CC BY
13ь
тракторное, сельскохозяйственное, лесозаготовительное, коммунальное и дорожно-строительное машиностроение
УДК 631.171
АГРЕГАТ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ НЕЗЕРНОВОЙ ЧАСТИ УРОЖАЯ В КАЧЕСТВЕ УДОБРЕНИЯ
UNIT FOR RECYCLING OF NON-GRAIN PART OF CROP
AS FERTILIZER
DOI: 10.24412/CL-35807-2021-1-45-48
Богданчиков И. Ю., доцент кафедры ЭМТП, к.т.н, ФГБОУ ВО РГАТУ
Bogdanchikov I. Y., associate professor of the Department of EMTP, Ph.D., FSBEI HE RSATU
Предложен агрегат для утилизации незерновой части урожая в качестве удобрения. В результате полевых испытаний в рамках выполнения тем НИР по заказу Минсельхоза РФ в 2018—2020 гг. по общепризнанным методикам были определены: рабочая скорость 7—8 км/ч, часовая производительности 5—5,5 га/ч, запас рабочего хода по объему технологической емкости 3000 м, варьирование рабочего давления в пределах: 0,18—0,34 МПа, прибавка урожайности на 8,43 ц/а при использовании биопрепаратов Стернифаг СП и Agrinos 1.
What is presented is an aggregate for recycling the non-grain part of the crop as fertiliser. As a result offield tests as part of the implementation of research topics by order of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation in 2018—2020. according to generally recognized methods, the following were determined: operating speed 7—8 km/h, hourly productivity 5—5.5 ha/h, operating range by volume of technological capacity 3000 m, variation of operating pressure within the limits: 0.18—0.34 MPa, yield increase by 8.43 c/a using the biologic preparation Sternifag SP and Agrinos 1.
Ключевые слова: солома, незерновая часть урожая, измельчение, утилизация, биопрепарат, органические удобрения, плодородие почвы.
Keywords: straw, non-grain part of crop, grinding, recycling, biologic preparation, organic fertilizers, soil fertility.
Согласно Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации пункт 20, подпункт «г» «переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аква-хозяйству, разработка и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективная переработка сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания» является актуальным в разработке приемов эффективного использования органических удобрений. Так, например, при производстве зерновых на основную продукцию (зерно) приходится только 1/3 от всего биологического урожая, остальное — это побочная продукция, — незерновая часть, которая, в свою очередь, затрудняет выполнение последующих технологических операций м ашин-но-тракторными агрегатами [5, с. 15]. Во время формирования урожая растениями из почвы выносятся питательные элементы, которые накапливаются как в основной, так и в побочной продукциях, что обуславливает возможность использования незерновой части урожая (НЧУ) в качестве органического удобрения [1, с. 6; 2, с. 29; 4, с. 951].
Однако на практике использование НЧУ в качестве удобрения ограничено, в первую очередь это связано с длительным периодом разложения (гумификации) [3, с. 12] растительных остатков в почве, который может составлять от 3—5 лет с протеканием гнилостных процессов и выделением фенольных соединений, оказывающих негативное воздействие на развитие последующих растений.
В настоящее время перспективным направлением является использование биопрепаратов-деструкторов растительных остатков для ускорения процесса разложения НЧУ [6, с. 7], что в конечном итоге позволяет получить органическое удобрение. В рамках выполнения НИР по заказу Минсельхоза РФ в 2018—2020 гг. по изучению вопросов эффективной утилизации пожнивных остатков в качестве удобрения в совокупности с использованием биопрепаратов-деструкторов расти-
гается справа от технологическом емкости на крышке измельчителя-мульчировщика.
