862

2

УДК 631.331 (06)

ББК 40.72.4

К765

Рецензенты: А.Д. Галкин, доктор технических наук, профессор (ООО

«Техноград», г. Пермь); Б.Н. Щеткин, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры ПИ и ЕНД ПИЭФ.

К 765 Кошурников, А.Ф.

Пунктирный посев пропашных культур и формирование густоты насаждений: монография / А.Ф. Кошурников; М-во с.-х. РФ, федеральное гос. бюджетное образов. учреждение высшего. образов. «Пермская гос. с.-х. акад. им. акад. Д.Н. Прянишникова». – Пермь : ИПЦ «Прокростъ», 2015 – 218 с.

ISBN 978-5-94279-265-7

Изложены методики подготовки семян к пунктирному посеву, включающие их очистку (по технологии, рассчитываемой на ЭВМ с помощью авторских программ и комплекса малотоннажных машин), шлифование и дражирование.

Разработаны математические модели технологических процессов посева семян сеялками точного высева как традиционного, механического типа, так и аппаратами, использующими внешние силовые поля (аэродинамические, электромагнитные, электростатические и др.). Как правило, модели опираются на методы механики сплошных сред и статистической динамики.

Большую часть монографии занимают вопросы, связанные с исследованиями закономерностей распределения семян при пунктирном посеве (приведшими к гаммараспределению), чередованию взошедших и невзошедших семян (геометрическое распределение) и конечному распределению растений, как их суперпозиции.

Разработаны компьютерные программы, позволяющие проводить имитационное моделирование процесса посева и формирования заданной густоты насаждения.

Экспериментальная проверка выдвинутых предложений проведена с помощью вновь разработанной аппаратуры, обеспечивающей фиксацию и обработку значительных объемов информации (до 10 тыс. измерений).

Приведены результаты внедрения технологии возделывания кормовых корнеплодов, основанной на пунктирном посеве в хозяйственных условиях.

Книга представляет интерес для специалистов в области сельского хозяйства, для научных и инженерно-технических работников, связанных с конструированием, исследованиями и эксплуатацией с.-х. техники.

86 ил., 91 табл., 182 библ.

УДК 631.331 (06) ББК 40.72.4

Печатается по решению Ученого совета Пермской государственной сельскохозяйственной академии.

ISBN 978-5-94279-265-7

ИПЦ «ПрокростЪ», 2015Кошурников А.Ф., 2015

3

Введение

Внастоящее время широкое распространение получают новые прогрессивные технологии возделывания сельскохозяйственных культур, которые позволяют значительно снизить затраты труда и материальных ресурсов, повысить урожайность и качество продукции.

Внедряются элементы так называемого точного земледелия, когда технологии становятся адаптивными не только к региону, полю, но и конкретному участку посева.

Воснове многих индустриальных, интенсивных, энерго- и ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур лежит пунктирный посев семян, позволяющий значительно сократить норму высева, механизировать или исключить операцию прореживания всходов, улучшить условия роста и развития растений.

Этот способ посева уже давно широко используется при возделывании кукурузы, сахарной свеклы, подсолнечника. Для посева этих культур промышленность выпускает однозерновые пунктирные сеялки различного типа.

Значительно хуже дело обстоит с обеспечением точного размещения

врядках и по площади питания многих овощных мелкосемянных культур. Качество распределения мелких семян оказывается, как правило,

низким, всхожесть неопределенной, а вся технология, основанная на сравнительно изреженном посеве – рискованной.

Решение проблемы разработки доступной для широкой практики энерго- и ресурсосберегающей технологии возделывания мелкосемянных культур связано с большим кругом исследований.

Прежде всего, это вопросы, касающиеся подготовки семян к посеву, изыскания способов повышения их полевой всхожести. Особой тщательности требует предпосевная обработка почвы, обеспечивающая определенную плотность, влажность, выровненность поверхности поля.

Требуется значительно улучшить качество посева мелких семян, так как существующие сеялки при работе с ними снижают равномерность их размещения, а технологический процесс часто становится неустойчивым из-за забивания ячеек, присосков и других рабочих элементов. Нередки случаи травмирования семян.

Существующие конструкции однозерновых сеялок не позволяют изменять норму высева во время движения агрегата по полю, что необходимо в системах точного земледелия.

Следует отметить, что к исследованиям работы посевных машин привлечено внимание очень большой группы ученых.

Первые в России испытания сеялок были проведены в 1906 г. на Акимовской машиноиспытательной станции. В этой работе приняли участие такие известные в то время крупные ученые, как Д.Д. Арцыбашев, А.А. Барановский, К.И. Васильев, Б.А. Линтварев, А.Б. Трейвас.

В 1907 г. было организовано Бюро по сельскохозяйственной механике, в котором с исследованиями посевных машин связаны имена К.И. Дебу,

4

В.И. Нагибина, Н.В. Утехина, Д.В. Куликова, М.Х. Пигулевского, В.И. Строгонова и др.

Вдовоенные и первые послевоенные годы эти работы продолжены В.П. Горячкиным, М.Н. Летошневым, А.Н. Карпенко, П.М. Василенко, А.Н. Семеновым, Ф.Г. Гусинцевым, К.А. Полевицким, В.А. Желиговским, М.Р. Алшинбаевым и др.

Во второй половине прошлого столетия, когда пришло понимание особой роли посева в формировании густоты и равномерности распределения растений, исследования различных сторон этого технологического процесса были очень многочисленны.

К ним относятся работы В.С. Басина, Н.Г. Бондаренко, Г.М. Кукты, В.А. Белодедова, А.П. Терехова, А.А. Будакова, Г.М. Бузенкова, С.А. Ма, Е.А. Беляева, Н.В. Антонова, А.Б. Лурье, Е.И. Давидсона, И.З. Теплинского, В.Г. Еникеева, В.А. Смелика, А.М. Валге, М.М. Болдова, С.В. Кардашевского, Э.В. Веверса, В.П. Голованова, Е.З. Ирмана, А.П. Иофинова, Э.В. Хангильдина, Л.С. Зенина, В.П. Паламарчука, Л.В. Погорелова, П.В. Савича, А.Г. Цимбала, А.Е. Петренко, В.В. Брея, В.В. Василенко, В.П. Чичкина, К.Р. Казарова, В.В. Труфанова, С.Б. Ампилогова, С.И. Шмата, Н.М. Беспамятновой и многих других.

Несмотря на такое внимание, многие, в том числе и основополагающие вероятностные закономерности различных этапов формирования густоты насаждений, остаются спорными. Нет общепризнанных оценочных критериев качества работы машин, методов моделирования технологических процессов, применимости компьютеров для расчетов различных вариантов выбора оптимальных параметров посева и прореживания всходов.

Всвязи с этим исследования, связанные с совершенствованием технологий и технических средств возделывания пропашных культур должны быть продолжены.

Опыт внедрения пунктирного посева пропашных культур показал, что повышенная равномерность размещения растений в рядке приводит обычно к существенному повышению урожайности, так как их одиночное расположение спасает от взаимного угнетания и позволяет рациональнее использовать почву.

Это обстоятельство вызвало стремление распространить элементы технологии точного размещения семян и растений на более широкий круг сельскохозяйственных культур, например, зерновых, крупяных, бобовых, масличных и некоторых видов трав.

О широком производственном внедрении таких технологий пока речи не идет, но поисковые работы ведутся, и их следует считать перспективными.

5

1. Подготовка семян к посеву аппаратами пунктирных сеялок

После уборки урожая семена практически всех сельскохозяйственных культур оказываются засоренными различными примесями органического и минерального происхождения. В состав этого вороха, помимо основной культуры входят обычно семена других культур и сорных растений.

Кроме этого, семена основной культуры могут оказаться дефектными (щуплыми, недозрелыми, битыми или травмированными иным способом).

Между тем к семенам предъявляют высокие требования, ограничивающие содержание посторонних примесей, особенно сорняков. В посевном материале не должно быть семян ядовитых и карантинных сорняков, живых вредителей или их личинок.

Конструкции почти всех высевающих аппаратов точного высева требуют разделения очищенных семян на фракции по размерам или другим свойствам.

Вряде случаев при сортировании семян из общей массы выделяют фракции, отличающиеся высокой всхожестью и энергией прорастания, которые обеспечивают дружные всходы и высокий урожай.

При подготовке семян к посеву иногда приходится прибегать и к специфическим операциям – шлифованию и дражированию.

Шлифованию подвергают обычно плохосыпучие семена неправильной формы, чтобы обеспечить лучшие условия заполнения ячеек или присасывания к рабочим элементам высевающих аппаратов.

К дражированию, то есть покрытию семян защитно-питательной оболочкой, прибегают для того чтобы довести размеры мелкосемянных культур до тех значений, при которых они могут быть высеяны существующими аппаратами однозерновых сеялок.

Всостав оболочек часто входят элементы питания проростков и защиты их от болезней и вредителей сельскохозяйственных культур.

Иногда дражирование применяют для улучшения сыпучести семян и придания им той или иной формы.

Безопасное хранение семян обеспечивают своевременным высушиванием до кондиционной влажности, а иногда и протравливанием.

Таким образом, к операциям подготовки семян к посеву следует отнести очистку, калибровку, шлифование, дражирование и протравливание.

1.1. Очистка и калибровка семян

Требования к посевным качествам семян отражены в государственных и национальных стандартах Российской Федерации [1.1].

Перечень действующих (во время работы над рукописью) стандартов на основные виды семян представлен в табл. 1.1. Следует особо отметить, что стандарты непрерывно совершенствуют, изменяют продолжительность их действия, поэтому необходимо постоянно следить за изменениями по справочным изданиям или через систему INTERNET.

6

Таблица 1.1

Перечень стандартов на посевные качества семян основных сельскохозяйственных культур

После очистки, шлифовки и дражирования семян их необходимо откалибровать, чтобы обеспечить заполнение ячеек высевающих дисков аппаратов пунктирных сеялок без пропусков и так называемых «двойников». У пневматических аппаратов калибровка способствует присасыванию семян по одному к каждому отверстию диска.

В таблице 1.2 приведены в качестве примера требования к калибровке семян сахарной свеклы, которые или не подвергались дополнительной обработке, либо после шлифования и дражирования.

Очистка и сортировка семян осуществляется рабочими органами семеочистительных машин, принцип действия которых основан на учете различий в физико-механических свойствах отдельных компонентов смеси.

7

Чаще всего используют отличия компонентов по размерам, аэродинамическим свойствам и плотности.

В сложных случаях, при удалении трудноотделимых сорняков приходится использовать различия в форме семян, их шероховатости, электрических, химических свойствах, цвете или даже разделять по комплексу свойств.

Помимо определения признака, по которому отличаются компоненты смеси и соответственно рабочего органа, с помощью которого их можно разделить, встает вопрос о выборе рабочего размера элемента (отверстия, ячейки и т.п.), отделяющего одни частицы от других.

Затруднения в выборе размеров решет, ячеек триера, величины скорости воздушного потока вызывает то обстоятельство, что все характеристики физико-механических свойств семян представляют собой случайные величины.

Методология решения данной задачи в свое время была предложена М.Н. Летошневым [1.2].

Известно, что наиболее полной характеристикой непрерывной случайной величины X является закон распределения F(x), который определяет вероятность того, что случайная величина X окажется меньше наперед заданного значения x, т.е.

Вероятность попадания случайной величины в диапазон от x до x+ x

может быть найдена как

P x X x x F x x F x .

Отношение этой вероятности к величине ∆х при ∆х → 0 определяет

дифференциальную форму закона распределения или, как говорят, плот-

ность вероятности на участке ∆х.

Наблюдения за изменчивостью размеров и других физикомеханических свойств семян показали, что с большей степенью достовер-

ности она может быть описана нормальным законом распределения.

Плотность распределения по этому закону описывается уравнением:

а интегральная функция, соответственно:

где mх, ζ – числовые характеристики случайной величины:

и среднеквадратическое отклонение

Поскольку числовые характеристики чаще всего приходится определять экспериментально, причем, количество измерений n ограничено, то при расчетах их заменяют статистическими оценками:

Для выбора способа разделения компонентов смеси и размера рабочих элементов прежде всего изображают вариационные кривые (графики дифференциальных функций) для всех составляющих смесей.

Взаимное расположение вариационных кривых основной культуры и примесей может определить возможность разделения смеси и выбрать ориентировочные размеры рабочего элемента для отделения от сорняков (рис.

1.1).

Рис.1.1 Выбор размеров рабочих элементов, разделяющих смесь

Предварительный выбор размеров хн и хв может оказаться достаточно случайным, основанном на предварительном опыте, возможном наборе ра-

9

бочих органов или рекомендациях предшественников. По окончании расчетов эти значения можно будет вполне осознанно изменять.

Вероятность прохода компонентов в конечный продукт Ркк может быть определением с помощью функции нормального распределения (1.4):

Разумеется, результат очистки зависит от исходного содержания каждого компонента в обрабатываемой среде [1.3].

Пусть, например, исходный ворох, содержит кроме основной культуры А, три вида сорняков В, С, D (табл.1.3.).

Содержание компонентов А, В, С, D в исходной смеси определяется при агротехническом анализе исходного вороха, а при составлении схемы очистки считается известным. Значения a,a1; b,b1; с,с1; d,d1необходимо вычислить, например

где Ра – вероятность попаданий элемента А в конечный продукт.

В свою очередь Ра, будет зависеть от вероятности прохода в конечный продукт Рк.к. компонента А по всем использованным признакам распределения смеси.

Если результаты разделения смеси по отдельным рабочим органам считать независимыми, то

i 1

где q – число признаков разделения смеси в схеме очистки.

Естественно, что вероятность противоположного события, т.е. попадания семян, допустим, основной культуры в отходы представляет собой разность