Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач защищенного грунта является обеспечение овощеводства открытого грунта рассадой, выращенной в теплицах. Рассадой возделывают более 60% посевных площадей овощных культур в открытом грунте. Из них 90% площадей возделывают безгоршечной рассадой. Для этих целей ежегодно выращивают в пленочных теплицах около 18 млрд. шт. рассады капусты белокочанной, томатов, перца, баклажан и др. овощных культур.
Вмесіе с тем, рассадный способ возделывания овощных культур безгоршечной рассадой в открытом грунте сопряжен с большими затратами труда и денежных средств.
Механизация технологического процесса предусматривает, чтобы объект механизации имел технологическую базу с устойчивыми показателями маши-нопригодности. Безгоршечная рассада овощных культур, вырапщваемая по существующим технологиям, к моменту ее уборки и пересадки в открытый груш имеет, как известно, большую дисперсию по биологическим, технологическим и физико-механическим свойствам. Технологическая база в такой рассаде практически отсутствует и по этой причине она не отвечает требованиям механизации, то есть, не является машинопригодной.
Для комплексной механизации и автоматизации рассадного способа возделывания овощных культур необходимо разработать новые энергосберегающие технологии выращивания рассады в теплицах, последовательно формирующие ее машинопригодные свойства на всех стадиях ее развития, а также создать экологически чистые средства механизации. Для этого необходимо провести теоретические и экспериментальные исследования в области повышения посевных качеств семян и формирования у них свойств машинопригод-ности, исследования процесса подготовки почвы в теплицах с точной планировкой и уничтожением сорной растительности, исследование процесса точного высева семян по одному с заданным шагом и на одинаковую глубину, обеспечивающего эксергию прорастания семян, повышение дружности их всходов и уменьшение дивергенции ростков, исследование процесса ухода за рассадой, обеспечивающего машинопригодные ее свойства и максимальный выход со стандартными показателями, удовлетворяющими требованиям ее механизированной уборки и посадки в открытый грунт.
Разработка технологии и технических средств выращивания безгоршечной рассады овощных культур с машинопригодными свойствами является актуальной научной, технической и биотехнологической проблемой современного овощеводства открытого грунта, имеет важное народно-хозяйственное значение.
Цель работы — разработка и внедрение в пленочных теплицах технологий и технических средств механизации производства машинопригодной рассады овощных культур для открытого грунта.
4 Объектами исследования являются технологии выращивания в пленочных теплицах безгоршечной рассады овощных культур, семена рассадных овощных культур, тепличный грунт, безгоршечная рассада, оборудование для комплексной обработки семян, сеялки для точного односеменного высева, рабочие органы для ухода за посевами и рассадой.
Предметом исследования являются биотехпологические системы (семена, внешняя среда, средства механизации, технологические режимы) комплексной обработки семян рассадных овощных культур, посева семян и ухода в фазе их проращивания, ухода в фазе вегетативного развития рассады; организационные формы производства и посадки машинопригодной рассады овощных культур в условиях рыночных экономических отношений.
Методика исследований. Теоретические исследования взаимодействия рабочих органов машин и оборудования с рабочей средой базируются на методах классической механики и математического анализа. Исследования технологических процессов производства и посадки рассады, выбор перспективных направлений их развития проводились графоаналитическим методом, в частности, методом построения квазиупорядоченных графов. Разработка научной гипотезы о взаимодействии семян с внешней средой в фазе их проращивания основывалась на законе С.А. Аррениуса о скорости протекания диффузионных массообменных, термодинамических и химических процессов в системах с клеточной сіруктурой. Гипотеза о влиянии фитотреннинга рассады на ее биологические, технологические и физико-механические свойства основывалась на учении о физиологии растений. Научная концепция последовательного формирования машинопригодных свойств рассады разработана на основании единой генетической программы, объединяющей все стадии развития растения и реагирующей на изменения факторов внешней среды. Исследования биотехнологических систем проводились по методике оптимизации многофакторных технологических процессов, нахождения эмпирических вектор-функций отклика (уравнений регрессии), их исследования методом визуализации трехмерных сечений векторного пространства отклика по программе MATLAB 6,5.
Экспериментальные исследования проводились по стандартным методикам испытаний сельскохозяйственных машин и оборудования для защищенного грунта, а также по частным методикам при исследовании новых технологических процессов, например, ступенчатой заделки семян почвой, тепловой обработки почвы и посевов, фитотреннинга рассады.
Хозяйственные испытания проводились в различных почвенно-климатических условиях, что обеспечило их результатам высокую достоверность и объективность.
