Növényvédelmi eljárások

Szerző: Dr. Nagy Sándor

A világ mezőgazdaságilag művelt területén évente átlagosan akár 14 %-nyi termésveszteséget okoznak a kártevő rovarok, 12 %-nyit a gyomok és majd 9 %-ra tehető az élősködő gombák, vírusok stb. okozta veszteség. Ez alapján a termés mintegy 35 %-át pusztítják el az állati és növényi kártevők, ami mintegy 1,5 milliárd ember évi táplálékát képezi. Ezért a termesztett növényeket károsodással vagy megsemmisüléssel fenyegető veszélyek elhárítására alkalmas ún. növényvédelmi eljárások szükségesek. A növényvédelem feladata tehát a termés biztonságának, minőségének megőrzése a lehető legkisebb környezeti terhelés és költségek mellett. A növényvédelmi lehetőségek lehetnek közvetve ún. megelőző (preventív) vagy közvetlenül ható (kuratív) eljárások. Célszerű a megelőzőket preferálni, mivel a kuratívak –gyérítvén a kárt okozókat– csak bizonyos mértékben képesek csökkenteni a kár nagyságát, szemben a megelőző eljárásokkal, amelyeknél valós kártételről nem lehet beszélni. A növényvédelmi eljárás, védekezés lehet:

• rendeleti , amikor megfelelő jogszabályok, (pl. karantén) törvények, rendeletek alkotásával, ill. azok maradéktalan betartásával kívánjuk megelőzni a kártételt. Ennek hiányában került be Európába Amerikából a burgonyabogár.

• agrotechnikai , amely a növénytermesztéshez a szaporítóanyag és vetésváltás, ill. vetésforgó és a növényfajta megfelelő megválasztását jelenti. A talajművelés, vetés, talajerő gazdálkodás, növényápolás, betakarítás megfelelő időben és módón történő elvégzését hordozza magában. Az e csoportba sorolt lehetőségek körültekintő, tudatos alkalmazása, megvalósítása a legkisebb többlet (marginális) költségkihatással jár.

• biológiai növényvédelem alkalmazásakor a károsítók természetes ellenségeinek (baktériumok, ragadozó rovarok, fürkészdarazsak stb. számának növelése a védendő területen) felhasználása vagy biológiai növényvédőszerek (pl. bodza, csalán, zsurló stb. részeiből készült főzet) alkalmazása. A legmegnyugtatóbb mód a betegségekkel szemben ellenálló (rezisztens) fajták nemesítése, de ez sajnos igen időigényes.

• fizikai növényvédelmi módszerek esetén valamelyik környezeti állapotjelző (hőmérséklet, fényerősség, légalkotók összetételi aránya) változtatását segítjük elő. A hőmérsékletváltoztatással pl. nedves, avagy különböző elektromágneses hullámok segítségével történő csávázásnál a magok felületén lévő korokozók melegítésével csökkentjük azok száma. De a lángolás, vagy a talajgőzölés, mint az egyik legnagyobb energia igényű talajfertőtlenítési eljárás gyakran alkalmazott módszer. A különböző fénycsapdák, vagy a cukros víz felületéhez labirint járatrendszeren keresztül odacsalogatott darazsak sem okoznak további károkat. E leleményes, és a környezetet nem szennyező módszerek, ha nagyüzemi méreteknél nem is mindig, de kisgazdaságoknál általában hatékonyan alkalmazhatók !

• mechanikai növényvédelmi eljárásoknál erőhatásokkal létrehozott sérülések, deformációk eredményezik a károkozók, gyomnövények pusztulását, számuk csökkenését. Ezért a kézi gyomirtás, a kapálás, rovarfogás, avagy a tavaszi fatörzs drótkefézése, sáska fogó árkok készítése, majd a sáskajárást követően azokba –pl. tolólappal– összegyűjtött állatokra kerülő föld (súlyereje) ugyancsak jelentős kártevő pusztulást eredményez. Az ide tartozó módszereket ma egyre kisebb mértékben alkalmazzák, tekintettel azok jelentős kézi munkaerő igényükre.

• a kémiai eljárások a gomba-, rovarölő, vagy gyomirtó vegyszerek csoportjait öleli fel. E szerek preventív vagy kuratív típusúak lehetnek, tekintettel arra, hogy e hatások eltérő módon jelentkezhetnek alkalmazásukkor. E vegyszerek biokémiai hatásmechanizmusának sokrétűségére való tekintettel nem lehet figyelmen kívül hagyni a használatuk során betartandó műszaki-technikai követelményeket. Ezért oly sokszínű a kemikáliák kijuttatását lehetővé tevő gépészeti megoldás, gépválaszték.

• integrált növényvédelem a fenti módszerek, lehetőségek, biotechnológiai, termesztési intézkedések összehangolt, együttes –komplex– alkalmazása, amelyek során a kémiai növényvédő szerek használata arra a szorosan vett legalacsonyabb értékre korlátozódik, amely a károsító populációnak egy gazdaságilag elfogadható kárt, vagy veszteséget okozó szint alatt való tartásához szükséges. Az alkalmazások jelenlegi arányait tekintve, a vegyszeres növényvédelem alkalmazásának mértéke a meghatározó. De léteznek már olyan tendenciák is, hogy a felhasznált vegyszerek mértéket csökkentik, akár teljesen elhagyják ekkor már biotermesztésről (ökológiai gazdálkodásról) beszélünk.

A felsorolásból érzékelhető, hogy a növényvédelmi célok megvalósításának műszaki eszköztára szinte kimeríthetetlen. Napjainkban is a kémiai növényvédelem a meghatározó. A vegyszerek leggyakrabban permetlé formájában kerülnek felhasználásra, amelynek kijuttatása cseppképzést kővetően történik. Leginkább a képzett cseppek –geometriai és fizikai– jellemzői határozzák meg az alkalmazott technológiát, egyben a védekezés hatékonyságát, költséget. Ezért szükséges e cseppek jellemzőit, ill. képzésük módjait mindenekelőtt megismerni. Ezeknek az információknak az alapján már könnyebb a megfelelő permetező gép, eszközt kiválasztani. Végezetül a termesztést lehetővé tevő vegyszer nélküli talajfertőtlenítési lehetőségeket ismertetem.

