Veszteségforrások a növényvédelmi kijuttatás során – I. rész

A jelenleg alkalmazott kijuttatástechnika jellemzője, hogy a kiszórt permet átlagosan 50%-a nem kerül a célfelületre, egyes védekezéseknél a veszteség 90% is lehet, ami a költségeket jelentősen növeli. A hatékonyságot és a minőséget nagyon sok tényező befolyásolja: a munkaerő szakmai felkészültsége, a gép, a kijuttatandó anyag, a kártevők és kórokozók, a növényállomány jellemzői, és a klimatikus viszonyok.

A klimatikus tényezők és a növényállomány jellemzőinek hatása:

Klimatikus tényezők

A különböző vegyszerveszteségek mértékét különösen a kijuttatási technika, a részecskék mérete és fizikai tulajdonságai, továbbá a klíma (hőmérséklet, levegő páratartalma, szélsebesség) befolyásolják. A levegő és a talaj hőmérséklete egyaránt befolyásolhatja a kezelés sikerességét. A levegő relatív páratartalma ezzel együtt szintén meghatározó tényező. Vizsgálatok alapján megállapítható, hogy a kis cseppek (Ø<100µm) 30°C feletti hőmérsékleten nagyon rövid idő alatt elpárolognak kis tömegük és viszonylag nagy felületük következtében. A kis cseppek lerakódási sebessége ezen kívül nagyon kicsi. Minél magasabbról juttatjuk ki a cseppeket, annál több idő jut az elpárolgásra. Jelentős az elpárolgási veszteség 60%-nál kisebb páratartalomnál és 15–20 °C levegő-hőmérsékletnél, adalékanyag nélküli víz vivőanyag esetében. A páratartalom országos adatait értékelve azonban megállapítható, hogy a havi átlagértékek legtöbbször 60% felettiek. A szél és a termik (a környező levegőhöz képest melegebb, és ezért emelkedő légáramlás) általi elsodródás is különösen a kis cseppeket veszélyezteti. Elsodródás alatt a növényvédő szernek azt a részét értjük, amely a kezelt területet elhagyja, és ezen kívül rakódik le, vagy a széllel nagyobb távolságot tesz meg. A szél és a termik hatására elsodródott permetszer nem csak a szomszéd táblákon termesztett növényekben tehet kárt, hanem többek között élővizekbe, lakott területekre is eljuthat. Több tanulmány is foglalkozott az 1980-as évektől üzemi permet-elsodródási vizsgálatokkal, összehasonlító jelleggel, különböző működési feltételek mellett. A termik elsodródás mindenekelőtt erős hőfokesés következtében keletkezik. A talajra hullás nagy cseppeknél, és olyan sorkultúráknál jellemző, amelyek a talajt nem fedik be. A meteorológiai tényezők közül a szélsebességnek van a legnagyobb hatása az elsodródásra. A szélsebesség növekedése az elsodródás növekedését eredményezi. A szél a nap folyamán nem egyenletes erősséggel fúj, így különösen a reggeli  és az esti  szélcsendes időszakokban célszerű permetezési feladatokat végezni.

