Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса исследований 6
1.1 Системы содержания почвы 6
1.2 Технологическая операция обработки почвы в рядах деревьев и требования, предъявляемые к ней . 9
1.3 Обзор известных машин для обработки почвы в рядах деревьев 11
1.4 Сравнительная оценка машин по возможности применения в различных условиях эксплуатации 31
Выводы по главе 1 33
ГЛАВА 2. Условия работы в межствольных полосах 36
2.1 Состояние вопроса и задачи исследований 36
2.2. Размещение плодовых деревьев в ряду, размерные характеристики штамбов 37
Выводы 43
ГЛАВА 3. Теоретический анализ процесса обхода штамба дерева рабочим органом 44
3.1 Обоснование направлений теоретических исследований 44
Выводы
ГЛАВА 4 . Экспериментальные исследования процесса
4.1 Методика исследований 58
4.2 Исследование процесса обхода штамба дерева дисковым почвообрабатывающим орудием. 61
Выводы 67
ГЛАВА 5. Энергоэкономический анализ процесса 68
5.1 Экономическая оценка использования бороны дисковой садовой для обработки почвы в линии ряда плодовых деревьев 68
5.2 Энергетическая эффективность обработки
межствольных полос дисковым рабочим органом 69
Выводы 74
Общие выводы 75
Литература 77
Приложения 86
- Технологическая операция обработки почвы в рядах деревьев и требования, предъявляемые к ней
- Сравнительная оценка машин по возможности применения в различных условиях эксплуатации
- Исследование процесса обхода штамба дерева дисковым почвообрабатывающим
- Экономическая оценка использования бороны дисковой садовой для обработки почвы в линии ряда плодовых деревьев
Введение к работе
Основной биологической особенностью плодовых деревьев является их длительное пребывание на одном месте. Поэтому только при правильном содержании почвы в садах они обеспечиваются в достаточном количестве влагой и питательными веществами. Путём соответствующей обработки и внесением удобрений можно регулировать поступление в растение воды и питательных веществ, то есть управлять ростом и плодоношением деревьев. Вот почему в системе агро-мероприятий по уходу за садами вопрос правильного содержания почвы занимает важное место. В таких садах легче вести борьбу с сорняками и вредителями растений, защищать почву от эрозии, сохранять и восстанавливать её плодородие.
В настоящее время наиболее распространены паровая, паро-сидеральная и дерново-перегнойная системы содержания почвы,
Сущность паро-сидеральной системы заключается в том, что почву в первой половине лета содержат под черным паром, а во второй - высевают (через междурядье) сидераты на зеленое удобрение. Междурядья, не занятые сидератами, продолжают содержать до конца лета под черным паром, обрабатывая при этом приствольные и межствольные полосы. Ежегодно междурядья чередуют.
При дерново-перегнойной системе содержания почвы в междурядьях высевают многолетние травы, оставляя в рядах деревьев незасеянные полосы шириной до 1,5-2 м. Эти полосы систематически обрабатывают, то есть содержат в рыхлом и чистом от сорняков состоянии, или применяют гербициды для уничтожения сорной растительности (). Траву в междурядьях систематически скашивают, измельчают и оставляют в междурядьях, за счет чего образуется мульчирующий слой. Применение косилочных устройств для целей мульчирования растительности позволяет наиболее полно реализовать дерново-перегнойную систему содержания почвы в садах. [4, 10, 11]
Дерново-перегнойная система содержания почвы в садах Производственный опыт и многочисленные исследования в различных природных зонах показали, что задернение по сравнению с черным паром несколько ухудшают водный режим (особенно в засушливые годы), уменьшает содержание в почве доступных форм питательных веществ. При задернений междурядий затруд няется также доступ воздуха к растениям, увеличивается содержание углекислоты в почвенном воздухе. Вследствие меньшего количества кислорода в почве корневая система плодового дерева размещается преимущественно в верхних горизонтах, что ограничивает обеспечение деревьев водой из более глубоких слоев [12,13, 14,15].
Исследования А.С. Андриенко показали, что при задернений по сравнению с черным паром значительно хуже складывается и температурный режим почвы. Из-за более глубокого промерзания почвы при задернений наблюдалась большая гибель корней.
