Совершенствование технологии и средств механизации посева семян арбузов\nпунктирно-гнездовым способом\n тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Беспалова Ольга Николаевна

• Беспалова Ольга Николаевна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Беспалова Ольга Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Технология возделывания арбуза

1.2 Способы подготовки семян к посеву

1.3 Способы посева семян арбузов

1.4. Анализ сеялок точного высева для посева бахчевых культур

1.5 Анализ конструкций экспериментальных высевающих аппаратов для высева проросших семян

1.6 Цель и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТА ДЛЯ ВЫСЕВА ПРОРОЩЕННОГО СЕМЕННОГО МАТЕРИАЛА

2.1. Теоретическое обоснование устройства и принцип действия установки для повышения биологической активности воды

2.2 Теоретическое обоснование способа подготовки семян арбузов к посеву

2.3 Конструкция аппарата для высева пророщенных семян арбуза

2.4 Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров аппарата для высева проросшего семенного материала

2.4.1 Исследование процесса заполнения ячейки

2.4.2 Определение параметров ячейки и толщины высевающего диска

2.4.3 Обоснование радиуса высевающего диска

2.4.4 Исследование влияния угла наклона ячеистого диска

2.4.5 Определение характеристик щеточного отражателя

2.5 Выводы по главе

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН К ПОСЕВУ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ АППАРАТА ДЛЯ ВЫСЕВА ПРОРОЩЕННЫХ СЕМЯН

3.1. Программа экспериментальных исследований

3.2. Методика выбора числа экспериментальных исследований

3.3 Методика и процесс подготовки семян арбуза к посеву

3.4. Методика определения размерно-массовых и физико-механических характеристик пророщенных семян арбуза

3.4.1 Размерно-массовые характеристики проросших семян

3.4.2 Физико-механические характеристики семян

3.5 Методика определения режимно-конструктивных характеристик дискового высевающего аппарата

3.6 Методика определения характеристик щеточного отражателя

3.7. Методика планирования многофакторного эксперимента

3.8 Выводы по главе

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1. Размерно-массовые характеристики и физико-механические свойства пророщенных семян арбузов

4.1.1 Значения размерно-массовых характеристик

4.1.2 Значения фрикционных характеристик семян

4.2. Результаты исследования конструктивных и технологических параметров работы аппарата для высева пророщенных семян

4.3 Результаты оптимизации конструктивных параметров дискового аппарата для высева проросших семян арбузов

4.4 Результаты полевых испытаний и фенологических наблюдений за динамикой развития растений

4.5 Выводы по главе

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛОЖЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН АРБУЗОВ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ПОСЕВА ПУНКТИРНО-ГНЕЗДОВЫМ СПОСОБОМ

5.1. Определение энергетических затрат на предпосевную подготовку семян.. 120 5.2 Расчет балансовой стоимости экспериментального аппарата для высева

пророщенных семян арбузов

5.3 Прямые эксплуатационные затраты

5.4 Сравнительная оценка традиционной и разработанной технологии предпосевной подготовки и высева пророщенных семян арбузов пунктирно-гнездовым способом

5.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии и средств механизации посева семян арбузов\nпунктирно-гнездовым способом\n»

ВВЕДЕНИЕ

В зоне рискованного земледелия России отрасль бахчеводства, несмотря на сложную ситуацию в сельском хозяйстве, является одной из прибыльных. Периоды спада и подъема, как и во всем сельскохозяйственном комплексе, обусловлены как климатическими причинами, так и колебаниями спроса на бахчевую продукцию на продовольственном рынке страны.

По данным Федеральной службы государственной статистики России четко прослеживается цикличность в изменении посевных площадей, а, значит, и в объемах производства [30, 103]. Заинтересованность сельскохозяйственных товаропроизводителей в производстве той или иной сельскохозяйственной культуры влияет на изменение посевных площадей. Начиная с 2002г., наблюдается цикличность производства: в течение двух лет наблюдается увеличение посевных площадей бахчевых культур, в течение следующих двух лет спад, далее цикл повторяется. Исходя из данного алгоритма, увеличение посевных площадей под бахчевыми культурами ожидается в 2016...2018гг. Повторяемость объясняется нестабильной ситуацией на рынке, непропорциональностью между спросом и предложением возделываемых сельскохозяйственных культур в стране.

Зона промышленного бахчеводства сосредоточена, в Южном федеральном округе (ЮФО), учитывая географическое расположение и климатические особенности региона, изменения в этом округе посевных площадей бахчевых культур определяют общие значения данного показателя по всей Российской Федерации.

Несмотря на то, что к 2015г. посевные площади под продовольственными бахчевыми культурами находятся на уровне 2004 г., в самом ЮФО в силу ряда причин произошло перераспределение количества посевных площадей между субъектами. Субъективными и объективными причинами можно считать -изменение климатических условий, наличие дешевых трудовых ресурсов, удорожание энергоносителей, специализация регионов.

Например, по сравнению с 2000г. в 2014г. удвоились площади занятые продовольственными бахчевыми культурами в Волгоградской области, утроились

в республике Калмыкия. Произошло сокращение площадей, занятых продовольственными бахчевыми культурами, почти в 2 раза в Краснодарском крае, Ростовской области, на 10% в Астраханской области. Наряду с указанными изменениями происходит более четкая специализация регионов ЮФО в производстве той или иной продукции. Производство ранней продукции берут на себя более южные регионы, северные поставляют больше позднюю продукцию высокого качества, центральные регионы обеспечивают производство продукции бахчеводства в середине периода потребления.

Нельзя не отметить, что в последний период активно ведется совершенствование приемов возделывания бахчевых культур, в т.ч. за счет средств механизации, применения капельного орошения, средств защиты от вредителей и болезней, различных способов подготовки семян к посеву, новых форм удобрений и т.д. Кроме перечисленных приемов отмечается существенное расширение сортимента столового арбуза, предлагаемого к возделыванию в зоне промышленного бахчеводства. Активность появления новых сортов и гибридов арбуза увеличивается год от года. Так, если в 2012г. в Государственном реестре российский арбуз был представлен 5 новыми сортами и гибридами, то уже в 2013г. их было 13, а в 2014 - 17.

Значительная часть бахчевых культур возделывается небольшими крестьянско-фермерскими хозяйствами, которые, ввиду отсутствия специализированных посевных машин промышленного производства, зачастую используют для высева зерновые, кукурузные, хлопковые и другие сеялки. В результате чего не соблюдаются агротехнические требования к посеву бахчевых культур, что приводит к изреженным и ослабленным всходам и снижению урожая.

Востребованность средств механизации при возделывании бахчевых остро ощущается в Астраханской, Волгоградской, Саратовской областях, республике Калмыкия. На сегодняшний день площадь пашни в ЮФО составляет 11,7 млн. га из них под возделывание бахчевых культур отведена практически четвертая часть. Потребность в посевной технике в хозяйствах региона составляет 11,7 единиц на 1000 га посевов. Закупая новую технику хозяйства региона ежегодно

готовы расходовать на обновление основных фондов от 10 до 15% прибыли. По сравнению с традиционными методами посева ресурсосберегающие технологии только за счет многофункциональности машин позволяют снижать затраты до 2 000 рублей с одного гектара.

Степень разработанности темы. Качественное и своевременное проведение операции высева проросших семян арбузов обеспечивает экономию дорогостоящего семенного материала, во многом оказывает влияние на дальнейшее развитие растений, получение раннего экологически безопасного урожая.

В последнее время в нашей стране активно ведутся научные исследования по созданию машин для посева бахчевых культур, однако подавляющее их большинство не вышло из экспериментальной стадии и в производственных условиях не применяется. Направление наших исследований можно рассматривать как один из путей повышения качественных показателей посева бахчевых культур, связанное с высевом проросших семян.

Существующие конструкции машин для высева проросших семян бахчевых культур изложены в работах В.Г. Абезина, А.Н. Цепляева, М.Н. Шапрова, В.П. Бороменского, Д.А. Абезина и др. Однако нельзя не отметить, что в работах перечисленных авторов не учитывалось обеспечение требуемой точности высева, допускается повреждение проростков и перерасход семенного материала, кроме того отсутствуют научные исследования по технологии предпосевной подготовки семян арбузов с использованием электроактивированной воды.

