Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

Манохина Александра Анатольевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОСАДКИ КАРТОФЕЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ (БИОКОНТЕЙНЕРОВ)

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата

сельскохозяйственных наук

Москва 2012 г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха Российской академии сельскохозяйственных наук.

Научный руководитель:        Старовойтов Виктор Иванович -

       доктор технических наук, профессор,

заместитель директора по инновационной  деятельности с совмещением обязанностей заведующего отделом технологии и инновационных проектов Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства им. А.Г. Лорха Российской академии сельскохозяйственных наук, Заслуженный изобретатель РФ

                                               

  Официальные оппоненты:

       

Горбачев Иван Васильевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент РАСХН, академик-секретарь отделения механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии

Киселев Сергей Николаевич -

кандидат технических наук, доцент,  начальник отдела сельскохозяйственного и лесного машиностроения Министерства промышленности и торговли

Ведущее учреждение:        Государственное  научное учреждение  Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства

  Российской академии сельскохозяйственных наук

Защита состоится л 28   мая  2012 г., в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГБОУ ВПО МГАУ по адресу: 127550, Москва, Лиственничная аллея, дом 16 А, корп. 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГАУ.

Автореферат разослан л___ апреля 2012 г. и

размещён на сайте www.msau.ru л___ апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук                                                        А.Г. Левшин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По валовому производству картофеля Россия зани-мает второе-третье место в мире среди самых крупных производителей. По дан-ным Росстата площадь под картофелем в хозяйствах всех категорий за период 2005-2011 годы стабильно составляет 2,1 - 2,2 млн. га. Доля России в мировом производстве картофеля по посевным площадям и по валовому сбору состав-ляет около 10%. По данным Минздравсоцразвития России рекомендуемая норма потребления картофеля должна составлять 95-100 кг на человека в год. Фактически по данным Росстата в Российской Федерации потребляется в среднем 109 кг на человека в год. Это второй хлеб для россиян. Вместе с тем по показателю средней урожайности (14 т/га) Россия значительно отстает от передовых европейских стран: Германии и Нидерландов (более 35 т/га) и среднего мирового уровня (17 т/га). Картофель остается высоко трудоёмкой, ресурсо- и энергозатратной культурой для производства. В России потенциал урожайности сортов не реализован даже на 50%, поэтому продолжается поиск и обоснование технологий возделывания, повышающих урожайность и качество картофеля. В связи с этим проведение исследований по разработке технологии промышленного выращивания картофеля с использованием биоконтейнеров для повышения эффективности производства высоко-качественного семенного и продовольственного картофеля является актуальной задачей.

Цель работы Ц разработать новую эффективную механизированную технологию посадки мини-, микроклубней и элитного картофеля с использованием биоконтейнеров для выращивания высококачественного семенного и продовольственного картофеля для здорового питания.

Задачи исследований:

- обосновать целесообразность применения технологии возделывания картофе-ля с использованием биоконтейнеров при посадке;

- исследовать и обосновать параметры и режимы работы сажалки для высадки картофеля в биоконтейнерах;

- исследовать в лабораторно-полевых условиях рост, развитие и качество карто-феля, выращиваемого в биоконтейнерах из миниклубней и элитных клубней ранних, среднеранних и среднеспелых сортов;

- провести экономическую и биоэнергетическую оценку;

- разработать рекомендации по выращиванию картофеля в биоконтейнерах.

Научная новизна исследований:

- проведено агротехническое обоснование параметров и режимов процес-са механизации посадки картофеля в биоконтейнерах и доказана возможность возделывания картофеля класса миниклубни малых размеров (размером 10 мм и менее) в полевых условиях открытого грунта;

- разработана схема и определены параметры конструкции рабочего органа для поштучной подачи миниклубней в биоконтейнерах;

- разработана технология посадки клубней с использованием биоконтей-неров для повышения пищевой ценности картофеля.

- достигнута оптимизация питания практически каждого растения, стабильность показателей качества выращиваемого урожая, экономия агрохимикатов (удобрений, гербицидов), и исключена опасность загрязнения окружающей среды и клубней.

Практическую ценность имеют следующие результаты:

Технология для посадки клубней высоких репродукций, имеющих высокий биологический потенциал, размером 10 мм и менее.

Изучены технологические свойства биоконтейнеров с органическими удобрениями для создания технических средств.

Предложен способ экономии удобрений и снижения экологического загрязнения окружающей среды и клубней, позволяющий оптимизировать питание практически каждого растения и повысить стабильность показателей качества выращиваемого урожая.

Разработаны технические средства и рекомендации для механизации посадки картофеля в биоконтейнерах.

Реализация результатов исследований. Результаты научных исследова-ний прошли производственную проверку с одновременным внедрением в КФХ Рыжов С.Н. Базарно-Карабулакского р-на Саратовской области и в АПК Редкинская Тверской области в 2010-2011 гг., которые подтвердили выводы диссертации.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практической конференции (ВНИИКХ, 2009); на научно-практической конференции Современные тенденции и перспективы развития селекции и семеноводства картофеля (ВНИИКХ, 2011).

