Экспериментальные и теоретические исследования распространения и осаждения аэрозолей в турбулентном потоке

В настоящее время борьба с вредителями сельского и лесного хозяйства, а также с переносчиками различных заболеваний животных и человека ведется в огромных масштабах.

Необходимость защиты растений, являющихся пищевыми культурами и источниками сырья, диктуется прежде всего тем, что потери от вредителей, болезней и сорняков во всем мире составляют до 35 $ потенциального урожая. Из них 14 $ приходится на вредителей, 12 $ на болезни и 9 $ на сорняки. Конкретные величины для разных видов сельскохозяйственных культур показаны в таблице I.

Таблица I.

Мировые потери сельскохозяйственной продукции.

Продукция.

Мдн.т.| %.

Сахарная свекла и сахарный тросник Кофе, какако, чай, табак, хмель Зерно.

Семена масличных культур Картофель.

Волокнистые растения и натуральный каучук.

Плодовые, цитрусовые, томаты.

Овощи.

636 45 6.

33 32.

129 8.

56 78.

В денежном выражении возможные ежегодные мировые потери в сельском хозяйстве оцениваются в 75 млрд долларов [2^. В СССР стоимость сохраненной продукции' в начале семидесятых годов оценивалась в 5,7 млрд рублей в год, и защитные мероприятия позволяли сберечь большое количество сельскохозяйственных продуктов: 15 млн. т зерна 10 млн. т сахарной свеклы и т. д. [з^. С развитием производства и применением минеральных удобрений необходимость защиты будет возрастать в еще большей степени, так как эти факторы, наряду с увеличением урожайности, будут вызывать улучшение условий обитания вредных организмов *. С учетом роста населения земного шара до 6 * 6,5 млрд человек в 2000 г. производство и применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений будет увеличиваться, чтобы гарантировать получение высоких и устойчивых урожаев с каждого гектара общей сельскохозяйственной полезной площади (3,7 млрд. га, в том числе 1,3 млрд. га пашни). Из 3,5 млрд. человека, населяющих земной шар в данный момент, примерно третья часть обеспечена питанием гораздо ниже минимального уровня и постоянно подвержена опасности голодной смерти, еще треть недоедает 5•.

В этих условиях у современного земледелия нет другого выбора, как выращивание монокультур в районах, которые в экологическом отношении лучше всего подходят для данной культуры. Эта система монокультур неизбежно связана с появлением и длительным существованием очагов вредных насекомых и болезней, получающих при таком способе ведения хозяйства неограниченную пищевую базу ?6−9] .

Тенденции, связанные с ростом интенсификации сельского хозяйства СССР, можно проследить по таблице 2 [ю" ]. Как видно из этих данных, при росте стоимости продукции в 3 раза за период 1970;2000 г. г. стоимость защитных мероприятий возрастает уже в 6 раз, т. е. наблюдается относительное удорожение защиты растений.

Таблица 2.

Рост стоимости продукции и расходов на защиту растений в СССР по годам [ю] .

Показатель 1950 1970 1980 2000.

Стоимость продукции растениеводства, млрд.руб. 22,5 45 67,5 135.

Потенциальные потери продукции от вредителей, болезней и сорняков, млрд.руб. 5,5 15,7 22 33.

Стоимость сохраненной продукции, млрд.руб. 1,5 5,3 12,2 24,6.

Доля от потенциальных потерь, % 27,3 33,8 55,4 74,5.

Стоимость защиты растений, млрд.руб. 0,12 1,2 4,8 7,2.

Указанная тенденция удорожания системы защитных мероприятий имеет общих характер и связана с непрерывным ее совершенствованием п].

Рост стоимости защитных мероприятий связан с действием многих факторов, среди которых следует упомянуть два, наиболее важных с точки зрения рассматриваемых ниже вопросов.

Во-первых, значительный рост цен на ядохимикаты, который наблюдается в связи с требованиями охраны ощ) ужающей среды. Новые препараты должны удовлетворять очень многим, зачастую противоречивым требованиям, что затрудняет их разработку и производство, 12 * 14″ |. Достаточно сказать, что в настоящее время из каждых 10 000 синтезированных и изученных соединений внедряется лишь одно, и в дальнейшем это будет не проще [2,15^ .

Во-вторых, усложнение технических средств, применяемых для защиты растений. Современные и будущие машины и технологические процессы включают в себя все новейшие достижения смежных отраслей науки и техники. Существенно усложняется и соответственно становится дороже организация службы защиты [з, 16 * 18^ •.

Весьма значительна роль защитных мероприятий в лесном хозяйстве и здравоохранении. Так только в СССР борьба с хвое и листо-грызущими вредителями леса ежегодно проводится на площади около I млн. га р9,20^. Нередки крупные вспышки массовых размножений вредителей в лесах США и Канада [21^}, когда очаги поражения достигают сотни тысяч гектаров.

В области здравоохранения актуальной является проблема борьбы с переносчиками болезней. Так в настоящее время около 1,8 млрд человек находятся в областях, где они подвергаются опасности заболевания малярией [22^. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения ежегодно малярией болеет около 200 млн. людей [23]. Примером того, что означает химический метод борьбы с малярией может служить опыт проведения защитных мероприятий в Щри Ланка ?" 5,7] • В период с 1950 до 1964, когда там велась борьба с переносчиками болезни, малярия находилась под контролем. В дальнейшем из-за финансовых трудностей применение ДЦТ в борьбе с комарами было прекращено и уже в 1969 году число больных малярией достигло прежнего уровня. Динамика изменения численности больных по годам представлена в таблице 3.