Решение обозначенных проблем послужит улучшению экономических и энергетических показателей отрасли товарного бахчеводства за счёт экономии семенного материала, снижения трудоёмкости возделывания культуры и получения раннего урожая, реализуемого по более выгодным ценам.

Цель исследования - повышение качественных показателей посева пророщенных семян арбузов за счет совершенствования технологии подготовки семян и технических средств для высева пунктирно-гнездовым способом.

Для реализации поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1. Исследовать влияние обработки семян арбузов электроактивированной водой в технологии предпосевной подготовки; изучить влияние окислительно-восстановительного потенциала воды (ОВП) на скорость прорастания семян; разработать аппарат для электроактивации воды, обеспечивающий оптимальные значения его показателей.

2. Изучить физико-механические свойства пророщенных семян арбузов, с применением электроактивированной воды.

3. Исследовать и обосновать конструктивно-технологические параметры аппарата для высева пророщенных семян арбузов пунктирно-гнездовым способом.

4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями выявить факторы, влияющие на показатели высева; оптимизировать параметры высевающего аппарата для высева с минимальным повреждением пророщенных семян арбузов.

5. Определить эффективность предложенной технологии подготовки семян арбузов и средств механизации посева пунктирно-гнездовым способом.

Объект исследования - технологический процесс подготовки к посеву и высева пророщенных семян арбузов с применением разработанной конструкции аппарата для высева пунктирно-гнездовым способом.

Предмет исследования - технология подготовки к посеву и высева пророщенных семян арбузов сорта «Астраханский», взаимосвязи и зависимости кинематических и геометрических параметров аппарата для осуществления высева, определяющие качественные показатели этой операции.

Научная новизна работы:

□ предложена технология подготовки к посеву семян арбузов, с применением электроактивированной воды;

□ обоснованы теоретические положения и математические модели конструктивно-технологических параметров аппарата для высева пророщенных семян арбузов пунктирно-гнездовым способом, работающего по принципу индивидуального отбора семян, находящихся в растворе католита

электроактивированной воды. Новизна технических решений подтверждена патентами РФ на изобретения № 2480416, № 2496293, № 2503166, № 2503167, № 2507732, № 2522520, № 2533119, № 2533359, № 2537531, № 2541656, № 2552038; на полезную модель №146695.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в применении новой технологии подготовки семян к посеву и использовании конструкции аппарата для высева пророщенных семян арбузов пунктирно-гнездовым способом, теоретическом и экспериментальном обосновании его параметров. Даны рекомендации по высеву проросших семян арбузов.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе общепринятых законов классической механики, теории вероятности, планирования эксперимента и методов оптимизации. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими методическими требованиями и стандартами, обработка результатов выполнялась методами математической статистики с применением компьютерных технологий.

Положения, выносимые на защиту:

□ технология подготовки к посеву и проращивания семян арбуза;

□ размерно-массовые характеристики и физико-механические свойства пророщенных семян арбузов, подготовленных к высеву по технологии с применением электроактивированной воды;

□ математические модели, описывающие процесс работы аппарата для высева пророщенных семян арбузов;

□ схема, конструктивные особенности, теоретические зависимости и результаты оптимизации конструктивно-технологических параметров аппарата для высева пророщенных семян арбузов пунктирно-гнездовым способом;

□ результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанной конструкции;

□ показатели эффективности предложенной технологии подготовки семян арбузов и средств механизации высева пунктирно-гнездовым способом.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность исследований подтверждена достаточным объемом и высокой степенью точности опытных данных, применением современных методов обработки результатов экспериментов, использованием положений Государственных стандартов (ГОСТ), апробированных и общепринятых рекомендаций.

Производственные испытания технологии подготовки семян арбузов к посеву проводились на базе ООО НИИ «АгроПлюс», г. Астрахань. Полевые испытания аппарата для высева пророщенных семян арбузов пунктирно-гнездовым способом проводились на полях крестьянско-фермерского хозяйства (КФХ) «Куганны» Приволжского района Астраханской области.

Основные результаты исследований по диссертационной работе рассмотрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и молодых ученых «Будущее АПК: наука и технологии, инновации и бизнес» (2011...2015гг.), на международных научных конференциях «АСТИНТЕХ» (2012.2015гг.) ФГБОУ ВПО «Астраханского государственного университета», на международной научно-практической конференции «Стратегическое развитие АПК и сельских территорий РФ в современных международных условиях» ФГБОУ ВПО «Волгоградского государственного аграрного университета» (2015г.), а так же в конкурсе научных проектов Министерства сельского хозяйства Астраханской области (2014г.).

Материалы исследований опубликованы в 38 печатных работах общим объемом 12,5 п.л. (6,2 п.л. приходится на долю автора), в том числе 6 из них в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 11 патентах РФ на изобретение, в одном патенте РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков, 19 таблиц и 4 приложения, список литературы содержит 115 источников, в том числе 5 на иностранных языках.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Астраханская область является крупнейшим центром выращивания бахчевых культур, в частности Астрахань - арбузная столица России. Звание это получено, вполне заслужено, ведь каждый третий арбуз, проданный в стране, выращен именно в этой области [14, 16, 18, 28, 30, 46]. Причем местные бахчеводы берут не только количеством, но и качеством. Всем известен сорт арбуза «Астраханский», ставший торговой маркой, символом, гордостью Астраханской области.

В городе Камызяк, Астраханской области расположен ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого овощеводства и бахчеводства (ФГБНУ ВНИИОБ), сотрудники которого занимались селекционной работой бахчевых культур и внесли немалый вклад в развитие отрасли.

Работы по совершенствованию технологии возделывания бахчевых культур ведутся с середины XX века, посредством механизации отдельных технологических операций, таких как посев, уборка и переработка плодов [56]. В данном направлении работают учёные ФГБОУ ВПО «Волгоградский ГАУ», АОА «ВИСХОМ» (НИИ Сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина), ФГБНУ ВНИИОБ, ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ» им. Н.И. Вавилова (Саратовского института механизации сельского хозяйства им. М.И. Калинина) и другие [1, 2, 3, 4, 7, 8, 10]. Решению задач механизации отрасли бахчеводства посвящены труды В.Г.Абезина, В.П. Бороменского, Г.Е. Листопада, В.И. Малюкова, П.М. Овчарова, С.Д. Стрекалова, А.Н. Цепляева, М.Н. Шапрова и других [5, 13, 69 , 70, 71, 72, 73, 75, 76, 77, 78, 80, 82, 83, 85].

Арбузы - высокопитательный, сахаристый и освежающий продукт. Эти качества выделяют указанную культуру из группы овощных и позволяют приравнять к лучшим плодово-ягодным культурам, как виноград, абрикос, персик, груша и другие, отчего бахчу иногда называют однолетним садом. Сочная ягода -арбуз содержит комплекс сухих растворимых веществ, Сахаров, витаминов и, благодаря чему, имеет изысканный вкус и обладает диетическими лечебными и питательными свойствами. Он высоко ценится как десерт, хорошо утоляющий

жажду в жаркий летний период. В мякоти арбуза содержится аминокислота цитруллин, которая имеет тесную связь с Ь-а^тте, аминокислотой, необходимой для образования окиси азота, участвующего в регулировании сосудистого тонуса и здорового кровяного давления. Высокое содержание фруктозы делает плоды арбуза сладкими и вкусными. Пищевое значение бахчевых культур определяется высоким содержанием Сахаров в плодах, у арбузов оно доходит до 11%. Химический состав арбуза представлен в таблице 1.1. Кроме пищевого, плоды бахчевых культур имеют и диетическое значение [16, 18].

