Дрейф і випаровування гербіцидів із ґрунту та поверхні листя

Зніс розчину засобу захисту є однією з найважливіших проблем сільського господарства.  Дрейф пестицидного розпилення — це повітряний рух і ненавмисне осадження пестициду за межами цільової зони. Виділяють фізичний дрейф і дрейф парів. Нумо спробуємо з’ясувати, як досягти ідеального обприскування та які чинники варто враховувати?

Фізичний дрейф — це початковий рух крапель пестициду поза цільовою метою. Це відбувається під час застосування, і, як правило, в масштабі десятків метрів. Знос крапель може відбуватися для всіх розпилювачів, і це відбувається протягом декількох хвилин після проходження розпилення. Існує вторинний компонент фізичного дрейфу, коли особливо дрібні краплі (або випарені залишки крапель) залишаються у повітрі протягом більш тривалого періоду часу, протягом якого вони можуть рухатися латерально за допомогою вітру або вертикально за допомогою тепла та турбулентності. Дрейф краплі відбувається, коли енергія зміщення перевищує енергію краплі. Комбінація маси та швидкості краплі не може протистояти енергії, яку представляє рухоме повітря.  Випробування дрейфу показують, що близько 20% початкової кількості дрейфу повертається на поверхню протягом перших 100 м або близько того від розпилювача. Решта залишається і піднімається в атмосферу, де випаровується і змішується далі.

Дрейф парів — це рух парів пестицидів поза цільовим призначенням. Це функція хімічного складу продукту (тиск пари) і температури поверхні. Опади (повторне зволоження) також можуть впливати на втрату пари. Якщо пара захоплюється легким вітерцем, рухається вниз під час термічної інверсії або перерозподіляється в опадах, рух може досягати кілометрів. Дрейф парів, обмежений активними інгредієнтами, які є леткими, тобто вони можуть випаровуватися після нанесення. Дрейф пари відбувається після завершення внесення засобу захисту і може тривати кілька днів. Це відбувається через години та дні після нанесення, доки летючий продукт залишається на поверхні та зберігаються умови, що дозволяють утворювати пари. Тиск пари пов’язаний з температурою поверхні, і втрати збільшуються з підвищенням температури поверхні. Деякі продукти переходять у парову фазу при контакті з водою та виділяють пару після дощу.

Випаровування хімічних речовин з поверхні ґрунту

Випаровування хімікатів для захисту рослин із ґрунту та поверхонь посівів є одним із низки процесів, які можуть сприяти їх розсіюванню в навколишньому середовищі. Міжнародні та національні органи реєстрації вимагають інформацію про потенціал хімічної речовини до випаровування з цих поверхонь, включаючи Німеччину, Нідерланди, Канаду і Сполучені Штати Америки.

Летючі втрати з поверхні ґрунту, з культур і з водних систем можна оцінити за фізико-хімічними параметрами. Тиск пари є найкращим показником втрат із ґрунту та культур. Використання коефіцієнта розподілу ґрунт/повітря є альтернативою для прогнозування/оцінки потенціалу леткості хімічної речовини з ґрунту. На підставі прямих вимірювань не можна очікувати помітної леткості від сполук з тиском пари нижче 10⁻³ Па від ґрунту та 10⁻⁴ Па від сільськогосподарських культур. Ці параметри можна використовувати для обґрунтованого прогнозування втрат летючих речовин із поверхні врожаю та ґрунту, які можна очікувати від засобів захисту для захисту рослин у контрольованих умовах.

Випаровування гербіцидів із ґрунту та поверхні листя може призвести до переміщення парів гербіцидів у повітрі. Грунтові гербіциди, такі як трифлуралін, пендиметалін, кломазон тощо мають високий потенціал випаровування, що призводить до зниження контролю бур’янів, якщо їх не внести в ґрунт. Тиск пари гербіциду може вплинути на його потенціал випаровування. Гербіциди з тиском пари >10 000 мкПа мають найвищий потенціал втрати порівняно з гербіцидами з нижчим тиском пари. Гербіциди з тиском пари менше 100 мкПа зазвичай мають низький потенціал леткості. Летючість може бути характеристикою активного інгредієнта або в деяких випадках рецептури гербіциду. Тиск пари можна використовувати для порівняння потенціалу леткості між активними інгредієнтами або композиціями. 2,4-D є прикладом гербіциду, який можна сформувати трьома способами: у вигляді кислоти, солі або складного ефіру. Форма 2,4-D може значно вплинути на потенціал волатильності. Тиск пари 2,4-D кислоти (19 мкПа при 25 °C) менш летючий, ніж 2,4-D 2-етилгексиловий ефір (480 мкПа при 25 °C). Дикамба кислота має тиск пари 4500 мкПа при 25°C, що вказує на те, що він має більший потенціал леткості, ніж 2,4-D кислота. Амінна сіль 2,4-D зазвичай вважається нелеткою. Однак, якщо амін випаровується, це може призвести до утворення кислотної форми гербіциду під час або після застосування.

