Методологические основы снижения эколого-эпидемиологических рисков от вредителей в условиях электрифицированного сельскохозяйственного производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Суринский Дмитрий Олегович

• Суринский Дмитрий Олегович
• доктор наук
• 2024

Оглавление диссертации доктор наук Суринский Дмитрий Олегович

2 Основное содержание доклада

2.1 Состояние вопроса и задачи исследования

2.1.1 Существующие методы борьбы с грызунами

2.1.2 Существующие методы борьбы с насекомыми

2.1.3 Существующие методы борьбы с птицей

2.1.4 Энергетический анализ производства продукции АПК

2.1.5 Особенности и перспективы электрофизического метода борьбы с вредителями в АПК (насекомые, грызуны, птицы)

2.1.6 Применение экспертных систем в задачах моделирования и оценки защитных мероприятий от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) на объектах АПК

2.1.7 Нормативные требования энерго- и ресурсосбережения и повышение энергоэффективности в АПК

2.2 Системно-функциональный анализ установок для борьбы с вредителями в АПК на основе электрофизического метода

2.2.1 Системно-функциональный анализ установок для борьбы с грызунами на основе электрофизического метода

2.2.2 Системно-функциональный анализ установок для борьбы с

птицами на основе электрофизического метода

2.3 Разработка и исследование установок электрофизического метода борьбы с вредителями в АПК

2.3.1 Разработка и исследование установки для борьбы с насекомыми

2.3.2 Разработка и исследование установки для борьбы с грызунами

2.3.3 Разработка и исследование установки для борьбы с птицами

2.4 Разработка, исследование и производственные испытания систем защиты объектов АПК от вредителей

2.4.1 Система защиты объектов АПК от насекомых

2.4.2 Система защиты ферм от грызунов

2.4.3 Система защиты объектов АПК от птиц

2.5 Оценка экономической эффективности использования систем защиты объектов АПК от вредителей

2.6 Перспективные направления использования систем защиты объектов сельского хозяйства от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) с использованием электрофизических методов

3 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методологические основы снижения эколого-эпидемиологических рисков от вредителей в условиях электрифицированного сельскохозяйственного производства»

1. Введение

Актуальность проблемы защиты аграрной отрасли от синантропных вредителей (насекомые, грызуны, птицы) обусловлена сложившейся в стране напряженной эпидемиологической обстановкой, вызванной высоким уровнем роста численности синантропов, являющихся переносчиками особо опасных зоонозных инфекций.

Согласно Федеральному закону от 30 марта 1999 года, №52-ФЗ (в редакции от 24 июля 2023 года) «О санитарном и эпидемиологическом благополучии населения» закреплены нормативные требования, направленные на обеспечение зооэпидемиологической безопасности человека и среды его обитания, в том числе защиту объектов агропромышленного комплекса от синантропных вредителей, наносящих значительный экологический и материальный ущерб.

Постановлением Главного Государственного санитарного врача Российской Федерации от 29 августа 2006 года, №27 предусматриваются меры по борьбе с вредителями и профилактика особо опасных инфекционных заболеваний.

При производстве и хранении сельскохозяйственной продукции существует ряд проблем, в том числе связанных с ущербом, приносимым вредителями (насекомые, грызуны, птицы). Потери, наносимые вредителями, исчисляются тоннами испорченной продукции, которые в денежном эквиваленте достигают нескольких сотен миллионов рублей в масштабах страны.

Существующие методы борьбы с вредителями в АПК (механический, биологический, химический) в настоящее время довольно распространены и известны, но они не позволяют добиться полного эффекта, некоторые могут нанести вред здоровью человека и животным. Поэтому с развитием научно-технического прогресса появился наиболее перспективный метод, который находит все большее распространение - электрофизический.

Исследования проводились в соответствии с Концепцией развития аграрной науки и научного обеспечения агропромышленного комплекса до 2025 года (Министерство сельского хозяйства РФ, приказ от 25 июня 2007 года, № 342) и Федеральной научно-технической программой развития сельского хозяйства на 2017-2025 года, утвержденной Постановлением Правительством РФ от 25 августа 2017 года, № 966.

Степень разработанности темы. На практике нашли применения устройства электрофизической борьбы с вредителями.

Значительный вклад в развитие электрификации сельского хозяйства, разработки методов и средств борьбы с грызунами внесли известные российские ученые Е.Я. Расщупкин, В.И. Багаев, К.К. Соколенко и др.

Вопросам влияния электрического тока на синантропных вредителей посвящены работы А.Г. Возмилова, С.В. Егорова, А.А. Ашихмина и др.

В области экологических проблем животноводства и растениеводства ведут работы Н.В. Цугленок, Г.Н. Самарин, И. В. Савчук, О. В. Звездакова, В.Г. Урманов и др.

Вопросам электробезопасности и обоснования использования человеко-машинных систем в сельском хозяйстве посвящены труды О.К. Никольского, Л.В. Куликовой, А.А. Сошникова, Т.М. Халиной и др.

Достаточно подробно рассмотрены положительные и отрицательные стороны способов и устройств борьбы с вредителями относительно направленности их применения (насекомые, грызуны, птицы), однако совершенно не рассмотрена проблема их совместного использования, как системы защиты объектов сельского хозяйства.

Все это обуславливает необходимость методологического обоснования создания системы защиты объектов сельского хозяйства от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) на основе электрофизических методов борьбы.

Электрофизический метод является основой интегрированной системы защиты объектов сельского хозяйства от вредителей.

Интегрированная защита является наиболее перспективным направлением решения обозначенной проблемы и представляет собой совокупность рациональных приемов, применяемых на основе информации о видах, численности популяции и соотношений вредных и полезных организмов в массиве сельскохозяйственных угодий, в фазе развития, сроках вредоносности и т.п.

Цель диссертационной работы - создание эффективной системы защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, позволяющей минимизировать антропогенные риски, включающие комплекс санитарно-эпидемиологических, агротехнических и истребительных мер, снизить моральные потери и материальные ущербы путем обоснования новых технологий, основанных на применении ультразвука, электрического тока и оптического излучения.

Задачи исследования. Для достижения данной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

1. Провести анализ современного состояния проблемы обеспечения безопасности сельскохозяйственных культур и сохранения урожая от вредителей в России и за рубежом.

2. Разработать методологию оценки и выбора критериев интегрированного метода, обеспечивающего применение селективных средств борьбы с вредителями. Разработать методологию оценки, прогнозирования и минимизации антропогенных рисков на основе обоснования человеко-машинной системы (ЧМС), компонентами которой являются «Человек» (электротехнический персонал, оператор, ЛПР), «Электроустановка» (Электрические сети и технологическое оборудование) и «Среда» (система биологических объектов - синантропных вредителей).

3. Разработать методику экспериментальных исследований и обоснования эффективности применения электротехнологии для борьбы с синантропными вредителями.

4. Разработать информационно-программный комплекс для мониторинга и оценки эффективности защиты растений от вредителей.

5. Провести стендовые и полевые испытания разработанных конструкций технических средств защиты сельскохозяйственных культур от вредителей. Дать технико-экономическую оценку эффективности использования системы защиты объектов АПК от вредителей.

6. Обосновать перспективное направление использования систем защиты объектов АПК от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) на основе электрофизических методов.

Объект исследования: процессы защиты сельскохозяйственных культур от вредителей.

Предмет исследования: методы и модели, устанавливающие причинно-следственные связи между рискообразующими факторами и величиной антропогенных рисков.

Научную новизну работы составляют:

- методология оценки и обоснования критериев эффективности защиты сельскохозяйственных культур от синантропных вредителей;

- методика проведения экспериментальных исследований и разработка комплекса лабораторных установок, предусматривающих защиту объектов АПК от насекомых, грызунов, птиц;

- результаты стендовых и полевых испытаний технических средств защиты: видеосветоловушка, электродератизатор, электроотпугиватель.

Новизна предложенных технических решений подтверждается патентами РФ на изобретение (2751839 С1 от 19.07.2021, 2738970 С1 от 21.12.2020.), патентами РФ на полезную модель (Яи 153993 Ш от 10.08.2015, Яи 156087 и1, 27 от 10.2015, Яи 146666 и1 от 20.10.2014.) и свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ (Яи 2023682395 от 25.10.2023, Яи 2017611640 от 07.02.2017, Яи 2016617195 от 28.06.2016).