Публикации результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 8 научных статей, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 131 стр. машинописного текста, состоит из введения, 5 глав (включая обзор литературы), выводов и рекомендаций производству. В работе имеется 26 таблиц, 30 рисунков и 13 приложений. Список использованной литературы содержит 174 источников, в том числе 16 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, цель и задачи исследований, отмечена научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе описаны современные технологии возделывания картофеля, проведён анализ: результатов исследования технологий с различной шириной междурядий, которыми занимались Замотаев А.И., Пшеченков К.А., Старовойтов В.И., Киселев Е.П., Балабанов П.Р., Анненков Б.Г., Павлова О.А. и др.; необходимых средств механизации для выполнения основных операций при возделывании картофеля, которыми занимались Петров Г.Д., Колчин Н.Н., Верещагин Н.И., Ерохин М.Н., Угланов М.Б., Борычев C.Н., Успенский И.А. и др. Проектированием технологических процессов в растениеводстве занимались Зангиев А.А., Костык П.П., Скороходов А.Н., Шидаков Р.С., Варквасов О.А., Бербеков В.Н. и др. Обоснована необходимость создания новых ресурсосберегающих высокоточных технологий. Проведён обзор научной и патентной документации по выращиванию растений с использованием: различных питательных растворов, новых видов органо-минеральных удобрений, биопрепаратов, разных способов подготовки семенного материала, которыми занимались Дорожкин Н.А., Коршунов А.В., Федотова Л.С., Старовойтова О.А., Воловик А.С., Глез В.М., Зейрук В.Н., и др.

Исследования подтверждают, что технология возделывания картофеля должна быть гибкой. В зависимости от почвенно-климатических условий, исходного состояния, ресурсных возможностей, целей и задач эта гибкость должна проявляться как в выборе комплекта машин, так и в проведении конкретных технологических операций.

Биоконтейнер - это шарик спрессованных удобрительных компонентов и микроэлементов диаметром 20, 30, 40 или 60 миллиметров с пустотой-ложем, в которое закладывается семя, клубень или полученный из меристемы оздоров-ленный материал. После поливов во влажной почве межмолекулярные связи биоконтейнера нарушаются, и он начинает распадаться, создавая вокруг зало-женного в биоконтейнер семени рыхлую, воздухопроницаемую сбалансиро-ванную питательную биомассу с благоприятными условиями для прорастания, всхожести, приживаемости и дальнейшего вегетационного процесса, оказывающую физиологическое воздействие на онтогенез (рост) растения.

В настоящее время применяемые отечественные картофелесажалки СН-4Б, КСМ-4, КСМ-6, СКМ-3А, Л-201, Л-202, Л-207, СН-4Б-К и выпускаемые в Германии и Голландии картофелепосадочные машины GL34T/GL36T/GL38T, 42T, GL 44T, Hassia имеют те или иные недостатки: допускают значительные повреждения биоконтейнеров, их использование осложняется большими габаритами и массой, увеличением количества обслуживающего персонала. Особенностями работы является поиск конструкции, обеспечивающей высев помещенных в биоконтейнеры различных культур от кукурузы до овощных культур и миниклубней картофеля.

Во второй главе Теоретические и экспериментальные исследования по расчёту и обоснованию рабочих органов для посадки картофеля в биоконтейнерах отмечается, что для проверки принципа поштучной подачи был изготовлен макет, представляющий собой ручное устройство поштучной подачи биоконтейнеров с приводом высаживающего аппарата от колес. Для оценки прочностных характеристик биоконтейнеров предварительно были исследованы статическая и динамическая нагрузка, которую выдерживают контейнеры и возможный разброс этих характеристик.

Для определения конструкции машины для посадки семян в биоконтейне-рах необходимо было определить прочностные характеристики биоконтейнера. Исследования на приборе измерения статической твёрдости ПСТ-1 показали, что биоконтейнеры диаметром 40 мм при статической нагрузке шара-плунжера (диаметром 10 мм) имеют упругую деформацию и сжимаются на 5 мм без раз-рушения биоконтейнера. Дальнейшая нагрузка приводит к разрушению контей-нера, при этом дополнительное продвижение плунжера не превышает 3 мм. Этот параметр включен в расчет ячеек механизма поштучной подачи.

Исследования на специальном стенде показали, что падение биоконтейне-ра с высоты 25 см на металлическую поверхность при однократном ударе не приводит к разрушению биоконтейнера.

Коэффициент упругости, измеренный на приборе определения динамической прочности ПДП-1 составил Ку= 8,4%, = 2,1, V = 14,0.

На стенде измерялась зависимость прочности биоконтейнеров от высоты падения на металлическую плиту и влажности (рисунок 1). Наилучшей являет-ся влажность биоконтейнеров 10-15%, которая позволяет сохранять биоконтей-неры целыми при падении с высоты 40 см. Динамика абсорбции воды биокон-тейнерами (рисунок 2) показывает, что биоконтейнеры поглощают влагу в тече-ние 7-10 секунд с коэффициентом поглощения - 3,5 (соотношение массы воды к массе биоконтейнера) и за счёт использования водных абсорбентов удержи-вает её, отдавая влагу по мере необходимости корневой системе растения.

Рисунок 1 - Зависимость прочности биоконтейнеров от высоты падения и влажности

Рисунок 2 - Динамика абсорбции воды биоконтейнерами

Агротехнические требования к агрегату для высева растениеводческой продукции в биоконтейнерах. Для агрегата поштучного высева биоконтейнеров с междурядьем 70 см с образованием гребнистой или гладкой поверхности, ре-комендуемая длина гона составляет до 500 м. Агрегат для посадки растениевод-ческой продукции в биоконтейнерах должен иметь ёмкость бункера на 1 рядок не менее 80 кг.

Почва под высев биоконтейнеров должна подготавливаться в соответст-вии с требованиями принятыми в данной зоне агротехники. Плотность почвы на дне борозды под биоконтейнерами на тяжелых суглинистых дерново-подзолистых почвах должна быть не более 1,2 г/см2, а на связных песчаных дерново-подзолистых почвах - не более 1,4 г/см2.

