Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДО
ВАНИЙ 12
1.1. Современное состояние и анализ эффективности использования ре
сурсов при интенсификации кормопроизводства в природно-
производственных системах Волго-Вятского региона 12
1.1.1. Классификация и особенности интенсификации
природно-производственных систем сельского хозяйства 15
1.1.2.0бщая характеристика агроклиматических ресурсов
интенсификации кормопроизводства 20
1.1.3. Анализ показателей оценки эффективности использования
техногенных и трудовых ресурсов при интенсификации техноло
гических процессов кормопроизводства 25
1.2. Анализ состояния, резервы и пути снижения энергоресурсоёмкости
механизированных технологий кормопроизводства 29
1.3. Основные принципы и организационные формы использования тех
ники в технологических линиях кормопроизводства 34
1.4. Характеристика методов и критериев оптимизации состава и режимов
использования производственных ресурсов 38
-
Основные виды оптимизационных задач и особенности формирования математических моделей их решения 38
-
Характеристика моделей и критериев оптимизации состава и
режимов использования производственных ресурсов 42
1.5.0собенности проектирования и управления природными и техноген
ными процессами кормопроизводства в природно-производственных сис
темах 50
-
Влияние складывающихся условий сезона на сроки и качество выполнения механизированных работ 50
-
Методы обоснования продолжительности проведения полевых механизированных работ 55
-
Роль и место прогнозирования в задачах проектирования и управления природными и техногенными процессами производства 59
1.6. Постановка проблемы, цель и задачи исследований 64
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВ -
НОСТИ ФУКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ КОРМОПРОИЗВОДСТВА 66
2.1 Обоснование системных принципов и критериев формирования
производственных систем на основе энергоресурсосбережения 66
2.2. Основы функционирования производственных процессов кормопро
изводства как биоэнергетической системы 72
2.3 Экологические аспекты функционирования системы производства
кормов 81
2.4. Математическое моделирование природных и техногенных процессов
кормопроизводства в агроэкосистемах 84
-
Общие закономерности развития процессов в агроэкосистемах 85
-
Обобщённая математическая модель процессов кормопроизводства.. 89
2.5. Основы управления адаптивной интенсификацией процессов
кормопроизводства в складывающихся природно-производственных
условиях агроэкосистем 96
-
Постановка задачи адаптивного управления процессами интенсификации кормопроизводства 97
-
Обоснование алгоритма управления процессами адаптивной интенсификации кормопроизводства 101
-
Системная оценка энергоинфомационных ресурсов управления процессами кормопроизводства 109
2.6. Обоснование параметров функционирования технологических систем
кормопроизводства в складывающихся природно-производственных
условиях сезона 128
2.6.1. Особенности формирования фронта полевых механизированных
работ в складывающихся условиях сезона 128
2.6.2. Обоснование уровней темпов и хода полевых механизированных
работ в складывающихся условиях сезона 132
2.6.3. Обоснование уровней энергетических затрат функционирования
технологических систем кормопроизводства в складывающихся
природно-производственных условиях сезона 139
2.7. Оптимизация состава и режимов функционирования технологиче
ских систем возделывания и уборки кормовых культур 141
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 155
3. ПРОГРАММА И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕН
ТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОИЗВОДСТВЕНЫХ СИСТЕМ 157
-
Программа экспериментальных исследований 157
-
Основы производственного мониторинга агроэкосистем при производстве кормов 158
3.2.1. Цель и основные задачи производственного мониторинга
аргоэкосистем 158
-
Особенности методики сбора и обработки информации 162
-
Методика хронометражных наблюдений 165
-
Совершенствование методики учета особенностей адаптивной интенсификации механизированных процессов уборки кормовых культур 167
-
Методика определения энергозатрат в механизированных
линиях возделывания и уборки кормовых культур 172
3.2.6. Методика прогнозирования природных и техногенных процессов
кормопроизводства 174
3.3. Методика адаптации технологических систем кормопроизводства к
условиям функционирования 179
3.3.1. Уточнение требований к условиям адаптации энергоресурсосбе
регающих технологий 179
3.3.2. Формирование регистров технологических адаптеров на основе
природно-энергитической паспортизации условий
функционирования системы производства кормов 180
3.4. Методика имитационного моделирования использования технологи
ческих систем возделывания и уборки кормовых культур при различных
