Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 13
1.1 Анализ тенденций развития технологий и технических
средств для возделывания зерновых культур 13
-
Система обработки почвы ипосев 13
-
Система применения удобрений 19
-
Система защиты растений 20
-
Уборка урожая 21
-
Характеристика современного состояния технического оснащения производства основных сельскохозяйственных культур 24
-
Агротехническое, энергетическое, экономическое и экологическое обоснование применимости «нулевой» обработки почвы и прямого посева с.-х. культур 30
-
Использование гербицидов при «нулевой» и минимальной обработках почвы 33
-
Защита посевов от вредителей и болезней 36
-
Система машин для энергосберегающих технологий 36
-
Экономическая эффективность применения энергосберегающих технологий 37
1.4 Методические положения по технологическому и техниче
скому обеспечению энергосберегающих
технологий в растениеводстве 38
1.4 Л Системный подход к обоснованию технологий, машин и их
внедрению 38
-
Методические предпосылки оптимизации ресурсозатрат в растениеводстве 43
-
Оценка эффективности методов проектирования элементов
системы технического оснащения растениеводства 47
1.5 Краткие выводы, цель и задачи исследований 54
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ 59
2.1 Концепция ресурсосбережения в растениеводстве 59
2.1.1 Структурная модель развития и методических основ решения
проблемы ресурсосбережения 66
2.2 Обоснование рациональных параметров ресурсосберегающих
агрегатов 69
-
Оптимизация параметров универсального опрыскивателя полевых культур 70
-
Обоснование параметров зерновой сеялки прямого посева 77
-
Обоснование параметров и режима работы кукурузной сеялки прямого посева 78
-
Обоснование рациональных параметров агрегата для внесения безводного аммиака в почву 90
-
Оптимизация режимов работы подборщика - измельчителя соломы 90
2.3 Совершенствование методов проектирования и оценки
эффективности оптимального технического оснащения
сельхозтоваропроизводителей 92
-
Компьютерное проектирование механизированных технологий 92
-
Математическая модель оптимизации состава МТП сельскохозяйственных товаропроизводителей 101
-
Зависимость энергетической эффективности от уровня интенсификации производства 105
-
Методика комплексной оценки системы технологий и машин L09
-
Краткие выводы 115
ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИС
СЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЙ 116
-
Программа экспериментальных исследований 116
-
Общая методика исследований 117
-
Оборудование, экспериментальные установки, приборы и аппаратура, применяемыев исследованиях 118
3.3.1 Комбинированный агрегат для внесения безводного аммиака
или жидких комплексных удобрений 118
-
Зерновая сеялка прямого посева СЗК-4,5 122
-
Сеялка кукурузная для прямого посева 124
-
Междурядный культиватор для внесения ЖКУ на прямых посевах пропашных культур 126
-
Подборщик-измельчитель соломы 127
-
Ультрамалообъемный опрыскиватель 130
-
Почвообрабатывающий посевной агрегат 132
-
Методика эксплуатационно-технологической оценки сельскохозяйственной техники 141
-
Методика определения погрешности измерительных цепей, количества измерений и градуировки измерительного оборудования..., 147
-
Определение основной погрешности измерений аналоговых каналов и счета дискретных каналов при тензометрировании.. 151
-
Градуировка измерительного оборудования 152
-
Методика биоэнергетической оценки машин и технологий.... 154
-
Методика комплексной оценки результатов исследований 156
-
Краткие выводы 157
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИС
СЛЕДОВАНИЙ 158
4.1 Агротехническая и эксплутационно-технологическая оценки
ресурсосберегающих MTA 158
4.1.1 Испытание кукурузной сеялки прямого посева 161
4.2 Рациональные параметры и режим работы разработанных
МТА 166
-
Оптимальные параметры и режим работы комбинированного агрегата для щелевания почвы и внесения безводного аммиака 166
-
Оптимальные параметры и режим работы зерновой сеялки прямого посева 175
-
Оптимальные параметры и режим работы ультрамал о объемного опрыскивателя 180
-
Рациональный режим работы подборщика-измельчителя соломы 185
-
Рациональные параметры и режим работы кукурузной
