CC BY
103
2. Устойчивость кератина у молодых животных незначительно лучше, чем у старых.
3. Устойчивость кератина на твердость, к сдвигу у высокопродуктивных пород животных (например, Голштинской) значительно хуже, чем у других пород.
4. Доказано, что из всех изученных пород нет такой, у которой со всех точек зрения имеется отличного качества кератин и нет необходимости проведения санитарно-профилактических и других мероприятий по уходу за копытами животных.
5. С целью повышения продуктивности, снижения заболеваемости и улучшения физиологического состояния необходимо систематически проводить работы по уходу за копытами животных.
6. Результаты исследований указывают, что необходимы экспериментальные исследования по изучению других важных факторов, оказывающих влияние на состояние кератина копыт животных,
в частности влияния различных видов полов, применяемых для содержания животных на фермах и комплексах.
Список литературы
1. Рек L. Osszefiiggesek sertesek szarujanak vizfelveteli tulajdonsaga, rugalmassaga es kopasszilardsaga kozott. Agrarfelsooktatasi Intezmenyek Fiatal Oktatoinak es Kutatoinak Orszagos Konferenciaja (roviditett kiadas). — Keszthely, 1976. — P. 80-82.
2. Pek L. Biologiai szerviz mezogazdasagi uzemek szamara. MTA-MEM Muszaki Bizottsag Kutatasi Tanacskozas. — Godollo, 1986. — P. 21-22.
3. Pek L. A csiilokapolas korszeru modszerei es gazdasagi kihatasa. Szarvasmarha es sertestenyesztes gyakorlata. — Budapest, 1989. — evf. 3.szam.
4. Островский, H.C. Профилактика болезней пальцев животных / H.C. Островский // Ветеринария. — 1981. — № 1.
5. Новиков, П.Н. Уход за копытами сельскохозяйственных животных / П.Н. Новиков, Г.С. Кузнецов. — М.: Колос, 1984.
УДК 631.234:62-533.6
И.Н. Антонов, соискатель Д.Н. Антонов, ассистент
ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия»
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ В ТЕПЛИЦЕ
Бурное развитие микропроцессорной техники и электроники приводит к снижению ее стоимости и широкому распространению в производстве. В сельском хозяйстве в целом и тепличной отрасли в частности активно внедряются контроллеры. Такие контроллеры способствуют повышению эффективности отрасли защищенного грунта, увеличивая продуктивность и снижая энергозатраты в ходе производства. Достигается это за счет различных способов управления температурой воздуха в теплице. На сегодняшний день известно множество таких способов управления [1, 2, 3]. Однако часть из них основывается на оптимизации параметров продуктивности [1, 2], а часть — на управлении скоростью развития растений [3]. Но критериев и способов на их основе, объединяющих и то и другое, пока нет. В данной работе предлагается способ управления температурой воздуха теплицы, учитывающий как интенсивность фотосинтеза, так и скорость роста растений.
Растения в ходе своего жизненного цикла проходят два основных этапа развития: период от прорастания до начала плодоношения (вегетационный период) и плодоношение. Во время первого периода растения не плодоносят и, следовательно, не прино-
54
сят прибыли предприятию. В это время, когда идет активный вегетативный рост, особое внимание необходимо уделять созданию условий в наибольшей степени благоприятствующих росту, так как основная задача в данный период — получение сильных и здоровых растений. Между тем многие производители, стремясь сократить энергозатраты, понижают температуру воздуха в теплице, что приводит к удлинению периода вегетации. Удлинение периода вегетации растений, в свою очередь, может привести к убыткам из-за потенциально нереализованной продукции и перерасходу энергии. Таким образом, существует проблема получения физиологически здоровых и развитых растений, с одной стороны, и сохранения необходимых сроков поставки продукции на рынок — с другой.
