автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса использования жидкого органического удобрения путем автоматизированного выбора рациональных вариантов технологий транспортировки и внесения в условиях Северо-Западного региона

На правах рукописи

Васильев Эдуард Вадимович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖИДКОГО ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ ПУТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ВНЕСЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА.

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-7 0КТ 2015

Санкт - Петербург - 2015

005562971

005562971

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном научног учреждении «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскох зяйственного производства» (ИАЭП).

Научный руководитель: Максимов Дмитрий Анатольевич

кандидат технических наук, заместитель директора по научной работе ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства»

Официальные оппоненты: Ковалев Николай Георгиевич

доктор технических наук, научный руководитель ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель», академик РАН

Марченко Николай Михайлович

доктор технических наук, профессор, заведующий отделом разработки технологий точного земледелия ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства» Защита состоится «20» ноября 2015 г. в 13 часов 30 минут на заседай диссертационного совета Д 220.060.06 при ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургск государственный аграрный университет» по адресу: 196601, Санкт-Петербург Пушкин, Петербургское шоссе, д. 2, (СПбГАУ, 2-й учебный корпус, ауд. 2.719)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «23» сентября 2015 г.

Автореферат размещен на сайтах: http://vak2.ed.gov.ru. http://spbgau.ru Ученый секретарь

диссертационного совета /т/? у Смирнов Васили

доктор технических наук, профессор г^^^ч Тимофеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Внедрение новых технологий в животноводстве позволило интенсифицировать отрасль, но при этом возросли объемы, концентрация навоза на локальных территориях, создающие угрозу окружающей среде. Исследованиями, проведенными ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии установлено, что основная доля образующегося в хозяйствах Северо-Западного региона (СЗФО) навоза имеет влажность более 85 %, то есть является полужидким и жидким навозом. Это обусловлено внедрением беспривязного способа содержания крупного рогатого скота. Утилизация жидкого и полужидкого навоза является одной из проблем, требующих незамедлительного решения.

В тоже время источником пополнения гумуса в почве, были и остаются органические удобрения на основе навоза. Основным направлением поддержания плодородия почвы является повышение в ней запасов гумуса до оптимального содержания. Поэтому наиболее рациональным способом использования жидкого навоза в качестве органического удобрения, является внесение его на поля в переработанном виде.

В настоящее время существует огромный выбор импортных машин для транспортирования и внесения жидкого органического удобрения (ЖОУ) различными способами. При их использовании отмечено высокая себестоимость и большая нагрузка на окружающую среду в следствии больших потерь питательных элементов, в том числе из-за недостаточной проработанности их для условий конкретного хозяйства. Повышение эффективности использования навоза достигается при помощи научно-обоснованных методов формирования рациональных вариантов технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений из навоза крупного рогатого скота. Для решения этих задач могут быть применены методы имитационного моделирования, обеспечивающие выбор рациональных технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения с минимальной нагрузкой на окружающую среду и с минимальными затратами в конкретных условиях сельхозтоваропроизводителя.

Цель исследований - разработать алгоритм выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения, обеспечивающий рациональные эколого-экономические показатели в условиях конкретного хозяйства.

Объект исследований. Технологии транспортировки и внесения жидких органических удобрений.

Методика исследований. При выполнении диссертационного исследования использовались как стандартные, так и частные методики исследований с применением математического планирования эксперимента и обработки данных на персональном компьютере с использованием программных пакетов Stat-Graphics Centurion 16.1.11, MS Excel 2013.

Научная новизна. Научную новизну исследований составляют:

® алгоритм выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений для обеспечения экологически безопасного выполнения работ;

• обоснованные критерии оценки эколого-экономической эффективности процесса транспортировки и внесения жидкого органического удобрения;

• методика оценки экологической эффективности различных способов внесения жидких органических удобрений;

• коэффициенты сохранности питательных элементов после внесения жидких органических удобрений различными способами.

Практическая значимость диссертационной работы заключается:

- в сформированной базе данных по технологиям и техническим средствам транспортировки и внесения жидких органических удобрений;

- в программе ЭВМ автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений с оценкой их экологической эффективности.

Достоверность научных положений подтверждаются результатами экспериментальных исследований, полученными с использованием современных измерительных устройств, при достаточном количестве повторностей опытов. Опытные данные обработаны с использованием методов математической статистики

Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались на более 20 мероприятиях, основные из них:

- на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, г. Санкт-Петербург-Пушкин в 2011,2012 годах;

- на Международной научно-практической конференции молодых ученых «Аграрная наука XXI века. Актуальные исследования и перспективы» в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете, г. Санкт-Петербург 2013 год;

- на Международной научно - практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение инновационного развития АПК» в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете, г. Санкт-Петербург 2014 и 2015 годах;

- на Международных научно - практических конференциях Федерального госу дарственного бюджетного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства» 2010-2015 годах;

-на «VII Ежегодном смотр-сессии аспирантов и молодых ученных по отраслям наук» ВГМХА им. В.Н. Верещагина, г. Вологда 2013,2014 годах;

- 7-ой международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственные технологии: агроинженерные решения» в ГНУ СЗНИИМЭСХ 2011 год;

- на Международном агроэкологическом форуме «Экологические аспекты производства продукции животноводства; снижение отрицательного воздействия

химически активного азота на окружающую среду в сельскохозяйственном производстве» в ГНУ СЗНИИМЭСХ 2013 год.

Реализация результатов исследования.

Предложенные метод и алгоритм использовались при разработке «Рекомендаций по организации и проведению производственного экологического контроля систем переработки и использования навоза помета (порядок разработки Технологического регламента)» в рамках реализации второй фазы международного проекта Балтазар «BALTHAZAR», при разработке технологических регламентов по переработке и использовании навоза в качестве органического удобрения для ряда животноводческих предприятий Ленинградской и Калининградских областей, при создают онлайн базы данных технологий и технических средств переработки навоза /помета (eco.sznii.ru), произведен сравнительный анализ результатов расчетов и сформированы предпроектные предложения по модернизации системы транспортировки и внесения жидкого органического удобрения для 14 хозяйств Ленинградской области.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 24 научных работах, в том числе в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ - 4 и 1 методические рекомендации. Патентование.

В процессе выполнения диссертационной работы были получены 2 свидетельства о регистрации баз данных.

На защиту по специальности 05.20.01 выносятся: алгоритм выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений необходимых для обеспечения экологически безопасного выполнения работ;

результаты исследований различных способов внесения жидких органических удобрений в условиях Северо-Запада России;

программный продукт для автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений; Структура п объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 114 наименований, из них 7 на иностранных языках, и 7 приложений. Текстовая часть работы содержит 176 страниц машинного текста, включая 13 таблиц и 36 рисунков.

Проведенные исследования являлись составной частью работ, выполняемых в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии в соответствии с планом фундаментальный и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК РФ на 2011-2013 годы по теме 09.02 «Разработать научные основы построения энергоресурсосберегающих экологически безопасных машинных технологий и технических средств нового поколения для животноводства» на тему 09.02.02. «Разработать стратегию снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду машинных технологий при производстве сельскохозяйственной продукции, методику обоснования экологически безопасного размещения и функционирования животноводческих и птицеводческих предприятий (на примере субъекта северо-западного региона РФ)»

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформированы цель и задачи исследования, представлены основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования» рассмотрены состояние, перспективы использования жидкого навоза крупного рогатого скота в качестве жидкого органического удобрения. Представлен анализ существующих технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений. Создан обзор методов выбора оптимальных решений в отрасли сельскохозяйственного производства.

Значительный вклад в изучение вопросов применения органических удобрений, движения навоза по трубопроводам и рабочим органам машин для внесения жидких органических удобрений и обоснования их параметров внесли В.А. Зуев, P.A. Меликов, A.C. Глушко, Е.Г. Алехин, А.М. Буцыгин, С.И. Назаров, B.C. Андрущук, Г. И. Личман, Н.М. Марченко, Н.С. Авдонин, Н.Г. Ковалев и др.

На основе обзора и анализа состояния вопроса сформулированы следующие задачи исследований:

1 Провести анализ и сформировать базу данных по технологиям и техническим средствам для транспортировки и внесения ЖОУ.

2 Обосновать критерии повышения экологической безопасности процесса внесения ЖОУ.

3 Провести теоретические и экспериментальные исследования существующих способов по транспортировке и внесению ЖОУ.

4 Обосновать основные принципы формирования технологий транспортировки и внесения навоза.

5 Разработать перечень критериев для выбора рациональных технологий транспортировки и внесения ЖОУ и алгоритма их применения.

6 Сформировать базовые технологии транспортировки и внесения ЖОУ для условий СЗ РФ.

7 Разработать алгоритм и программу адаптации базовых технологий транспортировки и внесения ЖОУ под конкретные условия хозяйства с учетом эколого-экономических критериев.

Во второй главе «Теоретические предпосылки формирования технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений и разработка методики автоматизированного выбора» представлен принцип формирования технологий и технических средств транспортировки и внесения жидких органических удобрений.

Использование жидкого органического удобрения под различные культуры возможно по различным вариантам технологий транспортировки и внесения.

Для описания такой системы в виде информационной модели использована структурная схема многовариантной технологии, представленная на рисунке 1.

Технологические процессы

Рисунок 1 - Структурная схема многовариантной технологии

Изучение сложных систем требует применения самых разнообразных методов исследования операций. В ряде случаев роль человека, принимающего решения в системе, невозможно достаточно точно описать, чтобы выразить в явном виде его функцию с помощью модели. В этом случае используют вид моделирования под названием операционные игры, при котором используется экспертная оценка специалиста.

Важным этапом формирования технологии является определение технологических параметров, количества и качества исходного навоза и готовых органических удобрений. Важной качественной характеристикой органических удобрений является наличие питательных веществ, которое определяется следующим выражением:

^Г удобр _ ^ _ у- обр ^ £ I

(1)

! формуле:

где} - вид навоза; ггудобр

Лу - содержание питательных веществ в готовом удобрении, %;

Г)

- потери ИРК в процессе обработки навоза, в долях единицы;

ТГСМ

•Л ■ - содержание питательных веществ в перерабатываемом навозе, %: Количество питательных веществ, поступивших в почву, определим по

у обр

вис

= о - //" Ж ?

удобр

(2)

ту-вне

л . - количество питательных веществ, поступивших в почву, %;

/'6И

3 - потери 1ЧРК при внесении, в долях единицы;

Критериями оценки, а, следовательно, и выбора технологий, выступают технико-экономические и экологические показатели.

Важнейшим критерием является показатель экологической безопасности ) применяемых технологий. В качестве коэффициента экологической безопасно- | сти предлагается использовать отношение объема питательных веществ, дове- : денных до растения и сохраненных в почве, к объему №К в исходном жидком органическом удобрении.

Общий коэффициент экологической безопасности определяется из выра- :

жения: !

_,дов .„сохр I

ту- _ экб экб :

экб — 2 I

Величина К^°др определяется по формуле (4)

После внесения жидких органических удобрений в течении первых суток | идет активная эмиссия питательных веществ. Сохранность питательных веществ характеризуется коэффициентом К™дР

Т/.СОХО _ Чнрк {Л\\

экб - 7а 17" }

^¿ЫРК уусв

где 01,рК - сумма питательных веществ (ИРК) доведенных до почвы, %; (¿ырк - сумма питательных веществ (кРК) сохраненных в почве через сутки после внесения, %.

Уусв - сумма питательных веществ (ИРК) усвоившихся растениями за сутки после внесения, %.

дов _ <21№К (5)

экб"" о

где Кз°@ - коэффициент экологической безопасности указывающий1,

на сохранность питательных веществ в процессе переработки свежего навоза в органическое удобрение, его транспортировки и внесения на поля ;

<2гл,рк _ сумма питательных веществ (ЫРК) доведенных до растения, % ;

<2мрк - сумма питательных веществ (К'РК) в переработанном органическом удобрении, % ;

Сформированные технологии оцениваются по методу Парето. В качестве критериев использованы: первый критерий - показатель, определяемый величиной затрат, приходящихся на единицу объема питательных веществ, доведенных; до растения и сохраненных в почве:

^ (6);

ЗуоА- ~

где Зуд.к - величина затрат на единицу объема питательных веществ,; доведенных до растения и сохраненных, руб/т;

Зуд - удельные затраты (на 1 т транспортированного и внесенного, органических удобрений), руб/т.

В качестве второго критерия предлагаем ввести понятие экологического эффекта от повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий (или от предотвращения ее снижения), который определяется по формуле:

Э

з.пр

(ба-б^з

(7)

где Этр - эффект от повышения продуктивности сельскохозяйственных угодий, руб.;

0,1, <2г - годовой объем продукции с единицы земельных угодий до и после проведения мероприятий, руб/га;

- площадь, на которую распространяется действие средоза-щитных мероприятий, га.

В связи с тем, что определение технологических характеристик связано с [ большим количеством вычислений, расчет целесообразно выполнять на ПЭВМ. , На рисунке 2 показана разработанная логическая схема для создания автомати-; зированной системы формирования технологий транспортировки и внесения I жидких органических удобрений, в которую входят алгоритмы по расчету тех! нологических параметров.

ИсхоДнке денные .

Сееообоэ от ."'.. предприят Зона раэмещет- . я I

1

Поголовье .Расстояния . перевозок удобрения, на гюля

51 Зона ; размещения 52 Тип фермы п ръгсод навоза

Г

63 Перечень ; севооборотов 64 Перечень ■ ; Те^О^ОПОГЖЙ : •

Промежуточное

.'Транспортировкэ {к месту хранения и

внесение в почву

Рисунок 2 - Логическая схема автоматизированной системы формирования технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений

С целью проведения комплексных расчетов по системе математических моделей необходима различная нормативно-справочная и техническая информация. использование системы управления базами данных (СУБД) с перечнем технологий транспортировки жидкого органического удобрения и его внесения, перечнем операций, наименованием и характеристиками технических средств и

сооружений позволяет адаптировать технологию к конкретным производственным условиям сельхозтоваропроизводителя.

Программа представляет собой информационную систему, состоящую из СУБД (MySQL) и web-интерфейса (реализован на языке программирования PHP) Программа допускает два режима работы. Первый - служебный (подготовительный) - работа с БД характеризующих технологии, операции и технические средства (добавление, редактирование и удаление данных). Второй режим -рабочий (основной), непосредственно позволяет оценить характеристики использования технологий (технических средств).

В соответствии с приведенным на рисунке 3 алгоритмом процесс формирования технологии включает в себя следующие, последовательно осуществимые шаги - обследование хозяйства, сбор исходных данных; определение перечня предпочтительных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений; определение последовательности технологических операций и состава технических средств; принятие решения о возможности проектирования технологии для условий конкретного хозяйства.

Рисунок 3 - Структурная схема алгоритма формирования технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений.

Нахождение рациональных вариантов машинных технологий представ-; лено методом Парето. При Парето-оценке «предпочтения» лиц принимающих; решение (ЛПР) выражаются так: вариант х' предпочтительнее х" тогда и только тогда, когда оценка f(x') первого варианта строго больше (меньше) оценки f(x")

второго варианта, где f - заданная числовая функция, определённая на множестве X и называемая целевой функцией или критерием оптимальности.

x',jc*eX,/f0c')>/О"),i = l,2,.,m;3kе{l,2,...,m}: fk(x)> fk{x") => х

Расчет выполняется до тех пор, пока не будет сформирован рациональный вариант технологии транспортировки и внесения жидких органических удобрений, более стабильный в условиях конкретного предприятия.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований способов внесения жидкого органического удобрения» описана оригинальная программа и методика проведения экспериментальных исследований, предоставлены применяемые приборы, измерительные устройства и оборудования.

Основной целью экспериментальных исследований являлось определение значения К™дР (коэффициент сохранности питательных элементов в почве после внесения) и последующее ее сравнение со значениями полученными в теоретической части для поверхностного и внутрипочвенного способов внесения ЖОУ в условиях Северо-запада РФ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие

задачи:

- определить динамику изменения содержания питательных элементов в почве (NPK) после поверхностного и внутрипочвенного способов внесения;

- определение способности агрегата выдерживать агротребования.

Для исследования способов внесения были выбраны: для сплошного поверхностного способа внесения ЖОУ разбрызгиванием VT 16200/5, для поверхностного ленточного внесения через штанговою систему с навесными шлангами ZUNHAMMER SZ18.5 PUL, для внутрипочвенного способа внесения была изготовлена экспериментальная установка, с рабочим органом в виде культиваторной лапы.

ЖОУ разбрызгиванием VT 16200/5

1 - главный трубопровод подачи удобрения; 2 - шланги для подачи удобрения к почве; 3 - штанга; 4 - цистерна; 5 - компрессор; 6 - распределитель Рисунок 5 - Схема агрегата для ленточного поверхностного внесения через штанговою систему с навесными шлангами ZUNHAMMER SZ18.5 PUL

9-1 XX

ЩШ1ШШ

Л* HüZ&x&m:

! Éssas

г

} &гшар

i

s MBmi/srigmj

i (яреяятая ms

7 Psm

§ Трзящ*

у mu

S

Ii

Рисунок 6 - Экспериментальной установки для внутрипочвенного внесения ЖОУ

Поле, на котором проводились исследования, имело дерново-подзолистый тип почвы со средним суглинком, пахотный горизонт 20 см. За год до исследований на поле выращивался картофель. Внесение ЖОУ проводилось дозой 30 т/га. Поле имеет площадь 0,5 га, длину 100 м и ширину 50 м.

Для определения потерь питательных элементов после внесения ЖОУ в почву перед началом внесения ЖОУ поле разбивалось на делянки для внутри-почвенного и поверхностного. Выбор размеров делянок обоснован шириной захвата рабочего органа агрегата для внутрипочвенного внесения 1,4 м, для поверхностных способов 12 м.

До внесения отбирались пробы вносимого ЖОУ в объеме 1 литра для анализа его в агрохимлаборатории на относительную влажность, на валовое содержание азота, фосфора, калия. Заполнялись емкости жидким органическим ударением. На машинах для поверхностного внесения задавались дозы внесения, на

экспериментальной установке для внутрипочвенного внесения задавалась доза и глубина внесения.

Отбирались пробы почвы в объеме 0,5 литра до внесения для химического анализа в агрохимлаборатории на относительную влажность, на валовое содержание азота, фосфора, калия.

Трактор с установкой делал проход по первой делянке. После прохода агрегата в течение первых 10 мин отбирались пробы почвы для химического анализа в агрохимлаборатории в трех кратной повторности в начале делянки, в середине и в конце. Отбор проб производили дополнительно через 1 час, 2 часа, 5 часов и на следующий день после внесения.

Операции с предыдущего абзаца повторяются в трех кратной повторносги

Неравномерность распределения удобрения определялась на рабочей ширине внесения и по ходу движения машины в соответствии с ТКП 082 - 2007 (02150) (СТО АИСТ 7.3-2004).

Данные, полученные в ходе проведения экспериментальных исследований, обрабатывались статистическими методами на компьютере с использованием программ MS Excel, StatGraphics Centurion 16.1.11.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и апробация методики автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и внесение»

Проведенные исследования показали, что при поверхностном внесении разбрызгиванием наблюдается высокая неравномерность внесения по рабочей ширине захвата. В ходе статистического анализа данных неравномерности по рабочей ширине захвата агрегата составил 29,5 %, что говорит о высокой неравномерности внесения ЖОУ, что в итоге приведет к большой неоднородности поля по содержанию питательных элементов. Неравномерность внесения по ходу движения агрегата составила 7,6 %.

По истечению суток содержание общего азота снизилось до 18,63 мг/кг, что меньше его содержания по сравнению с пробой, отобранной сразу же после внесения ЖОУ (21,18 мг/кг), на 12% (рисунок 7). До внесения в почве содержалось 16,76 мг/кг.

Plot of Fitted Model Co!_2 * -»(0.047476 * 0,0014680S'sqrt(CoM))

Я2=99,23%

СоЫ - время, ч ; Со1_2 - содержание общего азота, мг/кг

Рисунок 7 - Динамика изменения содержания общего азота в почве после поверхностного внесения разбрызгиванием в течении суток.

Из анализа полученных данных, следует, что для поверхностного внесения разбрызгиванием коэффициент К^р=0,42. определяемый из выражения (4).

При ленточном поверхностном способе внесения через штанговою систему с навесными шлангами наблюдается более низкая неравномерность внесения по рабочей ширине захвата в связи с тем, что на агрегатах такого типа устанавливаются распределители 6 (рисунок 5). В ходе статистического анализа данных неравномерности по рабочей ширине захвата агрегата составил 5,15 %. Неравномерность внесения по ходу движения агрегата составила порядка 1,7 %.

По истечению суток содержание общего азота снизилось до 63,58 мг/кг, а это меньше его содержания по сравнению с пробой, отобранной сразу же после внесения ЖОУ (91,33 мг/кг), на 30% (рисунок 8). До внесения в почве содержалось 33,83 мг/кг.

Д2=99,42% СоМ - время, ч; Со1_2 - содержание общего азота, мг/кг

Рисунок 8 - Динамика изменения содержания общего азота в почве после поверхностного внесения ЖОУ через штанговою систему с навесными шлангами в течении суток

Р!о1 о* ? ¡ней Мойе! СЫ„2 * 1/(0,0111336 * 0,000в48834-зчгЦСо1_1И

Из анализа полученных данных, следует, что для ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами коэффициент Кз°дР=0,52, определяемый из выражения (4).

Неравномерность внутрипочвенного внесения ЖОУ по рабочей ширине захвата и по ходу движения агрегата принимаем такую же, как и при ленточном поверхностном способе внесения через штанговою систему с навесными шлангами, так как они имеют одинаковую систему распределения жидкого органического удобрения по рабочим органам.

По истечению суток содержание общего азота составляет 74,56 мг/кг, а это меньше его содержания по сравнению с пробой, отобранной сразу же после внесения ЖОУ (81,309 мг/кг), на 8% (рисунок 9). До внесения содержалось 23,63 мг/кг.

РМ о{ Ртс<1 Ыос!е1 А.Со1_2 = 1 ({0.0122858 + 0,000241 бвв**яп{А.Со1_1})

Л2=97,27% Со11 - время, ч; Со1_2 - содержание общего азота, мг/кг

Рисунок 9 - Динамика изменения содержания общего азота в почве после внутрипочвеиного внесения ЖОУ в течении суток.

Из анализа полученных данных, следует, что для внутрипочвенного внесения коэффициент К™др=0,88, определяемый из выражения (4).

Результаты исследований применялись при создании и апробации мето-| дики автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и | внесении.

Апробация проводилась на примере ЗАО «Племенной завод «Агро-Балт», ) имеющего молочную ферму КРС с поголовьем 800 голов. Ферма состоит из двух дворов с выходом навоза влажностью 92-95% с расстоянием транспортировки 10 | км. Чтобы определить влияние технологий транспортировки и внесений, состава | технических средств и сооружений на производственный процесс, спроектиро-. ваны 12 вариантов выполнения технологии. Полученные результаты сравнивали ) с традиционной технологией, применяемой данным хозяйством.

I Таблица 1 - Выбор Парето-оптимальных решений.

Критерий (К) Ед. из-мер. Направление экстремума Технология

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12

Затраты с учетом Кэкб тыс. руб./т min 0,386 т w f о 0,727 0,615 |0.267 ' (N . f> C-J О 0.471 0.409 0.266 ' f<Y- м о 0.467 0.406

Экологический эффект от повышения плодородия 1 земли тыс. руб max 7841,3 CN SÄ 1 г. гГ- 3659,29 4530,6 7841,3 шш <ч . .Tj- w-l ••• «•- 3659,29 ЧО о" СП V) 7841,3 1-' : ■ ;>'СЧ VI :; с^: г- ач <м оч" ЧО 4530,6

I В пятой главе «Экономическая эффективность спроектированной техно-

' логии» представлена оценка эффективности технологии транспортировки и вне-j сения жидких органических удобрений (прямоточной технологией транспортировки с внутрипочвенным внесением с рациональным составом технических средств) применительно к ферме КРС в 800 голов (ЗАО «Племенной завод «Агро-Балт»). Для оценки экономической эффективности спроектированная техяо-: логия сравнивается с существующей в хозяйстве технологией (прямоточной тех-J нологией транспортировки с поверхностным внесением разбрызгиванием).

В качестве критериев оценки приняты технико-экономические и экологические показатели.

Расчет произведен по количеству транспортированных и внесенных жидких органических удобрений (21024 т/год) с радиусом транспортировки 10 кило-■ метров.

Результаты оценки эффективности сравниваемых технологий представлены в таблице 2.

Как следует из приведенных в таблице данных, спроектированная технология обладает рядом преимуществ по отношении) к используемой. Спроектированная технология имеет более высокий коэффициент экологической безопасности, благодаря чему обеспечивает экологический эффект в 2,12 больше используемой технологии, сокращает удельные затраты на доведение и сохранение питательных элементов, с учетом потерь с 18,16 до 8,8 тыс. руб/т.

Таблица 2 - Сравнительная оценка эффективности спроектированной технологии в сопоставлении с используемой.___

№ п.п. Наименование основных показателей Единицы измерения Спроектированная технология Применяемая технология

1 Эксплуатационные затраты тыс. руб. 6605,11 6715,59

2 Удельные эксплуатационные затраты тыс. руб./т 0,314 0,319

3 Затраты труда чел.-ч/т 0,64 0,65

4 Коэффициент экологической безопасности (Кэк б) %/% 0,89 0,42

5 Экологический эффект от повышения плодородия земли руб/т 369 174

6 Удельные эксплуатационные затраты на доведение и сохранение питательных элементов, с учетом потерь тыс. руб/т 8,8 18,16

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ животноводства СЗФО показал, что 85% образуемого навоза является полужидким и жидким. Получили распространение следующие способы внесения: сплошное поверхностное внесение ЖОУ разбрызгиванием, поверхностное ленточное внесение через штанговою систему с навесными шлангами, внутрипочвенное внесение с рабочим органом в виде культиваторной лапы, которые имеют существенные различия эколого-экономических показателей для условий конкретных сельхоз предприятий.

2. Обоснованы критерии оценки технологий транспортировки и внесения ЖОУ позволяющие учесть эколого-экономические показатели: затраты на выполнение технологии с учетом коэффициента экологической безопасности 3Уд к и экологический эффект от повышения плодородия земли Э,,„р.

3. На основе метода «операционных игр» разработан алгоритм выбора технологий транспортировки и внесения ЖОУ, который позволяет сделать выбор рациональной технологии для условий конкретного хозяйства с учетом технике-

экономических и экологических показателей: удельные приведенные затраты, степень использования питательных веществ растениями и степень повышения плодородия почвы. Для выбора рациональных технологий применена математическая модель на основе метода Парето.

4. Путем анализа данных, полученных при проведении экспериментальных исследований установлено:

• коэффициент сохранности питательных элементов после внесения K™gP при поверхностном способе внесения разбрызгиванием равен 0,42, для ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами - 0,52 и внутрипочвенного внесения - 0,88. Значения коэффициента Кз°дР полученные в ходе анализа данных экспериментальных исследований в сравнение со значениями полученными в теоретической части (глава 2, таблица 2.4) имеют отклонения не более 5%;

• неравномерность внесения ЖОУ в почву по рабочей ширине захвата агрегата при поверхностном способе внесения разбрызгиванием равен 29,5%, для ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами и внутрипочвенного внесения - 5,15%;

• неравномерность внесения ЖОУ в почву по ходу движения агрегата при поверхностном способе внесения разбрызгиванием равен 7,6%, для ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами и внутрипочвенного внесения равен 1,7%.

5. На основе аналитических исследований для реализации алгоритма, автоматизированного формирования технологий транспортировки и внесения ЖОУ создана программа ЭВМ с использованием WEB — программирования с языком программирования PHP и СУБД MySQL, обеспечивающих модифицируемость (возможность изменения) и масштабируемость (возможность расширения приложения, а также интеграции его в более сложные системы).

6. Сравнительная оценка, проведенная на основании разработанной модели, реализованной в виде компьютерной программы, выявила наиболее предпочтительные технологии транспортировки и внесения ЖОУ на основе навоза КРС: прямоточная технология транспортировки и внутрипочвенного внесения ЖОУ при расстоянии перевозок не более 15 км, на расстоянии до 7,7 км может быть применено поверхностное ленточное внесение через систему навесных шлангов при условии внесения на многолетние травы, на большие расстояния перевозка и внесение ЖОУ становиться не рентабельным.

7. Реализация спроектированной при помощи программы технологии на показателях ЗАО «Племенной завод «Агро-Балт», обеспечивает экологический эффект в 2,12 больше используемой технологии, сокращает удельные затраты на доведение и сохранение питательных элементов, с учетом потерь с 18,16 до 8,8 тыс. руб/тонну (при применении базовой технологии прибыл от использования органического удобрения не покрывает эксплуатационных затрат).

Перспективы дальнейшей разработки темы: на основе предложенного метода целесообразно разработать ряд алгоритмов и программ ЭВМ, поззо-

ляющих автоматизировать процесс проектирования технологий транспортировки и внесения для всех видов органических удобрений на основе навоза/помета.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих изданиях: включенных в перечень ВАК РФ.

1 Васильев Э.В., Шалавина Е.В., Оглуздин A.C. Повышение эколого-экономической эффективности процесса использования жидкого органического удобрения в условиях северо-западного региона // Теоретический и научно-практический журнал «Кишоварз» (Земледелец), Душанбе - 2014. - №1 - С 31-33.

2 Волков А.Н., Максимов Д.А., Васильев Э.В. Адаптация технико-технологических решений транспортировки и внесения жидких органических удобрений к условиям сельхозпроизводителя // Техника в сельском хозяйстве. — М.: Редакция журнала "Техника в сельском хозяйстве", 2014 - № 3- С. 20-23.

3 Максимов Д.А., Брюханов А.Ю., Субботин И.А., Васильев Э.В. и др. Методика принятия решений об экологически безопасном размещении сельхозпредприятия // Техника в сельском хозяйстве. — М.: Редакция журнала "Техника в сельском хозяйстве", 2014 - № 5- С. 24-26.

4 Шалавина Е.В., Васильев Э.В., Субботин И.А. Исследование седиментации свиного навоза, его жидкой фракции и навозо содержащих стоков// Академии. - Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2014 -№1(25). - С. 152-156.

свидетельства:

5 Субботин И.А., Брюханов А.Ю., Минин В.Б., Афанасьев A.B., Деринов И.А., Васильев Э.В. База данных параметров техногенных воздействий для оценки влияния сельскохозяйственного производства на окружающую среду / Заявка №2012620162; заявк. 2011620943; зарегистрировано в Реестре баз данных 07.02.2011.

6 Субботин И.А., Брюханов А.Ю., Минин В.Б., Шалавина Е.В., Васильев Э.В. База данных для организации и ведения производственного экологического контроля на птицефабриках / Заявка №2013620051; заявк. 2012621225; зарегистрировано в Реестре баз данных 09.01.2013.

в других гаданиях:

7 Васильев Э.В. Анализ современных способов внесения жидкого навоза КРС в почву // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. Науч. тр. - Вып. 82. -СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2010. — с. 141-149.

8 Васильев Э.В. Анализ технологий внесения навоза КРС в условиях модельного хозяйства Северо-Запада РФ / Э.В. Васильев // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования / Сб. науч. тр.- СПБ.: СПбГАУ. -2011 -С.148-150.

9 Васильев Э.В. Анализ способов и технических средств внесения жидкого органического удобрения/Э.В. Васильев//Машинно-технологическое обеспечение животноводства -проблемы эффективности качества/Сб. науч. тр. / ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии. -2010. -Т.21. -С.216-221.

10 Максимов Д.А., Брюханов А.Ю., Оглуздин А.С., Васильев Э.В. Исследования поверхностного способа внесения жидкого органического удобрения в Северо-Западном регионе России// Сб. науч. докладов ВИМ. М.: ВНИИМСХ, 2012.-С. 45-51.

11 Максимов Д.А., Оглуздин А.С., Васильев Э.В. Результаты исследования поверхностного способа внесения жидкого органического удобрения/Д.А. Максимов, А.С. Оглуздин, Э.В. Васильев//Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. -СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2012. -Вып. 83. -С. 93-99. -ISSN 0131-5226.

12 Maximov D.A., Bryukhanov A.Y., Subbotin I.A., Vasilyev E.V. Selecting manure management technologies to reduce ammonia émissions from big livestock farms in the northwestern federal district of Russia // статья в сборнике трудов конференции. - National Institute for Public Health and the Environment, 2012. - C. 161168

13 Васильев Э.В. Повышение эколого-экономической эффективности процесса использования жидкого органического удобрения путем автоматизированного выбора рациональных вариантов технологий транспортировки и внесения в условиях Северо-Западного региона / Э.В. Васильев // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства: сб. тр. ГНУ ВННИИМЖ. - М.: ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, 2013. - №4(12). - С. 127133.

14 Максимов Д.А., Васильев Э.В. Алгоритм и программа выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения в условиях хозяйств северо-запада РФ // Международный агроэколопгче-ский форум. - СПб.: - ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2013. - С. 60-66.

15 Брюханов А.Ю., Васильев Э.В. Формирование машинных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. -СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2013. -Вып. 84. -С. 142-152.

16 Васильев Э.В. Определение коэффициента экологической безопасности процесса транспортировки и внесения жидкого органического удобрения в условиях северо-западного региона РФ // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства: сб. тр. ГНУ ВННИИМЖ. - М.: ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, 2014. - №3(15). - С. 177179.

17 Васильев Э.В. Снижение энергозатрат и повышение экологической безопасности применения органических удобрений путем выбора рационального радиуса их транспортировки //Труды международной научно-технической конференции энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. - М.: ВНИИЭСХ, 2014. - Т 2. - С. 17-20.

18 Брюханов А.Ю., Васильев Э.В., Шалавина Е.В., Методика укрупненно оценки суточного и годового выхода навоза/помета // Молочнохозяйственны" Вестник. - Вологда: ВГМХА им. Н.В. Верещагина, 2014. - №1(13). - С. 78-85.

19 Васильев Э.В. Обоснование рационального радиуса транспортировки органических удобрений // Молочнохозяйственный Вестник. - Вологда: ВГМХА им. Н.В. Верещагина, 2014, - №1(13). - С. 49-55.

20 Васильев Э.В. Технологические решения внесения навоза КРС в уело виях Северо-Запада РФ // Сб. научн. трудов международной научно-практической конференции молодых ученных «Аграрная наука 21 века. Актуальные исследования и перспективы» - СПБ.: СПбГАУ. -2013. -С.163-165.

21 Рекомендации по организации и проведению производственного эколо гического контроля систем переработки и использования навоза (помета) / А. Ю. Брюханов, Д. А. Максимов, X. Хутта, Э. В. Васильев, В. Б. Минин, И. А. Суббо тин; под ред. А. Ю. Брюханова. - СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ, 2012. -56 с.

22 Васильев Э.В. Результаты исследования поверхностного способа внесе ния жидкого органического удобрения в условиях Ленинградской области / Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизаци животноводства: сб. тр. ГНУ ВННИИМЖ. - М.: ГНУ ВНИИМЖ Россельхозака демии, 2012. - №4,- С. 56-61.

23 Брюханов А.Ю., Максимов Д.А., Васильев Э.В. и др. Рекомендации п обоснованию экологически безопасного размещения и функционирования жи вотноводческих и птицеводческих предприятий // Промышленная политика РФ. - М.: Институт экономики и управления в промышленности, 2014. - №7-9. С. 32-38.

24 Васильев Э.В. Транспортировка и внесение органических удобрений / Международный агропромышленный конгресс перспективы инновационного развития агропромышленного комплекса и сельских территорий: материалы д. обсуждения. - СПб.: ООО «ЭФ-Интернэшнл», 2014. - С. 188-190.

Подписано к печати 15.09.2015 г. Формат 60x84 Объем 1 печл. Бумага офсетная Тираж 100 экз. Заказ №181 Отпечатано на ризографе ФГБНУ ИАЭП

196625, г. Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3