A németországi Julius Kühn Institut Braunschweig, 163 szántóföldi kísérlet alapján bázis elsodródási értékeket határozott meg 11003 típusú szórófejre, 3 bar üzemi nyomásnál, 6 km/h sebesség esetén egy egységes viszonyítási alap biztosítása érdekében. A Pannon Egyetem Agrárműszaki Tanszékén Keszthelyen a JKI-val közösen szántóföldi kísérleteket végeztünk, melyeknek célja a szélsebesség, illetve a szórófej típus és -méret bázisértékhez viszonyított hatásvizsgálata, továbbá az elsodródást  csökkentő eljárások, berendezések értékelése, fejlesztése  volt. Németországban 1993-tól került bevezetésre az „elsodródást csökkentő permetezők” hivatalos regiszterének a felállítása. A gyártók és forgalmazók eredményes bevizsgálás alapján kérhetik felvételüket a jegyzékbe és ennek megjelentetését hivatalos közlönyben. Besorolásukra egy ún. „elsodródás osztályozási rendszer”-t hoztak létre, mely az elsodródást csökkentő 50%-os, 75%-os, vagy 90%-os képességüket igazolja. Általánosságban elmondható, hogy hagyományos permetezést nem lehet biztonságosan és hatékonyan elvégezni, ha 2 méter magasságban a szél sebessége túllépi a 2 m/s értéket. Elsodródás csökkentő technológiai megoldásokkal (pl. légzsákos permetező, szélarányos permetező) 5–6 m/s szélsebesség mellett is megfelelően lehet védekezni. Az egyre szigorúbb környezetvédelmi előírások is kiemelik a 100 µm-nél kisebb cseppek összes cseppszámhoz viszonyított arányát, ez az a mérettartomány, amely az elsodródás szempontjából a leginkább veszélyes. Szélcsatornás mérések szerint a 400 µm körüli cseppek is még mutatnak hajlamot elsodródásra, a legnagyobb veszélyt eszerint is a 100 µm-nél kisebb cseppek jelentik. Áramlástechnikai számítógépes szimulációval kombinált szélcsatornás mérések eredményei szerint az 50 µm-nél kisebb cseppek ellenőrzése már nem lehetséges, ezek előbb elpárolognak a levegőben, anélkül hogy lerakódnának. Az elsodródott vegyszermintákról visszamért mennyiség és a távolság kapcsolatáról megállapítható, hogy logaritmikus léptékben lineáris összefüggés áll fenn, az elsodródás miatt bekövetkező veszteség általában 5–10%.

Növényállomány jellemzők, lerakódási feltételek

Állománypermetezésnél a legnagyobb veszteséget a talajra kerülő permet okozza, átlagosan a teljes kijuttatott mennyiség 10–20%-a, ennek egyik forrása lehet a túlpermetezés. A dózisbeállítás hibáival cikkünk második részében foglalkozunk. A gyakorlatban gyakran előfordul, hogy a szükséges mennyiségnél lényegesen több permet kerül a növényekre, szélsőséges esetben megfolyások keletkeznek a leveleken, így az összegyűlt permetlé esetenként a lejjebb elhelyezkedő növényfelületre vagy a talajra csepeg. A veszteség nagysága erősen függ a fajlagos szórásmennyiségtől, a cseppmérettől, a lombozat nagyságától és elhelyezkedésétől, valamint a szórófej és a lombozat távolságától. Minél kisebb cseppek kerülnek a célfelületre, annál kevesebb permetlével érhető el a felület kívánt mértékű bevonása. Az optimális csepptartomány meghatározásához azonban több szempontot kell figyelembe venni. A cseppméret csökkentésével nő az elsodródás, a párolgás, de javul a fedettség, illetve a penetráció. A cseppméret növelésével a megfolyás veszélye növekszik, de javul a lecsapódási hatásfok. Mivel az elsodródás, a párolgás és a megfolyás káros jelenségek, a cseppméret megválasztásakor arra kell törekedni, hogy hatásuk minimális legyen. A növényállomány jellemzői és a permetezés hatékonysága közötti összefüggések keresése a legnehezebb feladat. Különböző kultúrákban végzett méréseink eredményei szerint a lerakódás mértéke és a növényzet fejlődési állapotát leíró mérőszámok (LAI= leaf area index – levélfelületi index, lombozat sűrűsége, magasság és szélesség szorzatának négyzetgyöke) kimutathatóan összefüggést mutatnak. A lerakódás lineárisan és számottevően csökken a növényzet alján és közepén. Egy- illetve ikersoros művelésű állományok lerakódási adatainak összehasonlítása az eltérő levéltömeg ellenére nem mutatott különbséget, de megállapítható, hogy a LAI értéke és az állománymagasság erősebben befolyásolja a penetráció mértékét, mint a lombozat sűrűsége. Kísérletek kimutatták, hogy a 400 µm-nél nagyobb cseppek a leveleken megfolynak, lecsorognak, és a hatóanyag nagy része nem tapad meg. Ez a megfolyási cseppméret-határ különböző kultúr- és gyomnövények esetében más és más, és  függ a  levélfelület simaságától, viaszosságától, tagoltságától. A kisebb méretű cseppek a felületen jobban megtapadnak. Valamennyi tényező figyelembe vételével állománypermetezéshez – a permetezés hatékonysága szempontjából – a 150–350 µm nagyságú cseppek a legkedvezőbbek.