Теоретическую значимость представляют:

- закономерности, разработанные технические решения и результаты оценки эффективности защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, положенные в основу совершенствования электрофизических технологий, обеспечивающих значительное снижение экономического ущерба от нанесенного вреда;

- информационно-программный комплекс, используемый при проектировании, реконструкции и эксплуатации мер защиты объектов сельскохозяйственного производства;

- экспериментальное подтверждение высокой эффективности разработанной технологии, позволяющей при широком ее использовании в отрасли снизить материальные потери от вредителей примерно 7 раза.

Практическая значимость:

1. Разработанные конструкции устройств для защиты объектов сельского хозяйства от вредителей;

2. Способ повышения эффективности защиты объектов сельского хозяйства от вредителей за счет использования устройств на основе электрофизического метода;

3. Методические рекомендации по созданию и использованию устройств защиты объектов АПК от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) на основе электрофизического метода борьбы;

4. Технические решения перспективных вариантов устройств для защиты объектов сельского хозяйства от вредителей;

Работа выполнена в соответствии с Общероссийской Федеральной программой «Энергоэффективная экономика», раздел «Энергоэффективность в сельском хозяйстве» (постановление Правительства РФ от 17 ноября 2001 г. № 796), приказом Минсельхоза РФ от 25 июня 2007 г. № 342 «О концепции развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года» и Государственной программой развития сельского хозяйства и

регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 - 2012 годы, утверждённой постановлением Правительства Российской Федерации от 14 июля 2007 г. № 446.

Методология и методы исследования. Для решения основных задач диссертации использовалась системная методология, теория вероятностей и математическая статистика, факторный анализ и математическое моделирование изучаемых процессов, а также теоретические основы электротехники и светотехники.

Экспериментальные исследования выполнялись на основе отраслевых методик. Обработка полученных данных осуществлялась методами статического анализа с использованием компьютерных программ «Statistika» и «Microsoft Office Excel».

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Концепция повышения эффективности защиты сельскохозяйственных культур от вредителей, основанная на структурно-функциональном анализе электротехнологических установок, использовании математических, инструментальных и натурных методов исследования.

2. Методология оценки, прогнозирования и минимизации антропогенных рисков на основе анализа и синтеза ЧМС «Ч-Э-С».

3. Методика экспериментальных исследований и электрофизический метод борьбы с вредителями.

4. Результаты стендовых и полевых испытаний разработанных конструкций технических средств защиты сельскохозяйственных культур от вредителей.

5. Оценка технико-экономической эффективности результатов диссертационных исследований.

Достоверность результатов работы.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационном исследовании, базируются на теоретических положениях и

научных принципах, разработанных ведущими учеными по фундаментальным и прикладным аспектам электрификации сельского хозяйства. Основные выводы диссертационного исследования обоснованы теоретическими исследованиями и результатами экспериментальных исследований в полевых, производственных и лабораторных условиях, применением разработанных апробированных методик проведения энергетических исследований и экспертизой разработанных технических решений и способов в Роспатенте.

Реализация и внедрение результатов работы:

1. Опытный экземпляр электроотпугивателя птиц внедрен и используется на ООО «Свинокомплекс Тюменский» Тюменской области.

2. Разработанная конструкция электродератизатора прошла всесторонние испытания и внедрена на ООО «Свинокомплекс Тюменский» Тюменской области.

3. Разработанная конструкция светоловушки для мониторинга насекомых-вредителей, с передачей данных по беспроводному каналу связи прошла всесторонние испытания и внедрена на животноводческом комплексе ООО «ЗапСибХлеб-Исеть» Тюменской области.

4. Методические рекомендации по созданию и использованию устройств защиты объектов АПК от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) на основе электрофизического метода борьбы, рассмотрены и рекомендованы к использованию в реальном секторе производства Департаментом агропромышленного комплекса Тюменской области.

5. Методические рекомендации «Электрофизические методы защиты сельскохозяйственных культур от вредителей - грызунов» рассмотрены и рекомендованы к использованию в реальном секторе производства Департаментом агропромышленного комплекса Тюменской области и Управлением Роспотребнадзора Тюменской области.

Апробация работы:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научно -технических конференциях Государственного аграрного университета Северного Зауралья (Тюмень, 2015 - 2023 гг.), Челябинской государственной агроинженерной академии (Челябинск, 2015-2023 гг.).

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались, обсуждались и получили одобрение на ежегодных научно -технических конференциях Тюменской государственной сельскохозяйственной академии (Тюмень, 2015 - 2023), Челябинской государственной агроинженерной академии (Челябинск, 2015-2023), ЮжноУральского государственного университета (Челябинск, 2015 - 2023).

3. Основные материалы и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно - технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья (Тюмень, 2015 - 2023 гг.), ЧГАА (Челябинск, 2015-2023 гг.), СПБ ГАУ (Санкт-Петербург, 2018 г.).

4. Основные материалы и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на этапах Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Министерства сельского хозяйства (Тюмень 2022г., Челябинск 2022 г., Ставрополь 2022 г.).

Личный вклад автора. В диссертационной работе представлены данные научных исследований, осуществленных по инициативе автора и под его руководством. Личный вклад автора в диссертацию заключается в выборе направления, постановке целей и задач, обосновании используемых экспериментальных подходов, непосредственном проведении экспериментов, обработке, анализе и обобщении полученных результатов, формировании

научного коллектива для выполнения тех или иных работ. В большинстве работ соискатель является автором-корреспондентом.

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 112 печатных работ, в том числе, 57 - в изданиях по перечню ВАК (38 публикаций в 2014-2022гг., 19 в 2023-2024гг.), 6 - в изданиях по перечню Scopus и WoS, 33 - в прочих изданиях РИНЦ, 7 - патентов РФ на полезную модель, 2 - патента РФ на изобретение, 3 - свидетельства государственной регистрации программы для ЭВМ, 1 - монография, 2 -методические рекомендации.

2 Основное содержание доклада

2.1 Состояние вопроса и задачи исследования

Анализ существующих методов защиты объектов АПК от вредителей показал, что истребительные мероприятия включают в себя четыре основных метода: химический (основан на применении отравленных приманок и газообразных веществ), физический (использование механических орудий лова и уничтожение), биологический (использование естественных врагов грызунов - кошек, собак, птиц) и бактериологический (использование разных микробов и вирусов).

В последние годы появились альтернативные методы борьбы, основанные на применении ультразвука или электрического тока.

Борьбу с вредителями следует вести систематически, комбинируя разные методы и средства.

Необходимо помнить, что применение даже наиболее эффективных средств от повторного появления вредителей не спасает.

Все выше перечисленное обуславливает дальнейшую работу по изучению и усовершенствованию методов борьбы с вредителями на объектах АПК. В первую очередь это связано с развитием новых альтернативных методов борьбы.

2.1.1 Существующие методы борьбы с грызунами

Под дератизацией понимается система организационных, санитарно-технических, санитарно-гигиенических и истребительных мероприятий, направленных на регулирование численности грызунов, осуществляемых с целью обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, создания благоприятных условий жизнедеятельности человека путем устранения или уменьшения вредного воздействия грызунов на человека.

В настоящее время для защиты объектов АПК от грызунов используется большое разнообразие различных способов и методов. Классификация данных способов представлена на рис. 1.

Рисунок 1 - Классификация способов борьбы с грызунами

Все эти методы в настоящее время довольно распространены и известны, но некоторые из них не позволяют добиться полного эффекта, некоторые могут нанести вред здоровью человека и животным. Поэтому с развитием научно-технического прогресса появился наиболее перспективный метод, который находит все большее распространение - электрофизический.

Электрофизический метод включает в себя два направления: ультразвуковые отпугиватели и электродератизаторы.

2.1.2 Существующие методы борьбы с насекомыми

Многочисленные исследования посвященные борьбе с насекомыми -вредителями показали актуальность данного научного направления. Исследования в этой области продолжаются в направлении повышения эффективности различных методов и способов борьбы с насекомыми-вредителями.

Основной задачей системы защиты растений является снижения потерь урожая, которые связаны с жизнедеятельностью насекомых-вредителей.

Насекомые наносят человечеству экономический ущерб, поедая посевы, деревянные постройки и другие предметы, изготовленные из материалов растительного происхождения.

Однако, не все насекомые являются вредоносными. Польза насекомых (пчелы, шмели, осы, бабочки и др.) для хозяйственной деятельности человека заключается, главным образом, в опылении растений. Насекомых привлекают богатые питательными веществами нектар и пыльца, а также запах и окраска цветка.

