Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся органические вещества, и если не восполнять их, это приведет к ее истощению и снижению плодородия [3]. В настоящее время при сложившейся экономической ситуации высоких цен на удобрения и истощенных земель применение незерновой части урожая (НЧУ) в качестве удобрения является эффективным и дешевым способом для восстановления почвенного плодородия. Основная трудность, возникающая при этом, заключается в том, что растительная масса имеет длительный период разложения с выделением фенольных соединений, замедляющих развитие растений, что обуславливает невозможность применения НЧУ как удобрение под озимые культуры.
Анализ факторов, влияющих на процесс разложения НЧУ, показал, что ускорить его можно за счет повышения степени измельчения растительной массы и обработки ее препаратами гуминовой группы [1; 3]. На основе этого и с целью усовершенствования технологии уборки НЧУ с использованием ее в качестве удобрения и под озимые культуры необходимо разработать машину для утилизации незерновой части урожая.
Для выполнения поставленной цели нами было разработано устройство для утилизации НЧУ [5], выполненное на базе серийного измельчителя-мульчировщика Kverneland fx 230. Данное устройство позволяет объединить в один процесс измельчение и обработку растительной массы рабочим раствором гуминового препарата с последующим равномерным распределением этой массы по поверхности поля (рисунок 1).
В ходе теоретических исследований в разработанном устройстве были определены: число форсунок nфорс= 5 шт. (1), угол факела распыла α=77,32˚ (2), Часовой расход форсунки Qч =0,21 м3/ч (3).
, (1)
где nфорс – число форсунок, шт.;
Вр – рабочая ширина захвата измельчителя (может быть использована длина измельчающего барабана или сумма длин, если в конструкции измельчителя предусмотрено несколько барабанов), м;
Rk – радиус факела распыла форсунки, м.
1 – трактор МТЗ-82; 2 – Kverneland fx 230; 3 – емкость для рабочего раствора гуминового препарата; 4 – форсуночная рампа.
Рисунок 1 – устройство для утилизации НЧУ на базе Kverneland fx 230
, (2)
где Нр – расчетная высота расположения форсунки над измельчающим барабаном, м.
(3)
где Qч – часовой расход одной форсунки м3/ч;
Nвн.кг – норма внесения рабочего раствора гуминового препарата на 1 кг НЧУ, м3/кг;
Wч – часовая производительность агрегата, га/ч;
Уср – средняя урожайность НЧУ убираемого участка, кг/га.
Эксплуатационные испытания проводились согласно ГОСТ Р 527778-2007 во время уборки ярового ячменя на полях опытной агротехнологической станции ФГБОУ ВПО «РГАТУ». Характеристика участка испытаний представлена в таблице 1. Уборка осуществлялась по следующей технологии: зерноуборочными комбайнами убирался весь биологический урожай, зерно обмолачивалось и собиралось в бункер, а НЧУ укладывалась в валок за комбайном, далее прицепными измельчителями-мульчировщиками Kverneland fx 230 солома из валков подбиралась, измельчалась и распределялась по поверхности поля, после чего следовала ее заделка в почву на глубину 10-15 см [2].
Таблица 1. – Характеристика участка испытаний
|
Наименование показателей |
Значение показателей |
|
1 |
2 |
|
Наименование хозяйства |
Опытная агротехнологическая станция ФГБОУ ВПО «РГАТУ», п. Стенькино Рязанского района Рязанской области |
|
Дата проведения испытаний |
25 июля 2012 года |
|
Тип почвы |
Серая лесная тяжелая, серая суглинистая |
|
Микрорельеф |
С наличием овражно-болотистых комплексов, уклон до 3° |
|
Агрофон |
Поле после уборки ярового ячменя (Данута) |
|
Густота стеблестоя, шт/м2 |
584 |
|
Средняя высота стеблей, м |
0,5 |
|
Высота стерни, м |
0,25 |
|
Влажность соломы, % |
8,22% |
|
Урожайность зерна, т/га |
3,0 |
|
Урожайность соломы, т/га |
2,12 |
|
Средняя длина колоса, м |
0,05 |
|
Средняя толщина стеблей, м |
2,5х10-3 |
|
Масса снопа с 1 м2, кг |
0,56 |
|
Количество сорняков, шт/м2 (максимально встречающаяся) |
0,45 (1,5) |
|
Слой гумуса, м |
0,182 |
В ходе испытаний (рисунок 2) определялись такие показатели, как производительность (сменная и часовая), расход топлива (за смену, за час работы и погектарный), качество измельчения растительной массы (процентное содержание частиц средней длиной 30-50 мм от общей массы), влажность измельченной соломы. Испытания производили в сравнении с серийным измельчителем-мульчировщиком Kverneland fx 230. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Рисунок 2. – Эксплуатационные испытания устройства для утилизации НЧУ