сеялки прямого посева 187
4.3 Оптимальный состав МТП и технологические комплексы
машин ПСК «Предгорье Кавказа» 188
4.4 Краткие выводы 205
5 РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ
ОСНОВНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР 206
5.1 Особенности ресурсосберегающих технологий 206
-
Технология возделывания и уборки озимой пшеницы 206
-
Особенности технологии возделывания и уборки кукурузы.... 207
-
Особенности технологии возделывания подсолнечника 209
5 Л .4 Особенности технологии возделывания других сельскохозяй
ственных культур 210
5.2 Энергетически й анализ ресурсосберегающих технологий 211
5.2.1 Затраты совокупной энергии при возделывании озимой
пшеницы по различным вариантам применяемых технологий.. 211
5.2.2 Энергозатраты на производство кукурузы с использованием
применяемых технологий 214
-
Биоэнергетическая оценка сравниваемых технологий возделывания и уборки сельскохозяйственных культур в севообороте ПСК «Предгорье Кавказа» 217
-
Зависимости урожайности озимой пшеницы и коэффициента биоэнергетической эффективности от расхода ресурсов и вариантов технологий 223
-
Влияние технологии «нулевой» обработки почвы на ее плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур 230
-
Влияние технологии «нулевой» обработки почвы на ее физические свойства 233
-
Влияние способов обработки почвы на физические свойства, воздухообеспеченность, содержание влаги и урожайность озимой пшеницы и кукурузы 245
5.6 Краткие выводы 249
б ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕ
ДОВАНИЙ 251
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 256
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 260
ПРИЛОЖЕНИЯ 291
Введение к работе
Современное социально-экономическое состояние агропромышленного комплекса России, в том числе и Краснодарского края, характеризуется крайней неустойчивостью, развитием негативных процессов, как в хозяйственной деятельности, так и в социальном отношении. Отсутствует четкая аграрная и социальная политика, направленная на создание высокоэффективного, ориентированного на рыночные отношения аграрного сектора экономики. Одновременно сложились такие неблагоприятные тенденции как инфляция, снижение финансирования аграрного сектора в федеральном бюджете, закономерное повышение цен на энергоносители и т.п. Все это предопределило широкое развитие деградационных процессов, которые выражаются в следующем: за последние 10 лет на Кубани произошло уменьшение и качественное ухудшение основных фондов сельского хозяйства. Выбытие основных средств в 10-11 раз превысило их ввод. Приобретение тракторов сократилось в 15 раз, грузовых автомобилей - в 22 раза, зерноуборочных комбайнов и другой сельскохозяйственной техники - в 15-20 раз. Парк машин катастрофически стареет, годовые нагрузки растут, превышая номинальные, что не позволяет своевременно выполнять необходимые объемы работ и приводит к недобору урожая. Существует серьезная опасность в ближайшие годы прекращения производства на основе машинных технологий большинством хозяйств края и страны; резко снизилась обеспеченность сельхозтоваропроизводителей оборотными средствами, и цены на них периодически увеличиваются; падает плодородие почвы в результате того, что вынос питательных веществ урожаем примерно в 4 раза превышает внесение с удобрениями. За по-следние 50 лет на черноземах Кубани содержание гумуса снизилось на 30-35% и на столько же количество азота [208]. Исследованиями установлено, что темпы ежегодной дегумификации черноземов продолжают оставаться на уровне 0,01-0,03% от его содержания в почве, а на эрозионно-опасных участках увеличиваются до 0,05 [170]. В последние годы дефицит баланса гумуса по краю со- ставляет 0,46 тонны на 1 га пашни, а потребность в органических удобрениях 7,6 т/га [208]; - катастрофически сокращаются объемы инвестиций в АПК, доля бюджетных средств в аграрных инвестициях сократилась до 7%. Существующая система инвестиционного процесса не обеспечивает даже простого воспроизводства капитала; -диспаритет цен на сельскохозяйственную и промышленную продукцию, рост внутренних цен резко ухудшает финансовое состояние сельхозтоваропроизводителей, большинство из которых является убыточными.