Üzemi szabadföldi mérésekkel 3 különböző kijuttatástechnikával dolgozó növényvédőgép munkaminőségét hasonlítottuk össze. Egy hagyományos réses fúvókákkal (TeeJet XR11004 VK) felszerelt szántóföldi síkszóró keretű permetezőgépet (Novor 1005), majd ugyanezt a gépet injektoros fúvókákkal (TeeJet AI 11004) felszerelve, és végül szintén hagyományos fúvókákkal (Hardi 11004) rendelkező légzsákos permetezőgépet (Hardi Twin Air) üzemeltettünk, mindegyiket két kijuttatási dózissal.

A vizsgálati eredmények igazolták az injektoros fúvókák, ill. a légzsákos eljárás munkaminőségi előnyeit a hagyományos réses fúvókákkal szemben. A 150 l/ha-os dózis alkalmazása mellett a penetráció mértéke a légzsákos kijuttatás-technika esetében folyamatosan emelkedik, a zászlóslevélen és a szárközépen 15–16%-kal, a szártőnél 93%-kal nagyobb hatóanyag-lerakódást mértünk, mint hagyományos réses fúvókák esetében. A kalászra viszont kb. 10%-kal kevesebb vegyszer jutott, amire a szállító légáram ad magyarázatot. Az injektoros fúvókák eredményei ettől részben eltérnek, mert a kalászra és a szártőre jóval többet juttat (45%, ill. 155%), mint a légzsákos permetezőgép, a szárközépre viszont kevesebbet. Ez a jelenség az injektoros fúvókákra jellemző nagyobb cseppmérettel magyarázható. Megjegyzendő, hogy az injektoros fúvókák normál üzemmódú nyomása min. 3 bar, de ennél kisebb nyomáson is alkalmazhatók (esetünkben 2 bar). A légbeszívó hatás ilyenkor kisebb, de így is elsodródást csökkentő, nagy légzárványos cseppeket kapunk.

A 250 l/ha-os szórásnorma esetén a szártőn lerakódott vegyszermennyiségeknél már kisebbek a különbségek. A légzsákos permetezőgép penetrációja a 150 l/ha-os dózishoz hasonlóan jó, a szártőre 163,3%-kal, szárközépre, ill. a zászlóslevélre 27–30%-kal többet, a kalászra 5%-kal kevesebb vegyszert juttat, mint a levegőrásegítés nélküli hagyományos réses fúvókákkal felszerelt gép. Az injektoros fúvókák esetében a magasabb permetezési nyomás elsősorban a 2. és 3. szint fedettségi értékeit javította, a szártővédelem kevésbé hatékony, mint a légzsákos eljárásnál.

A permetcseppek behatolóképességi és lerakódási viszonyait tekintve tehát az összehasonlított három kijuttatógép esetében a légzsákos kijuttatás-technika előnyeit kell kiemelni. Mind alacsonyabb, mind pedig magasabb dózis mellett jobb a penetráció mértéke, több vegyszer jut az állomány alsóbb részeibe, és több a hasznosult vegyszer mennyisége. Az injektoros fúvókákkal felszerelt gépek esetében magasabb permetezési nyomás alkalmazandó, a lerakódási viszonyok jobbak, mint a hagyományos réses fúvókák esetében.

Permetlé jellemzők, adalékanyagok használata

Permetléhez keverhető adalékanyagokkal a felületi feszültség jelentősen csökkenthető, illetve a viszkozitás növelhető. A permetlevek felületi feszültsége oldatoknál és szuszpenzióknál általában 25–70 mN/m közötti. A viszkozitás oldatoknál 1,0–1,1 mPas közötti, szuszpenzióknál már elérheti az 1,6 mPas-ot. Permetléhez keverhető adalékanyagokkal a felületi feszültség jelentősen csökkenthető (pl. KG 691 0,1%-os koncentrációnál 20 ˚C-on 1,39 mPas-ra). E két anyagjellemző tudatos változtatásával a cseppképzés folyamatába beavatkozhatunk, a cseppstruktúra módosítható.