Таблица 3.

Динамика численности больных малярией в Шри Ланка.

Года Число заболеваний Число смертных случаев Примечание.

1946 2 800 000 12 590.

1961 ПО ;

1962 31.

1963 17.

1967 3000 Прекращена борьба.

1968 16 000.

1969 2 500 000.

Приведенные примеры убедительно свидетельствуют, что современное человечество не в состоянии обойтись без использования ядохимикатов. Однако, в настоящее время накоплено значительное количество данных, которые показывают, что неправильное применение пестицидов может привести к серьезным вредным последствиям [3,5,14] .

Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные исследования по рациональному и научно обоснованному использованию ядохимикатов в сельском и лесном хозяйстве, а также в здравоохранении.

На современном этапе наиболее рациональна система защитных мероприятий, организованная по принципу интегрированной борьбы.

5,18,21,24,25^. По определению Международной организации по биологической борьбе, интегрированная защита растений — это борьба с вредными организмами, учитывающая пороги их вредоносности и использующая в первую очередь природные ограничивающие факторы, наряду с применением всех других методов, удовлетворяющих экономическим, экологическим и токсикологическим требованиям [2б]. В настоящее время в комплексе мер по защите растений, входящих в понятие интегрированной борьбы, ведущая роль принадлежит химическому методу. Эта ведущая роль, по оценкам не только химиков и технологов, но и представителей другой группы специалистовагрономов, биологов и гигиенистов, сохранится и на ближайшие десятилетия [16 ]. Такое состояние обусловлено тем, что альтернативные биологические методы борьбы пока недостаточно изучены теоретически и еще менее разработаны формы их практического применения: из 4500 важных в экономическом отношении видов вредителей биологические методы борьбы применяют против 2,5 $ [27^. Более того, накопленный опыт показывает, что как и любые другие методы, биологические методы имеют принципиальные ограничения.

Одно из наиболее существенных — это их неэффективность в период вспышек массового размножения вредителей [16,24]. В силу этого, прогнозируется достаточно быстрое увеличение производства химических средств защиты растений на будущее. Так в частности, потребность в пестицидах в неизменных ценах 1975 года будет возрастать на 35 $ каждые 5 лет вплоть до 1990 года, (таблица 4) Высокие темпы развития химического метода защиты растений имели место и в нашей стране. Это отчетливо прослеживается по темпам, роста производства пестицидов. Так в СССР производилось (в тыс. т. 100 $-ного действующего начала):

1960 1965 1970 1975.

32,3 103,2 163,8 257.

За десятилетие почти на 70 $ увеличилось и потребление пестици.

Таблица 4.

Ожидаемая потребность в пестицидах (млн.долларов США в ценах 1975 года) [28].

1975 1980 1985 1990.

Гербициды 2300 3450 5140 7700.

Фунтициды 1035 1345 1600 1880.

Инсектициды 1910 2390 3070 3700.

Итого: 5245 7185 9810 13 280 дов в СССР (с 215 тыс. т в 1964 до 354 тыс. т в 1974 г.). Площади, на которых применялись химические обработки, также за этот период возросли с 74 до 125 млн. га [29J. Обращает на себя внимание факт роста производства пестицидов относительно производства удобрений. Если в 1968 г. в США стоимость пестицидов составляла 40 $ стоимости удобрений, в 1969 — 47,3, то в 1975 — уже 61,5 $.

В условиях непрерывного роста масштабов применения химических средств защиты растений первостепенная роль в уменьшении загрязнения окружающей среды принадлежит совершенствованию методов применения пестицидов. Можно выделить несколько аспектов научно-обоснованного подхода к оптимизации технологии применения инсектицидов, однако, все они нацелены на решение одной целиуменьшения валового роста ядохимиката и нанесения минимальных вредных последствий окружающей среде, животному миру и человеку. Приведем основные принципы, используемые для выработки конкретных практических рекомендаций:

I. Разработка, создания и применение селективно-действующих физиологических активных соединений, быстроразлагающихся в окружающей среде [2 — 5, 14,16,22,25,30,31,38] .

2. Определение экономического порога вредоносности [32*35]] .

3. Учет роли экологических факторов, регулирующих численность вредных насекомых [в, 17,18,36] .

4. Оценка социально-гигиенических исследований от применения ядохимикатов [37,39] .

5. Совершенствование технологии применения инсектицидов и повышение эффективности уже имеющихся методов [13, 40*43] .

В реальных условиях четко разделить указанные выше принципы трудно, т.к. нередко каждый из них в той или иной мере связан либо с одним, либо несколькими другими.

Особо следует выделить последний аспект, ибо в любом сочетании успешное решение вопроса о совершенствовании технологии применения ядохимикатов всегда приводит к положительному результату.

Таблщщ 5. Классификация генераторов в зависимости от дисперсности распыла [52, 53] .

Наименование метода Диаметр капель, мкм.

Тонкий аэрозоль менее 50.

Грубый аэрозоль 50−100.

Тонкое распыление 100−250.

Среднее распыление 250−400.

Грубое распыление 400−500.

Очень грубое распыление более 500.