UNIWERSYTET PRZYRODNICZY WE WROCŁAWIU WYDZIAŁ PRZYRODNICZO TECHNOLOGICZNY INSTYTUT INŻYNIERII ROLNICZEJ ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr inż.

UNIWERSYTET PRZYRODNICZY WE WROCŁAWIU WYDZIAŁ PRZYRODNICZO TECHNOLOGICZNY INSTYTUT INŻYNIERII ROLNICZEJ ROZPRAWA DOKTORSKA mgr inż. Gracjan Rojek ANALIZA ROZKŁADU CIECZY I STOPNIA POKRYCIA POWIERZCHNI W ZMIENNYCH WARUNKACH PRACY WYBRANYCH ROZPYLACZY promotor: dr hab. inż. Antoni Szewczyk WROCŁAW 2013

Słowa podziękowania kieruję do Promotora dr hab. inż. Antoniego Szewczyka za stałą opiekę oraz wnikliwe, merytoryczne wskazówki pomocne przy realizacji niniejszej rozprawy 2

Niniejszą rozprawę doktorską dedykuję Moim Rodzicom za okazaną mi miłość, poświęcony czas, wsparcie oraz wiarę w moje możliwości 3

SPIS TREŚCI Wykaz oznaczeń... 5 1. Wstęp i uzasadnienie podjęcia tematu... 7 2. Przegląd literatury... 12 2.1. Ochrona roślin w świetle prawa... 12 2.2. Zagrożenia wynikające ze stosowania środków ochrony roślin... 15 2.3. Zjawisko znoszenia cieczy opryskowej skutki i sposoby jego ograniczania... 18 2.4. Pokrycie opryskiwanych powierzchni jako wskaźnik jakości zabiegu... 21 2.5. Rozkład opadu rozpylonej cieczy... 23 2.6. Najnowsze rozwiązania stosowane we współczesnych opryskiwaczach... 26 3. Sformułowanie problemu badawczego i celu pracy... 47 4. Metodyka badań... 49 4.1. Przedmiot i zakres badań... 49 4.2. Badania wstępne... 51 4.2.1 Pomiar wielkości kropel... 51 4.2.2. Pomiar prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym... 54 4.3. Rozkład podłużny... 55 4.4. Wskaźnik opadu cieczy (W so )... 58 4.5. Stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni... 59 4.6. Statystyczne opracowanie wyników... 65 5. Wyniki badań i ich analiza... 66 5.1. Badania wstępne... 66 5.1.1. Pomiar wielkości kropel... 66 5.1.2. Pomiar prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym... 69 5.2. Rozkład podłużny... 71 5.3. Wskaźnik opadu cieczy (W so )... 83 5.3.1. Opracowanie empirycznego modelu wskaźnika opadu cieczy... 87 5.4. Stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni... 92 6. Dyskusja wyników... 109 7. Wnioski... 114 8. Spis literatury... 116 Spis tabel... 132 Spis rysunków... 133 4

Wykaz oznaczeń A pog A pod A nj A oj CV DDT Dv (10) Dv (90) h l - powierzchnia pozioma górna, - powierzchnia pozioma dolna, - powierzchnia pionowa najazdowa, - powierzchnia pionowa odjazdowa, - wskaźnik nierównomierności rozkładu poprzecznego rozpylonej cieczy [%], - chloroorganiczny insektycyd, - średnica, poniżej której 10% objętości cieczy rozpylana jest na krople o średnicy mniejszej [μm], - średnica, od której 10% objętości cieczy rozpylana jest na krople o średnicy większej [μm], - wysokość pracy rozpylacza, wysokość rozpylania [m], - długość stołu rowkowego [m], NDP - najwyższy dopuszczalny poziom pozostałości [%], NDVI - znormalizowany wskaźnik zieleni, p - ciśnienie cieczy użytkowej, ciśnienie robocze [MPa], PSP - pomocniczy strumień powietrza, P sp - stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni [%], Q - dawka cieczy użytkowej na hektar [dm 3 ha -1 ], q - natężenie wypływu cieczy z rozpylacza, wydatek rozpylacza [dm 3 min -1 ], R NIR R RED - odbicie w paśmie podczerwonym, - odbicie w paśmie czerwonym, R SF - współczynnik jednorodności rozpylania, RS [-], R 2 - współczynnik determinacji [-], s.a. - skrót: substancja aktywna, ś.o.r. - skrót: środki ochrony roślin, t - czas trwania pomiaru [s], TOZ - techniki ograniczające znoszenie, VMD, Dv (50) - mediana objętościowa średnicy kropel [μm], v - prędkość ruchu nośnika rozpylaczy, prędkość robocza, prędkość opryskiwania, prędkość opryskiwacza, prędkość przejazdu [m s -1 ], V c - całkowita objętość cieczy użyta w danym pomiarze [ml], 5

V i - objętość cieczy zmierzona w punkcie pomiarowym [ml], v w - prędkość strumienia powietrza, prędkość wiatru [m s -1 ], W so - wskaźnik opadu rozpylonej cieczy [%], WSP - próbnik - papier wodoczuły (Water Sensitive Paper), γ - kąt ustawienia rozpylacza w płaszczyźnie pionowej równoległej do kierunku ruchu opryskiwacza, kąt odchylenia rozpylacza [º], 6

1. Wstęp i uzasadnienie podjęcia tematu Współczesne rolnictwo w głównej mierze opiera się na stosowaniu chemicznej ochrony roślin, warunkującej odpowiednią jakość i zachowanie wysokiego poziomu plonów, jak również pozwalającą na ograniczenie strat związanych z występowaniem szkodników, chorób oraz chwastów na plantacjach roślin uprawnych. Metoda ta jest jednocześnie tanią, wydajną, wygodną i szeroko rozpowszechnioną formą ochrony roślin najczęściej wybieraną przez rolnika. Jej nieodłącznym elementem stały się pestycydy, które zabezpieczają większość dzisiejszych upraw, a także wpływają pozytywnie na konkurencyjność i opłacalność produkcji roślinnej. Stosuje się je nie tylko w obszarze działalności rolniczej, ale również używane są one między innymi w ochronie lasów, sadów, trawników oraz roślin ozdobnych [Wrzosek i in. 2009]. Aplikacja środków ochrony roślin powinna odbywać się zawsze w sposób odpowiedzialny i racjonalny, zgodny z etykietą instrukcją ich stosowania oraz zasadami Dobrej Praktyki Rolniczej [Ustawa o ochronie roślin 2003]. Przy wykorzystaniu środków ochrony roślin ważnym aspektem jest skuteczność biologiczna pestycydów, która zależy od wielu czynników. Do podstawowych należą: rodzaj i dawka użytego preparatu, ilość cieczy użytkowej na hektar, faza rozwojowa rośliny uprawnej i konkurencyjnej oraz termin wykonania zabiegu [Krawczyk 2006, 2007, 2008, Matysiak 2008]. Istotnym czynnikiem są ponadto warunki atmosferyczne takie jak: temperatura, wilgotność względna powietrza, prędkość i kierunek wiatru [Szewczyk, Łuczycka 2010b], a także właściwości fizyko-chemiczne cieczy użytkowej, takie jak napięcie powierzchniowe, lepkość cieczy, twardość użytej wody, czy dodatek adiuwantu [Kierzek i in. 2009, Mandato i in. 2012, Orzechowski, Prywer 2008, Woźnica 2003]. Obok wyżej wymienionych czynników uwzględnić należy również wpływ parametrów technicznych i technologicznych, decydujących o skuteczności, do których należą: rodzaj rozpylacza, elementy wspomagające pracę, ciśnienie cieczy użytkowej, wysokość i prędkość opryskiwania oraz stan techniczny opryskiwacza [Szewczyk 2000]. Chemiczna ochrona roślin jest dzisiaj podstawową metodą ochrony upraw przed agrofagami i zakłada się, że sytuacja ta nie zmieni się znacząco przez najbliższe 15 lat. Przemawia za tą tezą kilka przesłanek. Po pierwsze rezygnacja z aplikacji pestycydów prowadzi do wyraźnego obniżenia plonów. Po drugie nie ma w chwili obecnej metody, która zastąpiłaby metodę chemiczną. Po trzecie konieczność wieloletnich badań nad określeniem zależności występujących w środowisku rolniczym, a przede wszystkim fakt, 7

Wielkość sprzedaży ś.o.r. [t]. b.d.* Wielkość sprzedaży [t] że badania wymuszają szeroką współpracę, koordynację oraz nakłady finansowe nie daje podstaw do zmian aktualnie realizowanych programów ochrony [Pruszyński 2010]. 60000 50000 40000 41135 44130 49256 53347 49761 51613 58736 30000 22164 20000 10000 0 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Lata Rys. 1.1. Sprzedaż środków ochrony roślin w masie towarowej [źródło: GUS 2009, GUS 2010, GUS 2012] 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Owadobójcze Grzybobójcze Chwastobójcze Regulatory wzrostu Gryzoniobójcze Pozostałe 0 2000 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 b.d.* - brak danych Lata Rys. 1.2. Sprzedaż poszczególnych rodzajów środków ochrony roślin w masie towarowej [Źródło: GUS 2009, GUS 2010, GUS 2012] 8

Według danych GUS, w ostatnim czasie, można zauważyć ogólne zwiększenie zapotrzebowania na środki ochrony roślin. W latach 2000-2008 obserwowano ciągły wzrost sprzedaży (rys. 1.1), po którym nastąpiła stabilizacja na poziomie ok. 50 000 ton w masie towarowej, niewielki spadek w 2009 roku i kolejny wzrost sprzedaży w latach 2010 i 2011. Rozpatrując szczegółowo wielkość sprzedaży w poszczególnych latach (rys. 1.2), można zauważyć, że udział preparatów chwastobójczych i grzybobójczych był dominujący. W przypadku tych rodzajów pestycydów zaobserwować można ponadto największą dynamikę wzrostu sprzedaży, podczas gdy sprzedaż pozostałych środków utrzymywała się na zbliżonym poziomie [GUS 2009, GUS 2010, GUS 2012]. Wzrastające zainteresowanie środkami ochrony roślin, a w konsekwencji ich zwiększone zużycie stwarza obawę o możliwość wystąpienia zagrożenia dla zdrowia ludzi i zwierząt oraz dla stanu środowiska naturalnego [Stobiecki 2006]. Szczególnie niebezpieczne są substancje, których rozkład jest spowolniony. Niewłaściwy dobór preparatu, źle wykonane zabiegi powodują nagromadzanie się pestycydów w glebie, które następnie mogą przenikać do wód gruntowych i zbiorników wodnych [Oszmiańska, Mielczarek 2006]. Skażenia punktowe oraz znoszenie cieczy użytkowej podczas wykonywania zabiegu są podstawowymi źródłami zanieczyszczeń środowiska środkami ochrony roślin. Skażenia punktowe mogą być skutecznie zredukowane przez odpowiednie postępowanie z pozostałością cieczy użytkowej oraz napełnianie i przechowywanie opryskiwaczy na specjalnych stanowiskach. Znoszenie cieczy użytkowej można natomiast znacznie ograniczyć przez zastosowanie Technik Ograniczających Znoszenie (TOZ) [Hołownicki, Doruchowski 2006]. Obok ryzyka skażenia środowiska, istotnym aspektem jest niebezpieczeństwo wystąpienia pozostałości środków ochrony roślin w płodach rolnych i żywności. Następstwem tej sytuacji stało się wdrożenie systemów kontroli bezpieczeństwa produktów spożywczych [Kucharski 2007]. Dla danego pestycydu określane są tzw. definicje pozostałości badane na etapie wprowadzania środka do obrotu oraz przy wyznaczaniu najwyższych dopuszczalnych poziomów (NDP) [Łozowicka 2010]. Kraje należące do Unii Europejskiej są zobowiązane do kontroli pozostałości środków ochrony roślin w żywności poprzez weryfikację prawidłowości ich aplikowania. Na podstawie badań przeprowadzonych w 2009 roku przez pracowników Państwowej Inspekcji Ochrony Roślin i Nasiennictwa w porównaniu do lat 2006-2008 zmniejszył się odsetek przekroczenia NDP oraz odsetek próbek płodów rolnych zanieczyszczonych 9

pozostałościami środków ochrony roślin, natomiast zwiększył się procent próbek, w których stwierdzono pozostałości związków niedozwolonych w ochronie upraw [Gnusowski i in. 2010]. Nowacka i Gnusowski [2010] w oparciu o badania krajowe, prowadzone w 2009 roku podkreślają, że nie występuje zagrożenie dla zdrowia ludzi spowodowane pozostałościami środków ochrony roślin w płodach rolnych. Autorzy zwracają jednak uwagę na konieczność poszerzenia monitoringu o warzywa i owoce importowane, gdyż ich spożycie w Polsce ciągle wzrasta. Badania nad pozostałościami środków ochrony roślin w jabłkach na różnych wysokościach jabłoni wykazały, że najwyższe dopuszczalne stężenia (NDP) zostały przekroczone zaledwie w kilku przypadkach i dotyczyły następujących substancji aktywnych: fenoxycarbu i indoxacarbu. Zdaniem autorów sytuacja ta mogła być spowodowana zbyt wczesnym zastosowaniem tych dwóch związków [Poulsen i in. 2012]. Najważniejszym parametrem jakościowym przy ocenie środka ochrony roślin jest kontrola zawartości substancji aktywnej (s.a.). W badaniach przeprowadzonych w latach 2007-2009 stwierdzono dużą liczbę odstępstw (zarówno zaniżeń jak i zawyżeń) w stosunku do zawartości nominalnej. Wady istotne stanowiły jednak zaledwie ok. 1% oznaczeń, natomiast ponad 8% to odstępstwa w zakresie własności fizykochemicznych. Nie były to jednak poważne wady, które mogłyby spowodować utrudnienia w sporządzaniu cieczy użytkowej lub zakłócić prawidłowy mechanizm działania. Polski system niezależnej kontroli jakości spełnia wymagania określone w polskich i unijnych aktach prawnych [Stobiecki i in. 2010]. Oprócz właściwego doboru rodzaju i dawki preparatu istotne jest utrzymanie właściwego stanu technicznego sprzętu przeznaczonego do wykonywania zabiegu, co pozwala dodatkowo zmniejszyć nakłady finansowe ponoszone na ochronę roślin [Kołodziejczyk 2007]. Uszkodzone i zużyte rozpylacze, wycieki, niesprawne manometry, wadliwie działająca stabilizacja belki polowej mogą przyczynić się również do wystąpienia zagrożenia skażeniem [Czaczyk 2011, Zasiewski 2001]. Z powyższych względów wiele uwagi poświęca się badaniom sprawności technicznej opryskiwaczy, które przeprowadza się co trzy lata. Według Ustawy z dnia 18 grudnia 2003 roku o ochronie roślin (Dziennik Ustaw z 2008 r., Nr 133, poz. 849, z późn. zm.) badania te dotyczą opryskiwaczy ciągnikowych i samobieżnych, polowych i sadowniczych. Wymóg ten obejmuje opryskiwacze nowe, wprowadzone do obrotu jak i będące w eksploatacji [Ustawa o ochronie roślin 2003]. 10

Kluczowym elementem opryskiwacza, mającym bezpośredni wpływ na jakość procesu opryskiwania, jest rozpylacz. Ważny jest właściwy dobór jego rodzaju, rozmiaru i parametrów pracy (ciśnienie, wysokość pracy, rozstaw, ustawienie). Jako podstawowe kryterium służące do oceny pracy rozpylacza przyjmuje się rozkład opadu rozpylonej cieczy. Innym, niemniej istotnym kryterium oceny jakości procesu opryskiwania jest stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni. Parametr ten może być określany zarówno w warunkach laboratoryjnych jak i w warunkach polowych, co zwiększa przydatność jego zastosowania. Mając na uwadze powyższe aspekty istnieje ciągła potrzeba przeprowadzania badań procesów i sprzętu z zakresu techniki ochrony roślin, pozwalających osiągnąć najwyższą jakość zabiegu, również przy niekorzystnych warunkach atmosferycznych (np. gdy prędkość wiatru zbliżona jest do maksymalnie dopuszczalnej). 11