Таблица 1.1 - Химический состав арбуза, на 100 г съедобной части

Пищевая ценность, г

Калорийность 27 кКал

Белки 0,6

Жиры 0,1

Углеводы 5,8

Пищевые волокна 0,4

Органические кислоты 0,1

Вода 92,6

Моно- и дисахариды 5,8

Зола 0,4

Витамины, мг

Витамин РР 0,2

Бэта-каротин 0,1

Витамин А (РЭ) 0,017

Витамин В1 (тиамин) 0,04

Витамин В2 (рибофлавин) 0,06

Витамин В6 (пиридоксин) 0,09

Витамин В9 (фолиевая) 0,008

Витамин С 7

Витамин Е (ТЭ) 0,1

Витамин РР (Ниациновый эквивалент) 0,3

Макроэлементы, мг

Кальций 14

Магний 12

Натрий 16

Калий 110

Фосфор 7

Микроэлементы, мг

Железо 1

Высокие вкусовые качества плодов бахчевых культур дополняются необычайным разнообразием ароматов и консистенции мякоти, а также различной

окраской продукта. В отличие от большинства овощных растений бахчевые культуры могут продолжительно сохраняться без потери ими тургора. Даже самые нележкие сорта могут с успехом сохраняться в обычных условиях свыше 10 дней без завядания и изменения вкусовых качеств.

Использование арбузов не ограничивается потреблением в свежем виде. Арбузы можно перерабатывать на мед и повидло, приготовлять вино и рафинированную патоку для кондитерских изделий. Арбузная корка перерабатываются на цукаты. Нестандартные арбузы применяют для консервирования. Из семян бахчевых культур извлекают жиры, которых содержится до 50%, их используют для изготовления высококачественного пищевого масла [14].

Секреты технологии возделывания арбуза кроются в требованиях этой однолетней лианы с длинными, стелющимися по земле стеблями к условиям предпосевной подготовки семян, высева, роста и развития растений - свету, теплу, влаге, элементам питания.

1.1 Технология возделывания арбуза

Биологические особенности. Столовый арбуз (Citrullus vulgaris Schrad) -однолетняя, теплолюбивая и засухоустойчивая культура семейства тыквенных (Cucurbitaceae). Для прорастания семян необходима температура не ниже +16...+18°С. Для роста и развития растений оптимальной температурой будет +25...+30°С, а в случае снижения температуры до +15°С приостанавливаются все процессы роста и развития. Всходы погибают уже при температуре -1°С.

Корневая система - стержневая, проникает в глубину до 2 м. От главного корня отходят более 10 боковых корней, которые разветвляются на более тонкие корни. В пахотном слое почвы на глубине 15-30 см образуется корневая система, которая, как спрут, охватывает до 10 м почвы. Наличие такой мощной корневой системы плюс высокая всасывающая сила корней - все это вместе и обеспечивает высокую засухоустойчивость арбуза. Расход воды у арбуза достаточно высокий -

коэффициент составляет 600 единиц, а это в 2-3 раза выше, чем у кукурузы, сорго и проса. Из литературных данных известно, что интенсивная транспирация способна уменьшать температуру листьев на 7°С, в сравнении с температурой окружающего воздуха и на 18°С, в сравнении с температурой почвы. Таким образом, способность арбуза к самоохлаждению поверхности листьев позволяет избежать коагуляции белков, которая наступает у этой культуры при температуре +44.. ,+54°С [28, 100].

Растения арбуза в течение вегетационного периода воду потребляют неравномерно. Максимальное количество влаги требуется в период усиленного роста вегетативных и генеративных органов и недостаточное ее количество в этот период приводит к снижению раннего урожая. Количество потребляемой воды сокращается лишь к концу формирования урожая. Оптимальные условия для роста и развития растений арбуза складываются при влажности почвы не ниже 70.75% от начала вегетации до образования плодов и 65.70% - в период созревания плодов. Оптимальная влажность воздуха для арбуза составляет 45.60%. Высокую влажность воздуха и почвы при холодной погоде арбузы переносят плохо, а при сочетании таких условий молодые растения поражаются фузариозом, а взрослые растения - антракнозом и альтернариозом [100].

Арбуз - светолюбивое растение короткого дня и при затенении снижает урожайность до 50%. Особенно требователен арбуз к освещению в период четырех - пяти настоящих листьев, цветения и созревания плодов, поэтому в пасмурную погоду, когда недостаточно света, у него слабо протекает процесс фотосинтеза, а в плодах снижается накопление Сахаров и сухих веществ. В комплексе благоприятных условий, определяющих полноценный рост и развитие растений, освещенность - самый труднорегулируемый фактор, поэтому обеспечение равномерного размещения растений по площади при высеве и своевременное уничтожение сорняков - залог хорошего урожая, уплотнение же посевов приводит к затягиванию сроков созревания и к снижению урожая.

Сорта и гибриды. Арбуз - культура с очень большим разнообразием сортов, как по скороспелости, так и по другим хозяйственно-ценным признакам. Сегодня на рынке предлагается широкий ассортимент сортов: Астраханский,

Кримсон свит, Чарльстон грей, Холодок, Фотон, Скорик, Огонек, Сахарный малыш, Подарок солнца, Лунный и гибридов Кримсон глори F1, Мадера F1, Аква Дульсе F1, Антей F1, Блейд F1, Бонта F1, ВНИИОБ 2 F1, Грааль F1

Институтом южного овощеводства и бахчеводства НААН Украины (Южная государственная сельскохозяйственная опытная станция) проведены маркетинговые исследования о том, какие же плоды арбуза больше нравятся покупателю. Полученные результаты показали (табл. 1.2) [100], что покупатели выбирают классический полосатый округлый крупный плод с яркой мякотью и темными семенами. Таким показателям в полной мере отвечает сорт «Астраханский», который также является лежким и транспортабельным, что очень важно для торговли. Плоды этого сорта крупные, шаровидные, превосходного качества, мякоть плотная, сочная и сладкая.

Таблица 1.2 - Результаты маркетинговых исследований предпочтения покупателей, %

Органолептические показатели арбуза

форма плода размер плода окраска плода цвет семян размер семян

округлая удлиненная крупный мелкий полосатая «рубашка» темная белая темные белые крупные мелкие бессемянные

73,1 26,9 69 31 49 27 23 75 25 61 29 10

В заданных почвенно-климатических условиях вкусные и качественные плоды арбуза можно получить при соблюдении нескольких требований: подготовка почвы, технология высева подготовленных жизнеспособных семян и проведение работ по уходу за посевами.

Почва и предшественники. Арбузы хорошо растут на богатых песчаных и легких супесчаных почвах. Наиболее предпочтительными являются почвы с нейтральной реакцией почвенного раствора (рН 6,5-7,0). Именно такое сочетание почвенно-климатических факторов встречается только в Астраханской области. Тогда как на тяжелых почвах наблюдается ее растрескивание, и корневая система арбуза разрывается, нарушается водный режим растений. Отсюда потеря вкуса и других показателей качества.

В полевых севооборотах чаще всего арбуз размещают после озимой пшеницы, по пару, кукурузы на силос, зернобобовых смесей и многолетних трав. Все эти предшественники обеспечивают получение высоких и качественных урожаев, а после многолетних трав даже допускается посев арбуза два года подряд. В овощных севооборотах лучшими предшественниками считаются лук, капуста и корнеплодные овощные культуры [100].

Подготовка поля начинается сразу после уборки предшественника. Для этого проводится двукратная обработка. Первая - сразу после уборки предшественника лущильниками или дисковыми боронами, вторая - непосредственно после всходов сорняков дисковыми боронами или плоскорезными орудиями. Если поле засорено многолетними сорняками, то необходимо проведение до трех обработок: первая -на глубину 6. 8см, последующие - после отрастания розетки сорняков на глубину 10.12см и 12.14см соответственно. Арбузы хорошо реагируют на глубокую вспашку, глубина которой составляет 27.32см, или на всю глубину гумусного слоя почвы, если он маломощный. Оптимальные сроки зяблевой пахоты приходятся на октябрь [93].

Для сохранения влаги ранней весной поле боронуется в один или два следа. Через неделю-две после боронования проводится культивация на глубину 10.12 см с одновременным боронованием. Вторую культивацию проводят как предпосевную, на глубину заделки семян. На орошаемых землях предпосевная обработка почвы под арбузы предусматривает выравнивание поля для качественного проведения поливов.