В системе защиты растений от вредителей различают четыре основных метода: агротехнический, механический, биологический и химический. На различных этапах научно-технического прогресса роль этих методов в общем комплексе мероприятий по борьбе с вредителями существенно менялась. На рис. 2 представлена классификация существующих методов борьбы с насекомыми-вредителями.

Наиболее эффективной в настоящее время является интегрированная система защиты растений, которой присуще, прежде всего, использование электрофизического метода и биоценотический подход, то есть учет не отдельных видов, а фаунистических комплексов взаимосвязанных организмов, отношения между которыми могут существенно влиять на численность организмов. Интегрированная защита растений предусматривает применение селективных средств борьбы с вредителями. Эти средства

должны обеспечивать максимальное сохранение и усиление естественных механизмов регуляции численности насекомых.

Интегрированная система защиты растений предполагает специальную тактику применения истребительных средств. По данным мониторинга, проведенного с использованием электрофизического метода определяется возможность и время применения одного из перечисленных методов защиты растений.

Интегрированный способ защиты растений заключается в регулировании численности вредителей на определенном экономически обоснованном уровне, то есть интегрированная система защиты растений предусматривает сбор информации о численности популяций как вредных, так и полезных насекомых в массиве с.х. угодий, определение численного соотношения вредных и полезных насекомых, определение сроков вредоносности насекомых, принятие решения о необходимости проведения защитных мероприятий и планирование сроков их проведения. При этом выбираются пестициды, действующие только на насекомых, находящихся во вредоносной фазе.

Методы борьбы с насекомыми

Агротехнический

Системы обработки понвы

Сроки и способы посева

Химический

Контактные инсектициды

Кишчньеяды

Претроиды

Борьба с сорняками

Фумигатые пестициды

Электрофизический

Ультразвук

Биологический

Энтмофаги

Микроорганизмы

Феромоны

Физико механический

Стряхивание

Липкие материалы

Ручной сбор

Световье ловушки

Рисунок 2 - Классификация методов борьбы с насекомыми -вредителями

Очевидно, что электрофизический метод, наиболее приемлем, как основа для определения начала действия интегрированного способа защиты.

Электрофизический метод является предпочтительным по многим параметрам: экологичность, возможность автоматизации, а, следовательно, снижение эксплуатационных затрат за счет относительной простоты данного метода.

Светоловушки завоевали важное место при исследовании фенологии, интенсивности лёта и сравнительной численности многих видов и групп насекомых, особенно имеющих практическое значение. Автоматизация вылова при помощи аспирационной установки и использование ламп ультрафиолетового света значительно повысили эффективность этого метода и расширили область практического применения ловушек для насекомых, которые оказались весьма удобными для скоростных обследований, вылова и даже очистки территории от вредных в сельскохозяйственном, медицинском и ветеринарном отношениях видов.

2.1.3 Существующие методы борьбы с птицей

Проблема отпугивания птиц родилась в глубокой древности и по сей день остается актуальной. Птицы стремятся в места, где им комфортно и задерживаются там. Поэтому для достижения максимального эффекта необходимо действовать от противного. Если лишить привлекательности места массового гнездования, то птицы покинут их. Для этого можно полностью перекрыть доступ пернатым к излюбленному объекту.

Основываясь на жизненных потребностях и возможностях органов чувств можно выделить следующие методы контроля популяции птиц:

- методы, препятствующие использованию птицами присад (шипы, проволока, сетка, птичий клей, подвижные конструкции (преграда, перемещающаяся в плоскости присады), кожухи на ЛЭП;

- методы, вызывающие дискомфорт (лампы-вспышки, подвижные блестящие предметы - ленты, диски и т.д., лазерные установки, ультразвук, поливание водой, запаховые репелленты);

- методы, имитирующие хищника (чучела хищника, глаза, наклейки на стекла, подвижные имитации хищника, чучело охотника, крики бедствия, сигналы появления хищника, выстрелы, крики хищников);

- использование ручных хищных птиц;

- методы, снижающие качество пищи (протравы);

- методы, блокирующие места для гнездования (заделывание ниш, формирование крон деревьев);

- методы, снижающие успех размножения местной популяции (стерилизация яиц).

Эффективность каждого метода оценивается после тщательного анализа технических условий, в которых предлагается защищать объект от птиц.

2.1.4 Энергетический анализ производства продукции АПК

При снижении энергоемкости продукции АПК стоит первоочередная задача энергетического анализа производства продукции, всесторонний анализ технологического процесса. Причем не только на предмет энергоэфективности используемых оборудования и машин, но и на предмет эффективности использования почвы, удобрений, средств защиты растений, производимых видов продуктов и их сортов, а также множества других факторов, в той или иной степени влияющих на конечный урожай, а значит и на энергоемкость.

Комплекс технологических операций по уходу за растениями разрабатывается с учетом способов подготовки почвы и посева, сроков прохождения основных фаз развития, погодных и почвенных условий, степени засоренности сорными растениями и их видов, прогноза развития основных болезней и насекомых-вредителей культуры. Дается биологическое обоснование каждому мероприятию (пахота, прикатывание, до- и послевсходовое боронование, междурядные обработки, подкормки, применение химикатов против сорняков, болезней и вредителей и др.). Тем

самым обосновывается выбор химикатов с указанием норм расхода, сроков, способов и кратности их применения и с учетом экологических требований.

2.1.5 Особенности и перспективы электрофизического метода борьбы с вредителями в АПК (насекомые, грызуны, птицы)

Электрофизический метод борьбы является одним из самых современных высокоэффективных методов борьбы с вредителями. Приборы не наносят вреда людям и домашним животным, не оказывают влияния на работу радиоприборов.

Электрофизический метод наиболее прогрессивный, позволяет как отпугивать грызунов (ультразвук), так и уничтожать (электродератизатор).

В настоящее время разработкой и созданием ультразвуковых отпугивателей занимается большое число фирм отечественного и зарубежного происхождения. Приведем ряд примеров.

Принцип действия ультразвуковых отпугивателей основан на влиянии генерируемых прибором акустических (звуковых и ультразвуковых) колебаний на органы восприятия грызунов. Грызуны воспринимают ультразвук не только органами слуха, но и всей поверхностью тела. Ультразвук воздействует на нервную систему крыс и мышей, вызывает у них чувство тревоги, страха и заставляет грызунов покидать помещение, в котором установлен отпугиватель.

2.1.6 Применение экспертных систем в задачах моделирования и оценки защитных мероприятий от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) на объектах АПК

При производстве и хранении сельскохозяйственной продукции существует ряд проблем, в том числе связанных с ущербом, приносимым вредителями (насекомые, грызуны, птицы). Потери, наносимые вредителями, исчисляются тоннами испорченной продукции, которые в денежном эквиваленте достигают нескольких сотен миллионов рублей в масштабах страны.

Существующие методы борьбы с вредителями в АПК (механический, биологический, химический) в настоящее время довольно распространены и известны, но они не позволяют добиться полного эффекта, некоторые могут нанести вред здоровью человека и животным. Поэтому с развитием научно-технического прогресса появился наиболее перспективный метод, который находит все большее распространение - электрофизический, а применение экспертных систем видится одной из перспективных задач при проектировании данного метода.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Суринский Дмитрий Олегович, 2024 год

Источник

Линии

Аккумуляторные

Источники светв+ отражатели

1

X

ГРЛ Сетодиоды ЛН

Аэродинамическое

сеткой

сетки

Высоковольтная сеть Пассивный экран

Склеем

Безклея

жидкостью

Аккумуляторные

Химикаты

ДВС

Рисунок 4 - Классификация световых ловушек

На сегодняшний день управлять фермерским хозяйством непросто, фермеры могут не знать о состояния урожая на каждом из участков и обрабатывают все поля одинаково, независимо от того, появятся или нет, тот или иной вид насекомых-вредителей.

Стоит отметить что, существует несколько методов получения информации с сельскохозяйственных угодий:

Самый простой, но и самый малоэффективный - это первый способ. Этот способ заключается в регулярном выезде сотрудников сельскохозяйственных предприятий в поле и производить визуальный осмотр

на присутствие насекомых вредителей, или с применением энтомологического сачка. Качество мониторинга насекомых при таком способе очень низкое.

