Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние уровня механизации сельского хозяйства в Амурской области 12
1.1 Анализ природно-климатических условий 12
1.2 Анализ использования машинно-тракторных агрегатов 16
1.3 Способы повышения тягово-сцепных свойств колесных тракторов 22
1.3.1 Снижение нормального давления на почву 23
1.3.2 Повышение коэффициента сцепления ведущих колес трактора с почвой 29
1.3.3 Увеличение сцепного веса 33
1.4 Особенности кинематики поворота транспортных поездов 42
1.5 Выводы и предложения 55
2. Теоретические предпосылки исследований 57
2.1 Влияние физико-механических свойств почвы на радиус поворота трактора 57
2.2 Зависимость кинематики поворота МТА от буксования ведущих колес
трактора 63
2.3 Зависимость производительности МТА от радиуса поворота 71
3. Программа и методика экспериментальных исследований 75
3.1 Задачи экспериментальных исследований 75
3.2 Общая методика проведения экспериментальных исследований 75
3.2.1 Частные методики проведения экспериментальных исследований 76
3.2.2 Средства измерений, тарировка тензометрических узлов 76
3.2.3 Измерение тягового усилия 83
3.2.4 Измерение частоты вращения ведущего колеса трактора 87
3.2.5 Измерение пройденного пути и буксования трактора 88
3.2.6 Определение радиуса и угла поворота машинно-тракторного агрегата 90
3.3 Методика определения физико-механических характеристик почвы 90
3.3.1 Определение влажности почвы 91
3.3.2 Определение твердости почвы 92
3.3.3 Определение объемного веса (плотности почвы) 94
3.4 Методика математической обработки экспериментальных данных 95
3.4.1 Оценка точности измерений 95
3.4.2 Статистическая обработка экспериментальных данных 96
4. Результаты экспериментальных исследований 99
4.1 Результаты экспериментальных исследований по определению радиуса поворота 99
4.2 Результаты экспериментальных исследований трактора МТА 101
4.3 Результаты техногенного воздействия на почву ходовой системы машинно-тракторного агрегата 109
4.4 Результаты сравнительных хозяйственных испытаний МТА 113
5. Энергетическая и экономическая оценка выполненных исследований 117
Выводы 126
Библиографический список 128
Приложения 146
- Анализ природно-климатических условий
- Влияние физико-механических свойств почвы на радиус поворота трактора
- Средства измерений, тарировка тензометрических узлов
- Результаты экспериментальных исследований по определению радиуса поворота
- Энергетическая и экономическая оценка выполненных исследований
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время установлены биотические взаимоотношения между микроорганизмами и растениями, которые носят либо антагонистический характер, либо характер ассоциативного (симбиотического) сосуществования. Хорошо известны антагонистические взаимоотношения между растениями и патогенными микроскопическими грибами (Schultze, Kondorosi, 1998; Borowich, 2000), мутуалистические - между ризобиями и бобовыми растениями (Тильба, Голодяев, 1995; Игнатов, 1998; Karpati, Sik, 1992; Matthew, Kent, 2001). Микроорганизмы либо создают оптимальные условия для развития растений, либо являются фитопатогенными (Боронин, 1998; Zak et. al., 1994; Garland, 1996; Glick et. al., 1997). Практически не изучены функциональные взаимоотношения в системе «почва-микроорганизмы-растение» на техногенно-нарушенных землях, когда структурные компоненты системы (растения, микроорганизмы) находятся в экстремальных условиях существования, так как произошло нарушение их естественного местообитания. Изучение данной проблемы весьма актуально для Амурской области, на территории которой более 130 лет ведется отработка месторождений и россыпепроявлений золота, занимающих около 155 тыс. км2 из 361 тыс. км2 площади всей области (Доклад …, 2002). Изучение структуры микробного комплекса и функциональных взаимоотношений в системе «почва-микроорганизмы-растение» является фундаментальной основой для понимания процессов восстановления техногенно-нарушенных экосистем и создания новых технологий биорекультивации.