Удобрение. В зависимости от содержания соответствующего элемента питания в почве и фазы развития растения дозы минеральных удобрений подлежат корректированию. Особенно это важно при применении азота, при избытке которого возрастает количество нитратов в продукции, ухудшаются вкусовые качества и лежкость плодов. В качестве органических удобрений используют перегной. Свежий навоз вносить не рекомендуется, поскольку это удлиняет вегетацию, уменьшает накопление Сахаров и уменьшает устойчивость растений против болезней. Эффективным является совместное применение органических и минеральных удобрений. В программах удобрения арбуза

учитывают наличие элементов в почве, потери действующего вещества при вымывании и минерализации и уровень урожайности.

Операция высева. Температура почвы и качество семенного материала имеет решающее значение при высеве арбуза. По срокам наилучшими условиями считаются, когда почва прогреется до температуры 12...14°С на глубине 10... 12см. При высеве в недостаточно прогретую почву семенам арбуза необходимо больше времени для прорастания, при этом увеличивается число пораженных болезнями проростков. При этом также усложняется борьба с сорняками, ведь они и всходят раньше, и растут быстрее, чем всходы арбуза.

Для высева семян арбуза могут быть использованы сеялки СБН-3, СБУ-2-4А, СУПН-8 или СПЧ-6М, которые агрегатируются с тракторами тягового класса 14кН, а так же зарубежных производителей Monosem, Gaspardo [111, 112, 113]. Наилучшая глубина заделки мелких семян арбуза составляет - 4.6см, крупных семян - 6.8см. Необходимая площадь питания растений арбуза раннеспелых сортов составляет 1м2, среднеранних и средних - 2м2. Существуют рекомендованные схемы посева арбуза: для раннеспелых сортов - 140х70, 180х60, 210х50см; среднеспелых сортов - 140х140, 180х110, 210х100см [5, 12, 100]. В случаях применения капельного орошения и применения технологий выращивания ранней продукции под пленкой применяют двухстрочные схемы.

Ориентировочные нормы высева семян арбуза зависят от массы 1000 семян, выбранной схемы посева и всхожести. Для раннеспелых сортов с массой 1000 семян 45.60г рекомендуют 1,2.2кг/га, при массе 61.100г - 2.2,5кг/га; для среднеспелых при массе 50.60г - 1.1,3кг/га и при массе 100.130г -2.2,7кг/га. Эти нормы рекомендованы для сеялок точного высева. Для других -норму высева увеличивают на 30. 50% [100, 109].

Уход за растениями. Уход за посевами начинают еще до появления всходов. Для этого культивацию проводят по направляющим бороздам или щелям, нарезанным щелерезами при посеве. Через 5.7 суток проводят боронование поперек направления рядов легкими и средними боронами, что уничтожает значительную часть проросших сорняков в фазе ниточки, а для семян

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Беспалова Ольга Николаевна, 2016 год

Ч /

/

00 /

1 -3 ч 50 /

> к ■ {

ч ■ -4 50

-5 00

потенциал аналита

потенциал католита

Рисунок 4.1 Зависимость ОВП электроактивированной воды от температуры

Распределение значений ОВП относительно повышения температуры электроактивированной воды на рисунке 4.1 показывает, что оптимальные значения ОВП были достигнуты при температуре 22°С, что соответствует предложенному методике электроактивации воды. Дальнейшее повышение температуры приводит падению показателей ОВП как анолита, так и католита.

Форма и размеры замоченных семян определяли путем измерения длины, ширины и толщины семени штангенциркулем ШЦ-125 (рис. 3.4). Обрабатывались измерения методами математической статистики. Результаты измерений представлены в таблице 4.1, обработка результатов на - рисунке 4.2.

20 18 16

ю 1/1

<и 14

ей £ 12

о 10

О

ч

о

к

к 1 N1

Р Л * ■ А К

1 II Д. \

к « 1 А N Д. } \

к > ? А • 1 / ч/ \ N у

\ к \ Г Ж / \

г * Ж / л

' 1 V 1 V 1 ж г. \

Т л Щ 1 > г л 1

А 1 9 V ж

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

мм

_Ж- длина семени

ширина семени

толщина семени

Рисунок 4.2 - Распределение значений размерных характеристик семян Таблица 4.1 - Размерные характеристики семян арбуза

№ и/и Характеристики семян Сухие Проросшие семена, обработанные водопроводной водой Проросшие семена, обработанные электроактивированной водой

V тах х Хтт х тах х Хтт х тах х хтт

1 Длинна 1, мм 15,2 10,8 8,2 17,1 11,8 10,4 18,4 15,5 12

2 Ширина Ь, мм 9,4 7,7 6,5 9,6 7,5 6,1 9,7 8,68 7,6

3 Толщина 3, мм 3,2 2,1 1,8 3,2 2,5 2,0 3,6 2,8 2,4

Из полученных данных видно, что наибольшей степени размеры семян изменяются по длине и в меньше по толщине.

Проведенные исследования показали, что электроактивированная вода увеличивает скорость проращивания и дружность появления проростков. Проращивание в электроактивированной воде повышает процентное отношение семян с оптимальными для посева размерными характеристиками.

Можно с уверенностью говорить о том, что для достижения наибольшей точности высева необходимо максимальное приближение геометрической формы ячеек высевающего диска к параметрам семян арбуза сорта «Астраханский».

Изменения массы семенного материала арбузов в зависимости от времени проращивания в водопроводной и электроактивированной воде приведены в таблице 4.2, построена кривая зависимости изменения массы семян шсемян от времени их проращивания Впр в двух группах: с применением электроактивированной и водопроводной воды (рис. 4.3). Методика проведения экпериментальных исследований подробно изложена в разделе 3. В процессе опыта проводили взвешивание семян в их сухом состоянии и в каждой группе через определённые итнервалы времени при прорастании. Опыт выполнялся при температуре 20оС.

Определение средней массы одного проращенного семени арбуза Астраханский Ш]! т = 280 г - массса 1000 шт. проросших семян; о = 1,2 г

Г 1 семян Г Г у ^

т = Ш ) ± 1,96 • ст = 261 ± 1,96 • 1,2 = 277,6...282,4 г; т1 = 0,278...0,282 г.

семян (семян) 5 у у у у

Таблица 4.2 - Значения массы семян арбуза и времени проращивания

Время проращивания семян, Впр, ч сорт «Астраханский»

Масса 1000 семян, тсемян, г Среднее значение массы, г

Ш1 - замоченные в водопроводной воде т2 - замоченные в электроактивированной воде

0 120 120 120

6 140 144 140

12 144 156 152

18 168 184 177

24 187 200 194

30 193 216 206

36 195 248 221

42 200 260 243

48 204 260 257

280

260

и 240

И

220

<и

о

И 200

и

в 180

0

0 0 160

1

^ 140

о

о

св

2 120

100

--

10

40

45

50

15 20 25 30 35

время проращивания, ч

в водопроводной воде в электроактивированной воде

Рисунок 4.3 - Зависимость изменения массы семян от времени проращивания

В результате проведенного эксперимента было получено значение массы 1000 проросших семян арбуза, колебания которой составили в пределах 5г Щгаиян=277,6... 282,4г.

Полученные экспериментальные данные, показывают, что проросшие семена арбузов тяжелее сухих в 2,3 раза. Так же можно говорить, о том, что у группы семян пророщенных в электроактивированной воде процесс набухания происходил активнее, появление проростков прослеживалось раньше на 8 часов, и на 6 часов раньше прекращался набор массы, в отличие от группы семян пророщенных в водопроводной воде.

4.1.2 Значения фрикционных характеристик семян

При взаимодействии семенного материала с рабочими поверхностями высевающего аппарата, возникают силы трения, неизбежно оказывающие влияние на качество протекания технологического процесса высева проросших семян. При

0

5

исследовании фрикционных свойства семян и вычисления силы трения, определялись коэффициенты трения покоя, движения и внутреннего трения проросших семян.

Коэффициенты трения покоя fn, движения ^ и внутреннего трения ^ определялись с помощью методик, описанных в главе 3. При проведении опытов в качестве фрикционных поверхностей использовались неокрашенная стальная пластина и пластик-поликарбонат. В таблицах 4.3, 4.4 и на рисунках 4.3, 4.4 представлены результаты проведенных исследований - значения коэффициентов трения покоя по стали и по пластику для различных групп семян арбуза.