Проведенные ранее исследования профиля валка [1, с. 8; 6, с. 5] позволили принять допущение, что форма валка соломы представляет собой половину эллиптического цилиндра с большим радиусом основания — половина ширины валка и меньшим радиусом — высотой валка, высота цилиндра — пройденный путь МТА (рис. 2). Тогда м асса НЧУ, поступающая в машину в единицу времени, определяется как произведение плотности валка на его объем:
Рис. 1. Агрегат для утилизации незерновой части урожая в качестве удобрения, выполненного на базе серийного измельчителя-мульчировщика Kverneland fx230: 1 — форсуночная рампа с пятью форсунками; 2 — измель-читель-мульчировщик; 3 — технологическая емкость для рабочего раствора; 4 — исполнительный механизм; 5 — аналитический блок (располагается в кабине); 6 — сканирующее устройство
тельных остатков в Рязанском государственном университете имени П. А. Костычева был разработан агрегат для утилизации незерновой части урожая (АдУ НЧУ) в качестве удобрения [1, с. 6; 7, с. 2] (патенты на полезные модели № 116007, 179685, 191231, свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ № 2019618379). Данная машина работает по валку соломы, которая формируется зерноуборочным комбайном (соломо-измельчитель отключается, что высвобождает до 25 % мощности его двигателя), и представляет собой машинно-тракторный агрегат (МТА), состоящий из трактора и навесного или прицепного измельчителя-мульчировщика, оснащенного системой дифференцированного внесения рабочего раствора биопрепаратов-деструкторов стерневых остатков (рис. 1). Система для дифференцированного внесения рабочего раствора состоит из сканирующего устройства, аналитического блока и исполнительного механизма. Сканирующее устройство представляет собой раму, расположенную в передней части трактора, перед догружающими противовесами на расстоянии 1,0 м от поверхности поля с установленными на ней тремя дальномерами, которые измеряют расстояние до валка соломы по краям и в вершине (реализуются компоненты машинного зрения [1, с. 8; 7, с. 2]). Аналитический блок состоит из персонального компьютера и специально разработанного программного модуля, которые осуществляют расшифровку д анных, получаемых со сканирующего устройства, расчет массы растительного материала, поступающего в машину, и расчет давления, необходимого для обеспечения заданной нормы рабочего раствора. Исполнительный механизм выполнен в виде регулятора давления и распола-
^ЧУ - %ЧУ * Р - -т-^—
(1)
где где mнчy — масса НЧУ, поступившее в АдУ НЧУ за время t, кг; р — плотность НЧУ, кг/м3; Вв — ширина валка, м; Н — высота валка, м; ^ — рабочая скорость машинно-тракторного агрегата, м/с.
Аналитический блок АдУ НЧУ по данным, вводимым механизатором перед началом работы, автоматически расшифровывает и анализирует данные, поступающие со сканирующего устройства, рассчитывает и регулирует дозу внесения рабочего раствора биопрепарата-деструктора НЧУ за счет изменения рабочего давления.
С 2018—2020 гг. в рамках выполнения тем НИР по заказу Минсельхоза РФ проводились исследования, направленные на повышение эффективности утилизации НЧУ в качестве удобрения с использованием различных биопрепаратов-деструкторов, в рамках которых проводились полевые испытания АдУ НЧУ. Активность цел-люлозоразлагающих бактерий оценивали аппликационным методом, а по биологической уро-
Рис. 2. Валок соломы представляет собой половину эллиптического цилиндра: S(t) — пройденный путь МТА, м; ¥р — рабочая скорость машинно-тракторного агрегата, м/с; t — время, с; Вв — ширина валка, м; Н — высота валка
жайности с/х культур оценивали эффективность применения конкретного биопрепарата и машины. Также оценивали эксплуатационные параметры АдУ НЧУ: производительность, рабочая скорость, запас рабочего хода по объему техно -логической емкости; показатели качества работы: степень измельчения НЧУ, ширина разбрасывания измельченной и обработанной растительной массы, усвояемость рабочего раствора растительной массой.