Таким образом, сложилось мнение, что систематическая паровая обработка почвы в саду способствует созданию более благоприятных условий для роста и плодоношения деревьев, чем задернение междурядий. Это привело к повсеместному внедрению паровой системы (особенно в зонах недостаточного увлажнения).
Однако против длительной паровой обработки почвы существуют вполне обоснованные возражения. Наиболее существенное из них - возможность усиления процессов эрозии, особенно водной, на землях склонов. Многолетние исследования, проведенные во ВНИИС им. И.В. Мичурина [11], показали, что процессы водной эрозии в промышленных садах, где почву содержат под черным паром, развиты намного сильнее, чем на других сельскохозяйственных угодьях. Вполне очевидно, что систему черного пара нельзя применять без специальных почвозащитных мероприятий.
По данным В.А. Потапова наиболее радикальным средством защиты почв от эрозии в садах остается задернение междурядий, хотя при этом и наблюдается конкуренция травянистой растительности и плодовых деревьев в потреблении воды. Особенно резко она выражена в южных районах, где применять задернение можно лишь при орошении.
В средней полосе РФ и при отсутствии орошения можно задернять почву в междурядьях садов без снижения продуктивности дерева, Так во ВНИИС им. И. В. Мичурина была разработана дерново-мульчированная модификация задернения по способу "ускоренного мульчирования", при которой устраняется отрицательное влияние трав на рост и плодоношение плодовых деревьев [11].
Производственные испытания показали, что такая система содержания почвы не ухудшила роста и не снизила продуктивность яблони. В то же время эта система позволила повысить почвозащитные свойства садов, расположенных на склонах крутизной 3-4°.
По задернённым междурядьям могут свободно передвигаться груженные плодами контейнеровозы и другая техника в любую погоду, что создает условия для более ритмичной уборки урожая.
Таким образом, существуют различные системы содержания почвы в садах, применять которые необходимо в зависимости от природных условий, с учетом рекомендаций зональных научно-исследовательских учреждений.
Учитывая то, что применение гербицидов делает продукцию садоводства экологически небезопасной, наиболее приемлемыми являются следующие системы:
1. Залужение садов с периодическим скашиванием трав в междурядьях и межствольных полосах роторными косилками, которые одновременно измельчают зеленую массу.
2. Залужение междурядий с периодическим скашиванием травы роторными косилками, которые одновременно измельчают зеленую массу. Межствольные полосы обрабатываются специальными почвообрабатывающими орудиями.
Первая система предпочтительна для плодоносящих садов, вторая - для молодых садов, так как сплошное задернение несколько ослабляет рост молодых саженцев.
Технологическая операция обработки почвы в рядах деревьев и требования, предъявляемые к ней
В комплексе применяемых в плодовых насаждениях агротехнических операций важное место занимает обработка почвы в рядах деревьев (иначе говоря, об работка межствольных полос). Основная масса корней залегает в слое почвы на глубине до 0.6 м,
Исследования корневой системы деревьев различного возраста, проведенные В.И. Будаговским [16] и Ю.В. Крысановым [17], показали, что основная масса корней сосредотачивается вокруг штамба дерева в радиусе около 1 м. Здесь на всей глубине проникновения корней их оказалось до 94%.
Для нормальной жизнедеятельности корни нуждаются в достаточном количестве воздуха и влаги. Исследованиями А.Г. Дояренко, V. Gardner, М. Gruchewska выявлено, что для интенсивного роста и высокой продуктивности плодовых деревьев необходимо хорошее водоснабжение и надлежащий режим влажности, сочетающийся в почве с достаточной аэрацией. Соответствующие потребности корней в воздухе и воде обеспечиваются на почвах макроструктур-ных, где преобладают частицы почвы размером 0.25-10 мм. В такие почвы хорошо проникает дождевая и снеговая воды и, в то же время, имеет место капиллярное движение воды из нижних слоев к верхним. Известно, что растущие в рядах деревьев сорняки поглощают питательные вещества, воду и, при определенных условиях, могут стать рассадниками вредителей и болезней [10]
В последнее время как в РФ, так и за рубежом распространение получает химическая борьба с сорняками. Однако полный отказ от механической обработки приводит к негативным последствиям. Развивается эрозия почвы, а на тяжелых почвах нарушается водная и воздушная проницаемость, что в конечном счете отрицательно сказывается на росте деревьев. Кроме того, всегда сохраняется опасность попадания гербицидов в плоды [18,19].
