. Умаров, В.М. Инюшин, Н.Н. Федорова, Т.В. Дергач. - Ташкент: ФАН, 1991. - 152 с.). Ее основные элементы - гелий-неоновый лазер (ЛГ-75 или ЛГН-104) и сканирующее устройство, закрепленное на вертикальной подъемной стойке. Вся конструкция, собранная на стальной раме, размещается в кузове транспортного средства, например колесного трактора. Перемещаясь вдоль поля со скоростью 10-15 км/час, лазерная установка облучает значительную поверхность, сканируя лучом с частотой 24-280 Гц перпендикулярно направлению движения трактора. Для различных культур были определены технологические режимы обработки вегетирующих растений.
В патенте №240663 РФ при помощи специальной рамки лазерную установку навешивают на транспортное средство (трактор), от бортовой сети которого (аккумулятор 12 B) осуществляют питание. Облучение посевов производится при движении трактора по периметру поля или технологической колее (диаметр действия лазерного луча до 800 м). (Пат. №240663 РФ. Способ промышленного возделывания сельскохозяйственных культур с использованием лазерного облучения / П.С. Журба, Т.П. Журба, Е.П. Журба. Опубл. 11.03.2003).
Основным недостатком вышеперечисленных способов обработки сельскохозяйственных культур являются их высокозатратность, громоздкость и трудоемкость.
Наиболее близким по своей сущности и взятым в качестве прототипа является способ авиационной обработки растений, включающий в себя подготовку жидких ядохимикатов или биопрепаратов, заправку в бак дельталета и распыление жидких биопрепаратов или ядохимикатов над обрабатываемыми растениями с помощью дельталета (см. RU №2190562, Способ авиационной обработки растений / Карасев В.В., Карасева А.Г. Опубл. 10.10.2002).
Основными недостатками прототипа являются: высокозатратность и трудоемкость подготовки дельталета к обработке растений и перемещение его с одного обрабатываемого поля на другое, участие как минимум пяти человек для обработки растений (2-х пилотов и 3-х человек обслуживающего персонала).
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков за счет применение БПЛА, снабженного блоком с полупроводниковым лазером для лазерной обработки вегетирующих растений.
В результате решения этой задачи достигаются такие технические результаты, как:
- снижение времени на авиационную обработку растений за счет уменьшения времени на обслуживание и подготовку БПЛА к работе;
- участие одного человека (оператора) для транспортировки, подготовки, обработки растений;
- уменьшение затрат на транспортировку БПЛА к месту работы за счет использования обычного автомобиля. Транспортируется БПЛА в кабине, салоне или кузове автомобиля.
Поставленная задача достигается тем, что 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 50×1 метров. Лазерная обработка осуществляется с высоты полета 15 метров.
Место нахождения поля, его конфигурация и площадь определяется заранее. На основании этих данных оператор с клавиатуры блока управления заносит в память БПЛА траекторию и параметры полета (скорость полета, высота и конечная точка маршрута).
Затем оператор на автомобиле осуществляет доставку БПЛА вместе с блоком лазера к месту обработки растений. По прибытии к месту обработки оператор с клавиатуры блока управления заносит в память БПЛА координаты привязки к местности (начальной точке обработки поля). Полет БПЛА проходит полностью в автономном режиме. После входа в начальную точку и набора нужной высоты по команде программы полета включается лазер и БПЛА начинает движение по заранее записанному в памяти маршруту, выполняя лазерную обработку.
Выполнив обработку, программа отключает лазер и возвращает БПЛА в точку, взлетел.
2
На фиг. 1 схематично показан способ авиационной обработки моркови на поле площадью в 1 гектар. При движении БПЛА со скоростью 0,25 м/с 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/м.
Пример
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.
2
2
Результаты опыта показали существенное превышение по урожайности в опытном варианте по отношению к контролю. Так, урожай корнеплодов в контрольном варианте составил 2,5 кг/м, а в вариантах с лазерной обработкой урожай составил 3,30-5,35 кг/м, что выше контроля на 32-114%.
2
Анализ элементов структуры урожайности корнеплодов моркови дает основание судить о том, что урожай был сформирован за счет более высокой густотой стояния растений перед уборкой 43,7 шт./м, что выше контроля на 105%. А также некоторым повышением массы корнеплода относительно контроля на 4%, длины на 20% и массы листьев (ботвы) на 140%.
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 создается фактически в последний период вегетации, когда корнеплоды интенсивно растут за счет оттока питательных веществ из листьев. В опытном варианте эта особенность выражена в более высокой массе листьев перед уборкой на 114% относительно контроля.
Данный способ 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.
Данный способ опробован в 2015 г. на овощном опытном участке фермерского хозяйства «Городок» совхоза «Ташкентский» Новгородской области.