Цель и задачи исследования. Целью исследований явилось изучение структуры микробных комплексов почвогрунтов и прикорневой зоны пионерных растений, выявление функциональных отношений в системе «почва-микроорганизмы-растение» на примере техногенно-нарушенных земель Дамбукинского золотоносного узла.
В задачи исследования входило:
-
Изучить количественный состав эколого-функциональных групп микроорганизмов почвогрунтов и корневой зоны пионерных растений гале-эфельных отвалов россыпной добычи золота на первых этапах почвообразовательного процесса.
-
Провести таксономический анализ сапротрофного микробного комплекса на основе фенотипических признаков и молекулярно-генетических методов исследования.
-
Установить филогенетическое положение бактерий сапротрофного комплекса и количественное распределение филогенетических групп бактерий в почвогрунтах и корневой зоне пионерных растений.
-
Определить экофизиологическую роль фосфатмобилизующих бактерий, свободноживущих и ассоциированных с растениями, провести идентификацию и филогенетический анализ штаммов.
-
Установить биотехнологический потенциал фосфатмобилизующих бактерий.
Научная новизна. Впервые был применен комплексный подход в исследовании функциональных отношений в системе «почва-микроорганизмы-растения» на техногенных отвалах после россыпной добычи золота. Впервые изучено таксономическое разнообразие свободноживущих и ассоциативных бактерий в нарушенных почвогрунтах с применением современных молекулярно-генетических методов исследования. Выявлены представители редко встречающихся видов (Acinetobacter lwoffii и Planococcus aminovorans), имеющих высокую адаптивную способность к воздействию экологических факторов. Впервые установлена специфичность распространения и высокий биотехнологический потенциал бактерий, участвующих в трансформации минеральных и органических соединений фосфора и выполняющих средообразующую функцию в почвогрунтах, нарушенных в результате золотодобычи.
Практическая значимость работы.
В лабораторных модельных экспериментах изучен биотехнологический потенциал фосфатмобилизующих бактерий. Создана коллекция активных бактериальных штаммов, которые могут быть использованы в рекультивационных технологиях обработки нарушенных почвогрунтов. На основе выделенных штаммов рекомендовано разработать биопрепараты для обработки семян растений перед внесением в рекультивируемые грунты.
Положения, выносимые на защиту.
1. На начальных этапах почвообразования в системе «растения-микроорганизмы» устанавливаются специфические биотические отношения, определяющие селективное участие растений в формировании микробного комплекса прикорневой зоны. В состав микробного комплекса данного экотопа входят виды (Acinetobacter lwoffii, Planococcus aminovorans), обладающие высокой степенью устойчивости к воздействию неблагоприятных экологических факторов среды обитания: низкое содержание органических соединений в почвогрунтах, недостаточная обеспеченность подвижными формами фосфора.
2. Фосфатмобилизующие микроорганизмы играют ведущую роль в формировании функциональных взаимоотношений в системе «почва-микроорганизмы-растение». Специфичность распространения данной группы бактерий определяется тем, что в почвогрунтах распространены виды, использующие широкий набор минеральных субстратов для мобилизации фосфора, тогда как в прикорневой зоне пионерных растений присутствуют виды, трансформирующие органофосфатные соединения и фосфаты кальция.
Апробация работы. Основные положения работы представлены на VI Международном симпозиуме «Проблемы устойчивого развития регионов в XXI веке (Биробиджан, 2002); региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Будущее амурской науки» (Благовещенск, 2002); II Международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2003); Международном симпозиуме «Геотехнология: нетрадиционные способы освоения полезных ископаемых» (Москва, 2003); VI, XI и IX молодёжных школах-конференциях по актуальным проблемам химии и биологии (Владивосток, 2000, 2003 и 2005); региональной конференции молодых учёных «Проблемы экологиии и рационального природопользования Дальнего Востока» (Владивосток, 2004); VII региональной конференции по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии (Владивосток, 2004); III региональной школе-семинаре молодых учёных, аспирантов и студентов Дальнего Востока «Территориальные исследования дальнего Востока» (Биробиджан, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы (глава 1), описание объектов и методов исследования (глава 2), результаты экспериментов (главы 3 и 4), выводы и список литературы, включающий 244 источника, из которых 139 – на иностранных языках. Материалы диссертации изложены на 154 страницах машинописного текста, содержат 18 рисунков и 4 таблицы.
