Внутрипочвенное внесение минеральных удобрений в многолетних насаждениях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Ещин, Александр Вадимович

• Ещин, Александр Вадимович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ещин, Александр Вадимович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Эффективность внесения минеральных удобрений в плодоносящих садах, анализ способов и форм внесения.

1.2 Анализ технических средств механизации процесса внутрипочвенного внесения удобрений.

1.2.1 Устройства для внутрипочвенного внесения удобрений непрерывного действия.

1.2.1.1 Рабочие органы, совмещающие внесение удобрений с обработкой почвы.

1.2.1.2 Шагающие рабочие органы.

1.2.1.3 Ротационные рабочие органы.

1.2.1.4 Приспособления для образования гидроимпульсных струй.

1.2.1.5 Внесение удобрений гидромониторным способом.

1.2.2 Устройства для внутрипочвенного внесения удобрений периодического действия.

1.3 Обоснование цели и задач исследований.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

• И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ВНУТРИПОЧВЕННОГО

ВНЕСЕНИЯ РАСТВОРОВ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ.

2.1 Обоснование направления теоретических исследований определения пространственного положения активной части корневой системы плодовых деревьев.

2.2 Теоретические предпосылки гидроимпульсного способа внесения жидких удобрений в почву.

2.2.1 Обоснование параметров гидроимпульсного устройства.

2.2.2 Определение коэффициента относительной потери скорости.

2.2.3 Обоснование электрогидравлических параметров устройства.

2.2.4 Электрические параметры генератора импульсных токов.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ.

3.1 Экспериментальные исследования процесса гидромониторного

N внутрипочвенного внесения растворов минеральных удобрений.

3.1.1 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.1.2 Анализ уравнения регрессии.

3.2 Электрогидроимпульсное внутрипочвенное внесение растворов минеральных удобрений.

3.2.1 Экспериментальные исследования процесса проникновения высоконапорной струи жидкости в почву при инициировании давления в гидроимпульсной камере с использованием электрогидравлического эффекта.

3.2.1.1 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.2.1.2 Проверка теоретического закона проникновения струи высоконапорной жидкости в почву.

3.2.2 Экспериментальные исследования процесса работы гидравлического клапана гидроимпульсного устройства.

3.2.2.1 Методика проведения экспериментальных исследований.

3.2.2.2 Анализ опытных данных.

ГЛАВА 4. ЭНЕРГОЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА

ВНУТРИПОЧВЕННОГО ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ.

4.1 Определение стоимости изготовления машин для внесения удобрений.

4.2 Энергетическая эффективность технологического процесса внесения удобрений.

4.3 Сравнительная экономическая оценка операции удобрения плодовых насаждений различными агрегатами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Внутрипочвенное внесение минеральных удобрений в многолетних насаждениях»

Эффективное производство продукции садоводства возможно при внедрении интенсивных технологий, которые предполагают использование высокопроизводительных машин, обеспечивающих соблюдение всех агротехнических требований при выполнении основных технологических операций. Среди них внесение удобрений - одна из операций, качественное выполнение которой позволяет повысить урожайность плодовых культур в несколько раз. Поэтому работы по созданию и совершенствованию машин для внесения удобрений и разработка новых технологий внесения с использованием новых машин постоянно актуальны.

В настоящее время для внесения удобрений в плодовых насаждениях используют машины, распределяющие твердые гранулированные минеральные удобрения по поверхности почвы, иногда с последующей заделкой на глубину 10.20 см, что не обеспечивает оптимальные условия потребления многолетними насаждениями питательных веществ заключенных в удобрениях и ухудшает экологическую ситуацию.

В связи с этим исследования, связанные с созданием новых перспективных машин, а именно с изучением новых способов внесения, приобретают определяющее значение.

Наиболее перспективным направлением является разработка машин осуществляющих адресное внутрипочвенное внесение растворов минеральных удобрений с использованием гидроимпульсных высоконапорных струй. Совершенствование таких машин позволяет увеличить коэффициент использования удобрений до максимального значения и способствует улучшению экологической обстановки.

Настоящая работа содержит результаты исследований процессов гидромониторного внутрипочвенного внесения растворов минеральных удобрений и гидроимпульсного — высоконапорной струей, формирующейся в результате проявления электрогидравлического эффекта.

Научная новизна исследований состоит в том, что:

- выделены аналитическим путем новые элементы классификации устройств для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений в плодовых насаждениях;

- разработана методика определения пространственного расположения активной части корневой системы плодовых насаждений с применением ПЭВМ;

- получена теоретическая модель проникновения высоконапорной струи жидкости в почву;

- предложены методические рекомендации постановки опытов по исследованию работы устройств для гидромониторной и гидроимпульсной подачи жидкости в почву;

- установлены оптимальные режимы работы устройства для гидромониторного внутрипочвенного внесения растворов минеральных удобрений;

- предложено совершенно новое (на уровне изобретения) устройство для внутрипочвенного электрогидроимпульсного внесения растворов минеральных удобрений и определены режимы его работы.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследований способов и форм внесения, а также конструкций устройств осуществляющих внесение минеральных удобрений в плодовых насаждениях, которые оказали непосредственное влияние на направление дальнейших исследований.

2. Элементы теории процесса проникновения струи высоконапорной жидкости в почву.

3. Конструкционные схемы рабочих органов для внутрипочвенного гидромониторного и электрогидроимпульсного внесения растворов минеральных удобрений.

4. Методики определения режимов работы и конструкционных параметров предложенных рабочих органов.

Работа выполнена в отделе механизации Государственного научного учере-ждения Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства (ГНУ ВСТИСП) в 2002 - 2005 годах. Экспериментальные исследования проводились в ОС «Центральная» ГНУ ВСТИСП.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Ещин, Александр Вадимович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ эффективности внесения удобрений, способов и форм их внесения, а также существующих устройств для внутрипочвенного внесения удобрений показал, что внесение удобрений в междурядья плодовых насаждений повышает урожайность плодов на 50% и более; удобрения предпочтительнее вносить в жидком виде в зону размещения наибольшей концентрации активной части корневой системы (15.50 см от поверхности почвы); определение места расположения основной массы всасывающих корней осложнено множеством факторов; наиболее перспективные технические решения устройств для внутрипочвенного внесения растворов минеральных удобрений - использование гидромониторного способа внесения или гидроимпульсного при использовании для образования высоконапорных струй электрогидравлического эффекта.

2. Предложена общая методика определения места расположения основной массы активных корней, основанная на обобщении опыта, накопленного на сегодняшний момент при изучении влияния различных факторов на расположение всасывающих корней и систематизации этих данных в ПЭВМ с использованием пространственной корневой функции.

3. В результате проведения теоретических исследований получены аналитические и графическая зависимости между основными техническими и технологическими параметрами процесса гидроимпульсного внесения растворов минеральных удобрений в почву, которые служат основой для проектирования гидроимпульсной установки внутрипочвенного внесения растворов минеральных удобрений.

4. Определены оптимальные параметры, обеспечивающие по всему диапазону изменяемых факторов, достижение максимальной глубины проникновения струи рабочей жидкости в почву при гидромониторном внесении: положение насадка вертикальное, диаметр выходного отверстия насадка D = 16.20 мм, скорость движения агрегата V= 2,2.3,2 км/ч, однако рассмотренный гидромониторный способ внутрипочвенного внесения растворов минеральных удобрений не приемлем, поскольку глубина проникновения раствора (hmax = 6,5 см) и качество внесения не соответствуют агротехническим требованиям.

5. Предложенное устройство для электрогидроимпульсного инъектирования жидкости в почву отвечает агротехническим требованиям внесения минеральных удобрений, позволяет осуществлять дистанционное регулирование глубины и дозы внесения рабочей жидкости посредством регулирования энергии и частоты следования высоковольтных импульсных разрядов, и рекомендуется нами к использованию для внесения растворов минеральных удобрений в многолетних насаждениях.

6. Оптимальными параметрами установки для электрогидроимпульсной подачи жидкости являются - величина межэлектродного промежутка электрогидроимпульсной камеры 1.2 мм, зазор в разряднике 0,3.2 мм, энергия разряда не менее 3 кДж, мощность источника энергии не менее 1 кВт.

7. Испытания лабораторного образца устройства для электрогидроимпульсной подачи жидкости в почву показали идентичное, с доверительной вероятностью 95% совпадение процессов проникновения высоконапорной струи жидкости в почву, происходящих в почвенном пласте с предложенной теоретической моделью.

8. В результате экспериментальных исследований гидравлического клапана электрогидроимпульсного устройства определены оптимальные режимы его работы: расход рабочей жидкости 1,25.2,0 м3/ч; напор в напорном трубопроводе 0,1.0,2 м; напор в трубопроводе, обеспечивающем заполнение гидроимпульсной камеры 1,40.2,35 м; максимально допустимая потеря напора в сливном трубопроводе до 0,05 м, что показывает возможность использования низконапорных малопроизводительных насосов для подачи рабочей жидкости к гидроимпульсному устройству.

9. Годовая экономия денежных средств при использовании предлагаемой машины по сравнению с базовой составит 1338,33 руб./га, годовой экономический эффект 1349,82 руб./га.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ещин, Александр Вадимович, 2006 год

1. Рубин С.С., Полувековые исследования влияния удобрений на продуктивность садов и агрохимические показатели почв //Вестник с/х науки, №3, 1981, с. 20.

2. Рубин С.С., Исследования по удобрениям в Венгерской народной республике //Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №12, 1971.

3. Москаль Е.И., Эффективность минеральных удобрений в орошаемых насаждениях яблони на юге Украины //Садоводство. Республиканский межведомственный тематический сборник, в. 34 Киев: издательство «Колос», 1986.

4. Савицкий И.А., Эффективность дифференцированной системы удобрения яблони в Донбассе // Садоводство. Республиканский межведомственный тематический сборник, в. 36-Киев: издательство «Колос», 1988.

5. Криворучко Г.И., Реакция корневой системы яблони на внесение в почву минеральных удобрений // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №3, 1977, с. 16.

6. Майдебура В.И., Влияние удобрений на рост корневой системы яблони //Селекция и агротехника плодово-ягодных и овощных культур. Научные труды УСХА, в. 220-Киев, 1978.

7. Эйсмонд А.К., Продуктивность яблони и развитие ее корневой системы в зависимости от условий питания // Садоводство. Республиканский межведомственный тематический сборник, в. 37 Киев: издательство «Колос», 1989, с. 62.

8. Попович П.Д., Система удобрений плодовых насаждений // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №11, 1981.

9. Савицкий И.А., Дифференцированная система удобрения плодового сада //Агрохимия, №7, 1989, с. 30.

10. Чечиль В.И., Эффективность минеральных удобрений в насаждениях яблони // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №3, 1985, с. 18.

11. Дегтярь А.И., Роль минеральных удобрений в повышении продуктивности плодоносящих садов // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №3, 1985, с. 12.

12. Колесников М.Н., Корневая система плодовых и ягодных растений и методы ее изучения М.: изд. с/х литературы, 1962.

13. Трунов А.И., Формирование активной части корневой системы у плодовых и ягодных культур //Научные основы устойчивого садоводства в России -Мичуринск, 1999, с. 96.

14. Кучмасов Е.В., Глубокое внесение минеральных удобрений в плодоносящем саду //Плодоовощное хозяйство, №8, 1987, с. 30.

15. Терехова А.С., Применение жидких комплексных удобрений в садах //Химия в с/х, №9, 1986, с. 36.

16. Голубев Б., В зону питающих корней //Сельские зори, №6, 1982, с. 47.

17. Нурманбетов Т.Т., Динамика роста активных корней яблони в зависимости от подвоя и сорта //Вестник с/х науки Казахстана, №12, 1977, с. 49.

18. Керимов Т.Д., Динамика роста активных корней яблони на вегетативно размножаемых подвоях // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №9, 1983, с. 52.

19. Цымбал А.А., Клиновой С.И., Абдусаламова Л.А., Размещение корневой системы саженцев. "Плодоводство в Нечерноземье", Сб. научн. трудов. М.: Изд. ВСТИСП, 1993, с. 118-124.

20. Пильщиков Ф.Н., Особенности размещения корневой системы яблони на различных типах почв //Известия Тимирязевской СХА, №2 М., 1991, с. 100.

21. Кешелашвили Ш.А., Архитектоника корневой системы яблони на коричневых тяжело-суглинистых почвах //Научные основы интенсивного садоводства и виноградарства в горных условиях Грузии. Научные труды — Тбилиси, 1983, с. 101.

22. Танасьев В.К., Балан В.В., Архитектоника корневой системы яблони в зависимости от конструкции насаждения //Известия Тимирязевской СХА, №4 -М„ 1993, с. 104.

23. Куян В.Г., Развитие активной части корневой системы яблони и ее архитектоника в различных типах садов на дерново-подзолистых почвах //Резервы повышения урожайности плодовых культур. Труды Кубанского СХИ Краснодар, 1988.

24. Бутыло А. Корневая система 50-летних яблонь при различных способах содержания почвы в междурядьях сада //Садоводство, виноградарство и виноделие Молдавии, №9 10, 1993, с. 22.

25. Цивиндо А.В., Влияние различных способов содержания почвы на рост и распространение корней яблони //Вестник с/х науки Казахстана, №1, 1978, с. 39.

26. Водяницкий В.И., Корневая система яблони при различных способах полива //Садоводство и виноградарство, №3, 1998, с. 4.

27. Безолюк Б.В., Архитектоника корневой системы яблони в зависимости от режима капельного орошения // Садоводство, виноградарство и виноделие Молдовы, т.2, 1991, с. 20.

28. Приймак А.К., Удобрение плодовых культур. Краснодар: Краснодарское книжное издательство, 1955, с. 57

29. Киселев В., Внесение удобрений в пальметных садах //Техника в сельском хозяйстве, №5, 1971, с. 16.

30. Гогова К., Механизация удобрения плодовых насаждений //Международный АПЖ, №4, 1991, с. 91.

31. Аниферов Н.Е., Машины для садоводства-JI.: Колос, 1976.

32. Локально-ленточное внесение минеральных удобрений // Техника в сельском хозяйстве, №4, 1986, с. 19.

33. Олещенко Р.К., Обоснование технологического процесса и технических средств внутрипочвенного внесения органоминеральных удобрений на сенокосах и пастбищах //Автореферат на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Киев, 1982.

34. Льопа В., Новый способ внесения удобрений //Механизация сильского господства (Укр.), №8, 1988, с. 12.

35. Уланов А.И., Внутрипочвенный рассеиватель удобрений для ГУН-4 //Эксплуатация МТП при интенсивных технологиях и прогрессивных формах организации труда в растениеводстве. Сборник научных работ. Саратов, 1991.

36. Бейлис В.М., Егоров В.Г., Минеев А.П., Машины для возделывания зер-> новых культур и трав. М.: Россельхозиздат, 1981. - 144 с.

37. Ковриков К.Т., Рабочий орган для подпочвенного внесения туков //Механизация и электрификация сельского хозяйства, №11, 1999, с. 31.

38. Данилов В.И., Механизация послойного внесения фосфорных удобрений //Химизация сельского хозяйства, №7, 1989, с. 62.

39. Оганесян Г.В., Приспособление для глубокого ярусного внесения удоб-^ рений //Садоводство, №4, 1985, с. 19.

40. Кленин Н.И., Егоров В.Г., Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. / Учебник для студентов сред. спец. учеб. заведений М.: изд. Колос, 2003.- 464 с.

41. Машина для послойного внесения жидких минеральных удобрений на хмельниках МЖУ-2,5. Краткий информационный отчет Научно-исследовательского проектно-технологического института хмелеводства, 1996.

42. Мищенко В.Н., Машина МВАС-4 для внесения жидкого аммиака в садах // Химизация сельского хозяйства, №2, 1988, с. 55.

43. Омелюх Я., Половник для полей //Сельский механизатор, №4, 1993, с. 6.

44. Марченко Н.М., Внутрипочвенное внесение жидких удобрений // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №6, 1978, с. 57.

45. Козырев Б.М. Агрегат для локального внесения жидких удобрений // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №8, 1988, с. 59.

46. Поздняков Ю.В., Внутрипочвенное внесение распыленных удобрений // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №4, 1974, с. 13.

47. Нефедов Б.А., Разработка технологии и комплекса машин для внутрипочвенного внесения минеральных удобрений в условиях интенсивного земледелия //Автореферат на соиск. учен. степ, доктора техн. наук М., 1994.

48. А.с. 1500187 А 01 С 23/02, Устройство для внутрипочвенного внесения жидких удобрений, В.М.Родин.

49. Фролов И.В., Универсальная дисковая борона с устройством для внесения жидких растворов //Техника в сельском хозяйстве, №1, 1995, с. 22.

50. Нешдов С.М., Устройство для глубокого внесения минеральных удобрений в интенсивных садах //Ускорение научно технического прогресса в плодоводстве и виноградарстве и задачи молодых ученых. Материалы научной конференции. Алма-Ата, 1987.

51. Прокопенко Д.Д., Обоснование параметров рабочего органа для внесения удобрений на сенокосах и пастбищах //Механизация и электрификация сельского хозяйства, №8, 1984, с. 3.

52. Шкиопу В.В., Машины для глубокого внесения удобрений в садах и виноградниках //Механизация работ в виноградарстве и садоводстве. — Кишинев: Изд. "Картя Молдовяняске", 1979.

53. Семенов В.А., Рабочий орган для внесения удобрений на сенокосах и пастбищах // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №6, 1990, с. 57.

54. Леонов И.П., Технология образования рыхлых дрен и подача в них удобрений //Труды Кубанского СХИ, вып. 229, 1983.

55. Попович Г.М., Средства механизации глубокого очагового внесения удобрений //Механизация производственных процессов в виноградарстве Кишинев: Изд. "Картя Молдовяняске", 1974.

56. Глушко И.Б., Игольчатый подкормщик Кишинев: Партийное издательство Молдавии, 1962.

57. А.с. 407505 А 01 С 23/02, Машина для внесения жидких удобрений, В.М.Бумаков.

58. Егоров В.Г., Опыт создания комбинированных агрегатов для предпосевной подготовки почвы. // Совершенствование технологий и машин в АПК. М., 2001.-С. 8-13

59. А.с. 1209067 А 01 С 23/02, Устройство для локального внесения жидких веществ в почву, Ш.М.Григорян.

60. Womak A.R., Probe-type Injector for Fluid Fertilizers //TRANSACTIONS of the ASAE, v.6, №2, 1990, p. 149.

61. Рыцев Б.П., Агрегат для внесения питательных растворов в почву //Техника в сельском хозяйстве, №6, 1978, с. 29.

62. Бондарев В., Машины и приспособления для внесения ЖКУ //Сельские зори, №10, 1980, с. 19.

63. Соленый П.Р., Машины для глубокого внесения жидких удобрений //Садоводство, №4, 1986, с. 21.

64. А.с. 1824058 А 01 С 23/02, Устройство для внутрипочвенного внесения жидких удобрений, Н.Ф. Скурятин.

65. Попович Г., Основное внесение удобрений //Сельское хозяйство Молдавии, №9, 1979, с. 46.

66. Baker J.L. A point-injector applicator to improve fertilizer management // TRANSACTIONS of the ASAE, v.5, №3, 1989, p.334.

67. Сосинов А.А., Методика расчета гидравлических параметров гидроимпульсных рабочих органов //Тракторы и сельскохозяйственные машины, №10, 1974, с. 22.

68. Шешнев В., Пушка стреляет удобрениями //Сельская новь, №7, 1978, с.18.

69. Шкиопу В.В., Механизация внесения удобрений на виноградной школке //Механизация работ в виноградарстве и садоводстве. Кишинев: Изд. "Картя Молдовянске", 1979.

70. Маликов В.М., Эффективность нового способа внесения минеральных удобрений //Виноделие и виноградарство СССР, №5, 1978, с. 16.

71. Горошко В.В., Подкормщик для гидроимпульсного внесения удобрений //Садоводство, №3, 1987, с. 25.

72. Наугольных Н.А., Рой Н.А., Электрические разряды в воде М.: "Наука", 1971.

73. Чачин В.Н., Шадуя B.JI. и др., Электрогидроимпульсное формообразование с использованием замкнутых камер. М.: Наука и техника, 1985.

74. А.с. 605570 А 01 С 23/02, Устройство для инъектирования жидких веществ в почву, В.Ф. Пустовойт и др.

75. Каинсон А.Я., Механизация внутрипочвенного питания сельскохозяйственных культур М.: Колос, 1970.

76. Дудинцев Е.В., Егоров В.Г., Весной в Центральном Нечерноземье // Земледелие, Т. 4, 1988. с. 18-20.

77. Цымбал А.А., Бычков В.В., Крюков И.В., Машины для возделывания плодовых и ягодных культур. "Плодоводство и ягодоводство России", Сб. научн. трудов, том III. М.: Изд. ВСТИСП, 1996, с. 206-215.

78. Голованов А.К., Математическое описание корневой системы яблони //Вестник московского университета, сер. 17, №1, 1994, с. 13.

79. Рязанов А.Н., Технологическое и техническое обоснование метода и средств гидроимпульсного внесения в почву жидких удобрений //Автореферат на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Москва, 1973.

80. Доброхотов С.А., Исследование процесса гидроимпульсной подачи жидкости в почву //Автореферат на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Москва, 1974.

81. Дрига А.И., Исследование гидроударной установки для очагового внесения удобрений в почву //Автореферат на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -Москва, 1975.

82. Гулый Г.А., Зобов В.А. и др., Электрогидравлический эффект и его применение. Сборник научных трудов. Киев: "Наукова думка", 1981.

83. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных, М.: Колос, 1994.

84. Утков Ю.А. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в механизации уборочных работ в садоводстве М.: НИЗИСНП, 1987.

85. Заявка на изобретение № 2005119366/12 от 22 июня 2005 года. Устройство для инъектирования жидкости в почву, Ещин А.В.

86. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. 3-е издание перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986.

87. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике гидромашинам и гидроприводам. Под. ред. Б.Б. Некрасова. Минск: Высшая школа, 1976.

88. Волкова Н.А., Коновалов В.В., Экономическая оценка инженерных проектов. Пенза: издательство Пензенской ГСХА, 2002.