2. Przegląd literatury 2.1. Ochrona roślin w świetle prawa Ochrona roślin, polegająca przede wszystkim na chemicznej metodzie zwalczania agrofagów przyczynia się do stabilizacji plonów i ochrony płodów. Spowodowane jest to koniecznością zaspokojenia potrzeb rosnącej liczby ludności i zwiększeniem wymagań konsumentów. Pruszyński [2003] i Őzkan [2008] prowadzili badania, które dowodzą, że bez zastosowania środków ochrony roślin uzyskiwane plony maleją o ok. 70% w stosunku do planowanych. Pestycydy należą do szkodliwych związków i z tego względu niezbędne jest przestrzeganie ustaw i rozporządzeń dotyczących ich dopuszczenia do obrotu, stosowania, sprawowania nadzoru nad stanem technicznym sprzętu do wykonywania zabiegów oprysku. Ponadto zapisy w aktach prawnych wskazują zadania instytucjom bezpośrednio odpowiedzialnym za prawidłowe wykorzystanie środków ochrony roślin. Dynamiczny rozwój techniki ochrony roślin wymusza zmiany w istniejących lub tworzenie nowych przepisów. Podstawowym polskim aktem prawnym dotyczącym tych zagadnień jest Ustawa o ochronie roślin z dnia 18 grudnia 2003 (Dz. U. 2008 Nr 133 Poz. 849 z późn. zm.). Reguluje ona sprawy dotyczące dopuszczenia do obrotu i zawartości substancji aktywnej oraz stosowania środków ochrony roślin. Poza tym podkreśla zadania i prawa Państwowej Inspekcji Ochrony Roślin i Nasiennictwa jako jednostki nadrzędnej. Do najistotniejszych zakresów działań objętych tą Ustawą należą następujące kwestie: stosowanie wyłącznie środków dopuszczonych do obrotu, używanie środków zgodnie z ich przeznaczeniem, na podstawie instrukcji na etykiecie, możliwe stosowanie adiuwantów, używanie preparatów o mniejszej toksyczności, ulegających szybszemu rozkładowi, stosowanie środków ochrony roślin tylko w terenie otwartym przy prędkości wiatru poniżej 3 m s -1, wyznaczenie stref buforowych, wykonywanie zabiegów tylko przez osoby przeszkolone, wykonywanie zabiegów tylko opryskiwaczem sprawnym technicznie, którego sprawność potwierdzona jest znakiem kontrolnym, 12

przygotowanie cieczy użytkowej dozwolone jest jedynie w miejscu do tego wyznaczonym, zobowiązanie do prowadzenia ewidencji zabiegów, którą należy przechowywać przez okres 2 lat. Poza tym w Polsce obszar stosowania ś.o.r. regulują następujące akty prawne : 1. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dn. 16 grudnia 2010 (Dz. U. z dn. 30 grudnia 2010) w sprawie szkoleń w zakresie ochrony roślin. Rozporządzenie uściśla m.in. program i sposób dokumentowania szkoleń, warunki techniczno organizacyjne, kwalifikacje osób, które je przeprowadzają, a także wzór zaświadczenia o przeprowadzonym szkoleniu. 2. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 7 września 2007 r. w sprawie upoważnienia jednostek organizacyjnych do opracowywania ocen i raportów dotyczących środków ochrony roślin. 3. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 17 maja 2005 r. w sprawie zakresu badań, informacji i danych dotyczących środka ochrony roślin i substancji aktywnej oraz zasad sporządzania ich ceny. 4. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dn. 24 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy stosowaniu i magazynowaniu środków ochrony roślin oraz nawozów mineralnych i organiczno-mineralnych. 5. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju wsi z dnia 5 marca 2002 r. (wraz z późn. zm.) w sprawie terminów, w których podmiot posiadający zezwolenie na dopuszczenie środka ochrony roślin do obrotu i stosowania jest obowiązany do przedstawienia wyników badań, informacji, danych, ocen oraz kart charakterystyki substancji aktywnej i środka ochrony roślin. 6. Rozporządzenie Prezesa Rady Ministrów z dnia 20 stycznia 2005 r. w sprawie nadania inspektorom Inspekcji Weterynaryjnej, Inspekcji Jakości Handlowej Artykułów Rolno- Spożywczych oraz Państwowej Inspekcji Ochrony Roślin i Nasiennictwa uprawnień do nakładania grzywien w drodze mandatu karnego. 7. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dn. 16 kwietnia 2004 roku w sprawie najwyższych dopuszczalnych poziomów pozostałości chemicznych środków ochrony roślin, które mogą znajdować się w środkach spożywczych lub na ich powierzchni. W celu ujednolicenia kryteriów i zasad doboru środków ochrony roślin, skrócenia czasu ich rejestracji niezbędne jest zunifikowanie prawa. Przepisy prawa europejskiego są 13

wzorcem dla polskich regulacji prawnych. Kluczową dyrektywą europejską jest Dyrektywa Rady 2000/29/WE z dnia 8 maja 2000 r. w sprawie środków ochronnych przed wprowadzaniem do Wspólnoty organizmów szkodliwych dla roślin lub produktów roślinnych i przed ich rozprzestrzenianiem się we Wspólnocie. Reguluje ona sprawy fitosanitarne oraz przedstawia kompetencje i obowiązki Państwowej Inspekcji Ochrony Roślin i Nasiennictwa. Ponadto istotne jest również Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady WE Nr 1107/2009 z dn. 21 października 2009 dotyczące wprowadzania do obrotu środków ochrony roślin i uchylające dyrektywy Rady 79/117/EWG i 91/414/EWG, które normuje rejestrację, obrót i stosowanie środków ochrony roślin. W skład tego rozporządzenia wchodzą następujące akty wykonawcze: rozporządzenie Komisji (UE) nr 544/2011 z dnia 10 czerwca 2011 r. w odniesieniu do wymogów dotyczących danych dla substancji czynnych, rozporządzenie Komisji (UE) nr 545/2011 z dnia 10 czerwca 2011 r. w odniesieniu do wymogów dotyczących danych dla środków ochrony roślin, rozporządzenie Komisji (UE) nr 546/2011 z dnia 10 czerwca 2011 r. w odniesieniu do jednolitych zasad oceny i udzielania zezwolenia na środki ochrony roślin. Kolejnym aktem prawnym jest Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1185/2009 z dn. 25 listopada 2009 r. w sprawie statystyk dotyczących pestycydów, które odnosi się do konieczności przedstawienia rocznej ilości środków ochrony roślin wprowadzonych do obrotu oraz stosowanych. Dnia 23 lutego 2005 weszło w życie Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady nr 396/2005 w sprawie najwyższych dopuszczalnych poziomów pozostałości pestycydów w żywności i paszy pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz na ich powierzchni, które ma na celu ochronę konsumentów. Ponadto decyzją nr 1600/2002/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dn. 22 lipca 2002 r. ustanawiającą szósty wspólnotowy program działań w zakresie środowiska naturalnego zatwierdzono dalsze działanie w kierunku zmniejszenia wpływu pestycydów, stosowanych przede wszystkim w rolnictwie, na zdrowie ludzkie i środowisko. Zaakcentowano konieczność zrównoważonej aplikacji środków ochrony roślin, zminimalizowania ryzyka związanego z niekorzystnym ich działaniem oraz potrzebę stosowania pestycydów wyłącznie w zakresie istotnym dla ochrony upraw. Aspektem niezwykle istotnym jest również zapewnienie odpowiednich środków ochrony indywidualnej osób pracujących przy ś.o.r., mając na uwadze fakt, że pestycydy są przyczyną zgonu najczęściej spośród wszystkich środków powodujących zatrucia. Przestrzeganie przytoczonych aktów prawnych pozwala na wyeliminowanie lub chociażby 14

ograniczenie skutków negatywnego oddziaływania ś.o.r. na ludzi i środowisko. Według Brandta i in. [2001] należy wprowadzić zakaz stosowania najbardziej toksycznych pestycydów oraz wdrożyć alternatywne metody ich ograniczania. 2.2. Zagrożenia wynikające ze stosowania środków ochrony roślin Potrzeba zachowania zadowalającego poziomu plonowania roślin, wynikająca z ekonomicznej opłacalności produkcji, wymusza stosowanie dużej ilości pestycydów. Różnią się one między sobą składem, właściwościami, klasą toksyczności, a w związku z tym także oddziaływaniem na środowisko i ludzi. W wielu krajach, w tym również w Polsce zużycie pestycydów określa się na podstawie wykorzystanej substancji aktywnej wyrażonej w tonach. Jednak ta miara nie ilustruje rzeczywistego wpływu na otoczenie, ze względu na to, że substancje aktywne są aplikowane w różnych dawkach. Odmiennie jest w Danii, gdzie za najważniejszy wskaźnik uznano Wskaźnik Częstotliwości Zabiegów (TFI). Doświadczenia udowodniły powiązanie występujące między wskaźnikiem a wpływem na środowisko. Komisja Bitchel a uznała ten indykator za najtrafniejszy do oceny obciążenia środowiska przez środki ochrony roślin [Nielsen 2005]. Walczak [2010] zwraca uwagę na obliczenie progu ekonomicznej szkodliwości. Definiuje się go jako takie natężenie występowania chorób, szkodników i grzybów, przy którym wartość utraty plonu jest wyższa od kosztów wykonania zabiegu. Ważne jest to nie tylko z punktu widzenia ekonomicznego, ale również ochrony przed zagrożeniami dla środowiska i ludzi. Walczak i in. [2011] podkreślili znaczenie monitoringu agrofagów jako najszybszego ich wykrycia i możliwość oceny nasilenia. Zagrożenie dla ludzi wynikające ze stosowania pestycydów dzieli się na bezpośrednie i pośrednie. Do grupy pierwszej należy zaliczyć rolników oraz robotników produkujących pestycydy, a do drugiej konsumentów i przypadkowe osoby. Grono ludzi nienarażonych na kontakt z pestycydami praktycznie nie istnieje ze względu na to, że dostają się one do organizmu różnymi drogami: poprzez powietrze, żywność, wodę pitną [Neumeister 2003]. Badania przeprowadzone przez Europejską Federację Związków Pracowników Rolnych (EAF) pokazały, że najczęstszymi objawami zatruć środkami ochrony roślin są: bóle głowy, brzucha, biegunki, wymioty. Amerykańscy naukowcy dowiedli, że osoby, które przepracowały przy zabiegach opryskiwania więcej niż 400 dni w życiu dwukrotnie częściej zapadały na chorobę Parkinsona [Őzkan 2009]. Ponadto do chorób 15

powodowanych przez kontakt z pestycydami zalicza się: upośledzenia centralnego ośrodka układu nerwowego, układu oddechowego, choroby żołądka, wątroby i nerek, zmiany dermatologiczne, nowotwory, zaburzenia płodności, wczesne porody i nieprawidłowy rozwój płodu [Walesiuk i in. 2010, Grosicka-Maciąg 2011]. Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley potwierdzili, że dzieci w okresie prenatalnym narażone na działanie pestycydów (ich matki miały wyższe stężenie metabolitów fosforoorganicznych w organizmie), mają większe problemy z nauką i koncentracją w okresie postnatalnym, uzewnętrzniającym się ok. 5 roku życia. Mając na uwadze powyższe amerykańscy i australijscy uczeni stwierdzili, że toksyczne preparaty powodują zwiększenie ryzyka wystąpienia ADHD [Bouchard i in. 2011]. Natomiast badania prowadzone przez naukowców z Wydziału Profilaktyki Uniwersytetu Południowej Karoliny w Los Angeles jednoznacznie wykazują wystąpienie u dzieci narażonych na działanie pestycydów zwiększone nawet siedmiokrotnie ryzyko rozwoju chłoniaka ziarniczego niezłośliwego, a chłoniaka limfoblastycznego ponad dwunastokrotnie [Buckley i in. 2000]. Dzieci poniżej 10 roku życia znajdują się w grupie najbardziej narażonej na choroby wywoływane zanieczyszczoną wodą lub żywnością. Możliwe konsekwencje zdrowotne kontaktu z pozostałościami pestycydów oraz chemikaliów obecnych w środowisku, żywności i wodzie to między innymi efekty immunologiczne, nieprawidłowości układu dokrewnego, zaburzenia nerwowe oraz rak [Neumeister 2003]. Istnieje wiele międzynarodowych wyznaczników oceny toksyczności dla ludzi. Generalnie stosowany jest podział zalecany przez WHO Światową Organizację Zdrowia w pozycji Recommended Classification of Pesticides by Hazard and Guidelines to Classification ( Rekomendowana klasyfikacja pestycydów pod względem niebezpieczeństwa oraz przewodnik do klasyfikacji ), w której 600 pestycydów podzielonych jest na 5 kategorii toksyczności [Neumeister 2003]. Pestycydy to bardzo ważna grupa związków, która bez racjonalnego wykorzystania jest bardzo niebezpieczna [Hołownicki 2007, Lesmes-Fabian i in. 2012]. Problem z przeszłości, który nie został rozwiązany do dnia dzisiejszego to użycie DDT chloroorganicznego insektycydu. DDT zaczęto stosować od lat 40 XX wieku przez ponad 20 lat. Rachel Garson w 1962r., jako pierwsza poruszyła problem tego pestycydu w książce pt. Silent Spring ( Milcząca wiosna ), w której opisuje przede wszystkim zaburzenia równowagi ekosystemów oraz zanieczyszczenia środowiska. Badania laboratoryjne prowadzone przez Dobrzańską i in. [2009] jednoznacznie potwierdziły spowodowanie upośledzenia procesów odpornościowych i neurotoksyczność 16

u organizmów stałocieplnych. Niekorzystne działanie DDT, szczególnie na ptaki, doprowadziły do zakazu stosowania tego pestycydu w wielu krajach. Łozowicka [2011] prowadziła badania w latach 2009 2010 dotyczące zatrucia pszczół środkami ochrony roślin. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń autorka doszła do wniosku, że najczęstszą przyczyną wyginięcia rodzin pszczelich było stosowanie pyretroidów i insektycydów. Powodem tego zjawiska jest nieprzestrzeganie przez rolników informacji zawartych w etykiecie preparatu, a także stosowanie pestycydów niedopuszczonych do obrotu. Ponadto w jednej z badanych próbek stwierdzono obecność DDT, których stosowanie w Polsce zabronione jest od kilkudziesięciu lat. Świadczy to o zanieczyszczeniu środowiska i długim czasem degradacji tej substancji. Zanieczyszczenie środowiska naturalnego pestycydami może wystąpić zarówno przed, jak i w trakcie oraz po wykonywaniu zabiegu opryskiwania. Istotnym aspektem jest również prawidłowe postępowanie z opakowaniami po zużytych środkach ochrony roślin, gdyż stanowią one zagrożenie dla środowiska ze względu na zawartość śladowych ilości preparatu. Badania przeprowadzone przez Rzeźnika i Rybackiego [2009] wykazały, że nastąpił wyraźny wzrost zwrotu opakowań w roku 2008 w porównaniu z rokiem 2007. Ponadto autorzy zaobserwowali, że częściej oddawane są duże pojemniki oraz te, które wykonane są z tworzyw sztucznych. Natomiast Gościański i in. [2005] zwrócili uwagę na problem utylizacji skażonych chemicznie części opryskiwaczy, wykonanych z tworzyw sztucznych. W opryskiwaczach ok. 60% elementów wykonanych jest właśnie z tego materiału. Według autorów ilość skażonych mediami chemicznymi części nadal będzie wzrastać. Wrzosek i in. [2009] przedstawili wyniki badań, na podstawie których doszli do wniosku, że najwyższe stężenie preparatu widoczne jest w trakcie i krótkim czasie po aplikacji. Następnie zauważono spadek zawartości środka co jest rezultatem przenikania do różnych elementów środowiska. Zmniejszenie stężenia toksyny w jednym komponencie środowiska może oznaczać jego wzrost w innym. Według Poskrobko [2007] w wyniku niewłaściwego gospodarowania glebami rocznie na świecie zostaje wypłukanych do morza 25 mld ton ziemi, natomiast 18% tej liczby stanowi erozja chemiczna i fizyczna. Prowadzi to do całkowitego zniszczenia lub obniżenia aktywności chemicznej gleb, a także może przyczynić się do powstania skażenia wód powierzchniowych [Mackay i in. 2004]. Ochrona środowiska w aspekcie ograniczenia niekorzystnego wpływu, wynikającego ze stosowania chemicznych środków ochrony roślin według Siłowieckiego [2001] sprowadza się do czterech podstawowych zadań, a mianowicie: 17

racjonalne stosowanie ś.o.r. pod względem ich ilości i rodzaju, uwzględnianie lokalnych warunków agroklimatycznych i geologicznych podczas wykonywania zabiegu, oczyszczanie miejsc składowania odpadów pestycydowych (mogilników) oraz odkażanie gleby wokół nich, przeprowadzanie szkoleń dla importerów, dystrybutorów, użytkowników i rolników. Wrzosek i in. [2009] stwierdzili, że małe powierzchnie pól uprawnych, bioróżnorodność gatunkowa upraw, a także wykonywanie zabiegów agrotechnicznych przez wykwalifikowane i przeszkolone osoby, które przestrzegają instrukcji stosowania zawartych w etykiecie danego środka ochrony roślin pozwala na zredukowanie ujemnych skutków oddziaływania pestycydów na środowisko. Zdaniem Pruszyńskiego i in. [2008] podniesienie wiedzy rolników oraz zachęcanie ich (poprzez różnego rodzaju dopłaty) do realizacji założeń integrowanej produkcji przyczyni się m.in. do redukcji ryzyka związanego ze stosowaniem chemicznych środków ochrony roślin oraz wzrostu produkcji żywności wysokiej jakości. Dąbrowski i Majewski [2010] prowadzili badania w latach 2001 2009 na grupie producentów owoców, warzyw i płodów rolnych w kilku regionach w Polsce. Stwierdzili, że stan wiedzy rolników i stosowanych przez nich praktyk ochrony roślin w integrowanej produkcji jest niesatysfakcjonujący. Autorzy zwrócili uwagę na potrzebę zwiększania ilości i jakości szkoleń teoretyczno-praktycznych dla rolników, ogrodników i sadowników. Brak świadomości zagrożeń, które niesie za sobą stosowanie środków ochrony roślin oraz wiedzy, w jaki sposób skutecznie je ograniczać jest główną przyczyną narażenia ludzi i środowiska naturalnego na działanie pestycydów, których bezpieczny poziom może być znacznie przekroczony [Wspólnotowa polityka w zakresie zrównoważonego wykorzystania pestycydów 2007]. 2.3. Zjawisko znoszenia cieczy opryskowej skutki i sposoby jego ograniczania Hołownicki i Doruchowski [2006] oraz Bahrouni i in. [2008] zwracają uwagę na znoszenie cieczy opryskowej jako - obok skażeń miejscowych kluczowy determinant zagrożeń środowiska środkami ochrony roślin. Znoszonej cieczy użytkowej nie można traktować tylko pod kątem wymiaru ekonomicznego, ale przede wszystkim w aspekcie ekologicznym, czyli niebezpieczeństwa dla ludzi i środowiska. Balsari i in. [2005] oraz Salyani i in. [2006, 2007] podkreślają potrzebę oszacowania masy naniesienia cieczy 18

