Оптимизация удельного объема распыла при опрыскивании в саду гранатовых деревьев с использованием метода поверхностей отклика

Почему умное опрыскивание важно для любителей фруктов

Гранаты ценятся за жемчужные зерна и полезный сок, но защита деревьев от вредителей и болезней требует затрат. Фермеры часто равномерно орошают сады большими объемами раствора с пестицидами, большая часть которого не попадает на листья и плоды. Эти потери распыляющейся взвеси уносятся в воздух и почву, увеличивают расходы и могут вредить окружающей среде. В этом исследовании рассматривается, как оптимизировать объем распыла в индийских садах граната, чтобы деревья получали ровно столько защиты — не больше и не меньше.

Проблема универсального подхода к опрыскиванию

Большинство садовых опрыскивателей работают как полностью открытый садовый шланг: они подают постоянный поток независимо от размера деревьев или плотности листовой массы. В Индии садоводы граната обычно вносят сотни литров раствора на гектар и могут обрабатывать сады более сорока раз за сезон. Предыдущие исследования показали, что лишь около трети распыленного пестицида типично достигает кроны, а остальное уносится или стекает. Это не только приводит к расточительному расходу химикатов и воды, но и повышает риск загрязнения почвы, воды и прилегающих экосистем.

Умный опрыскиватель, адаптированный к размеру дерева

Чтобы решить эту проблему, исследователи адаптировали прицепной к трактору воздушно-лопастной опрыскиватель в машину с переменной нормой внесения, способную менять объем выпускаемой жидкости в зависимости от объема кроны дерева перед ней. Они оснастили опрыскиватель тремя ультразвуковыми датчиками, измеряющими расстояние до листвы на разных высотах. Напротив этих датчиков расположены три форсунки, расход которых регулируется электронно с помощью клапана широтно-импульсной модуляции, управляемого небольшим компьютером. По мере движения трактора по ряду датчики фиксируют начало и конец кроны, и система включает распыл только тогда, когда есть листва для обстрела. Такая схема позволяет исследовать, как расход форсунок и скорость движения взаимодействуют и определяют, сколько раствора фактически попадает на деревья.

Тестирование образцов распыла в реальных садах

Команда испытала систему в трех коммерческих садах граната в Махараштре, Индия, где высажен широко распространенный сорт Бхагва. Сады варьировались по возрасту от двух до восьми лет, поэтому деревья различались по высоте и объему кроны. В каждом саду исследователи запускали опрыскиватель на трех расходах форсунок и трех скоростях движения, получая девять рабочих комбинаций. Чтобы измерить, насколько распыл проникал в крону, они прикрепляли влагочувствительные бумаги к листьям как на внешнем слое листвы, так и глубже внутри дерева. После каждого прохода эти карточки сканировали и с помощью программы анализа изображений количественно оценивали три ключевых показателя: покрытие поверхности карточки, число капель на квадратный сантиметр и объем отложенной жидкости.

Поиск оптимального удельного объема распыла

Во всех садах выявилась четкая закономерность. Медленное движение трактора и больший расход форсунок давали лучшее покрытие, большее число капель и большее отложение, особенно на внешней части кроны. Внутренние зоны постоянно получали меньше распыла, что отражает барьер, создаваемый плотной листвой. С помощью статистического подхода — метода поверхностей отклика — авторы построили модели, связывающие скорость и расход форсунок с тремя показателями распыла в каждом саду. Затем они искали рабочие настройки, которые удерживали покрытие в практическом диапазоне и плотность капель выше порогов, известных как эффективные для инсектицидов и фунгицидов. В результате оптимизации были рассчитаны рекомендуемые «удельные объемы распыла» — количество жидкости на кубический метр кроны — примерно 0,093, 0,084 и 0,077 литра на кубический метр для молодых, средневозрастных и более старых садов соответственно.

Меньше тумана — та же защита

Когда умный опрыскиватель работал в «целевом» режиме — выпуская распыл только при наличии листвы — общий объем, вносимый на гектар, резко уменьшился по сравнению с традиционным непрерывным распылением. В зависимости от возраста сада и расположения деревьев экономия распыла составила примерно от 38% до 60%, при этом сохранялись принятые эталоны по покрытию и плотности капель на листьях. Проще говоря, деревья были защищены не хуже, но с гораздо меньшим расходом химикатов и воды. Для фермеров это может означать снижение затрат и меньшее количество дозаправок в день; для окружающей среды — меньший риск уноса и загрязнения почвы и воды. Хотя испытания проводились только в гранатовых садах при специфических условиях, исследование показывает, что настройка объема распыла в соответствии с объемом кроны под управлением сенсоров и тщательной оптимизации может сделать производство фруктов более устойчивым и экономически эффективным.

Цитирование: Thorat, D.S., Mehta, C.R., Agrawal, K.N. et al. Optimization of specific spray volume for spray application in pomegranate orchard using response surface methodology. Sci Rep 16, 8589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38088-4

Ключевые слова: точное опрыскивание, сады граната, технология переменной нормы внесения, оптимизация пестицидов, сканирование кроны