условиях функционирования 186
3.4.1. Имитационная модель использования технологических систем
возделывания уборки кормовых культур при различных условиях
функционирования 187
3.4.2. Алгоритм имитационного моделирования использования технологи
ческих систем возделывания и уборки кормовых культур при различных
условиях функционирования 205
3.4.3.Методика проведения экспериментов 211
3.5. Методика производственной проверки результатов исследований по
использованию техники в технологических системах возделывания и
уборки в зависимости от складывающихся условий сезона 215
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 222
-
Общая характеристика результатов исследований 222
-
Результаты экспериментальных исследований уровня использования средств механизации в технологических системах возделывания и уборки 224 кормовых культур
-
Условия проведения экспериментальных исследований 224
-
Эксплуатационно-технологическая оценка использования средств механизации в технологических системах возделывания и уборки кормовых культур 227
4.3. Результаты паспортизации природно-энергетических условий функ
ционирования технологических систем кормопроизводства 234
4.3.1. Результаты паспортизации природно-энергетических условий
весеннего периода механизированных работ 234
4.3.2. Результаты паспортизации природно-энергетических условий
периода уборочных работ 244
4.4. Результаты исследований элементов адаптивной интенсификации
технологий заготовки кормов 250
-
Влияние фаз развития травостоя на технологии заготовки кормов 250
-
Влияние срока и времени скашивания на энергетическую эффективность заготавливаемых кормов 254
-
Влияние природно-энергетических условий сезона на интенсивность провяливания и сушки заготавливаемых кормов 261
-
Влияние способов механической обработки растительной массы
на интенсивность и качество провяливания и сушки 269
4.5. Результаты исследований влияния природно-производственных усло
вий на уровни параметров функционирования технологических систем
кормопроизводства 273
-
Результаты исследований методов энергоресурсосбережения в механизированных процессах кормопроизводства в различные по природной энергетике сезоны 281
-
Результаты исследований методов адаптации механизированных процессов возделывания и уборки кормовых культур к региональным условиям производства 2^5
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 315
5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ 317
5.1 Показатели экономической эффективности адаптивного использования
производственных ресурсов в разные по природной энергетике сезоны
5.2. Энергетическая оценка эффективности функционирования технологи
ческих систем возделывания и уборки кормовых культур в складываю
щихся условиях производства 322
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 328
ЛИТЕРАТУРА 332
ПРИЛОЖЕНИЯ 361
Введение к работе
Кормопроизводство является наиболее энергоёмкой и затратной отраслью растениеводства. При этом значимость кормопроизводства определяется не только обеспечением животноводства кормами, но и возможностью способствовать решению проблем по биологизации земледелия, сохранению плодородия почвы и снижению техногенной нагрузки на окружающую среду.
Кормовой клин России составляет почти 80% всех сельскохозяйственных угодий. На долю травянистых кормов приходится более 40% от всех кормовых средств, используемых в хозяйствах России, стоимость одной кормовой единицы травянистых кормов примерно в 1,5 ...2,5 раза ниже, чем кормов , полученных из пропашных культур, и концентрированных кормов. Однако в результате кризисных явлений в экономике, заготовки объёмистых кормов снизились с 79 млн. тонн (1986 - 1990 гг.) до 29,5 млн. тонн кормовых единиц, на кормовые цели производится не более 16 ... 17 млн. тонн зернофуража. В районах с экстремальными условиями производства, таких как Волго-Вятский, Уральский и др. спад производства кормов составляет от 40 до 60%. Обеспеченность хозяйств кормоуборочной техникой не превышает 40 ... 55%, причём количество исправных машин составляет не более 60%.
При этом остаётся низким качество кормов. В производимых кормах содержание протеина составляет 4 ... 10% вместо возможных 14 ... 16%, содержание обменной энергии в 1кг сухого вещества корма 6 ... 7 МДж вместо возможных 10 ...11,5 Мдж. В результате увеличился расход кормов на получение животноводческой продукции: на молоко в 1,5 ...1,9 раза больше нормы; на мясо крупного рогатого скота - в 1,6 ...2,2 раза; свинины — в 1,6 ... 1.9 раза. Если в 1991 - 1996 гг. в структуре себестоимости продукции животноводства затраты на корма составляли в среднем 30 ... 35%, то в 1997 — 2001 гг. их доля возросла до 50 ... 60% и в последние годы имеет тенденцию к росту [91, 168, 207, 224].