A cseppképzés módjai, ill. a cseppek meghatározó jellemzői

A kémiai növényvédő szerek jórészt szórással kerülnek a védendő felületre. E szerek leggyakrabban (jórészt vízzel) hígítva, mint permetlé kerülnek kijuttatásra oldat, emulzió, vagy szuszpenzió formában. Az ideális eset az lenne, ha a permetlé –mettől vékonyabb összefüggő– hártyaként fedné, borítaná egyenletesen a védendő növény felületét, de ezt a permetlé (felületi feszültsége nem teszi lehetővé. Ezért cseppre bontást követően kerül a hígított vegyszer a védendő felületre. Az így megvalósuló –permetlével való– fedés jellemzőinek a vizsgálatához szükséges a képzett cseppek jellemzőinek meghatározása. Tekintettel a módszer –bekerülési, működtetésének– költségeire ez alapján dönthető el, hogy mikor melyik cseppképző alkalmazásával érhető el a kíván hatás.

A cseppek jellemzői

A permetléből képzett cseppek átmérői sosem egyezőek, ezért szükséges a –cseppképzőt, cseppképzési módot– jellemző cseppeloszlási görbe ismerete (5.1. ábra). Itt a vízszintes tengelyen a „d” cseppátmérő, függőleges tengelyen az adott átmérő tartományba eső cseppek száma az ún. gyakorisági érték szerepel. A cseppeloszlás, ill. annak a vízszintes tengely mentén való elhelyezkedése alapján lehet a szórástechnikai módszereket jellemezni. 

• ködképzés (a cseppek átmérőjének legalább 80 %-a 0,05-50 μm közötti tartományba esik)
• porlasztás (a csepp átmérő legalább 80 %-a 50-150 μm közötti) ill. ezen belül beszélhetünk finom (50-80 μm közötti), közepes (80-120 μm közötti) valamint durva (120-150 μm közötti tartomány) porlasztásról
• permetezés (a csepp átmérő legalább 80 %-a 150-750 μm közötti) ill. ezen belül finom (150-350 μm közötti), közepes (350-550 μm közötti) valamint durva (550-750 μm közötti tartomány) permetezésről beszélhetünk.

Az „n” számú csepp eloszlási görbéje helyett, a cseppek geometriai átmérőjéből számítható közepes cseppátmérő értéket használjuk a csepphalmaz egy értékkel történő jellemzésére. Ennek meghatározása azonban többféleképpen történhet. Az „n” darab átmérő számtani középértékét nevezik lineáris középátmérőnek, azaz:

Az „n” darab csepp felülete révén is definiálható ún. felületi (négyzetes) közepes cseppátmérő: 

átrendezve, ill. egyszerűsítés után:

A cseppek térfogata alapján pedig ún. térfogati (köbös) közepes cseppátmérő értéke határozható meg egyszerűsítést követően az alábbi összefüggéssel: 

5.1. ábra Cseppeloszlási görbe

Adott „n” darab (nem egyező átmérőjű) csepphalmaz esetén a fenti háromféle módón meghatározott közepes cseppátmérő értékek közötti viszony:

A cseppeloszlási görbe „B” szerinti eloszlásnál különböző módón meghatározott közepes cseppátmérő értékei között az eltérés 1 %-nál kisebb. Ettől kedvezőtlenebb eloszlásnál az eltérés ettől lényegesen nagyobb mértékű. A gyakorlatban általában a lineáris, számtani közép-értéket adják meg, ill. használják a cseppképzőkkel kapcsolatosan.

A cseppek a védendő felületre kerülvén –ideális esetben– azt kör felület mentén nedvesítik. A nedvesített (A) körfelület átmérője:

ahol β a nedvesítési tényező. Értéke nagyobb 1-nél, ha a permetlé nedvesíti a felületet, ellenkező esetben 1-nél kisebb. Számunkra az a kedvező, ha β mettől nagyobb értéket vesz fel. Mivel β értéke közvetlenül a permetlé felületi feszültségének értékétől függ, szoktak különböző felületi feszültség csökkentő adalékot keverni a permetléhez. Egy bizonyos cseppátmérő érték alatt már nincs jelentős hatása β-ra ezen adalékoknak. A nedvesített terület nagysága „ n” darab csepp esetében:

[m²]

Figyelembe véve hogy a „V” térfogatú permetléből képezhető cseppek száma:

Így a „V” térfogatú folyadékkal nedvesített felület – a megfelelő behelyettesítés után:

Az összefüggés mindkét oldalát tízezerrel végigosztva, és a

közelítés alapján:

A „V” térfogatú permetlé tízezred része pont a tízezer négyzetméterre, azaz hektárra jutó permetlé mennyiségét jelenti. Ezt a gyakorlatban „D” dózisnak neveznek. Az összefüggés baloldalán lévő tört értéke alapterületre vetítve adja meg a nedvesített felület mértékét. Egy olyan koordináta rendszerben ahol a vízszintes tengelyen a –lineáris– közepes cseppátmérő, míg a –10-es alapú– logaritmikus beosztású függőleges tengelyen az alapterületre vetített nedvesített felület viszony (hányados) 100-szorosa szerepel a fenti összefüggés adott dózis érték felvételekor egy hiperbolával jellemezhető. A dózisra 0,5; 5; 50; 150; 500 és 2.000 liter hektáronkénti értékeket felvéve berajzolható az a 6 hiperbola, amely 7 részre bontja a két koordináta tengellyel határolt sík-negyedet (az 5.2. ábra amely β=√2 felvételével készült).