Агрегат должен обеспечивать шаг посадки 25, 30, 35 см. За один проход агрегат должен: образовывать борозды, рыхлить дно борозды, смачивать кон-тейнеры, равномерно укладывать их в раскрытые борозды, заделывать рыхлой почвой с образованием гребнистой или гладкой поверхности поля. Машина должна высаживать на гектар до 70 тыс. контейнеров. Равномерность расклад-ки биоконтейнеров при густоте 45-55 тыс./га на 1 га должна быть не менее 80%, а при густоте 56-70 тыс. - не менее 60%. Отклонение ширины основных между-рядий от заданной допускается не более 1-2 см, а стыковых 10 см. Агрегат должен обеспечивать при гребневой высадке высоту гребней от 4 до 12 см, ин-тервал регулировки через 2 см от дна борозды. Средняя линия гребней должна располагаться над линией высаженных биоконтейнеров, допускается отклоне-ние не более 2 см. При глубокой высадке поверхность поля должна оставаться ровной, заборонованной. При гребневой и гладкой высадках контейнеров агре-гат должен производить заделку на глубину от 4 до 14 см от вершины гребня или поля до верхней точки. Отклонение от средней глубины заделки допускает-ся не более 1-2 см. Рабочие органы агрегата не должны уплотнять почву, извлекать на поверхность нижний влажный слой почвы, засыпать контейнеры сухой почвой. Агрегат не должен повреждать более 10% контейнеров (по количеству). Ёмкость для смачивания биоконтейнеров должна иметь объём до 120 л и обеспечивать работу агрегата без заправки на длине гона до 500 м.

Агрегат двухрядный, но может быть и четырехрядный. Модификации мо-гут быть полунавесными или прицепными, иметь маркеры с приспособлениями для подъема во время работы и опускания в момент загрузки. Вес агрегата, при-ходящийся на один рядок захвата, не должен превышать 250 кг в навесном ис-полнении. Агрегат для высева растениеводческой продукции в биоконтейнерах должен иметь привод рабочих органов, синхронизированный от ходовых колес тракторов класса 1,4 или опорных колёс сажалки. Транспортный просвет под сошниками должен быть не менее 300 мм. Ширина колеи агрегата должна сов-падать с колеей трактора. Рабочие скорости агрегата при работе в режиме вы-садки материала должны быть до 7,0 км/ч. Производительность за 1 час чистого времени - не менее 0,5 га. Агрегат должен обеспечивать необходимое качество

работ на склонах до 7 градусов. Угол опрокидывания агрегата должен быть не менее 30 градусов.

Коэффициент готовности машины дол-жен быть не менее 0,98, коэффициент надеж-ности технологического процесса 0,96, коэф-фициент технического использования 0,96. Средняя наработка на один отказ должна быть не менее 40 часов, а средняя удельная трудо-ёмкость технических уходов должна быть не более 0,36 чел. час.

На рисунке 3 представлена схема выса-живающего аппарата, являющегося основой для расчёта узла поштучной подачи агрегата для механизированного высева растениевод- ческой продукции в биоконтейнерах.

Рисунок 3 - Схема высаживающего аппарата

  1 - Диск 1; 2Ц Диск 2; 3 - Кольцо;

4 - Ложемент

Ведущая звездочка цепи приводится в движение от ходового колеса машины. Обозначим через d ее диаметр, то при одном обороте звездочки цепь переместится на расстояние

S=d                                         (2.1)

Принимая расстояние между ложементами высаживающего аппарата равным k, найдем число рабочих элементов, прошедших над выводным отверстием за один оборот ведущей звездочки элеватора:

  N= d/ k                                         (2.2)

За один оборот ходового колеса машины число ложементов, прошедших через отверстие выводного клубнепровода:

  N1= d/ ki                                       (2.3)

где i=nх.к /nзв  -  передаточное отношение;

  nх.к - число оборотов ходового колеса;

  nзв - число оборотов ведущей звездочки высаживающего аппарата.

Если звездочка сидит на оси ходовых колес, то i=1; при этом путь, пройденный машиной за один оборот ходового колеса

                                               S1=D                                       (2.4)

Где:D - диаметр ходового колеса;

Разделив путь S1 на число ложементов, проходящих через выводной рукав за один оборот ходового колеса, найдем теоретическое расстояние между высаженными биоконтейнерами (клубнями):

                                               L=Dki/d                                         (2.5)

Таким образом, из равенства (2.5) следует, что расстояние между биоконтейнерами, а, следовательно, между биоконтейнерами в ряду можно изменять посредством подбора звёздочек. Кроме того, важной составляющей является линейный размер выводного окна.

При малом размере и высокой скорости диска возможны повреждения биоконтейнеров о кромки окна, при большом размере возможны двойки, т.е. одновременное падение двух биоконтейнеров. При этом, момент выхода биоконтейнера из ложемента состоит из двух составляющих: движения со скоростью диска на пути s равном dk и далее свободное падение. Если рассматривать момент начала падения совпадающим с моментом открытия выводного клубнепровода на величину b > dк будут падать с высоты h .

Начальная скорость биоконтейнера будет зависеть от момента освобождения, поэтому высоту падения можно определить по формулам:

                                       h=л cost + (g t2)/2                                 (2.6)

где: - угол, характеризующий положение рабочего элемента при освобождении биоконтейнера.

Пренебрегая сопротивлением воздуха, решим квадратное уравнение (2.6), из которого найдем:

                        t=         (- л cos1 л2 cos2+2gh)                 (2.7)

  g        

Следовательно, время полного освобождения ложемента биоконтейнером составит:

T=t+ t_.,                                                 (2.8)

Где: t_ - время необходимое для выхода на режим свободного падения.

Определяем время выхода на режим свободного падения размером биоконтейнера и скоростью движения диска, по формуле:

t_= dк/ л                                               (2.9)

следовательно, размер выходного окна должен быть не менее:

L= T х л                                               (2.10)

В третьей главе Агротехнологическое обоснование посадки картофеля в биоконтейнерах приведены условия и методики проведения полевого опыта по обоснованию использования биоконтейнеров при посадке картофеля; описаны метеорологические данные вегетационных периодов проведения опыта; приведены данные по изучению свойств почвы по горизонту 0-20 см: влажность, плотность, биологическая активность; даны полученные значения урожайности различных вариантов опыта, основных показателей качества клубней (содержание крахмала и сухого вещества; содержание нитратов и антиоксидантов в клубнях, качество вареного картофеля; структура урожая). Приведены значения показателей лёжкости клубней при хранении, с вычленением естественной убыли и абсолютной гнили.