Второй способ - это способ мониторинга спутниковой съемкой. Но и у такого способа есть свои недостатки: снимки нужно было заказывать заранее; снимки можно было сделать всего один раз в день; но и такие снимки не предоставляли нужной точности, а в определенные дни, связанные с погодными условиями, качество съемки оставляло желать лучшего; услуги за проведение съемки со спутника стоили крайне дорого.

Третий способ самый современный и самый продвинутый на сегодняшний день - это мониторинг сельскохозяйственных полей при помощи беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Конечно, БПЛА могут решить проблему качественного мониторинга насекомых без каких-либо высоких затрат.

Определение численности насекомых исключительно важно не только в теоретическом отношении, но и в практических целях.

С созданием электрооптической ловушки и возможностью применения системы видеонаблюдения, можно добиться качественного мониторинга численности и вида насекомых-вредителей, путем передачи информации по беспроводному каналу связи.

При этом проблема электроснабжения таких устройств решается с помощью независимых источников питания от солнечных батарей, что существенно упрощает эксплуатацию видеосветоловушек.

Применение данной видеосветоловушки позволит более точно и качественно провести анализ насекомых-вредителей, а также и полезных видов. Через беспроводной канал связи выявить в какое время суток, и какие летающие насекомые более активны. Агропромышленные предприятия смогут в кротчайшие сроки предпринять меры по борьбе с насекомыми-вредителями.

2.2.1 Системно-функциональный анализ установок для борьбы с грызунами на основе электрофизического метода

Электрофизический метод наиболее прогрессивный, позволяет как отпугивать грызунов (ультразвук), так и уничтожать (электродератизатор).

В настоящее время разработкой и созданием ультразвуковых отпугивателей занимается большое число фирм отечественного и зарубежного происхождения.

Анализ технических характеристик устройств для борьбы с грызунами, выпускаемых как отечественными, так и зарубежными производителями, позволяет сделать вывод, что ультразвуковые отпугиватели имеют различные размеры; имеют различные виды питания; различную потребляемую мощность; работают в интервале рабочих температур от-10 до +40 0С и относительной влажности воздуха до 98%, способны защищать площадь от 60 до 350 м2, диапазон рабочих частот составляет 5-100 кГц, звуковое давление до 105 Дб, потребляемая мощность от 4 до 15 ВА. Необхдимо отметить, что они обладают относительно невысокой стоимостью. Однако производимые конструкции ультразвуковых отпугивателей имеют существенный недостаток. Они не способны обеспечить надежную защиту объекта от проникновения грызунов в течении длительного периода. Это обусловлено тем, что грызуны обладают способностью привыкания к раздражителю (ультразвуку). И при неоднократном попадании под воздействие ультразвука перестают на него реагировать.

Электрическая дератизация - одна из наиболее перспективных разработок для борьбы с грызунами, представляет собой электрошоковую систему, предназначенную для защиты зданий, помещений и т.п. от грызунов путем воздействия на них высоковольтными импульсами электрического тока, который возникает при приближении грызунов на определенное расстояние к барьеру электризуемому.

Для предотвращения миграции грызунов из помещения в помещение, проникновения в новые строения и пр., электризуемомый барьер устанавливают на путях перемещения (проникновения) грызунов к местам их кормления и гнездования. При приближении грызуна на определенное расстояние к барьеру электризуемому происходит электрический пробой, между потенциальным электродом и грызуном, который оказывает на грызуна комплексное воздействие (резкий звук высоковольтного пробоя воздушного промежутка; яркий, особенно, в темноте свет дуги; боль от высоковольтного пробоя кожных покровов; неприятные судорожные сокращения мышц), которое не приводит к летальному исходу, а вызывает рефлекторно-поведенческую реакцию (электрошок).

Популярность электрической дератизационной системы объясняется тем, что:

- правильно спроектированная и смонтированная электрическая дератизационная система избавляет здание от грызунов и не дает заселиться в новое здание;

- отсутствует необходимость регулярных закладок ядов с образованием трупов павших зверьков;

- грызуны не погибают, а уходят с охраняемого объекта;

- исход грызунов с оборудованных объектов не приводит к увеличению численности популяций на соседних, не оборудованных объектах;

- отсутствует неприятный запах павших зверьков и сами павшие зверьки;

- привыкания грызунов к воздействию системы нет;

- при своей работе электрическая дератизационная система не создает индустриальных помех.

На практике нашли применения способы и устройства для борьбы с грызунами путем воздействия на них импульсами высокого напряжения в

момент касания животными высоковольтного электрода. Недостатками этих способов и устройств является повышенная опасность поражения электрическим током, установки должны обслуживаться квалифицированным персоналом.

Так же к недостаткам можно отнести низкую эффективность работы, часть грызунов преодолевают барьер и проникают на охраняемый объект.

Выше перечисленное обуславливает продолжение работы по усовершенствованию конструкций электродератизаторов позволяющих повысить надежность защиты объектов АПК от проникновения грызунов.

2.2.2 Системно-функциональный анализ установок для борьбы с птицами на основе электрофизического метода

Наиболее перспективным является метод отпугивания синантропных птиц с использованием технических средств, разрабатываемых на основе электронно-ионной технологии. По назначению данные технические устройства принадлежат к охранно-отпугивающим. Таким устройством является электрический отпугиватель, представляющий собой систему, состоящую из источника высокого импульсного напряжения и системы электродов. Электроды размещаются по помещениям, которые будут защищаться от синантропных птиц, и являются электризуемыми барьерами.

Принцип действия данных устройств заключается в импульсном электрическом воздействии на организм объекта при попытке контакта его с электризуемым элементом системы защиты путем переразряда емкости тела по двухпроводной схеме высоковольтными импульсами. Одна из струн является заземленной.

К преимуществам этого метода можно отнести отсутствие эффекта привыкания и отсутствие опасности для жизни птиц, что установлено медико-биологическими исследованиями. Так же отсутствие шумов при работе и возможность использования как в светлое, так и в темное время суток увеличивают его область применения.

2.3 Разработка и исследование установок электрофизического метода борьбы с вредителями в АПК

2.3.1 Разработка и исследование установки для борьбы с насекомыми

Эффективность интегрированной защиты растений во многом определяется качеством мониторинга численности и вида насекомых-вредителей за счет сокращения сроков его проведения путем передачи полученных данных по беспроводному каналу связи. Применение видеосветоловушки позволит более точно провести анализ насекомых-вредителей, а также и полезных видов.

При мониторинге количества и видов насекомых-вредителей с использованием видеосветоловушки возник вопрос о применении данной установки в различных регионах Российской Федерации, так как действующая видеосветоловушка применялась только на юге Тюменской области. Расчет основных конструктивных параметров видеосветоловушки, длительный и трудоемкий. При расчете параметров аккумуляторной батареи нужно учитывать, количество циклов «заряд-разряд», запас энергии АКБ, в течение светлого времени суток, с возможностью работы в темное время суток и непогодой, так же требуется производить расчет параметров фотоэлектрического преобразователя, чтобы в течении светового дня, мощности ФЭП хватало для заряда АКБ и работы блока «Видеонаблюдения с передачей данных по беспроводному каналу связи». На основании этого определились цель и задачи.

Обоснование основных параметров установки для борьбы с насекомыми

К основным геометрическим параметрам светоловушки мы относим параметры, которые влияют на технологический эффект улавливания насекомых. Под технологическим эффектом мы понимаем эффективное улавливание всей гаммы насекомых находящихся в зоне действия ЭСЭП.

Анализ конструкции светоловушки показал, что к основным ее геометрическим параметрам относятся высота светоловушки dl, радиус светоловушки г, угол а между вертикальными стенками улавливающего жерла светоловушки. Выясним, от чего зависит видимость светодиодов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а, следовательно, объем эффективной зоны улавливания насекомых.

Рисунок 5 - Вид сверху и вид сбоку светоловушки с обозначением геометрических параметров

1 - корпус светоловушки; 2 - источник света (светодиод); 3 -улавливающее жерло

Видимость светодиодов ловушки в горизонтальной плоскости будет определяться углом а между вертикальными стенками улавливающего жерла светоловушек, который задается напрямую при конструировании светоловушек и не зависит от других геометрических параметров, таких как радиус, высота ловушки, расстояние до нее. Видимость светодиодов в вертикальной плоскости d2 определяется углом В.

Охват зоны 360° в горизонтальной плоскости вокруг светоловушек можно получить при конструкции из трех однощелевых светоловушек, расположенных на одной оси друг над другом и при угле а для каждой светоловушки равным 120°.