Механическая обработка почвы является важным агротехническим приемом в интегрированной системе защитных мероприятий от вредителей и болезней. Так, А.С. Алексеева отмечает [20], что обработка почвы "снижает запас вредителей и болезней, сохраняющихся в опавших пораженных листьях, под растительными остатками и в верхнем слое почвы", и против них не требуется применять инсектициды.
С учетом малой глубины залегания верхнего яруса корней плодовых деревьев в приствольной полосе обработка почвы здесь должна проводиться на глубину 5-12 см [21, 22, 23]. Такие факторы, как отклонение расположения деревьев от линии ряда, превышение уровня почвы в ряду над уровнем междурядья, наличие низкорастущих и низкосвисающих ветвей, небольшая ширина междурядий и малый шаг посадки затрудняют механизированное выполнение этой операции. Тем не менее, Международной системой машин [24] предусмотрены жесткие агротехнические требования к обработке почвы в межствольных полосах. Согласно этим требованиям, разрыхленный слой почвы должен быть мелкокомковатым, без глыб, а поверхность - выровненной, без высоких гребней и борозд. Сорная растительность должна быть уничтожена не менее чем на 80%, максимальная необработанная площадь около стволов - 0.4 м2. Отклонение от заданной глубины обработки допускается не более 15%, усилие воздействия сигнального щупа на штамб дерева не должно превышать 5-10 Н.
Для эффективной работы агрегатов, в частности почвообрабатывающих, штамб дерева должен иметь высоту не менее 60 см, а свободный просвет под кроной дерева - не менее 50 см [3, 4,24].
Для обработки межствольных полос требуются специальные машины, обрабатывающие почву в линии ряда с обходом штамбов деревьев. Такие машины разрабатывались, но в производство поступили единицы. Это указывает на сложность данной проблемы и её актуальность.
Обработка почвы в рядах многолетних насаждений проводится специальными орудиями, рабочие органы которых при поступательном движении агрегата по междурядью могут проникать в интервалы между деревьями в рядах и обрабатывать почву межствольных полос [25, 26].
Сравнительная оценка машин по возможности применения в различных условиях эксплуатации
Тип секции для обработки межстволъных полос выбирают в зависимости от степени подрезания сорных растений, забиваемости в различных условиях эксплуатации, возможности использования на засорённых и переувлажнённых участках [44, 45, 46].
Использование фрез и поворотных ножей ограничивается тем, что приводит к образованию холмиков по линии оси ряда насаждений, или так называемых «корыт» в междурядьях. Это вызвано тем, что при обработке почвы в междурядьях допускаются нарушения технологического процесса (не чередуется вспашка в свал со вспашкой в развал), а также не учитываются рекомендации по борьбе с сорняками в ряду насаждений.
При обработке межствольных полос пассивными поворотными ножами скалывание крупных комков почвы и холмиков высотой 17 ... 22 см приводит к поломкам механизмов. Ножевая секция плохо работает при большом количестве сорняков, не может работать на плотных почвах.
У фрез (ФА -0,76) после обхода штамба дерева активный рабочий орган упирается кронштейном наружного подшипника ротора в холмик, тем самым не обеспечивается надёжность работы. Фрезерные рабочие органы сложнее по конструкции и в эксплуатации, не могут работать на скоростях выше 3 - 3,5 км/ч.
Ряд преимуществ по сравнению с пассивными поворотными ножами отмечен у дисковых рабочих органов, которые при меньших затратах мощности надёжно выполняют технологический процесс, обладают более высокой рабочей скоростью (до 7 км/ч) и значительно снижают степень повреждения корневой системы плодовых деревьев [39].
Исследования некоторых институтов показывают, что культиваторы с приспособлениями и выдвижные дисковые секции благодаря более значительному боковому выносу в плодоносящих садах с мощной кроной оставляют меньшую необработанную площадь, чем фреза [45].
По забиваемости сорняками фрезы и дисковые бороны равноценны, а культиваторы уступают им. Наблюдения показали, что при высокой засорённости и влажности почвы фрезы залипают, а дисковые секции в этих условиях надёжно работают. Кроме того, фреза не может работать на почвах с каменистыми включениями [45, 47].