5.2. ábra A dózis, fedettség és közepes cseppátmérő közti viszony nomogramja

Az 5.2. ábrában lévő területekre beírtak szerint, a dózis értéke (D) alapján csoportosított eljárások, technológiák:

• D≤0,5 liter/ha esetén UULV (ultra-ultra-low-volume) igen-igen kis folyadék mennyiségű,

• 0,5≤D≤5 liter/ha esetén ULV (ultra-low-volume) igen kis folyadék mennyiségű,

• 5≤D≤50 liter/ha esetén LV (low-volume) kis folyadék mennyiségű,

• 50≤D≤150 liter/ha esetén MV (medium-volume) közepes folyadék mennyiségű,

• 150≤D≤500 liter/ha esetén HV (high-volume) nagy folyadék mennyiségű,

• 500≤D≤2000 liter/ha esetén UHV (ultra-high-volume) igen nagy folyadék mennyiségű,

• hektáronként 2.000 liter (2 m³) felett UUHV (ultra-ultra-high-volume) igen-igen nagy folyadék mennyiségű.

Az 5.2. ábra egyben nomogramként is használható, a növényvédő gép beállításához. A kijuttatandó szer hatásmechanizmusa alapján a hatékony védekezés megvalósításához ismert a (permetlével) minimálisan fedendő felület nagysága, ill. mértéke. A növény fejlettsége alapján ismert, hogy alapterületre vetítve mekkora a zöld növényi (védendő) felület mértéke. Így már könnyen számszerűsíthető az 5.2. ábra függőleges tengelyén lévő érték. A dózis értéke is egyszerűen behatárolható a rendelkezésünkre álló berendezés, növényvédőgép, ill. az alkalmazandó –fent részletezett– eljárás, ill. technológia alapján. Ezt követően már a nomogramot felhasználva, meghatározható azon maximális közepes cseppátmérő értéke, amelynél teljesülnek a kívánalmak. Ez alapján már az alkalmazandó cseppképzők közül kiválasztható a szükséges geometriájú (pl. kilépő keresztmetszetű) típus, megadható a gép haladási sebességének, és a permetlé üzemi nyomásának minimális értéke is.

Az elmúlt időszakban a gombaölő (fungicid) szereket kivéve a kisebb dózisú védekezés, ill. ezzel arányosan (a szükséges fedettség elérése miatt) a közepes cseppátmérő csökkentésének trendje figyelhető meg. Ezzel a permetlé részben szállítási, részben cseppekre bontásához hektáronként szükséges energiája igénye csökkenthető, miközben a növényvédőgép műszakteljesítménye jelentősen növekszik. A cseppátmérő csökkentésekor az alábbiakra feltétlenül figyelni kell. A szántóföldi kultúráknál a cseppek a súlyerejük hatására haladnak (esnek) a talaj felszíne felé. Ezen haladás az aktuális légellenállás miatt, az ún. határsebességig képesek gyorsulni. Ekkor a csepp súlyereje egyező értékű, de ellentétes irányú a légellenállással, azaz:

ahol:

ρ_lev - a levegő sűrűsége [kg·m³]
ρ_per - a permetlé sűrűsége [kg·m³]
c_alak - alaki tényező, esetünkben értéke: ≈0,5
g - a nehézségi gyorsulás értéke: ≈10 m·s²

Ezt figyelembe véve határozhatjuk meg a csepp kilépési pontja és a védendő felület közötti szintkülönbség megtételéhez szükséges időt. Mivel ritkán van teljes szélcsend, ezért ezen idő alatt a vízszintes légmozgás (szél) hatására szállítódik, elsodródik a csepp. Ez pedig nem mindig kedvező, sőt pl. sorköz vegyszeres gyomirtásakor igen káros is lehet! Ezért nem célszerű a szántóföldi szóró keretet a növények fölé 1 m-nél magasabbra helyezni.

Az elsodródás mértékét növelheti közvetve a permetlé párolgása is. Cseppképzés során az egységnyi folyadékmennyiséget határoló felület igen nagymértékben növekszik. Ezért e felülettel arányosan az időegység alatt elpárolgó folyadékmennyiség is jelentősen növekedhet, amely folyamatosan csökkenti a cseppátmérőt, így még tovább tart a cseppek védendő felületre történő érkezése. Szerencsére a permetléből a víz elpárolgása csökkenthető, ha olyankor (pl. kora reggel, avagy késő este) permetezünk, amikor a levegő páratartalma a telitett állapot közelében van. Az ULV ill. UULV technológiáknál pedig emiatt általában a kemikália kijuttatását lehetővé tevő –hektáronkénti néhány liternyi– oldó vagy vivő folyadék nem víz, hanem egy kevésbé illékony közeg pl. glicerin.

5.3. ábra Szóráskép vizsgáló berendezés

A szántóföldi „permetszóráskor” a cseppképző kiválasztásához szükséges a cseppképzőnek a növényvédő gép haladására merőleges, ún. keresztirányú szórásintenzitás eloszlásának ismerete. Ennek meghatározása pl. az 5.3. ábrán látható szóráskép vizsgálóval lehetséges. A kialakítás fölé helyezett szóróból kilépő cseppek a hullámos felület vályúiba kerülnek. A felfogó vályúk lejtése miatt a mérőhengerekben gyűlik össze a folyadék. E folyadék értékeket koordinátarendszerben ábrázolva kapjuk az 5.4. ábrán látható keresztirányú szórásintenzitás eloszlási görbéket. Az ideális esetben (5.4. ábra „C” görbe) bármely haladással párhuzamos egyező szélességű sávba egyező a folyadékáram értéke, ezzel bárhol egységnyi felületre ugyanannyi permetlé kerül.

5.4. ábra Keresztirányú szórásintenzitás eloszlás

A cseppképzés módjai

A cseppekre bontáshoz energia szükséges, mivel ekkor az adott folyadékmennyiséget (melynek a felületi feszültség értéke: γ) határoló felület ΔA értékkel növekszik. Ennek elméletileg az értéke: E=γ·ΔA, de a gyakorlatban sajnos ennek többszöröse szükséges. Ezért a használatos cseppekre bontási módok –energetikailag– igen rossz hatásfokkal működnek. Jelenleg közvetlenül mechanikai, villamos vagy hőenergia felhasználásával valósítható meg a cseppre bontás.