Разработка и исследование лабораторного образца установки

С целью проведения мониторинга динамики развития насекомых-вредителей (численность насекомых, вид и стадия развития) были разработаны светоловушки на основе светодиодов. Питание светоловушек в ночное время работы получают от аккумуляторной батареи (АКБ), которая в свою очередь заряжается в дневное время от фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).

Для проведения комплексных исследований системы ФАС в полевых условиях была разработана экспериментальная установка, схема и приборное оснащение которой представлены на рис. 6.

Рисунок 6 - Схема экспериментальной установки электрическая принципиальная

1 - АКБ типа PS-12260, 2 - Светоловушка с видеокамерой ^11А), 3 - осциллограф АКИП - 4113/1, 4 - фотоэлектрический преобразователь (TPS-936M0), 5 - видеорегистратор (RL-

А4-100) +ШВ модем, 6 - люксметр LX-101.

Данная электрическая принципиальная схема обеспечивает возможность исследовать работу в составе экспериментальной установки системы ФАС, в частности исследовать режимы заряда аккумулятора от ФЭП, разряда аккумулятора на светоловушки и эффективность улавливания насекомых.

Для определения рационального угла наклона ФЭП при работе были проанализированы данные по значению солнечной радиации на широте 55,7° за период май-сентябрь в зависимости от положения ФЭП.

На основе анализа зависимостей, было принято решение располагать поверхность ФЭП в период эксперимента в полевых условиях под углом 40° к вертикальной оси, что обеспечивает суммарную солнечную радиацию в период с мая по сентябрь в количестве 749,9 кВт-ч/м2. Поверхность ФЭП была ориентирована на юг.

Видеосветоловушка для мониторинга численности и вида насекомых-вредителей состоит из трех функционирующих блока:

1. Блок системы видеонаблюдения включающий в себя беспроводной канал связи для передачи видеосигнала онлайн и источник света.

2. Аккумуляторная батарея для обеспечения энергией блок системы видеонаблюдения.

3. Фотоэлектрический преобразователь для поддержания источника питания в рабочем состояния.

2.3.2 Разработка и исследование установки для борьбы с грызунами

В ФГБОУ ВПО ГАУ Северного Зауралья на кафедре «Энергообеспечение сельского хозяйства» была разработана модель электродератизатора для предотвращения проникновения грызунов на объекты АПК.

Одной из основных задач при конструировании электродератизатора является определение конструкции позволяющей максимально надежно обеспечить защиту объектов АПК от проникновения грызунов.

Обоснование основных параметров установки для борьбы с

грызунами

Начальное напряжение или начальная напряженность поля коронного разряда, является важным параметром, который необходимо знать при выборе той или иной системы электризуемых барьеров применительно к конкретному объекту. Превышение напряжения над начальным определяет интенсивность коронного разряда, а значит уровень необходимых рабочих напряжений установки.

Начальную напряженность коронного разряда Ео определяют по эмпирической формуле Пика:

я0 = зо,з.5.(1+^Ц), (!)

где г0 - радиус электризуемого барьера;

_ относительная плотность воздуха;

5 = 289-10-5-Н (2)

где р - атмосферное давление;

Т - температура воздуха;

при р=1,013-105 Па и Т=293К. Начальное напряжение коронного разряда:

ио=Ео-Го-А, (3)

где А =1п1п — - функция геометрических параметров данной системы

го

электризуемых барьеров.

Следовательно, напряжение на электродератизаторе необходимо выбирать из условий:

иэ,ш,<ио = Ео-Го-1п1п Щ1 , (4)

'о

где Иэ.ш. - напряжение электродератизатора, при котором отсутствует коронный разряд;

и0 - начальное напряжение короны.

Разработка и исследование лабораторного образца установки

Для определения параметров импульсов высокого напряжения электродератизатора и эффективного воздействия их на грызунов нами были проведены экспериментальные исследования.

Для этих целей был разработан и изготовлен экспериментальный стенд (рис. 7.), состоящий из клетки, на дне которой располагалась система проволочных электродов, подключенных к источнику импульсов высокого напряжения (ИИВН).

Расстояние между электродами необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечивалось одновременное касание конечностями грызуна заземленного и потенциального электродов.

Рисунок 7 - Блок-схема экспериментального стенда А,В,С - размеры области касания конечностями грызуна; Н - межэлектродное расстояние.

Основные технические характеристики лабораторного образца

Для проведения лабораторных экспериментов была разработана экспериментальная установка (рис. 8), включающая в себя клетку, на дне которой располагается электродная система электродератизатора; источник напряжения.

Рисунок 8 - Принципиальная схема установки электродератизатора

Методика эксперимента заключалась в следующем: в клетку помещалось одно животное. С интервалом 5 В на электродную систему электродератизатора подавалось переменное напряжение с ЛАТРа. В результате осуществляли постоянное наблюдение за поведением животных и определяли начальную реакцию грызунов на уровень электрического напряжения.

Эксперимент проводился над тремя крысами (2 особи мужского пола и 1 особь женского пола).

Для исследования воздействия электрических параметров на грызунов был разработан и изготовлен экспериментальный стенд, принципиальная электрическая схема которого представлена на рис. 9.

Экспериментальный стенд состоит из металлической клетки с изолированным полом, на котором находится система электродов, и контрольно-измерительных приборов, принципиальная электрическая схема и приборное оснащение стенда представлены на рис. 9.

Рисунок 9 - Принципиальная схема модернизированного экспериментального стенда:

1 - прибор приемоконтрольный С 2000-4; 2 - контактное устройство Touch memory; 3 - персональный компьютер; 4 - преобразователь интерфейса С 2000-ГИ; 5 -время задающее устройство УК-ВК 102; 6 - источник импульсов высокого напряжения ПВС 60/10; 7 - киловольтметр; 8 - блок питания 6П-12; 9 - система электродов; 10 -инфракрасный датчик движения

2.3.3 Разработка и исследование установки для борьбы с птицами

Определение величины напряжения пробоя на коронно-разрядной системе электродератизатора при нахождении птицы в зоне действия установки исследовалось в зависимости от диаметра коронирующего электрода г0, межэлектродного промежутка hi и межлектродного расстояния между коронирующим электродом и птицей - Ah, при этом радиус коронирующего электрода изменялся от г0=0,1 см до г0=0,4 см с шагом Ar0=0,1 см. При изменении межэлектродного промежутка h1=15, 20, 25 см и Ah=0,5; 1,0; 1,5 см. Замеры производились с 3-кратной повторностью.

Обоснование основных параметров установки для борьбы с

птицами

При конструировании секций ЭОП ставятся следующие задачи:

1. Определить величину импульса отпугивающего напряжения, подаваемого на секцию ЭОП.

2. Определить величину межэлектродного расстояния с учетом параметрических особенностей отпугиваемых птиц.

3. Секции ЭОП конструировались с учетом особенностей строения домового воробья, сизого голубя и серой вороны. Для определения длины лапы синантропных птиц были изучены особи, обитающие на защищаемом объекте.

4. Уровень развития элементарной рассудочной деятельности представителей голубеобразных является относительно низким среди других отрядов пернатых, это подтверждают многочисленные наблюдения исследователей высшей нервной деятельности животных и зоопсихологов.

Проанализировав значения для зарегистрированных дистанций вспугивания (рис. 8), определим минимальное и максимальное и среднее значения диапазона вспугивания для сизого голубя:

_ £t=1x (Дminxmi) /¡г\

min = ™ (5)

т100%

_ ^¿=1х (Дтаххш0

ШЙХ V /

ш100%

где Дш1П - минимальное значение предполагаемого диапазона дистанций вспугивания;

Дшах - максимальное значение предполагаемого диапазона дистанций вспугивания;

- доля регистрации для диапазона дистанций вспугивания; п=6.

Определим среднее значение диапазона дистанции вспугивания значения диапазона вспугивания для сизого голубя:

^п (Джт+Дшо* )

Д ср= ( ш 2---(7)

Г Ш100%

где Д ср - среднее значение предполагаемого диапазона дистанций вспугивания

Подставляя средние значения диапазонов дистанций вспугивания в

формулу определим среднее значение предполагаемой дистанции вспугивая:

_ (0,25 х 22) + (0,755 х 47) + (1,255 х 15) + (1,76 х4) + (2,255 х 6) + (2,755 х 5) Дср = 100

ДСР =0,94155

На основе полученных данных можно сделать предположение, что птицы будут держаться в диапазоне Д ср = 0,94155±^Д от раздражающего фактора, где дД = 0,94155 - 0,7577 ... 1,185 - 0,94155.