Производительность, рабочую скорость и запас рабочего хода АдУ НЧУ оценивали на опытном поле ООО «Авангард» Рязанского района Рязанской области с длиной г она 1500 м. Измеряли расстояние, за которое пройдет МТА до полной выработки рабочего раствора в технологической емкости. По пройденному времени оценивали среднюю скорость работы агрегата, а по обработанной площади рассчитывали производительность (в качестве рабочей ширины захвата использовали ширину разбрасывания уже готового органического удобрения).
Для оценки качества измельчения НЧУ брали навеску измельченной соломы и распределяли измельченные частицы по классам в зависимости от их средней длины. Измельчение считается качественным, если массовая доля фракций с частицами размером до 100 мм составляет не менее 85 %. Ширину разбрасывания готового органического удобрения измеряли рулеткой с троекратной повторностью каждые 15 м по всей длине гона. А для определения усвояемости рабочего раствора производили измерение влажности растительного материала до и после прохода АдУ НЧУ и аналогично при проходе опрыскивателя. Образцы помещались в алюминиевый бюкс и во влагомере ЭВЛАС-2М определялась их влажность (высушивались при температуре 105 °С в течение 20 минут), измерения проводили в 10-кратной повторности.
Масса впитавшегося рабочего раствора определяется из выражения:
mвп = тх - mсух, (2)
где шх — масса образца до сушки, кг; mсух — масса образца после сушки, кг; ^^ — масса впитавшегося рабочего раствора, кг.
Масса влаги в 1 грамме НЧУ определяется как:
mi
m.
(3)
сух
в валке. Для этого на каждом валке проводилось определение площади сечения его профиля. Использовали профиломер длиной 2 м с рейками, расположенными перпендикулярно основанию, через каждые 0,2 м. Измеряли высоту валка в 10 точках от поверхности поля до верхней границы валка не менее пяти раз на погонном метре валка по длине. Измерения проводили в 10 местах по всей длине валка. С каждого исследуемого погонного метра валка солома взвешивалась. Плотность НЧУ в валке определяли из выражения:
_ 4m
Р
п ^ H
(4)
где ml — масса влаги в 1 грамме НЧУ, кг.
Также для уточнения программного модуля в 2020 году на опытном поле УНИЦ «Агротехно-парк» ФГБОУ ВО РГАТУ проводились измерения плотности соломы ярового овса (сорт «Скакун»)
Испытания проходили в хозяйствах Рязанской области: УНИЦ «Агротехнопарк», ООО «Авангард» Рязанского района, ОАО «Аграрий» Ряж-ского района, ОАО «Разбердеевское» Спасского района, ООО «Вперед» Шацкого района, ООО «Агрохим» Старожиловского района.
АдУ НЧУ на базе Kverneland fx230 в агрегате с трактором МТЗ-82 показал рабочую скорость 7—8 км/ч, при часовой производительности 5— 5,5 га/ч. Запас рабочего хода по объему технологической емкости составил 3000 м, при средней длине гона 400 м, это 6—7 рабочих ходов. Варьирование рабочего давления осуществлялось в диапазоне 0,18—0,34 МПа.
Качество измельчения соответствует агротехническим требованиям, так массовая доля фракций частиц до 100 мм составила 91,3 %, а ширина разбрасывания увеличилась до 4—4,5 м (дополнительно было использовано разравнивающие устройство). Усвояемость рабочего раствора после прохода АдУ НЧУ составила 90,2 %, после опрыскивателя 79,2 % (влажность НЧУ до обработки 7,2 %). Были определены значения плотности соломы ярового овса при влажности 29,75 % — 3,09...3,i2 кг/м3.
Наилучшие показатели по разложению НЧУ (2018—2020 гг.) были получены на вариантах с использованием биопрепратов Ageinos I и Стер-нифаг СП. На рис. 3 показан график изменения массы льняных полотен в опыте утилизации соломы ярового ячменя сорта «Владимир» в августе 20i9 года до апреля 2020 года.