Cseppképzés mechanikai energiával

A mechanikai energia vagy a belső –a permetlé nyomási– energia tartalmának csökkenése vagy külső energiaforrás révén áll rendelkezésre. A folyadékáram nyomási energiájának csökkentésekor a cseppképzőből kilépő folyadékáramlás téglalap alakú keresztmetszetének nagysága (kontinuitási törvény) ugyan nem változik, de a téglalap egyik oldalának értéke csökken, miközben a másik ezzel arányosan növekszik. A csökkenés, „szemmel láthatóan” addig tart, amíg a folyadék felületi feszültsége a folyadékrészeket cseppekké „rántja” össze. A keresztmetszet geometriájának e módon történő változtatását a cseppképzőknél vagy a folyadék perdítésével, vagy a folyadék ütköztetésével valósítják meg.

Perdítés nél az „m” tömegű folyadékrész „v” sebességgel egyenes vonal mentén halad, majd ezen egyenes egyik pontban az „r” távolságra lévő pont körül (pl. perdítő kamra, vagy betét révén) elfordulásra kényszerül. Ekkor

alapján

nagyságú Π perdületre tesz szert, figyelembe véve hogy

 ill. .

Majd ha e zárt térből, pl. kamrából az r sugár, valamint a v sebesség vektorokat magában foglaló síkra merőleges tengely mentén távozhat ezen „ m” tömegű folyadékrész, akkor a kontinuitási törvény révén meghatározható e folyadékrésznek a kiáramlás tengelyirányába eső v_ki sebesség értéke. E v_ki sebesség vektorhoz a perdület megmaradási tétel alapján egy másik sebesség  érték adódik hozzá vektoriálisan. A perdület megmaradásának összefüggéséből következik, hogy az r_ki értékének csökkentésekor ezzel arányban növekszik az ω_ki értéke. Ez pedig egy határértéknél nagyobbra nem képes növekedni: ezért a kilépésnél lévő kör keresztmetszetnél egy gyűrű mentén (légmaggal) történik a folyadék kiáramlása. A sebességek vektoriális eredője miatt az „ m” folyadékrész egy kúpfelületre eső spirálpálya mentén halad. A permetléáramot képező n darab „m” folyadékrészecske mozgáspályái üreges kúpos szórásképet eredményeznek. Ezen üreges kúp kúpszöge a perdület nagyságától függ. A folyadék (a szóráskép tengelyére merőleges) áramlási keresztmetszete körgyűrű, melynek (külső, belső) sugara a zárt térből való kilépéstől távolodva növekszik. Miközben a köztük lévő különbség, a gyűrű vastagsága csökken, ezért a folyadék hártya elvékonyodik, annyira hogy a felületi feszültég cseppekre rántja össze a folyadékrészeket. Növényvédelmi cseppképzőknél a perdítő (pörgető) betétes megoldások terjedtek el, ahol a betét lehet: test, lapka és szalag.

5.5. ábra Perdítő (pörgető) betétes cseppképző

A pörgető test (5.5. ábra) „1” hengerfelületén csavarvonal mentén lévő horonyban tud a folyadék áramlani, majd azt elhagyva egy kalibrált furattal rendelkező „2” lapkán áthaladva jut a külső térbe. A pörgető test és a kalibrált furatú lapka közötti távolság –kézzel mozgatható karral– változtatható. A pörgető test révén perdülettel rendelkező folyadékáram, míg a lapkáig turbulensen áramlik a megteendő úttal arányosan elveszti perdülete egy részét. Így lehet közvetve a kézi karral csökkenteni, avagy növelni a –szórási– kúpszöget (lásd kézi falemosó permetezések szórópisztolya). A lapkanál (5.6. ábra) annak átmérőjénél kisebb hosszúságú testnél a lapka tengelyével 90 °-tól eltérő szöget bezáró 1, 2, avagy 4 furat található. Míg a –téglalap alakú, hossztengelye mentén megcsavart– szalagos betétnél a –csavarás tengelyével egyezően– áramló folyadék attól függően mily messze („r” távolságra) van e tengelytől egyre nagyobb perdületre szert tevén, különböző kúpszögű felületre eső spirálpályán haladván, teli kúpos szóráskép az eredmény. A lapkánál az 5.4. ábra „A”, míg a szalagosnál a „B” szerinti a keresztirányú szórásintenzitás eloszlás göbéje. Ez alapján, tekintettel az ideális „C” görbére, nem meglepő hogy a szalagos betétet egyáltalán nem, míg a perdítő lapkát is csak szűk körben alkalmazzák növényvédelmi célokra.

5.6. ábra Perdítő lapkák

A folyadék (permetlé) áram ütköztetése lehet: 

• szilárd felülettel
• folyadék árammal
• levegővel (ez a légporlasztás)

A folyadékáramot szilárd felülettel történő ütköztető cseppképzők leginkább az öntözésnél használatosak (5.7. ábra). Ezek szórásképe (lapos) síkban teljes kör vagy legyező (körcikkely) alakú. A cseppképzőből kilépő folyadékáramhoz a kilépés helyétől távolodva növekvő (sugárral arányosan) ívhosszhoz (a kontinuitási törvény alapján) egyre vékonyodó folyadékhártya alakul ki. Egy a folyadék felületi feszültségtől függő hártya vastagságnál a folyadékrészeket a felületi feszültség cseppekké rántja össze. Próbálkoztak a hasonló kialakítású növényvédő cseppképzőkkel (5.8. ábra) is. De ezek nem terjedtek el, mert pl. a szántóföldi növényvédő keretre történő felszerelésükkor, ha többszörös fedést akarunk beállítani, akkor nehezen kerülhető el, hogy a szórásképek egymással ne ütközzenek.