На основании вышеизложенного для обработки межствольных полос целесообразно применение дисковых рабочих органов, так как они обеспечивают качественное, надёжное выполнение технологического процесса в различных условиях эксплуатации на более высоких скоростях при меньших энергетических затратах.
Также дисковые рабочие органы одновременно с обработкой почвы и уничтожением сорняков в подкроновой зоне обеспечивают ликвидацию «корыт» в междурядьях сада, образованных почвообрабатывающими орудиями.
Поэтому основной задачей исследований будет являться обоснование конструктивных и технологических параметров дискового рабочего органа.
1. Систематическая паровая обработка почвы в саду способствует созданию благоприятных условий для роста и плодоношения деревьев, чем задернение междурядий. Но при этом происходит усиления процессов эрозии, особенно водной, на землях склонов. Систему черного пара нельзя применять без специальных почвозащитных мероприятий.
2. Наиболее радикальным средством защиты почв от эрозии в садах остается задернение междурядий, но при этом наблюдается конкуренция травянистой растительности и плодовых деревьев в потреблении воды. Особенно резко
она выражена в южных районах, где применять задернение можно лишь при орошении.
3. Существуют различные системы содержания почвы в садах, применять которые необходимо в зависимости от природных условий, с учетом рекомендаций зональных научно-исследовательских учреждений.
4. Учитывая то, что применение гербицидов для борьбы с сорняками делает продукцию садоводства экологически небезопасной, наиболее приемлемыми являются следующие системы содержания почвы в садах: а) Залужение садов с периодическим скашиванием трав в междурядьях и межствольных полосах роторными косилками, которые одновременно измельча ют зеленую массу. б) Залужение междурядий с периодическим скашиванием травы ротор ными косилками, которые одновременно измельчают зеленую массу. Межстволь ные полосы обрабатываются специальными почвообрабатывающими орудиями.
5. Использование гербицидов для удаления сорняков приводит зачастую к негативным последствиям. Развивается эрозия почвы, а на тяжелых почвах нарушается водная и воздушная проницаемость, что, в конечном счете, отрицательно сказывается на росте деревьев. Кроме того, всегда сохраняется опасность попадания гербицидов в плоды.
6. С учетом малой глубины залегания верхнего яруса корней плодовых деревьев в приствольной полосе обработка почвы здесь должна проводиться на глубину 5-12 см. Для эффективной работы агрегатов, в частности почвообрабатывающих, штамб дерева должен иметь высоту не менее 60 см, а свободный просвет под кроной дерева — не менее 50 см.
7. Тип рабочих органов для обработки межствольных полос выбирают в зависимости от степени подрезания сорных растений, забиваемости в различных условиях эксплуатации, возможности использования на засорённых и переувлажнённых участках.
8. Для обработки межствольных полос целесообразно применение дисковых рабочих органов, так как они обеспечивают наиболее эффективное выполнение технологического процесса в различных условиях эксплуатации.
Исследование процесса обхода штамба дерева дисковым почвообрабатывающим
Экономическая проработка проекта позволяет получить объективную оценку эффективности и качества разработки, целесообразности внедрения ее результатов в производство.
Оценка эффективности данного проекта была проведена комплексно, с учетом экономических, социальных, экологических и других аспектов данного решения, не зависимо от того, носят ли результаты основной или соїтутствующий характер. При оценке использованы стандартные методики экономической оценки инженерных проектов [95, 96, 97, 98, 99].
Целью расчета являлось определение экономической эффективности использования дискового рабочего органа для обработки межствольных полос плодовых насаждений.
В качестве базовой была взята технология обработки межствольных полос гербицидами. Для экономической оценки использования дискового рабочего органа был произведен расчет экономической эффективности работы бороны дисковой БПР -1А созданной ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии и усовершенствованной отделом механизации по результатам проведённых исследований в сравнении с опрыскивателем навесным штанговым серии ЗУБР НШ «ГЕРБИ» на обработке межствольных полос гербицидами. Стоимость агрегатов находится в одном ценовом диапазоне. Расчет производился с использованием программы MathCAD 2001 Professional и представлен в приложении Е . Результаты расчетов приведены в таблице 5.1.
Анализ показателей экономической эффективности выполнения обработки межствольных полос показывает, что эффективно использование дискового почвообрабатывающего орудия в сравнении с применением гербицидов. Определено, что дисковое почвообрабатывающее орудие обеспечивает экономию денежных средств в размере 896,807 руб./га, при этом годовой экономический эффект равен 156200 руб.