Таблица 2 – Эксплуатационные показатели устройства для утилизации НЧУ
|
Показатель |
МТЗ-82 + Устройство для утилизации НЧУ (на базе Kverneland fx 230) |
МТЗ-82 + Kverneland fx 230 |
|
Сменная производительность, га/см |
24,15 |
24,85 |
|
Часовая производительность, га/ч |
3,45 |
3,55 |
|
Расход топлива за смену, кг/см |
61,58 |
59,64 |
|
Расход топлива за час работы, кг/ч |
0,78 |
0,73 |
|
Погектарный расход топлива, кг/га |
2,7 |
2,6 |
|
Процентное содержание частиц средней длины 30-50 мм в измельченной массе, % |
51 |
23 |
|
Влажность измельченной массы, % |
25,34 |
6,12 |
Анализ полученных данных (таблица 2) показал, что несущественное снижение производительности устройства для утилизации НЧУ, в сравнении с серийным измельчителем-мульчировщиком Kverneland fx 230, связано с увеличением времени на технологическое обслуживание агрегата, то есть снижением коэффициента использования времени смены τ. Незначительное повышение расхода топлива (за смену на 3,25%) связано с увеличением энергоемкости процесса измельчения при повышении влажности измельчаемой массы. Наблюдается улучшение качества измельчения. Так, процентное содержание частиц средней длиной 30-50 мм от общей массы после прохода разработанного устройства увеличилось на 28%.
После проведения испытаний на убранном участке был заложен опыт, целью которого было определить возможность применения НЧУ в качестве удобрения под озимые культуры и применение какой машины (разработанная или серийная) эффективнее в данной технологии. Опыт заключался в том, что участок (на котором проводились испытания) разделили на две равные части: на одной НЧУ убиралась разработанной машиной, а на другой - серийной. Далее следовала заделка растительной массы в почву на глубину 10-15 см. После чего с периодичностью раз в четыре дня с каждой части опытного участка бралась проба растительного материала (с троекратной повторностью) для определения стадии процесса его разложения [4]. Определялись зольность (по ГОСТ 26714-85) и содержание сухого вещества (по ГОСТ 26713-85) [4].
На рисунке 3 показан график скорости разложения растительной массы, убранной разработанным устройством и серийной машиной.
Рисунок 3. – Скорости разложения растительной массы
Как видно из рисунка 2, уже через 38 дней НЧУ, убранная разработанным устройством, разложилась на 50% и на 37,4% серийной машиной. Такой эффект достигается за счет лучшего усвоения рабочего раствора гуминового препарата растительной массой, так как ее обработка происходит в процессе измельчения.
Далее согласно технологии на опытном участке был произведен сев озимой пшеницы (сорт Ангелина). В октябре были получены показатели всходов, представленные в таблице 3.
Таблица 3. – Показатели всходов озимой пшеницы на опытной агротехнологической станции ФГБОУ ВПО «РГАТУ» (сорт – Ангелина, дата измерения показателей 19.10.2012 г.)
|
№ |
Вариант |
Высота растений, см |
Кол-во растений, шт/м2 |
Масса 100 растений, г |
Масса сухого вещества в 100 растениях, г |
Процент сухого вещества, % |
|
1 |
Контроль без обработки НЧУ (после прохода Kverneland fx 230) |
7,3 |
430 |
227,2 |
34,4 |
15,14 |
|
2 |
С обработкой НЧУ рабочим раствором гуминового препарата (после прохода устройства для утилизации НЧУ на базе Kverneland fx 230) |
9,5 |
464 |
245,4 |
39,15 |
15,95 |
По всходам озимых можно сделать вывод об эффективности использования разработанного устройства для утилизации НЧУ, так как равномерные и не замедленные в своем развитии растения свидетельствуют о достаточном разложении растительного материала.
Таким образом, проведенные эксплуатационные испытания показали, что разработанное устройство позволяет производить уборку НЧУ согласно агротехническим требованиям, значительно повысив качество измельчения растительного материала (на 28%) и увеличив скорость его разложения (на 26,7%), что делает возможным применение НЧУ в качестве удобрения и под озимые культуры. В июне 2013 года планируется провести определение биологической урожайности озимой пшеницы на опытном участке.
Рецензенты:
Успенский И.А, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой ТЭТ ФГБО УВПО «РГАТУ», г. Рязань.
Лазуткина Л.Н., доктор педагогических наук, доцент, генеральный директор малого инновационного предприятия ООО «АГРОНАСС», г. Рязань.