opryskowej na obiekty poddane zabiegowi i porównanie do tej wielkości masy cieczy zniesionej, w celu określenia stopnia zagrożenia. Van de Zande i Achten [2005] opisują zjawisko znoszenia cieczy opryskowej jako różnicowanie równomierności nanoszenia preparatu na polu, przyczyniające się również do uszkadzania sąsiednich upraw. Rowiński [2002], Stallinga i in. [2004], Hołownicki, Doruchowski [2006] definiują znoszenie cieczy opryskowej jako niezamierzony efekt podczas wykonywania zabiegu opryskiwania. W związku z tym jednym z kierunków rozwoju konstrukcji opryskiwaczy polowych jest właśnie ograniczenie znoszenia cieczy użytkowej. Prowadzone badania i wykonane doświadczenia umożliwiły sporządzenie listy działań technik ograniczających znoszenie (TOZ), które podzielono na dwie grupy. Do pierwszej zaliczono technikę polegającą na zwiększeniu wytwarzanych kropel, której zaletą jest możliwość zastosowanie w opryskiwaczach tradycyjnych oraz niska cena. Większe krople można uzyskać także poprzez obniżenie ciśnienia cieczy z jednoczesnym zastosowaniem większego rozmiaru rozpylacza. Wadą takiego sposobu jest przede wszystkim wzrost dawki cieczy oraz zawężenie zakresu regulacji ciśnienia. Zastosowanie rozpylaczy eżektorowych i niskoznoszeniowych to również jedna z metod w obrębie tej grupy działań. W drugiej grupie przedstawiono ograniczenie wpływu wiatru poprzez dodanie pomocniczego strumienia powietrza (PSP) w uprawie polowej oraz zastosowanie opryskiwaczy tunelowych w sadownictwie. Uznano je za najlepsze ze wszystkich technik ograniczających znoszenie [Hołownicki, Doruchowski 2006]. Jednocześnie zastosowanie techniki z udziałem pomocniczego strumienia powietrza powodowało głębszą penetrację w uprawie ziemniaków, co skutkowało zwiększeniem naniesienia środka ochrony roślin na dolnych liściach oraz na spodnich powierzchniach liści na wszystkich badanych wysokościach. Efektem tych działań była poprawa skuteczności zwalczania zarazy ziemniaka [Van de Zande i in. 2008]. Liczne prace prowadzone nad zastosowaniem rozpylaczy antyznoszeniowych pokazują zasadność ich używania. Skuteczniejsze okazują się w połączeniu z odpowiednim ustawieniem pozostałych parametrów pracy opryskiwacza, np. ciśnienia cieczy użytkowej, prędkości roboczej agregatu [Vajs i in. 2008, Nuyttens i in. 2009a]. Opublikowane wyniki badań potwierdzają, że przyjęcie odpowiednich parametrów pracy pozwala na zmniejszenie znoszenia cieczy bez obniżenia jakości zabiegu [Derksen i in. 2007, Kennedy i in. 2012, Nuyttens i in. 2007]. Doświadczenia prowadzone przez Van de Zande i in. [2005] pokazały, że redukcja prędkości opryskiwania z 12 km h -1 do 6 km h -1 powoduje nawet kilkakrotne ograniczenie znoszenia. Hołownicki [2004] natomiast 19

zaznacza, że przy prędkości wiatru przekraczającej 2 m s -1 prędkość robocza nie powinna przekraczać 4-5 km h -1, z kolei zwiększenie prędkości do 6-7 km h -1 możliwe jest przy prędkości wiatru nieprzekraczającej 2 m s -1. Analizując czynniki mające wpływ na efekt znoszenia cieczy nie można pominąć warunków pogodowych, takich jak: wiatr, temperatura powietrza, wilgotność względna. Nie należy wykonywać zabiegu przy temperaturze powietrza wyższej niż 25 C oraz wilgotności względnej niższej niż 40-50% [Nuyttens i in. 2007, Fritz 2006]. Spektrum kropli ma zasadniczy wpływ na znoszenie cieczy opryskowej. Do pomiaru wielkości znoszenia cieczy wykorzystywane są znaczniki fluoroscencyjne. Trajektorie ruchu cząstek mogą różnić się ze względu na siły zewnętrzne, wynikające przede wszystkim ze zmian kierunku i prędkości wiatru. Te odchylenia uzależnione są od wielkości kropel [Schleier i in. 2010]. Poszukiwanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych w zakresie ograniczenia znoszenia cieczy użytkowej zostało zwieńczone wdrożeniem do produkcji seryjnej osłon strumienia rozpylanej cieczy. Osłanianie strumienia rozpylonej cieczy w połączeniu z wykorzystaniem siły wiatru do wytworzenia strumienia powietrza zapewnia precyzyjny oprysk. Fakt ten podyktowany jest kierowaniem kropel w głąb łanu roślin, co umożliwia lepsze pokrycie spodnich części liści i dolnych części łodyg [Kamiński, Kruk 2011]. Fietsam i in. [2004], Kierzek [2011] proponują zastosowanie odpowiednich substancji jako adiuwantów, które zmieniają właściwości fizykochemiczne cieczy użytkowej, a tym samym mogą ograniczyć zjawisko znoszenia. Ta grupa preparatów należy do adiutantów modyfikujących, które dzielimy na: emulgatory, stabilizatory, kompatybilatory, dyspersanty, penetranty, zwilżacze, obciążacze, ekstendery, protektanty, humektanty, synergetyki. Określaniem znoszenia w zależności od rodzaju rozpylacza, formulacji zastosowanego preparatu oraz dodatku do niego adiuwantu zajmowali się Stainier i in. [2006]. Wykazali oni różnice w wielkości znoszenia podczas wykonywania oprysku z badanymi dodatkami. Pomimo coraz większego zainteresowania tymi substancjami w Polsce dostępnych jest zaledwie ok. 20 z tendencją wzrostową. Dla porównania, asortyment w Stanach Zjednoczonych to ok. 200 tego typu preparatów [Idziak 2004]. Balsari in. [2007] w swojej pracy zajmowali się analizą przydatności dwóch różnych metod badawczych, służących do oceny znoszenia cieczy opryskowej. Określili oni również wpływ rodzaju rozpylacza i wysokości belki polowej na wielkość znoszenia. 20

Według autorów zwiększenie wysokości pracy belki oraz zastosowanie rozpylaczy wytwarzających mniejsze krople skutkowało zwiększeniem efektu znoszenia. Przedstawione wyniki prac badawczych dotyczące negatywnego wpływu znoszenia cieczy podczas zabiegu opryskiwania ukazują postęp w technice ochrony roślin. Świadczy o tym zmniejszenie szerokości stref ochronnych w Holandii w przypadku użycia opryskiwaczy tunelowych i ze ścianą refleksyjną, wiatrochronów oraz rozpylaczy eżektorowych [Van de Zande i in. 2005, Wenneker i in. 2006]. W Wielkiej Brytanii czynnikami, które różnicują szerokość stref ochronnych są: dawka środka ochrony roślin, technika opryskiwania, szerokość cieku wodnego (tylko w przypadku upraw polowych) oraz osłony naturalne (dla upraw sadowniczych). Natomiast w Szwecji procedura ta jest bardziej rozbudowana i obejmuje następujące elementy: dawkę środka ochrony roślin, technikę opryskiwania, prędkość wiatru, temperaturę powietrza i wysokość belki polowej (w uprawach polowych) a także fazę ulistnienia w uprawach sadowniczych [Hołownicki i in. 2011]. W Polsce jak dotąd nie ma przepisów zmniejszających strefę ochronną w zależności od zastosowanej techniki ochrony roślin [Nowakowski 2005]. 2.4. Pokrycie opryskiwanych powierzchni jako wskaźnik jakości zabiegu Pokrycie opryskiwanych powierzchni to obok stopnia naniesienia i nierównomierności rozpylonej cieczy jeden z najważniejszych wskaźników jakości oprysku [Zhu i in. 2002, Godyń i in. 2008]. W celu przeprowadzenia oceny tego parametru umieszcza się próbniki w postaci papierków wodoczułych na liściach opryskiwanych roślin lub stojakach, a następnie wykonuje zabieg. [Derksen i in. 2008, Sánchez- Hermosilla i in. 2012]. Według Lipińskiego [2009] stopień pokrycia definiuje się jako stosunek powierzchni papierka wodoczułego, która została pokryta cieczą użytkową do całkowitej powierzchni badanej. Powszechne wykorzystanie tej metody jest podyktowane faktem, iż jest ona stosunkowo prosta, szybka w realizacji, a także relatywnie tania [Hołownicki 2006]. W celu uzyskania wyników papierki wodoczułe poddawane są komputerowej analizie obrazu [Abbaspour-Fard i in. 2008, Cunha i in. 2012, Fox i in. 2003, Lipiński, Lipiński 2009, Thomson, Lyn 2011]. Metoda ta może być wykorzystywana nie tylko przy oznaczaniu stopnia pokrycia próbników wodoczułych, ale również przy pomiarze procentowej powierzchni uszkodzonych roślin przez szkodniki, np. na podstawie 21

przebarwień liści oraz przy analizie koncentracji nicieni pod rozpylaczem [Chojnacki, Tomkiewicz 2008, Łuczycka 2002, Rut, Szwedziak 2008]. Możliwa jest również wizualna ocena stopnia pokrycia dokonywana przez doświadczone osoby, na podstawie wzorcowych skal bonitacyjnych [Fox i in. 2003]. Badania w uprawie ziemniaka przeprowadzone przez Lipińskiego i in. [2007] wykazały, że usytuowanie papierka wodoczułego i rodzaj zastosowanego rozpylacza mają wpływ na stopień pokrycia. Jednocześnie autorzy stwierdzili, iż pokrycie górnych warstw roślin miało wartość znacznie wyższą niż warstw dolnych. Koszel i Sawa [2005, 2006] natomiast zwrócili uwagę na wpływ zużycia rozpylacza i prędkości roboczej na stopień pokrycia. Według nich wzrostowi stopnia zużycia rozpylacza towarzyszy wytwarzanie kropli o większej średnicy oraz podwyższenie wypływu cieczy, co przekłada się na zwiększenie pokrycia. W tym przypadku może dojść do pogorszenia jakości oprysku, przyczyną czego jest zlewanie się kropel. Z kolei wzrost prędkości roboczej powodował zmniejszenie badanego parametru. Foqué i Nuyttens [2011a, 2011b] oraz Foqué i in. [2012] w swoich pracach dokonali oceny stopnia pokrycia górnych i spodnich części blaszek liściowych w ozdobnych roślinach doniczkowych, w zależności od sposobu ustawienia rozpylacza i zastosowania pomocniczego strumienia powietrza. Największy stopień pokrycia górnych części blaszek liściowych otrzymano dla pionowego ustawienia rozpylacza i zastosowania techniki PSP. Nie uzyskano natomiast pokrycia spodnich części blaszek liściowych bez zastosowania pomocniczego strumienia powietrza. Wyższe wartości stopnia pokrycia otrzymano dla rozpylaczy wytwarzających krople drobne przy zastosowaniu pomocniczego strumienia powietrza, natomiast niższe z użyciem rozpylaczy eżektorowych bez wspomagania pomocniczym strumieniem. Z badań Kierzka i Wachowiaka [2007, 2009] wynika, że oprysk grubokroplisty stosowany przy pomocy rozpylaczy Amistar AZ 110025 zapewnił dobre pokrycie roślin ziemniaków. Dodanie adiuwantu oraz użycie dodatkowego strumienia powietrza nie wykazały w tym przypadku zwiększenia stopnia pokrycia liści wierzchołkowych, natomiast poprawiły jakość pokrycia górnej strony liści w dolnych partiach roślin. Natomiast badania przeprowadzone na grupie rozpylaczy dwustrumieniowych wykazały, że dodatek adiuwantu Atpolan Bio 80 EC korzystnie wpłynął na jakość pokrycia liści spodnich. Rozpylacze produkujące krople grube i bardzo grube pomimo swojej dużej popularności mają jednak zasadniczą wadę. Wadą tą okazał się spadek skuteczności dla 22

herbicydu działającego kontaktowo, spowodowany zmniejszeniem stopnia pokrycia. Szczególną sytuacją może okazać się oprysk roślin jednoliściennych, gdzie grube i ciężkie krople obierające pionowy kierunek lotu w mniejszym stopniu osiadają na stromo nachylonych powierzchniach. Natomiast drobne krople ulegają miejscowemu zawirowaniu powietrza i dzięki temu łatwiej osadzają się na powierzchniach pionowych [Nilars i in. 2002]. Szewczyk i Wilczok [2008a] podjęli badania oddziaływania wiatru na stopień pokrycia w warunkach polowych. Wyniki badań wykazały, że wysokość pracy rozpylaczy w zakresie 0,4 0,6 m nie ma istotnego wpływu na badany parametr. Zwiększenie prędkości wiatru wpłynęło znacznie jedynie na stopień pokrycia powierzchni pionowych odjazdowych, natomiast większych zmian nie zauważono w przypadku powierzchni poziomych i pionowych najazdowych. Kolejnymi istotnymi badaniami okazały się prace Szewczyka [2010a] oraz Szewczyka i in. [2011c], które polegały na określeniu wpływu kąta ustawienia rozpylaczy w płaszczyźnie pionowej, równoległej do kierunku jazdy na stopień pokrycia badanych powierzchni. Autorzy wykazali w nich, że istnieje możliwość uzyskania zwiększenia stopnia pokrycia poprzez zmianę ustawienia rozpylacza na inne niż pionowe szczególnie w przypadku opryskiwania powierzchni pionowych najazdowych. Zmiana ustawień spowodowała wzrost stopnia pokrycia do 40% dla rozpylacza uniwersalnego i do 25% dla rozpylacza eżektorowego. Na podstawie przedstawionych prac badawczych można stwierdzić, że zagadnienia dotyczące stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni nie są do końca poznane. Pomimo podejmowania opisywanego tematu przez wielu autorów istnieje potrzeba kontynuowania tego typu doświadczeń, podkreślając w szczególności aspekt niekorzystnego czynnika atmosferycznego, jakim jest wiatr, panujący podczas wykonywania zabiegu ochrony roślin. 2.5. Rozkład opadu rozpylonej cieczy Uzyskanie wysokiej jakości zabiegu, zwiększenie wydajności oraz zminimalizowanie zagrożeń, wynikających ze stosowania pestycydów to główne cele stawiane współczesnej technice ochrony roślin [Szewczyk 2002]. Wiele uwagi poświęcono badaniom rozkładu poprzecznego i podłużnego jako wskaźnika nierównomierności 23

rozkładu cieczy [Nowakowski 2007]. Wskaźnik ten istotny jest przy rozpatrywaniu zużycia pestycydów oraz skuteczności zabiegów. Równomierność rozkładu opadu cieczy zależy przede wszystkim od ustawienia belki polowej oraz rozpylacza, a ponadto od ciśnienia roboczego, prędkości wiatru i kąta odchylenia rozpylacza od pionu w płaszczyźnie symetrii rozpylonej strugi [Szewczyk 1998, Szewczyk i in. 2011b]. Gajtkowski i Czaczyk [2001] zwracają uwagę na odpowiednio dobraną dawkę cieczy, rozpylacz, a także ciśnienie robocze. Według autorów to podstawa zapewnienia jednorodności spektrum rozpylonej cieczy oraz zagwarantowanie odpowiednich parametrów roboczych w zależności od wykonywanego zabiegu. Zagadnieniem tym zajmowali się również Jeon i in. [2004], którzy omówili wpływ wielkości kropel emitowanych przez rozpylacze. Przy wychyleniach belki polowej podczas pracy opryskiwacza większą nierównomierność rozkładu poprzecznego i niższy stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni uzyskano podczas użycia oprysku grubokroplistego w porównaniu z opryskiem drobnokroplistym. Lardoux i in. [2007a, 2007b] udowodnili, że niejednolity ruch agregatu, wywołujący wychylenia belki polowej w płaszczyźnie poziomej i pionowej przyczynia się do nieopryskania roślin lub przedawkowania preparatu, zwłaszcza w okolicy rozpylaczy położonych na końcach belki. Sytuacja ta może powodować jednocześnie zwiększenie znoszenia cieczy poza opryskiwaną powierzchnię. Badaniami nad wpływem poziomych ruchów belki opryskowej na rozkład podłużny rozpylonej cieczy zajmowali się również Ooms i in. [2003]. Swoje doświadczenia autorzy prowadzili zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i polowych. Nowakowski i Chlebowski [2008] w swojej publikacji opisali wpływ ciśnienia roboczego na zmianę kąta rozpylenia, który często stanowi o wysokości ustawienia belki polowej nad opryskiwaną powierzchnią oraz ma wpływ na równomierność rozkładu rozpylonej cieczy. Okazało się, że kąt ten podawany przez producentów jako niezmienny, przyjmuje różne wartości pod wpływem zmiany ciśnienia roboczego. Wzrost ciśnienia skutkował zwiększeniem kąta rozpylania. Zależność w większym stopniu dotyczy rozpylaczy szczelinowych standardowych, aniżeli eżektorowych. Sayinci i Bastaban [2011] przedstawili wyniki badań równomierności rozkładu, jakie prowadzili dla 6 rodzajów rozpylaczy. Do badań wykorzystano 6 rodzajów rozpylaczy. Ciśnienie cieczy dla rozpylaczy hydraulicznych wynosiło 4 bar, a dla pozostałych - 1,5 bar. Wszystkie badania zostały przeprowadzone przy prędkości jazdy 24

6 km/h. Autorzy stwierdzili, że równomierność rozkładu cieczy z rozpylaczy, które produkowały grube krople była bardziej jednorodna niż z rozpylaczy, które wytwarzały drobne krople. Wartości CV rozpylaczy SD i RA były wyższe niż rozpylaczy hydraulicznych. Analizą rozkładu podłużnego w zależności od sposobu ustawienia rozpylacza zajmowali się Szewczyk i in. [2011a]. Przedmiotem ich badań był rozpylacz HiSpeed 110-03 firmy Agrotop, przeznaczony do dużych prędkości opryskiwania, ustawiony w pozycji zalecanej przez producenta oraz odwrotnej obrócony o kąt 180. Jako główny parametr do określenia charakterystyki opadu rozpylonej cieczy autorzy zastosowali wskaźnik opadu cieczy (W so ). Wartość tego wskaźnika okazała się wyższa dla odwrotnego ustawienia rozpylacza, co było szczególnie widoczne przy większych prędkościach strumienia powietrza (4,5 i 6 m s -1 ), działającego na rozpylone strugi. Szewczyk i Wilczok [2008a] przedstawili wyniki badań, w których stwierdzili, że rozpylona struga jest odchylana w kierunku działania strumienia powietrza. Aby przeciwdziałać temu zjawisku i uzyskać opad cieczy bezpośrednio pod rozpylaczem należy dokonać jego odchylenia w kierunku przeciwnym do działania wiatru. Szewczyk i Wilczok [2007, 2008b] ponadto dokonali opracowania modelu matematycznego rozkładu podłużnego rozpylonej cieczy. Porównanie wyników rzeczywistych rozkładów z wynikami obliczeń teoretycznych wykazało duże podobieństwo. Doświadczenia modelowe prowadzili również Agüera i in. [2006], którzy na podstawie wielkości spektrum kropli rozpylonej strugi uzyskali wyniki w dużym stopniu pokrywające się z badaniami rzeczywistymi. Zastosowanie tego typu metod badawczych może przyczynić się do zmniejszenia pracochłonności oraz kosztów prowadzonych prac. Szewczyk i Łuczycka [2010a] prowadzili badania nad rozkładem opadu rozpylonej cieczy emitowanej z rozpylaczy dwustrumieniowych w tunelu aerodynamicznym. Na podstawie doświadczeń stwierdzili, że największy wpływ na rozkład miał rodzaj użytego rozpylacza (standardowy, eżektorowy) i prędkość strumienia powietrza, a ponadto zmiana wysokości belki opryskowej. Szczególnym deformacjom ulegała rozpylona struga cieczy po stronie nawietrznej, podczas gdy po stronie zawietrznej zachowywała swój dotychczasowy kształt. Zwarty łan roślin jest stanowi dużą przeszkodę dla równomiernego rozkładu rozpylonej strugi cieczy i utrudnia przedostanie się jej w głąb. Poza doborem odpowiedniego rozpylacza, niezwykle istotne jest poznanie indeksu liściowego uprawy, fazy rozwoju roślin oraz wskaźnik ich budowy ściśle powiązany z wysokością 25

i szerokością rośliny [Zhu i in. 2002]. Kierzek [2002] zaproponował zastosowanie odchylania strumienia powietrza, celem lepszej penetracji cieczy w zwartym łanie. Przedstawione zagadnienia dotyczące rozkładu opadu rozpylonej cieczy wykazały ważność tego problemu i wskazują na potrzebę kontynuowania badań mających na celu wyznaczenie takich ustawień i parametrów pracy danych rozpylaczy, które umożliwią uzyskanie jak najlepszych wyników rozkładu w warunkach działania zmiennego strumienia powietrza. 2.6. Najnowsze rozwiązania stosowane we współczesnych opryskiwaczach Sprzęt wykorzystywany w rolnictwie ulega ciągłym modyfikacjom i udoskonaleniom. Sytuację taką zaobserwować można również w przypadku maszyn i urządzeń służących do ochrony roślin. Unowocześnienia mają na celu przede wszystkim zmniejszenie nakładów ekonomicznych i energetycznych, powinny zwiększyć wydajność i efektywność pracy oraz poprawić jakość wykonywanych zabiegów. W dziedzinie techniki opryskiwania szczególny nacisk kładzie się na zminimalizowanie negatywnych skutków oddziaływania na środowisko zapewniając jednocześnie jak najlepszy rozkład cieczy użytkowej na powierzchni chronionych roślin [Szewczyk 2010a]. Producenci opryskiwaczy, spełniając sugestie klientów, modyfikują niemal wszystkie jego podzespoły, poczynając od zwiększania objętości zbiorników na ciecz użytkową poprzez zaawansowane układy stabilizacji belki polowej, skończywszy na sterowaniu pracą poszczególnych rozpylaczy z wykorzystaniem sygnału GPS. Jednym z podstawowych parametrów wpływających na wydajność opryskiwacza jest pojemność jego zbiornika. W przypadku opryskiwaczy zawieszanych mamy do czynienia ze stosunkowo niewielkimi objętościami zbiorników, dochodzącymi do 1500 l. Dla opryskiwaczy przyczepianych stosowane są dużo większe pojemności, wynoszące nawet 12 tys. l. Taka sytuacja powoduje jednak znacznie większe ugniatanie gleby, jak również konieczność agregatowania tych maszyn z ciągnikami dużej mocy [Hołownicki 2002]. Oprócz dużych rozmiarów zbiorników cieczy bezpośredni wpływ na wydajność sprzętu do ochrony roślin ma szerokość belki polowej. W najnowszych konstrukcjach opryskiwaczy umożliwia ona wykonanie oprysku pasem o szerokości do 50 m. Konieczne jest wtedy zastosowanie zaawansowanych układów aktywnej stabilizacji belki polowej zarówno w płaszczyźnie pionowej, jak i poziomej. Jest ona niezbędna w celu uniknięcia 26

przedawkowania lub zmniejszenia dozowania środka ochrony roślin w różnych miejscach chronionej uprawy. Osiąganie coraz wyższych prędkości transportowych to również zadanie, jakie stoi przed najnowszymi opryskiwaczami. Szybkie i sprawne przemieszczanie się pojazdu z pola na pole przyczynia się do podniesienia jego wydajności dziennej. W chwili obecnej oferowane są maszyny z osiami resorowanymi, wyposażone w odpowiednie układy hamulcowe, osiągające prędkości transportowe rzędu 40 km/h [Lisowski 2007]. Zakład Agroinżynierii Instytutu Ogrodnictwa w Skierniewicach oraz AGROCOM Polska stworzyli nawigowany opryskiwacz do środowiskowo bezpiecznej ochrony sadów EDAS. Lokalizowanie opryskiwacza, pomiar prędkości i kierunku wiatru dokonywane za pomocą anemometru ultradźwiękowego oraz automatyczna regulacja parametrów zabiegu to niektóre zalety tej konstrukcji [Pawlicki, Feder 2010]. Kacprzyk i Żyłka [2010] oraz Kacprzyk [2010] przedstawili wyniki badań stopnia pokrycia powierzchni poddanej działaniu strumienia cząstek elektroaerozolu generowanego za pomocą pneumatycznej głowicy rozpylającej z naddźwiękowym przepływem gazu (rys. 2.1). Uzyskane wyniki badań wykazały, że zastosowanie elektroaerozolu z elektryzacją cząstek skutkowało wzrostem stopnia pokrycia od 1,5 do 11 razy. Największe, korzystne zmiany dotyczyły pokrycia dolnych powierzchni blaszek liści, najczęściej atakowanych przez agrofagi. Rys. 2.1. Trajektoria cząstek elektroaerozolu [źródło: Kacprzyk 2010] Współpraca pomiędzy Instytutem Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej, firmą Telesto sp. z o.o. z Warszawy oraz Przemysłowym Instytutem Maszyn Rolniczych w Poznaniu zaowocowała stworzeniem prototypowego 27

opryskiwacza rolniczego, działającego według nowatorskiej technologii oprysku. Aplikacja cieczy użytkowej odbywa się z użyciem głowic rozpylających naddźwiękowych z ładowaniem elektrostatycznym. Badania pokazały, że zastosowanie technologii umożliwia lepszą penetrację zwartego i gęstego łanu [Wachowiak i in. 2011]. Ciekawym przykładem inteligentnego opryskiwacza jest model CASA Crop Adapted Spray Application. Opryskiwacz ten potrafi odczytywać na bieżąco podczas jazdy zróżnicowaną zdrowotność roślin, ich zmienną wielkość i gęstość, różnorodność warunków meteorologicznych, a także pozycję opryskiwacza w sadzie. Po analizie wyżej wymienionych wielkości następuje w czasie rzeczywistym reakcja układu sterowania na zmienność tych czynników odpowiednio regulując parametry pracy opryskiwacza, by nanieść ciecz użytkową precyzyjnie, stosownie do aktualnych potrzeb oraz bezpiecznie dla środowiska. Na rysunku 2.2 przedstawiono w formie graficznej istotę funkcjonowania opryskiwacza CASA. Opryskiwacz ten łączy 3 najważniejsze aspekty działania: precyzja, skuteczność i bezpieczeństwo. Aspekt precyzji wykorzystany jest dzięki możliwości identyfikacji zainfekowanej tkanki roślin, zakres skuteczności uzyskano za pomocą regulacji dawki i rozkładu cieczy w zależności od gęstości wysokości koron drzew, natomiast poprzez dostosowanie parametrów opryskiwania w zależności od warunków pogodowych i przyrodniczych zabieg jest bezpieczny dla środowiska [Doruchowski 2009]. Rys. 2.2. System CASA oparty na 3 elementach: CHS czujnik zdrowotności roślin, CIS system identyfikacji upraw, EDAS środowiskowo regulowana technika opryskiwania [źródło: Doruchowski 2009] 28

Nieróbca i in. [2010] podkreślają istotną rolę wykorzystania systemu internetowego do wspomagania decyzji o przeprowadzeniu zabiegu ochrony roślin. System oparty jest na obliczonych progach ekonomicznej szkodliwości, a uwzględniane w nim są czynniki, takie jak: faza rozwojowa roślin, stopień występowania agrofagów, odporność odmian, warunki meteorologiczne oraz skuteczność pestycydów. Wyżej wymienione dane przydatne są podczas planowania optymalnego terminu zabiegu, dawki i rodzaju preparatu. Przedstawione rozwiązanie w połączeniu z wymaganiami Unii Europejskiej może stanowić podstawę do opracowania krajowego systemu wspomagania decyzji. Precyzyjny system pozycjonowania w połączeniu z nowoczesnymi systemami wizyjnymi stwarzają możliwość automatycznej lokalizacji agrofagów w uprawach (np. miejscowe pojawienie się chwastów) i wykonanie zabiegu w punktach, które tego wymagają [Wachowiak, Kierzek 2010]. Tendencje rozwojowe w dziedzinie techniki ochrony roślin zmierzają w kierunku ciągłego minimalizowania kosztów produkcji produktów rolniczych oraz ograniczania zagrożenia dla środowiska. Aby osiągnąć wyżej wymienione cele konieczna będzie taka konstrukcja tej grupy maszyn, która umożliwi opryskiwanie tylko tych miejsc, gdzie jest to konieczne, stosując niezbędną ilość danego pestycydu, w sposób uwzględniający aktualne warunki pogodowe [Wachowiak, Kierzek 2010]. Rys. 2.3. Stabilizacja belek polowych: a - trapezowy, b - wahadłowy, c i d aktywny [źródło: Popławski, Szulc 2010] 29

Kierunki rozwoju techniki ochrony roślin wyznaczają również zespoły badawcze finansowane przez czołowych producentów opryskiwaczy, którzy prześcigają się przy wdrażaniu coraz to nowszych rozwiązań. Znajdują one odzwierciedlenie zarówno w aspekcie ewolucji poszczególnych podzespołów, funkcjonalności, jak i w stylistyce wyglądzie zewnętrznym maszyny. Rozwiązania, które przedstawiają muszą sprostać wysokim wymaganiom rolników poprzez poprawę komfortu pracy i jakości wykonanego zabiegu. Ponadto powinny być bezpieczne zarówno dla samych użytkowników jak i otaczającego środowiska. Duży nacisk kładzie się obecnie na prace badawcze i konstrukcyjne mające na celu usprawnienie systemów stabilizacji belki polowej. Nieprawidłowo działająca stabilizacja przyczynia się do nierównomiernego pokrycia roślin cieczą użytkową, występowania miejsc niedopryskanych, jak również przedawkowanych. Wielu autorów zwraca uwagę na konieczność ograniczenia wpływu ruchów belki w poziomie, natomiast większość prac konstrukcyjnych poświęcona została jedynie minimalizacji wahań w płaszczyźnie pionowej. W układach stabilizacji belki wyróżnia się dwa układy zawieszenia: wahadłowy i trapezowy oraz ich połączenia. W skład tych układów wchodzą m.in. elementy takie jak: czujniki, sprężyny, siłowniki, amortyzatory. Konieczne jest kontynuowanie badań w zakresie systemów stabilizacji z uwagi na to, że te stosowane aktualnie wymagają ulepszenia [Lipiński i in. 2011, Szewczyk i in. 2010]. Na rysunku 2.3 przedstawiono układy stabilizacji belek polowych. Rys. 2.4. Trapezowo-równoległoboczny mechanizm z amortyzatorami teleskopowymi [źródło: http://www.kuhn.com.pl] 30

Przykładem zaawansowanej konstrukcyjnie stabilizacji belki polowej jest trapezowo-równoległoboczny system z amortyzatorami teleskopowymi Equilibra - firmy Kuhn przedstawiony na rysunku 2.4 [http://www.kuhn.com.pl]. Rys. 2.5. Schemat amortyzacji osi Actiflex 2 [źródło: http://www.gregoire-besson.pl] Do stabilnej pracy całej maszyny i ograniczeniu występowania wstrząsów belki polowej stosuje się ponadto amortyzację osi. Przykładem takiego rozwiązania jest amortyzacja Actiflex 2 stosowana w opryskiwaczach Berthoud, przedstawiona na rysunku 2.5. Przyczynia się do wzrostu jakości wykonanego zabiegu oraz poprawy komfortu jazdy podczas dużych prędkości transportowych [http://www.gregoire-besson.pl]. Rys. 2.6. Zastosowanie czujników ultradźwiękowych [źródło: Popławski, Szulc 2010] 31

Zastosowanie czujników ultradźwiękowych, automatycznie utrzymujących całą belkę polową w równej odległości od opryskiwanej powierzchni jest kolejnym elementem wspomagającym prawidłową pracę, szczególnie przy znacznych szerokościach roboczych (rys. 2.6). Układ ten może pracować w zadanej odległości od powierzchni podłoża lub od powierzchni roślin, dzięki czemu możliwy jest również zabieg w nocy [Popławski, Szulc 2010]. Rys. 2.7. System AutoTerrain umożliwiający sterowanie belką polową, montowany w opryskiwaczach Hardi [źródło: Agromechanika 2012] Na rysunku 2.7 przedstawiono automatyczny system stabilizacji belki polowej, który jest opcjonalnym wyposażeniem opryskiwaczy firmy Hardi i działa w oparciu o czujniki ultradźwiękowe, natomiast na rysunku 2.8 pokazano schemat takiej konstrukcji montowany w opryskiwaczach Amazone. Rys. 2.8. Schemat montażu czujników ultradźwiękowych w opryskiwaczach Amazone [źródło: http://www.amazone.pl] 32

Przykładem zastosowania elementów rolnictwa precyzyjnego jest system identyfikacji GreenSeeker, czyli urządzenie wykrywające rośliny, które mają zostać opryskane [http://www.jsindustries.co.uk]. Przystosowany jest on do zmiennego dawkowania azotu w czasie rzeczywistym. Rozmieszczenie elementów tego systemu na belce polowej opryskiwacza przedstawiono na rysunku 2.9. Rys. 2.9. Rozmieszczenie urządzeń GreenSeeker na belce polowej opryskiwacza [źródło: http://www.jsindustries.co.uk] Czujniki tego urządzenia działają przy pomocy znormalizowanego wskaźnika zieleni - NDVI. Wskaźnik ten pokazuje kontrast między największym odbiciem w paśmie podczerwonym (NIR) i największą absorpcją w paśmie czerwonym (RED). Obliczany jest za pomocą wzoru 1. R NDVI R NIR NIR R R RED RED (1) gdzie: R NIR - odbicie w paśmie podczerwonym R RED - odbicie w paśmie czerwonym 33

Im wyższe odbicie światła w paśmie podczerwonym i niższe w paśmie czerwonym, tym rośliny są bardziej zielone, a tym samym wartość wskaźnika większa [Kozłowska i in. 2004]. W większości nowoczesnych opryskiwaczy spotykamy się z rozbudowanymi układami elektronicznymi, które potrafią realizować wiele funkcji kontrolnych i sterujących. Zadaniem standardowego komputera jest sterowanie podstawowymi parametrami oprysku na podstawie wprowadzonych danych oraz wskazań czujników. Innym bardzo ważnym zadaniem tego podzespołu jest również możliwość współpracy z systemem pozycjonowania satelitarnego GPS. Rozwiązanie takie umożliwia automatyczne załączanie i wyłączanie poszczególnych sekcji rozpylaczy, by uniknąć wzajemnie nakładających się oprysków. Szczególnie przydatne jest to na polach o nieregularnych kształtach, a także przy precyzyjnym włączaniu i wyłączaniu opryskiwacza na uwrociach [Ganzelmeier, Nordmeyer 2008]. Luck i in. [2011] zaprezentowali korzyści wynikające ze stosowania automatycznej kontroli zasilania poszczególnych sekcji belki. Przyczynia się ona do zminimalizowania błędów podczas aplikacji środka ochrony roślin, które mogą wynikać zarówno ze zmiany prędkości jazdy agregatu, jak i ze skrętów opryskiwacza podczas pracy po łuku. Rys. 2.10. Czujnikowy system monitorowania przepływu przez poszczególne rozpylacze opryskiwacza [źródło: Agromechanika 2012] Firma Lemken przedstawiła czujnikowy system monitorowania natężenia przepływu przez poszczególne rozpylacze opryskiwacza. Rozwiązanie to umożliwia szybką identyfikację zakłóceń w pracy dysz (rys. 2.10). 34

Rys. 2.11. Sposób regulacji strumienia powietrza w opryskiwaczach Hardi Twin [źródło: http://www.hard-twin.com] W celu uzyskania lepszego pokrycia gęstego łanu roślin cieczą oraz możliwości użycia rozpylaczy drobnokroplistych przy wietrznej pogodzie stosuje się opryskiwacze wyposażone w pomocniczy strumień powietrza (PSP). Firma Hardi od wielu lat wykorzystuje technikę PSP w swoich opryskiwaczach, a ponadto wprowadziła unowocześnienie tego systemu. Zmiany dotyczą możliwości regulacji kierunku rozpylania i strumienia powietrza (rys. 2.11) w zależności od kierunku i prędkości wiatru, prędkości roboczej, rozmiaru rozpylaczy, gęstości i wysokości roślin oraz charakteru zabiegu [www.hardi-twin.com]. Na rysunku 2.12 natomiast przedstawiono konstrukcję, w której zamiast rękawa powietrznego zastosowano tubę z blachy. Ma ona mniejszą objętość i wolniej się zużywa, a poza tym dystrybucja powietrza jest większa i bardziej równomierna, dzięki zainstalowaniu kilku wentylatorów w 3 m odstępach [Agromechanika 2012]. 35

Rys. 2.12. System AirFlowPlus firmy Agrifac [źródło: Skudlarski 2012] Redukcję znoszenia, poprawę skuteczności zabiegów uzyskano po zastosowaniu systemu Släpduk. Rozwiązanie zostało zaproponowane przez szwedzkich naukowców, a dotyczy modyfikacji w obrębie belki polowej. Rozpylacze są zamontowane pod kątem 45º w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy i są chronione przez linię plastykowych osłon (rys. 2.13). Rys. 2.13. System Släpduk [źródło: Stallinga i in. 2003] 36

Zmniejszenie znoszenia dzięki temu systemowi możliwe jest poprzez obniżenie wysokości rozpylaczy nad opryskiwaną powierzchnią do 20 cm, co zaprezentowano na rysunku 2.14. Podczas przejazdu linia osłon odchyla rośliny, dzięki czemu możliwa jest głębsza penetracja łanu [Stallinga i in. 2003]. Rys. 2.14. Schemat działania systemu Släpduk [źródło: Stallinga i in. 2003] Kolejnym ważnym osiągnięciem w nowoczesnych konstrukcjach opryskiwaczy samojezdnych jest możliwość zmiany rozstawu kół ze stanowiska operatora, którą uzyskano dzięki hydraulicznie regulowanej osi. Zdalną regulację kół zapewnia system VariTrack, stosowany m.in. w opryskiwaczach Hardi Alpha. System ten umożliwia zmianę rozstawu kół w zakresie od 1,80 do 2,25 m, przy zachowaniu prześwitu 1 m bez konieczności zatrzymywania się oraz dodatkowych czynności obsługowych (rys. 2.15). Rys. 2.15. Regulacja rozstawu kół układem VariTrack [źródło: Lisowski 2007] Coraz częściej wykorzystywane w precyzyjnej ochronie roślin są zdjęcia lotnicze. Na ich podstawie można dokonać, poprzez analizę komputerową, opracowania mapy zachwaszczenia pól (rys. 2.16). Mapy te mogą być przydatne do oceny skuteczności zabiegów oraz pozwalają na monitorowanie pojawienia się nowych stref zachwaszczenia. 37

Metoda ta umożliwia w znaczący sposób obniżenie kosztów zabiegu poprzez aplikację preparatu za pomocą opryskiwacza wyposażonego w system GPS i moduł sterowania dawką [Jensen i in. 2007, Pudełko i in 2009, Pudełko, Nieróbca 2010]. Rys. 2.16. Zdjęcia lotnicze z zaznaczonymi strefami trwałego zachwaszczenia [źródło: Pudełko, Nieróbca 2010] Rys. 2.17. Opryskiwacz Dammann Trac DT 2000 H Plus z czterema skrętnymi kołami [źródło: http://www.dammannspuiten.nl] Miller i in. [2004] opisali zalety samojezdnego opryskiwacza rolniczego wyposażonego w układ, w którym cztery koła są skrętne. Na podstawie badań, jakie 38

przeprowadzili autorzy okazało się, że taki układ jezdny pozwala uzyskać lepszą zwrotność maszyny, w konsekwencji czego otrzymano wzrost jej wydajności. Przykładem takiej maszyny jest Dammann Trac DT 2000 H Plus (rys. 2.17). Skrętny układ jezdny - Safe Track, zastosowany w opryskiwaczach przyczepianych firmy Hardi w modelach Commander to rewolucyjne rozwiązanie ostatnich lat (rys. 2.18). Zadaniem tego systemu jest poruszanie się opryskiwacza dokładnie po śladach kół ciągnika. Safe Track zapewnia mały promień skrętu agregatu, przydatny szczególnie podczas wyjeżdżania i wjeżdżania w ścieżki technologiczne przy uwrociach, zachowując jednocześnie stabilność maszyny oraz minimalizując uszkodzenia roślin kołami opryskiwacza [http://www.hardipolska.com]. Rys. 2.18. Schemat układu jezdnegoopryskiwacza Hardi Commander wyposażonego w system Safe Track [źródło: http://www.hardipolska.com] Szeroki pogląd na kierunki rozwoju maszyn rolniczych, a przede wszystkim przedstawienie rozwiązań problemów z zakresu rolnictwa i techniki rolniczej ukazują wszelkiego rodzaju wystawy i targi. Jedną z takich form jest Agritechnica, która jako największa na świecie (ze względu na ilość wystawców) jest giełdą nowości dla branży rolniczej. Na targach w Hanowerze w 2009 srebrnymi medalami wyróżniono również wystawców, specjalizujących się w zakresie techniki ochrony roślin. Firma Lemken została nagrodzona za bezstopniową regulację belki opryskiwacza VariExtend przedstawioną na rysunku 2.19. Jest to konstrukcja wyposażona w składane segmenty, dzięki którym szerokość robocza może być regulowana przez wysunięcie poszczególnych elementów. Taki system jest w głównej mierze przydatny podczas wystąpienia przeszkód na polu, takich jak: słupy energetyczne i telekomunikacyjne, drzewa, gdzie możliwe jest znaczne ograniczenie konieczności zmiany przyjętego toru jazdy. Rozwiązanie to ponadto umożliwia dopasowanie opryskiwacza do indywidualnego 39

rozstawu ścieżek technologicznych, co w dużym stopniu zwiększa uniwersalność takiego opryskiwacza, np. w przypadku wykonywania usług dla rolnictwa. Rys. 2.19. Belka polowa regulowana bezstopniowo [źródło: Popławski, Szulc 2010] Kolejne wyróżnienie przypadło firmie Claas za zaprezentowanie inteligentnej bazy stosowania środków chemicznych w połączeniu ze wsparciem decyzyjnym. Zestawienie aktualnych, dopuszczonych do obrotu środków ochrony roślin z informacjami o gruncie, zasobach i wymaganiami prawnymi pozwala na zaoszczędzenie czasu pracy. Opracowany system bezpiecznie i efektywnie wspiera w doborze odpowiedniego preparatu, biorąc pod uwagę m.in. miejsce aplikacji środka, dotychczasowe zabiegi, a także możliwe okresy karencji. Producent maszyn rolniczych John Deere w swoich najnowszych rozwiązaniach dotyczących techniki ochrony roślin przedstawił system inteligentnego wsparcia gospodarowania cieczą użytkową opryskiwacza. Zintegrowany z komputerem pokładowym Tank Fill Calculator wylicza ilość wody i środka ochrony roślin potrzebnych do każdorazowego napełnienia zbiornika, nawet jeśli nie został on do końca opróżniony. Dane te są następnie drukowane na kartce. W rezultacie rozwiązanie to przyczyni się to do zmniejszenia zakresu czynności, jakie musi wykonać użytkownik, a tym samym pozwoli ograniczyć ryzyko związane z popełnieniem błędów. Producenci Amazone i Dammann natomiast, wykorzystali wysokie natężenie światła w diodach LED do podświetlenia dysz opryskiwaczy (rys. 2.20). Podczas oprysku wykonywanego po zmierzchu rozwiązanie to zapewnia dobrą widoczność strumienia cieczy, a tym samym pozwala na szybką lokalizację nieprawidłowo funkcjonujących 40

rozpylaczy. Ponadto zamontowane na końcach belki lampy w technologii LED umożliwiają zidentyfikowanie przeszkody z odległości ok. 20 m [Szulc 2010]. Rys. 2.20. Opryskiwacz z belką polową wyposażoną w podświetlanie rozpylaczy diodami LED [źródło: Agromechanika 2012] Włoska firma ARAG zaprojektowała oryginalne rozwiązanie, dotyczące podziału belki polowej na poszczególne sekcje. Wykorzystując elektrozawór Seletron, zamontowany na oprawie dysz istnieje możliwość niezależnego sterowania pracą pojedynczego rozpylacza. Rys. 2.21. Elektrozawór Seletron do niezależnego sterowania pojedynczego rozpylacza [źródło: Skudlarski 2012] Rozwiązanie to pozwala na precyzyjne włączanie i wyłączanie rozpylaczy, co minimalizuje nakładanie się oprysku, szczególnie przy nieregularnych kształtach pól. Ponadto przy zmianie prędkości opryskiwania system Seletron automatycznie wybiera rozpylacze lub ich kombinacje w celu uzyskania wymaganego dozowania, utrzymując ciśnienie robocze w optymalnych przedziałach, tym samym ograniczając zjawisko znoszenia (rys. 2.21) [Skudlarski 2012]. 41

Podczas wykonywania zabiegu ochrony roślin niezmiernie ważna jest prawidłowa praca wszystkich rozpylaczy. Firmy Inuma, TeeJet i Lemken stworzyły system oparty na kontroli pojedynczych rozpylaczy poprzez zainstalowanie czujników przepływu cieczy przy każdym z nich. Połączenie sensorów TeeJet 750T z terminalem pozwala na natychmiastową reakcję operatora po uzyskaniu informacji o niewłaściwie pracującym rozpylaczu. Dzięki temu zwiększa się produktywność oraz redukowane jest niebezpieczeństwo nieprawidłowego lub nieefektywnego zastosowania pestycydu. Schemat takiego układu przestawiono na rysunku 2.22 [Rolniczy Przegląd Techniczny 2011]. Rys. 2.22. Układ indywidualnego monitorowania dysz w opryskiwaczu [źródło: Rolniczy Przegląd Techniczny 2011] Firma Amazone zastosowała w swoich opryskiwaczach nowy terminal o nazwie Amapad, wyposażony w program AcuraSpray, który wskazuje optymalny moment uzupełnienia cieczy użytkowej, redukując do minimum puste przejazdy maszyny po polu. System zestawia pozostającą do opryskania powierzchnię pola i trasę przejazdu oraz aktualną ilość cieczy w zbiorniku. Jeśli nie wystarcza ona do przejechania następnej ścieżki, użytkownik informowany jest o konieczności uzupełnienia zbiornika (rys. 2.23). 42

Rys. 2.23. System AcuraSpray wskazujący optymalny moment uzupełnienia cieczy w zbiorniku [źródło: Agromechanika 2012] Rys. 2.24. Układ automatycznego mycia belki opryskiwacza [źródło: Rolniczy Przegląd Techniczny 2011] Ten sam producent opracował urządzenie BoomWash do automatycznego czyszczenia belki opryskiwacza po zakończonym zabiegu. Proces mycia belki można przeprowadzić bezpośrednio na polu, bez konieczności bezpośredniego kontaktu użytkownika z środkiem ochrony roślin. Trwa on tylko 2 minuty, a ilość zużywanej wody nie przekracza 100 l. Sposób pracy tego urządzenia przedstawiono na rysunku 2.24 [Agromechanika 2012]. W założenia stawiane przez rolnictwo precyzyjne wpisuje się również patent firmy Agri Con. Dotyczy on ultradźwiękowych czujników (sensor P3) montowanych na belce polowej opryskiwacza, które rejestrują wysokość roślin, ilość i położenie pięter liści oraz 43

biomasę. Na podstawie zebranych danych możliwe jest aplikowanie zmiennych ilości środków ochrony roślin zależnie od aktualnych parametrów uprawianej rośliny (rys. 2.25) [Rolniczy Przegląd Techniczny 2011]. Rys. 2.25. Ultradźwiękowy czujnik sensor P3 [źródło: Rolniczy Przegląd Techniczny 2011] Firma Agrotop skonstruowała narzędzie do automatycznego dozowania środków ochrony roślin Quantofill M, pokazany na rysunku 2.26. Umożliwia on precyzyjne dozowanie jednego lub kilku preparatów, które nie są mieszane w zbiorniku głównym. Rys. 2.26. Narzędzie Quantofill M do automatycznego dozowania kilku środków ochrony roślin w opryskiwaczu [źródło: Rolniczy Przegląd Techniczny 2011] 44

System ten dokonuje również samoczynnego czyszczenia układu po zakończeniu pracy urządzenia. Przy pomocy tego urządzenia można też wypłukać pojemniki po ś.o.r., a roztwór z płukania odprowadzić do opryskiwacza [Rolniczy Przegląd Techniczny 2011]. Włoski producent podzespołów do opryskiwaczy, firma Idromeccanica Bertolini S.p.a. wdrożył do produkcji nowy rodzaj pompy niskociśnieniowej serii Poly, wykonanej w specjalnej technologii polipropylenowej. Technologia ta zapewnia wysoką odporność pompy na kontakt z agresywnymi środkami ochrony roślin, co znacznie podnosi żywotność jej pracy. Równomierność oprysku zapewnia wysoka wydajność, wynosząca 300 dm 3 min -1 oraz ciśnienie robocze sięgające 1,5 MPa [Pawlicki, Feder 2010]. Państwowy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu w ostatnim czasie zaprezentował dwa oryginalne wynalazki dotyczące obszaru techniki ochrony roślin. Pierwszy z nich dotyczył rozwiązania pt. Sposób monitorowania oprysku agrotechnicznego polegający na wykrywaniu w atmosferze obecności substancji chemicznych w postaci wodnych aerozoli i układ do stosowania tego sposobu (rys. 2.27). System ten wykorzystuje układ optyczny do pomiaru transmisji, w którym wykorzystano elektroniczną modulację światła oraz liniowy przetwornik światło/napięcie [Chmielewski 2012]. Rys. 2.27. Sposób monitorowania oprysku agrotechnicznego i układ do stosowania tego sposobu [źródło: Chmielewski 2012] Drugi wynalazek dotyczył koncepcji pt. Sposób pomiaru oprysku agrotechnicznego, w którym analizuje się części rośliny pokrytej substancjami chemicznymi, zwłaszcza agrochemikaliami. Zastosowanie tego sposobu pomiaru pozwala 45

m.in. na identyfikację i określenie ilości substancji podczas oprysku rośliny uprawnej ś.o.r., jak również po procesie parowania i po wniknięciu agrochemikaliów w roślinę [Chmielewski 2012]. Przedstawione w tym rozdziale najnowsze rozwiązania techniczne są dowodem dużego zaangażowania producentów, konstruktorów oraz zespołów badawczych w prace nad unowocześnieniem i ulepszeniem niemal wszystkich elementów składowych opryskiwaczy. W każdym z tych elementów zauważa się dużą ingerencję układów elektronicznych, które we współpracy z zaawansowanymi komputerami sterującymi i systemem pozycjonowania GPS będą w stanie w pełni realizować założenia rolnictwa precyzyjnego. 46

3. Sformułowanie problemu badawczego i celu pracy Przeprowadzona na podstawie literatury analiza stanu wiedzy wskazuje na bardzo szybki rozwój techniki ochrony roślin, przejawiający się wdrażaniem do produkcji szeregu nowoczesnych rozwiązań. W wielu przypadkach jednak znacznie zwiększają one koszty zakupu opryskiwacza, ograniczając tym samym zastosowanie tych rozwiązań w praktyce. Dlatego niezmiernie ważna i uzasadniona wydaje się być kontynuacja badań nad prostymi i tanimi metodami pozwalającymi osiągnąć zadowalającą jakość zabiegu. Ciągle podkreślany problem ograniczenia ekologicznych i ekonomicznych strat towarzyszących procesowi nanoszenia cieczy użytkowej na opryskiwane powierzchnie sprawia, że konieczne jest zbadanie zależności pomiędzy parametrami konstrukcyjnymi i eksploatacyjnymi rozpylacza a jakością wykonanego zabiegu opryskiwania. Dotychczasowe prace badawcze wykazały, że zmiana kąta ustawienia rozpylaczy na belce polowej nie powoduje pogorszenia rozkładu poprzecznego cieczy użytkowej [Szewczyk 2010b, Wilczok 2008]. Na tej podstawie stwierdzono, iż możliwa i wskazana jest kontynuacja badań związanych ze zmianą bazową kąta ustawienia rozpylaczy na belce polowej przy zróżnicowanych warunkach eksploatacji, które mogą wynikać m.in. z różnych prędkości stosowanych podczas opryskiwania czy występowania wiatru atmosferycznego. Powyższe względy sprawiły, że przyjęto następującą hipotezę badawczą H1: Zmiana prędkości roboczej opryskiwacza ma wpływ na stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni. Dlatego też celem głównym pracy była analiza wpływu parametrów eksploatacyjnych, ustawień oraz warunków pracy wybranych rozpylaczy na podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy i stopień pokrycia wybranych powierzchni opryskowych. Podjęto zatem realizację badań, których celami szczegółowymi było: 1. Określenie wielkości kropel wytwarzanych przez wybrane rozpylacze przy zmiennym ciśnieniu cieczy użytkowej. 2. Scharakteryzowanie rozkładu prędkości powietrza w tunelu aerodynamicznym w płaszczyźnie umiejscowienia badanego rozpylacza. 3. Scharakteryzowanie podłużnego rozkładu opadu cieczy rozpylonej wybranymi rozpylaczami w warunkach działania zmiennego strumienia powietrza dla przyjętych poziomów ciśnień roboczych i kątów ustawienia rozpylacza. 47

4. Wyznaczenie wartości wskaźnika opadu cieczy (W so ) na podstawie analizy uprzednio wykonanych rozkładów. 5. Opracowanie modelu matematycznego opisującego zależność wskaźnika opadu cieczy od przyjętych parametrów i warunków pracy rozpylaczy. 6. Przeprowadzenie badań weryfikacyjnych zaproponowanego modelu wskaźnika W so. 7. Ocena stopnia pokrycia badanych powierzchni poziomych i pionowych dla zmiennych ustawień i parametrów pracy rozpylaczy przy zachowaniu stałej dawki cieczy użytkowej. 8. Dokonanie analizy uzyskanych wyników wybór optymalnych parametrów pracy badanych rozpylaczy przy analizowanych warunkach eksploatacyjnych. 48

4. Metodyka badań 4.1. Przedmiot i zakres badań Realizacja ustalonych celów pracy wymagała przeprowadzenia wieloetapowych badań, których ogólną koncepcję przedstawiono w formie schematu blokowego na rysunku 4.1. Ogół czynników uwzględnianych we wszystkich etapach zestawiono w tabeli 4.1. Badania wstępne Pomiary wielkości kropel Pomiary rozkładu prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym Pomiary wiatru pozornego nośnika rozpylaczy Badania zasadnicze Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy Zmienne parametry: Prędkość strumienia powietrza v w Rozpylacz Ciśnienie p Kąt ustawienia γ Prędkość nośnika rozpylaczy v Stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni Wyznaczenie wskaźnika opadu rozpylonej cieczy W so Opracowanie modelu matematycznego wskaźnika W so Wyznaczenie stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni P sp : pionowej najazdowej i odjazdowej, poziomej górnej i dolnej Rys. 4.1. Schemat blokowy realizacji poszczególnych etapów badań Początkowym etapem badań były pomiary spektrum kropli dziesięciu typów rozpylaczy najczęściej używanych w uprawach polowych. Wszystkie zastosowane rozpylacze były fabrycznie nowe, a ich parametry zestawiono w tabeli 4.2. 49

Tabela 4.1. Wykaz zmiennych przyjętych do badań Zmienne niezależne Rodzaj badań Ciśnienie robocze [MPa] Kąt ustawienia rozpylacza [ ] Prędkość czołowego strumienia powietrza [m s -1 ] Prędkość robocza [m s -1 ] Zastosowane rozpylacze Pomiar wielkości kropel 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 - - - AXI 11002 AVI 11002 AVI TWIN 11002 DG TJ60 11002 IDK 12003 LU 12003 ID 12003 IDKT 12003 AP 11002 AZ-MM 11003 Badania rozkładu podłużnego 0,2; 0,3; 0,4-20; -10; 0;10; 20 0; 1,1; 2,2; 3,3; 4,4 - AXI 11002 AVI 11002 AVI TWIN 11002 DG TJ60 11002 Badania stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni 0,2; 0,3; 0,4-20; -10; 0; 10; 20-1,1; 2,2; 3,3; 4,4 AXI 11002 AVI 11002 AVI TWIN 11002 DG TJ60 11002 Po przeprowadzeniu pomiarów i analizie otrzymanych wyników tego etapu dokonano wyboru 4 typów rozpylaczy wykorzystywanych w dalszych badaniach. Uzasadnienie wyboru tych rozpylaczy oraz ciśnień roboczych przedstawiono w podrozdziale 5.1.1. W kolejnym etapie przeprowadzono dwa, równoległe badania zasadnicze, które sprowadzały się do wyznaczenia podstawowych parametrów jakości pracy rozpylaczy: rozkładu opadu rozpylonej cieczy oraz stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni. W obrębie tego etapu wykonano również badania pomocnicze, które polegały na określeniu rozkładu prędkości w tunelu aerodynamicznym oraz pomiarze wiatru pozornego podczas pracy nośnika rozpylaczy. Tak wykonane pomiary charakteryzowały warunki w jakich przeprowadzano badania zasadnicze. Końcowym etapem było wyznaczenie wartości wskaźnika opadu rozpylonej cieczy W so oraz dokonanie oceny stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni, przy uwzględnieniu założonych czynników. Wyniki ostatniego etapu badań poddano analizie statystycznej, której celem było wykazanie wpływu czynników na jakość procesu rozpylania. 50

Tabela 4.2. Charakterystyka rozpylaczy stosowanych w badaniach wstępnych Oznaczenie rozpylacza AXI 11002 Typ rozpylacza O szerokim zakresie ciśnień Kąt opryskiwania [ ] Rozmiar Producent Natężenie wypływu [dm 3 min -1 ]* 110 02 Albuz 0,80 AVI 11002 Eżektorowy 110 02 Albuz 0,80 AVI TWIN 11002 DG TJ60 11002 Eżektorowy dwustrumieniowy Niskoznoszeniowy dwustrumieniowy 110 02 Albuz 0,80 110 02 TeeJet 0,79 IDK 12003 Eżektorowy 120 03 Lechler 1,19 LU 12003 Uniwersalny 120 03 Lechler 1,19 ID 12003 Eżektorowy 120 03 Lechler 1,19 IDKT 12003 Eżektorowy dwustrumieniowy 120 03 Lechler 1,19 AP 11002 Standardowy 110 02 Agroplast 0,80 AZ-MM 11003 Niskoznoszeniowy 110 03 * natężenie wypływu przy ciśnieniu 0,3 MPa wg danych producenta Bott Leszno 1,20 4.2. Badania wstępne 4.2.1 Pomiar wielkości kropel Zgodnie z założoną koncepcją badań, wybór rozpylaczy do badań zasadniczych poprzedzony był określeniem wielkości kropel rozpylaczy najczęściej stosowanych w uprawach polowych. Otrzymane wyniki umożliwiły wyodrębnienie czterech rozpylaczy wytwarzających krople o założonej wielkości. Do badań wstępnych wytypowano 10 typów rozpylaczy, których charakterystykę przedstawiono w tabeli 4.2 w podrozdziale 4.1. Do opisu wielkości kropel posłużono się medianą objętościową średnicy kropel (VMD) oznaczaną jako Dv (50). Wielkość ta określa wymiar kropel, przy którym połowa objętości rozpylanej cieczy zawiera krople mniejsze od zmierzonej wartości VMD, a pozostałą część objętości zawiera krople większe. Ponadto wyznaczono wartości Dv (10) i Dv (90), które określały wielkość kropel w sytuacji gdy 10 i 90% objętości rozpylanej cieczy zawartych jest w kroplach o średnicy mniejszej niż wyznaczona. Rozpylacze cechujące się niską wartością VMD wytwarzają dużą liczbę małych kropel o dużej podatności na znoszenie, w przypadku dużych wartości VMD sytuacja jest odwrotna. Wielkości Dv (10) i Dv (90) umożliwiły scharakteryzowanie szerszego zakresu wytwarzanych 51

Wielkość kropel [μm] kropel. Większe zbliżenie tych dwóch wartości do Dv (50), oznacza bardziej jednorodne spektrum kropel produkowanych przez dany rozpylacz. W celu dokonania oceny jakości rozpylenia cieczy posłużono się współczynnikiem R SF (Relative Span Factor), który pozwala określić jednorodność kropel wytwarzanych przez dany rozpylacz [Nuyttens i in. 2009a]. Współczynnik ten wyraża się wzorem: R SF Dv (90) Dv Dv (50) (10) (2) gdzie: R SF - współczynnik jednorodności rozpylania [-], Dv (90) - średnica, od której 10% objętości cieczy rozpylana jest na krople większe [μm], Dv (10) - średnica, poniżej której 10% objętości cieczy rozpylana jest na krople mniejsze [μm], Dv (50) - mediana objętościowa średnicy kropel [μm]. Wyższe wartości tego współczynnika wskazują na większy rozrzut w wielkości kropel, a mniejsze wartości na wytwarzanie przez rozpylacz bardziej jednorodnych kropel, co w praktyce jest szczególnie pożądane. 1200 Kategoria kropel: 1100 1000 900 800 700 UC XC Ekstremalnie drobne/bardzo drobne (XF/VF) Bardzo drobne/drobne (VF/F) Drobne/Średnie (F/M) 600 500 400 VC C M Średnie/Grube (M/C) Grube/Bardzo grube (C/VC) 300 200 100 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 VF Łączny udział objętościowy Rys. 4.2. Klasyfikacja wielkości kropel [źródło: ANSI/ASAE S572.1, 2009] F XF Bardzo grube/ekstremalnie grube (VC/XC) Ekstremalnie grube/skrajnie grube (XC/UC) 52

Na rysunku 4.2 przedstawiono zakresy wielkości kropel (dla Dv (10), Dv (50) i Dv (90) ) odpowiadające poszczególnym kategoriom kroplistości, zgodnie z normą ASAE S572.1. Określenie wielkości kropel wytwarzanych przez rozpatrywane rozpylacze wykonano w warunkach laboratoryjnych w Państwowym Instytucie Maszyn Rolniczych w Poznaniu. Do tego celu wykorzystano laserowy analizator widma cząstek Spraytec firmy Malvern Instruments. Widok ogólny stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 4.3. Składało się ono ze stołu laboratoryjnego (1), na którym umieszczony był analizator widma cząstek. Badany rozpylacz mocowano w oprawie (3) przesuwającej się po prowadnicy (4). Taki układ umożliwiał przemieszczanie rozpylacza względem analizatora (2). Wielkość kropel rejestrowana była przez układ optyczny i zapisywana w komputerowym programie rejestrującym. Wartość ciśnienia roboczego ustalono za pomocą elektronicznego manometru (5) o dokładności 0,003 MPa i zakresie pomiarowym 30 MPa. Podczas badań stosowano 5 poziomów ciśnienia roboczego: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 MPa. Uzyskane wyniki pomiarów posłużyły do określenia wartości VMD, Dv (10) i Dv (90). Badania przeprowadzono przy stałej temperaturze powietrza wynoszącej 18ºC i wilgotności względnej 70%. W doświadczeniu wykorzystano wodę wodociągową. Rys. 4.3. Stanowisko do analizy wielkości kropel: 1 stół laboratoryjny, 2 analizator widma cząstek, 3 oprawa rozpylacza, 4 prowadnica, 5 - manometr 53

4.2.2. Pomiar prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym W celu scharakteryzowania rozkładu prędkości strumienia powietrza w całym przekroju poprzecznym tunelu aerodynamicznego dokonywano pomiarów tego parametru w płaszczyźnie przechodzącej przez punkt mocowania rozpylacza. Przeprowadzenie pomiarów w tym miejscu przekroju tunelu wydaje się niezmiernie ważne, gdyż na tej wysokości strumień powietrza bezpośrednio oddziałuje na rozpyloną strugę. Sposób przeprowadzania pomiarów prędkości strumienia powietrza przedstawiono na rysunku 4.4. Rys. 4.4. Umieszczenie przyrządu do pomiaru prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym: 1 sonda pomiarowa, 2 mocowanie rozpylacza, 3 statyw pomiarowy Przyrządem pomiarowym używanym do badań był anemometr skrzydełkowy CEM DT-620 (rys. 4.5) o dokładności pomiarowej 0,01 m s -1 i zakresie 0,40-30,00 m s -1. Rozmieszczenie punktów pomiarowych w przekroju poprzecznym tunelu przedstawiono na rysunku 4.6. Były one rozstawione od siebie co 100 mm, odległość skrajnych punktów od ściany tunelu również wynosiła 100 mm. Pozwalało to na wykonanie 81 pomiarów, na podstawie których ustalana była wielkość szczeliny wlotowej wentylatora osiowego, odpowiadająca zadanej prędkości. W celu ujednorodnienia strumienia powietrza w całym przekroju tunelu powietrznego za wentylatorem zainstalowano prostownicę rurowowiązkową, składającą się z 68 rur o średnicy 100 mm i długości 200 mm. 54

Rys. 4.5. Anemometr skrzydełkowy CEM DT-620 użyty do pomiaru prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym Rys. 4.6. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych w przekroju tunelu aerodynamicznego 4.3. Rozkład podłużny Badania zostały przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych na stanowisku pomiarowym do badań rozkładu podłużnego opadu rozpylonej cieczy, przedstawionym na rysunku 4.7. 55

Rys. 4.7. Schemat stanowiska pomiarowego do badań rozkładu podłużnego rozpylonej cieczy w warunkach działania strumienia powietrza: h wysokość rozpylania, v w prędkość strumienia powietrza, γ kąt odchylenia rozpylacza, 1 wlot powietrza, 2 zasuwy do regulacji prędkości strumienia powietrza, 3 wentylator osiowy, 4 prostownica rurowo-wiązkowa z siatkami homogenizującymi strumień powietrza, 5 rozpylacz, 6 stół rowkowy, 7 tunel powietrzny Rys. 4.8. Widok statywu umożliwiającego zmianę wartości kąta γ oraz wysokości rozpylania 56

Bazowym elementem stanowiska był tunel powietrzny (7), w którym zamocowano badany rozpylacz (5), z wykorzystaniem specjalnego statywu. Konstrukcja statywu umożliwiała regulowanie wysokości rozpylania, a także pozwalała na zmianę kąta ustawienia rozpylacza (γ) w płaszczyźnie pionowej, równoległej do osi tunelu (rys. 4.8). Wysokość rozpylania wynosiła 0,5 m, wartość ta była zgodna z zaleceniami producentów badanych rozpylaczy. Kąt γ odpowiadający odchyleniu rozpylanej strugi w kierunku przeciwnym do działania strumienia powietrza przyjęto jako dodatni, natomiast kąt przy którym odchylenie strugi było zgodne z działaniem strumienia powietrza - jako ujemny. 1 2 Rys. 4.9. Widok stanowiska do badań rozkładu podłużnego opadu rozpylonej cieczy: 1 manometr kontrolny, 2 - cylindry miarowe Pod rozpylaczem znajdował się stół rowkowy o długości 4250 mm i szerokości 1000 mm. Na powierzchni stołu wykonane były równoległe rowki o rozstawie 50 mm. Układ taki umożliwiał zebranie opadu rozpylonej cieczy z każdego rowka do osobnego cylindra miarowego (rys. 4.9) o zakresie pomiarowym 30-250 ml i podziałce 2 ml. W sytuacji, gdy objętość zawartej w cylindrach cieczy nie przekraczała 30 ml, przelewano ją do cylindra miarowego o podziałce 1 ml i zakresie pomiarowym 5 50 ml lub 1 10 ml. Pomiary rozkładu opadu rozpylonej cieczy przeprowadzane były na długości 1200 mm przed osią badanego rozpylacza oraz 1600 mm za osią rozpylacza. Czas trwania pojedynczego pomiaru wynosił 60 sekund. Odczyt z poszczególnego cylindra miarowego był dokonywany po upływie 2 minut od zakończenia pomiaru. Badania rozkładu 57

przeprowadzane były w trzech powtórzeniach, co przy zakładanych nastawach parametrów zmiennych oznaczało wykonanie 900 pomiarów. Do zasilania badanego rozpylacza cieczą użytkową, którą była woda wodociągowa użyto opryskiwacza polowego napędzanego silnikiem elektrycznym. Ciśnienie cieczy mierzono manometrem zainstalowanym na wysokości pracy badanego rozpylacza. Średnica manometru wynosiła 80 mm, zakres pomiarowy 0 1,6 MPa, a podziałka - 0,02 MPa w badanym zakresie ciśnień. Strumień powietrza wytwarzany był przy pomocy wentylatora osiowego, którego wydatek regulowano poprzez zmianę przekroju szczeliny wlotowej. 4.4. Wskaźnik opadu cieczy (W so ) Podczas wykonywania zabiegu opryskiwania wymagana jest sytuacja, w której jak największa objętość rozpylonej cieczy trafiła na opryskiwany obiekt. W celu scharakteryzowania opadu rozpylonej cieczy oraz określenia potencjalnych strat wynikających z występowania strumienia powietrza, posłużono się wskaźnikiem opadu cieczy W so, obliczanym zgodnie ze wzorem 3. W so Vi V c 100 [%] (3) gdzie: ΣV i suma objętość cieczy zebranej z całej powierzchni stołu rowkowego [ml], V c całkowita objętość cieczy użyta w danym pomiarze [ml]. Równocześnie z pomiarami rozkładu podłużnego cieczy odbywały się pomiary wskaźnika opadu rozpylonej cieczy, z zastosowaniem tych samych parametrów roboczych. Ciecz zebraną ze wszystkich rynienek stołu rowkowego, przelewano do cylindra miarowego o zakresie 100 1000 ml i podziałce 10 ml. Jednocześnie na zewnątrz tunelu aerodynamicznego dokonywano pomiaru całej objętości cieczy wykorzystanej w pojedynczym pomiarze (rys. 4.10). 58

Rys. 4.10. Widok układu pomiarowego służącego do określenia całkowitej objętości cieczy użytej podczas pojedynczego badania Do tego celu użyto drugiego rozpylacza, umieszczonego na tej samej wysokości pracy co badany rozpylacz, a rozpylaną ciecz zbierano w cylindrze miarowym o zakresie 100 1000 ml i podziałce 10 ml. Dokonane wcześniej pomiary wstępne potwierdziły, iż wydatek tak zainstalowanych rozpylaczy jest identyczny, dlatego możliwe było zastosowanie tego układu pomiarowego do określenia całkowitej objętości cieczy wykorzystanej w danym pomiarze. 4.5. Stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni Badania stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni wykonano w warunkach laboratoryjnych na stanowisku badawczym umieszczonym w zamkniętej hali, która miała 70 m długości i 6 m wysokości. Szerokość hali w miejscu przeprowadzania doświadczenia wynosiła 5,4 m. Taki sposób zainstalowania aparatury badawczej umożliwiał ograniczenie wpływu zewnętrznych czynników na przebieg procesu opryskiwania. Prace badawcze przeprowadzone były przy temperaturze powietrza mieszczącej się w przedziale 10-12 C i wilgotności względnej powietrza 62 70%. Cieczą użytkową, wykorzystywaną w pomiarach była woda wodociągowa. Posadzka w budynku wykonana była z betonu gładkiego (maszynowego). Przymocowano do niej na stałe prowadnicę zbudowaną z ceownika C50 30 3 o długości 30 m, po której przemieszczał się nośnik rozpylaczy. Widok stanowiska przedstawiono na rysunku 4.11. 59

4 5 2 1 3 Rys. 4.11. Widok ogólny stanowiska do badań stopnia pokrycia: 1 sztuczna roślina, 2 nośnik rozpylaczy, 3 prowadnica, 4 rolki prowadzące, 5 koła napędowe Rys. 4.12. Schemat budowy nośnika rozpylaczy: 1 - rama, 2 - silnik napędowy, 3 - przekładnia łańcuchowa, 4 - przekładnia pasowa, 5 - napinacz paska klinowego, 6 - koła napędowe, 7 - rolki przednie i tylne prowadzące, 8 - anemometr, 9 - przełącznik kierunku obrotów, 10 - zbiornik wody, 11 - załącznik pompy, 12 - pompa z silnikiem, 13 - zawór odcinający, 14 - filtr, 15 - zawór regulacji ciśnienia, 16 - manometr, 17 - oprawy rozpylaczy z zaworami przeciw kroplowymi [źródło: Szewczyk 2010b] 60

Schemat obrazujący szczegółową budowę nośnika rozpylaczy został przedstawiony na rysunku 4.12. Konstrukcja jego wykonana była z profili aluminiowych, do których przymocowane były koła napędowe oraz rolki prowadzące poruszające się w prowadnicy. Układ taki zapewniał prostoliniowy ruch na całej długości pracy. Istotnym elementem nośnika był wycinek belki polowej wyposażony w korpusy wielorozpylaczowe. Konstrukcja stanowiska umożliwiała zmianę wysokości pracy rozpylaczy oraz kąta ich ustawienia γ w płaszczyźnie pionowej, równoległej do kierunku jazdy. Wysokość pracy wynosiła 0,5 m i wynikała z zaleceń producentów rozpylaczy użytych w badaniach. Zakładane wartości kąta γ ustalano przy pomocy kątomierza zamocowanego w osi belki polowej. Sposób ustawienia tego kąta przedstawiono na rysunku 4.13. Rys. 4.13. Sposób ustawiania kąta γ Stanowisko posiadało możliwość zmiany prędkości pracy, która była realizowana z wykorzystaniem przetwornika częstotliwości. Dla prędkości 1,1 m s -1 częstotliwość ustalono na 12,50 Hz, dla prędkości 2,2 m s -1 wynosiła 24,50 Hz, dla 3,3 m s -1 36,50 Hz, a dla 4,4 m s -1 49 Hz. Wyznaczenia prędkości dokonywano na 10 metrowym odcinku pomiarowym. Mierzono czas przejazdu nośnika z wykorzystaniem elektronicznego stopera załączanego i wyłączanego przez czujnik krańcowy. Następnie, znając przebytą drogę i czas potrzebny do jej pokonania dokonywano obliczeń prędkości pracy nośnika (zamiennie nazywaną w pracy prędkością opryskiwania, prędkością roboczą). 61

Równocześnie z określaniem prędkości pracy dokonywany był pomiar prędkości wiatru pozornego, wynikającego z ruchu roboczego stanowiska. Przeprowadzany był on na całym odcinku pomiarowym przy użyciu anemometru umieszczonego na nośniku rozpylaczy. Charakterystykę tego anemometru przedstawiono w podrozdziale 4.2.2. Zamierzeniem doświadczeń było m.in. uzyskanie jednakowej dawki cieczy w zakresie przyjętego ciśnienia roboczego dla różnych prędkości opryskiwania. Efekt ten osiągnięto poprzez dostosowanie ilości przejazdów nośnika rozpylaczy do założonych prędkości roboczych. Dzięki temu możliwe było uzyskanie niezmiennej dawki cieczy dla każdego wariantu prędkości przejazdu oraz określenie wpływu wyłącznie prędkości opryskiwania na stopień pokrycia opryskiwanych powierzchni. Sposób doboru ilości przejazdów do prędkości roboczych przyjętych w badaniach oraz wynikające z nich dawki cieczy przy poszczególnych poziomach ciśnienia przedstawiono w tabeli 4.3. Tabela 4.3. Prędkości robocze i ilości przejazdów oraz odpowiadające im dawki cieczy przy założonych poziomach ciśnienia roboczego Ciśnienie cieczy użytkowej [MPa] 0,2 0,3 0,4 Prędkość robocza [m s -1 ] Ilość przejazdów nośnika 1,1 1 2,2 2 3,3 3 4,4 4 1,1 1 2,2 2 3,3 3 4,4 4 1,1 1 2,2 2 3,3 3 4,4 4 Dawka cieczy [dm 3 ha -1 ] 198 240 276 Nośnik rozpylaczy przemieszczał się wzdłuż prowadnicy z zadaną prędkością. Na drodze przejazdu nośnika w obszarze odcinka pomiarowego umieszczone były 3 obiekty imitujące rośliny (tzw. sztuczne rośliny). Widok sztucznej rośliny wraz z oznaczonymi powierzchniami opryskowymi przedstawiono na rysunku 4.14. Do każdej powierzchni wyszczególnionej na rysunku przymocowano papierki wodoczułe WSP (Water Sensitive Paper) firmy Syngenta o wymiarach 26 76 mm, które podlegały późniejszej analizie. 62

Rys. 4.14. Widok sztucznej rośliny z zaznaczonymi badanymi powierzchniami: 1 pionowa najazdowa (A nj ), 2 pionowa odjazdowa (A oj ), 3 pozioma górna (A pog ), 4 pozioma dolna (A pod ) Rys. 4.15. Schemat stanowiska pomiarowego do badań stopnia pokrycia: : a odcinek rozbiegowy, b odcinek pomiarowy, c odcinek końcowy, 1 nośnik rozpylaczy, 2 prowadnica, 3 sztuczna roślina Po przejeździe nośnika nad sztucznymi roślinami papierki wodoczułe zbierano i przenoszono na 10 minut do pomieszczenia o wyższej temperaturze (20 C) w celu całkowitego wyschnięcia. Następnie przypinano je do wcześniej przygotowanych szablonów i zabezpieczano przed zawilgoceniem pozostawiając w suchym miejscu. 63

Rys. 4.16. Widok stanowiska do komputerowej analizy obrazu Ocenę stopnia pokrycia opryskiwanych powierzchni przeprowadzono w Instytucie Ogrodnictwa w Skierniewicach na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym w mikroskop Nikon MULTIZOOM AZ 100 oraz komputer z oprogramowaniem do analizy obrazu NIS Elements Br. Widok stanowiska przestawiono na rysunku 4.16. Rys. 4.17. Zrzut ekranu przedstawiający analizowany próbnik WSP 64

Powierzchnie papierka wodoczułego, które miały bezpośredni kontakt z cieczą użytkową zmieniały swoje zabarwienie z koloru żółtego na granatowy. Obszary zabarwione stanowiły podstawę do oznaczania powierzchni pokrytej przez krople. Stopień pokrycia określano jako stosunek powierzchni zabarwionej do całej powierzchni uwzględnianej w pomiarze. Do analizy przyjmowano losowo wybrany wycinek próbnika o wymiarach 10 10 mm. Widok analizowanego próbnika przedstawiono na rysunku 4.17. 4.6. Statystyczne opracowanie wyników Wyniki badań opracowano statystycznie przy zastosowaniu programu Statistica 9.1. W celu oceny wpływu poszczególnych czynników na badane parametry konieczne było przeprowadzenie wieloczynnikowej analizy wariancji (ANOVA). Z racji tego, że test ten zaliczany jest do testów parametrycznych, konieczne było zweryfikowanie warunków jego stosowalności. Pierwszy z warunków zakładał, że rozkłady danych są zgodne z rozkładem normalnym, natomiast drugi dotyczył jednorodności wariancji w poszczególnych populacjach danych. Do zweryfikowania przedstawionych warunków zastosowano test Shapiro-Wilka (normalność rozkładu) oraz Levene a (jednorodność wariancji). Wszystkie wykonane testy przeprowadzano na poziomie istotności α = 0,05. W przypadku nie spełnienia powyższych warunków parametryczny test analizy wariancji musiał być zastąpiony nieparametrycznym testem Kruskala-Wallisa. Zarówno w teście parametrycznym, jak i nieparametrycznym możliwe było przeprowadzenie testu wielokrotnych porównań (jednorodności, homogeniczności grup), który miał za zadanie wykazać, między którymi poziomami czynnika wystąpiły istotne różnice, bądź wyjaśnić brak wpływu czynnika na analizowany parametr. 65

5. Wyniki badań i ich analiza 5.1. Badania wstępne 5.1.1. Pomiar wielkości kropel Pomiary wielkości kropel wytwarzanych wybranymi rozpylaczami wykonane na laserowym analizatorze widma cząstek Spraytec wykazały szerokie zróżnicowanie wyników, w zależności od zadanego ciśnienia roboczego jak i zastosowanego typu rozpylacza (tab. 5.1). Jednym z rozpylaczy, wytwarzających krople o najmniejszych średnich wartościach, mierzonych wielkościami Dv (10), Dv (90) i VMD, był rozpylacz AXI 11002 firmy Albuz. Został on sklasyfikowany, zgodnie ze standardami normy ASAE S572.1, jako rozpylacz drobnokroplisty w całym zakresie badanych ciśnień roboczych. Cechował się on ponadto bardzo dobrym współczynnikiem jednorodności rozpylenia R SF (od 1,04 do 1,09), również podczas pracy przy ciśnieniu roboczym przekraczającym zalecania producenta (powyżej 0,4 MPa). Tabela 5.1. Zestawienie charakterystycznych wielkości opisujących badane rozpylacze przy przyjętych ciśnieniach roboczych Ciśnienie Wielkość kropel [μm] Kategoria Rozpylacz R cieczy [MPa] SF Dv (10) Dv (50) (VMD) Dv (90) kroplistości AXI 11002 0,2 111,2 211,7 330,4 1,04 drobne AXI 11002 0,3 97,99 193,4 301 1,05 drobne AXI 11002 0,4 90,39 182,4 282,6 1,05 drobne AXI 11002 0,5 83,98 174,9 272,1 1,08 drobne AXI 11002 0,6 79,5 169,1 264 1,09 drobne AVI 11002 0,2 223,1 553,5 1084 1,56 ekstremalnie grube AVI 11002 0,3 188,2 440 850,1 1,50 bardzo grube AVI 11002 0,4 168,8 382,3 720,1 1,44 grube AVI 11002 0,5 159,2 350,2 651,6 1,41 grube AVI 11002 0,6 157,2 343,7 643,8 1,42 grube DG TJ60 11002 0,2 148 299,1 495,9 1,16 średnie DG TJ60 11002 0,3 133,4 263,5 417 1,08 średnie DG TJ60 11002 0,4 124,7 248,9 387,5 1,06 średnie DG TJ60 11002 0,5 122,2 236,7 361,7 1,01 średnie DG TJ60 11002 0,6 119,9 229,1 344,9 0,98 średnie AVI TWIN 11002 0,2 238,9 542,8 978,5 1,36 ekstremalnie grube AVI TWIN 11002 0,3 193,2 436,4 754,1 1,29 bardzo grube AVI TWIN 11002 0,4 177,6 383,5 640 1,21 grube AVI TWIN 11002 0,5 168,1 348,7 573,9 1,16 grube AVI TWIN 11002 0,6 155,6 322,9 518,8 1,13 średnie 66

Tabela 5.1. c.d. Rozpylacz Ciśnienie cieczy [MPa] Wielkość kropel [μm] Dv (10) Dv (50) (VMD) Dv (90) R SF Kategoria kroplistości IDKT 12003 0,2 253,8 553,6 973,2 1,30 ekstremalnie grube IDKT 12003 0,3 203,5 439,8 757,5 1,26 bardzo grube IDKT 12003 0,4 187,5 395,3 662,4 1,20 grube IDKT 12003 0,5 176,3 360,5 597,2 1,17 grube IDKT 12003 0,6 154,3 318,2 517 1,14 średnie LU 12003 0,2 124,2 236,1 357,2 0,99 średnie LU 12003 0,3 106 212,5 318 1,00 drobne LU 12003 0,4 96,13 203,3 307,9 1,04 drobne LU 12003 0,5 68,8 155,5 292,8 1,44 drobne LU 12003 0,6 67,74 153,5 287,7 1,43 drobne ID 12003 0,2 252,3 626,3 1208 1,53 ekstremalnie grube ID 12003 0,3 202,6 493,7 947,7 1,51 bardzo grube ID 12003 0,4 180,7 432 826,1 1,49 bardzo grube ID 12003 0,5 164,8 381,5 736,3 1,50 grube ID 12003 0,6 157,4 362,6 699,2 1,49 grube IDK 12003 0,2 204,3 457 836,3 1,38 bardzo grube IDK 12003 0,3 173,3 371 672,9 1,35 grube IDK 12003 0,4 155,7 331,2 594,7 1,33 grube IDK 12003 0,5 144,2 307,6 541,1 1,29 średnie IDK 12003 0,6 134,4 288,3 502 1,28 średnie AP 11002 0,2 215 558,2 1411 2,14 ekstremalnie grube AP 11002 0,3 203,6 491,5 945,2 1,51 bardzo grube AP 11002 0,4 183,2 437,3 835 1,49 bardzo grube AP 11002 0,5 169,1 389,6 735,5 1,45 grube AP 11002 0,6 155,3 357,9 680,3 1,47 grube AZ-MM 11003 0,2 135,8 271,4 457,8 1,19 średnie AZ-MM 11003 0,3 118,2 240 398,5 1,17 średnie AZ-MM 11003 0,4 108,1 224,5 370,6 1,17 drobne AZ-MM 11003 0,5 104,8 217,5 355,7 1,15 drobne AZ-MM 11003 0,6 98,9 206,8 338,6 1,16 drobne Najwyższymi średnimi wartościami badanych wielkości charakteryzował się rozpylacz ID 12003 firmy Lechler, który wytwarzał krople od grubych po ekstremalnie grube w badanym przedziale ciśnień roboczych. Podczas rozpylania cieczy przez ten rozpylacz przy ciśnieniu 0,3 MPa średnia wielkość kropel opisana wartością VMD wynosiła 493,7 μm i ponad dwu i półkrotnie przewyższała wartość otrzymaną dla rozpylacza AXI 11002 (193,4 μm). Jednorodność kropel wytwarzanych przez rozpylacz ID 12003 wyrażona współczynnikiem R SF wynosiła od 1,49 do 1,53 w zależności od zastosowanego ciśnienia. Wzrost ciśnienia roboczego skutkował zawsze zmniejszeniem wielkości średnich kropel emitowanych przez badane rozpylacze. 67

Objętość całkowita [%] Objętość całkowita [%] Rozkład objętości kropel [%] Rozkład objętości kropel [%] Objętość całkowita [%] Objętość całkowita [%] Rozkład objętości kropel [%] Rozkład objętości kropel [%] a) Średnica kropel [μm] b) Średnica kropel [μm] c) Średnica kropel [μm] d) Średnica kropel [μm] Rys. 5.1. Spektrum kropel wytwarzanych przy ciśnieniu roboczym 0,3 MPa przez rozpylacze: a) AXI 11002, b) AVI 11002, c) DG TJ60 11002, d) AVI TWIN 11002 68

W większości przypadków wystąpiła poprawa współczynnika jednorodności rozpylenia w wyniku zwiększania ciśnienia roboczego za wyjątkiem rozpylaczy AXI 11002 i LU 12003, u których stwierdzono zmniejszenie jednorodności. Rozpylacze użyte w pomiarze wielkości kropel charakteryzowały się odmiennymi kątami rozpylenia cieczy (110 i 120 ) oraz występowały w niejednakowych rozmiarach (02 i 03) co różnicowało je m.in. pod względem wielkości wydatku jednostkowego. Z powyższych względów do dalszych badań zaplanowanych w niniejszej pracy wybrano rozpylacze tego samego rozmiaru i posiadających ten sam kąt rozpylenia: AXI 11002, AVI 11002, AVI TWIN 11002 i DG TJ60 11002. Spektrum wielkości kropel wytwarzanych przez te rozpylacze dla przykładowego ciśnienia roboczego (0,3 MPa) zilustrowano na rysunku 5.1. Z przedstawionych wykresów możliwe jest odczytanie ilości objętości cieczy wytwarzanej w danej frakcji i na jej podstawie dokonanie oceny przydatności poszczególnego rozpylacza do ściśle określonego typu zabiegu ochrony roślin. Frakcje kropel mniejsze niż 100 μm mogą stanowić zagrożenie podczas stosowania środków ochrony roślin wynikające m.in. ze znoszenia cieczy czy jej odparowania w niekorzystnych warunkach atmosferycznych takich jak niska wilgotność powietrza czy wysoka temperatura. Z kolei frakcje kropli większe niż 500 μm również uważane są jako niekorzystne, gdyż przy dużym ich udziale może dochodzić do ociekania cieczy z roślin, osiadania jej na podłożu czy obniżenia stopnia pokrycia opryskiwanych upraw [Czaczyk 2012a, Kierzek 2011]. Wybrane rozpylacze, wykazywały między sobą duże zróżnicowanie wielkości emitowanych kropel, dlatego szczególnie uzasadnione wydawało się użycie ich w zasadniczych etapach badań doświadczalnych. Spodziewanym efektem tych badań będzie ocena jakości pracy rozpylaczy oraz określenie indywidualnych zakresów ich stosowalności przy danych warunkach eksploatacyjnych 5.1.2. Pomiar prędkości strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym Wyniki pomiarów prędkości strumienia powietrza w określonych punktach przekroju poprzecznego tunelu aerodynamicznego przedstawione zostały na rysunku 5.2. Prędkością przyjętą do badań była prędkość uzyskiwana w samym środku przekroju poprzecznym tunelu, a więc w miejscu mocowania badanego rozpylacza. 69

v w [m s -1 ] v w [m s -1 ] v w [m s -1 ] v w [m s -1 ] v w [m s -1 ] 1,2-1,4 1-1,2 0,8-1 a) b) v w [m s -1 ] 2,4-2,8 2-2,4 1,6-2 1,2-1,6 1,8 1,6 1,4 1,2 0,8 1 0,6 0,4 0,2 0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 h [m] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 s [m] 3,2 2,8 2,4 1,6 2 1,2 0,8 0,4 0 0,9 0,8 0,7 h [m] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 s [m] c) v w [m s -1 ] 3-3,6 2,4-3 d) 1,8-2,4 v w [m s -1 ] 4-4,8 3,2-4 2,4-3,2 4,8 4,2 3,6 2,4 3 1,8 1,2 0,6 0 0,9 0,8 0,7 0,6 h [m] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,9 0,8 0,7 s [m] 6,4 5,6 4,8 3,2 4 2,4 1,6 0,8 0 0,9 0,8 0,7 0,6 h [m] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Rys. 5.2. Rozkład prędkości przepływu strumienia powietrza w miejscu rozpylania cieczy dla następujących prędkości: a) 1,1; b) 2,2; c) 3,3; d) 4,4 m s -1 ; h wysokość tunelu, s szerokość tunelu, v w prędkość strumienia powietrza 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,9 0,8 0,7 s [m] Zainstalowanie w tunelu aerodynamicznym prostownicy rurowo-wiązkowej oraz siatek homogenizujących strumień powietrza spowodowało, iż różnice prędkości przepływu w badanym przekroju nie były znaczące z punktu widzenia warunków przeprowadzonych badań. Wartości prędkości powietrza były tak ustalane, aby uzyskać możliwie jak największą jednorodność przepływu szczególnie w miejscu bezpośredniego kontaktu strumienia z rozpyloną cieczą. Otrzymane w ten sposób przedziały prędkości strumienia powietrza, działającego na rozpyloną strugę zestawiono w tabeli 5.2. 70

Tabela 5.2. Zestawienie przedziałów prędkości strumienia powietrza działających na rozpyloną strugę cieczy Prędkość strumienia powietrza przyjęta do badań [m s -1 ] Przedział uzyskanej prędkości [m s -1 ] 1,1 1,0 1,3 2,2 1,8 2,2 3,3 2,6 3,5 4,4 3,6 4,6 Na podstawie danych przedstawionych w powyższej tabeli wykazano, że maksymalne różnice w prędkości strumienia powietrza nie przekraczały 21% prędkości przyjętej do badań. 5.2. Rozkład podłużny Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów opracowano krzywe obrazujące podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy. Na wykresach przedstawionych na rysunkach 5.3 5.22 oś x stanowiła długość stołu rowkowego. Płaszczyzna pionowa przechodząca przez miejsce mocowania rozpylacza dzieliła stół rowkowy na dwie części: nawietrzną oznaczoną jako ujemną i zawietrzną jako dodatnią. Natomiast na osi y pokazano stosunek cieczy zmierzonej w danym punkcie pomiarowym (z jednego cylindra miarowego) do całkowitej objętości wykorzystanej do pomiaru. Przedstawione wykresy dotyczą jedynie wyników badań dla przykładowego ciśnienia roboczego (0,3 MPa), które wydają się być przez autora najbardziej reprezentatywne, gdyż ukazują charakterystyczne zależności, wspólne dla pozostałych wartości ciśnień. 71

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.3. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AXI 11002, kąta γ = -20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 0,35 0,30 0,25 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.4. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AXI 11002, kąta γ = -10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 72

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.5. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AXI 11002, kąta γ = 0 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.6. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AXI 11002, kąta γ = 10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 73

Vi/Vc [-] 0,35 0,30 0,25 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.7. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AXI 11002, kąta γ = 20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] Na wykresach 5.3 5.7 przedstawiono zależność między prędkością strumienia powietrza oraz kątem ustawienia rozpylacza na podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AXI 11002. Analizując powyższe przebiegi zaobserwować można, że najwyższe wartości (ekstrema) opadu rozpylonej cieczy na opryskiwaną powierzchnię uzyskiwane są dla pionowego ustawienia rozpylacza w przypadku, gdy na rozpyloną ciecz nie działa strumień powietrza. W takich warunkach i przy takim ustawieniu rozpylacza cała objętość rozpylonej cieczy znajduje się pod rozpylaczem, na długości stołu nie przekraczającej 0,7 m. Wówczas rozkład cieczy zbliżony jest do normalnego. W momencie zastosowania i stopniowego zwiększania prędkości strumienia powietrza zaobserwować można osiąganie zdecydowanie niższych wartości opadu na korzyść rozszerzenia podstawy krzywej rozkładu (wzdłuż osi x ). W tym przypadku obserwowany rozkład rozpylonej cieczy znacznie odbiega od rozkładu normalnego. Jednocześnie następuje wyraźne przesunięcie objętości rozpylonej cieczy zgodnie z kierunkiem działania wiatru, na stronę zawietrzną osi rozpylacza. Sytuacji takiej można w pewnym stopniu przeciwdziałać, a mianowicie poprzez zmianę ustawienia rozpylacza z kątów ujemnych na dodatnie. Ponadto stwierdzić można, że im większa prędkość strumienia powietrza, tym większe powinno być wychylenie rozpylacza pod wiatr, czyli w stronę dodatnich wartości kąta γ. Na przykład dla prędkości wiatru 2,2 i 3,3 m s -1 najbardziej korzystny wydaje się kąt ustawienia rozpylacza równy 10, dzięki któremu 74

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] możliwe jest uzyskanie rozkładu opadu cieczy bezpośrednio pod badanym rozpylaczem. Jednak i w tym przypadku nieunikniony pozostaje efekt rozmycia cieczy w wyniku działania strumienia powietrza. v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.8. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI 11002, kąta γ = -20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.9. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI 11002, kąta γ = -10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 75

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] 0,35 0,30 0,25 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.10. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI 11002, kąta γ = 0 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.11. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI 11002, kąta γ = 10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 76

Vi/Vc [-] 0,35 0,30 0,25 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 0,05 v w 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.12. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI 11002, kąta γ = 20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] W przypadku rozpylacza AVI 11002 (rozkłady przedstawione na rysunkach 5.8 5.12) kształt przebiegów jest zbliżony do omawianego wcześniej rozpylacza. Pewne różnice dostrzegane są jednak po stronie zawietrznej przy długości stołu powyżej 0,6 m. Przykładowo na długości wynoszącej 0,8 m analizowana wartość dla pionowo ustawionego rozpylacza AVI 11002 przy największej prędkości strumienia powietrza dochodzi do 0,0062, podczas gdy dla poprzednio opisywanego rozpylacza wynosiła 0,0124. Ponadto zaobserwować można, że maksymalne wartości rozkładu (ekstrema) osiągane przez rozpylacz AVI 11002 są wyższe niż dla rozpylacza AXI 11002. Osiągane różnice dla prędkości wiatru 4,4 m s -1 i kąta γ równego 20 przekraczały 100%. 77

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] 0,20 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,15 0,10 v w 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.13. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza DG TJ60 11002, kąta γ = -20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 0,20 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,15 0,10 v w 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.14. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza DG TJ60 11002, kąta γ = -10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 78

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 v w 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.15. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza DG TJ60 11002, kąta γ = 0 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 v w 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.16. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza DG TJ60 11002, kąta γ = 10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 79

Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,20 0,15 0,10 v w 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.17. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza DG TJ60 11002, kąta γ = 20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] Odmienna sytuacja występuje przy zastosowaniu rozpylacza DG TJ60 11002 (rysunki 5.13 5.17). Zasadnicza różnica dotyczy charakteru rozkładu wynikającego z konstrukcji rozpylacza. W przeciwieństwie do rozpylaczy jednostrumieniowych obserwujemy dwa ekstrema w odległości od siebie nie przekraczającej 0,6 m. Wartości ekstremów były jednak znacznie niższe niż w przypadku rozpylaczy jednostrumieniowych, co wynikało z faktu rozdzielenia przez rozpylacz całej objętości cieczy na dwa osobne strumienie. Podobnie jak w przypadku poprzednio omawianej grupy rozpylaczy, zastosowanie strumienia powietrza i stopniowe zwiększanie jego prędkości powoduje obniżenie maksymalnych wartości rozkładu i wystąpienie rozmycia w kierunku zawietrznym. Dostrzec można również, że przy większych prędkościach strumienia powietrza wyższe ekstrema opadu uzyskiwane są dla tej strugi cieczy, która przyjmuje położenie najbardziej zbliżone do pionowego. 80

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,30 0,25 0,20 0,15 v w 0,10 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.18. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI TWIN 11002, kąta γ = -20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,30 0,25 0,20 0,15 v w 0,10 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.19. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI TWIN 11002, kąta γ = -10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 81

Vi/Vc [-] Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,30 0,25 0,20 0,15 v w 0,10 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.20. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI TWIN 11002, kąta γ = 0 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,30 0,25 0,20 0,15 v w 0,10 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.21. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI TWIN 11002, kąta γ = 10 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] 82

Vi/Vc [-] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4 0,30 0,25 0,20 0,15 v w 0,10 0,05 0,00-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Rys. 5.22. Podłużny rozkład opadu rozpylonej cieczy dla rozpylacza AVI TWIN 11002, kąta γ = 20 i ciśnienia p = 0,3 MPa l [m] Drugi z analizowanych rozpylaczy dwustrumieniowych (rozkłady przedstawione na rysunkach 5.18 5.22 charakteryzował się wyższymi maksymalnymi wartościami opadu niż rozpylacz DG TJ60 11002, co mogło być spowodowane wytwarzaniem kropli o znacznie większej średnicy opisanej wielkością VMD. W tym przypadku obserwuje się ponadto wyraźne wyodrębnienie poszczególnych strug rozpylanej cieczy. Wartości badanego parametru na długości stołu rowkowego pomiędzy strugami dla nominalnego ustawienia rozpylacza przy maksymalnej prędkości wiatru są mniejsze niż w przypadku poprzedniego rozpylacza (DG TJ60 11002) o blisko 50%. Dodatkowo zaobserwowano występowanie mniejszego rozmycia po stronie zawietrznej omawianego rozpylacza. Dla przykładu, na długości stołu rowkowego wynoszącej 1 m analizowana wartość dla pionowo ustawionego rozpylacza AVI TWIN 11002 przy największej prędkości wiatru była mniejsza o ponad 53% niż w przypadku rozpylacza DG TJ60 11002. 5.3. Wskaźnik opadu cieczy (W so ) Wyniki badań wskaźnika opadu rozpylonej cieczy W so (dla przyjętych warunków i parametrów pracy użytych rozpylaczy) w odniesieniu do poszczególnych ciśnień roboczych przedstawione zostały na rysunkach 5.23-5.25. 83

W so [%] W so [%] W so [%] W so [%] 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 a) b) v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 c) d) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] Rys. 5.23. Wskaźnik opadu cieczy W so przy ciśnieniu roboczym 0,2 MPa dla rozpylaczy: a) AXI 11002, b) AVI 11002, c) DG TJ60 11002, d) AVI TWIN 11002 Na rysunku 5.23 zobrazowano wykresy słupkowe, na których zestawiono wartości wskaźnika W so dla badanych rozpylaczy przy ciśnieniu roboczym wynoszącym 0,2 MPa. Na przedstawionych wykresach zaobserwować można, że wartość wskaźnika W so dla wszystkich rozpylaczy jest największa w sytuacji, gdy na rozpyloną strugę cieczy nie działa strumień powietrza. Wraz ze wzrostem prędkości wiatru maleje objętość cieczy odzyskiwanej z powierzchni stołu rowkowego. Zależność ta widoczna jest dla wszystkich użytych w badaniach rozpylaczy, jednak znacznie mniejsze spadki wskaźnika widoczne są dla rozpylaczy eżektorowych wytwarzających krople ekstremalnie grube dla omawianego ciśnienia roboczego. Przykładowo udział odzyskanej objętości cieczy przy wietrze 0 m s -1 i nominalnym ustawieniu rozpylacza AXI 11002 wynosi 97%, a dla rozpylacza AVI 11002 99%, z kolei przy największej wartości strumienia powietrza dysproporcje między tymi rozpylaczami zwiększają się i wynoszą odpowiednio: dla AXI 11002 72%, dla AVI 11002 93%. 84

W so [%] W so [%] W so [%] W so [%] W so [%] W so [%] W so [%] W so [%] 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 a) b) v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 c) d) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] Rys. 5.24. Wskaźnik opadu cieczy W so przy ciśnieniu roboczym 0,3 MPa dla rozpylaczy: a) AXI 11002, b) AVI 11002, c) DG TJ60 11002, d) AVI TWIN 11002 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 a) b) v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 c) d) 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] v w [m s -1 ] 0 1,1 2,2 3,3 4,4-20 -10 0 10 20 γ [ ] Rys. 5.25. Wskaźnik opadu cieczy W so przy ciśnieniu roboczym 0,4 MPa dla rozpylaczy: a) AXI 11002, b) AVI 11002, c) DG TJ60 11002, d) AVI TWIN 11002 85

W przypadku ciśnienia roboczego 0,3 MPa (zastawienia na rysunku 5.24) zależności między prędkością, zastosowanym rozpylaczem a wskaźnikiem W so zostały zachowane jak przy niższym poziomie ciśnienia roboczego. Rozpatrując najwyższą prędkość strumienia powietrza (4,4 m s -1 ) działającą na rozpyloną strugę cieczy, to największą wartość wskaźnika opadu cieczy (ponad 92%) zaobserwowano dla rozpylacza AVI 11002 ustawionego pod kątem 10, a najmniejszą (62%) dla AXI 11002 i kąta γ = -20. Wyniki pomiarów wskaźnika W so przy najwyższym ciśnieniu roboczym, przedstawione na rysunku 5.25, wydają się potwierdzać poprzednio opisane zależności. Dostrzec ponadto można, że zwiększaniu ciśnienia roboczego towarzyszy niewielki spadek analizowanego wskaźnika. Sytuacja taka mogła być spowodowana wytwarzaniem przez rozpylacze kropel o mniejszych średnicach VMD. Statystyczne opracowanie wyników badań wskaźnika W so W celu określenia wpływu przyjętych czynników na wartość wskaźnika opadu cieczy W so przeprowadzono wieloczynnikową analizę wariancji na poziomie istotności α = 0,05. Taka analiza mogła być wykonana po uprzednim wykazaniu zgodności danych z rozkładem normalnym i jednorodności wariancji poszczególnych populacji. Na podstawie przeprowadzonych testów Shapiro-Wilka oraz Levene a stwierdzono, że wszystkie populacje cechowały się rozkładami zgodnymi z normalnymi, jak również jednorodnością wariancji. Możliwe było zatem zastosowanie wieloczynnikowej analizy wariancji, której wyniki przedstawiono w tabeli 5.3. Tabela 5.3. Wyniki wieloczynnikowej analizy wariancji wskaźnika W so Czynnik Liczba stopni swobody Wartość testu F Wartość p Rozpylacz 3 883,8 0,0001 Ciśnienie robocze 2 40,1 0,0004 Prędkość strumienia powietrza 4 564,8 0,0001 Kąt ustawienia rozpylacza 4 4,9 0,0006 Na podstawie danych przedstawionych w tabeli 5.3 wykazano, że ciśnienie robocze, prędkość strumienia powietrza, zastosowany rozpylacz jak i kąt jego ustawienia istotnie wpływały na wartość wskaźnika W so. 86

Test porównań wielokrotnych przeprowadzony dla wskaźnika opadu cieczy wykazał, że w obszarze pierwszych trzech czynników (rozpylacz, ciśnienie robocze i prędkość strumienia powietrza) wystąpiły osobne grupy jednorodne. Pomiędzy każdym z rozpylaczy wystąpiły istotne różnice. Analogiczna zależność zachodziła dla ciśnienia roboczego i prędkości strumienia powietrza. Stwierdzono ponadto, że wartość wskaźnika W so przy kącie ustawienia rozpylacza -20 jest istotnie różna niż w przypadku pozostałych kątów. 5.3.1. Opracowanie empirycznego modelu wskaźnika opadu cieczy Analiza uzyskanych wyników badań rozkładu podłużnego rozpylonej cieczy wykazała potrzebę opracowania narzędzia, przy pomocy którego możliwe byłoby określenie wielkości wskaźnika opadu cieczy W so w zależności od panujących warunków i zadanych parametrów pracy. Wiedza na temat wartości wskaźnika W so, wydaje się być wysoce istotną podczas wykonywania zabiegu ochrony roślin, gdyż stanowi pośrednią ocenę potencjalnego znoszenia cieczy użytkowej. Jest to niezmiernie ważne w aspekcie skuteczności biologicznej oprysku, jak i możliwości wystąpienia skażenia środowiska. Powyższe względy sprawiły, że podjęto próbę opracowania modelu empirycznego opartego na przedstawionych wcześniej wynikach badań wskaźnika opadu cieczy W so. Zgodnie z wynikami analizy statystycznej, analizowany parametr zależał od następujących czynników przyjętych do badań: rodzaj rozpylacza, ciśnienie cieczy użytkowej, prędkość strumienia powietrza, kąt ustawienia rozpylacza. Podczas zmiany ciśnienia roboczego, jak również przy zastosowaniu odmiennej konstrukcji bądź rozmiaru rozpylacza, zmienia się wielkość wytwarzanych kropel opisywana wielkością VMD. Przekłada się to również na zmianę wartości wskaźnika W so. W związku z tym przyjęto założenie, którego celem było wprowadzenie nowego czynnika (VMD), będącego wynikiem dwóch danych wejściowych: rodzaju rozpylacza i ciśnienia roboczego. Zastosowanie tak zaplanowanego modelu empirycznego nie ograniczałoby się tylko do jednego rozpylacza (konkretnego typu i rozmiaru), ale mogłoby być wykorzystywane w przypadku innych rozpylaczy, dla których znana jest mediana objętościowa średnicy kropel (VMD). W związku z powyższym rozpatrywany wskaźnik opadu cieczy W so uzależniony był od następujących zmiennych niezależnych: VMD [μm] mediana objętościowa średnicy kropel, VMD <182; 553>, 87

v w [m s -1 ] prędkość strumienia powietrza, v w = {0; 1,1; 2,2; 3,3; 4,4}, γ [ ] kąt ustawienia rozpylacza, γ = {-20; -10; 0; 10; 20}. Przed przystąpieniem do zasadniczej części opracowania modelu empirycznego konieczne było przeprowadzenie analizy statystycznej, której celem było wykazanie istotnego wpływu (bądź braku wpływu) wyżej wymienionych czynników na wartość wskaźnika opadu cieczy W so. Wykonany test zgodności rozkładów cechy z rozkładem normalnym oraz test jednorodności wariancji wykazały, że do oceny statystycznej możliwe było wykorzystanie testów parametrycznych. Dlatego też przeprowadzono wieloczynnikową analizę wariancji na poziomie istotności α = 0,05 (tab. 5.4). Tabela 5.4. Wyniki wieloczynnikowej analizy wariancji dla modelu wskaźnika W so Czynnik Liczba stopni swobody Wartość testu F Wartość p Mediana objętościowa średnicy kropel 11 253,7 0,0001 Prędkość strumienia powietrza 4 573,1 0,0002 Kąt ustawienia rozpylacza 4 5,0 0,0005 Zgodnie z wynikami przedstawionymi w powyższej tabeli stwierdzono istotny wpływ wszystkich przyjętych do badań czynników na wartość wskaźnika W so. Wyniki wcześniej przeprowadzonych badań wskaźnika opadu cieczy W so zostały opracowane z wykorzystaniem programu TableCurve 3D, przy pomocy którego sformułowano równanie płaszczyzny opisujące zależności analizowanego parametru od przyjętych zmiennych niezależnych. Ostatecznie model empiryczny pozwalający szacować wartość wskaźnika opadu cieczy przyjmuje następującą postać: W so 79 0,016γ 0,0031γ 0,5v 2 4,5(ln(VMD)) 2 2 39,3v w 5,9vln(VMD) 56,5ln(VMD) (4) Współczynnik determinacji R 2 = 0,926. Na rysunku 5.26 zestawiono wykresy płaszczyzn symulujące wartości wskaźnika W so w zależności od założonych zmiennych niezależnych. 88

a) b) c) d) e) Rys. 5.26. Zależność wskaźnika opadu cieczy od prędkości strumienia powietrza i mediany objętościowej średnicy kropel dla kąta ustawienia rozpylacza: a) -20, b) -10, c) 0, d) 10, e) 20 Analizując przedstawione wykresy, zaobserwować można, że zwiększenie prędkości strumienia powietrza skutkuje wyraźnym spadkiem wartości wskaźnika W so. 89