Таблица 4.3 - Значения коэффициентов fn сухих и проросших семян

по различным материалам

№ п/п Характеристика Сухие Проросшие семена, в водопроводной воде Проросшие семена, в электроактивированной воде

f тах п f п f тт п f тах п f п f тт п f тах п f п f тт п

1 Коэффициент трения покоя по стали 0,73 0,46 0,31 0,78 0,33 0,29 0,72 0,49 0,27

2 Коэффициент трения покоя по пластику 0,67 0,35 0,43 0,38 0,31 0,27 0,32 0,27 0,25

20

18

« 16

к К 14

<и

Л О 12

н

ю о 10

с 8

о

ч 6

о

к

4

2

0

У

0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4 0,44 0,48 0,52 0,56 0,6

коэффициент трения покоя

0,64 0,68 0,72

по пластику по стали

Рисунок 4.4 - Распределение коэффициентов трения покоя для семян пророщенных в электроактивированной и водопроводной воде

Таблица 4.4 - Значение коэффициентов ^ сухих и проросших семян

по различным материалам

№ п/п Характеристика Сухие Проросшие семена, в водопроводной воде Проросшие семена, в электроактивированной воде

г* тах Г а г* тах Г а г* тах Г а

1 Коэффициент трения движения по стали 0,53 0,46 0,35 0,65 0,5 0,41 0,63 0,535 0,39

2 Коэффициент трения движения по пластику 0,59 0,42 0,38 0,62 0,43 0,35 0,61 0,48 0,33

по стали по пластику

Рисунок 4.5 - Распределение коэффициентов трения движения для семян пророщенных в электроактивированной и водопроводной воде

В качестве характеристики внутреннего трения семян принят угол естественного откоса, результаты определения значений представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Коэффициент ^ сухих и проросших семян арбуза

Характеристика Сухие Проросшие семена, обработанные водопроводной водой Проросшие семена, в электроактивированной воде

^ тах 6 f в ^ тт в ^ тах 6 f в ^ тт в ^ тах 6 f в ^ тт в

Коэффициент внутреннего трения 0,95 0,72 0, 55 0,90 0,58 0,51 0,88 0,52 0,41

коэффициент внутреннего трения

Рисунок 4.6 - Распределение коэффициентов внутреннего трения для семян пророщенных в электроактивированной воде

Из приведенных в таблицах 4.3, 4.4, 4.5 и рисунках 4.4, 4.5, 4.6 данных видно, что наибольшие значения коэффициентов трения покоя и движения у сухих семян по стальным пластинам, а наименьшие по пластику у семян, проращенных в электроактивированной воде. Значения угла естественного откоса, а значит и коэффициента внутреннего трения по пластику у пророщенных в электроактивированной воде семян существенно меньше, чем у сухих. Следовательно, при высеве проросших семян арбуза сила трения между ними и рабочими органами из пластика будет минимальной, что приведёт к лучшему взаимодействию пластикового высевающего диска и семенного материала. Для семян арбуза средние значения коэффициентов трения покоя и трения движения имеют достаточно широкий разброс значений. Среднеквадратическое отклонение в пределах ±0,01... ± 0,04, что не превышает допустимых значений.

4.2. Результаты исследования конструктивных и технологических параметров работы аппарата для высева пророщенных семян

Для экспериментального определения оптимальных параметров работы дискового аппарата для высева пророщенных семян арбуза пунктирно-гнездовым способом были проведены лабораторные испытания.

По результатам лабораторных исследований процесса заполнения ячеек, получены данные длины, ширины ячейки и толщины высевающего диска, обеспечивающие максимальную точность высева при вращении высевающего диска на следующих скоростях: 1 - 1 мин-1; 2 - 1,3 мин-1; 3 - 2 мин-1 (рис. 4.7.. .4.9).

100

15,5 15,7 15,9 16,2 16,5 16,8 17,2 17,6 17,8 17,80 18 18,2

длина ячеики, мм скорость 1 ~ скорость 2 А скорость 3

Рисунок 4.7 - Зависимости точности высева семян арбуза сорта «Астраханский» от длины ячейки

100 90 ^ 80 ей « (и а 70 Л « Л Н 60 о О к 15 50 н 40 30 8

✓ л к N >

> / ✓ ( * л Г / •-1 1

1 / / / А г у ч

/ / / _ 1 / л к 4 ,2

< ✓ У 4 / / у

2 8 38 ско 48 рость 68 1 8 шир] 9 та я скорс 2 9 чейкр )сть 2 4 9 1, мм 8 10 СБ 00 10 сорос ,4 11 гь 3

Рисунок 4.8 - Зависимости точности высева семян арбуза сорта «Астраханский» от ширины ячейки

Рисунок 4.9 - Зависимость точности высева от толщины высевающего диска

Из рисунков 4.7, 4.8 и 4.9 следует, что оптимальное значение длины ячейки равны: 1я= 16+1,8=17,8мм, ширина ячейки Ья=8,6+1,2=9,8мм и необходимая толщина высевающего диска равна ¿я=2,8+0,2=3мм. Поученные значения в достаточной степени обеспечивают точность высева.

Высевающий диск установлен под углом а, который оказывает значительное влияние на работу высевающего аппарата. Оптимальное его значение способствует западению семени в ячейку и перемещение его к высевающему окну без выпадения. Выпадение же семени из ячейки происходит за счет его опрокидывания, когда ячейка оказывается в верхней точке высевающего диска.

По результатам решения уравнений в главе 3 величина угла наклона а не должна быть не менее 45° и более 55°, согласно проведённым исследованиям оптимальное значение угла наклона высевающего диска а = 50° и может колебаться в допустимых пределах 45°. 55° (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 - Зависимость точности высева от угла наклона диска

В конструкции аппарата для высева пророщенных семян арбуза предусмотрен щеточный отражатель, класс жесткости которого выбран средний, данные измерений по определению оптимального значения жесткости щетинок представлены в таблице 4.6 и на рисунке 4.11.

Таблица 4.6 - Значения жесткости ворса щеточного отражателя

№ п/п Размер проростков семян арбуза, мм Значение жесткости ворса капрона, сН/мм

1 1 0,0118

2 2 0,0123

3 2 0,0129

4 2 0,0135

5 1 0,0141

6 2 0,0147

7 2 0,0153

0,016 2 0,015 § ^ 0,014 ей о Л О 0,013 « Л н о 0,012 Ей Н О ^ 0,011 0,01

2

П( )врежда емость ] 1 эостков, 01 %

Рисунок 4.11 - Зависимость жесткости ворса отражателя от повреждаемости ростков

Представленные в таблице 4.7 и на рисунке 4.11 данные, позволяют получить интервал варьирования значений жёсткости от 0^=0,01176... 0,01529 сН/мм . Оптимальное значение жесткости ворса щёточного отражателя, равно значению минимальной жёсткости, обеспечивающей наименьший уровень травмирования проростка семени, средний размер которых равен 2мм.

4.3 Результаты оптимизации конструктивных параметров дискового аппарата для высева проросших семян арбузов

Разработанная конструкция исследуемого аппарата для высева проросших семян арбуза пунктирно-гнездовым способом была выполнена в соответствии с проведенными теоретическими исследованиями, изложенными в главе 2. Регулировка параметров аппарата выполнялась в соответствии с имеющейся методикой проведения эксперимента.

При исследованиях использовали метод планирования многофакторного эксперимента. Уровни и интервалы варьирования факторов определены по конструктивным особенностям аппарата для высева пророщенного материала, а угол наклона и скорость вращения высевающего диска - по предварительным лабораторным исследованиям.

В соответствии с принятой методикой, для исследования оптимальных значений выполнен план Рехтшафнера 4-х факторного эксперимента (табл. 1 приложение 1). Результаты полученных экспериментов показаны в таблице П. 2.

На основании экспериментальных данных рассчитаны коэффициенты В0, Д, Д, и Вц уравнения регрессии [44]:

У = Во + ЕВ1х1 + XВух^ + XВ11х2 . (4.1)

Критерием Стьюдента оценена значимость коэффициентов уравнения (4.1). Незначимые коэффициенты удалены, и выполнен повторный расчет коэффициентов уравнения регрессии [57, 58]. По расчетам получены уравнения регрессии в кодированном виде:

У = 92,89 + 9,69х - 4,71х2 + 0,11х - 0,241х +1,24х х2 -1,06х х + 0,94х х -

1 2 3 2 4 2 1 22 123 1 4 , (4.2)

- 0,81х2х3 + 0,64х2х4 - 1,21х3х4 - 5,7х1 - 3,9х2 - 7,21х3 - 5,05х4

По критерию Фишера проверялась адекватность полученных математических моделей [57, 58].

Дисперсия ошибки опыта:

§2 (у)=(Е Е ^ - У112 ]/^п+1}. (4.3)

Дисперсия неадекватности модели:

= п£ (У1 - У1 )2/^-[к +1]), (4.4)

где у;ч - значение 1-той величины в д-том опыте; у - случайная величина, определенная по математической зависимости; у - среднеарифметическое значение случайной величины; п - число повторностей опыта; N - число строк матрицы плана; к - число факторов.

В таблице 2 приложение 1 представлены результаты расчетов и Э2 (у)

При исследовании точности высева получено значение критерия Фишера Б=1,325 и должно соблюдаться условие Р0.05>Б (Р0 05=2,1646 - табличное значение при уровне значимости 5% [57, 58]). Таким образом, полученные математические модели адекватны результатам эксперимента.

В рамках предложенной программы исследований [44] определены оптимальные значения факторов, указанные в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Оптимальные значения факторов

Фактор Оптимальные значения факторов

х1 - длина ячейки, мм 0,81 17,8

х2 - толщина диска мм -0,49 3,0

х3 - угол наклона диска, град -0,04 49,8

-1 х - скорость вращения диска, мин 0,04 1,33

Примечание: в числителе - в кодированном виде, в знаменателе - в раскодированном виде

Для анализа и систематизации полученную математическую модель второго порядка привели к типовой канонической форме:

V - х = В^2 + В22Х22 +... + Вкк х2, (4.5)

где У - значение критерия оптимизации; У - значение критерия оптимизации в оптимальной точке; Хх, Х2,..., Хк - новые оси координат, повернутые относительно

старых х1, х2, ..., хь- Вп, В22, В^- коэффициенты регрессии в канонической форме.

По расчетам получены значения критерия оптимизации в оптимальной точке У и коэффициенты регрессии в канонической форме В11, В22, В33, В44. В канонической форме уравнение регрессии (4.2) имеет вид:

Уу - 97,88 = -5,68X? - 3,66Х22 - 7,71Х32 - 4,8X

(4.6)

Как видно из уравнения все коэффициенты при квадратных членах имеют отрицательные знаки, значит поверхности откликов, отображаемые уравнением (4.2), представляют собой четырехмерные параболоиды с координатами центров поверхностей в оптимальных значениях факторов.

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (4.2), относительно (х 1) и (х 2), факторы (,х3) и (х4) фиксировались на оптимальных значениях х3 = - 0,04; х4 = 0,04. Результаты расчетов приведены в таблице 3 приложения 1 и на рисунке 4.12. Можно рекомендовать такие оптимальные значения факторов: х 1 = 0,7.. .0,9 и х 2 = -0,6... -0,4.

-1

-0,8 -0,6 -0,4

-0,2

х2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Рисунок 4.12 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов х 1 и х 2 при х3 = - 0,04 х4 = 0,04 на точность высева Тв

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению

регрессии (4.2), относительно (х 1) и (х3), факторы (х2) и (х4) фиксировались на

оптимальных значениях х2 = -0,49 и х4 =0,04. Результаты расчетов приведены в

2

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 х 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

' ' ' ' х1 5 5 5 5

таблице 4 приложения 1 и на рисунке 4.13. Можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов: х 1 = 0,7.. .0,9 и х3 = -0,1.. .0,1.

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Рисунок 4.13 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов X 1 И Х3 при х2 = - 0,49 и х4 = 0,04 на точность высева Тв

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (4.2), (х 1) и (х4), факторы (х2) и (х3) фиксировались на оптимальных значениях х2 = - 0,49 и х3 = - 0,04. Результаты расчетов приведены в таблице 5 приложения 1 и графически на рисунке 4.14. Можно рекомендовать такие оптимальные значения факторов: х 1 = 0,7.0,9 и х4 = - 0,1.0,1.

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 х 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Рисунок 4.14 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов X 1 и .х4 при х2 = - 0,49 и х3 = - 0,04 на точность высева Тв

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (4.2), относительно (-х2) и (х3), факторы (х{) и (х4) фиксировались на оптимальных значениях х1 = 0,81 и х4 = 0,04.

Результаты расчетов приведены в таблице 6 приложения 1 и графически представлены на рисунке 4.15.

Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х2 = -0,6...-0,4 их3 = -0,1...0,1.

--0,8 --0,6 --0,4

--0,2

Хз

-0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 х 0,2 0,4 0,6 0,8 1

' ' ' ' х2

Рисунок 4.15 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов Х2 И Л"з при XI = 0,81 и х4 = 0,04 на точность высева Тв

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (4.2), относительно (.х2) и (х4), факторы (х{) и (х3) фиксировались на оптимальных значениях хх = 0,81 и х3 = -0,04. Результаты расчетов приведены в таблице 7 приложения 1 и графически представлены на рисунке 4.16.

Можно рекомендовать следующие оптимальные значения факторов: х 2 = -0,6.-0,4 и х4 = -0,1.0,1.

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 х 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Рисунок 4.16 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов Х2 и .х4 при Х\ = 0,81 и .хз = - 0,04 на точность высева Тв

При рассмотрении двумерного сечения поверхностей отклика по уравнению регрессии (4.2), относительно (х3) и (х4), факторы (х{) и (х2) фиксировались на оптимальных значениях хх = 0,81 и х2 = -0,49.

Результаты расчетов приведены в таблице 8 приложения 1 и графически на рисунке 4.17. Могут быть рекомендованы следующие оптимальные значения факторов: х 3 = -0,1.0,1 и х4 = -0,1.0,1.

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 х 0,2 0,4 0,6 0,8 1

' ' ' ' х? ' ' ' '

Рисунок 4.17 - Двумерное сечение для изучения влияния факторов .хз и .х4 при Х\ = 0,81 и х2 = -0,49 на точность высева Тв

Анализ приведенных двумерных сечений показал, что для того, чтобы точность высева была максимальной можно рекомендовать следующие интервалы значения факторов: х 1 = 0,7.0,9; х 2 = -0,6.-0,4; х3 = -0,1.0,1 и х4 = -0,1.0,1. При этом точность высева составит 97,5%.

Наиболее выгодными (при точности высева не менее Тв = 97,5 %) могут быть: длина ячейки 17,2. 17,8 мм, толщина диска 3,0.3,2 мм, угол наклона диска 45°. 55° и скорость вращения диска 1.2 мин-1.

Таким образом, полученные в результате экспериментальных исследований конструктивно-кинематические параметры высевающего аппарата, позволяют отметить, что основной показатель качества его работы соответствует агротехническим требованиям к операции высева.

4.4 Результаты полевых испытаний и фенологических наблюдений за

динамикой развития растений

В разделе представлены результаты исследований лабораторной и полевой всхожести сухого, пророщенного семенного материала в водопроводной и электроактивированной воде. Закладка опытов по проращиванию и проверке начального роста в открытом грунте пророщенных семян арбуза сорта «Астраханский» в электроактивированной и в водопроводной воде и в качестве контроля сухих, осуществлялась в лаборатории кафедры агроинженерии, мелиорации и агроэкологии ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет».

В результате фенологических наблюдений и сравнения результатов процесса прорастания семян установлено, что срок прорастания семян сорта «Астраханский», замоченных в водопроводной воде - 4 дня, замоченные в электроактивированной воде - менее 2 дней. Лабораторная и полевая всхожесть отмечалась у семян, замоченных в электроактивированной воде на 3.4 дня раньше, чем у семян замоченных и пророщенных в водопроводной воде. После прорастания на 2 и 3 день был проведен подсчет процента всхожести. На 5 день семена арбузов были высажены в открытый грунт. Начальное выращивание

растений проводилось в апреле 2013 г. на опытном участке в с. Татарская Башмаковка Приволжского района Астраханской области.

Установлено, что электроактивированная вода, являясь стимулятором эмбриогенеза, быстро поступает через оболочку семени и его набухание значительно увеличивается [21, 22, 74, 110]. Вместе с электроактивированной водой к клеткам семени поступают ионы кальция, магния и кремния [табл. 9 приложение 2]. Они локализуются главным образом в зародыше и первичных корешках, чем стимулируют и улучшают их рост, рисунок 4.18.

а) б)

а) в электроактивированной воде; б) в водопроводной воде

Рисунок - 4.18 Фото, появления всходов арбуза на 2 день после посадки

пророщенными семенами

Таблица 4.9 - Показатели всхожести семян и начального развития растений

Наименование семян арбуза Время закладки Кол- во семян Время прорас тания Количество проросших семян из группы % всхож ести Время высева после замачива ния Дата появ. всход ов Фаза 3 листа

Замоченные в электроактивированной воде 11.05.13 20 на 2 день 20 100% на 3 день 21.05. на 10 день

Замоченные в водопроводной воде 11 05.13 20 на 4 день 14 70% на 5 день 26.05 на 15 день

По данным таблицы 4.9 видно, что семена арбузов проросли на 2.3 день, соответственно это дало возможность на 3 день высеять семена в почву.

После посева в грунт семена, обработанные электроактивированной водой дали более дружные и крепкие всходы. Фаза третьего листа наблюдалась у растений на 9.11 дни после замачивания семян. Фаза четвертого листа прошла с разницей 5.7 дней раньше у растений семена, которых были замочены в биологически активированной воде. Всходы появились через 5 дней после высева на 6 день после замачивания. Средний процент всхожести составил 95%.

Полевые испытания показали, что после посева проросшие с применением электроактивированной воды семена всходят на третий день, чем проросшие в водопроводной воде - на 5.6 день, а сухие семена на 10 день.

Электроактивированная вода существенно ускоряет процесс прорастания, влияет на лабораторную и полевую всхожесть семян арбузов, на их физико-механические свойства. Наблюдается разница в росте растений, а значит и в получении урожая. Использование в технологии предварительной подготовки семян обработки электроактивированной воды повышает всхожесть семян, энергию их прорастания, уменьшает повреждаемость семян и растений болезнями и вредителями, увеличивает силу роста и развития растений, увеличивается урожай до 30% ранней экологически чистой продукции [74]. Удалось ускорить развитие растений и можно предположить, что урожай можно получить на 20 дней раньше, при этом повысив всхожесть семян на 20-30%, что приведет к положительному экономическому эффекту при раннем созревании арбузов и к получению экономической прибыли.

Полевой эксперимент по испытанию разработанной конструкции аппарата для высева проросших семян проводился на опытном поле крестьянско-фермерского хозяйства «Куганны» Приволжского района Астраханской области.

Проведенными полевыми испытаниями (рис. 4.19, 4.20) установлено, что разработанная конструкция высевающего аппарата обеспечивает точность высева 96%, повреждение проростков семян менее 1%, всхожесть семян составила 98%, что соответствует основным агротехническим требованиям к высеву бахчевых культур, а именно: обеспечение точности дозирования не менее 95%; отсутствие пустых

гнезд; повреждение семян не более 0,5%; неизменность высева при различной высоте слоя семян в бункере, уклоне местности и толчках; простота конструкции, надежность в работе и удобство в обслуживании.

1 - трактор; 2 - брус; 3 - семенной ящик; 4 - дисковый нож с ребордами и почвозацепами;

5 - стрельчатая лапа

Рисунок 4.19 - Схема полевой установки для исследования работы аппарата по

высеву пророщенных семян арбуза

Рисунок 4.20 - Общий вид полевой установки для исследования работы аппарата

по высеву пророщенных семян арбуза

Определение качества сформированного гнезда производилось путем его раскопки и замером линейкой (рис. 4.21). По этиолированной части растений определяли глубину заделки семян. Взошедшие растения срезались на уровне дневной поверхности, откапывались и извлекались из почвы, замерялась длина извлеченного стебля, полученное значение принято за глубину заделки семян.

Рисунок 4.21 - Расположение семян вдоль оси рядка Процесс развития растения представлен на рисунках 4.22.4.26.

»

а) б)

Рисунок 4.22 - Процесс появления всходов (3 день) после посева семени обработанного: а - электроактивированнной водой; б - водопроводной водой

а) б)

Рисунок 4.23 - Процесс развития растения (5 день) после посева семени обработанного: а - электроактивированнной водой; б - водопроводной водой

а) б)

Рисунок 4.24 - Процесс развития растения (7 день) после посева семени обработанного: а - электроактивированнной водой; б - водопроводной водой

а) б)

Рисунок 4.25 - Процесс развития растения (14 день) после посева семени обработанного: а - электроактивированнной водой; б - водопроводной водой

Рисунок 4.26 - Процесс развития растения (14 день) после посева сухими семенами

Созревание плодов арбузов, высеянных из семян по предложенной технологии, наблюдалось на 2 недели раньше, чем у того же сорта высеянного из сухих семян (рис. 4.27).

а) при высеве проросшими семенами в электроактивированной воде

б) при высеве проросшими семенами в вдопроводной воде

в) при высеве сухими семенами Рисунок 4.27 - Цветение и завязь арбуза на 6 неделе после высева в грунт

Обработка семян перед посевом растворами католита и анолита электроактивированной воды оптимизирует условия жизнедеятельности, способствует улучшению энергии прорастания на начальный период этапов онтогенеза растений, и способствуют появлению дружных здоровых всходов. Кроме того, применение электроактивированной воды во многих случаях способствует увеличению отдачи жизненной энергии семени от использования основного материала. Поэтому применение электроактивированной воды при обработке семян - это не только полноценное питание в начальные фазы роста, но и получение качественного семенного материла.

Предложенная технология подготовки, обработки и средства механизации высева семян арбуза пунктирно-гнездовым способом соответствуют агротехническим требованиям возделывания арбуза, обеспечивают экономию дорогостоящего семенного материала, исключают потери за счёт неполной всхожести, гарантируют жизнеспособность будущих растений позволяя увеличить полевую всхожесть, повысить урожайность качественной ранней до 21 дня, экологически безопасной продукции до 30 т/га. Пунктирное расположение семян в гнезде обеспечивает оптимальные условия всхожести растений и предотвращает повреждение всходов при прореживании.

4.5 Выводы по главе 4

1. Подготовка семян к высеву с применением электроактивированной воды ускоряет процесс набухания, набора массы, прорастания семян на 8 часов, начальное развитие растений, фаза третьего листа, на 3 дня, за счет снижения влияния ионов тяжелых металлов на метаболические процессы клеток семян.

2. Определены размерно-массовые характеристики и фрикционные характеристики проращенных семян арбуза сорта «Астраханский», а именно коэффициенты трения покоя и движения по пластику равные 0,45 и 0,28 по стали 0,54 и 0,52 соответственно.

3. Для достижения максимальной точности высева арбуза необходимо применять комплект пластиковых высевающих дисков с параметрами ячеек, соответствующих геометрическим размерам семян сорта «Астраханский» 1я=17,2. 17,8 мм; Ья = 9,8.10,0 мм; £я=3,0...3,2 мм и работающих при Шэ=1.2мин-1, а=50°. 3. Установлена допустимая жесткость ворса щеточного отражателя 0,012.0,015 сН/мм , обеспечивающая минимальное усилие облома проростка, при его длине 1.2 мм.

6. Полевые испытания разработанного аппарата для высева показали, что после высева пророщенных семян, подготовленных и обработанных по предложенной технологии с применением электроактивированной воды растения развиваются быстрее на 10.15 дней по сравнению с посеянными проращенными в водопроводной воде и сухими, поэтому можно ждать положительный экономический эффект при раннем созревании бахчевых культур и получении товарной продукции для фермерских и индивидуальных хозяйств.

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛОЖЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН АРБУЗОВ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ПОСЕВА ПУНКТИРНО-ГНЕЗДОВЫМ СПОСОБОМ

5.1. Определение энергетических затрат на предпосевную подготовку семян

Учет некоторых результатов сельскохозяйственного производства необходимо вести в объективной категории, которой является энергия. Энергетический анализ позволяет оценить существующие и планируемые технологии, их перспективность с точки зрения энергетической эффективности по сравнению с применяемыми. В энергетическом аспекте оценка сводится к определению соотношения совокупных энергетических затрат на выполнение суммы агротехнических операций, включая прямые затраты энергоносителей и косвенные овеществленные в материально-технических ресурсах, и энергетической ценности полученного урожая [40, 60, 61, 62].

Использование интегрированного экономико-энергетического метода оценки производства продукции позволяет с помощью расчетов установить энергетический эквивалент рубля и стоимостную оценку единицы энергии. Энергетический эквивалент рубля ф, Дж, определяется по формуле:

<Р = (5.1)

чпч

где Еэр - использование энергоресурсов в текущем или прошедшем году, Дж; ЧМП - чистый материальный продукт, руб.; ц - индекс производства ЧМП по отраслям экономики.

Исходным документом для реализации энергетической эффективности технологий возделывания сельскохозяйственных культур являются технологические карты. С помощью ф можно определить энергетическую эффективность производства сельскохозяйственной продукции:

е = {ВП - ИП), (5.2)

эр

где ВП - стоимость валовой продукции, руб.; ИП - издержки производства, руб.

Поскольку разработка новых технологий направлена на экономию энергетических затрат, то в качестве основного критерия энергетической эффективности производства целесообразно применить коэффициент:

где Эн и ЭБ - энергоемкость продукции по новому и базовому вариантам технологии соответственно, МДж/ч.

Расчетно-аналитический метод позволяет проводить предпроектные исследования технологии, обосновывать выбор энергосберегающих вариантов, обеспечивать достоверность сравнительных показателей, оценивать энергоемкость альтернативных технологических решений.

Далее представлен расчет энергии, необходимой для предпосевной подготовки семян с применением электроактивированной воды.

Расход электроэнергии на электроактивацию воды до требуемых значений потенциала анолита +500.+600мВ и католита -600. -700мВ составляет 0,5кВт/ч, продолжительность заряда 2,5 часа.

Энергоемкость прямых затрат на процесс заряда воды составляет:

где Кэ - коэффициент перевода кВтч в МДж (Кэ=3.6), £ - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии на производство электроэнергии, МДж/кВтч.

Для обработки 10 кг семян необходимо - 10 литров воды, потери электроэнергии составляют ПЭэ = 0,01 кВт/ч. Энергетическим эквивалентом 1кВтч является 12, 01 МДж [61, 65]. Полные потери на электроактивацию 10л воды составляют:

(5.3)

Е = Н -(К + £ I,

в э \ э э'

(5.4)

Е = 0,51 (3,6 + 5,3) 10 = 45,4 МДж/кг.

С учетом энергетического эквивалента затраты энергии составят: Е = 45,4 12,01 = 545,3 МДж/ч.

5.2 Расчет балансовой стоимости экспериментального аппарата для высева пророщенных семян арбузов

В основу экономических расчетов положены технико-экономические показатели сеялки бахчевых культур СУПН-8А - базовый вариант и экспериментального образца сеялки с дисковым высевающим аппаратом (табл. 5.1).

Оценку экономической эффективности предлагаемого высевающего аппарата проводили по следующим основным показателям [60, 62, 66]:

- экономия эксплуатационных издержек на единицу выполненной работы или полученной продукции, снижение себестоимости;

- размеры дополнительных капиталовложений на внедрение средств механизации и срок их окупаемости.

Таблица 5.1 - Технико-экономические показатели базового и экспериментального варианта сеялки

Технико-экономические показатели Числовые значения показателей

Базовый вариант Экспериментальный вариант сеялки

Агрегатирование МТЗ-80 МТЗ-80

Количество обслуживающего персонала 1 1

Коэффициент использования времени смены 0,75 0,75

Среднегодовая загрузка, ч. 40 40

Производительность: за 1 час (основного времени), га/ч за смену, га/см 2,4 16,8 3,5 24,5

Норма амортизационных отчислений, % 12,5 12,5

Норма отчислений на ремонт и ТО, % 3,0 3,0

Балансовую цену экспериментального высевающего аппарата вычисляли, используя методику определения стоимости изготовления научно-исследовательских разработок:

Ц = Ц -Ц + С , (5.5)

Н С 3.0 кон

где Цс - цена базового варианта машины, по которой выполнялась научно-исследовательская разработка, руб.; Ц3.а - цена изменяемых рабочих органов, руб.; Скон - себестоимость предлагаемой конструкции аппарата, руб., определяется по зависимости:

с = С .+ С .+ С .+ С ^ + С + С (5.6)

кон к.о. о.о. п.о. сб.к. вм. on

где Ск.д. - стоимость изготовления корпусных деталей, руб.; С0.д. - затраты на

изготовление оригинальных деталей, руб.; Сп.а - стоимость покупных деталей,

руб.; Ссб.к. - полная заработная плата с отчислениями в Фонды, руб.;

Сем. - стоимость вспомогательных материалов, 2...4% от затрат на основные, руб.;

Соп. - общепроизводственные расходы на изготовление и модернизацию

конструкции, руб.

Затраты на изготовление оригинальных деталей:

Г _ Г I г

^о.д. ^пр.н. ^м (5 7)

где Спр.„. - оплата труда производственных рабочих; См - стоимость материала. Оплата труда определяется выражением:

С = С + Сд + С + С„ + , (5.8)

ир.н. осн оои отп Ьесн+ст 5 V /

где Сосн - основная зарплата производственных рабочих, руб.:

С = t • С • KП , (5.9)

осн ср t Д 5 V /

где tcp - средняя трудоемкость изготовления деталей, чел.-ч.; Ct - часовая ставка рабочих, определяемая по разряду, руб.; Кд - отраслевой коэффициент, учитывающий доплаты, Кд=1,3; Сдоп - дополнительная оплата основному работнику 25% от тарифной ставки, руб.; Сотп - резервная оплата на отпуска, руб.; Сест+ст - единый социальный налог и взнос в Фонды.

Для изготовления оригинальных деталей стоимость материала заготовок определяется:

Смз = С3 • Q3 , (5.10)

где С3 - цена килограмма заготовки, руб.; Q3 - масса заготовки, кг.

Стоимость покупных деталей изделий, агрегатов С„д определяется по рыночным ценам, действующим в данный момент.

Основную заработную плату производственных рабочих, занятых на сборке конструкции, рассчитываем по формуле:

QCH.C,= тсб • Ct • к , (5.11)

где Тсб - нормативная трудоемкость сборки конструкции, чел.-ч. определяется выражением:

Тсб = Кс • Б(сб , (5.12)

где Кс - коэффициент, учитывающий время сборки, равен 1,08; Б1с6 - суммарная трудоемкость сборки составных частей конструкции, чел.-ч.

Основные необходимые данные для расчета розничной стоимости экспериментального образца посевной машины приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Данные, необходимые для расчета балансовой цены

экспериментальной машины

Показатели Значение

Материалы основные, в т.ч. покупные изделия, руб. 20 000

Трудоемкость операций по сборке конструкции, чел.-ч. 6

Трудоемкость изготовления оригинальных деталей, чел.-ч. 70

Часовая тарифная ставка рабочего занятого на изготовлении и сборке конструкции, руб. 15,45

Стоимость покупаемых деталей и узлов, руб. 3800

Производственная себестоимость, руб. 100 641,25

Итого производственная себестоимость, руб. 115 737,45

Оптовая стоимость экспериментальной модели (с НДС 18%), руб. 150 227

5.3 Прямые эксплуатационные затраты

Прямые эксплуатационные затраты, приходящиеся на единицу продукции или работы, определяется по формуле, руб. :

3 = 3 + 3 + 3 + 3 + 3 (5 13)