Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрономические и технологические решения по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Цепляев, Алексей Николаевич, Волгоград

оидиум ВАК России \

\

/

/

< 1

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

Волгоградская Государственная сельскохозяйственная Академия

Агрономические и технические решения по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии

Специальности: 06.01.01 - Общее земледелие

05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Научные консультанты:

заслуженный деятель науки и техники РФ, академик РАСХН, доктор технических наук, профессор Листопад Г.Е.;

заслуженный деятель науки РФ, академик МАИ и ААО, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Филин В.И.

На правах рукописи

Цепляев Алексей Николаевич Кандидат технических

УДК 631.5/ 631.3: 635.6

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Волгоград, 1998

Содержание

Стр.

Основные обозначения и ключевые слова............................... б

Введение........................................................................................... 7

Раздел 1. Агрофизические особенности бахчевых культур. Технологии и технические

средства при их возделывании.......................... 14

1.1. Основные виды бахчевых культур, их характе-

ристика и значение в жизни человека............. 14

1.2. Особенности появления всходов бахчевых

культур .................................................................... 16

1.3. Особенности применения техники на посеве

семян бахчевых ..................................................... 23

1.4. Фенологическая особенность роста и развития

бахчевых культур .................................................. 25

1.5. Физиологические особенности развития сорня-

ков при возделывании бахчевых культур и меры борьбы с ними ....................................... 30

1.6. Физиологические основы уборки плодов бахче-

вых культур и технические средства для ее выполнения ....................................................... 39

1.6.1. Выборочный сбор арбузов..................................... 36

1.6.2. Сплошной сбор арбузов ........................................ 37

1.6.3. Уборка арбузов с использованием приспособлений и механизмов ................................. 38

1.7. Комплекс машин для возделывания и уборки

бахчевых культур и основные показатели его применения ............................................... 48

1.8. Основные показатели возделывания и уборки бахчевых культур, анализ их эффективности ........................................................................ 50

Цель и задачи исследования .................................................. 56

Раздел 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

определения показателей возделывания и уборки плодов бахчевых культур ................. 58

2.1. Выбор технологий и показателей их оценки

при возделывании плодов бахчевых ................ 58

2.2. Определение предельно допустимой площади

возделывания бахчевых ....................................... 69

2.3. Определение урожайности плодов бахчевых

культур и влияние на нее основных факторов ................................................................. 88

2.4. Товарный выход плодов бахчевых и факторы,

влияющие на него .................................................103

2.5. Методика определения энергетических затрат

при возделывании и уборке плодов бахчевых культур ........................................................114

Заключение..................................................................................120

Раздел 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ .......................................122

3.1. Цель и программа исследований ..................................122

3.2. Краткая характеристика агроклиматических ус-

ловий в Нижнем Поволжье ................................123

3.3. Методика и применяемые технические средст-

ва для проведения опытов при возделывании бахчевых культур ......................................124

3.4. Особенности дисперсионного анализа результа-

тов при проведении многофакторных полевых опытов ....................................................131

3.4.1. Дисперсионный анализ двухфакторного

эксперимента............................................................125

3.4.2. Дисперсионный анализ трехфакторного

эксперимента............................................................128

3.5. Особенности регрессионного анализа на основе

методов активного планирования эксперимента ...................................................................149

Заключение..................................................................................158

Раздел 4. Результаты экспериментальных исследований влияния основных факторов на урожайность, товарный выход плодов бахчевых культур на богаре................................159

4.1. Изменение урожайности бахчевых культур от

способов основной обработки почвы ...............159

4.2. Влияние засоренности посевов бахчевых куль-

тур и сроков проведения прополок на урожайность.............................................................162

4.3. Агротехнические приемы уменьшения фазы

"посев—всходы" .....................................................169

4.4. Факторы, влияющие на засоренность посевов

бахчевых и возможные пути ее снижения ............................................................................176

4.5. Повреждение плодов и его вероятные факторы........202

4.5.1. Глубина распространения пластической

деформации при ударе и статическом воздействии..............................................................206

4.5.2. Влияние различных механических нагрузок на сроки хранения плодов............................208

Заключение..................................................................................216

Раздел 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОМ ВОЗДЕЛЫВАНИИ БАХЧЕВЫХ КУЛЬТУР .....................218

5.1. Влияние основных факторов на урожайность и

выход товарных арбузов по залежи ................218

5.2. Изменение урожайности и выхода товарных

арбузов по пласту многолетних трав от действия и взаимодействия факторов ..............237

5.3. Приемы повышения урожайности тыквы при

возделывании по залежи и пласту многолетних трав..........................................................253

5.4 Оптимизация показателей техпроцесса прополочного агрегата на основе математического моделирования ............................................270

Заключение..................................................................................280

Раздел 6. Экономико-математическая модель

комплекса работ по возделыванию бахчевых культур...................................................282

6.1. Определение экономических показателей воз-

делывания бахчевых...............................................282

6.2. Технико-экономические показатели прополоч-

ного агрегата...........................................................294

Заключение..................................................................................301

Общие выводы...............................................................................301

Рекомендации производству.....................................................305

список используемой литературы...........................................306

Приложения....................................................................................327

Основные обозначения и ключевые слова

Т - температура, °С;

г - время, ч;

Э - энергозатраты, МДж;

II - урожайность, т/га;

Ти - выход товарных плодов бахчевых (товарный выход), т/га;

N - доза навоза, т/га;

п - количество сорняков, шт./м2;

Нг - производительность (норма выработки), га/ч (т/ч);

5 - площадь, га ( м2);

5 - относительный прирост;

Ф - фаза развития бахчевых (фенофаза);

Я - площадь питания растений (м2);

КОП - коэффициент относительного прироста (бахчевых, сорняков);

ГТК - гидротермический коэффициент; ФУ - факторы урожая.

Фактор, критерий оценки, дисперсионный анализ, двумерное сечение, уравнение регрессии, поверхность отклика, фенофаза, сетевой график, органические удобрения.

Введение

Современное сельскохозяйственное производство требует решения многих задач, среди которых определяющее значение имеют повышение урожайности сельскохозяйственных культур и увеличение товарного выхода высококачественной, экологически чистой продукции при снижении общих затрат и уменьшении потерь [105]. Особую актуальность приобретает всемерное снижение или полное исключение доли ручного труда за счет комплексной механизации технологических процессов.

Однако при выращивании таких культур как овощные, бахчевые, плодовые, ягодные и им подобные полностью исключить ручной труд при современном уровне развития сельскохозяйственной техники невозможно. Это связано со специфическими свойствами не только самих растений, но и плодов. Так, технологии возделывания и уборки бахчевых включают операции, традиционно выполняемые во всех регионах полностью или частично вручную. Большая часть затрат ручного труда приходится на прополку посевов бахчевых и уборку урожая.

Основное отличие растений бахчевых от других культур в том, что по мере развития они стелятся по поверхности поля и тем самым затрудняют применение машин для уничтожения сорной растительности.

Уборка плодов осложняется из-за значительной вегетационной массы растений и сорняков, чувствительности плодов бахчевых к механическим воздействиям, существенным изменениям их размеров и форм. Кроме того, некоторые виды бахчевых (арбузы, дыни, кабачки и т.д.) требуют проведения выборочных сборов, что пока невозможно выполнить машинным способом.

Урожайность бахчевых во многом определяется почвенно-климатическими условиями, потенциалом продуктивности выращиваемых сортов, качеством семян, засоренности посевов, влагообе-спеченности и другими агротехническими факторами [18,19,20,28, 31,34,76,166].

На товарный выход плодов бахчевых культур существенное влияние оказывают устойчивость сортов к различным болезням, особенно грибковым, организация охранных мероприятий, чистота посевов от сорняков, площади питания растений, сортовая чистота и другие факторы [48,54,213].

Одним из определяющих показателей эффективности возде-

лывания любой культуры являются затраты на производство. Они могут быть охарактеризованы затратами труда или показателями удельных энергетических затрат. По этому показателю возможна наиболее полная оценка при выполнении различных операций.

Возделывание бахчевых культур наиболее выгодно при соответствии площади посева и трудовых ресурсов. Поэтому предельный размер площади наравне с другими может быть отнесен к наиболее важным критериям [133].

Выполнение операции по уборке бахчевой продукции связано с неизбежными механическими повреждениями плодов. От этого показателя зависит в конечном итоге хозяйственная эффективность урожая, его реализация, прибыль и т.д. Его же величина зависит от способа уборки (ручная, механизированная), условий хранения и реализации продукции, кратности воздействия и других факторов. Каждый из них изучался в отдельности многими исследователями [130,135,145,149,179,194,260].

Однако для того, чтобы получить наиболее полную информацию о возможности выращивания той или иной бахчевой культуры, ее площадях и др. необходимо оценку возделывания и уборки проводить по обобщенному критерию [30,133].

Его реальная объективность достигается только после детального изучения агрофизических и биологических особенностей растений и плодов. А поскольку серьезное влияние на все показатели оказывает засоренность посевов, то необходим полный анализ наличия сорняков, динамики их развития, видового состава, количества и биологической массы [21,24,26,39,52,115].

Для решения указанной проблемы необходимо на основе анализа региональных почвенно-климатических условий и агробиологических особенностей развития бахчевых культур обосновать рациональную технологию и разработать технические средства для механизации процессов возделывания и уборки, а также повышения эффективности бахчеводства в условиях сухого земледелия Нижнего Поволжья за счет роста урожайности товарных плодов.

Поэтому цель исследований заключается в разработке агрономических и технических решений по совершенствованию технологий возделывания бахчевых культур на богаре, обеспечивающих снижение удельных энергозатрат на ручных операциях в 2,5... ...3,5 раз по сравнению с общепринятой технологией за счет повышения урожайности и механизации наиболее трудоемких операций.

В теоретических и экспериментальных исследованиях, направленных на достижение поставленной цели, реализованы следующие задачи:

— разработана методика выбора технологий возделывания и убор-

ки бахчевых культур на основе обобщенного критерия эффективности с учетом реальных условий производства, технических средств, трудовых ресурсов и других факторов;

— изучены особенности фенологии бахчевых культур от посева до уборки урожая на примере нескольких видов, динамики засоренности посевов по указанным фазам, а также факторов, влияющих на урожайность в условиях аридного земледелия;

— разработаны способы и приемы возделывания, обеспечивающие максимальный биологический выход продукции на фоне снижения затрат совокупной энергии и использования ручного труда;

— обоснован научный подход к определению предельно-допустимой площади возделывания бахчевых культур на основе выявления наиболее трудоемких процессов с учетом степени механизации и затрат энергии на их выполнение;

— изысканы возможности снижения затрат ручного труда за счет применения современных орудий для прополки посевов бахчевых культур;

— составлена математическая модель обработки посевов бахчевых с использованием прополочного агрегата и на ее основе подготовлены практические рекомендации производству;

— выполнена экономическая и энергетическая оценки технологий и технических средств, рекомендуемых при возделывании бахчевых культур, по которой прогнозируются показатели эффективности от внедрения предлагаемых агрономических и технических решений.

технологии механизированного возделывания бахчевых культур; технологические процессы посева, обработки посевов и уборки плодов; почвенно-климатические, агротехнические, биологические и технологические факторы, влияющие на рост, развитие, урожайность и выход товарной продукции бахчевых культур.

В связи с этим научный поиск агрономических и технических решений целесообразно вести по двум направлениям:

— создание и совершенствование машин для механизации бахче-

— разработка приемов повышения урожайности бахчевых на основе математического моделирования.

Представленные в диссертации материалы по совершенствованию возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии являются итогом многолетних исследований автора, выполненных совместно с сотрудниками и аспирантами по всероссийским и ре-

Объектами исследований являлись:

водства;

гиональным программам: 60.02.07 "Разработать систему воспроизводства почвенного плодородия и получения экологически безопасной овощной и бахчевой продукции на основе эффективного использования севооборотов, ресурсосберегающих систем обработки почв, применения удобрений и мелиорации земель в адаптивно-ландшафтных системах земледелия в условиях Нижнего Поволжья"; 0.СХ.71 "Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств комплексной механизации производства растениеводческой продукции, обеспечивающих повышение производительности труда в 2,0...2,5 раза, снижение удельных энергозатрат топливных и материальных ресурсов"; всероссийской НТП 05118 (темы 01 и 03 (бахчеводство)) на 1986...90 гг., 1991...95 гг.; ВНИИОБ, задание 04(бахчеводство) на 1986...90 гг.; задание "Механизация производственных процессов агропромышленного комплекса Волгоградской области" 1986...90 гг.; Система ведения агропромышленного производства Волгоградской области на 1996...2010 гг.

Научная новизна заключается в обосновании и разработке:

— методики оценки механизированных технологий возделывания бахчевых культур по обобщенному критерию, учитывающему урожайность, выход товарной продукции, допустимую площадь посева бахчевых, затраты энергии, степень использования ручного труда, технологические потери продукции;

— способа получения ранних всходов бахчевых на основе механизации посева с использованием сеялки с оригинальной конструкцией сошника, защищенной патентом на изобретение №210804 от 20.04.98, бюл. №11;

— подборщиков плодов бахчевых культур с укладчиками в транспортные средства, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения №1722952 от 30.03.92, бюл. №12 и др.;

— набора вариантов снижения затрат ручного труда на прополке за счет совершенствования конструкции прополочного агрегата, новизна которой подтверждается положительным решением на выдачу патента;

— теории прогнозирования основных показателей возделывания и уборки бахчевых культур с учетом имеющихся трудовых ресурсов, наличия техники, посевного материала и т.д.;

— прогнозирования сроков прохождения фенологических фаз бахчевыми культурами в зависимости от агроклиматических условий;

— методов определения наиболее трудоемких процессов возделывания бахчевых и минимизации затрат на их выполнение;

— прогнозирования возможных затрат энергии, целесообразности

применения механизмов и трудовых ресурсов на основе исследования наиболее трудоемких процессов;

— математической модели расчета качественных показателей работы прополочных агрегатов в зависимости от эксплуатационных и конструкторских факторов;

— энергетических показателей оценки возделывания и уборки бахчевых культур.

Практическую ценность имеют результаты исследований,

реализованные в виде:

— комплекса машин по возделыванию и уборке бахчевых культур, представленного на ВДНХ в 1978 г., внедренного в 1976...90 гг. в производство в хозяйствах Волгоградской, Астраханской, Ростовской областей