5.7. ábra Szilárd felülettel ütköztető cseppképzők

5.8. ábra Növényvédelmi szilárd felülettel ütköztető cseppképző

Sokkal nagyobb jelentőségűek a folyadékáram folyadékárammal történő ütköztetés elvét megvalósító „réses” cseppképzők. Ezek működésének alapja a két egy síkba eső (nem párhuzamos) folyadékáram az 5.9. ábra szerint egymásnak ütköztetése. Ekkor a folyadékáramok közti szög felezőjét magában foglaló a folyadékáramok síkjára merőleges síkban alakul ki egy legyezőszerű (körcikk vagy kör alakú) szóráskép. Ekkor is, mint az előző esetben a két folyadékáram ütközésétől távolodva az áramlási keresztmetszet geometriájának változása révén történik a cseppre bontás. Az ütköztetést megvalósító kialakításnál a félgömb felülettel határolt furatból az 5.10. ábra szerinti két ívvel határolt „rés” révén válik lehetővé, hogy a folyadékáram távozhasson. A kör keresztmetszetű folyadékáram a réshez érve 90 °-os iránytörést szenved. Az ábra B–B metszete szerinti kialakítás miatt a folyadékáram egyik (félkör keresztmetszetű) részéhez képest a másik fél folyadékáram pont ellentétes irányba, a másik folyadékárammal szembe való áramlásra kényszerül. Tekintettel a rés hosszanti „a” értékének nagyságára adott –körcikk 5.9. ábra szerinti– φ középponti szögű, legyezőszerű szóráskép alakul ki. E szórássíkot a szóráskép meghatározó kialakítás vályúira merőlegesen úgy helyezve, hogy a szóráskép szögfelezője függőlegesen helyezkedjék el, kapjuk az 5.4. ábra „C” szerinti keresztirányú szórásintezitás eloszlási görbét. Ez az ideális eloszlási göbe indokolja szántóföldi kereteken való szinte kizárólagos használatát e cseppképzőknek.

5.9. ábra Folyadékáram folyadékárammal való ütköztetés

5.10. ábra A réses cseppképző kialakítás

A levegőárammal történő „ütköztetéssel” megvalósított ún. légporlasztás lehetőségeit az 5.11. ábra szemlélteti. Az ábrán a I. „alap” esetben, ha növeljük a  értékét, azaz a levegő és a folyadék (csepp) sebességének különbségét egyre intenzívebb ún. másodlagos cseppfinomítás következik be. Pont e különbség értéke változik adott lég és folyadék (csepp) áramlási sebesség értékeknél attól függően, hogy e sebesség vektorok egymáshoz képest, hogy helyezkednek el. Az I-es az egyező, míg a II eset az ellenáramú ütköztetést szemlélteti. Elsődleges ilyetén cseppre bontást tesznek lehetővé az injektoros (5.12. ábra) cseppképzők. Ezek révén légzárványos cseppek keletkeznek, melyek kijutva a zárt térből kisebb cseppekre bomlanak. A másik lehetőség (5.11. ábra III. eset) a folyadékáram részleges iránytörésével növelik a levegő-folyadékáram közötti határfelület nagyságát. Ekkor rövidebb távon, történik meg a teljes légporlasztása a folyadékáramnak. Ezen elsődleges (primer) légporlasztásos kialakításnál azonban nagyobb a gyakorlati jelentősége a légi védekezésnél használatos másodlagos (secunder) pneumatikus cseppfinomításnak. Ekkor általában a növényvédő repülőgép szárnyai alá elhelyezett szórók csővezetéke ­­–tengelyük körül– 135 °-os tartományban elforgatható. Az egyik szélső határesetben az 5.11. ábra I-es esete szerinti egyező áramú, míg a másik határesetben 135 °-ot közbezáró sebességvektorokkal majdnem az ellenállamú II-es eset valósítható meg. Ez utóbbi beállítással akár felezhető a cseppátmérők értéke az I-es esetben kialakulóhoz képest. Természetesen ekkor ez esetben az elsodródás mértéke növekszik, ezért a II-eshez hasonló kialakítás csak fungicidek használatakor célszerű, ill. indokolt.

5.11. ábra A légporlasztás megvalósításának lehetőségei

5.12. ábra Injektoros cseppképző kialakítása

A külső mechanikai energia révén cseppekre bontók sok megoldásából feltétlenül említésre méltó a forgó tárcsás, vagy kúpos, valamint a folyadékszaggatást megvalósító kialakítás.

5.13. ábra Forgótárcsás (kúpos) cseppképző

A forgó kúphoz (5.13. ábra), vagy síktárcsához általában cserélhető kalibrált „fúvókán” akár gravitáció révén jut a folyadékáram. Általában villamos motorral n = 5.000 ÷ 15.000 percenkénti fordulatszámmal forgatott kúp alakú „D” átmérőjű, csipkézett peremű tárcsa (kúp) mentén a folyadék igen vékony rétegben áramlik. A peremnél a centrifugális erő hatására körkörösen szakadnak le a folyadékrészek. A kialakuló cseppek közepes átmérőjére meghatározott regressziós összefüggés:

   [mm]

ahol:

γ_per - a cseppre bontandó permetlé felületi feszültségének értéke [Pa·m]

ρ_per - a permetlé sűrűsége [kg·m^-3]

n - a „D” átmérőjű tárcsa, vagy kúp percenkénti fordulatszáma

A cseppméret csökkentése végett próbálkoztak a forgó kúpfelület alkotó menti barázdálásával, de az ilyen kialakításnál részben a vályúk aljáról, részben a két egymás melletti vályú közötti élről leszakadó cseppek a cseppeloszlási görbe „C” görbéje szerinti eloszlását eredményezték. Ez igencsak markánsan eltérő az ideálist közelítő 5.1. ábra „B” eloszlási görbéhez képest, ezért e felületek barázdálását elhagyták.