Анализ природно-климатических условий
Одним из основных факторов, оказывающих влияние на эффективность использования машинно-тракторных агрегатов, являются природно-климатические условия региона, в котором они работают. Следовательно, к основным показателям, определяющим особенности уровня механизации сельского хозяйства, относятся климатические условия (температура, осадки, влажность воздуха и др.), тип и физико-механические свойства почвы, особенности полей, особенности агротехники возделывания культур.
К десятой зоне РФ относится Дальний Восток. В неё входят территории Амурской, Сахалинской, Камчатской областей, Приморского и Хабаровского краев. Основным сельскохозяйственным регионом Дальнего Востока является Амурская область, занимающая более 60% посевных площадей зоны [58,59].
Климат Амурской области резко континентальный с признаками мус-сонности в летнее время, так как её территория находится в зоне взаимодействия азиатского континента и Тихого океана. Зима в основных земледельческих районах суровая и продолжительная. Для неё характерно малое количество осадков, небольшой снежный покров, низкие температуры. Температура самого холодного месяца января колеблется от минус 24С до минус 46С, с абсолютным минимумом минус 56С. Продолжительность холодного периода составляет 130 ...160 дней. На юге почва промерзает на глубину до 2,5 м, а в центральных районах - до 3,5 м. Северные сельскохозяйственные районы области расположены в зоне островной многолетней мерзлоты. Весна поздняя, затяжная, часто засушливая. В марте - мае выпадает 7 - 14% годовых осадков. В мае и первой декаде июня наблюдаются большие колебания температуры воздуха в течение суток: днем она повышается до плюс 20...25С, а ночью может опуститься до плюс-минус 1С. В третьей декаде мая, когда идет массовый сев сои, как правило, наблюдается сухая, жаркая погода, сопровождающаяся сильными ветрами, что часто приводит к потерям влаги в верхнем слое почвы. Лето особенно теплое, с умеренной сухой погодой в первой половине и влажной - во второй. С апреля по октябрь, в зависимости от зоны, выпадает от 320 до 500мм осадков, это 66 ... 70% годового количества, что вызывает периодическое переувлажнение почвы [60,29, 1].
Анализ статистических данных Амурского гидрометеоцентра показал (рис. 1.1), что в 2005 году дефицит осадков наиболее ощущался в июне. Растения испытывали недостаток влаги в начале роста и развития, а во второй половине вегетации страдали от её избытка.
Влияние физико-механических свойств почвы на радиус поворота трактора
Анализ позволяет сделать вывод, что на почвах с низкой несущей способностью, использование прицепа с ведущим передним мостом позволяет не только повысить тягово-сцепные качества машинно-тракторного агрегата при прямолинейном движении, но и позволяет повысить производительность МТА в зависимости от радиуса поворота, что особенно актуально в условиях Амурской области.
Средства измерений, тарировка тензометрических узлов
Типичными для Амурской области являются луговые черноземовид-ные почвы, тяжелые по механическому составу (тяжелый суглинок). Для проведения испытаний выбирались горизонтальные участки с углом наклона не более двух градусов и ровным микрорельефом. Они характерны для крестьянско-фермерских хозяйств "Жуковин", "Лейко", "Ковалев", "Волошин" Ивановского района Амурской области.
Для проведения испытаний были выбраны следующие трактора:
1. МТЗ-80 серийный, давление воздуха в шинах 0,1 МПА (рис. 3.1).