Исследования по изысканию рациональных сочетаний агротехнических приемов проводились с использованием элитного материала картофеля в 2009-2011 гг. на междурядьях 70 см. Густота посадки - 50,0 тыс. шт./га. Почва опыт-ного участка дерново-подзолистая среднеокультуренная, по механическому составу супесчаная. На глубине пахотного горизонта она характеризуется сле-дующими агрохимическими показателями Апах: сумма обменных оснований - 1,5Е2,4 мгЦэкв/100 г; содержание гумуса по методу Тюрина (ГОСТ 26213-91) - 1,99%; подвижный фосфор по Кирсанову (ГОСТ 26207-91) - 380 Ц653мг/кг; обменный калий по Кирсанову (ГОСТ 26207-91) - 125 Ц193 мг/кг; рН КСI, по Алямовскому  (ГОСТ 26483-85) - 5,04; гидролитическая кислотность (ГОСТ 26412-91) - 3,46 мг-экв; предельно-полевая влагоёмкость почвы (ППВ) Ц13,3%.

Многофакторный опыт закладывали в условиях 2-х польного севооборота согласно схеме методом систематического размещения делянок. Предшествен-ник картофеля - зерно-травяные. Повторность опыта - трёхкратная. Площадь учетной делянки составляла - (1,4 м × 9,5 м) 13,3 м2. Посадка проводилась агрегатом МТЗ-82+СН-4БК, непророщенными клубнями мелкой фракции размером 10Е30 мм по наибольшему поперечному диаметру, в предварительно нарезанные гребни на глубину 12-14 см. Осенняя подготовка почвы состояла из вспашки на глубину 18-25 см (МТЗ-82+ПЛН-3-35). Весенняя предпосадочная подготовка почвы включала рыхление на глубину 12-16 см (МТЗ-82 + БДТ-3,0). Фон минерального удобрения - Азофоска (16%:16%:16%), внесенная локально перед посадкой при нарезке гребней - N40P40K40 (МТЗ-82 + КРН -4,2).

Изучалась зависимость изменения урожайности и основных показателей качества от сочетания агротехнических приемов: сорт (Жуковский ранний - ранний, Юбилей Жукова - среднеранний, Голубизна - среднеспелый); биокон-тейнеры (в контейнерах, без контейнеров); внекорневые подкормки клубней микроэлементами (йод, селен, кремний); сроки внекорневых подкормок (одно-кратная в начале цветения, однократная после цветения, двукратная в начале цветения плюс после цветения).

В течение периода вегетации согласно схеме проводилось опрыскивание растворимыми препаратами в рекомендуемых для них дозах: Мивал - 20 г/га, Микровит с йодом - 2,5 л/га, Микровит с селеном - 2,5 л/га, Экогель с йодом - 2,5 л/га (МТЗ-82 + ОН-400). Расход воды - 300 л/га.

При борьбе с сорняками внесены Лазурит до всходов в дозе 1,5 кг/га и Титус по всходам в дозе 50 г/га. Против колорадского жука выполнено одноразовое опрыскивание средством Актара в дозе 60 г/га. В течение вегетации выполнены химические обработки против фитофтороза и альтернариоза: 1-3 раза (в зависимости от условий года) препаратом Сектин Феномен в дозе 1,0..1,2 кг/га. Первая - в период цветения, последующие - через каждые 10-14 дней (МТЗ-82 + ОН-400). Расход воды - 300 л/га.

Закладка полевого опыта, учеты, наблюдения и дисперсионный анализ полученных данных проведены в соответствии с требованиями методики полевого опыта по Доспехову Б.А. и Методики исследований по культуре картофеля.

Метеорологические условия в годы исследований были различными. Ве-гетационный период 2009 г. характеризовался наилучшими условиями для рос-та и развития растений картофеля. Погода была прохладно-тёплая и дождливая. Вегетационный период 2010 г. отличался острым дефицитом влаги в почве и чрезмерно повышенными температурами воздуха и отсутствием осадков уже с третьей декады июня вплоть до уборки. Условия роста и развития 2011 г. характеризовались тёплой и сухой, временами жаркой и засушливой погодой.

Картофель - растение требовательное к влажности почвы. Оптимальная влажность почвы для картофеля - 70 - 80 % от ППВ. В 2009 г. значения влаж-ности практически до фазы цветения были оптимальными для растений. Мини-мальные значения влажности 21,2%-46,5% отмечены в фазу клубнеобразова-ния. Влажность почвы в 2010 г. в период роста надземной части растений до начала фазы бутонизации имела оптимальные значения. Но из-за высоких тем-ператур воздуха без выпадения дождей влажность почвы снижалась и еще до наступления фазы полной бутонизации она достигла критических значений 9,9% от ППВ, а к началу августа - минимальных значений 2,2%-3,3% от ППВ. Влажность почвы в 2011 г. в период роста надземной части растений до начала фазы цветения имела нормальные значения. Но постепенно снижалась и в фазы цветения и клубнеобразования она достигла значений 10,0%-26,6% ППВ.