5.14. ábra Folyadékáram szaggatásával cseppeket képző

A folyadékáram szaggatására az 5.14. ábrán lévő kialakítás ez egyik lehetőség. A vízszintes csővezetékben lévő permetlé csak a 3 -assal jelzett rész alatt, a csővezeték alkotója mentén lévő, kalibrált furatokon tud kiáramlani. A kiáramló folyadéksugarak a 3-as jelű jobbra-balra elfordulást végző rész furatain hol áthalad, hol nem. Így történik a folyadéksugarak részekre bontása, szaggatása. E folyadékrészeket, természetesen a felületi feszültség cseppekké rántja össze. A csepp nagysága ekkor a permetlé kiáramlás intenzitásával, és/vagy a (1 és 2 jelű) kulisszás hajtóművel megvalósított 3-as rész jobbra-balra forgásának gyakoriságával (frekvenciájával) változtatható. A jobbra-balra forgás (szög) sebességének változása kiegyenlíthetetlen erőket (ennek hatására rezgést) ébreszt, ezért nagyobb mértékű cseppbontáshoz a 3-as rész helyett olyan forgatható hengert helyeznek el, melynek a palástján maximum 24 „ablak”, azaz a folyadéksugár áthaladását lehetővé tevő rés található. E kialakításnál e henger fordulatszáma akár 15 ezer fordulat is lehet percenként. Az így képződő cseppek átmérőjének eloszlási görbéje akár az 5.1. ábra „B” görbéje szerinti. Ezért ez utóbbi, hengeres kialakítást egyre gyakrabban alkalmazzák a légi (repülőgéppel vagy helikopterrel megvalósított) védekezéseknél (5.15. ábra)

5.15. ábra Szóró keret permetlé csővezetékéhez alul a perdítő betétes, míg felül folyadékáram szaggatását forgó hengerrel megvalósító cseppképző csatlakozik

Cseppképzés hőenergiával

Hőenergiával permetlé elpárologtatást valósít meg az 5.16. ábra szerinti meleg (termikus) ködképző. Itt a Root-fuvó levegőáramába benzint juttatunk. Az 5.16. ábrának megfelelően ettől kicsit arrébb e levegő-benzin keveréket az ún. égéstérben indításkor a gyújtómágnes szikrája, később az égésteret határoló felmelegedett felületek hősugárzása meggyújtja. Onnan a heves égés (robbanás) után az égéstermék a hangolt rezonátorcsőbe jut, ahol 90 Hz körüli rezgést indukál. A nagy sebességgel áramló gázokba a permetlé befecskendezése a rezonátorcső végén történik. A befecskendezett permetlé elpárolog, miközben gőze keveredik az áramló gázokkal. Amikor e gáz-gőzkeverék hőmérséklete 100 °C alá csökken a vízgőz kicsapódik, kondenzálódik. Mivel e kondenzáció a gázáramban lévő igen nagyszámú szilárd szennyezőkre történik, a közepes cseppátmérő 50 µm alatti, azaz ködtartományba eső. A köd nagy penetrációja miatt zárt pl. termesztőberendezésekben, avagy sűrű lombozatú erdőknél hatékony, és gyors rovarkártevők elleni védekezést tesz lehetővé. Megjegyzendő, hogy a ködképző alkalmazásának egyik lehetséges korlátja a kijuttatandó vegyszer összetevőinek hőellenállása, hőstabilitása.

5.16. ábra Termikus ködképző

A kijuttatandó vegyszerek vízen kívül más pl. illékony (szén-tetraklorid CCl₄, aceton (CH₃ )₂CO, kloroform CHCl₃ stb.) oldószerbe is keverhető. Ezen oldószerek egy hektárra vetített költsége –ULV, avagy UULV technológiát alkalmazása esetén– nem jelentős nagyságú. Az ilyen oldószerű permetlevet valamilyen pl. a nyomási energia csökkentése révén cseppekre bontóval juttatjuk ki a védendő helyen. Az oldószer intenzív párolgása után visszamaradó cseppek átmérője általában már a köd tartományba esik. Az oldószer párolgásához, annak párolgáshőjével arányos hőenergia kell, ezt a cseppek a környezetükben lévő levegő belső energiatartalmának, hőmérsékletének csökkentésével nyerik. E környezeti levegőhőmérséklet csökkentés (hűtő hatás) miatta nevezik az ilyen cseppre bontást hideg ködképzésnek.

Cseppképzés villamos energiával

A villamos energiával általában nem primer cseppre bontás a cél, hanem a valamilyen más módón képzett cseppekben töltéshordozó (elektron, vagy proton) többlet, ill. hiány létrehozása. Ezzel a cseppeket arra „kényszeríthetjük”, hogy a cseppképzőt elhagyva (a levegőben) a lehető legrövidebb utat megtéve kerüljön földpotenciálra, ahol a lényegében végtelen tároló kapacitású Földből, a hiányzó töltéshordozók megszerzésével tud elektromosan semlegesítődni. Ekkor lényegesen kevesebb csepp kerül a cseppképzőtől távolabb lévő talaj felületére, ezért hektáronként a hagyományos cseppkijuttatáshoz képest jelentős (akár 15 %-os) lehet a szermegtakarítás változatlan értékű fedettség (permetlével nedvesített felület) mellett. Ezen eljárást nevezzük elektrosztatikus szórásnak. Megvalósítására két lehetőség:

• Korona feltöltés (5.17. ábra) esetében egy fém gyűrű („korona”) a pl. mechanikus cseppképző szórásképét a folyadékáram kilépési szakaszánál úgy határolja, hogy nem érintkezik a folyadékrészekkel. A gyűrű 10-15 kV nagyságú, valamilyen (az 5.17. ábra szerint negatív) polaritású potenciálon van, ez a gyűrű által határolt térben lévő folyadékrészekben töltésmegosztást eredményez. A szóráskép kezdeti szakaszában még folyamatos folyadék hártya révén e térrészből  elektronok távozhatnak a permetlé tartály földelése révén kialakított „zárt” áramkörben. Ezt követően cseppekké szakad a folyadékáram, és a cseppek már nem tudják a hiányzó töltéshordozót (esetünkben elektront) máshól csak a földpotenciálon lévő (pl. növényi) felülettel érintkezve felvenni.

