Введение к работе
з
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем, которая стоит сегодня перед учеными - аграрниками, является поиск эффективных путей использования сапропеля на удобрение с целью увеличения выпуска продукции растениеводства на основе повышения плодородия почвы в зональных научно-обоснованных системах земледелия.
При интенсивном развитии земледелия особое значение приобретает проблема повышения эффективности факторов его интенсификации, которая не может быть решена, прежде всего, без увеличения содержания органического вещества в почве.
В Нечерноземной зоне России с низким естественным плодородием, в настоящее время до 15% почв содержит менее 1% гумуса, а 80% почв - от 1 до 2%. Чтобы ликвидировать дефицит гумуса и повысить урожайность, требуется увеличить внесение органических удобрений на 40% к достигнутому уровню.
Наличие существующей кормовой базы, подстилочного материала, способы содержания животных и запасы торфа не могут обеспечить производство органических удобрений в полной мере. Вместе с тем установлено, что одним из важнейших резервов местного органического сырья являются богатейшие запасы озерных сапропелей.
Сапропель содержит азот, фосфор, кальций, калий, большой набор микроэлементов, некоторые антибиотики, биостимуляторы. Кроме того, по содержанию основных питательных элементов питания растений, биологической активности, способности активизировать микробиологические процессы в почве сапропель превосходит торф.
Однако недостаточная изученность сапропелевых месторождений, отсутствие специальных рабочих органов для подачи сапропеля естественной влажности, несовершенство технологий производства и внесения удобрений привели к тому, что в большинстве областей региона местные ресурсы органического сырья сапропелей используются слабо. В СНГ и за рубежом накоплен обширный опыт работы с сапропелем, однако этих материалов недоста-
точно для повышения эффективности использования сапропеля естественной влажности на удобрение в условиях Нечерноземной зоны России.
Поэтому повышение эффективности механизированного процесса использования сапропеля с улучшением его качества и природоохранных показателей, в основе решения которой должны лежать новые прогрессивные технологии, имеет важное научное и народно-хозяйственное значение.
Решению указанной народно-хозяйственной проблемы посвящена диссертационная работа, выполненная в период 1994-1998 г.г. в рамках координационных планов региональной научно-технической программы «Нечерноземье».
Цель и задачи исследований. Научно обосновать улучшение качественных характеристик сапропеля, выбрать рабочий орган, установить конструктивные и технологические параметры, и на этой основе повысить эффективность использования сапропеля естественной влажности, улучшить качество удобрений и охрану природной среды. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
используя метод группового учета аргументов и результаты экспериментальных исследований, установить зависимости основных физико-механических свойств сапропеля естественной влажности и обосновать пути улучшения его качества;
применяя методы математического моделирования, изучить процесс трансформирования сапропеля органическими добавками с целью обоснования технологических параметров улучшения его основных характеристик;
выработать методический подход улучшения качества сапропеля и обосновать тип нагнетателя для внутрипочвенного внесения удобрений естественной влажности;
разработать теоретические основы обоснования и выбора конструктивных и технологических параметров нагнетателя для подачи сапропелевых удобрений естественной влажности с механическими и волокнистыми включениями растительных остатков;
- провести экспериментальную проверку агрономической ценности сапропелевых удобрений и рабочего органа для подачи, определить экономическую эффективность и дать практические рекомендации производству.
Методика исследований. В соответствии с поставленными задачами методикой предусматривалось проведение теоретических и экспериментальных исследований на основе системного подхода. Экспериментальная часть работы выполнена на озерах Псковской области, на территории которой расположено свыше 3,5 тысяч озер с общим запасом сапропеля свыше 1 млн. т. Основные исследования проведены на озерах Теляжно, Меленка, Лышники и в колхозе «Труженик» расположенного в южной части области.
Состав и свойства сапропеля определяли в соответствии с методическими указаниями по разведке озерных месторождений и агрохимическому анализу сапропелей.
Аналитическую и исследовательскую работу выполняли в лабораториях кафедр общего земледелия и агрохимии, тракторов и сельхозмашин, проблемной лаборатории лугового кормопроизводства Великолукской ГСХА и в Великолукской проектно-изыскательной станции.
В основу теоретических исследований положены математические модели взаимодействия сапропеля с винтовыми поверхностями шнекового нагнетателя, положения физики, теоретической механики, гидравлики и высшей математики.
Экспериментальные исследования физико-механических свойств сапропеля, агрохимических и микробиологических показателей, влияние его внесения на свойства почвы, рабочих характеристик нагнетателя проводили с применением методик группового учета аргументов и планирования многофакторных экспериментов. Обработку экспериментальных данных осуществляли методами математической статистики с использованием ПЭВМ.
Научная новизна. Впервые использован комплексный подход оценки эффективного использования сапропеля естественной влажности на удобрение и выбора рабочего органа с использованием результатов исследований физико-механических, агрохимических и микробиологических свойств сапропеля.
Установлены физико-математические зависимости основных характеристик и конструктивных параметров шнекового нагнетателя для подачи сапропелевых удобрений естественной влажности.
На основании современных требований к органическому сырью разработан методический подход улучшения качественных характеристик сапропеля и научно обоснован новый способ производства и использования сапропелевых удобрений естественной влажности, в соответствии с которыми предложена технология и комплекс машин.
На защиту выносятся следующие научные положения:
совокупность математических моделей свойств сапропеля в залежи, послуживших основой для улучшения качества сапропелевого сырья и расчета технологических параметров шнекового нагнетателя;
номограммы для определения физико-механических, агрохимических и микробиологических характеристик сапропеля естественной влажности;
математические модели для определения конструктивных и технологических параметров шнекового конического нагнетателя для подачи сапропеля естественной влажности с органическими добавками жидкого навоза;
.- математические модели для определения параметров технологии улучшения качества сапропелевого удобрения путем трансформирования жидким навозом при внутрипочвенном внесении. Практическая ценность и реализация результатов исследований. Практическая ценность заключается в том, что в результате проведенных исследований получена возможность внедрения механизированной технологии приготовления и внесения сапропелевых удобрений естественной влажности в производство, которая наиболее полно учитывает агрохимические, микробиологические и физико-механические свойства сапропеля, что способствует существенному улучшению качества удобрений и охраны окружающей среды. Разработан и внедрен в производство шнековый нагнетатель для подачи сапропелевых удобрений естественной влажности. Выявлены наиболее рациональные органические удобрения с утилизацией жидкого навоза.
Разработанные методы расчета и определения конструктивных и технологических параметров рабочего органа, физико-механических свойств, агрохимических и микробиологических характеристик сапропеля могут использоваться в конструкторских организациях и научных учреждениях при создании и совершенствовании техники для подачи сапропеля, а также в высших и средних учебных заведениях при обучении студентов сельскохозяйственных специальностей.
Апробация работ. Основные результаты исследований диссертационной работы доложены и одобрены на межвузовских научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в 1996, 1998 г.г. Материалы диссертации апробированы на расширенных заседаниях кафедры тракторов и сельхозмашин, совета инженерного факультета Великолукской ГСХА.
Публикации. Основные положения и результаты исследований опубликованы в четырех печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературы, приложения. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 28 рисунков. Список литературы содержит 167 наименований, в том числе 7 иностранных.