Для определения необходимого количества секции ЭОП для защиты конкретного агротехнического объекта введем понятие коэффициента защиты Кз, который связывает площадь секции ЭОП с площадью агротехнического объекта, защищаемого этой секцией:

Кз =?.■■? (8)

где - площадь секции ЭОП;

- минимальная площадь защиты секции ЭОП; Б3 - максимальная площадь защиты секции ЭОП.

А z? -í: г ^

/7 ■ > >._

¿7 ¿¿7/77//?

У

_<г_?

a - ширина секции ЭОП; b - длина секции ЭОП;

Д

min

- минимальное значение

Z7

диапазона;

Д

тах

- максимальное значение

диапазона;

Рисун0к 10 - Предп0лагаемая Sm - площадь фигуры ABC; дистанция вспугивания для ЭОП S6 - площадь фигуры DEF;

Sc2 - площадь квадрата 1; Sb2 - площадь квадрата 2.

Произведя преобразования известных зависимостей найдем коэффициента защиты от сизого голубя:

(а I 2 ^=1Х (Дтах Х Щ))(ь I 2 ^=1Х (Дтах Х 1 ^=1Х (Дтах Х (1

^ ( т100% ' ( т100% ' т100% (

=-;-

3 ах Ь

а + 2^1=1х (Дттхтд\(Ь | (Дттхт0\ ^?=1х (Дт1пхт1)\ п

_т100% Д_т100% )_т100% ( 4

ахЬ ( 9

Таким образом максимальная площадь защиты, обеспечиваемая секцией ЭОП зависит от геометрического размера секции (а, Ь).

Разработка и исследование лабораторного образца установки

В лаборатории ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» был спроектирован и сконструирован экспериментальный стенд. Стенд представлял собой клетку, пол которой выполнен электродной системой, к которой подводилось напряжение от источника импульсов высокого напряжения (ИИВН). Межэлектродное расстояние выбиралось с учетом размеров лапок птицы для каждого вида, к половине числа электродов подводилось импульсное напряжение, другая

половина электродов заземлялась. Для проведения эксперимента были отловлены по десять представителей каждого вида (воробьи, голуби, вороны) с разными массами, но не выходящими за диапазон масс для каждого вида.

В качестве ударных и заземляющих электродов для экспериментального стенда использовалась медная проволока. На стенде исследовалось влияние массы птицы на порог чувствительности напряжения отпугивающего импульса.

Схема экспериментального стенда с используемыми измерительными приборами представлена на рис. 11.

------! г------------1 г-------1

I Я/ I I z I I I

Рисунок 11 - Схема экспериментального стенда 1 - ЛАТР № 479; 2 - Плазон ИВНР-30/10; 3 - секция ЭОП

Для производственных испытаний использовались запатентованные секции ЭОП.

2.4 Разработка, исследование и производственные испытания систем защиты объектов АПК от вредителей

2.4.1 Система защиты объектов АПК от насекомых

Результаты исследования эффективности работы однощелевой светоловушки с различной мощностью источников света - аттрактантов (с различным количеством светодиодов) представлен на рис. 10.

Анализ рис. 10 показал, что светоловушка с 8-ю светодиодами за время экспериментальных исследований уловила 1121 насекомое, что составило 30% от общего числа уловленных насекомых всеми светоловушками, светоловушка с 16-ю светодиодами уловила 1148 насекомых - 30%, с 32-мя светодиодами 1496 насекомых - 40%.

Рисунок 1 2 - Общее количество уловленных насекомых, уловленных светоловушками с разным количеством светодиодов

2.4.2 Система защиты ферм от грызунов

В результате проведенных экспериментов были получены следующие данные:

1. При подаче напряжения и=30 кВ на потенциальный электрод БЭ без снятия изоляции пробой отсутствовал при касании заземленного электрода.

2. При подаче напряжения и=10 кВ на потенциальный электрод БЭ с оголенным потенциальным электродом пробой фиксировался на расстоянии h=5 мм; при напряжении и=20 кВ - ^Ь=20 мм; при напряжении и=30 кВ - h=45 мм.

Общее количество уловленных насекомых, уловленных светоловушками сразным количеством светодиодов

1496; 40% [1121; 30% V / 1148; 30% /

□ 8

светодиодов □ 16

светодиодов □ 32 светодиода

Анализ материалов исследования показал, что работа БЭ недостаточно эффективна. Функция барьера выполняется не на 100 %, поскольку часть животных, прикасаясь к потенциальному электроду передними конечностями, получает удар электрическим импульсом, подпрыгивает и преодолевает БЭ.

Результаты исследования показали, что при подаче напряжения возникает зависимость от величины напряжения на потенциальном электроде и расстояния между потенциальным и заземленным электродами.

Нами предложена конструкция модернизации БЭ, которая состоит из профилированного протяженного гибкого корпуса 1 из диэлектрического материала и размещенного в верхней части потенциального электрода 2, и размещенных в пазах корпуса, примыкающих к опорной поверхности, линейных заземленных электродов 3, и заградительного барьера 4 (рис. 13).

Рисунок 1 3 - Сечение предложенной конструкции БЭ Грызуны, касаясь одновременно потенциального и заземленного электродов, получают электрический удар, после которого у грызунов наступает временный паралич, сопровождаемый болевыми ощущениями. Заградительный барьер служит для механического предотвращения проникновения грызунов на охраняемый объект. Таким образом, животные не в состоянии преодолеть БЭ, тем самым обеспечивается надежная защита охраняемого объекта.

2.4.3 Система защиты объектов АПК от птиц

В результате эксперимента, проводимого в течении 5 дней, были зафиксированы области отпугивания птицы. Для определения средней минимальной защищаемой площади наслоим полученные области отпугивания. Из границ областей, находящихся ближе к секции ЭОП, выделим новую область отпугивания, определяющую дистанцию на которой сизый голубь будет держаться от секции ЭОП.

2.5 Оценка экономической эффективности использования систем защиты объектов АПК от вредителей

Оценка экономической эффективности (анализ расчета систем защиты)

Для того чтобы решить, какие факторы можно считать несущественными в том или ином случае, необходимо хорошо разобраться в исследуемой задаче. Довольно большое число деталей приходится опускать даже при чисто словесном биологическом описании. Еще больше деталей опускают при построении математических моделей биологических явлений, но за счет этого все, что включается в модель, может быть описано очень точно. В то же время следует учесть, что сложные экологические системы могут быть связаны с таким огромным количеством биологически существенной информации. Кроме того, больших успехов можно добиться с помощью существующих в настоящее время методов обработки данных на больших электронных вычислительных машинах.

Очень трудно технологические решения одной области перевести для сельского хозяйства. Логическая схема таких решений, часто бывает похожей друг с другом. При этом, нужно детально рассматривать возможность разъяснения смысла элементов технологического решения так, чтобы была вероятность применить его в задачах абсолютно другого по характеру значения. Это дает наибольшую потенциальность осуществления математического метода.

Определение экономической эффективности от использования установки для борьбы с насекомыми

Все живые существа рождаются, растут, стареют, происходят непрерывные изменения и превращения, и в конце концов умирают, иными словами, все они всегда вовлечены в какие-то динамические процессы развития во времени. Изменение во времени обычно приводит непосредственно к выводу дифференциальных уравнений.

Процесс размножения.

Для одного вида (случая j = 1) незамысловатого процесса размножения, при возможности появления новой особи в интервале времени № равной п особей, и функцией имеющей вид Дх. То вероятность рождения будет равна

% = (Ю)

при начальном условии:

Р(х,0)=ха (11)

Решение дифференциального линейного уравнения с частными производными (10) определяется начальными условиями. В таком случае получаем:

ха = Р(х,0) = Ф(1-х-1) (12)

Из этого следует:

ПЮ = (1-и)-а (13)

Соответственно искомое выражение принимает следующий вид:

Р(х, ^ = [1- - х-1)]-а (14)

Определив коэффициенты при хп в выражении (13), находим решение рп(():

Р„(1) = 0-1)е-Р'(еР'-1)п-а,п>а (15)

Для данного случая удалось найти вероятности рп(1) в явном виде. Так, уравнение для производной функции моментов, и имеет вид:

а уравнение для производной функции семиинвариантов К= log М

% = (17)

в том случаи, если:

к(в,г) = ав (18)

С использованием простого разложения приравниваем коэффициенты с

одинаковыми степенями в в обеих частях равенства и получаем вид:

к в2

К = к10+^+.... (19)

Это система простых дифференциальных уравнений:

Ц = Рк1 (20)

и

як

д-12=2рк2+рк1 (21) Интегрирование уравнения (20) позволяет получить решение, полученный результат подставляем в уравнение (21) - это уравнение содержащее только к2. Такой метод обеспечивает анализ процессов вероятности перехода размера популяции. Вероятность вымирания популяции.