В 2020 году были получены следующие значения урожайности ярового овса по вариантам с использованием АдУ НЧУ:
1. Контроль — 27,70 ц/га;
2. Agrinos i — 40,60 ц/га;
3. Стернифаг СП — 38,28 ц/га;
4. Экорост — 29,75 ц/га;
5. Биокомплекс БТУ — 33,00 ц/га.
В таблице I представлены результаты экономической эффективности от внесения исследуе-
Пройдено суток
Рис. 3. Изменение массы (разложение) льняных полотен по вариантам, опыт по утилизации соломы ярового ячменя
сорта «Владимир» 2019—2020 гг.
Таблица 1
Эффективность использования соломы в качестве удобрения в расчете на 1 гектар, руб.
Стоимость внесения рассматриваемых биопрепаратов на 1 гектар, руб.
Agrinos 1 Стернифаг СП Экорост Биокомплекс БТУ
АдУ НЧУ Опрыскиватель АдУ НЧУ Опрыскиватель АдУ НЧУ Опрыскиватель АдУ НЧУ Опрыскиватель
1779,75 1791,89 1055,89 1065,25 663,89 669,50 1595,89 1601,50
44 660,00 Доход от полученного урожая (из расчета 1 кг зерна — 11,00 руб.), руб. 43 780,00 | 42 108,00 | 41 800,00 | 32 725,00 | 32 989,00 | 36 300,00 35 970,00
42 880,25 41 988,11 41 052,11 Эффективность, руб. 40 734,75 | 32 061,11 32 319,50 34 704,11 34 368,50
мых биопрепаратов-деструкторов растительных остатков на 1 гектар при помощи АдУ НЧУ и опрыскивателем. Учитываются стоимость биопрепаратов, затраты топлива на уборку, утилизацию НЧУ, внесение биопрепаратов и заделку готового удобрения в почву, а также доход от продажи прибавки зерна в сравнении с контролем.
Таким образом, разработанный АдУ НЧУ за годы испытаний показал свою надежную и эффективную работу, что выражается показателям прибавки в урожайности в среднем на 8,43 ц/га (18,8 %). Наилучшие показатели были достигнуты при использовании биопрепаратов Лягшо8 1 (2 л/га) и Стернифаг СП (80 г/га).
Список литературы
1. Агрегат для утилизации незерновой части урожая в качестве удобрения / И. Ю. Богданчиков, Д. В. Иванов, Н. В. Бы-шов [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. - 2018. - № 4. - С. 5-11. DOI: 10.31279/2222-9345-2018-7-32-5-11.
2. Имашова С. Н. Концепция экологизации земледелия в современном мире / С. Н. Имашова, А. А. Айтемиров, С. А. Теймуров // Известия Дагестанского ГАУ. — 2020. — № 1 (5). — С. 27—31.
3. Наими О. И. Особенности использования соломы в качестве органического удобрения // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. — 2019. — № 9-1. — С. 10—13. DOI: 10.24411/2500-1000-2019-11552.
4. Осипов А. И. Перспективы развития органического земледелия / А. И. Осипов // Здоровье — основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения. — 2019. — Т. 14. — № 2. — С. 948—958.
5. Повышение эффективности использования соломы в качестве удобрения сельскохозяйственных культур / Р. А. Бу-лавинцев, И. В. Коношин, А. В. Волженцев, А. В. Козлов, А. В. Звеков, И. Е. Пупавцев // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. — 2020. — № 8. — С. 13—18.
6. Русакова И. В. Биопрепараты для разложения растительных остатков в агроэкосистемах / И. В. Русакова // Juvenis scientia. — 2018. — № 9. — С. 4—9.
7. Bogdanchikov I. Y., Romanchuk V. A. Digital technology for the disposal of the non-cereal portion of the crop as fertilizer // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. — 2020. — № 421. 042008 DOI: 10.1088/1755-1315/421/4/042008.