5.17. ábra Korona feltöltés kialakítása

• Kontakt feltöltés esetén az 5.18. ábra szerint a nagyfeszültségű egyenfeszültség forrás negatív pólusa csatlakozik a cseppképzőhöz félvezető révén. A primer tekercset adott gyakorisággal (frekvenciával) egyenfeszültségre fel- lekapcsolva, a szekunder tekercsben indukálódó nagyfeszültség hatására kialakuló „I” nagyságú egyenáram időegység alatt „Q”-nyi töltéshordozót (az ábra szerint elektront) juttat a cseppképzőből kilépő folyadékáramba. Ezt követően a folyadékhártya folyamatosan vékonyodik és cseppekbe bomlik. Ha időegység alatt átlagosan „ n” darab csepp képződik, akkor az egy cseppben lévő töltéshordozó (esetünkben elektron) többlet átlagos értéke: q=Q/n coulombnyi. A kialakuló csepphalmazt jellemző közepes cseppátmérőt azonban nem csak a permetlé felületi feszültségének nagysága, hanem a cseppben lévő töltéshordozó többlet is (azok közötti taszító hatás miatt) befolyásolja az alábbi összefüggés („Coffé” effektus) szerint:

ahol ε₀ a légüres tér dielektromos állandója, értéke: 1/(4·π·9·10⁹).

5.18. ábra Kontakt feltöltés kialakítása

Az elektrosztatikus szórást lehetővé tevő fenti megoldásokat figyelmesen tanulmányozva belátható, hogy sajnos légi védekezésnél nem alkalmazhatók, mivel ott nem lehet a „zárt” áramkör létrejöttéhez szükséges „földelést” kialakítani.

Talajfertőtlenítés

A biztonságos zöldség-, avagy dísznövénytermesztés feltétele a megfelelő, káros növénymaradványtól és kártevőktől mentes talaj. A termesztőberendezésben a talajon termesztéskor az ismétlődő –mono– kultúra szintén kedvez a kártevők elszaporodásának, ezzel csökkentve a terméshozamokat. Ezért szükséges időnként a talajfertőtlenítésének elvégzése. Ezt történhet szakszerű vegyszeres kezeléssel, vagy a talaj felmelegítésével. A vegyszeres kezelés általában pl. fonálféreg, lárvák ellen hatásos, specifikus ezért nem oly hatékony, mint a gőzölés. Ezért érdemes áttekinteni a melegítéses módszert.

A talaj hőmérsékletét 85-90 °C-ra növelve, majd e hőmérsékleten legalább fél órát tartva –termesztés szempontjából– kórokozóktól mentes talajt kapunk. Ettől magasabb hőmérsékletnél egyre inkább olyan élőszervezetek is elpusztulnak a talajban, melyek a hatékony termesztéshez fontosak (pl. nitrifikáló baktériumok). Sőt 110 °C fölé melegítés esetén a talaj, élőszervezetek szempontjából steril állapotúvá válik. Ez igen veszélyes lehet, hiszen néhány a termesztés szempontjából kedvezőtlen kórokozó a talajba kerülésekor, igen gyorsan elszaporodik, a termesztést eredménytelenné teheti. A melegítés vagy helyben, vagy halomba történhet. A dobfertőtlenítő kivételével a talaj felmelegítéséhez gőzt használnak, ezért szokás ezen eljárást talajgőzölés nek nevezni.

A halomba gőzölés legegyszerűbb megvalósítása a pótkocsis gőzölés. Ekkor egy, a folyamatos gőzöléshez kettő, billenő platós pótkocsi szükséges. Ezek alján a gőz egyenletesebb elosztása miatt furatokkal ellátott csőregisztert helyeznek el. A szemcseméret alapján homogenizált földet markoló rakodóval rakják a platóra. Egyengetést kővetően jó hőszigetelő képességű réteggel fedik le a közel egyező vastagságú talajréteget. Ezt követően a gőz folyamatos bevezetésével kb. 1,5 óra alatt 2-3 m³ föld gőzölése elvégezhető. A másik lehetőség a gőzölő rács felhasználásával való fertőtlenítés. A beton vagy más szilárd felületre elhelyezett rácsra terítik (akár 1 m vastag réteget képezve) a talajt, majd a pótkocsis gőzölés folyamatát követi az eljárás. A rács lehetséges geometriai paraméterei, valamint a földréteg vastágsága miatt nagyobb földtömeg gőzölése végezhető el egy menetben. Igaz, hogy a talaj –oda, vissza– szállítási munka igénye is jelentősebb, mint akár a platós, vagy a helyben gőzölés módszereinek alkalmazása esetén.

5.19. ábra Gőzölő villa

5.20. ábra Gőzölő villa elhelyezése

A helyben gőzölést lehetővé tevő gőzölő villánál (5.19. ábra) a gőzelosztását lehetővé tevő rácsból a gőzt lefelé vezető tüskéket a kívánt mélységbe helyezve, „taposva” (5.20. ábra) kezdődhet a gőzáram talajba vezetése. A tüskék alsó végén kilépő, majd felfelé áramló gőz folyamatosan kondenzálódik. Ennek során a talaj hőmérséklete nő, és ha elérte a 85 °C -ot a gőzáram megszüntetését követően kiemelik a rácsot, és hőszigetelő (pl. fólia + hungarocell) réteggel fedik le a gőzölt talaj területét, így biztosítva a fél órás állandó hőmérsékleten tartást. Ezt kővetően a rácsot pedig egy osztással arrébb helyezve a folyamat ismétlődik. E megoldás nagy kézimunkaigénye, valamint az esetleges égési sérülések elkerülése érdekében szükséges körültekintő munkavégzés igénye miatt ma már nem használatos hazánkban. A gőzölő eke (5.21. ábra) drótkötéllel kapcsolódik a parcella végén lévő csörlőhöz. A flexibilis tömlővel az eke elosztó dobjába vezetett gőzáram a gőzölési mélységbe lévő csövek furatain lép ki. Ezt követően –mint a rácsnál– a felfelé áramló gőz kondenzálódva melegíti fel a talajréteget. Itt a parcella végén lévő csörlőn állítható vontatási sebesség, és gőzáram értékek összhangját nehéz tartósan biztosítani. Ennek hiányában viszont a talaj vagy túlmelegszik, vagy nem éri el a hőmérséklete a kívánt értéket. Ezért hazánkban nem terjedt el, pedig szabadföldön Nyugat-Európában alkalmazták.