Словосочетанию «сильное растение» трудно дать определение, но наиболее близким по смыслу является термин «биомасса». Накопление биомассы зависит от интенсивности процесса усвоения углекислого газа — фотосинтеза. Поскольку фотосинтез протекает только в светлое время суток, а процессы дыхания наиболее активны ночью, то в такой ситуации выход может быть найден, если оптимизировать дневную температуру по критерию
максимальной фотосинтетической продуктивности, а ночную — с учетом того, что связь интенсивности дыхания с накоплением биомассы очень сложна и изучена хуже, чем связь фотосинтеза с биомассой, поддерживать на таком уровне, чтобы среднесуточная температура оставалась постоянной, обеспечивая соответствующий ей уровень скорости развития растений. В этом случае расчет ночной температуры T производится по формуле
24Т - T%
T — ср_____
н_ 24-х ’
(1)
где Тср — среднесуточная температура, соответствующая выбранной скорости развития растений, °С; Т — средняя за день температура, °С; т — продолжительность светового дня, ч.
Такой способ управления температурным режимом (далее — комбинированный способ) позволяет за счет выбора необходимой средней температуры воздуха планировать наступление периода плодоношения растений, а также обеспечивать интенсификацию фотосинтеза. При этом средняя температура может выбираться исходя из прогнозируемых сроков начала плодоношения, определяемых, например, по формуле [4]:
у = A - (A - C)
( т - ь Л п
1 - 1 СР
а
\ /
(2)
где у — расчетная продолжительность периода вегетации растений, сут; А — максимальная продолжительность периода вегетации, сут; С — минимальная (оптимальная) продолжительность периода вегетации, сут; а — оптимальная температура среды, °С; Ь — минимальная температура среды, °С; п — параметр, характеризующий крутизну зависимости продолжительности вегетации от средней температуры (в зависимости от вида растения может принимать значения от 1 до 3).
В комбинированном способе управление дневной температурой воздуха предполагается исходя из условия максимальной интенсивности фотосинтеза. Связь между температурой воздуха и максимальным фотосинтезом может быть установлена по-разному. Комбинированный способ допускает оптимизацию дневной температуры на основе любой связи температуры с фотосинтезом. Но наиболее точную оптимизацию можно выполнить, используя математические модели фотосинтеза. Как известно, условие максимума функции (интенсивность фотосинтеза) относительно неко-
торой переменной (температура воздуха) обеспечивается приравниванием производной функции по этой переменной к нулю, т. е.
ЭФ = 0, дt
(3)
где Ф — интенсивность фотосинтеза, мг/(дм2-ч); t—температура воздуха внутри теплицы днем, °С;
Решив уравнение (3) относительно температуры, можно получить выражение для расчета оптимальной температуры Топт. Стоит отметить, что порой значение оптимальной температуры является функцией прочих факторов микроклимата, которые влияют на фотосинтез и входят в функцию Ф. Этими факторами могут быть: освещенность, концентрация углекислого газа, влажность воздуха, возраст растений и др. Зная в любой момент времени значения этих переменных, можно рассчитать оптимальную по критерию максимального фотосинтеза температуру воздуха.
Процесс оптимизации температуры воздуха по комбинированному способу с течением времени можно представить в виде графика (см. рисунок).
На рисунке пунктирной линией показано изменение интенсивности солнечной радиации (правая ось) во времени, толстая сплошная линия представляет изменение во времени температуры воздуха (левая ось). Если средняя температура выбрана на уровне 21,5 °С и средняя дневная температура оказалась равной 25 °С, при 12-часовом дне, то ночную температуру следует поддерживать на уровне (24-21,5 — 25-12) / (24 — 12) = 18 °С.
Важным параметром в предлагаемом способе является средняя температура воздуха. От ее выбора зависит эффективность всего производственного процесса. Так как эффективность определяется соотношением полученной от реализации продукции
Комбинированный способ управления температурой воздуха в течение суток
прибыли к затратам, то для ее повышения необходимо увеличивать продуктивность и снижать затраты. Стоит учитывать тот факт, что прибыль определяется не только продуктивностью, но и ценой товара, которая меняется сезонно с максимумом зимой. Поэтому в зимне-весенний оборот огурца, например, экономически наиболее выгодно получение урожая в ранние сроки. В то же время известно, что добиться этого можно, поддерживая повышенные температуры воздуха в теплице. Но температура воздуха в период развития от проростка до начала плодоношения продолжает оказывать влияние не только на скорость развития и основные процессы жизнедеятельности растений, но и на затраты в виде тепловой энергии. Поэтому форсирование сроков начала плодоношения может обернуться значительным расходом тепловой энергии.