Все это привело к уменьшению валового производства продукции сельского хозяйства (на 40-45% по сравнению с 1990 годом).
Для выхода из кризиса необходимы усилия по государственной поддержке и регулированию АПК, а также повсеместный переход на современные технологии нового поколения.
На основе современных технологий базируется законченный производственный цикл получения сельскохозяйственной продукции. Технологии являются основой эффективного ведения сельского хозяйства, цель которых получить максимум продуктов сельскохозяйственного производства высокого качества с минимальными затратами труда и средств. Для достижения данной цели решается научно-техническая проблема, заключающаяся в установлении закономерностей ресурсосбережения в растениеводстве, применении оптимальных с.-х. технических систем, с учетом уровня производства интенсификации производства продукции и новых технологий для повышения её" конкурентоспособности и воспроизводства плодородия почвы. С сохранением почвенного плодородия решаются следующие проблемы: эрозии и дефляции черноземов, регулирования водного режима территорий, оптимизации физических показателей почвы и ее гумусового состояния.
Роль ресурсосберегающих технологий в сохранении почвенного плодородия исключительно актуальна. Дело в том, что уже сейчас у земледельцев края большую тревогу вызывает систематическое обеднение почвы органиче- ским веществом, во многих работах [169,170,207] акцентируется мысль, что «на черноземах мы подошли к опасной черте, не только значительной потере плодородия, но и основных показателей, характеризующих их генетический тип». Следовательно, необходимо разработать технологии нового поколения с применением технических средств, отвечающих требованиям экологии, энергоресурсосбережения и охраны почвы.
В своей кандидатской диссертации [209] мы частично коснулись решения указанной проблемы при возделывании озимой пшеницы. В данной работе решается проблема сохранения плодородия почвы при возделывании с.-х. культур в севообороте хозяйства (на примере ПСК «Предгорье Кавказа»).
В разработанных наукой методологических основах ресурсосбережения недостаточно полно отражены особенности агроландшафтной системы земледелия, не отражена роль «нулевой» обработки почвы и прямого посева сельскохозяйственных культур, не увязаны в систему все составляющие проблемы ресурсосбережения, комплексная и биоэнергетическая > оценка технологий. При разработке технологий нового поколения требуется комплексный учет отдельных задач по правильному подбору сортов и гибридов применительно к поч-венно-климатическим и природным условиям, способу посева, оптимальных сроков проведения работ, научно обоснованных систем применения удобрений, защиты растений, обоснованию комплексов машин, обеспечивающих качественное, высокопроизводительное выполнение работ, режимов, оптимальных регулировок машинно-тракторных агрегатов, снижению потерь и повреждения продукции, выбору наиболее рациональных форм организации производственных работ. Технология предусматривает также применение современных методов контроля качества выполняемых работ, поддержание высокой надежности выполнения технологического процесса работы машин при изменении условий.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Кубанского государственного аграрного университета в 1997-2004 гг. (№ ГР 01960009007 за 1996-2000 гг. и № 01200113467 на 2001-2005 гг.).
Цель исследований - обоснование и разработка высокоэффективных ресурсосберегающих технологических процессов и технических средств для возделывания основных сельскохозяйственных культур на основе «нулевой» обработки почвы.
Научную новизну представляют: -методические основы ресурсосбережения технологических процессов возделывания основных сельскохозяйственных культур, применительно к агро-ландшафтной системе земледелия, оптимизации технологий и комплексов машин; -система автоматизированной корректировки сроков выполнения технологических операций; -технологические схемы и параметры машин для внесения безводного аммиака, универсального опрыскивателя полевых культур, зерновой и кукурузной сеялок прямого посева и др.; -закономерности изменения физических свойств почвы от способов обработки и посева; -зависимости изменения урожайности зерновых культур и коэффициента биоэнергетической эффективности от способов обработки почвы, посева, а также от уровня интенсификации в ГДж/га; -алгоритмы оптимизации и параметры разработанных машин и агрегатов, основанные на использовании новейшей версии универсальной математической системы Math Basic 4.5.