Плотность почвы (объёмная масса почвы) является важной характеристи-кой. Почва для выращивания картофеля должна быть рыхлой, хорошо прони-цаемой для воды, воздуха и тепла. Все агротехнические приемы должны быть направлены на сохранение оптимальной величины плотности почвы в течение периода вегетации. По полученным нами данным значительные различия от сложившихся условий года не выявлены. В 2009 г. значение плотности почвы в зоне клубневого гнезда составило 0,97 - 1,22 г/см3, в 2010 г.Ц 1,09 - 1,29 г/см3, 2011 г.Ц 1,01 - 1,24 г/см3. В целом можно отметить, что плотность почвы под картофелем в слоях 0-10 и 10-20 см за три года поддерживалась в оптимальных пределах за счет своевременных и качественно проводимых операций по обработке почвы и уходу за междурядьями.

Достаточно точное представление о действии различных агроприёмов на интенсивность разрушения растительного материала и степень мобилизации азота в почве дают методы учёта биологической активности почвы по разложе-нию естественных источников целлюлозы - соломы и льняного волокна. По результатам наших исследований в 2011 г. получено, что при использовании биоконтейнеров разложилось льняной ткани (% к исходному весу) на 21,87% больше (без биоконтейнеров - 5,8%; с биоконтейнером - 27,7%).

Урожайность - основной критерий оценки мероприятий по возделыва-нию культуры. Полученные данные свидетельствуют о значительном влиянии изучаемых технологических приемов на урожайность картофеля: сортовых особенностей, изучаемых приемов и метеорологических условий года.

Рисунок 4 - Прибавка урожайности в зависимости от применяемых приёмов возделывания

При этом лучшим за три года на вариантах сорта Жуковский ранний ока-залось сочетание разработанной технологии с внекорневой подкормкой йодосо-держащим препаратом Экогель в фазу начала цветения, где получена прибавка урожайности 7,7 т/га, а также сочетание с внекорневой подкормкой йодосодержащим препаратом Микровит (+ 6,9 т/га). На контрольном варианте получена урожайность 12,8 т/га. На вариантах сорта Юбилей Жукова (рисунок 4) лучшим оказалось сочетание с двукратной внекорневой подкормкой йодосодержащим препаратом Экогель (прибавка урожайности 7,5 т/га) и однократной - в фазу начала цветения (+ 6,6 т/га). Также хорошие результаты получены при сочетании с внекорневой подкормкой кремниесодержащим препаратом Мивал агро (+ 6,5 т/га). На контрольном варианте получено - 17,2 т/га. На вариантах сорта Голубизна лучшим оказалось сочетание с внекорневой подкормкой йодосодержащим препаратом Экогель в фазу начала цветения и при двукратной подкормке (получена прибавка урожайности 4,9 т/га). А также сочетание с подкормкой селеносодержащим препаратом Микровит в фазу начала цветения (+ 4,7 т/га). На контрольном варианте получено Ч 15,7 т/га.

На всех трёх сортах по уровню урожайности можно выделить лучшее сочетание технологических приёмов, такое как: использование при посадке биоконтейнера плюс внекорневая подкормка препаратом Экогель, насыщенным йодом - в фазу начала цветения. Использование биоконтейнеров позволило повысить урожайность на 2,3Е3,3 т/га.

Размер клубней по наибольшему поперечному диаметру согласно стан-дарту для семенного и продовольственного картофеля должен быть не менее 30 мм. Исследования показывают, что товарность клубней на вариантах сорта Жу-ковский ранний в 2009 году составила 94-99%, 2010 г. - 69-79%, а в 2011 г. - 64-82%; на вариантах сорта Юбилей Жукова в 2009 г. - 95-98%, 2010 г. - 51-66%, а в 2011 г.Ц 73-78%; на вариантах сорта Голубизна в 2009 г. - 96-99%, 2010 г. - 57-73%, а в 2011 г.Ц 70-77%.

По данным наших опытов, содержание нитратов в клубнях картофеля значительно изменялось под влиянием метеоусловий периода вегетации и от применяемых агроприёмов. Наибольшее содержание нитратов в клубнях карто-феля отмечено в засушливом 2010 г. и составило 151-218 мг/кг сырой массы (Жуковский ранний), 172-384 мг/кг (Юбилей Жукова) и 167-285 мг/кг (Голу-бизна). Применение биоконтейнера способствовало снижению содержания нитратов в клубнях на 22 мг/кг (Юбилей Жукова, Голубизна) в 2009 г.

Использование технологии выращивания картофеля с внекорневой под-кормкой препаратом Микровит с селеном, позволило повысить среднее содер-жание антиоксидантов на сортах Юбилей Жукова и Голубизна (соответственно на 19 и 10 мг/100 г клубня,). Суточная потребность организма человека состав-ляет 360 мг антиоксидантов. При потреблении 100-200 г картофеля в день человек только за счет картофеля может получить 50Е70% ежедневной нормы.

Основные показатели качества клубней картофеля - содержание в них су-хих веществ и крахмала. Чем больше в картофеле сухого вещества (не менее 20%), тем лучше качество продуктов переработки (вкус, хрустящие свойства, рассыпчатость). Среднее за три года содержание крахмала в клубнях состави-ло: 13,1-14,1% (Жуковский ранний); 13,7-15,3% (Юбилей Жукова); 17,2-18,1% (Голубизна). Среднее содержание сухих веществ в клубнях составило: 21,1-22,8% (Жуковский ранний); 21,4-22,8% (Юбилей Жукова); 24,9-26,0% (Голу-бизна). Применение биоконтейнеров при посадке картофеля в сочетании с под-кормками позволило повысить содержание крахмала в клубнях на 0,6% (Жу-ковский ранний), на 1,6% (Юбилей Жукова), на 0,9% (Голубизна). Наибольшее в среднем за три года содержание сухих веществ получено при использовании технологии выращивания картофеля с внекорневой подкормкой препаратом Микровит с йодом и составило 22,8% (Жуковский ранний, Юбилей Жукова).

Определены потери при хранении картофеля по исследованным вариантам, которые не превысили нормативных.