Таблиця 1. Спектр застосування діючих речовин грунтових гербіцидів на культурах

Фактори ризику дрейфу під час обприскування

Дрейф визначається як фізичне переміщення гербіциду повітрям під час внесення або незабаром після цього на будь-яке місце, відмінне від призначеного. Це може бути дрейф частинок від дрібних крапель розпиленого гербіциду, які можуть подорожувати на великі відстані під час сильного вітру. Висока швидкість вітру, низька відносна вологість, високі температури, невеликий розмір крапель і розпилювальна штанга, що підтримується високо над землею, є факторами, які збільшують ризик дрейфу часток.

При виливі самохідним обприскувачем 200 л на 1 га розмір краплі зазвичай складає 200 – 300 мкм, але вони крупні, стікають з поверхні і 70% препарату попадає у грунт, а не в рослину. Крім того, краплі не усі такого розміру. Розмір краплі може бути різним: 1-10 мкм, 25 мкм, 50 мкм, 100 мкм, 200 мкм і 300 мкм. Однакового розміру крапель 200-300 мкм у самохідного обприскувача не може бути. Через це краплі, що менше 50 мкм будуть висихати у повітрі і зноситися при не дотриманні параметрів погодних умов.

Форсунки розпилювача утворюють краплі розміром від 5 до 1000 мкм, деякі до 2500 мкм. Усі форсунки, навіть наконечники з низьким дрейфом, рекомендовані для нанесення дикамби, матимуть частку свого об’єму у дрейфуючих краплях, скажімо, менше 150–200 мкм.

Для розпилювачів з низьким дрейфом ця частка справді дуже мала, лише кілька відсотків від загального обсягу розпилення. Для звичайних форсунок дрейфуюча частка може складати від 10 до 20% або більше, якщо використовується високий тиск.

Крихітні крапельки не мають власної енергії та рухаються разом із повітряною масою, у яку вони потрапляють. Якщо вітряно, вони рухаються за вітром. Якщо повітря турбулентне, вони рухаються вгору і вниз. Якщо атмосфера стабільна, плавуча фракція залишається у висоті та концентрується.

Залежно від гербіциду, застосування та погодних умов дрібні краплі можуть подолати до кількох миль. Це також може бути дрейфом пари, що є результатом здатності гербіциду випаровуватися та вільно змішуватися з повітрям. Летючість будь-якої гербіцидної речовини характеризується тиском її пари. Чим вищий тиск пари речовини, тим більша її схильність до випаровування. Однак інші фактори, такі як склад гербіциду та погодні умови, впливатимуть на мінливість. Деякі гербіциди, класифіковані як регулятори росту (2,4-D, дикамба, триклопір, клопіралід, кломазол, амінопіралід, МЦПА), а також трикетони (мезотріон, темботріон), певні десиканти з діючою речовиною дикват добре відомі через вищий ризик дрейфу парів, пов’язаний з їх використанням, коли склад гербіциду або погодні умови підвищують летючість.

Деякі хімічні речовини за своєю суттю є леткими. Це означає, що вони самостійно перетворюються з рідкої або твердої фази в парову відповідно до температури. Вода є чудовим прикладом, вона дуже летюча. Вона також здатна сублімувати, що означає, що вона може перетворюватися з твердої речовини безпосередньо в пару, не проходячи через рідку фазу. Прикладом цього є опік морозильника, під час якого кубики льоду стискаються через те, що вода виходить у вигляді пари.