В итоге задача повышения эффективности должна решаться с участием человека, и в отношении выбора средней температуры возможны следующие варианты:
• если решающим фактором является цена или спрос на продукцию (например, в праздничные дни), то средняя температура выбирается исходя из необходимых сроков начала плодоношения;
• если стоит задача снижения энергозатрат, то среднюю температуру необходимо выбирать таким образом, чтобы это привело к снижению ее расхода в течение вегетационного периода. Таким образом, технология управления на основе комбинированного способа в первом варианте включает в себя следующие операции:
1) задание времени посева и появления всходов;
2) задание времени начала плодоношения;
3) определение разницы между предполагаемой датой начала плодоношения и датой появления всходов, т. е. продолжительности периода вегетации;
4) определение на основании известных зависимостей [например, (2)] средней температуры, соответствующей заданной продолжительность вегетации.
Для того чтобы воспользоваться вторым вариантом, необходимо сформулировать функцию расхода тепловой энергии за период вегетации растений:
Q = ^д.сД.ср - ^ар.д.ср)51 - 52П4ср)Тд.ср +
+ K Н - t № (24 - т )] 3600П, (4)
н.ср'- н.ср нар.н.ср' 1^ д.ср''-1 > V >
где Q — расход тепловой энергии за вегетационный период развития растений, Дж; , Kн ср — средний за ве-
гетацию дневной и ночной коэффициент теплопередачи теплицы, Вт/(м2-°С); ^ср, tнср — средняя за вегетацию дневная и ночная температура воздуха внутри теплицы, °С; ^ар.нср, ^ар.д.ср — средняя за вегетацию температура наружного воздуха в ночной и дневной период времени, °С; тд ср — средняя за вегетацию продолжительность светового дня, ч; qср — средняя за вегетацию интенсив-
ность суммарной световой радиации внутри теплицы,
- пло-
Вт/м2; S1 — площадь ограждения теплицы, м2; S2 -щадь, занимаемая теплицей, м2; п — коэффициент поглощения световой радиации; 24 — количество часов в сутках; 3600 — количество секунд в одном часе; П — длительность вегетативного развития, дни.
В формуле (4) переменную П можно заменить зависимостью продолжительности периода вегетации растений от температуры воздуха [например, (2)].
Таким образом, чтобы определить оптимальные по критерию минимума энергозатрат за вегетацию средние дневную и ночную температуры воздуха, необходимо продифференцировать формулу (4) по этим переменным и приравнять нулю, считая величину П в общем случае функцией средней дневной и ночной температур:
ЭQ
дt
д.ср
ЭQ
= 0
= 0
(5)
Решением системы уравнений (5) являются оптимальные дневная ^ и ночная ^ температуры
д.опт н.опт * 1
воздуха, подставив которые в следующую формулу, можно рассчитать оптимальную среднюю температуру T
ср.опт
t Т +1
д.опт д.ср н.опт
(24 ...»)
24
(6)
Необходимо отметить, что решение системы (5) зависит от значений прочих переменных, таких как средняя наружная температура, средняя интенсивность суммарной радиации и др. Как указывалось выше, комбинированным способом выбор средней температуры предполагается заранее, т. е. до начала высева семян и появления ростков. В то же время определить заранее, какая будет средняя наружная температура, средняя радиация и коэффициент теплопередачи сооружения, крайне затруднительно. Предлагается два пути решения этой задачи. Первый основывается на предварительном расчете оптимальной температуры по средним значениям климатических факторов того региона, где находится теплица, определяемым на основе многолетних наблюдений. В этом случае последовательность технологических операций будет такой:
1) определяются *. Я. I
, К
д.с^^^н.ср ‘'нар.д.ср ‘'нар.н.ср qср,
д.ср
2) строится график или рассчитываются аналитически с помощью вычислительных устройств оптимальные дневные и ночные температуры, т. е. решается система (5);
3) по формуле (6) определяется оптимальная средняя температура.