В настоящее время в кормопроизводстве ставка делается на применение малоэнергоёмких технологий. Техногенная стратегия интенсификации кормо-
7 производства не принесла желаемого результата. Если на первых этапах её реализации наблюдался значительный рост производства сельскохозяйственной продукции за счёт использования новых интенсивных сортов, внедрения технологий базирующихся на самом широком применении удобрений и пестицидов, применения прогрессивных форм по организации использования высокопроизводительной техники, то в дальнейшим рост замедлился в силу кумулятивного действия негативных явлений техногенной интенсификации на агроэкосисте-мы.
Стало ясно, что дополнительное насыщение технологий техногенной энергией без учета особенностей складывающихся условий в агроэкосистемах, вместо ожидаемого эффекта, приводит к снижению эффективности технологий, проблеме разрушения и загрязнения окружающей среды.
Результаты первых попыток реализации концепции адаптивного развития агропромышленного комплекса на принципах энерго-ресурсосбережения потребовали пересмотра сложившихся представлений о комплексной механизации технологических процессов, разработки новых и уточнения применяемых критериев оценки природных и техногенных процессов в природно-производственных системах, пересмотра регистров технологий производства сельскохозяйственной продукции. В условиях производственного дефицита наиболее предпочтительным оказалось расширение клина многолетних трав с вводом в кормовой конвейер новых высокоурожайных культур, например, таких как козлятник восточный и др. Это подтверждает и сравнительный анализ, так суммарные энергозатраты на возделывание и уборку бобовых трав и их травосмесей составляют в среднем 14,0 ... 15,0 ГДж/га, что в 1,5 раза ниже, чем по зерновым, и в 2,5 ... 3,0 раза ниже по сравнению с кормовыми корнеплодами и кукурузой. Окупаемость затрат энергии или коэффициент энергетической эффективности по травам находится на уровне 4 : 5; по зерновым культурам 2,5 : 3,0; корнеплодам 1,5 : 2,0 [91, 161, 189].
Проблема адаптивной интенсификации кормопроизводства с позиции его экологизации требует принципиально новых подходов к разработке общих сие-
8 темных принципов для решения стратегических и тактических задач производства при возделывании и уборке кормовых культур. Эффективность использования природных и техногенных ресурсов во многом будет определяться энер-го-ресурсной оптимальностью природно-производственных систем кормопроизводства.
Первые работы, посвященные дифференцированному и комплексному использованию природных и техногенных ресурсов производства принадлежат А.Т. Болотову, В.И. Вернадскому, Дж. Ацци, К.А. Тимирязеву, В.П. Мосолову, А.А. Жученко, А.В. Чаянову, И.С. Шатилову. В области энергосбережения, природоохранного и энергосберегающего использования средств механизации основоположниками изучения проблемы являются В.П. Горячкин, В.А. Жели-говский, Б.С. Свирщевский, М.М. Севернее, В.В. Кацигин, Л.П. Кормановский, Н.В. Краснощекое, В.М. Кряжков, И.П. Ксенович и другие.
Дальнейшее развитие проблема получила в исследованиях Н.И. Агафонова, Л.Е. Агеева, В.Р. Алёшкина, В.А. Аллилуева, В.И. Анискина, В.Г. Антипина, В.В. Бледных, В.А. Борзенкова, М.И. Будыко, Г.А. Булаткина, А.И. Буркова, Б.И. Вагина, В.И. Вайнруба, А.Н. Важенина, А.А. Григорьева, Е.И. Давидсо-на, В.Г. Еникеева, Э.В. Жалнина, А.И. Завражного, А.А. Зангиева, Е.М. Зимина, С.А. Иофинова, В.В. Калюги, Л.П. Карташова, А.Д. Кормщикова, Э.И. Липко-вича, Е.А. Лисунова, А.Б. Лурье, П.И. Макарова, И.И. Максимова, Н.М. Морозова, В.Г. Мохнаткина, Ф.Ф. Мухамадьярова, В.Ф. Некрашевича, А.Н. Никифорова, В.И. Особова, В.Д. Попова, Л.Г. Раменского, Е.И. Резника, П.А. Савиных, А.Э. Северного, B.C. Сечкина, В.А. Сысуева, Н.П. Сычугова, В.Ф. Скробача, А.В. Тихомирова, В.А. Токарева, И.Б. Ускова, Г.Е. Чепурина; Р.Ш. Хабатова, Д.И. Шашко и других.
Поэтому проблема теоретического обоснования, разработки и внедрения в производство методов адаптивной интенсификации производственных процессов возделывания и уборки кормовых культур на основе энергоресурсосбережения являются актуальной.