Летючі пестициди також можуть сублімувати. При попаданні на лист або ґрунт значна частина краплі поглинається або адсорбується. Деякі фракції можуть висихати на поверхні листя. Ця тверда речовина, що залишилася, може випаровуватися (утворювати пару) протягом годин або днів після нанесення. Швидкість випаровування визначається двома факторами: (а) фоновим тиском пари речовини в атмосфері та (б) температурою поверхні об’єкта, на якому знаходиться хімічна речовина. Для води тиск атмосферної пари можна виразити як відносну вологість. Краплі випаровуються повільніше, коли атмосфера вже заповнена водою.

Випаровування пестицидів в основному залежить від температури поверхні. Фонова концентрація пестициду в повітрі значно нижча за насичення і не впливає. Відносна вологість безпосередньо не впливає на випаровування пестицидів, оскільки тиск пари не залежить один від одного.

Іншими словами, більшість активних інгредієнтів випаровуватимуться з однаковою швидкістю, незалежно від того, дорівнює відносна вологість 30% чи 100%. Втрати пари можна звести до мінімуму, вибравши пестициди з низьким рівнем летких речовин, а також застосовуючи їх у прохолодні дні. Потрібно уникати розпилення летких пестицидів у спекотні дні або напередодні, щоб мінімізувати ризик перенесення парів. Не застосовувати пестициди, коли атмосфера стабільна (інверсія), що зазвичай означає період перед заходом сонця до відразу після світанку ясної ночі.

Інверсії однаково впливають на дрейф крапель усіх пестицидів. Ключовою відмінністю є кількість шкоди, яку може завдати будь-яка дана крапля або хмара пари. Дикамба може завдати шкоди звичайним сої, багатьом овочевим культурам і багатьом деревам і кущам у надзвичайно низьких дозах. Це означає, що навіть слабка інверсія або невеликий дрейф можуть завдати великої шкоди на великих відстанях.

Таблиця 2. Тиск пари для складів 2,4-D і кількох широко використовуваних гербіцидів

Скорочення: IPA – isopropylamine (ізопропіламін); DMA – dimethylamine (диметиламін); BEE – butoxyethyl ester (бутоксиетиловий ефір); EHE – 2-ethylhexyl ester (2-етилгексиловий ефір).

Вимоги до погодних умов за різних видів обприскування:

1. Малооб’ємне обприскування (МО) 10 – 50 л/га:

швидкість вітру — трохи більше 2 м/с;

температура повітря — не більше 18-20 ° С;

вологість повітря — не менше 60%;

відсутність конвекції повітря.

2. Середньооб’ємне 50 – 400 л/га:

швидкість вітру — до 3 м/с;

температура — до 22-23 ° С;

вологість — не менше 60%;

відсутність конвекції повітря.

3. Високооб’ємне 400 л/га та більше:

швидкість вітру — трохи більше 5 м/с;

температура повітря — до 25°С;

вологість повітря — до 75%.

Як перевірити якість обприскування?

Для швидкої і якісної оцінки результатів обприскування водним розчином засобів захисту в польових умовах часто використовують водочутливий папір.

Для ефективної дії засобів захисту на поверхні рослин і листя при середньооб’ємному обприскуванню (50-400 л/га) кількість  крапель/cm² повинно бути наступне: системної дії: 20 – 30 крапель/cm², контактної дії: 50 – 70 крапель/cm² , гербіциди: 30 – 40 крапель/cm².

Проте краплі при ультрамалооб’ємному внесенні 5 л/га у порівнянні з 200 л/га на обприскувачах у 40 раз концентрованіші. 1 капля при ультрамалооб’ємному внесені 5 л/га заміняє 40 капель при середньооб’ємному обприскуванні обприскувачем  200 л/га. Тому порівнювати кількість крапель на водочутливому папірі, що вище написані, не можна. Для перевірки  якості  ультрамалообємного  обприскування  потрібно розробляти свою шкалу покриття водочутливої бумаги. При цьому  потрібно застосовувати хроматограф для визначення вмісту діючих  речовин препаратів у рослині при певній кількості  покриття  крапель на водочутливому папірі.

Сергій ХАБЛАК, агроном, доктор біологічних наук,
Інститут харчової біотехнології та геноміки

Аби не пропустити найцікавішого, підписуйтесь на наш канал-Telegram