автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка теории и методов выбора технологических параметров механизированного формирования густоты насаждения сахарной свеклы

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д.ГЛИНКИ

г" Л Ой

I • ^

. ^ т •' ' • ■ . -

: На правах рукописи

Назаров Ким Рубенович

РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И МЕТОДОВ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ФОНДИРОВАНИЯ ГУСТОТЫ НАСАЖДЕНИЯ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Специальность 05,20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж 1998

Работа выполнена на кафедре сельскохозяйственных машин Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д.Глинки.

Научные консультанты:

заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор А.П. Тарасенко;

кандидат технических наук, профессор В.В. Василенко.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.Н. Репетов; доктор технических наук, профессор Ф.В. Пошарников. доктор технических наук, старший научный сотрудник

И.И. Гуреев;

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара имени А.Л.Мазлумова.

Защита состоится 13 мая 1998 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 120.54.01 в Воронежском государственном аграрном университете им. К.Д.Глинки по адресу: 394087 г. Воронеж, ул. Мичурина,, ВГАУ.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д.Глинки. Автореферат разослан 10 апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета / Шатохин И.В.

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение уровня производства сахарной свеклы является одной из наиболее актуальных проблем. В связи с рядом биологических и технологических особенностей по сравнению с другими пропашными культурами в условиях ЦЧЗ сахарная свекла остается наиболее трудоемкой культурой, при возделывании которой используется весьма значительная доля затрат ручного труда. При ограниченных трудовых ресурсах и нехватке материальных средств одним из важных направлений увеличения ее производства является совершенствование технологии возделывания сахарной свеклы, в том числе в направлении снижения затрат труда на формировании густоты насаждения при одновременном повышении урожайности. Сведение их к минимуму, вплоть до полной ликвидации ручного труда, возможно при решении вопросов, связанных с механизированными способами точного размещения растений в рядке.

Обоснованию способов точного размещения семян в борозде, всходов и растений вдоль рядка механическими средствами, направленных на получение максимума урожая при минимальных затратах труда, посвящена данная работа.

Научная проблема. Обоснование технологических параметров исходя из получения максимума расчетного урожая при конкретно складывающихся числовых характеристиках интервального распределения семян в борозде, всходов и растений вдоль рядка с учетом характера выполнения предыдущей операции механизированного формирования густоты насаждения сахарной свеклы.

Цель исследований. Научно обосновать технологические параметры по всей системе механизированного формирования густоты насаждения сахарной свеклы.

Объектом исследований являются технологические операции механизированного формирования густоты насаждения сахарной свеклы.

Предметом исследований являются закономерности интервального распределения семян в борозде, всходов и растений вдоль рядка сахарной свеклы и их влияние на размерно-весовые характеристики корнеплода и урожайность.

Методы исследования. Обоснование технологических параметров достигается по относительной и потенциальной величине расчетного урожая при испытании имитационной модели для всех механизирован-

них способов формирования густоты насавдения сахарной свеклы, составленной на основе математических, логических моделей и экспериментальных данных, полученных в полевых условиях.

Закономерности распределения семян сахарной свеклы в борозде при посеве сеялками точного высева, влияние полевой всхожести семян и режимов механического и автоматического прореживания на размещение растений исследовали аналитически методами теории вероятностей.

Достоверность результатов, полученных при исследовании теоретических зависимостей и числовых показателей распределения семян, всходов и растений, оставшихся после прореживания, а также массово-размерные характеристики корнеплодов проверяли в полевых условиях путем непосредственных измерений с дальнейшей обработкой результатов методами вариационной статистики с использованием ЭВМ, критериев согласия Пирсона и Колмогорова.

Научная новизна состоит в системном подходе к разработке теории и методов оценки установления взаимосвязи интервальных потоков с различной точностью распределения по всему этапу преобразования от высевавдего аппарата до уборки по всем существующим способам формирования густоты насаждения.

Апробация работы. Результаты работы многократно докладывались и обсуадались на научных конференциях Воронежского государственного аграрного университета (1969 -1997); на всесоюзных научно-технических конференциях (Харьков, 1986 г., Новочеркасск, 1990 г); на мевдународной научно-технической конференции по вопросам автоматизации производственных процессов в сельском хозяйстве (Углич, 1995 г); на НГС Воронежского областного Департамента сельского хозяйства (1998 г).

Публикации. Материалы диссертации отражены в опубликованной монографии объемом 7 п.л., в 49 научных статьях в различных изданиях и одном авторском свидетельстве.

На защиту выносятся следующие основные положения.

- математические модели преобразования законов распределения интервалов мезду семенами вдоль борозда с учетом инверсии семян и между всходами с учетом полевой всхокести;

- математические модели определения вероятностных и числовых показателей формирования густоты насавдения после механического и автоматического прореживания всходов сахарной свеклы;

- методы теоретической оценки влияния на полевую всхожесть семян равномерности глубины заделки их в почву и метод определения в полевых условиях показателей точности распределения интервалов между всходами;

- методы теоретической оценки интервального распределения всходов вдоль рядка, основанные на биологических требованиях к размерам и форме площади питания и связанной с ниш относительной урожайности корнеплодов;

- имитационная модель для определения на ЭВМ результатов формирования густоты насаждения сахарной свеклы по всему комплексу полевых операций по различным технологиям;

- рациональные пределы технологических параметров формирования густоты насавдения сахарной свеклы, обоснованные величиной потенциального урожая.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов и предложений, списка использованных источников, включающего 349 наименований. Работа содержит 466 страниц машинописного текста, включающего 65 таблиц и 168 рисунков. Приложение составляет 22 страницы.

В приложении приведены программа имитационного моделирования формирования густоты насавдения "Свёкла", а также документы, подтверждающие внедрения разработок в производство.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актульность проблемы и сформированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе На основе анализа научных исследований дана оценка состояния проблемы и поставлены задачи исследований.

Формирование густоты насавдения можно разбить на пять э тагов: 1) создание исходного потока семян высевающим аппаратом; 2) треоОразование этого потока при движении семян до места их окон-ительного успокоения; 3) преобразование потока семян в поток зсходов; 4) корректировка потока всходов в зависимости от биологических требований растений относительно площади питания; 5) вменение потока растений в процессе вегетации. Разделение провеса на указанные этапы соответствует сложной динамической сис-еме (рис.1) с входным сигналом, преобразующим воздействием и ыходным параметром. Для такой сложной системы построить в целом

математическую модель не представляется возможным. Поэтому мы ее расчленяем на конечное число подсистем, где кавдая из них поддается математическому описанию.

Рис.1. Функциональная схема механизированного

формирования густоты насаждения:

В.А.- высевающий аппарат; СШ.- сошник; ПОЧ.- почва;

К.Г.- конечная густота; ПР.- прореживание; В.- выживание;

Нн, Нб, Нв, Ну , Н7 , Hh, Hab- возмущающие факторы от А М

нормы высева, бороздообразующих устройств, всхожести, скорости диска, скорости агрегата, глубины заделки, схемы прореживания; V Zgg, Zö, lg, ln. I- исходный поток, поток из высевающего аппарата, после успокоения в борозде, при появлении всходов, после формирования, перед уборкой

На распределение интервалов между всходами оказывает влияние ряд факторов, например, вынос семян аппаратом, транспортирование их в бороздку, равномерность заделки в почву, прорастание и т.д., характер воздействия которых может быть симметричным или асимметричным.

Вопросам распределения интервалов между семенами в борозде и всходами вдоль рядка посвящены работы В.С.Басина, Б.А. Белодедова, В.В. Василенко, Э.В. Веверса, Ф.Г. Гусинцева, С.В. Кардашевского, Ю.И. Ковтуна, А.Ф. Кошурникова, С.А. Ыа, O.A. Маковецкого, С.Д. Полонецкого, П.В. Савича, Э.В. Хангильдана и др.

Теоретическим обоснованиям схем и определению количественных и качественных показателей механического ' прореживания посвящены работы А. П. Терехова, В.И. Воронежского, А.Н. Полищука, С.Д. Полонецкого, В.В. Василенко, В.И. Галкина, Ф.Г. Гусинцева, Э.В. Хангильдина и др. Исследованиями этих авторов обоснованы схемы

прореживания для случаев показательного распределения интервалов между всходами, они были актульными для своего времени и неприемлемы при посеве с малыш нормами и более точном распределении.

В настоящее время в силу ряда объективных причин автоматическое прореживание фактически не имеет перспективы. Однако разработка теории автоматического прореживания как одного из основных способов формирования густоты насаждения представляет научный интерес.

Разработкой теории и обоснованием параметров автоматического прореживания занимались такие ученые, как Х.Х. Ахмеров, B.C. Глу-ховский, A.C. Кашурко, D.M. Ковтун, O.A. Маковецкий, В.И Паламар-чук, И.М. Платонов, К.К. Полевицкий, A.B. Полушкин, П.В. Савич, В.И. Скоропад, Э.В. Хангильдин, H.A. Хрущев и др. Анализ этих исследований свидетельствует, что заверенной теории автоматического прореживания при точном распределении всходов в современной технологии нет.

В последние годы земледельческая механика привлекает в управление сложных систем приемы и методы математического моделирования и вычислительную технику. В моделирование процессов в растениеводстве внесли свой вклад Г.А. Гуляев, А.И. Иофинов, Х.Х. Ахмеров, В.А. Климов, П.В. Савич, и др.

На основе обобщения и аналитического обзора литературных данных по рассматриваемой проблеме сформулирована следующие задачи исследований:

1. Установить теоретические зависимости и разработать общую методику оценки влияния густоты и равномерности распределения растений на урожайность корнеплодов, основываясь на биологических требованиях растений к размерам и форме площади питания.

2. Разработать теории преобразования законов распределения семян различной интенсивности и равномерности, в том числе инверсионных потоков, в распределение всходов с учетом влияния полевой всхожести; предложить метод учета влияния равномерности глубины заделки семян на их всхожесть.

3. Разработать теорию расчета числовых характеристик распределения семян в борозде, всходов вдоль рядка и растений, оставшихся после различных способов прореживания.

4. Разработать имитационную модель для исследования на ЭВМ всех стадий формирования густоты насаждения с различным качеством

семян и регулированием факторов технологического воздействия и с расчетом прогнозхфуемой урожайности.

5. разработать метод оценки, оснований на вычислении величины относительного и потенциального урожая корнеплодов, обосновать и дать практические рекомендации по выбору рациональных пределов технологических параметров при посеве на конечную густоту или по всему комплексу операций, включая механическое и автоматическое прореживание всходов. Дать анализ перспективных возможностей повышения урожайности при повышенной точности распределения растений вдоль рядка.

6. Предложить методику определения точности распределения растений в рядке и методику определения числовых характеристик интервального распределения семен в Сорозде и всходов вдоль рядка .применимую в полевых условиях

Анализ литературы и наблюдения позволяют предположить научную гипотезу: существуют определенные технологические параметры (количество растений на единице длины рядка и равномерность их размещения относительно площади питания), которые определяют максимум потенциального расчетного урожая сахарной свеклы, но с различным уровнем в зависимости от условий и технологии выращивания.

Во второй главе на основе теоретических исследований, научных разработок и экспериментальных данных (массы и сахаристости корнеплодов в зависимости от величины и точности интервального распределения растений, влияния величины интервалов между растениями на погибаемость и раздвижение в процессе вегетации, потери мелких корнеплодов при механизированной уборке и т. д) разработана имитационная модель "Свекла" для современных персональных вычислительных машин (рис. 2). Модель используется для проведения сравнительной оценки вероятностных и количественных показателей, полученных при исследовании теоретической зависимости и обосновании технологических параметров формирования густоты насаждения сахарной свеклы.

В третьей главе рассматриваются вопросы совершенствования теории механизированных способов точного размещения растений сахарной свеклы вдоль рядка.

Одним из вопросов, который в настоящее время недостаточно изучен, является закономерность преобразования потока семян в борозде. Даже при довольно точном посеве могут быть достигнуты

условия Зо0, что соответствует коэффициенту вариации интервалов Уо>0,33. Тогда кривая плотности интервального распределения частично располагается в отрицательной зоне аргумента, появляется группа отрицательных интервалов мевду семенами, нарушившими последовательность высева при успокоении в борозде, т.е. подвергнутыми первичной и даже многократной инверсии. На практике отрицательные интервалы неотличимы от положительных, что приводит к нарушению закона нормальной плотности распределения интервалов, и многие авторы вынувдены прибегать к другим, асимметричным распределениям с той или иной достоверностью, зависящей от степени инверсии семян.

Рис.2. Схема имитационной модели процесса формирования густоты насаждения всходов сахарной свеклы

Предлагаемая вами методика оценки инверсии семян заключается в переносе отрицательных интервалов в область положительного аргумента по абсолютной величине и в дальнейшей корректировке по величине математического ожидания интервального распределения семян (рис.3).

0055

К*)

N.5

А та=м

* 1о

-20

П)0 ТП|

40

Рис.3. Последовательность преобразования инверсированного потока: 1-условное нормальное распределение; 2- плотность вероятности после переноса отрицательных интервалов; 3 -плотность вероятности после корректировки по выражению (1)

Установлено, что плотность вероятности реального, трансформированного распределения семян в борозде может быть вычислена выражением

Г1(х)=ч(х)[Г(-х)+Г(х)] , (1)

где q(x) вероятность того, что после переноса отрицательных интервалов в положительную зону все интервалы остаются неизменными

х - т.

Я(х)=1-1,917*.,.

(2)

где Р1 - вероятность появления отрицательных интервалов (площадь 1 под кривой плотности в отрицательной зоне аргумента х^З); пц - условное математическое ожидание мевду семенами после переноса отрицательных интервалов

пц» / [х-Х(-х)+х-Г(х)]ах. (3)

о

Полученные результаты по выражению (1) полностью подтверзде-ны имитационным моделированием, а предлагаемая математическая модель инверсии может использоваться при любой точности укладки единичных семян.

Глубина заделки семян в почву обусловливает, в первую очередь, такие важные факторы как всхожесть семян, равномерность распределения всходов и дружность их появления. Выполнение этого показателя приобретает большое значение, особенно при посеве малыми нормами высоковсхожих или драгированных семян.

Предложенная нами методика позволяет определить полевую всхожесть семян в зависимости от величины и равномерности глубины заделки семян в почве.

Сущность предлагаемой нами методики состоит в том, что устанавливается вероятность распределения семян по глубине при посеве сеялками точного высева и вероятность появления всходов в зависимости от глубины заделки. Умножив вероятность распределения семян на соответствующую вероятность полевой всхожести, можно получить вероятность появления растений в зависимости от расположения семян в почве.

В целом, анализируя данные влияния глубины посева семян и ее равномерности на полевую всхожесть, можно предположить, что эта зависимость при малой оптимальной глубине посева (3-4 см), может быть аппроксимирована законом Рэлея Г(р).

Исследование глубины заделки семян, проводимое нами и другими авторами, в целом доказывает, что при посева сеялками точного высева этот технологический показатель распределен по нормальному закону 1(Ь). Если принять, что при оптимальной глубине полевая всхожесть будет равна лабораторной <рл). то условная вероятность

появления всходов с разных глубин определяется выражением Г(р,-)

р(1)--, (4)

Г(Ц) л

где Г(|л > — максимальное значение плотности Г(р^), полученное при аргументе, равном моде (г.

Умножив условную вероятность (4) на вероятность заделки семян в почве Г(Ю и просуммировав результаты, можно определить полевую всхожесть:

р = ^Пр(1)1№1), (5)

1=1

где п - количество учтенных слоев заделки.

Результаты расчетов зависимости полевой всхожести семян от равномерности глубины их заделки при различной лабораторной всхожести не противоречат данным, полученным другими авторами.

Проблемам оценки распределения семян в борозде и появлению всходов посвящены многие исследования. Однако все они при определении числовых характеристик распределения интервалов между всходами исходили из частных вероятностных законов распределения (показательного, нормального и закона Эрланга). Предлагаемая методика оценки числовых показателей распределения интервалов мезду всходами отличается более общим подходом.

Так например, принимаем, что до наступления инверсии семян интервалы мевду всходами будут расположены друг от друга на расстоянии, кратном математическому ожиданию интервалов между семенами (т0) с учетом симметричного отклонения от центров рассеивания, а вероятность их появления определится в зависимости от полевой всхожести семян (р=1-Ч) по закону Паскаля. Тогда математическое ожидание и дисперсия интервалов мевду всходами могут быть выражены полиномами

^хРЯ""1 =то1»2ш0р^3т0р<12+.. .+пшсрдп_1 (6)

и ? в0 + [О - (11+1) пд2, (7)

решение которых приводит к общеизвестным выражениям:

т= т0/р (8)

Б= Б0 + т^ (9)

у=/у2.р2+д . (10)

* Однако, если распределение нарушено инверсией семян, то взаимная корреляция интервалов уменьшается. Теперь уже дисперсия кратных интервалов не равна дисперсии единичных интервалов, а несколько больше ее начального значения, поэтому равенство (7) неприменимо. В этом случае для вывода зависимостей числовых характеристик интервала по всходам можно применить метод характеристических функций, рассматривая интервал между двумя растениями как сушу случайных слагаемых. В качестве исходного распределения семян использован поток Пальма с ограниченным последействием, представляющий наиболее общую закономерность.

Методом характеристических функций получены выражения для дисперсии и коэффициента вариации интервалов мэаду всходами: Б = Б0/р + т2ч (11)

Результаты подтверждаются другими исследованиями, полученными по известной теории Р-преобразования закона Эрланга, и могут быть использованы для прогнозирования качества распределения растений в тех случаях, когда распределение семян нарушено их инверсией.

Четвертая глава посвящена разработке теории и обоснованию технологических параметров механического прореживания всходов сахарной свеклы.

Для обоснования параметров механического прореживания и определения вероятностных показателей нами сначала выведены общие ■> зависимости, а затем расчетные выражения для плотности вероятности распределения интервалов между всходами Г(х) нормального закона и закона Эрланга. Это дает возможность обосновать параметры и рассчитать количественные характеристики ряда после механического прореживания в зависимости от различной точности распределения интервалов между всходами.

Так например, определена вероятность появления букета (Ь) без растений, с одним и п растениями

Р0=-щ-ьЛх-Ь)-Г(х)Ох (13)

Р1 ЛМ»М(Шг-§- /Тх-Ь) Х(х)<3х (14)

а

(г-Ь).-(П+1)Р0, (15) где г - композиция (п+1) интервалов подряд между всходами;

нц.- математическое ожидание этой композиции ть=(п+1) -т.

Одним из важных показателей механического прореживания является вероятность появления интервалов, больших агротехнического допуска Р(хзА) (А - минимально допустимый интервал между оставшимися растениями).

Нами установлены общие теоретические зависимости и получены расчетные выражения. Все рассмотренные случаи вероятности появления интервалов х»А в зависимости от величины выреза (а), букета (Ъ) и точности распределения интервалов между всходами сводятся к следующим формулам:

при а»Ъ и а^А^Ь Р(Х»А)= Ь'/Ь

при а^Ъ, а^&А и а<Ъ, А<а<Ь

Р(Х»А )=1-/

ь-х

Г(Х)(ЗХ

о Ъ

при а<Ъ, а<А<Ь; при(А -а)<Ь'

А Ъ-х Ъ' к

1(х»А )=1- / —— 1(х)йх --—+—— (А-а)

о Ъ Ь 2Ъ

при а^Ь, и а<Ь, Ь<А<Ь+2а

Ь'/Ь - МА-а)2/2Ь при (А-а)сЪ'

(16)

Р(Х»А =

Ь'/Ь

1-А, [ЬЧ-

(А-а) •Ж"

2 (А-а)]} при Ь' <(А-а)<2Ь'

где Ь'- условный букет (часть "непустого" букета, приходящаяся в среднем на одно растение):

Ь=т-(1-Р0). (17)

Методика определения дисперсии заключается в следующем: устанавливается интервальное распределение после прореживания, составляется статистический ряд и вычисляются вероятности появления интервалов. Границы разрядов этого статистического ряда определяются величинами выреза и букета и равна

11 (а+Ь)+а<х< (гн-1) (а+Ь )+ь, (18)

а вероятность появления таких интервалов

рп=1-т(1-Р0)2-Р0п-1Л> , (19)

где п - количество шагов прореживания между оставшимися растениями, п=0,1,2,3 и т.д.

Установлено, что после механического прореживания интервалы между оставшимися растениями могут оставаться и внутри букета (интервалы х<Ь) с числовыми характеристиками т0 и р0 со значениями

то=0,5-Ъ; р0=1-т(1-Р0)/Ь. (20)

Тогда статистический ряд имеет вид таблицы:

0,5 Ь а+Ъ 2(а+Ь) З(а+Ъ) и т.д.

Р1 Ро Р1 Рг Рз и т.д.

Его дисперсию можно вычислить по выражению

Б = £ (х.-ш)2р.. * а=о

Пятая глава посвящена разработке теории и обоснованию количественных и качественных показателей автомагического прореживания всходов сахарной свеклы.

Нами теоретически определена плотность распределения интервалов между оставшимися растениями после автоматического прореживания и ручной проверки букетов и математическое ожидание интервала ожидания Щд (интервал от конца выреза до начала букета)

^ = тДп,Рп" А- (23>

где ?п(х) -плотность композиции п подряд расположенных интервалов между всходами.

Для обоснования числовых характеристик ряда растений после автоматического прореживания с размером букета Ь всходов различной точности распределения определим вероятность появления на отрезке А одного, двух и т.д. п растений:

Р1=Р|Ь<Х1<»|= /°Г(х)(1х, (24)

Р2=/12(Х)Й-ДЮЙ, (25)

А А т

со

Р « X 1(х)Чх -У X Г (х)3х. (26)

п п .-> 1

А '—А.

1=1

Подставляя в выражение (23) плотность известных законов вероятности распределения, получим расчетные выражения для п^ и пц. Например, для нормального распределения шаг автоматического

прореживания определяется как

[со , А-п-ш -.1

^¿•[-штт-З]- (27)

Математические ожидания интервала ожидания, шага и интервалов между растениями вычисляются по выражениям

_со

Р^-а+Ъ, (28)

Ш'Бф , (29)

тг=п'^ср /£3Ь • (30)

со

где 8^= £ п-Тщ, и Бь= ^ п.РпЬ - количество растений на отрезках соответственно длиной (а+Ь) и в букете (Ь).

Здесь и далее величиной букета при автоматическом прореживания назван отрезок от обнаружения датчиком растения до начала выреза.

С учетом выражений (28-30) можно определить количественные показатели автоматического прореживания всходов:

количество букетов (Лб) на длине рядка Ь, всех оставшихся растений после прореживания (Ю и требующих удаления вручную (Я) 1<б=1Ут • (31)

Н^-^/ю . (32)

Яу=1(1-Зь)/т(р ; (33)

вероятность появления интервалов внутри букета (р0) и между растениями (р1), лежащими в соседних букетах

Ро=1-Я-1, (34)

Р^ь1 • (35)

Важной характеристикой ряда после прореживания является коэффициент вырезания и сохранения к0 растений

К^/Б , (36)

(37)

Таким образом, при известном законе плотности вероятности распределения интервалов мезду всходами можно провести количественную и вероятностную оценку ряда растений после автоматического прореживания.

Вычисление дисперсии может быть произведено на основе того, что растения остаются внутри и в соседних букетах с математическим ожиданием ш0 и ш1 с соответствующими вероятностями. Тогда средний интервал между оставшимися растениями можно определить как среднюю величину для дискретных значений с учетом р0+р1 =1 п^ = т0 р0 + т, р1 , (38)

а дисперсия интервалов между всходами

Вх=(то-гУ2 Ро + (^-Из;)2 Р1 • (39)

Наиболее точно то и т1 могут быть определены выражениями

т0 = X t Ш)с11;, (40)

т.- м 1 ° = т )- ; г ит*. ш)

Ь " о

Проведенные исследования показали, что с увеличением коэффициента вариации (от 7=0,25 до У=1,0) и среднего интервала между всходами (от т=6 до 16 см) шаг автоматического прореживания пи

увеличивается (причем при меньшем т увеличение незначительное) и соответственно количество букетов уменьшается. Существенное снижение количества букетов происходит при увеличении коэффициента вариации интервалов мевду всходами 7>0,5.

Принимая, что количество растений после автоматического прореживания должно составлять 5-6 растений на один м длины рядка, средний интервал между всходами желательно иметь ш=10-12 см, а

при точном посеве т=8-9 см.

Оценивая качество прореживания вероятностью появления букетов с одним растением, можно с уверенностью сказать, что размер букета Ь=4,0 см при т=10-12 см неприемлем, так как для получения этой вероятности не ниже 90 Ж требуется исходный ряд с коэффициентом вариации интервалов между всходами 7=0,25-0,5 кроме ряда со средним интервалом между всходами га$14,3 см. Получить такое распределение всходов на современном этапе свеклосеяния затруднительно. Принимая величину букета равной 2 см, 90 % букетов с одним растешем можно получить и при в©8 см.

Шестая глава посвящена совершенствованию методики оценки точности распределения интервалов между всходами сахарной свеклы.

Отмечается, что принятые в настоящее время применительно к пунктирному высеву количественные показатели оценки точности распределения семян, а в последующем всходов и растений вдоль рядка обычно сводятся к одному из трех вариантов: а) среднее квадрати-ческое отклонение интервалов от заданного: б) коэффициент вариации интервалов; в) процент интервалов, равных заданному и с отклонением в ту или другую сторону на допустимый процент от него. Эти показатели обоснованы постановкой полевого опыта с ограниченным количеством изменяющихся факторов или теоретически - с использованием вероятностных методов. Так как оба эти способа (по отдельности) не совершенны, то и каждый из перечисленных показателей имеет существенные недостатки и лишь косвенно характеризует качество распределения интервалов.

Предлагаемая методика основана на определении расчетного урожая в зависимости от точности распределения интервалов между растениями. Мы исходим из того, что между продуктивной частью растений (корнеплод свеклы) и точностью их размещения в рядках существует количественная связь, которая должна учитываться в

обосновании требований к точности посева. При этом масса продуктивной части растения зависит от конкретных сочетаний интервалов, соседствующих с данным растением вдоль рядка, т.е. от размеров площади питания и расположения растений относительно ее центра.

Если принять величину мездурядья постоянной, то площадь питания для каждого растения непосредственно зависит только от сочетания интервалов вдоль рядка.

Оценочным показателем равномерности расположения растения относительно площади питания должна быть величина расчетного урожая. Для ее определения предложены теоретический метод с учетом биологических требований расположения растений по площади питания, экспериментально-статистический с проведением только необходимых полевых экспериментов, с разработкой и составлением имитационной модели формирования густоты насаадения с применением статистической, логической моделей с использованием экспериментальных данных.

Для установления теоретической зависимости влияния равенства обоих интервалов на массу корнеплода принимаем гипотезу, что на формирование массы корнеплода существенное влияние оказывает та часть площади питания, которая непосредственно соцрикасается с ним, а с удалением от него это влияние снижается. Биологически эта гипотеза объясняется тем, что у корнеплода сахарной свеклы корневая система, состоящая из главного корня и боковых корешков, в основном распространяется в почве больше по глубине, чем по радиусу.

Теоретически предлагаемая гипотеза может быть аппроксимирована плотностью вероятности использования площади питания Г(х) законами Лапласа, Симпсона и др. Их разница - в различной интенсивности влияния интервалов х1 и на массу корнеплода. При этом условно принимаем, что предыдущий интервал относительно растения имеет отрицательный знак, а последукщй - положительный. Числовые характеристики и параметры определены из условия, что корнеплод в своем свободном развитии может эффективно использовать площадь питания, ограниченную интервалами до 50 см при ширине мевдурядья 0,45 м. Значение функции для предлагаемой плотности распределения вероятности влияния разноудаленных участков площади питания на накопление массы корнеплода определяет его относительную расчетную массу

F(x) = J" Их) öx, (42)

где 0 $ х1 4 25; 0 ^ Xg < 25 см с учетом симметрии.

Очевидно, что если распределение растений не регулярное, а условное, с интервалами х1 и х^ (одинаковыми для каждого растения), то относительная урожайность на единице площади поля может быть вычислена, если каждое расчетное значение условного урожая разделить на максимальное из всех полученных значений

Роил+РрСХр)

и = _2__1--f (43)

от

где F2(х1), Р2(х^)- относительная масса одного корнеплода при регулярном распределении с интервалом соответственно х1 и х^;

[g(x)]max - максимальная условная относительная урожайность на единице площади поля.

Результаты расчетов для законов Симпсона и Лапласа показывают, что данная зависимость накопления массы корнеплода от вероятности использования площади питания представляется выпуклой поверхностью, удовлетворяющей следующим признакам: 1) симметричность относительно диагонального сечения, которая получается при расположении растения по центру площади питания, т. в наибольшая относительная масса корнеплода достигается, если интервалы между растениями равны между собой; 2) относительная масса корнеплода, полученная при равной площади питания, образует множество выпуклых кривых, перпендикулярных диагональному сечению; 3) с увеличением площади питания высота выпуклой поверхности относительной массы корнеплода увеличивается и достигает максимального значения, а для закона постоянной плотности высота не зависит от равенства интервалов, и наклонная поверхность остается плоской.

График относительного урожая при неравномерном размещении растений представляет собой сложную поверхность отклика, которая при увеличении одного из интервалов сначала возрастает по вогнутой кривой до интервала 5-10 см, а затем по выпуклой, достигая своего максимума при х1=15-20 см, и далее снижается, переходя в плоскую горизонтальную поверхность.

Далее приводятся методика и результаты полевых опытов при различных условиях года для установления зависимости массы корнеплода от различных сочетаний интервалов. Характер данной поверх-

ности (рис. 4), полученной в результате полевого опыта и аппроксимированной зависимостью

8(х1;5)=[1Ь(с1 х1)+Ш(с1 х^)](21+х0-+с2) с3, (44) где -Ш(х)- гиперболическая функция; с1,с2,с3 - коэффициенты, зависящие от почвенно-климатических условий, равные в опыте: неблагоприятный для урожая год соответственно 0,04; 200; 1,0; а благоприятный год - 0,03; 172; 1,7.

Рис.4. Зависимость массы корнеплода сахарной свеклы от величины и равномерности сочетания интервалов I- х1=х2; II- х1+х2=сошг. Точки экспериментальные, кривые приведены по аппроксимированной зависимости. Условия года, благоприятные для урожая: 1- х1+х2=84 см; 2- х1+х2=68 см; 3- х1+х2=52 см; 4- 1^X2=36 см

Расчетный урожай определяется как средняя масса корнеплода, умноженная на количество растений на гектаре по следующей зависимости:

и = N Д Р1 р3 в1;).. (45)

3=1

где р^ р^- вероятности появления соответствувдих групп интервалов; И- густота после прореживания; масса корнеплода при соответствувдих сочетаниях интервалов.

Рассчитанные таким образом урожайность корнеплодов и сбор сахара могут быть приняты одним из основных критериев для сравнительной оценки распределения растений.

Седьмая глава посвящена оптимизации технологических параметров формирования насаждения и реализации результатов исследования для различных технологий.

Оптимизацию параметров формирования густоты насаждения на конечную густоту насаждения проводили на ЭВМ с использованием имитационной модели "Свекла" по величине относительного урожая. В качестве максимального уровня расчетного урожая принимаем абсолютно точно размещенные растения со средним расстоянием 18 см. Исходные числовые показатели распределения между семенами определяли таким образом, чтобы после появления всходов получились интервалы т=10,0-25,0 см (с густотой соответственно \=10-4 шт./м). Для этой цели числовые характеристики интервалов между семенами варьировали по значениям коэффициента вариации V =0-1,00 и полевой всхожести р=0,2-1,0.

Анализ результатов моделирования процесса формирования густоты насаждения на конечную густоту показывает, что снижение полевой всхожести семян существенно влияет на расчетный урожай (рис.5) и особенно при более точном распределении интервалов между семенами в борозде (Ус$0,5) и фактически не является определяющим, если коэффициент вариации интервалов между семенами составляет Чо20,75. При этом снижение полевой всхожести семян не может быть компенсировано увеличением нормы высева.

В целом можно отметить, что с увеличением точности посева величина расчетного урожая повышается, кроме исключительно плохой всхожести, когда р -»-0.

Наилучше значения по всем параметрам моделирования получены, если интервалы между растениями составляют 15-20 см. Оптимальным же интервалом между растениями при абсолютно точном их распределении является 18 см (123 тнс.шт/га).

При абсолютно точном распределении интервалов между семенами и высокой полевой всхожести максимум расчетного урожая получается, если интервал между всходами составляет 16,7-20,0 см (\=5-6 шт./м). Снижение расчетного урожая до полевой всхожести Р=0,5 происходит незначительно, тогда как дальнейшее снижение приводит к большому недобору (50-54 ц/га) (рис 6).

и0г

0,95

о,эо

0,85

М°0,2 0.4 0,6 С,О Р

Рис.5. Зависимость относительного урожая от полевой всхожести семян при различном коэфЦщиенте -вариации интервалов между семенами (т=16,7 см)

и«

0,95

0.90

0,65

о,ев(

Рис. 6. Зависимость потендааАого урожая от коэффициента вариации интервалов между семенами: 1-т=16,7 см, 2-ВИ4.3 см, 3-®=20,0 см

На основе теоретических исследований предложена методика учета и построена номограмма для определения точности распределения интервалов между всходами (рис.7). Номограммой пользуются следующим образом: при определении густоты насаждения подсчитывают количество интервалов длиной х без растений, т.е. вероятность р . По полученным исходным данным определяют точность интервального распределения. Например, при измерении получены данные Ь=8,5 и 15 шт./м и определено, что вероятность отсутствия растений на отрезке х=15 см составляет Ро=0,1, тогда с использованием номограммы получаем 7=0,52 для А.=8,5 и 7=0,98 для ХИ5 шт./м.

Рис.7. Номограмма определения точности распределения интервалов между всходами Для установления различных вариантов взаимосвязи между числовыми характеристиками интервального распределения семян в борозде и всходов вдоль рядка предложена номограмма (ряс.8). По ней можно устанавливать требуемые числовые характеристики распределения интервалов между семенами в борозде, чтобы получить желаемые характеристики распределения всходов. В качестве примера приведены следующие исходные данные: т=16 см; р=0,5; 70=0,7. Получено: ш0=8 см; а0=5,9 см; 7=0,9, а=14 см.

Рис.8. Номограмма для определения показателей распределения семян в борозде и всходов вдоль рядка

Моделированием по величине расчетного урожая установлено, что агротехнический допуск на минимальный интервал между оставшимися растениями для всех способов формирования густоты насаждения равняется А^=12 см.

Установлен оптимальный интервал мевду оставшимися растениями после механического прореживания (16,7 см), при этом оптимальные размеры букета и выреза определяются по выражению

Ь=0,СБ-г-ш

а=1;(1-0,06-т), (46)

где - шаг прореживания, см.

Если принять шаг прореживания 1=16,7 см, выражение (46) упрощается, в расчетные значения совпадают с оптимальными, полученными по максимуму вероятности появления в букете единичных растений и по минимуму дисперсии интервалов.

В результате теоретического исследования установлены оптимальные схемы прореживания и составлена номограмма (рис.9) для их определения в практических целях.

Проведенными исследованиями по величине расчетного урожая уточнен выбор схем для существующих механических прореживателей в

зависимости от густоты всходов. Установлено, что потенциальная возможность у вдольрядных прореживателей больше, чем у культиваторов и борон (рис.10). Эта возможность у механических прореживателей может быть увеличена за счет применения Г- образных поворачивающихся ножей длиной 11 см, которые обеспечивают бесступенчатость регулирования оптимальных вырезов и букетов при постоянном шаге прореживания.

Рис.9. Номограмма для определения оптимальных схем и показателей механического прореживания. Исходные данные; Х=15 шт./м; ^=6 шг./м; У=0,71. Получено: Ь=6,7 см; а=10,0 см; Р(х»12 см)=0,7; 11у=42000 шт./га; N=91000 шт./га Для практического определения числовых характеристик интервального распределения после автоматического прореживания всходов предложены номограммы, состоящие из двух частей: в первой части (рис.11) в зависимости от густоты и точности всходов определяется количество растений на отрезке, равном величине букета, и на отрезке а+Ь и вероятность появления интервалов между растениями, оказавшимися в соседних букетах р(, а во второй (рис.12) - средний интервал (п^) и шаг автоматического прореживания (Шф), количество букетов (Нб) и оставшихся растений (Н).

Для примера исходные значения приняты: Ъ=4 см, а+Ь=15 см,

х

п.

Чк . ло

360

350

«¿0 _и-1--

5 <0 15 Д.И1/«

Рис. 10. Потенциальные возможности способов формирования густоты насаждения: 1- посев на конечную густоту; 2- бесступенчатое регулирование оптимальных схем прореживания; 3- вдольрядное прореживание (УШП-5,4); 4- букетировка; 5- однократное боронование всходов

^ / г » .»»— » О

о\ /О /Л/\9 //А ° \ и"* д 71Г%

К

\

15 ю ?5 м р1 я

Рис.11. Номограмма для определения среднего количества растений в букете и вероятности полезных интервалов после автоматического прореживания

Ю шт./м, У=0,7. По номограмме находим количество растений на отрезках Ь и а+Ъ в исходном рядке соответсвенно Л-Ь=0,4, и Ма+Ъ)=1,5 шт., количество растений после прореживания Бь=1,27 и 3(а+ъ)=2'25 шт*' Р;^8 %< средний шаг прореживания пу=22,5, интервал между растениями 1^=17,5 см, количество букетов на одном га N^=94, а количество растений Я =125 тыс. шт.

Рис.12.Номограмма для определения числовых показателей прореженного ряда ¡® после автоматического прореживания

2?5 т.см

Общие выводы и предложения. На основании полученных теоретических закономерностей по распределению семян в борозде, всходов и растений вдоль рядка при механизированном формировании густоты насаждения сахарной свеклы по различным технологиям, а также по результатам исследований, направленных на получение максимума потенциального урожая, можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что принятые в настоящее время оценки точности распределения семян и растений имеют существенные недостатки и лишь косвенно характеризуют качество полевой операции. Предлагаемая нами методика оценки точности распределения основана на количественном учете биологических требований растений к наиболее равномерному размещению их по площади питания и интенсивному ее использованию. Она заключается в определении расчетного урожая на основе вероятностного распределения растений с учетом соответствующей массы корнеплода и дает возможность определить показатели, необходимые для обоснования целого ряда технологических параметров на всех стадиях формирования густоты насаждения.

2. Предложенный метод учета инверсии семян основан на пере-

носе отрицательных интервалов по абсолютной величине в область положительного аргумента. Он отличается от принятого в теории тем, что в последующем производится корректировка по величине математического ожидания. Расчетные выражения достаточно просты и функционально взаимаоувязанн с коэф[1ициентами вариации интервалов условного и окончательного распределения семян в почве.

3. Цредложенвая методика определения полевой всхожести семян в зависимости от равномерности заделки их по глубине направлена на уточнение агротехнических требований равномерности посева. Методика основана на установлении зависимости плотности распределения семян по глубине и плотности появления всходов от заданной глубины посева. Умножая последнюю на лабораторную всхожесть семян и разделив на величину ординаты, соответствунцей моде, получаем вероятность появления всходов в зависимости от месторасположения семян в почве.

4. На основе теоретического исследования биологических требований растений по эффективному использованию прилегающей к ним площади питания нами впервые установлен общий вид поверхности отклика, удовлетворявший следующим признакам: 1) трехмерная выпуклая поверхность массы корнеплода в функции от величин интервалов, прилегающих к нему; 2) кривые, образующие поверхность, с увеличением интервалов возрастают, плавно переходя в горизонтальную асимптоту; 3) симметричность относительно средней кривой, соответствующей равенству обоих интервалов.

Результаты полевого опыта как в благоприятные, так и неблагоприятные для урожая года, полностью подтвердили расчетные зависимости массы корнеплода и относительной урожайности.

5. Для исследования сложных технологических процессов преобразования потока семян в предуборочное распределение растений при различных технологиях формирования густоты насаждения предложена имитационная модель "Свекла". Программа, включаюцая в себя вероятностные, математические, логические модели и модели, составленные исходя из статистического анализа полевого опыта, позволяет определить вероятностные, количественные и качественные леказате-ли размещения растений в рядке и их относительную урожайность при всех способах формирования густоты насаждения.

Так например, проведенными исследованиями для оценки результатов посева на конечную густоту насаждения установлено, что ос-

новными факторами повышения урожая являются увеличение полевой всхожести семян хотя бы до р$0,6; увеличение точности распределения интервалов меащу семенами (Уос0,4) и снижение нормы высева семян для получения всходов (Л=5-8 шт./м).

6. Выведенные теоретические зависимости вероятности появления растений в букетах, вероятности появления заданных интервалов и дисперсии оставляемых интервалов после неуправляемого механического прореживания полностью подтверждены статистическими данными моделирования процесса при различной точности распределения всходов. Оптимальный размер букета равен среднему интервалу по всходам, а вырез пропорционален доле удаляемых растений.

7. Установлено, что с увеличением точности распределения всходов качественные показатели процесса неуправляемого прореживания улучшаются. Определены оптимальные параметры распределения всходов (12-15 шг./м) для получения максимального урожая с оставлением 6 шт./м при прореживании существующими орудиями.

Предложены выражения дЫя определения оптимальных схем прореживания и определена величина агротехнического допуска на минимальный интервал после прореживания (12 см). Составлена номограмма для практического определения результатов прореживания в зависимости от густоты всходов и точности их распределения.

8. Предложенный метод оценки технологических параметров формирования густоты насаждения по относительной и потенциальной возможности использован для обоснования отдельных элементов и сравглтельной оценки различных технологий. Так установлено, что потенциальная возможность у вдольрядных прореживателей больше, чем у культиваторов и борон. Эта возможность у механических прореживателей может быть увеличена за счет применения Т-образных ножей, поворачивающихся вокруг стойки, которые обеспечивают бесступенчатость регулирования вырезов и букетов при постоянном шаге прореживания, оптимальное значение которого равно 16,7 см.

9. Разработанная нами теория автоматического прореживания, основанная на вычислении количества растений на произвольной длине интервала, начало которого совпадает с растением, обнаруженным датчиком, позволяет установить общие зависимости вероятностных показетелей и числовых характеристик интервального распределения после прореживания.

Получены выражения для определения вероятностных, количест-

венных показателей и числовых характеристик для случая распределения интервалов по нормальному закону и по закону Эрланга.

Достоверность математической модели подтверждена результатами имитационного моделирования.

Установлен оптимальный интервал между всходами для автоматического прореживания (ш=8-14 см); величина букета должна быть Ь=2-4 см при интервале между всходами го=8-10 см и Ъ=4-5 см при ш=10-14 см и коэффициент вариации У$0,5.

10. В целом подтверждена научная гипотеза о наличии биологической потребности растения сахарной свеклы к размеру и форме площади питания. Так для существующих способов формирования густоты насаждения максимум расчетного урожая достигается при равномерном размещении всходов 6 шт./м.

11. Результаты исследования внедрялись в хозяйствах Воронежской области:

Разработана конструкция, по которой изготовлено Воронежским областным объединением "Сельхозтехника" 250 комплектов переоборудованного вдольрядного прореживателя с Т-образными рабочими органами, обеспечиваадими бесступенчатую регулировку схем, оптимальный шаг букетов, малую скорость хода ножа в почве, минимальное повревдение всходов, удобство регулировки вырезов и букетов, отсутствие сменных ножей и сравнительно высокую рабочую скорость агрегата (до б км/ч). За три года эксплуатации обработано в хозяйствах области около 20 тыс. га всходов сахарной свеклы. При этом затраты ручного труда снижены на 40%.

Совместным заседанием секции земледелия, химизации сельского хозяйства и охраны окружающей среды и секции механизации и электрификации научно-технического совета главного управления сельского хозяйства администрации Воронежской области одобрены и рекомендованы хозяйствам области для практического применения подготовленные рекомендации.

Индустриальная технология возделывания сахарной свеклы на основе применения малых норм высева и получения 10-12 всходов на метр внедрена в учхозе "Березовское".

Технология формирования густоты насаждения с минимальными затратами ручного труда на основе вдольрядного прореживания по оптимальным схемам внедрялась в хозяйствах Воронежской области и в учхозе "Березовское" Рамонского района.

Моделирование технологий формирования густоты насаждения по программе "Свекла" внедрено в учебный процесс Воронежского госаг-роуниверситета.

Основные положения диссертации опубликованы в 50 работах, в

т.ч.:

1. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Назаров Н.Р. Пунктирный посев и качество прореживания сахарной свеклы//Механизация сельского хозяйства, землеустройство, гидрогеология: Сб. науч. тр./ Воронеж, с-х. ИН-Т. 1970. -Вып.2. -С.39-41.

2. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Назаров K.P. Улучшить конструкцию прорекивагеля сахарной свеклы//Техника в сельском хозяйстве. -1970. -JS 10. -С. 82-83.

3. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Назаров K.P. Определение агротехнического допуска на интервал между всходили сахарной свеклы при механизированном прорек5шавдш//Мехвнизация сельского хозяйства. Материалы научн. конф.: Тез. докл. -Воронеж, с.-х. ин-т, 1971. -С. 3-е.

4. Василенко В.В., Назаров K.P. О распределении растений после прореживания при точном высеве малых норм сахарной свеклы/ Механизация с.-х. процессов. Записки Воронеж, с.-х. ин-та.-Т. 48. -Вып.1. -Воронеж, 1971. -С. 58-S7.

5. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Назаров K.P. Дисперсия интервалов между всходами сахарной свеклы после прореживания/ Механизация с.-х. производства. Записки Воронеж, с.-х. да-та. -Т. 53. -Воронеж, 1972. -С. 127-133.

6. Василенко В.В., Назаров K.P. Схема прореживания и вероятность полезных интервалов между всходами сахарной свеклы//Меха-низация с.-х.производства: Сб. науч. тр. Записки Воронеж, с.-х. ин-та. -Т. 53. -Воронеж, 1972. -С.233-234.

7. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Назаров K.P. Переоборудование прореживателей 2ПСН-6М// Сахарная свекла. -1973. -JS 5. -22-23.

8. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Назаров K.P. Как выбирать параметры прореживания всходов сахарной свеклн//Материалы в помощь с.-х. производству. Механизация с.-х. производства /Воронеж. С.-Х. ИН-Т.- 1973. -Вып.З. -4.4. -С.58-62.

9. Полонецкий С.Д., Василенко В.В., Казаров K.P. Совершенствовать технологию//Сахарная свекла. - 1974. 6. -С. 22-23.

10. Овсянников В.П., Япршщев И.К., Назаров K.P. и др. Внедрение индустриальной технологии возделывания сахарной свеклы в учхозе "Березовское"// Индустриальная технология возделывания сахарной свеклы в Центрально-Черноземной зоне: Сб. научн. тр./ Воронеж, с.-х. ин-т. -1982. -Т. 120. -0. 19-23.

11. Назаров K.P., Василенко В.В., Астанин В.К и др. Формирование густоты насаждения сахарной свеклы механическими вдольряд-ными прореживателями//Индустриапьная технология возделывания сахарной свеклы в Центрально-Черноземной зоне: Сб. научн. тр./ Воронеж. с.-х. ин-т. -1982. -Т. 120. -С.128-134.

12. Назаров K.P., Раскин В.Г. Определение некоторых вероятностных характеристик для длин интервалов между растениями при автоматическом прореживании / Воронеж, с.-х. ин-т, 1984. Деп. во ВНИИТЭИСХ, J6 39-84. -76 С.

13. Назаров K.P. Номограмма для установления связи между качеством распределения семян в борозде и всходами в рядке//Ыеха-низацая и элекрификация социалистического сельского хозяйства 1986.-J6 8. -С. 55-57.

14. Назаров K.P., Раскин В.Г., Пиляев С.Н. К определению схем автоматического прореживания всходов сахарной свеклы/Лез. докл. всесоюзной научно-технической конференции. Основные направления развития техники для возделывания и уборки сахарной свеклы и кукурузы по индустриальной технологии в свете Продовольственной прогреты СССР. УкрНШСЗСШ, Харьков. 198S г. С.58.

15. Назаров K.P., Пиляев С.Н. Обоснование технологии формирования густотын насаждения сахарной свеклы с использованием ЭВМ// Инженерное обеспечение качества и надежности технологических процессов в растениеводстве: Сб. науч.тр. -Воронеж, с.-х. инТ. -1989. -45. 85-90.

16. Назаров K.P., Пиляев С.Н. Результаты моделирования формирования густоты насаждения сахарной свеклы с использованием ЭВМ/Воронеж, с.-х. ин-т, 1990. Деп. во ВНЖГЭИагропром 29.03.90. * 168 ВС90. -16 с.

17. Назаров K.P., Пиляев С.Н. Моделирование технологии пропашных культур орошаемого земледелия//Тез. докл. конф. Современные проблемы планирования и управления водохозяйственными системами. Новочеркасск, 1990. С. 62-63.

18. Назаров K.P., Пиляев С.Н. Обоснование густоты насаждения

сахарной свеклы с использованием ЭВМ// Комплексная технология возделывания и уборки сельскохозяйственных культур: Сб. науч. тр./Воронеж, с.-х. ин-т. 1990. С. 76 - 79.

19. Казаров K.P., Пиляев С.Н. Обоснование способов формирования густоты насаждения сахарной свеклы с помощью ЭВМ//Рабочая тетрадь лабораторных работ для студентов факультета механизации сельского хозяйства по курсу Теория и расчет с.-х. машин". Воронеж: Изд-во Коммуна, 1992. -С. 31-36.

20. Казаров K.P., Лукина If.К. Исследование процесса формирование густоты насаждения сахарной свеклы автоматическими прорежи-вателями / Воронеж, госагроуниверситет, 1993: Деп. во ВШШТЭИаг-ропром 16.09.93, Я 136 ВС-93. -1993. -49 с.

21. Казаров K.P. Обоснование технологии формирования густоты насаждения и параметров прореживания всходов сахарной свеклы //Адаптивные технологии возделывания технических и кормовых культур в ЦЧЗ: Сб.научн. тр. -Воронеж, аграрн. у-т. -1993. -С. 17-25.

22. Казаров K.P., Лукина И.К. Основы теории автоматического прореживания всходов сахарной свеклы// Совершенствование технологии и технических средств для механизации процессов: Сб. науч.тр. -Воронеж.аграрн. у-т. -1994. -С. 128-143.

23. Казаров K.P., Лукина И.Н. Обоснование параметров формирования густоты насаждения сахарной свеклы вручную//Деп. ВНИИТЭИ-агропром № 148 ВС-95 Деп. от 5.07.1995г. ВГАУ. -Воронеж, 1993. -44с.

24. Казаров K.P., Василенко В.В. Эффективность применения вдольрядных прореживателей сахарной свеюы//Совершенствование технологии и технических средств для механизации процессов: Сб. науч. тр. -Воронеж, аграрн. у-т. -1994. -С.143-148.

25. Казаров K.P., Горбунова H.H. Методика определения точности распределения интервалов между всходами // Сахарная свекла. -1994. -* 4. -С. 14-15.

26. Казаров U.K., Казаров K.P., Юсубов A.M. Обоснование оптимальной густоты насаждения с учетом содержания сахара в корнеплодах сахарной свеклы // Совершенствование приемов производства, хранения и переработки растительного сырья: Сб. науч. тр. -Воронеж. аграрн. у-т. -1995. -С. 33-39.

27. Казаров K.P. Определение параметров формирования густоты насаждения всходов сахарной свеклы при ручном прореживании //

Совершенствование приемов производства, хранения и переработки растительного сырья:Сб. науч. тр. -Воронеж, аграрн. у-т. -1995. -С. 44-56.

28. Казаров K.P., Сулимин К.И. Имитационное моделирование технологических процессов в сельском хозяйстве//Электромеханичес-кие устройства и системы: Межвузовский сб. науч. тр. -Воронеж, 1996. -С. 110-113.

29. Назаров K.P., Василенко В,В., Лукина И.К. Теоретические основы преобразования потока семян в поток растений и оценки их числовых показателей /Воронеж, аграрн. у-т, 1996. Деп. во ВНШТЭИагропром 04.07.96, № 161 ВС-96. -29 С.

30. Казаров K.P., Василенко В.В., Лукина И.К. Теоретические основы формирования ряда семян в борозде и оценки точности пунктирного внсева/Воронеж. аграрн. у-т, 1996. Деп. во ВНШТЭИагропром 04.07.96, * 162 ВС-96. -25 с.

31. Казаров K.P., Василенко В.В., Василенко C.B. Моделировании инверсии сёиян при пунктирном посеве//Методы и средства научных исследований процессов механизации сельского хозяйства:Сб. науч. тр. -Воронеж, аграрн. у-т. -1996. -С. 93-99.

32. Казаров K.P., Василенко В.В., Василенко C.B. Методы расчета влияния полевой всхожести семян на распределение растений// Метода и средства научных исследований процессов механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. -Воронеж, аграрн. у-т. -1996. -С. 99-108.

33. Казаров K.P. Совершенствование теории и методов точного размещения растений сахарной свеклы вдоль рядка/Монография. -Воронеж, 1998. -120 с.

34. A.c. 234020 СССР, МКИ3 А 01b 41/04 Рабочий орган проре-живателя всходов сахарной свеклы/ В.В. Василенко, K.P. Казаров (СССР).- J61192407/ 30-15; Заявлено 16.10.67; Опубл. 24.12.68, Бюл. J6 3.

Формат 60x84 1/16. Объем 2 п.л. Тираж 100 экз.

Заказ 420. Типография ВГАУ.

езкджум ВАК Г - ;

| {решение от" ^ " М И> -я 9 _Jj г., ¿if/- "V ! присудил ученую степень ДО

.....науя

.. . И

Начальник угтар^ении ВАК Россшж р

......................¿Ал............................. «

ВОРОНЕЖСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д.ГЛИНКИ

На правах рукописи

Казаров Ким Рубенович

РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И МЕТОДОВ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ГУСТОТЫ НАСАЖДЕНИЯ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Специальность 05.20.01 -Механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научные консультанты: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор А.П. Тарасенко; кандидат технических наук, профессор В.В. Василенко.

Воронеж 1998

ВВЕДЕНИЕ............................................ 5

1 . СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.............. 8

1.1. Состояние проблемы.............................. 8

1.2. Способы механизированного формирования густоты насаждения сахарной свеклы........................ 15

1.3. Анализ факторов, влияющих*на распределение растений вдоль рядка при пунктирном посеве............. 31

1.4. Оценка закономерности распределения интервалов между семенами и всходами при пунктирном посеве... 38

1.5. Направления совершенствования технологии возде-возделывания сахарной свеклы...................... 51

1.6. Пути решения проблемы и задачи исследований..... 61

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РЕАЛИЗАЦИИ ПРОБЛЕМЫ........... 65

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ СПОСОБОВ ТОЧНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ РАСТЕНИЙ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ ВДОЛЬ РЯДКА.. 85

3.1. Влияние инверсии на точность распределения семян

по дну борозды..................................... 85

3.2. Влияние глубины заделки семян в борозде на появление всходов.....*................................ 106

3.3. Оценка числовых характеристик преобразования

потока семян в поток растений..................... 127

3.4. Исследование возможности посева сахарной свеклы

на конечную густоту насаждения.................... 142

4. РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И ОБОСНОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ПРОРЕЖИВАНИИ

ВСХОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ.............................. 174

4.1. Анализ исследований процесса механического про-

реживания всходов сахарной свеклы................. 174

4.2. Оценка схем прореживания по вероятности появления букетов с растением................................ 182

4.3. Оценка схем механического прореживания по дисперсии интервалов между растениями сахарной свеклы... 200

4.4. Оценка схем механического прореживания по вероятности появления интервалов, больших агротехнического допуска........................................ 211

5. РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОРЕЖИВАНИЯ ВСХОДОВ САХАРНОЙ

СВЕКЛЫ............................................... 231

5.1. Анализ исследований автоматического прореживания-всходов сахарной свеклы........................... 231

5.2. Определение вероятности появления в букете растений после автоматического прореживания............ 237

5.3. Определение размеров агротехнического минимально допустимого интервала, оставляемого при автоматическом прореживании всходов....................... 265

5.4. Определение числовых и вероятностных показателей интервалов между растениями после автоматического прореживания в зависимости от точности распределения всходов........................................... 296

6. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ МЕЖДУ

СЕМЕНАМИ В БОРОЗДЕ, ВСХОДОВ И РАСТЕНИЙ ВДОЛЬ РЯДКА... 317

6.1. Биологические требования растений сахарной свеклы

к точности их размещения в рядке.................. 317

6.2. Условия и методика проведения полевого опыта для определения относительного урожая в зависимости от

сочетания интервалов...............................345

6.3. Экспериментальные зависимости массы корнеплода сахарной свеклы от сочетаний интервалов............ 354

6.4. Предпосылки к обоснованию размеров агротехнически

полезных интервалов, оставляемых при прореживании..... 369

6.5. Методика оценки влияния равномерности распределения интервалов между растениями на сбор сахара.....378

7. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ...................386

7.1 Рекомендации по повышению урожая сахарной свеклы

при формировании на конечную густоту насаждения____386

7.2. Рекомендации по обоснованию схем механического прореживания всходов сахарной свеклы применительно к имеющимся средствам механизации.................... 397

7.3. Рекомендации по обоснованию оптимальных схем автоматического прореживания всходов сахарной свеклы... 415

7.4. Рекомендации для определения числовых и вероятност-тных показателей формирования густоты насаждения... 433

7.5. Сравнительная оценка существующих технологий формирования густоты насаждения....................... 451

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ....................................... 460

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.......................... 465

ЛИТЕРАТУРА......................................... 467

ПРИЛОЖЕНИЕ......................................... 495

Введение

В нашей стране сахарная свекла возделывается в ряде республик, краев и областей и является единственной культурой, из которой промышленным методом вырабатывают сахар. В корнеплодах сахарной свеклы содержится 16-20% сахара (сахарозы). Ботва является высококалорийным кормом для животных и используется в свежем или силосованном виде. Кроме того заводской отход (жом, патока) является не только ценными кормовыми добавками в рационе животных, но и служит сырьем для пищевой промышленности.

Чтобы обеспечить население России собственным сахаром, необходимо ежегодно выращивать по 55-60 млн. т свеклы. В последние же годы свеклосеющие хозяйства производят 20-25 млн. т корнеплодов, из которых получают 2,0-2,5 млн. т сахара, или 35 % от общей потребности в этом продукте.

Одним из основных факторов повышения урожайности и увеличения объемов производства сахарной свеклы и сахара наряду с селекционно-семеноводческим направлением является изыскание агротехнических приемов и технических средств, обеспечивающих исключение ручного труда на формировании густоты насаждения. Наряду с этим в настоящее время во многих хазяйствах густота насаждения сахарной свеклы на 10-20 тыс./га меньше оптимальной, а равномерность размещения растений даже при посеве высоковсхожих семян и ручной проверке сахарной свеклы недопустимо низкая. Вследствие этого продуктивность и технологические качества существенно меньше потенциальных возможностей сахарной свеклы. Поэтому проблема имеет также и народнохозяйственное значение.

При ограниченных трудовых ресурсах и нехватке материальных средств одним из важных направлений увеличения ее производства

является совершенствование технологии возделывания сахарной свеклы, в том числе в направлении снижения затрат труда на формирование густоты насаждения при одновременном повышении урожайности. Сведение к минимуму затрат ручного труда, вплоть до полной ликвидации, возможно при решении воцросов, связанных с механизированными способами точного размещения растений в рядке.

Повышение точности размещения растений при возделывании сахарной свеклы, направленное на обеспечение соответствующих биологических требований площади питания, является актуальной проблемой. Повышение равномерности размещения растений в рядке влияет на улучшение их развития, благодаря созданию лучших условий поглощения питательных веществ и воды, а также потребления солнечной энергии. Все это дает возможность получить с единицы площади максимальный урожай высококачественной продукции. -

Установление площади питания для каждого растения проводят путем удаления лишних из загущенных насаздений ручным или механическим способом или с учетом полевой всхожести и культуры земледелия - путем высева семян на конечную густоту стояния.

Очень важно совершенствовать способы механизированного формирования густоты насаждения является обоснование и оценка агро-техничеких требований, направленные на получение максимально возможного урожая для данных условий года с высоким технологическим качеством корнеплодов. Это возможно на основе изучения и установления взаимосвязи между точностью размещения растений и продуктивностью корнеплодов.

Обоснование наиболее эффективных способов формирования густоты насаздения в конкретных условиях реального хозяйства весьма затруднительно из-за влияния на этот процесс большого количества

факторов, многие из которых трудно учесть и предсказать заранее. Наиболее распространенный метод обоснования способов и параметров процесса формирования густоты насаждения сахарной свеклы основан на полевом эксперименте с небольшим (2-3) количеством вариантов и малым количеством варьируемых параметров. Математические зависимости, построенные в результате подобных экспериментов, как правило, неадекватно описывают процесс во всем его многообразии.

Использование для теоретического обоснования параметров процесса формирования густоты насаждения вероятностных методов позволяет оценить равномерность интервалов мезду растениями, но не дает возможности произвести оценку по главному фактору - урожаю.

Компромиссным вариантом можно считать использование имитационного моделирования процесса формирования густоты насаждения, основанного на использовании набора статистических, математических, логических и других видов алгоритмов, которые затем реализуют ситуации, возникающие в реальной системе.

В работе на основе теоретического исследования определены технологические и вероятностные показатели формирования густоты насаждения сахарной свеклы, а оптимизация агротехнических и технологических параметров производится исследованием имитационной модели.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Состояние проблемы

Задача повышения уровня производства сахарной свеклы является одной из наиболее актуальных проблем в настоящее время. Основным способом ее решения является интенсификация процесса ее производства. Внедрение интенсивных и индустриальных технологий производства сахарной свеклы выдвигает более жесткие требования к соблюдению нучно обоснованных приемов технологических операций и выполнение их в агротехнические сроки проведения с использованием к наличию высоковсхожих семян, химических средств защиты и комплекса машин для возделывания сахарной свеклы и др. [53, С733, [793, [2013, [2023. Все это позволяет существенно повысить урожайность этой культуры и снизить затраты ручного труда на ее возделывание .

Из-за ряда биологических и технологических особенностей по сравнению с другими пропашными культурами в условиях нашей зоны, сахарная свекла остается наиболее трудоемкой культурой, при возделывании которой еще весьма значительна доля затрат ручного труда. По данным B.C. Глуховского (1982) [743, на операции, связанной с выращиванием 20-25 т/га сахарной свеклы, затрачивается 200 чел.-ч/га, в том числе 85-90 % составляют ручные работы на удаление сорняков и прореживание растений сахарной свеклы. При ограниченных трудовых ресурсах и нехватке материальных средств одним из важных направлений увеличения ее цроизводства является совершенствование технологии возделывания сахарной свеклы, в том числе в направлении снижения затрат труда на формировании густоты насаждения при одновременном повышении урожайности. Сведение их к минимуму, вплоть до полной ликвидации, возможно при решении вопро-

сов, связанных с механизированными способами точного размещения растений в рядке.

Одним из самых трудоемких процессов при возделывании сахарной свеклы является формирование густоты насаждения. При этом основным условием получения высоких урожаев свеклы является равномерность распределения интервалов между оставшимися растениями. По данным В.С.Басина [143,уменьшением коэффициента вариации интервалов между растениями с 80 до 70 %, урожай повышается на 15%. Аналогичные данные получены Kastner В. [343] и др.

---"Нормирование густоты насаждения направлено на обеспечение

растений необходимой площадью для оптимального поглощения питательных веществ и воды, а также потребления солнечной энергии, чтобы получить с единицы площади максимальный урожай высококачественной продукции. Нормирование площади питания проводят путем удаления лишних растений на загущенных всходах или с учетом полевой всхожести - путем высева семян на конечную густоту насаждения.

В соответствии с действующими стандартами минимальная лабораторная всхожесть дражированных семян должна быть не менее 90 %, односемянных - не менее 75 %. При посеве семенами с пониженной всхожестью всходы появляются неодновременно и оказываются изре-женными, что приводит к снижению урожайности свеклы, а также затрудняет или полностью исключает использование средств механизации для формирования густоты насаждения, одной из трудоемких работ в свекловодстве [215], [267]. Увеличение же нормы высева семян с целью компенсировать низкую полевую всхожесть или в связи с перестраховкой на снижении густоты насавдения от повреждения вредителями и болезнями приводит к увеличению затрат труда, требует до-

полнительно (в отдельных случаях многократного) прореживания всходов.

По мере повышения общей культуры земледелия, улучшения посевных качеств семян и перенесения основных мер борьбы с сорняками и вредителями растений сахарной свеклы на операциях, не связанных непосредственно с формированием густоты насаждения, основным способом формирования густоты насаждения становится посев на конечную густоту насаждения. Современное состояние возделывания сахарной свеклы с использованием технологии посева на конечную густоту насаждения пока не гарантирует получение высоких урожаев главным образом из-за низкой культуры земледелия и рискованности природных зон, возделывающих эту культуру. Хотя еще в конце шестидесятых и в начале семидесятых годов высказывалась рядом авторов (В.С.Васин [20], Д.Н.Бухтояров [41], А.И.Лебедик [180-3, и др.) перспективность использования этого метода в возделывании сахарной свеклы.

Исследования, проведенные нами и другими учеными, позволяют утверждать, что равномерность размещения семян в почве по длине рядка посева сахарной свеклы должна соответствовать коэф|ициенту вариации интервалов не более 40 %. Посев с такой равномерностью размещения семян по длине рядка при полевой всхожести не менее 70% можно признать посевом на конечную густоту насаждения сахарной свеклы. При полевой всхожести семян менее 70% недобор урожая корнеплодов свеклы резко возрастает, а в ряде случаев посев с низкой полевой всхожестью семян ведет к пересевам и, как следствие, к снижению урожайности сахарной свеклы [13, [133, [733, [763, [1043, [1563, [2183, [2873, [3433.

Равномерность глубины заделки семян в почву является одним

из качественных показателей посева. Выполнение этого показателя приобретает большое значение, особенно при посеве малыми нормами высоковсхожих или дражированных семян. Ими обусловлены, в первую очередь, такие важные факторы, как всхожесть семян, дружность появления всходов и равномерность их распределения. Работ, посвященных исследованию зависимости полевой всхожести семян от глубины заделки и точности их залегания, немного. Среди них можно отметить работы B.C. Васина С8], [19], И.В. Глевского [68], B.C. Глуховского [73], [74], Г.Б. Ермилова [104], В.М. Кобец [154], H.A. Кобченко [160], Ю.И. Ковтуна [158], [162], O.A. Маковецкого [1873, И.Х.Мороз [2033, В.Д. Свиридова [2873, В.К. Слободняк [2973 и др. Все они единогласны в том, что максимальная полевая всхожесть семян достигается при посеве на оптимальную глубину с минимальным отклонением от нее. Работы по влиянию всхожести семян на распределение всходов проводили B.C. Басин [133, [163, В.В. Василенко [463, [473, Э.В. Веверс [543, [563, Ф.Г. Гусинцев [833, Г.В. Ермилов [1073, А.П. Иофинов [115], O.A. Маковецкий [1923, В.И. Паламарчук [223], С.Д. Полонецкий [261], П.В. Савич [288], А.Г. Цдмбал [329], Э.В. Хангильдин [330].

Аграрные преобразования, проводимые в последние годы в стране, щшвели не только к потере сбора продукции, но и элементов передовых технологий возделывания сахарной свеклы.

Основными причинами, вызывающими снижение продуктивности сахарной свеклы и необходимость црименения ручного труда на формировании насаждения, являются следующие: низкие посевные качества семян, неудовлетворительное качество предпосевной обработки почвы [115], неравномерное распределение семян в почве по глубине [2963 и длине рядков [3313, низкая полевая всхожесть семян, ела-

бая эффективность вносимых при посеве удобрений и пестицидов [1983, [211], несовершенство способов ухода за посевами в начальный период [238] и, наконец, техника для выполнения перечисленных операций не вполне отвечает требованиям, предъявляемым к биологическим особенностям свеклы [299].

Совершенствование способов механизированного формирования густоты насаждения связано с методикой оценки точности распределения интервалов между семенами и растениями. В принципе распределение интервалов от пунктирного посева до предуборочного их состояния независимо от способа фор