В четвертой главе Результаты полевых испытаний агрегата для посадки растениеводческой продукции в биоконтейнерах приведены: программа исследований, протокол лабораторно-полевых испытаний агрегата для высева растениеводческой продукции в биоконтейнерах, характеристика работы высевающих аппаратов, закладка полевых опытов с использованием макета устройства для автоматической подачи биоконтейнеров в технологии высева, разработка исходных требований для подготовки конструкторской документации по созданию посадочного агрегата, результаты испытаний на соответствие агротехническим требованиям и ТЗ, технология посева растениеводческой продукции в биоконтейнерах в сельхозпредприятиях.

Общий вид и основные рабочие органы агрегата для посадки растениеводческой продукции в биоконтейнерах представлены на рисунке 5. Конструкция машины включает в себя: раму, на которой устанавливается бункер с двумя высаживающими аппаратами роторного типа, механизм привода высевающих роторов, устройство управления дозой высева, редукторы для привода роторов, заделывающие рабочие органы, опорно-приводные колёса с зубчатыми передачами редукторов, цепная передача.

а - Общий вид образца агрегата для посадки растениеводческой продукции в биоконтейнерах

б - Опрыскивание биоконтейнеров в борозде

в - Автоматический высаживающий аппарат

г - Насос и емкость для опрыскивания

Рисунок 5 - Общий вид и основные рабочие органы агрегата для посадки  растениеводческой продукции в биоконтейнерах

Агрегат может применяться во всех зонах возделывания картофеля, включая поливные земли, торфяные почвы, и склоны до 7 градусов. Агрегат предназначен для посадки семян любых культур, помещенных в биоконтейнеры. Принцип компоновки модулей принят такой же, как и на современных кукурузовысевающих сеялках, т.е. на трактор навешивается или прицепляется рама, на раму крепятся модули высевающих аппаратов. Каждый модуль навешивается на общую раму, выставляется требуемое междурядье и модуль закрепляется с помощью хомутов. Количество модулей зависит от требуемой производительности: 2, 4, 6 рядов и более.

Рабочий процесс протекает следующим образом. При движении трактора с включенными рабочими органами контейнеры непрерывно поступают по наклонному днищу бункера к высаживающему аппарату и далее через ячейку аппарата в лоток и в почву вслед сошнику. При прохождении сошника и при падении в почву биоконтейнер обрабатывается водой или защитно-стимулирующим раствором. Вода из емкости расположенной на агрегате насосом подается к форсункам, расположенным в сошнике. После прохода агрегата на 30-50 метров проводится при необходимости регулировка глубины заделки семян. Далее агрегат запускается в постоянную работу с периодической проверкой 1-2 раза в смену. Тракторист через зеркало заднего обзора следит за уровнем биоконтейнеров в бункере.

В мае 2010 г. проведены лабораторно-полевые исследования высаживаю-щих аппаратов роторного типа, установленных в бункере образца машины, а так же заделывающих рабочих органов. Биоконтейнеры в бункер засыпаются вручную. Количество высаживаемых биоконтейнеров определяли трехкратным отбором в емкости в течение одной минуты, взвешивали на лабораторных весах с точностью до 0,5 г и сравнивали со средней, полученной методом наименьших квадратов. Теоретическую дозу высева за один оборот диска ротора определяли по формуле:

          С =VP,                                (4.1)

где, V - рабочий объем высаживающего аппарата, шт.;

  P - объёмный вес биоконтейнеров, кг/шт.

Высаживаемые биоконтей-неры не прилипают к поверхности дисков в процессе работы. Про-цесс дозирования обеспечивался в задаваемых пределах. Скорость движения дисков высаживающих аппаратов без повреждения про-дукции достигала 12 км/час. По результатам полученных данных считаем целесообразным исполь-зовать такие диски в эксперимен-тальном образце машины для по-садки биоконтейнеров. На рисунке 6 представлена зависимость числа "сдвоенных" и пропусков биокон-

Рисунок 6 - Зависимость количества "сдвоенных" и пропусков биоконтейнеров от скорости агрегата при посадке

тейнеров от скорости агрегата при посадке. Из рисунка видно, что оптимальная скорость посадки составляет 3Е4 км/час. Исследования и испытания макета устройства для автоматической подачи биоконтейнеров в технологии высева проводилось в заводских условиях, а затем на экспериментальных полях в п. Коренево Люберецкого района Московской области. Подготовка почвы выполнялась также как и в опыте, описанном в главе 3. Посадка производилась вручную (контроль) и агрегатом для посадки растениеводческой продукции в биоконтейнерах.

Испытания проводились на биоконтейнерах с миниклубнями картофеля. Агрегат работал на скорости 8,2 км/час, это соответствовало производитель-ности более 1 га/час. Результаты испытаний на соответствие агротехническим требованиям и ТЗ представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты испытаний на соответствие агротехническим требованиям и ТЗ

Параметры агрегата

Значения

Соот-ветствие

АТТ и ТЗ

По АТТ и ТЗ

Полученные в процессе произ-водственной проверки

Емкость бункера, кг, не менее

160

250

соответствует

Регулировка глубины заделки биоконтейнеров, см

4,0-14,0

4,0-14,0

соответствует

Шаг посадки, см

25, 30, 35

10, 20, 25, 30, 35

соответствует

Густота высева, тыс. шт./га

70

30-80

соответствует

Производительность, га/час, не менее

0,5

До 1,0

соответствует

Плотность почвы в борозде, г/см3, не более

1,2

1,1-1,2

соответствует

Пропуски в рядке, %, не более

15

2,1

соответствует

Сдвоенные биоконтейнеры, %, не более

5,0

0,3

соответствует

Повреждения, %, не более

10

5

соответствует

Вес агрегата на 1 рядок, кг, не более

250

165

соответствует

Средняя наработка на 1 отказ, час

40

48

соответствует

Проведена оценка технического состояния агрегата при эксплуатации, с целью выявления ее достоинств и недостатков, причин возникновения отказов, неисправностей. Опыт по сравнительной оценке посадки картофеля в биоконтейнерах вручную и с помощью разработанного макета устройства для автоматической подачи биоконтейнеров закладывали согласно схеме методом систематического размещения делянок в трёх повторностях. Можно отметить, что урожайность и качество клубней картофеля оказались на одном уровне при посадке вручную и агрегатом. Производственные испытания подтвердили теоретические исследования.