Вымирание является исключительно важной свойственностью популяционного процесса. Вероятность вымирания популяции также предусматривается в составлении математической модели эксперимента. Возможная вероятность того, что в определенный момент времени № произойдет полное вымирание популяции определяется как р0 тогда получаем уравнение которое будет иметь вид:

(22)

для случая, когда в = М, это выражение имеет следующий вид:

Полагая, что при произойдет вымирание популяции, в с учетом того, что время вероятности стремится к бесконечности, выражения (22) и (23) для случаев в < И, в= И и в > И можно представить в следующем виде

[р0Ц) = 100,р< 11р0(Я = (24)

Из этого можно сделать вывод: вымирание популяции в любом случае произойдет, если скорость размножения не будет превышать скорости гибели популяции. Вероятность вымирания популяции будет составлять (и/в)а в том случае, когда скорость размножения будет превосходить скорость гибели.

Во время решения большинства экологических задач, процессы размножения и гибели популяции чаще всего обосновываются факторами окружающей среды, изменения которых во времени необходимо учитывать.

Технико-экономическая эффективность от внедрения светоловушки.

Экономический эффект от использования светоловушки обусловлен снижением потерь урожая за счет проведения мониторинга, позволяющего своевременно применять целенаправленные защитные мероприятия.

Капитальные вложения исчисляются из трудовых затрат на изготовление и монтаж установок, транспортно-заготовительных и стоимости комплектующих расходов установок для мониторинга насекомых-вредителей.

Капитальные вложения определим по формуле:

К = Сд св + ТЗР + Сз.тр. (25)

где Сд св - стоимость комплектующих, руб.

ТЗР - транспортно-заготовительные расходы, руб.

Сз тр. - затраты труда на изготовление и монтаж установок, руб.

Транспортно-заготовительные расходы определяются в процентах от стоимости комплектующих материалов и изделий:

ТЗР = Сд св^ (26)

дсв 100 4 '

где - процент транспортно- заготовительных расходов.

Тарифная оплата труда зависит от трудоемкости работ и часовой тарифной ставки персонала:

ТОтар Тем • Тч (27)

где Тем - трудоемкость работ, необходимых для изготовления и монтажа установок, чел.ч.;

тч - часовая тарифная ставка рабочего, руб/ чел.ч.

Затраты на оплату труда при изготовлении и монтаже установок определяются по формуле:

Сз тр ТОтар • ^п • ^доп • ^-отч (28)

где ап - коэффициент, учитывающий премии по фонду оплаты труда, принимается в размере 1,2... 1,4;

адоп - коэффициент, учитывающий размеры дополнительной оплаты труда, принимается в размере 1,12... 1,16;

«отч - коэффициент, учитывающий отчисления на все виды страхования, принимается 1,39.

Себестоимость применения светоловушки и видеосветоловушки определим по формуле:

Свс Иа + Ирем + Изп + Ипр (29)

где Иа - амортизационные издержки, руб;

Ирем - издержки на ремонт и обслуживание, руб;

Изп - издержки на заработную плату обслуживающего персонала с начислениями, руб;

Ипр - прочие издержки, руб.

Амортизационные издержки определяем по формуле:

К-Н

Иа=К-На (30)

а 100 4 7

где На - норма амортизационных отчислений по оборудованию. Издержки на ремонт и обслуживание находим по выражению:

К-Н

Ирем=КН (31)

рем 100 v /

где Нр - норма отчислений на ремонт и обслуживание оборудования, %.

Издержки на заработную плату обслуживающего персонала с начислениями определим по выражению:

Изп Тгод ' ' ^п ' ^доп ' ^-отч (32)

где Тгод - годовая трудоемкость работ, чел.ч.

Прочие затраты определяют укрупнено по выражению:

Ипр = (0,05 ... 0,1) • (Иа + Ирем + Изп) (33)

Приведенные затраты - это показатель сравнительной экономической эффективности капитальных вложений, применяемый при выборе лучшего из вариантов решения технических и хозяйственных задач.

Приведенные затраты найдем по выражению:

ПЗ = Свс + Еи-К (34)

где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений Ен=0,15.

Расчет прибыли (условно-годовой экономии) от использования проектируемого варианта видеосветоловушки в системе мониторинга насекомых-вредителей:

Эг = (Ппроект - Пбаз) ' Цп - К + Дд (35)

где Ппроект - количество сохраненной продукции при использовании проектируемого варианта, кг;

Пбаз - количество сохраненной продукции при использовании базового варианта, кг;

К - разовая себестоимость применения видеосветоловушки в проектируемом варианте, руб;

Дд - дополнительный доход за счет снижения зараженности зерна побочными микроорганизмами. Достигает 1.. .5 % при рациональном

использовании технических мероприятий, направленных на снижение зараженности;

Цп - стоимость продукции, руб/кг.

Ддоп = 0,03 • (Ппроект - Пбаз) • Цп (36)

Количество сохраненной продукции определим по формуле:

Псохран = П • 5 • к (37)

В соответствии с литературными данными коэффициент, учитывающий получение товарной продукции с учетом потерь от насекомых вредителей принят равным 0,7. При проведении мониторинга этот коэффициент может быть принят равным 0,95.

Чистая прибыль - часть балансовой прибыли предприятия, остающаяся в его распоряжении после уплаты налогов, сборов, отчислений, обязательных платежей в бюджет.

ЧП = Эг - Нпр (38)

где Нпр - налог на прибыль, руб.

Нпр = Эг-Н00т (39)

где Ннал - норма налогообложения прибыли, %

Срок окупаемости капитальных вложений (инвестиций), необходимых для осуществления проекта определяется как отношение капитальных вложений к приросту годовой прибыли:

Т0 = ЧП (40)

где К - капитальные вложения на реализацию проекта, руб.;

ЧП - чистая прибыль предприятия, руб.

Коэффициент экономической эффективности капитальных вложений определяется как отношение прироста прибыли к капитальным вложениям:

ЧП

Э0 = ЧП (41)

Технико-экономические

показатели

с

использованием

видеосветоловушек проведен на засеваемых полях общей площадью 120 га, Тюменской области за 2019 отчетный год.

Коэффициент эффективности капитальных вложений показывает рентабельности проекта. Проект является эффективным, если его коэффициент эффективности не меньше заданного норматива (Ен). Э0 = 14,4 > Ен = 0.15 Выполнение данного условия говорит о рентабельности проекта.

Определение годовой экономической эффективности от использования установки для борьбы с грызунами

Для оценки ущерба от грызунов необходимо иметь сведения по следующим параметрам:

1 - ежедневный пищевой рацион грызунов в весовых категориях;

2 - средняя стоимость продукции;

3 - плотность грызунов на единицу площади;

4 - годовая и сезонная динамика численности грызунов.

Целью пестконтроля является снижение численности сообщества животных вредителей на заданной территории известной площади. Годовая и сезонная динамика численности грызунов может быть определена из известного уравнения

где т± - масса продукции, поедаемая одним грызуном в единицу времени;

дЫ = N0 + + пим -У1- пэм - пЭф

им

(42)

где N0 - количество особей в момент времени t = 0; В^ - количество приплода за сезон; Общий экономический ущерб, наносимый крысами.

(43)

(44)

(45)

т2 - масса продукции, испорченной одним грызуном в единицу времени;

ц - стоимость единицы продукции;

Ыср - среднее поголовье грызунов в популяции за заданный промежуток времени;

Определение прямого экономического ущерба от крыс.

1 Определим среднюю численность крыс на объекте.

Нср=п- 5 (46)

где п=2 - количество особей на 1 м2;

S=1152 м2 - общая площадь помещения, м2.

Ыср = 2 • 1152 = 2304 крысы.

Определим допустимую численность грызунов на предприятии

Ы'ср = п'•Б (47)

где п'=0,5 - количество особей на 1 м2;

S=1152 м2 - общая площадь помещения, м2;

Ы'ср = 0,5 • 1152 = 576 крыс.