Научную новизну работы составляют: концепция последовательного формирования машинопригодных свойств рассады и ее биотехнологические системы; вектор-функции отклика биотехнологических систем, отражающие влияние технологических режимов предпосевной обработки семян на их посевные качества, влияние параметров высевающего аппарата, глубины вакуума в пневмосистеме сеялки, глубины заделки семян, плотности почвы над семенами, экспозиции тепловой обработки посевов на равномерность расположения
5 всходов, их дивергенцию и динамику прорастания, влияние режимов фитот-реннинга рассады на выровненность ее по высоте и но физико-механическим свойствам к моменту уборки и пересадки в открытый грунт; дифференциальные уравнения динамики движения семян в роторных шлифовальных органах, в высевающем аппарате сеялки точного высева; дифференциальные уравнения динамики движения бороэдообразующего и бороздозаделывающего катков сеялки точного высева; новая аналитическая зависимость коэффициента формы семян овощных культур, отражающая синергетику их биологической сгрукту-ры; преобразование уравнения С.А. Аррениуса, описывающее скорость протекания диффузионных массообменных, термодинамических и химических процессов в клеточных структурах на уровне эксергии, в уравнение действия факторов роста в фазе прорастания семян, отражающее динамику появления всходов семян в зависимости от их стартового биоэнергетического ресурса и степени оптимизации факторов роста; новое аналитическое определение коэффициента поглощения энергии удара семенем, раскрывающего физику повышения энергии прорастания семян методами барботирования, тепловой обработки, лазерного облучения; новое аналитическое определение коэффициента задержки роста стебля рассады в высоту в зависимости от интенсивности ее фитотрен-нинга.
Практическая ценность работы заключаегся в создании и внедрении энергосберегающих и экологически чистых технологий и технических средств выращивания машинопригодной рассады для открытого грунта: для повышения посевных качеств исходных семян овощных культур (четыре наименования оборудований и два мини-цеха на их основе), для точного высева семян в теплицах (семейство сеялок точного высева семи наименований), для тепловой обработки почвы и посевов (семейство огневых культиваторов четырех наименований), для ухода за рассадой (фитотренажер и обрезчик корней в междуря-диях), а также экологически чистое тепличное мостовое электрошасси для агрегатирования с перечисленными выше машинами.
Новизна технических решений при создании указанных выше технологий и технических средств подтверждена шестью авт. свид. на изобретения новых способов и устройств.
Реализация результатов исследований. По результатам научных исследований, при участии автора совместно с рядом КБ и НИИ, разработаны и поставлены на производство:
установки для обработки семян перед посевом (четыре наименования) -изготовлено 72 шт;
Мини-цех для комплексной обработки семян перед посевом - построено 2 мини-цеха;
семейство сеялок точного высева (семь наименований) - изготовлено 510 шт;
огневые культиваторы четырех модификаций для тепловой обработки посевов - изготовлено 146 шт.
Разработаны и испытаны опытные образцы мостового электрошасси, фи-тотренажера и обрезчика корней в междурядиях.
Внедрение в производство рекомендаций соискателя позволило резко поднять качество высеваемых семян с увеличением их всхожести до 98-99%, уменьшить на 20% норму расхода семян, снизить затраты труда по уходу за культурными растениями более чем в 2 раза, а на операции выборки рассады -в 22 раза, получить рассаду, пригодную для механизированной уборки автома-іизированной посадки в открытый грунт.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены Ученым советом ОАО «ВИСХОМ» (1999, 2002 и 2004 п.), Карачаево-Черкесским НИИ сельского хозяйства (2001, 2002 и 2003 гг.), на заседании кафедры растениеводства ТСХА (2001 г.), в ГСКБ по машинам для защищенного грунта (Ленинград, 1999 г.), в Ставропольском СХИ (2000, 2001, 2003 гг.), в тепличных хозяйсівах Ставропольского края и Карачаево-Черкессии (1998, 2000, 2003 гг.), в «Ставропольагропромпроекте» (2000, 2001 гг.), в Ставропольском АПК (2003 г.), в АПК республик Молдавия (2001 г.), Северная Осетия (2000 г.), в Карачаево-Черкессом ІІИИСХ (2004 г.), в НПО «Селекционная техника» (г. Симферополь, 2000 г.), Украинском НИИМЭСХ (нос. Гле-ваха Киевской обл., 1999 г.) в Астраханском институте «Сельхозпроект» (1999 г.), в ОГГХ УкрНИИОБ (пос. Мерефа Харьковской области, 1983 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 печатная работа, в том числе две монографии (16,0 п. л. в 2003 г. и 12 п. л. в 2004 г.), 6 авт. свид. на изобретения новых способов и устройств. Общий объем публикаций составил более 36 иеч. л., из них лично автора более 32 печ. л.
На защиту выносятся:
-
Научная концепция формирования оптимальных параметров машино-иригодной рассады.
-
Технологии и биотехнологические системы (БТС) и технические средства для их осуществления, обеспечивающие формирование матнинопригодных свойств безгоршечной рассады предпосевной обработкой семян, точным высевом семян, уходом за посевами в фазе прорастания семян и фазе вегетативного развития рассады.
-
Результаты теоретических исследований рабочих органов по подготовке семян к посеву и по точному высеву семян в теплице.
-
Результаты экспериментальных исследований, полевых и государственных испытаний комплекса машин для производства в теплицах машинопри-годной рассады для открытого грунта.
-
Экономическое обоснование рассадно-овощного комплекса, обеспечи-вающеі о рассадой овощеводство открытого грунта на площади 300 га.