2. МТЗ-82 серийный, давление воздуха в шинах 0,1 МПА (рис. 3.2).
3. Прицеп 2ПТС-4 серийный (рис. 3 .3).
4. Прицеп 2ПТС-4 с передним ведущим мостом (рис. 3.4)
На различных транспортных работах трактор комплектовался серийным прицепом 2ПТС-4 (рис. 3.5), обычно используемом в сельском хозяйстве Амурской области. Также использовался модернизированный прицеп с активным ведущим мостом от автомобиля ГАЗ-66 (рис. 3.7). Крутящий момент от вала отбора мощности к ведущему мосту прицепа передается через редуктор обгонной муфты (рис. 3.8), установленный на дышле прицепа.
Результаты экспериментальных исследований по определению радиуса поворота
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы: с увеличением угла поворота трактора, радиус поворота уменьшается как у трактора с серийным прицепом, так и у трактора с экспериментальным прицепом, имеющим активный ведущий мост. Использование трактора с прицепом, имеющим активный ведущий мост, позволяет снизить радиус поворота. Так при а = 45 радиус поворота серийного трактора составил 18 м, а экспериментального -12 м. С уменьшением угла поворота радиус поворота увеличивается как у серийного трактора, так и у трактора, оснащенного активным ведущим мостом. Так, при угле а - 10 радиус поворота серийного трактора составил 30 м, а экспериментального - 27 м. Таким образом, использование трактора с экспериментальным прицепом позволяет снизить радиус поворота соответственно на 15-17%. В ходе экспериментальных исследований установлено, что на почвах с низкой несущей способностью наиболее эффективно производит поворот трактор с прицепом, имеющим активный ведущий мост, при буксовании ведущих колес трактора при угле поворота в пределах от 10 до 32.
Кроме этого, на графиках видно (рис. 4.1) , что с увеличением угла слома трактора и прицепа, разница между радиусами поворота серийного и экспериментального тракторов возрастает. Это можно объяснить снижением тягово-сцепных свойств трактора с серийным прицепом по сравнению с экспериментальным машинно-тракторным агрегатом.
Сравнивая результаты теоретических и экспериментальных зависимостей, необходимо отметить, что они находятся в пределах доверительного интервала, что говорит о достоверности полученных данных.
Энергетическая и экономическая оценка выполненных исследований
Применение в настоящее время методов оценки производства сельскохозяйственных культур по затратам труда и экономическим показателям (приведенные затраты, рентабельность и др.) в ряде случаев недостаточно, поскольку эти показатели имеют существенные колебания, определяемые политикой ценообразования и не позволяют установить уровень необходимых затрат энергии на производство продуктов. Возникающий дефицит энергии в мире требует такого подхода к оценке механизированных технологий и технологических процессов, при которых должны учитываться энергетические затраты на производство каждого вида сельскохозяйственной продукции.
В связи с созданием как новой техники, так и новых технологий, возникает необходимость оценки их эффективности применения. С постоянным ростом цен на энергоносители Всероссийский институт механизации разработал методику, по которой в качестве критерия эффективности взята энергоемкость. Связано это с тем, что данный показатель не зависит от изменения цен на энергоносители. Данная методика позволяет провести сравнительный анализ при обосновании эффективности применения новой техники.
За основной критерий энергетической оценки принимают показатель энергетической эффективности; он учитывает затраты энергии как прямой, так и косвенной, необходимой для производства единицы продукции, а также энергию, которая содержится в конечном продукте.
Методические и нормативные материалы, учитывающие эффективность разработки представлены в работах [144, 25, 51, 57, 42, 92, 70, 98, 99, 26,161].
Используя методику, предложенную в работе [144], произведен расчет эффективности применения на сельскохозяйственных работах трактора МТЗ-82 с прицепом 2ПТС-4, имеющим активный ведущий мост. Исходные данные для расчета взяты из хронометражных наблюдений, проведенных на транспортных работах.