2 Определим численное соотношение крыс и свиней на ферме

N 2304

± = 2301 = 3,84 ~ 4 (48)

№ 600 у '

где N - численность крыс на объекте;

N = 600 голов - количество свиней на ферме.

Соотношение крыс и свиней составляет 4:1, т.е. на одну свинью приходится 4 крысы, а это значит, что 4% кормов на данном объекте ежедневно потребляются крысами.

Учитывая, что ежедневно крыса съедает до 59 г корма, средняя стоимость корма в зависимости от возраста животного, содержания и т.д. изменяется в пределах от 7,8 до 10,5 рублей за кг, определим по формуле 10.5 экономический ущерб от поедаемого грызунами корма, руб. Принимаем среднюю стоимость корма ц=9,15 руб/кг.

Эпоел. = 0,059 • 9,15 • 2304 = 1243,81 руб/сут

Определение косвенного экономического ущерба от грызунов.

Учитывая, что ежедневно крыса выделяет до 25 мл мочи, и своей мочей одна крыса в сутки может загрязнить до 350 г корма, определим экономический ущерб от порченного грызунами корма, руб.

Эпорч. = 0,350 • 9,15 • 2304 = 7378,56руб/сут

Общий экономический ущерб, наносимый крысами.

Эущер.сут = 1243,81 + 7378,56 = 8622,37 руб/сут

Эущер.год = 8622,37 • 365 = 3147165руб/год

Экономический ущерб, наносимый крысами, свиноводческому комплексу составил 3147165 руб/год.

Определение годовой экономической эффективности от использования установки для борьбы с птицами

Эксперимент проводился в течение 25 дней беспрерывной работы ЭОП. Секция ЭОП была установлена на защищаемом объекте за 3 дня до начала эксперимента, чтобы исключить испуг птицы новым объектом на месте их кормления. Количество птиц фиксировалось каждый день эксперимента в течение времени кормления на защищаемом объекте (2 часа) фото и видеосъемкой, результаты заносились в журнал эксперимента.

Проведение эксперимента показало, что существует некая зависимость между длительностью отсутствия голубей на защищаемом объекте и продолжительностью отпугивающих мероприятий.

В первые пять дней работы установки от кормления на объекте отказывается 18% от общего количества стаи. К этой группе относятся наиболее пугливые и осторожные особи. В последующие дни количество особей изменяется нелинейно. Случайно увеличение количества особей обусловлено появлением птиц, прилетевших на объект впервые. Стабильный эффект отпугивания наблюдается примерно через две недели ежедневной работы установки, количество особей в этот период уменьшилось на 75%.

Полученный график описывает изменение количества птиц, от времени беспрерывной работы установки. Полученную зависимость описывает

уравнение:

П2 = 0,78б1:2 - 39,7331 + 559, 55 (49)

где п2 - установившиеся усредненное количество птицы

1 - количество дней беспрерывной работы отпугивающей установки.

Данное уравнение будет справедливо для периода проведения эксперимента (25 дней).

600 500 гн— — 1 400 о и О ¡В 300 о 03 т § 200 100 П2 0 - "'■1 ''о. ° """а..« , о о > а _ _ 1.

5 10 15 20 25 30 Количество дней

Рисунок 14 - Эффективность отпугивания ЭОП Подставив полученные экспериментальные данные в уравнение, определим коэффициент эффективности отпугивания для устройства на основе электронно-ионной технологии.

П=(471-57)/471=87,9 % (50)

По результатам экспериментальных исследований эффективность отпугивания составила п=87,9%. Случайно увеличение количества особей обусловлено появлением птиц, прилетевших на объект впервые. Стабильный эффект отпугивания наблюдается примерно через две недели ежедневной работы установки, количество особей в этот период уменьшилось на 75%.

2.6 Перспективные направления использования систем защиты объектов сельского хозяйства от вредителей (насекомые, грызуны, птицы) с использованием электрофизических методов

Одной из основных проблем методов борьбы с вредителями является то, что недостаточно хорошо определено время необходимого использования данных методов.

Рисунок 15 - Методы борьбы с вредителями в АПК Недостатки отсутствуют при использовании электрофизического метода защиты объектов АПК от вредителей. Однако недостаточная изученность поведения вредителей в оптическом излучении, влияния различных параметров электрического тока на вредителей и борьбы с болезнями с.х. растений, отсутствие эффективных методов использования электрооптических преобразователей в системе защиты растений обуславливают необходимость продолжения работ по созданию, совершенствованию и исследованию установок электрофизической и методов их использования для защиты объектов АПК от вредителей.

Наиболее эффективной в настоящее время является интегрированная система защиты, которой присуще, прежде всего, использование электрофизического метода и биоценотический подход, то есть учет не

отдельных видов, а фаунистических комплексов взаимосвязанных организмов, отношения между которыми могут существенно влиять на численность организмов. Интегрированная защита предусматривает применение селективных средств борьбы с вредителями. Эти средства должны обеспечивать максимальное сохранение и усиление естественных механизмов регуляции численности вредителей.

Интегрированная система защиты предполагает специальную тактику применения истребительных средств. По данным мониторинга, проведенного с использованием электрофизического метода определяется возможность и время применения одного из перечисленных методов защиты. Интегрированный способ защиты заключается в регулировании численности вредителей на определенном экономически обоснованном уровне, то есть интегрированная система защиты предусматривает сбор информации о численности популяций, определение сроков вредоносности, принятие решения о необходимости проведения защитных мероприятий и планирование сроков их проведения.

Очевидно, что электрофизический метод, наиболее приемлем, как основа для определения начала действия интегрированного способа защиты.

Электрофизический метод является предпочтительным по многим параметрам: экологичность, возможность автоматизации, а, следовательно, снижение эксплуатационных затрат за счет относительной простоты данного метода.

3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основными результатами выполненной диссертационной работы в виде научного доклада стало развитие теоретических и прикладных основ построения системы повышения эффективности системы защиты сельскохозяйственных культур на объектах АПК. Работа носит завершенный характер и содержит все составляющие выполненных научных исследований с внедрением результатов в аграрную отрасль производства.

Разработаны методические рекомендации по снижению эколого-эпидемиологических рисков от синантропных вредителей в аграрной отрасли, одобрены и рекомендованы к практическому использованию Департаментом агропромышленного комплекса Тюменской области и Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Тюменской области.

Выводы:

1. Анализ современного состояния проблемы обеспечения безопасности сельскохозяйственных культур и сохранения урожая от вредителей в России и за рубежом показал необходимость и своевременность создания методологических основ повышения эффективности защиты сельскохозяйственных культур от вредителей с использованием устройств на основе электрофизического метода борьбы.

2. Качественный мониторинг численности и вида вредителей позволяет своевременно принимать меры предотвращения размножения и определить наиболее эффективный способ борьбы с ними, что является весьма актуальным. А устройства на основе электрофизического метода являются предпочтительными по параметрам: экологичности, возможности автоматизации и низким эксплуатационным затратам.

3. Разработанная методология оценки и выбора критериев интегрированного метода, обеспечивает применение селективных средств борьбы с вредителями.

4. Получены аналитические выражения взаимосвязи основных конструктивных параметров установок для борьбы с вредителями на основе электрофизического метода.

5. Предложенная методика экспериментальных исследований позволяет выбирать основные конструктивные параметры установок для борьбы с вредителями на основе электрофизического метода.

6. Разработанный информационно-программный комплекс для мониторинга и оценки эффективности защиты растений от вредителей позволяет сократить сроки проведения защитных мероприятий, что приводит к увеличению урожайности на 122 кг с гектара.

7. Экономико-энергетическая оценка производства с использованием устройств на основе электрофизического метода показала, уменьшение затрат ТЭР на 3-4% на 1 га, а всех затрат по всему технологическому циклу возделывания зерновых культур на 9-15%; что дает возможность перехода от стоимостных к энергетическим показателям и позволяет проводить энергоэкономическую оценку производства. Достоверность полученных результатов составляет 0,95.

8. Наиболее эффективной в настоящее время является интегрированная система защиты, которой присуще, прежде всего, использование электрофизического метода и биоценотический подход, то есть учет не отдельных видов, а фаунистических комплексов взаимосвязанных организмов, отношения между которыми могут существенно влиять на численность организмов. Интегрированная защита предусматривает применение селективных средств борьбы с вредителями.