Энергетический анализ позволяет оценивать существующие и планируемые технологии, их перспективность с точки зрения энергетической эффективности по сравнению с применяемыми. В то же время этот показатель не заменяет, а дополняет оценку технологий по другим показателям, например, затратам труда, экономической эффективности и др.
Основным критеритерием энергетической оценки технологий принимают показатель энергетической эффективности. Он учитывает затраты энергии как прямой, так и косвенной продукции, а также энергию, которая содержится в конечном продукте.
Целью энергетического анализа разработки является сравнение энергетической эффективности технологии обработки почвы в садах дисковым рабочим органом и применение гербицидов. В основе расчета энергетических эффективно-стей технологий использующих дисковую борону была использована типовая технологическая карта возделывания семечкового сада площадью 100 га по схеме посадки 6x4 м с урожаем 120 ц/га и размещением на 1 га 417 саженцев [96]. Для расчета энергетической эффективности использовали методику энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве разработанную Никифоровым А.Н. и др. [100, 101, 102, 103, 104, 105].
Необходимые данные по средствам механизации, для проведения расчетов, были взяты в методике энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве.
Экономическая оценка использования бороны дисковой садовой для обработки почвы в линии ряда плодовых деревьев
Экономическая проработка проекта позволяет получить объективную оценку эффективности и качества разработки, целесообразности внедрения ее результатов в производство.
Оценка эффективности данного проекта была проведена комплексно, с учетом экономических, социальных, экологических и других аспектов данного решения, не зависимо от того, носят ли результаты основной или соїтутствующий характер. При оценке использованы стандартные методики экономической оценки инженерных проектов [95, 96, 97, 98, 99].
Целью расчета являлось определение экономической эффективности использования дискового рабочего органа для обработки межствольных полос плодовых насаждений.
В качестве базовой была взята технология обработки межствольных полос гербицидами.
Для экономической оценки использования дискового рабочего органа был произведен расчет экономической эффективности работы бороны дисковой БПР -1А созданной ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии и усовершенствованной отделом механизации по результатам проведённых исследований в сравнении с опрыскивателем навесным штанговым серии ЗУБР НШ «ГЕРБИ» на обработке межствольных полос гербицидами. Стоимость агрегатов находится в одном ценовом диапазоне. Расчет производился с использованием программы MathCAD 2001 Professional и представлен в приложении Е . Результаты расчетов приведены в таблице 5.1.
Анализ показателей экономической эффективности выполнения обработки межствольных полос показывает, что эффективно использование дискового почвообрабатывающего орудия в сравнении с применением гербицидов. Определено, что дисковое почвообрабатывающее орудие обеспечивает экономию денежных средств в размере 896,807 руб./га, при этом годовой экономический эффект равен 156200 руб.
Энергетический анализ позволяет оценивать существующие и планируемые технологии, их перспективность с точки зрения энергетической эффективности по сравнению с применяемыми. В то же время этот показатель не заменяет, а дополняет оценку технологий по другим показателям, например, затратам труда, экономической эффективности и др.
Основным критеритерием энергетической оценки технологий принимают показатель энергетической эффективности. Он учитывает затраты энергии как прямой, так и косвенной продукции, а также энергию, которая содержится в конечном продукте.
Целью энергетического анализа разработки является сравнение энергетической эффективности технологии обработки почвы в садах дисковым рабочим органом и применение гербицидов. В основе расчета энергетических эффективно-стей технологий использующих дисковую борону была использована типовая технологическая карта возделывания семечкового сада площадью 100 га по схеме посадки 6x4 м с урожаем 120 ц/га и размещением на 1 га 417 саженцев [96]. Для расчета энергетической эффективности использовали методику энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве разработанную Никифоровым А.Н. и др. [100, 101, 102, 103, 104, 105].
Необходимые данные по средствам механизации, для проведения расчетов, были взяты в методике энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. Энергетическую эффективность технологии можно представить как R=a"H» Е где Од - энергетический эквивалент основной продукции, МДж/т; Ну - урожайность основной продукции, т/га; Е - энергия, затраченная на производство продукции, МДж/га. Энергетические затраты Е на выполнение технологического процесса обработки межствольных полос плодовых насаждений определяют по формуле:
