Технологическое обоснование ресурсосберегающей технологии избирательного воздействия при возделывании пропашных культур за счет совершенствования процессов обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Мезникова Марина Викторовна

• Мезникова Марина Викторовна
• доктор наук
• 2024

Оглавление диссертации доктор наук Мезникова Марина Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕСУРСУСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПОЛОСОВОЙ ОБРАБОТКИ

1.1 Регенеративное земледелие как инструмент реализации инициатив по сокращению углеродного следа

1.2 Значение производства пропашных культур для народного хозяйства России

1.3 Особенности возделывания пропашных культур в России

1.4 Технологии для возделывания пропашных культур

1.5 Технология стриптилл для возделывания пропашных культур в агроэкологических условиях ЮФО на примере Волгоградской области

1.6 Направления совершенствования технологий и технических средств для возделывания пропашных культур в зонах засушливого земледелия

1.7 Совершенствование технологических операций и технических средств при возделывании пропашных культур в рамках полосовой технологии

1.8 Реализация основ регенеративного земледелия при планировании технологических операций возделывания пропашных культур на основе технологических процессов полосового

воздействия

1.9 Цель и задачи исследования, характеристика работы

Выводы по главе

2 МАШИНЫ ДЛЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР

2.1 Технические средства для выполнения полосового технологического процесса при возделывании пропашных

культур

2.1.1 Технические средства для выполнения полосовой механической обработки почвы

2.1.2 Технические средства для опрыскивания по полосовому технологическому процессу

2.2 Теоретическое обоснование конструктивных параметров рабочих органов для выполнения основной обработки почвы по полосовому технологическому процессу

2.3 Тяговое сопротивление рабочих органов для механической

обработки почвы по полосовому технологическому процессу

2.4 Теоретические основы технологического процесса полосового опрыскивания пропашных культур с объемным 3-D

эффектом

2.5 Исследование технологических параметров в области обеспечения экологической безопасности технологического процесса опрыскивания

2.5.1 Теоретическое обоснование параметров экологической безопасности при вертикальном способе опрыскивания

2.5.2 Теоретическое обоснование параметров экологической безопасности при полосовом опрыскивании с боковым распылом

2.6 Боковые смещения рабочих органов при криволинейном движении МТА, выполняющего полосовой технологический процесс

Выводы по главе

3 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

3.1 Исследование качественных показателей технологического процесса опрыскивания

3.2 Методика обработки результатов исследования качественных показателей опрыскивания на основе числовой аппроксимации их значения в цветовом пространстве файла

3.2.1 Определение порога бинаризации в цветовом пространстве файла

3.2.2 Определение степени покрытия рабочим раствором путем обработки графического изображения

3.2.3 Определение размера капли путем обработки графического изображения

3.3 Методика оценки распределения рабочего раствора на объекте обработки жидкими формами препаратов

3.3.1 Лабораторная установка для изучения параметров распыла и качественных показателей распределения рабочего раствора

3.3.2 Методика оценки качественных показателей распыла на основе распределения рабочего раствора на объекте обработки

3.4 Программы для ЭВМ

3.4.1 Программа расчета качественных показателей распыла

3.4.2 Программа расчета прямых технических затрат при возделывании сельскохозяйственных культур

3.4.3 Программа расчета экономической эффективности технологии производства продукции растениеводства

Выводы по главе

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

4.1 Влияние конструктивных параметров рабочих органов на площадь рыхления при выполнении основной обработки почвы

по полосовому технологическому процессу

4.2 Тяговое сопротивление рабочих органов для механической обработки почвы по полосовому технологическому процессу

4.3 Исследование качественных показателей опрыскивания в системе экологического полосового земледелия на посевах подсолнечника

4.3.1 Распределение рабочего раствора на объекте обработки от технологического процесса опрыскивания

4.3.2 Степень покрытия рабочим раствором

4.3.3 Густота покрытия рабочим раствором

4.3.4 Определение размера капли путем обработки графического изображения

4.4 Результаты оценки качественных показателей распыла на основе распределения рабочего раствора на объекте обработки

4.4.1 Результаты оценки качественных показателей распыла на основе распределения рабочего раствора на объекте обработки

при вертикальном способе распыла

4.4.2 Результаты оценки качественных показателей распыла на основе распределения рабочего раствора на объекте обработки

при инновационном способе бокового распыла

4.5 Результаты исследования параметров экологической безопасности при сплошном вертикальном способе опрыскивания

4.5.1 Выполнение требований экологической безопасности по параметру высоты опрыскивания при вертикальном способе опрыскивания

4.5.2 Выполнение требований экологической безопасности по параметру ширины обрабатываемой полосы при вертикальном способе опрыскивания

4.5.3 Определение технологических параметров зоны повторного внесения препарата при вертикальном способе опрыскивания

4.6 Результаты исследования параметров экологической безопасности при полосовом способе опрыскивания с боковым распылом

4.6.1 Выполнение требований экологической безопасности по параметру высоты опрыскивания при полосовом способе опрыскивания с боковым распылом

4.6.2 Выполнение требований экологической безопасности по параметру ширины обрабатываемой полосы при полосовом

способе опрыскивания с боковым распылом

4.6.3 Анализ покрытия растения рабочим раствором по ярусам листьев

4.6.4 Определение технологических параметров «условно чистой зоны»

4.6.5 Подбор угла распыления форсунки для повышения экологической безопасности полосового опрыскивания

4.7 Результаты исследования влияния боковых смещений рабочих органов на геометрические параметры обрабатываемой полосы при криволинейном движении МТА, выполняющего полосовой

технологический процесс

Выводы по главе

5 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛОСОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

5.1 Ресурсо-экологическая оценка технологических процессов полосового воздействия

5.2 Экологическая безопасность и экологический регламент в

области применения пестицидов

5.3 Снижение риска антропогенного воздействия при выполнении полосовой химической обработки в ресурсосберегающей системе земледелия

5.4 Критерии экологической безопасности технологического

процесса полосового внесения пестицидов

5.5 Влияние способа полосового опрыскивания на сокращение погектарной нормы внесения рабочего раствора

Выводы по главе

6 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР

6.1 Влияние способа распыла на технологические параметры опрыскивания

6.2 Практические рекомендации в области применения полосового внесения жидких форм препаратов при технологической

операции опрыскивания

Выводы по главе

7 ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ

ПРОПАШНЫХ КУЛЬТУР

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений и условных обозначений

Список терминов

Список литературы

Список иллюстративного материала

ПРИЛОЖЕНИЯ 276 Приложение А

А.1 Блок-схема реализации примерных технологий возделывания

пропашных культур

А.2 Технологические операции при возделывании подсолнечника от

применяемой технологии

А.3 Прямые производственные затраты при возделывании

подсолнечника в Волгоградской АгроПромышленной Компании Еланского района Волгоградской области от применяемой

технологии

А.4 Геометрические параметры опрыскивания (вертикальный распыл)

A.5 Геометрические параметры опрыскивания (боковой распыл)

Приложение Б

Б.1 Патенты на изобретения и свидетельства о государственной

регистрации программ для ЭВМ

Б.2 Соответствие диаметра капли на водочувствительной бумаге

действительному диаметру капли

Б.3 Коэффициенты соответствия изменения тягового сопротивления дисковых ножей в зависимости от условий их работы во

взрыхленной почве

Б.4 Тяговое сопротивление орудий чизельного типа, выполняющих полосовой технологический процесс в зависимости от скорости

движения МТА, V = 6-8 км/ч (на одну секцию)

Приложение В

B.1 Распределение рабочего раствора форсунками при вертикальном способе распыла

В.2 Распределение рабочего раствора форсунками при боковом

способе распыла

В.3 Графики суммарного вылива рабочего раствора в горизонтальных

секторах поддона

В.4 Зависимость высоты опрыскивания от геометрических параметров

объекта обработки при вертикальном распыле

В.5 Показатели эффективности использования высоты опрыскивания

при вертикальном способе (М=0,7 м)

В.6 Зависимость ширины обработанной полосы от геометрических

параметров объекта обработки (вертикальный распыл)

В.7 Изменение ширины обработанной полосы от геометрических параметров объекта обработки при перемещениях штанги

(вертикальный распыл)

В.8 Влияние угла распыления на приращение неравномерности по

ширине обработанной полосы

В.9 Параметры зоны повторного внесения Т от угла распыления а...... ^^

В.10 Значение ширины зоны повторного внесения Т при вертикальном

способе опрыскивания

В.11 Высота опрыскивания в зависимости от угла распыления форсунки

при боковом распыле

В.12 Показатель эффективности использования высоты опрыскивания

при боковом способе распыла

В.13 Значение ширины «условно чистой зоны» N при боковом способе

опрыскивания

В.14 Конструктивно - технологические параметры и площадь рыхления

рабочих органов для основной обработки почвы в рамках ТИВ

Приложение Г

Г.1 Значение коэффициента сокращения загрязнения почвы при применении способа полосового опрыскивания с боковым

распылом для различных культур в полосовом земледелии

Г.2 Показатели и классы опасности пестицидов

Г.3 Экологические регламенты применения пестицидов для пчел

Г.4 Комплекс технологических процессов при уходе за посевами

подсолнечника

Г.5 Основные фитосанитарные показатели Волгоградской области

Приложение Д: Влияние угла распыления на высоту опрыскивания

Приложение Е

Е.1 Удобрения и средства защиты почвы и растений, рекомендованные

к применению в ТИВ на посевах подсолнечника

Е.2 Технологические материалы и внешние факторы при расчете экономической эффективности по технологиям производства

подсолнечника

Е.3 Технические средства, применяемые в технологиях производства

подсолнечника

Е.4 Технологическая карта производственных операций по

технологиям производства подсолнечника

Е.5 Карта технической реализации КЧТ

Е.6 Карта технической реализации ТИВ

Е.7 Карта технической реализации ТИВ-2

Е.8 Состав технических средств КЧТ

Е.9 Состав технических средств ТИВ-1

Е.10 Состав технических средств ТИВ-2

Е.11 Карта прямых технических затрат КЧТ

Е.12 Карта прямых технических затрат ТИВ-1

Е.13 Карта прямых технических затрат ТИВ-2

Приложение Ж: Акты внедрения

Приложение И: Грамоты, дипломы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое обоснование ресурсосберегающей технологии избирательного воздействия при возделывании пропашных культур за счет совершенствования процессов обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Почва, как главный источник производства продукции растениеводства, требует к себе особого грамотного отношения для ее сохранности для будущих поколений. Поэтому вопросы по сохранению и восстановлению природных ресурсов становятся все более актуальными. Одновременно остро стоит вопрос снижения себестоимости продукции. Для нахождения наиболее эффективных и приемлемых точек соприкосновения обозначенных проблем становится необходимым создание новой системы земледелия и агротехнологий нового поколения, способных трансформировать положительный накопленный опыт применения традиционных систем земледелия и приемов обработки почвы на новые усовершенствованные приемы в области механической обработки и при выполнении операций по уходу за посевами.

Разработка новых технологий в области растениеводства является важным звеном в планировании мероприятий по реализации приоритетных направлений глобальной экологической культуры. Отрасль сельскохозяйственного производства является ключевым потребителем природных ресурсов. Поэтому разработка и внедрение новых технологических и технических решений для обработки почвы и ухода за посевами, направленных на бережное использование природных ресурсов, является актуальным направлением совершенствования технологии возделывания. Актуальность разрабатываемого направления подтверждена стратегическими документами по направлениям развития национальных целей, проектов и стратегических задач России в области развития новых технологий в сфере промышленности и агропромышленного комплекса (АПК), обеспечения продовольственной, экономической и экологической безопасности на федеральном, региональном и местном уровнях. Разработка технологических подходов и технических решений, направленных на сокращение энергетических и экономических затрат, повышение экологичности технологии подчеркивает значимость решаемой научной проблемы по созданию научно

обоснованной технологии возделывания пропашных культур на основе ресурсосберегающих технологических процессов полосового механического воздействия на почву и ухода за растениями опрыскиванием с высокими качественными показателями, оптимизацией энергетических показателей и обеспечением требований экологической безопасности, и имеет важное значение для народного хозяйства страны.

Рабочая гипотеза: повышение эффективности технологии возделывания пропашных культур возможно совершенствованием технологических процессов механической обработки почвы с учетом уменьшения площади рыхления и точного воздействия средствами защиты и питания на выращиваемую культуру способом объемного опрыскивания с учетом фазы развития, на основе усовершенствования и разработки новых технических средств обработки почвы и опрыскивания.

Научная гипотеза: технологическое обоснование усовершенствованных процессов механической обработки почвы и способа опрыскивания посевов пропашных культур на основе ресурсосберегающего полосового воздействия на почву и растение снижает антропогенное воздействие и погектарную норму рабочего раствора, сокращает энергетические и экономические затраты, способствует повышению экологической безопасности в отрасли АПК.

Степень разработанности темы. Разработке теоретических и

практических вопросов систем технологий и машин посвящены работы

Антышева Н.М., Бейлис В.М., Борисенко И.Б., Бузенкова Г.М., Гуреева И.И.,

Камбулова С.И., Краснощекова Н.В, Кудзаева А.Б., Милюткина В.А., Назарова

А.Н., Несмияна А.Ю., Петухова Д.А., Рыкова В.Б., Тавасиева Р.М., Хажметова

Л.М., Черновола В.А. и др. Повышение эффективности технологии возделывания

с.-х. культур с применением полосовой технологии освещены в работах Р.И.

Аминова, В.И. Беляева, В.Н. Кузнецова, В.А. Милюткина, С.Г. Мударисова, Л.В.

Соколовой, Р.У. Тиссен, И.Б. Борисенко и др. Влияние работы

почвообрабатывающих агрегатов на внутрипочвенные процессы, связь

конструктивных решений по совершенствованию технических средств для

9

механической обработки почвы с повышением качественных показателей освещалось в работах А.И. Бараева, В.В. Бойкова, И.Б. Борисенко, Г.В. Веденяпина, И.И. Гуреева, В.П. Горячкина, А.П., Зеленина, А.П., Камбулова, Н.И. Кленина, Н.В. Краснощекова, Э.И. Липковича, Т.С. Мальцева, А.Ю. Несмияна, И.М. Панова, И.Е. Попова, В.Б. Рыкова, Г.Н. Синеокова, А.П., Труфанова, Ю.А. и др. Подходы и решения в области повышения эффективности техпроцесса опрыскивания отражены в работах Борисенко И.Б., Власенко А.Н., Догода П.А., Киреева И.М., Коваль З.М., Лысоева А.К., Клочкова В.А., Корнилова Т.В., Милюткина В.А., Никитина Н.В., Синещекова В.Е., Суторихина И.А., Ударцевой О.В., Хажметова Л.М. и др.

Направление исследования разрабатывается с 2013 г. и на начальном этапе включало совершенствование техпроцесса механической обработки почвы с разработкой конструкции рабочего органа для полосовой глубокой обработки почвы, полученные результаты которого были успешно защищены в кандидатской диссертации автора. В качестве перспектив развития темы было обозначено совершенствование конструкции рабочего органа для снижения тягового сопротивления в условиях блокированного резания, а также разработка ресурсосберегающего техпроцесса и рабочего органа на операциях опрыскивания. Данные направления исследований были положены в формирование научной гипотезы, цели, задач, программы и методик настоящего исследования. Поставленная автором задача включала обобщение накопленного опыта в области подхода к ресурсосберегающим технологиям, главенствующее место в которых уделено избирательному воздействию на почву и растение.

Объект исследования - технологический процесс полосового механического воздействия на почву, способ объемного опрыскивания растений и комплекс технических средств для его осуществления в области механической обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием.

Предмет исследования - взаимосвязь технологических процессов полосового воздействия и параметров работы технических средств с

показателями эффективности и экологической безопасности при реализации технологии избирательного воздействия.

Цель исследования: разработка и технологическое обоснование процессов обработки почвы и ухода за посевами пропашных культур опрыскиванием на основе ресурсосберегающего полосового технологического процесса, направленного на безопасное использование природных и техногенных ресурсов. Задачи исследования:

1. Провести анализ ресурсосберегающих технологий и средств механизации, применяемых при возделывании пропашных культур, выявить перспективные направления для их совершенствования;

2. Разработать ресурсосберегающую технологию избирательного воздействия и обосновать технологические процессы полосового воздействия механической обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием с учетом требований экономической эффективности и экологической безопасности;

3. Разработать методики оценки качественных показателей применения полосового технологического процесса на операциях по уходу за посевами опрыскиванием;

4. Исследовать процессы полосового технологического воздействия на почву и растение, получить экспериментальные зависимости технологических показателей и их вероятностно-статистические модели от конструктивных и режимных параметров процесса опрыскивания, влияющие на качественные показатели обработки;

5. Разработать практические рекомендации повышения эффективности и ресурсосбережения в направлении дифференцированного и безопасного использования природных и техногенных ресурсов в рамках технологии избирательного воздействия при выращивании пропашных культур (на примере подсолнечника);

6. Выполнить ресурсо-экологическую оценку технологических процессов и технических средств полосового воздействия на почву и растение;

7. Обосновать технико-экономическую оценку эффективности внедрения в производство технологических процессов и технических средств полосового воздействия в рамках механической обработки почвы и ухода за пропашными культурами опрыскиванием.

Научная новизна заключается:

1. в разработке и технологическом обосновании ресурсосберегающей технологии избирательного воздействия на основе технологических процессов полосового воздействия;

2. в разработке технических решений для механической обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием, техническая новизна которых подтверждена патентами РФ на изобретение №: 2533038, 2544950, 2709762, 2714289, 2747144, 2769737, 2771941, 2783606, 2785465, 2796481, 2797917;

3. в установлении влияния конструктивно-технологических параметров рабочих органов для механической обработки почвы и опрыскивания на показатели экологической безопасности и экономической эффективности при выполнении процесса полосового воздействия на посевах пропашных культур;

4. в разработке методик экспериментальных исследований по оценке качественных показателей опрыскивания (методика оценки распределения рабочего раствора на объекте обработки с определением коэффициента эффективного распределения рабочего раствора; методика анализа тонового изображения капель рабочего раствора в цветовом пространстве файла (Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ 2022613029);

5. в разработке практических рекомендаций по применению технологии избирательного воздействия (на примере подсолнечника);

6. в обосновании показателей ресурсо-экологической оценки технологических процессов полосового воздействия на почву и растение (коэффициент антропогенного воздействия, коэффициент сокращения загрязнения почвы);

7. в обосновании технико-экономической оценки эффективности технологии

избирательного воздействия с применением усовершенствованных процессов

обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием с применением

12

разработанных программ для ЭВМ (Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ 2021619470 и 2022612367).

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в применении комплексного подхода в разработке ресурсосберегающей технологии избирательного воздействия при возделывании пропашных культур, основанной на выполнении операций обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием по полосовому технологическому процессу. Применение технологических подходов и технических решений, разработанных в ходе диссертационной работы, позволяет достигать высоких показателей качества проводимых операций, оптимизировать энергетические и сократить экономические затраты. Снижение антропогенного воздействия и погектарной нормы внесения рабочего раствора (в том числе, пестицидов) свидетельствуют о повышение экологичности технологии возделывания пропашных культур и снижении риска возникновения чрезвычайных ситуаций в отрасли АПК. Результаты исследования внедрены на предприятиях и в организациях: ООО "ЕМС" (г. Волгоград), ООО АгроТехЦентр "КолХоз" (г. Ростов - на - Дону), ООО «СН-АГРИС» (Ольховский район Волгоградской области), ООО "АГРОПРОМТЕХМАШ" (г. Волжский Волгоградской области), ООО "ГЕЛИО-ПАКС Агро-4" (Михайловский район Волгоградской области), ФГБОУ ВО "Волгоградский государственный аграрный университет" (г. Волгоград), ООО «Агроград» (г. Воронеж).

Методология и методы исследований. Теоретические исследования осуществлялись на основе фундаментальных положений теоретической механики, механики в области земледелия, гидравлики, динамики, начертательной геометрии и инженерной графики, сопротивления материалов. При проведении экспериментальных исследований руководствовались актуальными утвержденными методиками и стандартами. Экспериментальные исследования выполнялись на основе стандартных и частных методик с применением серийного и разработанного лабораторного оборудования. Обработка полученных результатов осуществлялась методами математической статистики,

графоаналитическим методом и методом корреляционно - регрессионного и спектрального анализа с применением компьютерных программ и разработанной методики обработки графического изображения на основе числовой аппроксимации в цветовом пространстве файла. Положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствованная технология возделывания пропашных культур на основе ресурсосберегающих технологических процессов механического воздействия на почву и способа объемного опрыскивания растений;

2. Технические решения и конструктивные модели рабочих органов для механической обработки почвы и ухода за посевами опрыскиванием в рамках технологии избирательного воздействия;

3. Методики оценки качественных показателей выполнения полосового опрыскивания в рамках технологии избирательного воздействия;

4. Закономерности, характеризующие взаимосвязь конструктивных параметров рабочих органов для полосового воздействия на почву и растение с технологическими и экологическими показателями полосового техпроцесса;

5. Практические рекомендации по применению технологии избирательного воздействия на посевах пропашных культур (на примере подсолнечника);

6. Ресурсо-экологическая и технико-экономическая оценки эффективности использования технологических процессов полосового воздействия и технических средств при возделывании пропашных культур по технологии избирательного воздействия (на примере подсолнечника).

Степень достоверности и апробация результатов подтверждаются достаточным объемом экспериментального материала, применением стандартных и разработкой частных методик исследований, удовлетворительной сходимостью экспериментальных и теоретических данных. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ежегодных Международных научно-практических конференциях Волгоградского ГАУ (2013...2022 гг.), на Международных конференциях аграрных вузов и НИИ (2013...2023 гг.) в городах России: Уфа, Ростов-на-Дону, Воронеж, Пенза,

14

Чебоксары, Екатеринбург, Иваново, Волгоград, Иркутск, Комсомольск-на-Амуре, Саратов, Барнаул, с. Соленое Займище (Астраханская обл.), Краснодар, Кемерово, Омск, Орел, Махачкала (Дагестан); а также стран ближнего зарубежья: Харьков (Украина), Ташкент и Гульбахор (Узбекистан). Работа является призером Первого и победителем Второго Всероссийского конкурса научно-практических работ по сберегающему земледелию (г. Самара, г. Москва 2014 г.), победителем конкурса «Моя страна - моя Россия» платформы «Россия - страна возможностей», поддерживаемой президентом РФ (2019 г.); победителем специализированных выставок и конкурсов: Агросалон (2014 г.), Архимед (2020,2022,2023 гг.); Архипелаг (2022 г.); Агрофорум (2018, 2021, 2022, 2023 гг.); Донская сборка (2020, 2021 гг.); Золотая осень (2014, 2021 гг.); Царицынская ярмарка (2014 г.), ВолгоградАГРО (2019 г.); участником регионального этапа Международной премии #Мывместе-2022.

Тема исследования получила финансирование Минсельхоза России (2021 г.) и Минобрнауки РФ (2023 г.) и выполнена по Стратегической программе научных исследований Волгоградского ГАУ в 2021-2025 гг. по Плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НИИ перспективных исследований и инноваций в АПК по направлению «Разработка машин нового поколения».

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит: введение, семь глав, заключение, список сокращений и условных обозначений, список терминов, список литературы из 288 наименований, список иллюстративного материала и 8 приложений. Материал изложен на 344 страницах текста (из них основного текста 245 страниц), содержит 91иллюстрацию, 11 таблиц.

Основные результаты диссертации отражены в 93 печатных работах, из них: 18 в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ; 6 статей в изданиях, индексируемых в международной наукометрической базе Scopus. Получено 11 патентов на изобретения, 3 свидетельства на программы для ЭВМ. Общий объем публикаций составляет 51,82 п. л., из них 20,47 п. л. принадлежит автору.

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РЕСУРСУСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ДЛЯ ПОЛОСОВОЙ ОБРАБОТКИ

Производство культурных растений, выращиваемых в отрасли растениеводства, предусматривает создание для них благоприятных условий за счет осуществления обработок почвы и исключение и/или ухудшение таких условий для сорной растительности [6,10,12,14,15 гл.1]. Неизбежным последствием такой обработки является эрозия. Выбытие почв из оборота по причине эрозии представляет собой актуальную и тяжело решаемую проблему [2,33,37,54,56,69,92,101,109 гл.1]. Длительное применение традиционно применяемой системы земледелия, предусматривающей интенсивную обработку почвы с помощью плуга, оказало отрицательное влияние на качество, как самой почвы, так и воды, воздуха и климата планеты в целом [3,8,42,96 гл.1]. В рамках традиционных технологий обработки почвы используется большое количество почвообрабатывающей техники в несколько проходов [101 гл.1]. Это неизбежно ведет к переуплотнению почвенных слоев, нежелательному распылению ценных почвенных частиц, и как к следствию этого, снижению плодородия [50,51,69,72,83,85,117,131 гл.1]. Отсутствие научно-обоснованного подхода к выбору технологии незамедлительно приводит к потере урожайности, снижению экономического эффекта, необоснованному расходу химических веществ на защиту и питание растений, повышению риска возникновения чрезвычайных ситуаций в сельскохозяйственной отрасли.

Сложная экологическая обстановка во всех уголках нашей планеты требует незамедлительных решений в области ресурсосбережения [69,76,87,93,96 гл.1]. В то же время в современных экономических условиях производителю сельскохозяйственной продукции тяжело совместить бережное обращение с природными ресурсами и использование передовых знаний в области землепользования, обновление машин в составе МТП, использование новых технологий обработки почвы [3,16,18,21,51,65,66,89,94,97,100,108,122 гл.1].

Снизить затраты на производство продукции и одновременно остановить губительное влияние традиционных технологий обработки почвы с перспективой восстановления природных ресурсов помогают ресурсосберегающие технологии [8,10,22,24,35,53,56,71,82,109,126 гл.1].

Актуальность данных вопросов и активизация поиска решения имеющихся проблем в сельскохозяйственной и смежных с ней отраслях народного хозяйства, подчеркивается документами на федеральном и региональном уровнях, являющихся ориентиром для внедрения новых разработок, и была подтвверждена стратегическими документами РФ.

На парламентских слушаниях Комитета ГД РФ 15.04.2019 г. в центре внимания находилась тема, посвященная продовольственной безопасности России и наращиванию экспорта с.-х. продукции. Активно обсуждались и приняты к внедрению меры по развитию производства материально-технических ресурсов, направленных на производство с.-х. продовольствия и сырья. Данный аспект был признан главной задачей, направленной на обеспечение продовольственной независимости РФ. Однако обеспечение продовольственной независимости РФ не должно идти в разрез экономике и экологии. Все три цели - обеспечение безопасности в сфере продовольствия, экономики и экологии - признаны взаимосвязанными целями. При этом приоритетное направление должны занимать наилучшие доступные технологии, обеспечивающие экологическое регулирование воздействий на окружающую среду (Указ Президента РФ от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года». В связи со сложившейся эпедемиологической обстановкой по причине пандемии COVID-19, национальные стратегии развития РФ были продлена до 2030 г. Приоритет экологического благополучия страны был подчеркнут также в обращении Президента России В. В. Путина к Федеральному Собранию РФ 20.02.2019 г., в рамках которого была поставлена цель по сохранению природного потенциала России посредством решения проблем в сфере экологии, актуальность которой признается каждым

гражданином своей страны и должна решаться в отраслях науки и промышленности.

В 2019 г. Правительством РФ разработан документ, являющийся стратегическим для долгосрочного планирования развития в зерновом комплексе РФ на срок до 2035 г. (распоряжение №1796-р от 10.08.2019г.). Данный документ регулирует государственную политику в области промышленной безопасности нашей страны, планирование экспорта продукции растениеводства, задает направление разработке документов на местных уровнях.

Волгоградский регион вносит большой вклад в решение вопросов по обеспечению продовольственной независимости России. По итогам 2018 г. развитие АПК в Волгоградской области получает устойчивое развитие, благодаря реализуемым федеральным и региональным программам. Согласно Федеральной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков с.-х. продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы, изложенной в постановлении Правительства РФ от 14.07.2012 г. №717, программе Комитета сельского хозяйства Волгоградской области по развитию сельского хозяйства и регулированию рынков с.- х. продукции, сырья и продовольствия, утвержденной постановлением Администрации Волгоградской области от 26.12.2016 г. №743 -п и программе по устойчивому развитию сельских территорий, утвержденной постановлением Правительства Волгоградской области от 29.11.2013 г. №681-п бюджетная поддержка отрасли сельского хозяйства растёт. Рост финансирования за 5 лет составил 70% (с 3,5 до 5,9 млд. руб). Субсидии на приобретение сельскохозяйственной техники увеличились в 10 раз. Растёт бюджетное финансирование объектов социального развития села.

В сфере развития производственного сектора на территории Волгоградского

региона, утвержденного Стратегией социально-экономического развития

Волгограда до 2030 года, одним из приоритетных направлений обозначено

развитие агропромышленного кластера (закон Волгоградской области от 28

декабря 2021 г. №134-ОД). Данный подход позволит максимально задействовать

возможности, как местных производителей, переработчиков, так и стимулировать

18

образовательные и исследовательские организации на разработку и апробацию новых технологических продуктов, которые станут вектором развития транспортно-логистических возможностей территории. Наряду с развитием агропромышленного сектора Волгоградского региона, приоритетным направлением обозначены разработки программ по стимулированию, поддержке и продвижению инновационных производств и технологий, основывающихся на задачах по достижению эффективных показателей в области охраны окружающей среды.

С 2018 г. более 1000 предприятий - производителей с.-х. продукции вошли в программу по технической модернизации с.-х., тем самым реализовав вход Волгоградской области в тройку лидеров среди субъектов РФ по объему освоения субсидии. С 2014 по 2018 г. на территории Волгоградской области приобретено 10,1 тыс. единиц техники при росте с 1,4 до 2,1 тыс. единиц в год. Стоимость приобретенной техники с господдержкой на 2018 г. составила 4,1 млд. руб, что соответствует росту вложений в 2,4 раза за 5 лет.

Диссертация выполнена в соответствии с Планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НИИ перспективных исследований и инноваций в АПК на 2021-2025 гг по научному направлению «Разработка системы машин нового поколения» (рассмотрен на заседании ученого совета Волгоградского ГАУ протокол №2 от 29.03.21 г., утв.29.03.21 г.) в рамках Стратегической программы научных исследований, выполняемых ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ в 2021-25 гг (одобрена на заседании НТС протокол №1 от 17.06.21 г., утв. решением ученого совета, протокол №8 от 28.06.21 г.) по теме НИР «Разработка и обоснование технологических параметров полосового внесения средств защиты и питания растений при возделывании овощных и пропашных культур».

Анализ документации, регулирующей направление деятельности и финансирование сельскохозяйственной отрасли, позволил определить, что отрасль сельского хозяйства в последние годы находит поддержку на всех уровнях власти. Это связано с приоритетными задачами по продовольственной

19

независимости России и импортозамещению в области производства продуктов питания и непродовольственных товаров, технического обеспечения. Вместе с тем, имеются трудности на стадии внедрения новых прогрессивных технологий.

Обоснованным выбором таких технологий, наличием технических средств и привлекательная стоимость таких машин при необходимости решения экологических вопросов образуют острые углы преткновения. Современный производитель продукции сельскохозяйственной отрасли не должен выбирать между приоритетным решением вопросов в своем конкретном хозяйстве. Нужна научно обоснованная, доступная для широкого применения на практике ресурсосберегающая технология, позволяющая решать сразу три задачи: технологическую, экономическую и экологическую. При производстве продукции растениеводства особенно важно совместить данные направления, так как для многих областей России, как и для нашего региона, растениеводческая отрасль для бюджета является образующей.

1.1 Регенеративное земледелие как инструмент реализации инициатив по

сокращению углеродного следа

Процесс актуализации климатических проблем в мире необратим. Одним из проявлений «зеленого» направления развития мировой экономики является введение программных углеродных сборов для ввозимой в Европейский союз продукции с высоким углеродным следом.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Мезникова Марина Викторовна, 2024 год

// Хч

01Л01Л01Л01Л01Л01Л01Л01Л01Л0 СЭ С5 С5 о" С5 С5 С5 СЭ С5 С5 С5 СЭ С5 С5 С5 СЭ С5 С5 «-Н расстояние, м

Рисунок 4.33 - График суммарного вылива рабочего раствора в горизонтальных

секторах поддона (Н=0,5 м, М=0,9 м) 4.5 Результаты исследования параметров экологической безопасности при

сплошном вертикальном способе опрыскивания

При проведении расчетов использовали данные об архитектурных особенностях подсолнечника сорт «Пионер», выращиваемого в условиях Михайловского района Волгоградской области. За время вегетации высота растения Нр менялась от 0,05 до 1,85 м. Ширина проекции верхнего абриса листьев на почву является шириной рабочей полосы Вр, значения которой изменялись от 0,15 до 0,75 м. Перемещения штанги во время движения опрыскивателя оказывают влияние на положение форсунки в вертикальной плоскости. При исследовании данной зависимости учитывались рекомендации производителей штанговых опрыскивателей, согласно которым максимальное перемещение штанги в результате колебаний составляет 0,2-0,3 м. В проведенных расчетах принималось значение Нк=0,3 м. Данный параметр определил высоту опрыскивания в каждой фазе развития культурного растений Нк.

4.5.1 Выполнение требований экологической безопасности по параметру высоты опрыскивания при вертикальном способе

опрыскивания

Высота опрыскивания определяется высотой объекта обработки Н, высотой точки слияния верхних границ потоков от соседних форсунок Нс и величиной

вертикальных и угловых перемещений штанги Нк (Приложение В.4). Высота опрыскивания Н устанавливается в зависимости от высоты растения Нр.

Увеличение угла распыления а положительно влияет на параметры экологической безопасности в области высоты штанги во время опрыскивания. Так, например, для высоты объекта обработки Нр=0,08 м при распыле форсункой 65° высота опрыскивания Н65=0,9 м, при распыле форсункой 80° высота опрыскивания Н80=0,77 м, при распыле форсункой 110° высота опрыскивания Нцо=0,6 м (Приложение В.5).

С увеличением высоты объекта обработки и угла распыления форсунки непроизводительная трата рабочего раствора, необходимая для обеспечения технологических параметров опрыскивания на вертикальном участке от форсунки до макушки культурного растения, сокращается. Данные зависимости подтверждает показатель Нэф, представляющий собой долю высоты объекта обработки в общей высоте штанги над обрабатываемой поверхностью, выраженный в %. Показатель Нэф посчитан для двух крайних положений штанги (верхнего и нижнего) в вертикальной плоскости с учетом ее перемещений. Ожидаемо, чем ниже форсунка к верхней части объекта обработки, тем эффективнее будет использоваться высота штанги. И, наоборот, с увеличением расстояния между форсункой и объектом обработки, эффективность показателя Нэф ухудшается (Нэфверх).

Результаты исследования эффективности использования высоты опрыскивания для статического положения штанги представлены на графике (Рисунок 4.34). В результате анализа данных графиков рисунка 4.34, наиболее эффективным является значение 77,55 %, которое соответствует высоте штанги Н=2,1 м при фазе роста объекта обработки высотой Нр=1,85 м при применении вертикального способа опрыскивания форсункой с углом распыления а=110°. Худшим вариантом из анализируемых данных является значение 5,72 %, которое получено при высоте штанги Н=0,9 м, на которой проводится обработка растений высотой Нр=0,05 м при применении вертикального способа опрыскивания форсункой с углом распыления а=65 °.

Эффективность опрыскивания Нэф от высоты объекта обработки и угла а, вертикальный распыл

0,05 0,20 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,85 -•-Нэф_65 - Нэф_80 —Ф-Нэф_110 высота растения, м

Рисунок 4.34 -Эффективность опрыскивания от высоты объекта обработки и угла

распыления а, вертикальный распыл

Данные таблицы (Приложение В.5) позволяют сделать вывод, что при вертикальном способе распыла для повышения экологической безопасности технологического процесса опрыскивания в части высоты расположения штанги над объектом обработки следует выбирать форсунку с большим углом распыления (110°). Применение форсунки с меньшим углом распыления (65°) увеличивает зону неэффективного использования высоты опрыскивания.

4.5.2 Выполнение требований экологической безопасности по параметру ширины обрабатываемой полосы при вертикальном способе опрыскивания

При опрыскивании с применением вертикального способа распыла применяемая форсунка с углом распыления а и высотой опрыскивания Н оказывают влияние на ширину обработанной полосы В. Вертикальные перемещения штанги и угловые перемещения относительно оси подвеса приводят к изменению ширины обработанной полосы (Рисунок 4.35). Ширина обработанной полосы при вертикальном способе распыла, как правило, превосходит ширину рабочей зоны Вр. В данных исследованиях использованы данные архитектурных особенностей подсолнечника по фазам роста, у которого верхний ярус листьев является наиболее широким.

Рисунок 4.35 - Зависимость ширины обработанной полосы от геометрических параметров объекта обработки (вертикальный распыл)

Проекция верхнего яруса листьев подсолнечника по почву образует ширину рабочей полосы Вр. Ширина обработанной полосы В пропорциональна как величине угла распыления форсунки а, так и высоте опрыскивания Н.

При этом плоскопараллельные перемещения штанги на величину Нк формируют изменение ширины обработанной полосы от В1 до В2 и от В1 до В3 в результате угловых перемещений штанги во время движения.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что вертикальные перемещения штанги на величину Нк оказывают гораздо более существенное влияние на изменение ширины обработанной полосы, чем влияние перемещений штанги в результате угловых перемещений. Данные по изменению ширины обработанной полосы для В1-В2 и для В1-В3 в графическом отображении совпадают ввиду минимальных расхождений данных (Приложение В.6 а,б).

При проведении расчетов использовались данные наиболее часто встречающегося в хозяйствах опрыскивателя с шириной захвата 24 м при рассмотрении параметров перемещений крайнего распылителя на штанге.

Изменения между разницей в ширине обработанной полосы В1-В2 и В1-В3 при применении форсунки с углом распыления а=65° составляет 0,09%; для а=80° 0,11%; для а=110° 0,19% соответственно. Ширина обработанной полосы В изменяется пропорционально высоте опрыскивания Н и величине угла распыла а, а увеличение угла распыления напрямую ведет к увеличению приращения значения неравномерности при перемещениях штанги во время движения опрыскивателя.

В связи с тем, что выше было доказано преимущество влияния плоскопараллельных перемещений на величину неравномерности обработанной полосы по ширине, нами было изучена неравномерность по ширине полосы, возникающая от влияния изменения высоты расположения форсунки над обрабатываемым объектом в результате плоскопараллельных перемещений.

Эффективность обработанной полосы Вэф определялась для крайних нижнего и верхнего положения штанги для различных углов распыления, а также для статического положения штанги (без учета вертикальных и угловых перемещений штанги во время движения).

Наиболее эффективным, с точки зрения использования ширины обработанной полосы, является применение форсунки с меньшим углом распыления а=65°. Наименее эффективным для изменения ширины полосы является применение форсунки а=110°. Увеличение ширины объекта обработки Вр для углов распыления 65° и 80° увеличивают показатель эффективности ширины обработанной полосы в зависимости от изменения ширины объекта для угла 65° от 16,36 до 23,16%, для угла 80° от 15,38 до 18,55% (Рисунок 4.36).

Для угла распыления а=110° эффективность ширины обработанной полосы Вэф с увеличением ширины растения сокращается (с 13,29% для ширины растения 0,15 м до 11,74% для ширины растения 0,75 м). Данное явление объясняется большим приращением по ширине обработанной полосы от перемещений штанги во время движения опрыскивателя для угла распыления более 90°.

о

угла распыления а при вертикальном распыле

Для форсунки с углом распыления более 90° при выполнении расчетов по ширине обработанной полосы В3 тангенс угла больше 1, что при вычислении Вэф ведет к сокращению значения коэффициента Вэф (в нашем случае для угла распыления 110°), по сравнению с приращением ширины обработанной полосы для угла распыления менее 90° (в нашем случае 65° и 80°).

4.5.3 Определение технологических параметров зоны повторного внесения препарата при вертикальном способе опрыскивания

При способе вертикального опрыскивания факелы распыла от соседних форсунок образуются зоны повторного внесения препарата шириной Т (Рисунок 4.37 для угла 65°; для углов распыления 80°, 110° см. Приложение А.4). При этом ширина зоны Т в процессе движения опрыскивателя изменяет свои геометрические параметры по высоте в зависимости от величины перемещений штанги Нк. По ширине зона повторного внесения Т также изменяется на величину 2А1 для случая плоскопараллельных перемещений (Т1-Т2) и на величину А2+А3 для случая угловых перемещений (Т1-Т3).

Проведенные исследования геометрических параметров зоны повторного внесения для различных углов распыления а=65°, 80°, 110° и междурядья с

изменяющейся высотой опрыскивания Н показывают, что ширина зоны Т возрастает в зависимости от увеличения угла распыления а. Поэтому фактором, положительно влияющим на сокращение зон повторного внесения, является выбор форсунки с меньшим углом распыления а (Приложение В.10)

Т, м

3,00

Ширина зоны повторного внесения Т, а 65°, вертик.распыл

X—*—*—*—*—*—*—

Ж I Ж I Ж I ж

■Т1_65 ■Т2_65 Т3_65 2Д1 Д2+Д3

Ж I Ж I Ж I Ж I Ж I Ж I

0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

Вр, м

Рисунок 4.37 - Параметры зоны повторного внесения Т от угла распыления а=65°

Значение приращения изменения геометрических параметров, как для ширины обработанной полосы В, так и для ширины зоны повторного внесения Т, при одинаковых углах форсунки а и междурядья М совпадает и увеличивается пропорционально увеличению угла распыления форсунки а.

Увеличение угла распыления при изменении зоны повторного внесения Т\-Т2 в результате плоскопараллельных перемещений штанги оказывает на геометрические параметры зоны повторного внесения Т гораздо более существенное влияние, чем изменение параметров зоны повторного внесения Т3-Т2 в результате угловых перемещений штанги. При всех рассматриваемых углах распыла полученная разница не существенна, и не может являться ключевым фактором сокращения отрицательного эффекта изменения ширины обработанной полосы в результате угловых перемещений.

4.6 Результаты исследования параметров экологической безопасности при полосовом способе опрыскивания с боковым распылом

4.6.1 Выполнение требований экологической безопасности по параметру высоты опрыскивания при полосовом способе опрыскивания с боковым

распылом

Расчет проводился для форсунок щелевого типа с углом распыления 65° и 80°. Форсунка с углом распыления 110° не применялась в расчетах, так как угол распыления при наклоне оси форсунки на 45° для образования нового потока при боковом слиянии по нижней и верхней границе факела распыла выходит за пределы обрабатываемой полосы.

Расчет проводился для верхнего и нижнего положения штанги с учетом ее перемещений во время движения, а также в статическом положении (Нст) для углов распыления 65° и 80° (Приложение В.11).

Расстояние от штанги опрыскивателя до точки слияния верхних внешних границ потока при слиянии (Нс) сокращается с увеличением угла распыления (0,03 м для 80° и 0,08 м для 65°) [15 гл.2; 7 гл.3]. Таким образом, больший угол распыления форсунки позволяет сокращать расстояние от штанги до верхней части обрабатываемого объекта.

Увеличение угла распыления а положительно влияет на параметры экологической безопасности в области высоты штанги во время опрыскивания за счет сокращения расстояния от распялителя до верхней части растения. Так, например, для высоты объекта обработки Нр=0,05 м при распылении форсункой 65° высота опрыскивания в зависимости от положения штанги под влиянием плоскопараллельных перемещений Н65 изменяется от 0,16 до 0,46 м, при распылении форсункой 80° высота опрыскивания Н80 изменяется от 0,11 до 0,41 м. В данном случае применение угла распыления 80° позволяет проводить опрыскивание на высоте, которая на 16,1% ниже, чем при применении форсунки 65°. Снижение высоты опрыскивания при применении форсунки 65° на всем периоде вегетации составляет от 2,4 до 16,1% по сравнению с аналогичными параметрами при применении форсунки 80°.

Расчет данных по показателю эффективности высоты штанги Нэф, представляющего собой долю высоты объекта обработки в высоте штанги опрыскивателя, выраженный в %, показал, что увеличение высоты объекта обработки положительно сказывается на показателе эффективности использования высоты опрыскивания (Приложение В.12). Показатель Нэф посчитан для двух крайних положений штанги (верхнего и нижнего) в вертикальной плоскости с учетом ее перемещений, а также без учета данных перемещений, то есть в статическом положении (Нст).

Полученные данные по показателю Нэф показывают, что при нижнем положении штанги для любой высоты растения эффективность использования Нэф возрастает. И, наоборот, с увеличением расстояния между форсункой и объектом обработки, эффективность показателя Нэф ухудшается.

Анализ полученных данных наиболее эффективным показал значение 85,18%, которое соответствует высоте штанги Н=2,02 м при высоте объекта обработки Нр=1,85 м при применении бокового способа опрыскивания форсункой с углом распыления а=80°. Худшим вариантом из анализируемых данных является значение 13,33 %, которое получено при высоте штанги Н=0,31 м для растений высотой Нр=0,05 м при применении бокового способа опрыскивания форсункой с углом распыления а=65 ° (Рисунок 4.38).

Полученные данные позволяют сделать вывод, что при боковом способе распыла для повышения экологической безопасности технологического процесса опрыскивания в части высоты расположения штанги над объектом обработки следует выбирать форсунку с большим углом распыления (80°). Применение форсунки с меньшим углом распыления (65°) увеличивает зону неэффективного использования высоты штанги.

Сокращение расстояния от штанги до верхней части растения при применении полосового опрыскивания с боковым распылом определяется высотой точки слияния потоков Нс и величиной вертикальных перемещений штанги Нк и составляет для междурядья 0,7 м: 67% (на 0,47 м) при применении

форсунки с углом распыления 65°, 68% (на 0,39 м) при применении форсунки с углом распыления 80°.

Эффективность опрыскивания Нэф от высоты объекта обработки и угла распыления а, боковой распыл

Нэф, % 1 00000000000

!= =4 !3= =2 1

к: £= 5Й р

и а

л ш

// У ■

/ 1г

У Т

4 Г

0,05 0,20 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,85 Нэф_65 Нэф_80 высота растения, м

Рисунок 4.38 - Эффективность опрыскивания от высоты объекта обработки при различном угле распыления форсунки, боковой распыл

Таким образом, применение нового способа бокового распыла позволяет повышать экологическую безопасность процесса внесения пестицидов и, при сравнении с вертикальным способом распыла при установке форсунок с одинаковым углом распыления а, снижать высоту расположения штанги над обрабатываемым объектом: для угла распыления 65° на 67%, для угла распыления 80° на 68%.

4.6.2 Выполнение требований экологической безопасности по параметру

ширины обрабатываемой полосы при полосовом способе опрыскивания

с боковым распылом

Ширина обработанной полосы при боковом способе распыла может превосходить, быть равной или быть меньше рабочей зоны Вр, которая представляет собой проекцию абриса самого широкого ряда листьев объекта обработки на почву. В данных исследованиях использованы данные архитектурных особенностей подсолнечника по фазам роста, у которого верхний ярус листьев является наиболее широким. Проекция верхнего яруса листьев подсолнечника по почву образует ширину рабочей полосы Вр (Приложение А.5).

179

Принимая во внимание особенности развития культуры и ширины междурядья, ширина обработанной полосы В по мере увеличения роста растения и, соответственно, изменения его ширины Вр , будет ограничиваться нижними внешними границами соседних факелов распыла, направленных навстречу друг другу (Рисунок 4.39).

При определении геометрических границ потока, образовавшегося слиянием двух потоков от соседних форсунок, учитывались данные, полученные в результате ранее проведенных лабораторных исследований по положению верхней и нижней внешних границ конуса распыла и полученные уравнения для отклонения верхней и нижней границы потока в зависимости от угла распыла форсунки [3 гл.4].

Для угла распыления 65° нижняя внешняя граница потока описывается уравнением у=-23,145х2+0,4х+0,7357 (Я2=0.95);

для угла распыления 80° нижняя внешняя граница потока описывается уравнением у=-70,623х2-1,9025х+0,7541 (Я2=0.90).

0,80 0,70 0,60 10,50

; 0,40

I 0,30 о.

I 0,20

0,10 0,00

Влияние высоты опрыскивания на ширину обрабатываемой полосы для различных углов распыла, боковой распыл, а 65, 80°

г-ц-

в

** •

"'в

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

Вст_65 В1 80 Ж В2 80 высота опрыскивания, м

Рисунок 4.39 - Зависимость ширины обработанной полосы от высоты опрыскивания при различном угле распыления (боковой распыл, а= 65° и 80°, М =

0,7 м)

Анализ результатов расчета величины отклонения нижней внешней границы потока при боковом способе распыла показывает, что угол распыления форсунки влияет на ширину образовавшегося потока, а значит, и на ширину обрабатываемой полосы В. Угол распыления форсунки оказывает влияние также на высоту расположения участка нижней внешней границы нового потока, ниже которого воздействие сил гравитации на капли становится все более ощутимым, что на практике приводит к вертикализации их падения на обрабатываемую поверхность. Для угла распыления форсунки 65° описанное явление начинает проявляться на высоте 0,4 м от начала распыла, а на расстоянии 0,8 м от форсунки нижняя внешняя граница потока принимает вертикальную линию. Для угла распыления форсунки 80° описанное выше явление начинает проявляться на высоте 0,44 м от точки распыла, а на расстоянии 0,6 м нижняя внешняя граница потока принимает вертикальную линию [3 гл.4]. Результаты данных исследований были положены в основу изучения ширины нового потока от слияния соседних боковых потоков в способе полосового опрыскивания с боковым распылом. Сопоставление данных по геометрии нового потока и архитектурных особенностей растения, подлежащего обработке жидкими формами препаратов опрыскиванием, позволяют дать заключение о степени покрытия объекта обработки по ярусам листьев.

Анализ зависимостей ширины обработанной полосы В (В] при верхнем положении штанги, В2 при нижнем положении штанги в результате ее перемещений; Вст в статическом положении от угла распыления и высоты опрыскивания, показывает, что до достижения определенной высоты опрыскивания вертикальные перемещения штанги приводят к изменению ширины обрабатываемой полосы на поверхности почвы (для угла распыления форсунки 65° на 20-22%; для угла распыления форсунки 80° на 6-8%). При дальнейшем увеличении высоты опрыскивания новый поток при боковом слиянии двух соседних потоков становится стабильным по ширине (изменение по ширине обрабатываемой полосы с учетом вертикальных и угловых перемещений штанги во время движения менее 0,1%) (Рисунок 4.40).

Рисунок 4.40 - Неравномерность обработанной полосы по ширине от перемещений штанги во время движения опрыскивателя (боковой распыл)

Применение бокового способа опрыскивания не только позволяет выполнять обработку по полосам, но и снижает неравномерность внесения рабочего раствора по ширине обрабатываемой полосы в зависимости от перемещений штанги во время движения опрыскивателя (см. рисунок 4.40).

Для бокового способа распыла увеличение угла распыления ведет к сокращению неравномерности по ширине обработанной полосы.

Показатель эффективности ширины опрыскивания показывает соотношение между шириной рабочей полосы Вр, которая соответствует проекции самого широкого слоя листьев культурного растения на почву, и шириной обработанной полосы В, выраженное в % (Рисунок 4.41).

Значения, стремящиеся к показателю в 100%, соответствуют наиболее эффективному отношению ширины объекта к ширине обработанной полосы.

Данные графика на рисунке 4.41 показывают, что максимальное значение показатель эффективности опрыскивания от ширины полосы обработки для угла распыления а=65° получен для ширины растения 0,53 м.

%

-ё э

со

о н в и т

*

е ф

ф

т

%

-ё э

со

с о н в и т

*

е ф

ф

т

Эффективность опрыскивания от ширины обработанной полосы Вэф от угла распыла а=65°, боковой распыл

100 -,-

90 80 70 60 50 40 30 20 10

0 -I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 Я Вэф_65 ширина растения Вр, м

Эффективность опрыскивания от ширины обработанной полосы Вэф от угла распыла а=80°, боковой распыл

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

0 Н-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

А Вэф_80 ширина растения Вр, м

а) для угла распыления 65° ;

б) для угла распыления 80° :

Рисунок 4.41 - Эффективность опрыскивания от ширины объекта обработки и угла распыления форсунки, боковой распыл

Для угла распыления 80° для аналогичной ширины растения показатель эффективности Вэф ниже, и изменяется от 22,5% до 97,4%. Однако, данная разница не существенна, а угол распыления 80° позволяет плавно достигать максимальных значений эффективности ширины обрабатываемой полосы до ширины объекта обработки 0,65 м, в то время как применение форсунки 65° уже

при ширине растения 0,58 м достигает максимально возможного значения эффективности обрабатываемой полосы.

С практической точки зрения это означает, что применение форсунки с большим углом распыления (80° позволяет рациональнее использовать ширину нового потока при боковом слиянии в новом способе бокового распыла, достигая лучшего покрытия объекта рабочим раствором по ширине на всем периоде развития культурного растения.

4.6.3 Анализ покрытия растения рабочим раствором по ярусам листьев

Полученные в результате расчетов данные по геометрии нового потока позволяют провести исследование по степени покрытия объекта обработки рабочим раствором, подлежащего опрыскиванию. Для этого необходимо провести анализ геометрических параметров объекта обработки по ярусам листьев, и, на основании архитектурных особенностей растения и закона изменения его биологических параметров во времени и пространстве по фазам роста, дать заключение о возможности полного покрытия объекта обработки рабочим раствором внутри нового потока при боковом распыле [3 гл.3; 4 гл.4].

Расчет произведен на примере архитектурных особенностей подсолнечника сорта «Пионер», выращиваемого в условиях Волгоградской области в сезоны 2020-2022 года. Верхний ярус листьев подсолнечника является самым широким и располагается на самом малом расстоянии к распылителям по сравнению со средним и нижним ярусам листьев.

Высота опрыскивания Н для верхнего яруса листьев подсолнечника зависит от высоты растения Нр, высоты точки слияния потоков Нс и величины вертикальных перемещений штанги во время движения Нк. Ширина обрабатываемой полосы на уровне расположения верхнего яруса листьев растения представляет собой проекцию ширины нового потока от слияния двух соседних потоков на высоте расположения листьев верхнего яруса на горизонтальную плоскость, и будет изменяться в зависимости от высоты расположения штанги над обрабатываемым объектом (Рисунок 4.42).

Покрытие рабочим раствором верхнего яруса листьев подсолнечника, боковой распыл, а 65, 80°

0,70 м0,60 | 0,50 т = 0,40 а н £ 0,30 и 3 0,20 0,10 0,00 0,70

0,60 3 в, е

0,50 т с и п дп ^

0,40 05 о п зп 5

0,30 а н и

0,20 р и П 1П ^

0,00

0,05 0,20 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,85

высота растения, м В1 80 В2 80 В1 65

-4— В2 65 ■ Вст_65 А Вст_80

Рисунок 4.42 - Зависимость ширины обрабатываемой полосы на уровне верхнего яруса листьев подсолнечника от высоты опрыскивания

Ширина обрабатываемой полосы В на уровне верхнего яруса листьев подсолнечника в зависимости от перемещений штанги во время движения принимает следующие значения: для угла распыления 65° Ввхяр = 0,67 ± 0,07 м; для угла распыления 80° Ввхяр = 0,67 м ± 0,04 м в зависимости от перемещений штанги во время движения.

Наложение зависимостей изменения ширины объекта, ширины контура обрабатываемого объекта и ширины потока на уровне верхнего яруса листьев растения позволяют определить максимальные значения ширины объекта обработки, до достижения которых верхний ярус листьев подсолнечника покрывается рабочим раствором полностью, с учетом изменения ширины обрабатываемой полосы от перемещений штанги во время движения в верхнее положение. Для угла распыления 65° таким значением является 0,53 м, для угла распыления 80° таким значением является 0,63 м.

Анализ данных ширины растения по фазам роста показывают, что ширина растения на уровне верхнего яруса листьев подсолнечника достигает максимального значения 0,72 м, что при междурядье М=0,7 м говорит об образовании зон полного смыкания листьев.

Сопоставление полученных результатов по ширине обрабатываемой полосы на уровне верхнего яруса растения со значениями ширины верхнего яруса листьев подсолнечника позволяют предположить возможное затруднение в обработке краев листьев верхнего яруса листьев подсолнечника при достижении им ширины 0,53 м форсункой 65° и при достижении им ширины 0,63 м форсункой 80°.

Для заключения о степени обработки листьев по краям верхнего яруса необходимо учитывать следующие положения:

* полученные значения по величине необработанных участков по краям листьев подсолнечника достигаются при расположении листьев яруса строго поперек направления движения опрыскивателя. На практике листья подсолнечника располагаются на стебле по спирали, поэтому вариант описываемого случая является самым худшим из возможных вариантов расположения листьев относительно направлению движения опрыскивателя;

* в расчетах не учитывается эффект разбрызгивания капель при соударении с плоскостью листьев культурного растения и между собой внутри нового образовавшегося потока, что изменяет траекторию их движения. В результате возникает эффект объемного 3-0 опрыскивания, результатом которого является обработка стебля, нижней части листа и участков листьев, расположенных за пределами основного потока, что подтверждается исследованием качественных показателей опрыскивания и распределения рабочего раствора по объему с применением нового бокового способа опрыскивания [глава 4 параграф 4.4.2 диссертации]

Если говорить об эффекте объемного 3-0, то его наличие подтверждается исследованием распределения рабочего раствора по объему внутри нового потока при полосовом способе опрыскивания с боковым распылом. Результаты распределения получены для случая применения форсунок с углом распыления 80°. Результаты показывают, что при высоте опрыскивания Н=0,3 м и междурядье М=0,7 м по центру рядка с культурным растением концентрируется объем рабочего раствора V =132 мл, по центру межполосного пространства (под

распылителями) концентрируется объем рабочего раствора V =10 мл, на границе нижней внешней границы потока V =67 мл (Приложение В.3).

Таким образом, края листьев, расположенных на верхнем ярусе листьев подсолнечника, даже при самом неблагоприятном случае расположения перпендикулярно движению опрыскивателя, благодаря эффекту объемного 3-0, в меньшем количестве, но все же будут обработаны.

Полученные результаты по влиянию угла распыления форсунки на ширину обработанной полосы в зависимости от высоты опрыскивания позволяют утверждать, что применение форсунки с углом распыления 80° позволяет на более поздних фазах развития растения добиваться более полного покрытия рабочим раствором на уровне расположения верхнего яруса листьев подсолнечника.

Средний ярус листьев подсолнечника изменяется по ширине по закону, графическое отображение которого представлено на графике (Рисунок 4.43).

■х-

0,20 "! 5

0,10 | 0,00

0,05 0,20 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,85 В1 80 Ж В2 80

высота растения, м

В1 65 ... = .. В2 65

0,60 ев

т с и

е;

я

0,40 §

а

0,30 иср ю

а

• Вст_65

Вр средний слой листьев

Вст_80

Рисунок 4.43 - Зависимость ширины обрабатываемой полосы на уровне среднего яруса листьев подсолнечника от высоты опрыскивания Ширина обработанной полосы на уровне среднего яруса листьев

подсолнечника будет меняться:

- для форсунки с углом распыла 65° от Всряр = 0,67 ± 0,07 м в зависимости от

перемещений штанги во время движения до Всряр =0,38 ±0,01 м; - для форсунки с углом распыла 80° от Ввхяр = 0,67 м ± 0,04 м в зависимости от перемещений штанги во время движения до Всряр =0,6 ±0,01 м.

Изменение ширины среднего яруса листьев за всю вегетацию подсолнечника составляет от 0,08 до 0,57 м.

Анализ данных на графике рисунка 4.43 показывает, что применение форсунки с углом распыления 65° гарантирует полное покрытие рабочим раствором среднего слоя листьев до достижения ширины подсолнечника 0,38 м, а применение форсунки с углом распыления 80° на всем протяжении вегетации позволяет полностью покрывать листья среднего яруса подсолнечника рабочим раствором.

Ширина обработанной полосы на уровне нижнего яруса листьев подсолнечника Внижяр будет изменяться аналогично изменению ширины обработанной полосы для среднего яруса листьев Всряр.

Изменение ширины нижнего яруса листьев за всю вегетацию подсолнечника составляет от 0,05 до 0,37 м (Рисунок 4.44).

Покрытие рабочим раствором нижнего яруса листьев подсолнечника, боковой распыл, а 65, 80°

0,70 0,60

3 0,50

пТ *

t 0,40

х 0,30 а.

I 0,20

0,10 0,00

L

! а ь «41

ч к ™ 9 г5 Ii- —л lt— Hl IH Hl Ii- Hl i- Hl It- Hl It- Hl Ii- HI Ii

1 ц N > « ч v ■ в

1 к э н =1 is —1 ■ 1— —I H =1 U-

о"» о"»

/

/

0,70

0,60 S

I-

<j

0,50 i к о

0,40 5

ш

и

0,30 £

VO (б

0,20 х а. 0,10 |

0,00

0,05 0,20 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,85 В1 80 Ж В2 80

„_ „ „„ „ высота растения, м

.....В1 65 ... = .. В2 65 к

• Вст_65

Вр нижний слой листьев

•Вст 80

Рисунок 4.44 - Зависимость ширины обрабатываемой полосы на уровне нижнего яруса листьев подсолнечника от высоты опрыскивания

Анализ и сопоставление данных по закону изменения ширины обрабатываемой полосы Втжяр и ширины растения на уровне нижнего яруса листьев на рисунке 9 позволяют сделать вывод, что нижний ярус подсолнечника обрабатывается в полном объема при применении, как форсунки с углом распыления 65°, так и с углом распыления 80°.

Покрытие подсолнечника рабочим раствором при применении полосового способа опрыскивания с применением бокового слияния потоков для всех ярусов листьев подсолнечника наилучшим образом производится при применении форсунки с углом распыления 80°. Это выражается в полном покрытии рабочим раствором растения по всем ярусам до достижения ширины растения 0,65 м и покрытии краев листьев верхнего яруса, размер которых превышает ширину потока при боковом слиянии на уровне верхнего яруса листьев, в количестве от 2 до 10 раз меньше, чем по центру рядка с культурным растением.

4.6.4 Определение технологических параметров «условно чистой зоны»

Ширина обработанной полосы В при применении бокового способа распыла для угла распыления а < 90° и расстановкой распылителей строго над серединой межполосного пространства, всегда меньше ширины междурядья М. В результате применения нового способа бокового распыла образуются «условно чистые зоны». Два таких участка образуют «чистые зоны» N1 и N2, ширина которых будет зависеть от высоты опрыскивания Н при перемещении штанги в верхнее и нижнее положение (см. рисунок 2.17). Ширина «условно чистой зоны» зависит от положения нижних внешних границ потоков от соседних форсунок и величины угла их отклонения от вертикали.

Способ бокового распыла позволяет исключать возникновение зон повторного внесения препарата в межполосном пространстве, которые образуются при опрыскивании с применением вертикального способа распыла.

Величина «условно чистой зоны» N зависит от угла распыления а и высоты опрыскивания Н, которая устанавливается в зависимости от высоты растения Нр.

Результаты расчетов показывают, что увеличение угла распыления а ведет к сокращению ширины «условно чистой зоны» (Приложение В.13). С увеличением высоты опрыскивания ширина потока изменяется, ширина N постепенно сокращается и достигает минимального отклонения ±0,005 м для угла распыления а=65° при высоте опрыскивания Н > 1,03 м, а для угла распыления а=80° при достижении высоты опрыскивания Н > 0,88 м (Рисунок 4.45).

То есть, применение большего угла распыла (а=80°) ведет к уменьшению величины «условно чистой зоны». Следовательно, применение форсунки с большим углом распыления при увеличении высоты опрыскивания способствует лучшей стабилизации потока по ширине.

Зависимость ширины "условно чистой зоны" N от высоты опрыскивания Н, боковой распыл, М=0,7 м

высота опрыскивания Н, м

Рисунок 4.45 - Зависимость ширины «условно чистой зоны» для различного угла распыления форсунки а, боковой распыл (М=0,7 м)

Сравнение полученных результатов по данным ширины обработанной полосы и величины «условно чистой зоны» показывают, что увеличение ширины обработанной полосы ведет к сокращению ширины «условно чистой зоны», и, следовательно, к увеличению побочного действия пестицида. И наоборот, уменьшение ширины полосы обработки позволяет увеличить ширину «условно чистой зоны», что является показателем повышения требований экологической безопасности в области внесения пестицидов.

4.6.5 Подбор угла распыления форсунки для повышения экологической безопасности полосового опрыскивания

Угол распыления форсунки при боковом способе распыла оказывает влияние на геометрические параметры обрабатываемой полосы и эффективность технологического процесса опрыскивания. Применение графоаналитического метода для исследования зоны покрытия распылом при боковом слиянии двух потоков позволило выявить недостатки применения угла форсунки 65° на ранних фазах развития подсолнечника.

Для сокращения побочного действия пестицида в межполосном пространстве и повышения показателя эффективности ширины обрабатываемой полосы Нэф необходимо рассчитать величину угла распыления форсунки т с учетом ширины растения Вр (см. рисунок Приложения А.5б). При этом ширина обработанной полосы составит Вт, а высота опрыскивания с учетом высоты точки слияния Нст (формула 2.42). Угол между вертикалью и нижней ветвью угла распыления форсунки т образует угол который показывает отклонение нижней

внешней границы потока, а также, влияет на положение точки слияния Нст.

Оптимальный угол распыления форсунки при боковом способе распыла зависит от ширины растения Вр. Поэтому минимизация потерь рабочего раствора в межполосном пространстве и повышение экологичности опрыскивания достигается максимальным приближением ширины обработанной полосы к ширине растения с учетом вертикальных и угловых перемещений штанги во время движения опрыскивателя. Исходя из данного положения, был проведен расчет угла распыления т. По результатам расчета построен график зависимости угла распыления от ширины объекта обработки (Рисунок 4.46).

На графике приведены зависимости угла распыления форсунки для двух вариантов. В первом случае с оптимизацией ширины обрабатываемой полосы с применением серийно выпускаемых щелевых форсунок 80° (с приоритетом высоты опрыскивания). Во втором случае с оптимизацией высоты опрыскивания с комбинацией серийно выпускаемых форсунок щелевого типа 65° и 80° (с приоритетом ширины обрабатываемой полосы).

Подбор угла распыления форсунки

и го

а 10 е;

2 п > о

0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 угол ^ приоритет Н приоритет В ширина растения Вр, м

Рисунок 4.46 - Подбор угла распыления форсунки для способа бокового распыла Результаты показывают, что вариант со сменой форсунок с 65° на 80° при достижении ширины растения 0,35 м является более предпочтительным, так как максимально приближен к функции угла т от ширины растения. При этом угол распыления форсунки 65° до достижения ширины растения 0,35 м может быть уменьшен до 25° на начальной фазе развития с шириной растения 0 - 0,15 м. При ширине растения 0,15 - 0,2 м с позиции снижения загрязнения окружающей среды следует выбирать форсунку 45°; при ширине растения 0,2 - 0,25 м 55°; при ширине растения 0,25 - 0,3 м 65°; при ширине растения 0,35 м 70° соответственно. Однако, применение такого большого количества разнообразных форсунок и их индивидуальное изготовление на заказ приведет к значительному росту затрат на операции по защите и питанию почвы и растений. Поэтому при выполнении таких операций при ширине растения менее 0,35 м следует предусмотреть техническую возможность перемещаемых мест крепления односторонне направленных распылителей, что требует проведения дополнительных исследований. Данное техническое решение особенно рекомендовано для овощных культур с междурядьем более 0,7 м при опрыскивании растений на ранних фазах роста и развития шириной Вр < 0,3 м целесообразно применять

форсунку 65° с переоборудованием мет крепления распылителей с установкой односторонне направленных корпусов или с установкой заглушек на форсунку, направленную от центра рядка с культурным растением. Для обработки культур с междурядьем 0,7 м места крепления корпусов распылителей нужно переместить на расстояние (0,53-Вр)/2 с каждой стороны по направлению к центру рядка с культурным растением. 4.7 Результаты исследования влияния боковых смещений рабочих органов на геометрические параметры обрабатываемой полосы при криволинейном движении МТА, выполняющего полосовой технологический процесс

При выполнении технологических операций с ручным управлением трактора величина боковых смещений рабочих органов от центра рядка с обрабатываемым объектом может достигать 0,08-0,1 м.

Для обеспечения полного покрытия ярусов листьев культурного растения необходимо, чтобы границы потока с учетом возможных боковых смещений рабочих органов, образовывали полосу, равную сумме ширины проекции абриса культурного растения на почву и величины возможного отклонения.

На рисунке 4.47 показаны зависимости ширины потока рабочей жидкости в зависимости от применяемого угла распыления форсунок (65° и 80°) в статическом положении штанги опрыскивателя (Вст_65 и Вст_80).

В данной работе принято максимальное значение защитной зоны при ручном управлении 0,1 м с каждой стороны границы потока. Образовавшиеся кривые, обозначенные Вст_65+ЗЗРУ и Вст_80+ЗЗРУ, показывают границы потока для форсунок с различными углами распыла с учетом суммарного запаса в ширине образовавшегося потока 0,2 м при ручном управлении. Точки пересечения кривых Вст_65+ЗЗРУ и Вст_80+ЗЗРУ с кривыми изменения биометрических параметров для каждого яруса листьев подсолнечника позволяют сделать вывод о полноте покрытия исследуемого яруса листьев подсолнечника с учетом защитной зоны при ручном управлении (ЗЗРУ).

Рисунок 4.47- Покрытие рабочим раствором подсолнечника с учетом защитной зоны при ручном управлении МТА, боковой распыл, а 65, 80°

Анализ данных рисунка 4.47 показывает, что при ручном управлении форсунку с углом распыления 65° можно применять до достижения ширины растения 0,18 м, далее следует установить форсунку 80°, которая обеспечивает полное покрытие ярусов листьев подсолнечника до достижения ширины растения 0,38 м. При ширине растения более 0,38 м при ручном управлении трактором полное покрытие листьев подсолнечника, приближенных к внешним границам потока рабочей жидкости, не достигается. В данном случае необходимо усовершенствовать технологическую схему расположения креплений корпусов форсунок, сместив их в сторону, противоположную рядку с обрабатываемым объектом на величину бокового смещения рабочих органов при криволинейном движении агрегата или применять иную конструкцию держателя с целью сокращения отклонения нижней границы потока рабочей жидкости от вертикали.

В данной работе исследования проводились для пропашных культур на примере подсолнечника с междурядьем 0,7 м, а применяемое техническое решение не предусматривает смещения мест крепления корпусов форсунок, так

как это нарушает разработанный и обоснованный технологический процесс полосового опрыскивания с боковым распылом.

Предлагаемая технология избирательного воздействия на объект обработки основана на прецизионном воздействии и предполагает использование современных подходов в области точного земледелия [2,10,11 гл.4]. Целесообразно оборудовать тракторы системой точной навигации, основанной на приеме спутниковых сигналов GPS и ГЛОНАСС с автоподруливанием и увеличить точность выполняемых операций за счет приема высокоточного RTK-сигнала. В этом случае отклонение в горизонтальной плоскости от задаваемых параметров обработки не превышает 0,01-0,02 м.

Анализ данных на рисунке 4.48 позволяет выявить преимущества применения высокоточного RTK-сигнала, которое иллюстрируется шириной защитной зоны (ЗЗВТС).

го *

о

го I

О.

Э

0,6 0,6

0,0 0,0 0,05 0,20 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 1,55 1,70 1,85

высота растения, м

В1 80 Ж В2 80

.....В1 65 ••« = •• В2 65

■ Вст_65 А Вст_80 О Вр средний слой листьев + Вр нижний слой листьев - • Вст 65+ЗЗВТС ---Вст 80+ЗЗВТС

<о 01 .0 I-

u 5

е; к

0 е; и (О

1

.

Э

Рисунок 4.48 - Покрытие рабочим раствором подсолнечника с учетом защитной зоны при использовании навигационных систем с высокоточным КТК-сигаалом в

управлении МТА, боковой распыл, а 65, 80°

При применении высокоточного ЯТК-сигнала форсунку 65° можно применять до достижения ширины культурного растения 0,3 м, далее применять

195

форсунку 80°. При ширине растения в средней его части более 0,54 м листья среднего яруса могут быть обработаны рабочим раствором в количестве меньше, чем внутри потока рабочей жидкости.

Проанализировав данные технологических операций при уходе за посевами подсолнечника, основываясь на данных по изменению биометрии подсолнечника, при указанной ширине растения проводится (по необходимости, в зависимости от сложившейся фитосанитарной ситуации) операция по защите от вредителей и операция десикации. Возможное сокращение покрытия краев листьев подсолнечника компенсируется высокими качественными показателями покрытия всех поверхностей культурного растения.

Выводы по главе 4

1. Оценка качественных показателей в области распределения рабочего раствора и повышения экологичности технологического процесса опрыскивания пропашных высокостебельных культур на примере подсолнечника показала преимущество способа полосового опрыскивания с боковым распылом по сравнению со сплошным опрыскиванием с вертикальным распылом:

- в части снижения побочного действия пестицида при междурядье 0,7 м экологичность технологии повышается при применении форсунки с углом распыления 80° до 17%, при применении форсунки с углом распыления 65° до 56%, что достигается перераспределением части рабочего раствора с межполосного пространства на полосу произрастания целевого объекта;

- более равномерное покрытие растения рабочим раствором, покрытие всех частей культурного растения, включая тыльную сторону листа и стебель, и сокращение загрязнения межполосного пространства на основании анализа коэффициента распределения тонового диапазона Дт;

- формирование капель среднего размера (225-190 мкм). Наиболее крупные

капли находятся на верхнем ярусе листьев и в межполосном пространстве (225

и 212 мкм), самые мелкие капли обнаружены на стебле (190 мкм). Размер

капли, получаемый в результате опрыскивания полосовым способом с

боковым распылом, является более универсальным для различных видов

196

пестицидов, так как относится к разряду средних на основании требований ГОСТ 34630-2019.

2. Применение полосового опрыскивания с боковым распылом повышает эффективность внесения рабочего раствора по части постоянства объема вносимого препарата на целевой объект до 2-х раз. Объем на культурном растении для полосового опрыскивания с боковым распылом составляет 61... 97%, для вертикального опрыскивания 33. 64%.

3. Способ вертикального опрыскивания на посевах пропашных культур нуждается в совершенствовании, так как не отвечает в полной мере требованиям экологической безопасности и эффективности применения по высоте и ширине обрабатываемой полосы, и может быть рекомендован на операциях по сплошному внесению пестицида до всходов или на завершающей фазе развития культурного растения при десикации и дефолиации с установкой форсунки 110°.

4. Применение полосового опрыскивания с боковым распылом с форсункой 80° обеспечивает покрытие рабочим раствором подсолнечника до достижения ширины верхнего яруса листьев 0,63 м, с форсункой 65° - до 0,53 м.

5. Для пропашных культур с междурядьем М>0,7 м способ полосового опрыскивания с боковым распылом нуждается в совершенствовании, так как при М>0,7 м образуются зоны недовнесения рабочего раствора в верхней части слияния потоков, поэтому рекомендуется по центру рабочей зоны установить дополнительный распылитель с вертикальным распылом по центру обрабатываемой полосы.

6. Для подсолнечника с М=0,7 м на ранних фазах развития культурного растения до достижения ширины растения 0,3 м ширина потока существенно превосходит ширину рабочей зоны, поэтому рекомендуется сократить расстояние между распылителями. Данное направление исследования является перспективой развития исследуемой темы.

5 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛОСОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Одной из актуальных проблем обеспечения экологической безопасности (ЭБ) является сохранение почвенного разнообразия. Поэтому вопрос охраны и рационального использования почв становится определяющим вектором элемента государственной экологической политики.

Возможность ресурсосбережения и восстановления природных ресурсов в отрасли сельского хозяйства посредством применения технологий на основе процессов полосового воздействия является жизненно необходимой и весьма привлекательной с точки зрения комплексного решения проблем безопасного производства с особым вниманием к окружающей среде и вопросам ЭБ [1,5,6,8,26,27,28 гл.5]. Внедрение ТИВ на основе полосового технологического процесса решает проблему повышения эффективности с.-х. производства, сокращая губительное, ранящее воздействие наприродные ресусы, восстановления плодородия почвы, снижения загрязнений окружающей среды.

Повышение рентабельности и рост производительности в отрасли АПК во многом зависит от рационального применения техники. Наивысший потенциал в области снижения затрат достигается на операциях обработки почвы и посева, которого возможно достичь путем внедрения перспективных ресурсосберегающих технологий [2,4,7,9,29,34,51 гл.5].

Рабочие органы машин для обработки почвы оказывают повреждающее воздействие на почву. Такое влияние может привести к нарушению экосистемы по причине несовершенства применяемых технологий земледелия и приемов обработки почвы [1,3,5, гл.5].

Для оценки степени влияния полосовой механической обработки почвы на внешнюю среду былприменен коэффициент антропогенного воздействия. Антропогенное воздействие на почву можно характеризовать, в частности, механическим разрушением естественного сложения, определяемым не только глубиной, но и площадью поперечного сечения. Результат такого нежелательного воздействия описывает антропогенный фактор [14 гл.2, 3 гл.5].

Почва и почвенный покров - важнейшие компоненты биосферы, являющиеся экоиндикатором благополучия экосистемы. Максимальное содержание органических токсикантов, как правило, кумулируется в верхних горизонтах почвы [24 гл.5]. Почвы обладают эффектом самоочищения и рассредоточения загрязнителей. Благодаря барьерной функции в отношении опасных загрязнителей, воздействие за счет термодинамической устойчивости элементов снижается. Данная функция в значительной степени проявляется посредством органо - минерального комплекса почв. При этом защитный предел и потенциал почв конечен. Следовательно, для поддержания способности почв к самоочищению и восстановлению необходим грамотный и комплексный подход, основанный на снижении повреждающего воздействия и поступления вредных и опасных компонентов, особенно при операции химической защиты почвы и питания растений (ХЗППР).

Применение технологического процесса полосового опрыскивания жидкими формами препаратов позволяет снизить побочное действие пестицида в межполосном пространстве, за счет чего сократить антропогенное воздействие на почву и окружающую среду. Оценку антропогенного воздействия в области внесения пестицидов предлагается вести по коэффициенту сокращения загрязнения почв.

5.1 Ресурсо-экологическая оценка эффективности применения технологических процессов полосового воздействия Изменение антропогенного воздействия можно охарактеризовать площадью поперечного сечения обрабатываемого пласта. Показатели рационального использования и экономного расходования материальных и энергетических ресурсов, выраженные в количественной форме, являются требованиями ресурсоиспользования и ресурсосбережения [ГОСТ 30166-2014 Ресурсосбережение. Основные положения]. Устанавливаемые показатели ресурсоиспользования должны обеспечивать возможность эффективной оценки требований ресурсосбережения. Ввиду того, что для различных обработок почвы соотношение обработанной части почвы к необработанной существенно

199

отличается, можно предполагать, чем меньше данная зависимость в количественном выражении на погонный метр ширины захвата орудия, тем эффективнее технология обработки почвы с позиции ресурсосбережения [14 гл.2; 3 гл.5].

Антропогенное воздействие на почву рабочим органом чизельного типа по полосовому техпроцессу можно характеризовать коэффициентом Кв, определяемым отношением площади рыхления 8р в поперечной плоскости к площади обработки сплошным способом, которая определяется величиной междуследия рабочих органов и глубиной обработки.

Коэффициент антропогенного воздействия на одну секцию орудия определяется выражением:

где 8р - площадь взрыхленного пласта в поперечной плоскости при полосовой обработке, м2;

Бспл - площадь взрыхленного пласта в поперечной плоскости при сплошной обработке, м2.

Коэффициент антропогенного воздействия определялся для различных чизельных технологий с учетом глубины обработки (0,25; 0,3; 0,35 м):

* для чизелевания с расстановкой рабочих органов на междуследие М = 0,7 м, ширина долота Ь = 0,05 м (полосовая обработка при глубине обработки 0,25 м с шириной полосы В = 0,55 м; полосовая обработка при глубине обработки 0,3 м с шириной полосы В = 0,65 м; сплошная обработка при глубине обработки 0,35 м);

* для щелевания (щелевателем с шириной долота Ь = 0,03 м с расстановкой рабочих органов на междуследие М = 0,7 м);

* для полосовой глубокой обработки почвы секцией комбинированного орудия ОПГОП с составом: чизельная стойка с шириной долота Ь = 0,05 м + дисковые ножи (для ширины обрабатываемой полосы 0,25 м; 0,3 м; 0,35 м);

* для щелевания секцией комбинированного орудия щелевателя с лапой с составом: узкая чизельная стойка с шириной долота Ь = 0,03 м + стрельчатая лапа (для ширины обрабатываемой полосы 0,25 м; 0,3 м; 0,35 м).

Исследование влияния способа чизелевания и глубины обработки на коэффициент антропогенного воздействия показал, что наибольшее значение Кав принимает при чизелевании с междуследием 0,7 м ввиду наибольшей площади рыхления от чизеля, причем с увеличением глубины обработки чизелем Кав возрастает (Рисунок 5.1).

0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

_X

• • • • Д* • • • « 1 • т

• • 1 — • • . —" • • н»

• -

— -II

0,25

0,27

0,29

0,31

0,33

0,35

—» Щелеватель

— А— ОПГОП, В=0,25 м •••А" ОПГОП, В=0,3 м

ОПГОП, В=0,35 м

— Щелев с лап, В=0,25 м —• Щелев с лап, В=0,30 м —•■ • Щелев с лап, В=0,35 м

Ж Чизель, М=0,7

Глубина обработки, м

Рисунок 5.1 - Зависимость коэффициента антропогенного воздействия от вида

чизелевания и глубины обработки

Среди технологических решений, имеющих возможность обработки по полосам заданной ширины под пропашные культуры при одновременном глубоком рыхлении лидирующую позицию занимает щелеватель. Однако такой вариант обработки позволяет формировать самую малую площадь рыхления из всех представленных рабочих органов, что для пропашных культур является нежелательным.

Исходя из возможности создать зону рыхления с большей площадью, но в пределах заданной полосы, для глубины обработки 0,25 ... 0,35 м наименьшее значение коэффициента Кав у щелевателя с лапой (Кав = 0,16 при глубине обработки 0,35 м с шириной обработанной полосы 0,25 м).

Таким образом, при сравнении исследуемых чизельных рабочих органов, выполняющих полосовой технологический процесс, способных выполнять глубокое полосовое рыхление с заданной шириной полосы и возможностью ее регулирования, лидером по сокращению антропогенного фактора является щелеватель с лапой.

При распространении полосовой системы земледелия на культуры, рекомендованные для возделывания по полосовой технологии с применением способа полосового опрыскивания с боковым распылом, ущерб окружающей среде можно снизить за счет сокращения побочного действия пестицида в межполосном пространстве и снижения расположения штанги над обрабатываемым объектом [7,26,30,31 гл.5]. Данное сокращение зависит от параметров полосы, на которую вносятся пестициды. Причем, для земель, занятых различными культурами с разным междурядьем, сокращение подобного загрязнения будет отличаться. Если на таких территориях применяется опрыскивание в рамках полосового технологического процесса с боковым способом распыла, коэффициент сокращения загрязнения почв Спз будет зависеть от величины междурядья и ширины необработанной полосы («условно чистой зоны») на конкретной культуре [гл.4.4.2 диссертации, см.рисунок 4.45], а также угла распыления применяемой форсунки а, и определяться зависимостью:

N

с„ 3= Р (5.2)

где N - ширина необработанной полосы («условно чистой зоны»), м;

М - ширина междурядья, м.

Значение коэффициента сокращения загрязнения почв Спз применительно к наиболее распространенным культурам, выращиваемым в полосовой системе земледелия, приведено в Приложении Г.1 [21,38 гл.5].

Так, например, при полосовом опрыскивании подсолнечника с применением способа бокового распыла и установкой форсунки с углом распыления 65° с учетом ширины обрабатываемой полосы 0,31 м (ширина «условно чистой зоны» 0,39 м) коэффициент загрязнения поверхности почвы Спз

= 0,56. Это означает, что снижение загрязнения поверхности почвы составило 56%.

При установке форсунки с углом распыления 80° с учетом ширины обрабатываемой полосы 0,58 м (ширина «условно чистой зоны» 0,12 м) коэффициент сокращения загрязнения почв Ссз = 0,17. То есть, снижение загрязнения почвы составит 17% (Рисунок 5.2).

0,60 0,45

0,27

0,65

0,87

0,00

0,20

0,40 0,60

¡¥ а=80° 1111 а=65°

0,80

1,00 Ссз

Рисунок 5.2 - Зависимость коэффициента сокращения загрязнения почвы Ссз от размера междурядья и угла распыления форсунки

Исследования показали, что меньший угол распыления форсунки при одинаковом междурядье снижает коэффициент сокращения загрязнения Спз. Это связано с геометрическими параметрами границ потока рабочей жидкости и шириной необработанной полосы, которая увеличивается в зависимости от уменьшения угла распыления форсунки.

5.2 Экологическая безопасность и экологический регламент в области

применения пестицидов

Сельское хозяйство оказывает значительное воздействие на состояние экологии и уровень экологической безопасности (ЭБ). Нарушение нормального функционирования процессов в почве за счет механического, химического или иного воздействия становится причиной загрязнения не только почвенной среды, но и водного бассейна рек. Степень данного загрязнения позволяют

485353484853232323482323234823232348232323482323235323024848233232014848530148485301

определить нормативы (ПДК, ОДК и др.). Однако кратковременное снижение вредного воздействия и приближение уровня загрязнения почв к нормативу не гарантирует отсутствия негативных процессов и их проявлений в будущем. Последствия загрязнения ведут к изменениям в экосистеме в целом, поэтому необходимо систематически и комплексно подходить к вопросам снижения загрязняющих веществ, применяемых в производственной деятельности человека.

На государственном уровне принят Федеральный закон №280-ФЗ «Об органическом производстве и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ», который вступил в силу с 01.01.2020 г. Данный законодательный акт обозначает направление совершенствования систем и норм, регулирующих производство продукции растениеводства с высоким качеством, направленное на поддержание и укрепление здоровья нации. Закон упорядочивает производство экопродуктов в России и направлен на регулирование отношений, связанных с производством, хранением, транспортировкой, маркировкой и реализацией органической продукции (далее - производство органической продукции). Под органической продукцией понимается чистая, в экологическом смысле, сельскохозяйственная продукция (а также сырье и продовольствие), в производстве которой соблюдаются виды экономической деятельности, реализуемые в области органического сельского хозяйства в соответствии с требованиями, установленными Федеральным законом от 29 декабря 2006 года N 264-ФЗ "О развитии сельского хозяйства".

Ведение органического сельского хозяйства предусматривает применение способов, методов и технологий, направленных на поддержание и воссоздание благоприятных условий окружающей среды, восстановление плодородия почв, что в итоге способствует укреплению и сохранению здоровья человека [50 гл.5]. При выращивании такой продукции запрещено использовать синтезированные ХСЗР и большинство минеральных удобрений, ГМО; продукция должна быть сертифицирована и включена в единый Госреестр для производителей.

Борьба с сорными растениями согласно концепции органического земледелия может осуществляться механическим способом, а борьба с болезнями и вредителями - только разрешенными фунгицидами и инсектицидами природного происхождения, одобренными для производства экопродукции, полностью не решают поставленной задачи. При снижении урожайности возникает необходимость в увеличении посевных площадей, а это ведет к увеличению выбросов парниковых газов, что в свою очередь ведет к массовому глобальному потеплению климата. Стоимость такой экопродукции выше.

По данным Продовольственной организации ООН Food and Agriculture Organization (FAO) даже при применении СЗР потери урожая вследствие повреждения вредителями и болезнями, роста сорной растительности могут достигать 30%. В случае возникновения эпифитофии, последствия могут быть катастрофическими. Повышение токсинов в пище из-за болезней растений может носить более опасный характер, чем содержание пестицидов химического происхождения [137 гл.1; 33 гл.5]. В связи с тем, что данные подходы и их реализация находится в начале пути, данные о 100% продовольственной безопасности продукции, произведенной в рамках реализации программы органического земледелия, отсутствуют, ровно, как и статистические данные, и выводы по поводу улучшения или тенденции к нему у здоровья нации, в свете мирового экономического кризиса производство экопродукции в широком масштабе проблематично.

Система защиты растений включает совокупность методов, приемов и средств, направленных на сохранение урожая, защиту культурных растений от болезней и вредителей, обеспечение безопасности выращиваемой продукции и содержит целый ряд рекомендаций по применения различных методов в агропромышленном секторе. Это организационно-хозяйственные, агротехнические, химические и биологические методы. При грамотном подходе данные методы применяются комбинированно, способствуя достижению поставленной цели с наименьшими затратами при получении высоких результатов.

Одним из наиболее распространенных методов защиты растений является химический метод, который предусматривает применение пестицидов химического происхождения с целью борьбы с вредными организмами в различных сферах хозяйственной деятельности человека. Применение ХСЗР обеспечивают снижение потерь в урожайности до 50 - 70% [2 гл.4]. По этой причине производителям СЗР обеспечен рост потребительского спроса. В условиях экономического кризиса, вызванного пандемией 2019 г, объем продаж импортных СЗР сокращается. Импортозамещение в пользу более доступных отечественных аналогов обеспечивает рост производства на 6 - 8% в год. Так, например, физический объем потребленных пестицидов в России соответствует следующим значениям: 2014 г. - 53,9 тыс.т.; 2016 г. - 54,2 тыс.т.; 2018 г. - 65,1 тыс.т.; 2019 г. - 154,4 тыс.т.; 2020 г. - 187,9 тыс.т.; 2022 г. - 210 тыс.т. [14 гл. 5].

По данным Россельхозцентра за 2018 г. по всей России использовано 65,1 тыс.т. СЗР. Из них 97,6% приходится на ХСЗР (63,5 тыс.т.). Объемы биологических средств защиты растений (БСЗР), содержащих микроорганизмы или продукты их жизнедеятельности, составили 2,4% (1,6 тыс.т.) (Рисунок 5.3).

и и

к

I

01 е; ю 01 а

01 А Ю о

140,0

120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0

128,4