5.21. ábra Gőzölő eke

Hazánkban a helyben gőzölésre jelenleg leginkább a termesztőberendezésekben van igény. Erre két megoldás használatos. Egyes termesztőberendezésekben a talajfelszín alatt 50-60 cm mélyen lévő égetett agyagcsövekkel kialakított, alagcső hálózattal (az elv az ún. BEDU rendszer) akár talajfűtés, vagy öntőzés, de gőzárammal a talajgőzölés is megvalósítható. A megoldás tapasztalatai kedvezőek voltak, de a nagy beruházási, valamint (iszaposodás okozta) karbantartási költsége miatt ma már nem kerül lefektetésre, kialakításra. A másik módnál 130 °C-ot tartósan elviselő fóliával takarják le a gőzölendő talajt. A fólia széleit lehorgonyozzák pl. homokkal töltött tömlőkkel (5.22. ábra), majd ezt követően a fólia alá gőzt vezetnek folyamatosan. Gyakran talajjal szokták a fólia széle mentén a szükséges vonal menti terhelést biztosítani. Ebben az esetben nem garantálható hogy e földtömeg a kívánt hőmérsékletre melegedjen fel. Így megvan annak a lehetősége, hogy ez a talaj visszafertőzze a gőzölt talajt. A gőzáramot azonban célszerű pl. az 5.23. ábrán látható fa deszkák révén kialakított nyeregtető alatt a fólia alá vezetni. Ennek révén, ha e térrészben a nyomás kicsit nagyobb, mint a külső légköri nyomás értéke, akkor a fólia a talajtól elemelkedik. Ezzel pedig lehetővé válik, hogy a gőz a teljes talaj felület mentén a gőzölést megelőzően porhanyított talaj részecskéi között lefelé áramolhasson, miközben kondenzálódik. A gőzkondenzáció hőmérséklete a gőz –abszolút– nyomásának értékétől függ. Hazánkban ez légköri nyomásnál 100 °C körüli érték.

5.22. ábra Fólia takarás kialakítása helyben gőzöléshez

5.23. ábra A gőz bevezetése a fólia alá.

Célszerű a talaj felmelegítés optimális véghőmérsékletének –részben a kedvező energia felhasználás, részben a biztonságos munkavégzést biztosító– csökkentése. Ezért terjedt el az a megoldás hogy injektoros kialakítással a beáramló gőzáram külső levegőt szív magával, majd azzal keveredik. A keverési aránnyal beállíthatjuk 90 °C-ra a kondenzációs hőmérsékletet. E módszer korlátja, hogy a kondenzvíz 30-35 cm mélységben gyűlik össze, ezért ettől mélyebb részben már nem melegszik fel a talaj a kíván értékre, azaz itt már nincs vagy csak részleges a fertőtlenítés.

A megvalósításhoz azonban megfelelő kapacitású –stabil vagy mobil– gőztermelő kazán kell. Ennek kiválasztásához valamint e módszer energia költségeinek meghatározásához adott V_t köbméternyi talaj fertőtlenítéséhez szükséges gőzmennyiség értékét kell meghatározni. Ez:

 [kg]

ahol:

ρ_t - a t_t –kezdeti– hőmérsékletű talaj sűrűsége [kg·m^-3]
c_t - a talaj fajlagos hőkapacítása [Wh·kg^-1·K^-1]
t_v - a talaj gőzölési véghőmérséklete [°C]
i_v - a (t_v gőzölési véghőmérsékletre) kondenzálódott H₂O fajlagos belső energiájának (entalpiájának) értéke [Wh·kg^-1]
i_g - a talajba vezetett gőz fajlagos belső energiája [Wh·kg^-1]
η_g - a gőzölés hatásfoka (értéke helybe gőzölésnél 0,5 , míg halomba gőzölésnél akár 0,7 is lehet)

Az összefüggésben szereplő c_t értékét leginkább a talaj víztartalma befolyásolja, mivel e 3 fázisú diszperz rendszerben a víz fajlagos hőkapacításának értéke a legnagyobb. Ezért célszerű olyankor végezni a gőzölést, amikor a talaj víztartalma kevesebb 20 tömeg%-nál.

Végezetül néhány szó a dobfertőtlenítőkről, amelyeket viszont célszerű 20 tömeg%-nál nagyobb víztartalmú talajnál használni. Itt a magas víztartalom azért szükséges, hogy a ferde tengelye körül forgó hengerben lévő gáz, avagy olajégő szúró lángja hatására felhevülő talaj hőmérséklete mindaddig nem emelkedik 100 °C fölé, amíg a H₂0 folyékony fázisban –víz formájában– van jelen. A dob szögsebességét (fordulatszámát) nem célszerű változtatni, de a dobtengelyének vízszintessel bezárt szög értéke változtatható, ezzel közvetlenül a talaj dobban való tartózkodási idejét lehet beállítani. Az időtartam megválasztásánál pedig arra kell törekedni, hogy a távozó talaj víztartalma csak kismértékben csökkenjen, váljék gőzzé. Ettől függetlenül azonban e megoldásnál köbméternyi földtömeg fertőtlenítéséhez több energia kell, mint bármely ugyanennyi talajt gőzölő (melegítő) eljárásnál.

Ellenőrző kérdések

1. Milyen összefüggések vannak az átlagos cseppméret, a fedettség és a dózis között ?
2. Ismertesse a permetezésnél alkalmazott cseppképzési módokat ?
3. Milyen technikai megoldásai vannak a gőzöléssel történő talajfertőtlenítésnek ?