Исследования и разработки, составляющие основу диссертационной работы, выполнены в соответствии с планами научно-исследовательских работ Нижегородской ГСХА с 1979 по 2002 гг., а также согласно плану Министерства агропромышленного комплекса Нижегородской области по развитию сельского хозяйства до 2005 года. Часть исследований проведена в рамках отраслевой программы МСХ СССР О.СХ.108 (1981-1985 гг.). В настоящее время продолжаются исследования в рамках федеральной координационной программы по проблеме "Разработать системы технологизации и инженерно-технического обеспечения агропромышленного производства как основы стабилизации АПК субъектов Российской Федерации Южного, Поволжского и Уральского федеральных округов на 2001 - 2005 гг."
Цель работы заключается в повышении эффективности функционирования технологических систем кормопроизводства на основе адаптивной интенсификации механизированных процессов.
Научную новизну составляют следующие, выносимые на защиту положения и основные результаты, полученные соискателем в процессе исследований:
Концептуальные основы стратегии и тактики повышения эффективности функционирования технологических систем кормопроизводства в складывающихся условиях производства;
Методика паспортизации природно-энергетических условий продукционного периода сезона по участкам наиболее интенсивного использования средств механизации при возделывании и уборке кормовых культур;
3.Методология производственного мониторинга состояния компонентов системы производства кормов;
4.Математические модели и алгоритм оптимизации структуры, состава и режимов функционирования технологических систем кормопроизводства по энергетическим критериям в складывающихся природно-энергетических условиях сезона при различных стратегиях ведения полевых механизированных работ;
Методика имитационного моделирования использования техники в механизированных технологических линиях возделывания и уборки кормовых культур при различных условиях функционирования;
Алгоритм адаптации функционирования технологических систем возделывания и уборки кормовых культур к условиям производства в различные по природной энергетике сезоны;
Методика выбора и обоснования технологических адаптеров при выполнении механизированных работ в зависимости от складывающихся природно-климатических условий сезона;
Алгоритмы для расчёта состава и темпов работы технологических звеньев механизированных линий возделывания и уборки кормовых культур в складывающихся природно-климатических условиях сезона.
Совокупность обоснованных в диссертации научных положений и выводов представляет теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.
По теме диссертации опубликовано 54 научных работ и получено 2 патента на изобретения.
Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях: научных конференциях профессорско-преподавательского состава Нижегородской ГСХА (1981 - 2002 гг.), Ульяновского СХИ (1980, 1983 гг.), Челябинского ИМЭСХ (1984 г.); научных конференциях молодых учёных Горьковской области (1982, 1985 гг.); научных конференциях молодых учёных Волго-Вятского региона (1983 г.); координационных совещаниях по программе 0.СХ.108 в НИПТИМЭСХ НЗ (Пушкин-Ленинград - 1984, 1985 гг.); Всесоюзной научно-технической конференции в ВИМ (Москва - 1984, 1994 гг.), ВИИТиН (Тамбов - 1985 г.); международном экологическом конгрессе (Воронеж - 1996 г.); Российской научно-практической конференции в институте АПК (Н. Новгород - 1997 г.); Втором международном симпозиуме по энергетике, окружающей среде и экономике (Казань - 1998 г.); Региональной научно-практической конференции в Нижего- родском региональном институте управления и экономики АПК (Н. Новгород -2000); Научно-практической конференции в НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого (Киров - 1998 г.); Международных научно-практических конференциях в НИИСХ Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого (Киров — 2000, 2002 гг.); Шестой международной научно-практической конференции независимого научного аграрно-экономического общества России (Москва - 2002).
Работа является результатом самостоятельных исследований соискателя и обобщением некоторых исследований, выполненных аспирантами кафедры «Механизация животноводства» Нижегородской ГСХА под руководством и при непосредственном участии автора диссертации. Некоторые элементы исследований были выполнены совместно с сотрудниками кафедры «Эксплуатация МТП». Всем им автор приносит искреннюю благодарность. Особую признательность автор выражает - д.ф-мат. наук, профессору С.Х. Арансону; д.ф-мат. наук, профессору П.Б. Болдыревскому; д.т.н., профессору Важенину А.Н.; д.т.н., профессору Ю.А. Отмахову, а также кандидатам технических наук: Н.Н. Майорову, И.В. Филимонову, А. А. Юдинцеву, к.ф-мат. наук Е.В. Кругл ову, к.с.-х. наук Н.Н. Кучину.