Второй путь подразумевает корректировку средней температуры в режиме реального времени. То есть предполагается, что с момента появления проростков ведется наблюдение за погодными условиями, и на их основе рассчитываются текущие средние значения интенсивности суммарной радиации, наружной температуры и коэффициента теплопередачи, с помощью которых пересчитывается и корректируется оптимальная средняя температура воздуха теплицы. То есть технология будет включать следующую цикличную последовательность действий:
1) выбирается начальная средняя температура;
2) через некоторый, сравнительно малый промежуток времени значения ^.^ ^ард^
^ар.н.ср, qср, тд.ср пересчитываются с учетом зарегистрированных от посева по текущее время погодных данных;
3) с помощью вычислительных устройств рассчитываются оптимальные дневные и ночные температуры;
4) по формуле (6) определяется оптимальная средняя температура;
5) возврат в пункт 2.
Также стоит отметить, что данный критерий оптимизации температуры воздуха, когда обеспечивается минимальный расход теплоты за вегетацию, может быть сформулирован как отдельный способ автоматического управления [5] безотносительно к комбинированному способу. Тогда управление дневной и ночной температурами, в отличие от комбинированного способа, где дневная температура определяется исходя из условия максимального фотосинтеза, будет осуществляться по найденным из системы уравнений (5) оптимальным средним дневной и ночной температурам для достижения
минимума энергозатрат за вегетационный период развития растений.
Выводы
Предложенный способ автоматического управления температурой воздуха теплицы позволяет создавать необходимую скорость развития растений, обеспечивая при этом высокую фотосинтетическую продуктивность. Достигается это за счет оптимизации фотосинтеза в дневное время суток и поддержания ночной температуры на таком уровне, чтобы среднесуточная температура оставалась постоянной, соответствующей заданному значению. Также стоит добавить, что выбор средней температуры следует осуществлять из соображений повышения эффективности: или с учетом сезонных изменений цен на тепличную продукцию, или с учетом расхода тепловой энергии за вегетацию.
Список литературы
1. Пат. 2233577 С1 РФ, МПК А01 G 7/00. Способ регулирования факторов внешней среды при выращивании растений / А.Г. Молчанов. — № 2003110600/12; заявл. 14.04.2003; опубл. 10.08.2004.
2. Пат. 2049380 С1 РФ, МПК A 01 G 9/26. Способ автоматического управления температурным режимом в теплице / Ф.Я. Изаков, С.А. Попова. — № 5067516/15; заявл. 13.10.1992; опубл. 10.12.1995.
3. Dieleman, J.A. Effects of temperature integration on growth and development of roses / J.A. Dieleman, E. Meinen, T.A. Dueck // Acta hortic. — 2005. — V. 691. — P. 51-58.
4. Лебедев, Н.С. О механизме действия лимитирующих факторов жизни растений и законы продуктивности / Н.С. Лебедев // Сельскохозяйственная биология. — 1999. — № 1. — С. 79-87.
5. Попова, С.А. Оптимизация температурного режима теплицы / С.А. Попова, Ф.Я. Изаков, Д.Н. Антонов, И.Н. Антонов // Вестник ЧГАУ. — 2008. — № 52. — С. 90-95.
УДК 631.3: 636.085 В.В. Самуйло, аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СУШКИ БЕЛКОВО-УГЛЕВОДНЫХ ГРАНУЛ
В современных условиях усилия ученых и производственников целесообразно направить на разработку ресурсосберегающих технологий экологически чистого производства мяса и шкурок при разведении кроликов в шедах, при кормлении их по рационам с использованием новых рецептов белково-витаминно-минеральных добавок, доступных нетрадиционных кормов [1].
Для производства белково-углеводных гранул для кроликов используется нерастворимый соевый остаток (окара). Первоначально из окары отжималась жидкая фракция. Далее приготовляли двухкомпонентную смесь из окары влажностью 50 % и соломенной муки влажностью 9,75 %, а затем изучался процесс получения сухих гранул из двухкомпонентной смеси окара + соломенная мука.