Проведенные исследования по разработке технологии и агрегата для посадки растениеводческой продукции в биоконтейнерах показали возможность механизированного возделывания растениеводческой продукции в биоконтейнерах.

В пятой главе Технико-экономическое обоснование эффективности технологии возделывания картофеля в биоконтейнерах приведены показатели экономической и биоэнергетической оценки приемов возделывания картофеля на продовольственные цели.

В таблице 2 представлены наиболее показательные варианты: контроль, посадка с биоконтейнером и наилучшие сочетания агроприёмов. Анализ приведенных данных по выбранным вариантам показывает, что при использовании комплекса изучаемых технологических приемов выращивания продовольственного картофеля повысилась эффективность производства. На вариантах сорта Жуковский ранний повысился уровень рентабельности на 33,4Е42,8%; на вариантах сорта Юбилей Жукова - на 33,6Е38,6%; на вариантах сорта Голубизна - на 19,2Е20,6%.

Таблица 2 - Экономическая и биоэнергетическая эффективность приемов

Сорт

Биоконтейнер

Внекорневая подкормка (опрыски-вание)

Срок*

Показатели

Урожайность,

т/га

Затраты труда,

чел.-час/га

Затраты средств,

тыс. руб./га

Себестои-мость, тыс.руб./т

Уровень рента-бельности, %

Затраты энергии,  тыс. МДж/га

Коэф. энерг  . эффективности

Жуковский ранний

нет

нет

-

12,8

157

104,6

8,17

47,0

32,0

1,3

с биоконтей-нером

нет

-

15,1

164

131,3

8,70

52,1

35,3

1,4

Мивал

н.ц.

17,0

169

137,8

8,10

62,9

38,4

1,5

Микровит**

н.ц.+п.ц.

19,7

177

144,8

7,35

80,4

41,8

1,6

Микровит***

н.ц.

17,0

169

137,8

8,10

62,9

38,4

1,5

Экогель****

н.ц.

20,5

179

140,4

6,85

89,8

39,5

1,7

Юбилей Жукова

нет

нет

-

17,2

170

132,9

7,73

66,8

36,5

1,8

с биоконтей-нером

нет

-

20,5

179

160,4

7,83

78,6

40,1

2,0

Мивал

н.ц.

23,7

188

167,9

7,08

100,4

43,7

2,1

Микровит**

н.ц.+п.ц.

21,5

182

171,2

7,96

81,0

45,5

1,8

Микровит***

н.ц.+п.ц.

23,3

187

172,6

7,41

94,4

46,0

1,9

Экогель****

н.ц.

23,8

189

168,0

7,06

101,2

43,7

2,1

н.ц.+п.ц.

24,7

191

173,6

7,03

105,4

46,5

2,0

Голубизна

нет

нет

-

15,7

166

136,8

8,71

54,1

37,6

1,9

с биоконтей-нером

нет

-

18,3

173

163,8

8,95

61,3

41,0

2,0

Мивал

н.ц.

19,7

177

169,8

9,62

68,6

43,9

2,0

Микровит**

п.ц.

18,0

172

168,5

9,36

57,7

43,4

1,9

Микровит***

н.ц.

20,4

179

170,4

8,35

73,3

44,2

2,1

п.ц.

20,6

180

170,5

8,28

74,7

44,2

2,1

Экогель****

н.ц.

20,6

180

170,5

8,28

74,7

44,2

2,1

* - н.ц. - начало цветения, п.ц. - после цветения

** - Микровит с йодом; *** - Микровит с селеном; **** - Экогель с йодом

Оценка эффективности приемов возделывания по стоимостным показателям не является исчерпывающей, так как в современных условиях цены являются конъюнктурными. Поэтому проводилась дополнительно биоэнергетическая (как наиболее объективная) оценка, которая позволила определить затраты совокупной энергии и степень их окупаемости. Можно отметить, что для всех трёх сортов наибольший коэффициент энергетической эффективности получен 1,7Е2,1 при сочетании приёмов с использованием биоконтейнера и последующим опрыскиванием препаратом Экогель с йодом.

Применение биоконтейнера при посадке позволило повысить уровень рентабельности на 5,1Е11,8% и увеличить коэффициент энергетической эффективности на 0,1...0,2.

Общие выводы и рекомендации

1. Разработана технология посадки картофеля в биоконтейнерах, состоящая из следующих операций и процессов: ручная заправка мини- и микроклубней в углубление контейнеров; загрузка биоконтейнеров в специальную биоконтейнерную сажалку; посадка биоконтейнеров с обработкой их в сошнике сажалки водой или жидкими защитно-стимулирующими растворами; междурядные обработки с внекорневыми подкормками растений; удаление ботвы перед уборкой и уборка.

2. Предложена схема поштучной подачи биоконтейнеров, включающая бункер с регулируемым наклоном дна, диск поштучной укладки биоконтейнеров с 9 ложементами. Схема обеспечивает укладку и поштучную подачу биоконтейнеров со скоростью от 2 до 8 шт./с.

3. В результате исследований обоснованы параметры и режимы работы сажалки для посадки миниклубней (10 мм и менее) картофеля с использованием биоконтейнеров. Сажалка обеспечивает укладку и заделку биоконтейнеров с клубнями в почву при скорости агрегата до 8,2 км/час. Пропуски в рядке составляют 2,1%, количество сдвоенных - 0,3%, что соответствует требованиям для картофелесажалок (3% и 1-8%, соответственно).