Kétoldalú német-magyar együttműködés keretében két adalékanyag (viszkozitásnövelő és felületi feszültség csökkentő) vizes oldataival a különböző cseppnagyság-módosító hatásokat vizsgáltuk lézeres berendezéssel, különböző fúvóka, szórófej típus, nyomás és mérési pozíció mellett. Például viszkozitásnövelő adalékanyag (Bandrift) 0,05–0,1%-os alkalmazásával a térfogati közepes csepp­átmérő (VMD) megnő, a 100 µm alatti cseppek részaránya pedig csökken – jelentősen csökkentve a környezetkárosító elsodródás veszélyét. A keverőszerkezet hibája a nem kielégítő keverés, a koncentrációváltozás az előírt, területegységnyi hatóanyag-mennyiségtől való eltérést eredményezi.

Üzemeltetési jellemzők hatásai

Műszaki állapot

A növényvédelmi munkák végzésénél  biztosítani kell, hogy a felhasználó a szükséges paramétereket bizonytalanság nélkül meg tudja határozni és be tudja állítani, hogy a kijuttatás pontosan történjék. A permetezés munkaminőségét befolyásoló tényezők közül a gép műszaki állapota gyakorolhatja a legerősebb negatív hatásokat. A precíziós növényvédő gépek kialakítására irányuló fejlesztések számos részfeladatot megoldottak, azonban várhatóan a hagyományos kivitelű gépek alkalmazására – azok számos gyakorlati előnye és a gyakorlatban lévő nagy száma miatt – még sokáig számítani kell. Ezért rendkívül fontos feladat, hogy ezek a gépek a korszerű környezetvédelmi követelményeknek megfelelő kivitelben kerüljenek forgalomba, és üzemeltetésükre csak megfelelő műszaki állapotban kerülhessen sor. Hiányosan felszerelt és karbantartott permetezőgépek, és ezek hanyag kezelése súlyos kijuttatási hibákhoz vezethet. A permetezőgépek időszakos műszaki felülvizsgálata ezért az Európai Unió országaiban kötelező. A rendszeres műszaki felülvizsgálat azért szükséges, mert az üzemeltetők nincsenek abban a helyzetben, hogy a gépek munkaminőségét befolyásoló fontosabb tényezőket meghatározzák, és szükség esetén korrigálják. A külföldi és hazai szakirodalom sok olyan reprezentatív felmérésről tájékoztat, ahol a gépek 25–30%-a volt csak kifogástalan üzemi állapotban. Hazánkban a leggyakoribb hibák közé tartozik az elfogadhatatlan kereszt- és hosszirányú szórásegyenletesség, a csepegésgátlók hiánya, a hibás manométer, a kopott szórófej-betét, melyek mind a környezetszennyezés irányba hatnak.

Szórófejek, fúvókák kiválasztása, kopása

A permetezőgép üzemeltetőjének feladata a megvalósítandó technológia permetezéstechnikai igényeiből kiindulva a szórószerkezet, a szórófejek és fúvókák kiválasztása. A gép rendszere, üzemi nyomástartománya, szórószerkezetének kivitele meghatározza az alkalmazható szórófejek és fúvókák körét. A hidraulikus szórófejeknél az adagolást a pontosan kalibrált fúvóka biztosítja a nyomás függvényében, a szórásmennyiséget a különböző méretű kiömlő nyílással készült fúvókák cseréjével lehet beállítani. A gyártók az egyes fúvókák szórásteljesítményét a nyomás függvényében a kezelési utasításban és a gépen a permetlé-felhasználás és munkasebesség figyelembe vételével táblázatban adják meg. A beállításnál figyelembe kell venni, hogy a táblázati adatok minden esetben vízre vonatkoznak, az alkalmazott permetlé sűrűségének függvényében korrekciós tényezővel kell a számolt értékeket módosítani, ezeket a tényezőket a fúvóka katalógusok szintén tartalmazzák. Szántóföldi permetezésnél hagyományos fúvókák esetében 1–5 bar nyomást alkalmazunk, ültetvények kezelésénél használt közepes és nagy nyomású permetezőgépeknél a szórófejeket többnyire 10–25 bar nagyságú, állandó nyomásra állítjuk be a megfelelő méretű és energiájú cseppek előállításához.

Síkpermetezésnél a veszteségek oka lehet a fúvókák kopása, sérülése, amely az adagolásegyenetlenség növekedéséhez, a szóráskép torzulásához vezet. Az egyenlőtlen eloszlás következtében bekövetkező veszteség általában 10–20%. Egyszerű térfogat- és időmérő eszközökkel vagy átfolyásmérővel mérhetjük a szórófejek egyedi folyadék adagolását (q) [liter/min]. A megengedett értékhatártól eltérő adagolású szórófejeket cserélni kell. Szántóföldi permetezőgépeken kis vagy közepes nyomást (2–8 bar) alkalmazunk, térkultúrák permetezésénél nagy nyomás (15–30 bar) használatos. A szórásegyenletességet befolyásoló üzemeltetési tényezők közé tartozik az egyes szórófejek szórásszöge. Megfelelő cseppeloszlás és cseppméret a névleges szóráskúpszög közelében jön létre, ami a legtöbb fúvókánál 2 bar fölött már nem változik. A szóráskép a háromszög (cirkulációs ill. réses szórófejnél) vagy a trapéz (ütközőlapos fúvókánál) eloszlást közelíti meg a legjobban.

Hagyományos szórófejekkel végzett permetezésnél gyakori a széles, 50–900 µm közötti csepptartomány. Fontos célkitűzés a cseppspektrum szűkítése, homogénebb cseppek képzése. Inszekticidek és fungicidek alkalmazásánál előnyösebb a kis- és közepes cseppméret, mert ezek a cseppek jobban behatolnak a lombozat belsejébe (jobb a penetráció), és jobb fedettség érhető el velük, mint nagy cseppekkel. A hatékony permetezéshez általában szükséges, hogy a cseppek többségének átmérője a 100–700 µm közé essen. Hidraulikus cseppképzésű szórófejek esetében a nyomás növelésével a szórásszög kismértékben növekszik, a cseppméret csökken. A szórásteljesítmény a méret mellett az üzemi nyomás függvénye. Megfigyelhető, hogy a különböző méretű szórófejek eltérően reagálnak a nyomás változására. A szórófej teljesítmény és a nyomás összefüggését különböző szórófejek esetén görbesereggel ábrázolják. Általános érvényű szabály, hogy soha ne alkalmazzunk a szükségesnél nagyobb nyomást, mert a nyomás növekedése növeli az apró cseppek arányát.
A jelenlegi kijuttatási módszerek mellett optimálisnak tekinthető méreten
(150–350 µm) kívül eső cseppek kezelése jelentős tartalékokat kínál.

Szórószerkezet beállítása

Szántóföldi permetezésnél a szórókeret célfelülettől való távolságának a meghatározásánál a szórófejek keresztirányú szórásképéből indulunk ki. A keresztirányú szórásképek geometriai illesztésével meg kell határozni az átfedések javasolható értékeit. Szántóföldi síkszóró kereteken általában réses fúvókákat alkalmazunk, a fúvókák réseit pedig 5–10°-os szögben kell egy irányba elfordítani, hogy a folyadéksugarak ne ütközzenek. Teljes felület permetezésekor a szórókeret munkamagasságát a szórófejek osztástávolságának figyelembevételével úgy kell meghatározni, hogy a kezelt területen mindenütt kétszeres fedés legyen. Eszerint a szórószerkezet teljes szélességében a célfelület minden pontjára két szórófejből kerül permet.

Szántóföldi permetezőknél álló helyzetben üzemeltetve ellenőrizni kell a szórószerkezet keresztirányú szórásegyenetlenségét. Mérése 10 cm-es osztású vályúsorral történhet. A szórásegyenetlenség még elfogadható, ha az egyes vályúkban mért folyadékmennyiségek eltérése a középértéktől ±20%-on belül marad. A permetezés szórásegyenletességét üzem közben a szórószerkezet konstrukciója, a szórófejek rendszere, a szórókeret munkamagassága, a talajegyenetlenség, a haladási sebesség, a szórókeret lengései, azok amplitúdója és frekvenciája befolyásolja. A permetezési magasság csökkentésével nagyobb mértékben romlik a szórásegyenletesség, mint a permetezési magasság növelésével. Ezért egyenlőtlen talajfelszín esetén a névleges 500 mm-nél nagyobb munkamagasság beállítása javasolható.

Fontos kérdésként kezelendő a dolgozatban vázolt technológiák során jelentkező veszteségek gazdasági vetületének számszerűsítése is. A kapcsolódó kérdések számszerűsítése további elemzést igényel, melyet gazdasági tényadatokon alapuló modellszámítással mutatunk be cikkünk következő részében.

Dr. Pályi Béla–Dr. Pupos Tibor