Новизна технических решений подтверждается патентом, двумя положительными решениями на изобретения (приложения 9-10), а также свидетельством Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ (приложение 27).
Практическая значимость результатов исследований заключается в предложенных энергосберегающих технологиях возделывания, уборки основных сельскохозяйственных культур (пшеницы, кукурузы, сои, подсолнечника, люцерны и др.), конструктивных схемах и параметрах машин для сеялок прямого посева, универсального опрыскивателя полевых культур, подкормщика пропашных культур, агрегата для внесения безводного аммиака, а также в методических разработках по компьютерному проектированию технического оснащения сельхозтоваропроизводителей.
Разработанные энергосберегающие технологии и технические средства для их реализации одобрены МСХ РФ, департаментом сельского хозяйства и продовольствия Краснодарского края, приняты к внедрению (приложения 1-4; II).
По результатам исследований разработаны и внедрены в производство: сеялка прямого посева СЗК-4,5 (приложения 6-8), агрегат для внесения безводного аммиака, агрегат для подкормки пропашных культур, универсальный опрыскиватель полевых культур (приложение 9).
Методологические основы энергосбережения в технологических процессах возделывания сельскохозяйственных культур внедрены в учебный процесс Кубанского госагроуниверситета и рекомендованы к внедрению в ВУЗах Мин-сел ьхоза России (приложения 2 и 11).
На защиту выносятся следующие основные положения: методические основы ресурсосберегающих технологий возделывания с.-х. культур; структурные и концептуальные модели методических решений проблемы ресурсосбережения в растениеводстве; технологические схемы, оптимальные параметры и режимы работы сеялок прямого посева, универсального опрыскивателя, агрегата для внесения безводного аммиака, подкормщика пропашных культур; зависимости конструктивных и эксплуатационных показателей разработанных машин от условий эксплуатации; зависимости основных показателей физических свойств почвы и урожайности зерновых культур от способов обработки почвы и прямого посева; комплексная и биоэнергетическая оценка эффективности предлагаемых энергосберегающих технологий.
Основные положения работы рассмотрены и одобрены на НТС Департамента сельского хозяйства администрации Краснодарского края, ежегодных научных конференциях факультета механизации сельского хозяйства КГАУ (1999-2004 гг.), Всероссийских научно-практических конференциях по годовым итогам НИР в области механизации сельского хозяйства (1999 г., 2002-2003 гг.), краевых совещаниях и семинарах со специалистами сельского хозяйства. ПСК «Предгорье Кавказа» Краснодарского края, где внедрены все результаты исследований автора, распоряжением главы администрации края определено в качестве базового хозяйства по изучению и внедрению энергосберегающих технологий в растениеводстве (приложение 4; 5).
Автор диссертации являлся руководителем всех научных исследований по технологиям «нулевой» обработки почвы и прямому посеву сельскохозяйственных культур, выполняемых в ПСК «Предгорье Кавказа» Северского района с 1992 года. Отдельные этапы работ по обоснованию рациональных параметров кукурузной сеялки прямого посева, подборщика - измельчителя соломы выполнены совместно с аспирантами кафедры эксплуатации МТП Кубанского ГАУ Шулекиным СВ. и Артемовым В.Е. Совместно с доцентом кафедры растениеводства КубГАУ к.с.-х.н. Загорулько А.В. изучено влияние уровня интенсификации производства зерна озимой пшеницы с учетом различных вариантов технологий возделывания на показатель энергетической эффективности, за что автор выражает всем признательность и искреннюю благодарность, а также заведующему кафедрой почвоведения, д.с.-х.н., профессору Штомпелю КХА. за помощь в изучении физических свойств почвы в различных вариантах технологий.