4. Проведенные сравнительные полевые исследования влияния механизированной посадки картофеля в биоконтейнерах показали преимущество по производительности (1 га/час) и качеству выполняемых операций (регулировка глубины заделки биоконтейнеров от 4,0 до 14,0 с интервалом 2,0 см; шаг посадки: 10, 20, 25, 30, 35 см; густота посадки), что соответствует агротехническим требованиям. Сажалка может быть рекомендована для использования в производстве.

5. Урожайность картофеля из мини-, микро- и элитных клубней при использовании биоконтейнеров повышается на 16-19%, что позволяет рекомендовать их как при возделывании на питание, так и для размножения семенного картофеля. На всех трёх сортах за три года по уровню урожайности можно выделить лучшие сочетания технологических приёмов: использование при посадке биоконтейнера плюс внекорневая подкормка препаратом Экогель, насыщенным йодом в фазу начала цветения.

6. Применение биоконтейнеров способствовало снижению содержания нитратов в клубнях на 22 мг/кг (Юбилей Жукова, Голубизна) в благоприятном 2009 году. Использование технологии выращивания картофеля в биоконтейнерах с подкормкой препаратом Микровит с селеном, позволило повысить суммарное содержание антиоксидантов на сортах Юбилей Жукова и Голубизна (на 19 и 10 мг/100 г в клубнях, соответственно). Применение биоконтейнеров при посадке картофеля в сочетании с подкормками позволило повысить содержание крахмала в клубнях на 0,6%...1,6%. Наибольшее в среднем за три года содержание сухих веществ получено при использовании технологии выращивания картофеля в биоконтейнерах с добавлением внекорневой подкормки препаратом Микровит с йодом и составило 22,8% (Жуковский ранний, Юбилей Жукова).

7. Использование биоконтейнеров при посадке картофеля позволило повысить уровень рентабельности на 5,1Е11,8% и увеличить коэффициент энергетической эффективности на 0,1...0,2. Применение последующей внекорневой подкормки препаратом Экогель с йодом повышает рентабельность на 20,6Е42,8%.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Публикации в изданиях, указанных в ПеречнеЕ ВАК

1. Манохина А.А. Эффективность крупнотоварного производства картофеля [текст] / Е.В. Худякова, А.А. Манохина, О.А. Старовойтова // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина. - 2008. - № 5/2(30). - с. 21-24. - ISBN 978-5-86785-240-5

2. Манохина А.А. Агротехнические пути повышения пищевой ценности картофеля [текст] / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, А.А. Манохина // Вестник ФГОУ ВПО Московский государствен. агроинженерн. университет им. В. П. Горячкина. - Вып. № 1 (46) 2011 Агроинженерия. - с. 32-34. ISSN 1728-7936

3. Манохина А.А. Агрегат для высева семян в биоконтейнерах. [текст] / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, А.А. Манохина, В.А. Макаров // Сельский механизатор. - 2011. - № 9. - с. 10-11.

Публикации в других изданиях

4. Манохина А.А. Пути повышения пищевой ценности картофеля в высокоточном земледелии [текст] / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, А.А. Манохина // Картофелеводство. Сб. научн. тр. Мат. коорд. Совещан. и науч. - практич. конференц., посвящен. 120-летию со дня рожд. А.Г. Лорха. - М.: РАСХН, ВНИИКХ. - 2009. - с. 319-323. - ISBN 978-5-901282-17-5

5. Манохина А.А. Индустрия картофеля (справочник) [текст] / Е.А Симаков, В.И. Старовойтов, Б.В. Анисимов, А.В. Коршунов, Л.С. Федотова, В.В. Тульчеев, И.М. Яшина, С.М. Юрлова, В.Н. Зейрук, Г.И. Филиппова, О.А. Старовойтова, Н.П. Склярова, Х.Х. Апшев, А.В. Алябьева, О.Н. Шатилова, Л.Б. Ускова, Ю.А. Масюк, А.А. Манохина, Ю.В. Захарова, Н.Р. Андреев, Н.Д. Лукин, Н.В. Воронов, П.С. Звягинцев, Ф.Ф. Пуздря. Под ред. В.И. Старовойтова // М.: ВИНИТИ, 2010. - 202 с. ISBN 978-5-901282-15-1

6. Манохина А.А. Технологический регламент высокоточного внесения удобрений [текст] / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, А.Н. Гаврилов, А.А. Манохина, Х.Н. Насибов, Отв. за выпуск В.И. Старовойтов // М.: Россельхозакадемия, ВНИИКХ. - 2010. - 21 с.

7. Манохина А.А. Эффективность возделывания картофеля в биоконтейнерах. [текст] / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, А.А. Манохина // Современные тенденции и перспективы развития селекции и семеноводства картофеля (к 80-летию ВНИИКХ) / Картофелеводство. Сб. науч. тр. мат-лы науч.-практич. конференц. и координационн. совещан. / Россельхозакадемия Всерос. НИИ картоф. хоз-ва. - М. - 2011. с. 355 - 358.

8. Манохина А.А. Разработка технологии и создание агрегата для высева растениеводческой продукции в биоконтейнерах. [текст] / В.И. Старовойтов, О.А. Старовойтова, А.А. Манохина, В.А. Макаров // Современное состояние и перспективы развития картофелеводства / Сб. материалов IV науч. практич. конференции. - Чебоксары. - КУП ЧР Агроинновации. - 2012. - с. 203-207.

Подписано к печати 27.04.2011

Формат 6084/16.

Усл.-печ. л. 1,0

Тираж 100 экз.

Заказ № 783

Отпечатано в издательском центре

ФГБОУ  ВПО  МГАУ

                                                        127550, Москва, Тимирязевская, 58


Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям