Одной из основных проблем, сдерживающих внедрение цифровых технологий в практику решения задач экологической безопасности сельскохозяйственного производства, является разрыв между существующими достаточно сложными моделями анализа и прогнозирования экологических параметров объектов и территорий, с одной стороны, и информационными технологиями, обеспечивающими интегрированную обработку разнородных данных и доведение результатов до пользователей, с другой. В статье описываются архитектура информационной системы и программно-технологические решения, обеспечивающие ликвидацию этого разрыва. В качестве базовых принципов создания предлагаемой информационной системы используется сервис-ориентированная архитектура и максимально полная автоматизация ее работы. Реализация данных принципов и набора предложенных технологий и инструментов обеспечивает интеграцию разнородных источников исходных данных для проведения экологических расчетов, в том числе данных дистанционного зондирования Земли, а также максимально упрощает работу пользователя. Результаты мониторинга и анализа динамики изменений на территориях, происходящих в ходе сельскохозяйственной деятельности, представляются на специализированной геоинформационной платформе и доступны при работе как со стационарных, так и мобильных устройств пользователей. Проведенная апробация свидетельствуют о реализации заявленной функциональности информационной системы и возможностях расширения состава решаемых задач.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства
2019. — Выпуск 98
Содержание:
В представленной работе рассмотрены результаты исследований по разработке дистанционных методов съема и обработки информации о мелкомасштабной неоднородности распределения вредных объектов в агроландшафтах сельскохозяйственных культур для дифференцированного внесения средств защиты растений. При исследованиях использовались два метода съема и обработки информации о фитосанитарной обстановке на участках поля. Метод дешифровки снимаемой информации, который базируется на решении обратной задачи, когда с полученных изображений удаляли основную культуру, имеющую однородно-периодическую структуру сильно контрастирующую с почвой и сорной растительностью. Вторым перспективным направлением исследований по разработке дистанционных методов съема и обработки информации является метод геокодированого сбора информации на основе использования оптоэлектронных датчиков, работающих в видимой и инфракрасной областях спектра излучений. Сравнительный анализ полученных результатов, при использовании нового метода обработки получаемой информации в сравнении с результатами наземных стандартных учетов засоренности, показал высокую его достоверность, которая составила 91,7%. Исследования так же показали, что спектральные характеристики отражения почвы и зеленых культурных и сорных растений имеют четкие различия по величине значений отражательной способности при съеме и обработке информации с использованием оптоэлектронных датчиков. Это дает возможность использовать данный метод для геокодированного съема информации о гетерогенности распределения сорной растительности на полях до всходов основной культуры или на черных парах для дискретного внесения довсходовых гербицидов. Реализация работ в данном направлении по разработке цифровых технологий дистанционного мониторинга служит основой для реализации технологий по дискретному внесению средств защиты растений, повышающих эффективность и экологическую безопасность применения пестицидов.
Ключевые слова
В статье представлен анализ хода и результатов экспериментальных исследований динамичных рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов. Цель исследований - обосновать функциональные требования к автоматической системе контроля и управления экспериментальными исследованиями почвообрабатывающих агрегатов и их рабочих органов. Исследования были проведены на экспериментальной базе «Красная Славянка» Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Эксперименты проводились согласно матрице двухфакторного центрального композиционного плана. В качестве экспериментального воздействия использовались глубина обработки почвы и скорость перемещения рабочего органа. Выходная функция - тяговое сопротивление динамичного рабочего органа. Качественное выполнение всех пунктов плана позволило получить регрессионную модель с высоким коэффициентом детерминации. Представлена структура эксперимента с использованием автоматической системы контроля и управления экспериментальными исследованиями почвообрабатывающих агрегатов и их рабочих органов. При проведении исследований использовали информационно-измерительный комплекс (ИИК ИАЭП), включающий в себя информационно-измерительную систему ИП-264 с первичными преобразователями усилий тензометрического типа. Используемый информационно-измерительный комплекс позволяет осуществлять частичный визуальный контроль результатов в процессе эксперимента, без возможности автоматического управления экспериментальными воздействиями, сохранять результаты без начального анализа. Сформулированы основные функциональные требования к системе контроля и управления, позволяющие повысить надежность результатов, сократить материальные затраты и время на проведение исследований и тем самым повысить их эффективность.
Ключевые слова
Вопросы создания экологически безопасной технологии переработки сельскохозяйственных отходов, в частности птичьего помёта, на промышленных автономных модульных установках являются приоритетными для всех регионов РФ, в которых ежегодно образуется около 640млн. тонн навоза и птичьего помёта. Только в СЗФО ежегодно образуется около 18,2 млн. тонн навоза и помёта. В настоящее время не существует идеального решения для переработки навоза и помёта, которое позволяло бы экологически безопасно и экономически эффективно утилизировать отходы животноводства и птицеводства с получением удобрения, электрической и тепловой энергии. В основу разработки автономных модульных энерготехнологических комплексов, работающих на курином помёте, положен способ термобарохимической деструкции органических отходов, который отличается высокими экономическими и экологическими характеристиками. Отработка технологического процесса переработки органических отходов проводится на пилотной опытной установке в ФГУП «РНЦ «Прикладная химия». Рабочий процесс при температуре в камере сгорания пиролизных газов около 1000°С протекает без дополнительного внешнего источника тепла, что обеспечивает высокую экономичность. В ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» создана демонстрационная энергоустановка производительностью до 100 кг/ч сухого органического сырья. Результаты проведённых исследований подтверждают возможность создания быстровозводимых модулей получения тепла и электроэнергии, работающих на продуктах переработки сельскохозяйственных отходов, в частности, на курином помёте, которые при сравнительно малых финансовых затратах могут решить сразу несколько задач:-экономическую: исключение транспортных расходов и платы за приём отходов на полигоне; высвобождение дорогостоящих земельных территорий; получение альтернативного топлива типа RDF, электроэнергии, низкопотенциальной тепловой энергии и минеральных удобрений;-экологическую: переработка сельскохозяйственных отходов без загрязнения окружающей воздушной среды и вредных выбросов в почву и водоемы. Модули позволяют обеспечить собственные технологические нужды теплом и электроэнергией.
Ключевые слова
Агропромышленный комплекс в целом и его тепличная подотрасль (светокультура) являются высоко энерго- и ресурсоемкими производствами. Создание экологичных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания и продуктов лечебного назначения представляет собой важную современную проблему. Светокультура является важнейшим способом получения таких продуктов в неблагоприятных климатических условиях. Высокая экономичность тепличного производства продукции достигается за счет его интенсификации. Однако этот же фактор определяет особые экологические угрозы от теплиц. Негативные воздействия на внешнюю среду теплицы заключаются в загрязнении воздуха, грунтовых и поверхностных вод, почвы. Внутренняя среда теплицы влияет на здоровье обслуживающего персонала и качество продукции. Наибольшая доля затрат энергетических ресурсов приходится на создание условий освещения для растений. Обоснована необходимость применения интеллектуальных алгоритмов управления технологическими процессами создания контролируемых условий выращивания растений на основе иерархической модели искусственной биоэнергетической системы светокультуры, обеспечивающих качественный скачек повышения энергоэффективности и экологичности производства. Обоснована концепция создания наилучших доступных технологий светокультуры по критерию энергоэкологичности. Понятие энергоэкологичности выступает системным интегративным критерием оптимальности, который при декомпозиции разбивается на локальные критерии оптимальности в соответствующих задачах оптимизации отдельных иерархических уровней.
Ключевые слова
Метод электрохимической активации предполагает способ перевода воды в метастабильное состояние с заранее заданными свойствами и получение полезных растворов различного назначения, позволяющих повысить эффективность процесса выращивания растений в светокультуре. Исследовано влияние применения питательных растворов, приготовленных на различном сочетании католита (К) и анолита (А) в смеси на урожайность салата и эффективность использования энергии облучения, выраженную коэффициентом статической энергоемкости - с. Данный коэффициент рассмотрен в качестве показателя, косвенно характеризующего энергоэкологичность светокультуры. В результате отмечали увеличение расхода питательного раствора, приготовленного на смеси с соотношением К:А=1:0,5 по сравнению с вариантом на водопроводной воде, обусловленного повышенным биологическим действием. Выявлена эффективность использования питательных растворов минеральных удобрений, приготовленных на смеси К:А=1:0,5: прибавка урожая составила 24,1%, выход сухих веществ увеличился на 54,4%, содержание нитратного азота в продукции снизилось на 13,5% по сравнению с контрольным вариантом на водопроводной воде. Содержание активного кислорода в смеси К:А=1:0,5 на третьи сутки составило 8,55 мг/л, что на 0,58 мг/л превышает значение аналогичного показателя для варианта с водопроводной водой. Эффективность использования энергии облучения на образование 1 кг сухого вещества на 31,6 % выше, чем в варианте с К:А=1:1 и на 35,2 %, чем в варианте с водопроводной водой. Между вариантами К:А=1:1 и водопроводной водой существенная разница не выявлена. Учитывая то, что с может выступать в качестве одного из параметров энергоэкологичности можно предположить, что в варианте выращивания растений на питательном растворе с применением смеси К:А=1:0,5 энергоэкологичность технологического процесса выращивания будет выше, чем в остальных вариантах.
Ключевые слова
Целью исследований была разработка и экспериментальная проверка методики расчета параметров радиационной среды от фитооблучателя, состоящего из узкоспектральных светодиодов, совместное использование которых обеспечивает заданный спектральный состав излучения и облученность в зоне выращивания растений. Для достижения желаемого эффекта узкоспектральные светодиоды должны тщательно подбираться в облучательной установке. Из-за невозможности точно задать спектральные параметры и интенсивность облучения получаемые в экспериментах результаты могут быть несравнимыми между собой. Предложенная в работе методика расчета базируется на точечном методе с учетом отраженных от поверхностей камеры для выращивания растений потоков излучения. Разработана математическая модель качества параметров радиационной среды, создаваемой фитооблучателем. Методика расчета реализована в электронных таблицах Excel. Экспериментальная проверка методики проведена на примере натурной модели фитооблучателя. Экспериментальная проверка показала применимость предложенной методики к расчету создаваемой разноспектральными светодиодами радиационной среды. Отличия между теоретически рассчитанными и реальными параметрами радиационной среды для изготовленной натурной модели фитооблучателя составили доли процента, что меньше, чем точность применяемых измерительных спектральных приборов.
Ключевые слова
Разработаны научные принципы формирования рациональной структуры технологических приемов обработки почвы и ухода за растениями в биологизированной технологии возделывания картофеля. С целью проверки указанных научных принципов и разработки алгоритма формирования рациональной структуры проведены экспериментальные исследования зависимости показателей почвенного состояния и урожайности картофеля от вариантного состава технологических приемов обработки почвы и ухода за посадками картофеля. В качестве критериев эффективности приняты влажность, твердость и температура почвы, а также биологическая урожайность картофеля. Получены экспериментальные данные по указанной номенклатуре критериев в следующие сроки вегетационного периода: до начала полевых работ (14.05.2018г.); после предпосадочной подготовки почвы (28.05.2018г.); после посадки картофеля (14.06.2018г.); после смыкания ботвы (27.06.2018г.); в период цветения картофеля (11.07.2018г.); в период налива клубней нового урожая (28.07.2018г.). Измерение параметров почвенного состояния гребневой поверхности посадок картофеля выполнялось на опытных делянках в зоне клубнеобразования. Методика определения показателей в соответствии с ГОСТ 20915-2011 «Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний». В зависимости от используемых операций (приемов) основной обработки почвы и ухода за посадками влажность почвы изменялась от 19 до 31%, твердость - от 1,4 до 3,1 МПа, температура - от 13,3 до 19,6 С°, урожайность картофеля - от 16,5 до 28,8 т/га. На основе полученных эмпирических зависимостей показателей почвенного состояния и урожайности картофеля при различных вариантах технологических приемов обработки почвы и ухода за посадками построен алгоритм формирования рациональной структуры технологических процессов обработки почвы и ухода за растениями в биологизированных (органических) технологиях возделывания картофеля. Разработанные научные принципы и алгоритм формирования рациональной структуры технологических приемов обработки почвы и ухода за растениями в биологизированных (органических) технологиях возделывания сельскохозяйственных культур являются элементом цифрового органического земледелия и могут быть использованы при проектировании интеллектуальных машинных технологий производства органической сельскохозяйственной продукции в конкретных хозяйственных условиях.
Ключевые слова
Представлены результаты экспериментальных исследований зависимости урожайности картофеля от норм внесения органических удобрений БИОГУМ, средств защиты растений, а также от вариантного состава технологических приемов обработки почвы и ухода за растениями. Методы исследований - проведение и анализ результатов активного эксперимента по оценке влияния элементов машинной органической агротехнологии на продуктивность агроэкосистемы возделывания картофеля в полевом севообороте органического земледелия. Наибольшее влияние на урожайность картофеля оказывает вариантный состав технологических приемов обработки почвы и ухода за посадками картофеля. Является перспективным прием безотвальной основной обработки почвы с последующим глубоким рыхлением междурядий при уходе за посадками, применение которого приводит к повышению урожайности с 16,5 т/га до 28,8 т/га, что составляет 12,3 т/га или 75% по сравнению с контрольным вариантом (отвальная вспашка без глубокого рыхления междурядий). Использование компоста в дозе 90 кг/га по содержанию азота по сравнению с контрольным вариантом приводит к увеличению урожайности картофеля с 17,8 т/га до 24,5 т/га, что составляет 6,7 т/га или 37,5%, а в дозе 180 кг/га - до 29,3 т/га, что составляет 11,5 т/га или 64,6% от контрольного варианта. Является существенным влияние на урожайность картофеля применение биологического защитно-стимулирующего препарата «Витаплан», СП. Его использование при обработке клубней при посадке с дозой 20г/т и последующей 2-х кратной обработке листовой поверхности приводит к повышению урожайности с 21,15 т/га до 27,08 т/га, что составляет 5,93 т/га или 28% по сравнению с контрольным вариантом. Полученные зависимости могут быть использованы при формировании биологизированных технологий возделывания картофеля в конкретных хозяйственных условиях.
Ключевые слова
В статье приведены результаты оценки эффективности стандартных рабочих органов для междурядной обработки посевов столовых корнеплодов в зависимости от способа ориентации сельскохозяйственной машины относительно расположения растений. Изложены результаты исследований по точности вождения сельхозагрегатов при ориентации энергетического средства по «направляющей борозде». Для точности вождения предлагается создание ориентира, увязанного с междурядьями, а именно «направляющей щели», которая формируется при образовании профильной поверхности и используется в дальнейшем при посеве и междурядной обработке. Для этой цели разработан адаптер-щелерез, устанавливаемый между между трактором и сельхозмашиной. Точность вождения посевного агрегата оценивалась смещением рабочих органов при повторном проходе. По величине смещения определялась необходимая защитная зона, при которой обеспечивается сохранность растений. Экспериментами установлено, что при ориентации агрегата по «направляющей борозде» величина смещения может достигать 6 см, соответственно величина зоны роста растений с учетом ширины строки, может достигать 16-18 см или около 30% поверхности гребня. Смещение рабочих органов при ориентации сельскохозяйственной машины по «направляющей щели» достигает 1,5 см. Защитная зона роста растений уменьшается до 8 - 10 см. Установлено, что при повторном проходе агрегата величина щели увеличивается на 1,5 см и при последующих проходах остается постоянной. Смещение трактора при повторном проходе на величину 5 см относительно первого прохода, при возможности поперечного перемещения сельхозмашины относительно трактора, на точность движения сельхозмашины не влияет. Уменьшение зоны роста растений в два раза снижает трудозатраты при ручной прополке, что также снижает затраты на заработную плату на 40,0 тыс. руб./га (при уровне оплаты труда 1,0 тыс. руб. в смену).
Ключевые слова
В статье приведены результаты краткого анализа исследований по энергетической и экологической оценке технологий и технических средств в растениеводстве. Изложены результаты экспериментальных исследований по оценке топливной экономичности и повышения экологической безопасности почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП-КалмГУ. Цель исследований - получение экспериментальных данных по оценке топливной экономичности и экологической безопасности почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП - КалмГУ с динамичными рабочими органами, путем снижения выбросов в атмосферу токсичных компонентов двигателем трактора. Экспериментальные исследования почвообрабатывающего агрегата были проведены на экспериментальной базе «Красная Славянка» Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Эксперименты проводились на различных скоростных режимах работы почвообрабатывающего агрегата на глубине обработки почвы 10 см. В качестве показателей топливной экономичности почвообрабатывающего агрегата рассмотрен расход топлива на единицу выполненной работы, а в качестве параметра экологической безопасности - количества выбросов двигателем токсичных компонентов в атмосферу. Приведены графические и эмпирические зависимости погектарного расхода топлива, количества сэкономленного топлива и уменьшение количества выбросов токсичных компонентов при обработке 1 га площади от скорости движения почвообрабатывающего агрегата. Установлено, что при фиксированном значении глубины обработки почвы 10 см, использование почвообрабатывающего агрегата с динамичными, то есть адаптивными автоматически подстраивающимися к почвенным условиям, рабочими органами, по сравнению с типовыми, обеспечивает экономию топлива в количестве 0,23 - 0,28 кг, способствует уменьшению количества выбросов двигателем токсичных компонентов в атмосферу на 13,11 - 15,96 г при обработке 1 га площади.
Ключевые слова
На основе производственного эксперимента проведено испытание технологии ультрамалообъемного опрыскивания (УМО) с принудительным осаждением капель рабочей жидкости в сравнении с технологией малообъемного опрыскивания (МО) с использованием щелевых плоскофакельных инжекторных распылителей фирмы Lechler при защите капусты от вредителей. Опытные обработки показали, что применение при защите сельскохозяйственных культур усовершенствованного УМО опрыскивателя, имеет значительные преимущества перед технологией малообъемного опрыскивания (МО). В статье дано экономическое и экологическое обоснование преимущества применения новой технологии ультрамалообъемного опрыскивания (УМО) на посадках капусты в Ленинградской области. Применение нового оборудования в технологии УМО позволило снизить в 20 раз расход воды, повысив, тем самым, концентрацию препарата в рабочей жидкости. Принудительное осаждение капель диспергируемой рабочей жидкости оборудованием уменьшает снос мелких капель и увеличивает плотность покрытия пестицидом листовой поверхности. Опытным путем доказано, что без снижения биологической эффективности обработок возможно на 25% понизить норму расхода препарата. Снижение расхода воды, норм применения пестицидов и сноса капель рабочей жидкости имеет важное значение для охраны окружающей среды от загрязнения. Применение в защите растений разработанного учеными оборудования для УМО опрыскивания также оправдано экономически. Как показали расчеты, наибольшая экономия денежных средств получена при сокращении расхода на инсектициды, применяемые при защите капусты от вредителей, учитывая высокую их стоимость (12070,8 руб./кг). Также, в сравнении с традиционным способом МО опрыскивания, сокращаются расходы на воду для заправки опрыскивателя на 92,6%. Поэтому одной заправки при УМО достаточно для работы всю смену и привлекать к работе агрегат по подвозу воды (трактор и СТК-5) не нужно, что значительно уменьшает расходы на используемую технику. Сокращается также количество рабочих занятых на опрыскивании, что экономит денежные средства по заработной плате.
Ключевые слова
В статье изложены результаты экспериментов по применению метода микрофокусной рентгенографии для изучения качества семян земляники в селекционном процессе. Эксперименты показали, что исследуемые семена имели не видимые глазу дефекты. Семена были разделены на четыре группы: здоровые семена, недостаточно выполненные семена, семена с отслоением оболочки от эндосперма, семена с загнившим эндоспермом. Рентгеноскопические снимки семян земляники F. Vesca показали, что наибольшие дефекты семян приходились на щуплые и загнившие семена (по 10%). Общее количество дефектов оценили в 24%, здоровых семян в партии оказалось 76%. Семена земляники сорта Русич выглядели при рентгеноскопической диагностике намного лучше. Дефектных семян разных категорий насчитывалось всего 6%, а здоровых - 94%. Неплохие результаты показала рентгенография семян и по сорту Полка. Наибольшее количество дефектов пришлось на загнивание семян около 10%, дефектных семян набралось 20%, здоровых семян - 80%. Более дефектными оказались семена земляники сорта Зенга-зенгана. Загнивших семян этого сорта было обнаружено почти 14%, а щуплых семян целых 8%. В целом дефектных семян набралось почти 26%, а здоровых - 74%. Еще более худшие результаты получены по семенам земляники сорта Юния смайдс. Загнивших семян обнаружено целых 20%, а щуплых 8%. Почти треть проанализированных семян оказалась с дефектами - 32%, здоровых семян насчитывалось всего 68%. Намного лучшие результаты получены при рентгенографии семян земляники сорта Дивная. Дефектных семян по этому сорту в совокупности набирается всего 12%, соответственно здоровых - 88%. По сорту земляники Сударушка картина не такая радужная. Главным дефектом ее стало загнивание семян 18%. Общее количество дефектных семян составило 26%, а здоровых - 74%. Результаты анализа семян, на жизнеспособность, проведенные рентгеноскопией и путем лабораторного проращивания семян, дали примерно одинаковые показатели. Самые высокие показатели получены по сорту Русич, затем следовали Дивная и Полка. Самые низкие показатели дали семена сорта Юния смайдс. Таким образом, метод микроскопической рентгенографии может быть успешно применен в селекции земляники для определения качества семян.
Ключевые слова
Основным направлением при разработке технологии заготовки сена повышенной влажности в рулонах является консервирование его химическими препаратами в процессе прессования. Это позволяет заготавливать сено влажностью - 30-40%, сократить время вымывания питательных веществ из растений при неблагоприятных погодных условиях и тем самым уменьшать потери при заготовке и хранении. Чистая пропионовая кислота и препарат AIV-2000Плюс представляют интерес для консервирования сена повышенной влажности, они обладают сильными фунгицидными свойствами и блокируют деятельность ферментов, регулирующих дыхание клеток растения. Для определения фунгицидного и бактерицидного действия чистой пропионовой кислоты и препарата AIV-2000 Плюс были проведены экспериментальные исследования с клеверотимофеечной смесью влажностью 30% и 40%. Результаты органолептической оценки сена на вскрытии рулонов через 3 месяца хранения показали, что при использовании химических препаратов в дозе 0,8% от массы сена, влажное сено покрывается плесенью и гнилью. На втором этапе исследований, проверяли способность консервантов предотвращать самосогревание сена в рулонах при влажности 30-40%. Средняя масса рулона была 340 кг, влажность сена 30%, ботанический состав клеверотимофеечная смесь 40%, разнотравье 60%. Рулоны были сложены в поле на настил из поддонов и укрыты рассыпным сеном, температуру измеряли с помощью электронных термощупов в течение 30 суток. В результате при внесении пропионовой кислоты в дозе 1,6 - 2,0% от массы, остаточное содержание протеина в отобранных пробах сена составило 3,5-3,7%, с использованием консервантов и 2,9% без использования консерванта. После 90 суток хранения содержание протеина снизилось незначительно (до 3,1-3,4%).
Ключевые слова
Для малых сельскохозяйственных предприятий (крестьянско-фермерских хозяйств) c небольшим поголовьем животных и низким уровнем механизации раздачу кормов удобно осуществлять порционно, т.е. индивидуально каждому животному в объёме, который соот-ветствует суточному рациону. Поэтому становится актуальной заготовка различных высоко-качественных кормов из трав в малых объёмах в виде порций. Однако из-за небольших объ-ёмов недостаточно изучено изменение качественных показателей корма из травяной массы в процессе его хранения, в частности в условиях кислой среды. В статье рассмотрено измене-ние качественных параметров силосуемого корма из клеверотимофеечной смеси, скошенной в фазу бутонизации. Корм закладывался на хранение в объёме 10-14 кг с различной влажно-стью и обрабатывался жидкими биологическими консервирующими препаратами («Био-троф»), химическими препаратами («Пропионикс ПЛЮС») и электрохимическим активиро-ванным раствором «АКВАЭХА» в сравнении с контрольным образцом, заложенным на хра-нение без внесения консерванта. Сравнительная оценка осуществлялась на основе анализа качественных параметров корма, хранящегося в течении 35 дней, по показателю обменной энергии (МДж/кг СВ). В результате исследований было выявлено, что при консервации в малых объёмах (порционно) травы смешанного травостоя, сохранность обменной энергии в заготовленном силосе в 1,07-1,22 раза выше, чем без применения консервирующих препара-тов. При консервации трав в условиях кислой среды в малых объёмах, скошенных в фазу бутонизации, наиболее эффективны были химический консервант и электрохимический активированный раствор, а трав, скошенных в фазу созревания - биологическая закваска и химический консервант. Применение консервантов нецелесообразно при силосовании клеверотимофеечной смеси в малых объёмах, скошенной на поздних фазах вегетации и провяленной до влажности менее 65%.
Ключевые слова
Создание продуктивных бобово-злаковых травостоев заметно повышает продуктивность и качество производимых кормов. Так, травосмеси фестулолиума с клевером луговым, лядвенцем рогатым, люцерной синегибридной, клевером гибридным в среднем за 4 года пользования в сравнении с чистыми посевами фестулолиума обеспечили повышение продуктивности на 8,3-33,3 т/га зеленой массы. Наиболее оптимальные агрофитоценозы для фестулолиума в смешанных посевах создаются при посеве фестулолиума с клевером луговым и с лядвенцем рогатым, обеспечивая дополнительное получение в среднем за 4 года пользования 12,7 - 16,2 т/га зеленой массы. Клевер луговой продляет долголетие фестулолиуму, а фестулолиум клеверу луговому дополнительно на 1 год. В совместных посевах с люцерной, начиная со второго года пользования происходит почти полное вытеснение растений фестулолиума, в первых укосах на долю люцерны в травостое приходится 70%, во вторых укосах более 80%. Максимальная продуктивность 5,2 т/га зеленой массы за 4 года получена в травосмеси фестулолиума с люцерной синегибридной. Только в первый год пользования для фестулолиума создавались благоприятные условия для роста и развития, а в последующие годы уже со второго года пользования происходит практически полное вытеснение растений фестулолиума в данном биоценозе и замещение его растениями люцерны, второй укос на 80% состоял из люцерны.
Ключевые слова
В настоящее время Россия осуществляет переход к системе НДТ в различных сферах экономики. Разработаны и вступили в силу с 1 июня 2018 года российские справочники по интенсивному выращиванию свиней и интенсивному выращиванию птицы. В статье представлены результаты исследования молочного животноводства в Ленинградской области с точки зрения его воздействия на окружающую среду. Основными особенностями современного молочного животноводства являются крупные предприятия и концентрация поголовья на отдельных участках. Это приводит к накоплению навоза вблизи ферм и повышает риск утечки питательных веществ в водные источники и выбросов аммиака в атмосферу. Приоритетной экологической задачей животноводства Ленинградской области является утилизация навоза на крупных фермах со значительным объемом производства навоза. Технологии переработки навоза, применяемые на молочных фермах Ленинградской области, оценивались по критериям НДТ, а именно: наименьший экологический эффект, высокая экономическая эффективность внедрения и эксплуатации, использование ресурсосберегающих и энергосберегающих практик. Экологическая оценка животноводческих ферм основывается на показателях эффективности использования питательных веществ (азота и фосфора). Был составлен перечень необходимых исходных данных для разработки справочника ним по интенсивному выращиванию крупного рогатого скота и выбора ключевых технологий, которые будут определены в качестве кандидатов в НДТ. Внедрение НДТ-технологий переработки, хранения и внесения навоза позволит сократить выбросы аммиака в атмосферу не менее чем на 20% и, как следствие, сократить потери питательных веществ.
Ключевые слова
Свиноводство характеризуется постоянным обновлением производства, необходимого для достижения баланса между экономикой, экологией и социальным аспектом производства. Высокий потребительский спрос и сокращение производства мяса птицы способствуют ежегодному увеличению потребления свинины, составляющему на сегодняшний день 25,7%. Также реализация доктрины продовольственной безопасности страны способствуют развитию отрасли свиноводства, увеличившую свой объем более чем в 2,5 раза по сравнению с показателем 2005 года. Основная часть производимой свиноводческой продукции, составляющая более 84%, приходится на крупные свинокомплексы, тогда как доля мелкотоварных свиноводческих предприятий, таких как личные подсобные и крестьянско-фермерские хозяйства, не превышает 14%. Развитию крупных свиноферм и комплексов способствует применение современных наукоемких технико-технологических и планировочных решений, обеспечивающих максимально полное использование генетического потенциала животных, а, следовательно, увеличение рентабельности производства. Стагнация малых свиноводческих предприятий обусловлена распространением африканской чумы свиней, отсутствием средств механизации и автоматизации производственных процессов, а также проблемами с реализацией готовой продукции. Дальнейшее развитие отрасли свиноводства связано с увеличением экспорта свинины и субпродуктов, объем которого к 2024 году должен составить порядка 270 тысяч тонн. Для этого необходимо снизить себестоимость производимой продукции до уровня в 68 рублей за килограмм живого веса. Достижение данного результата возможно при применении современных наукоемких технико-технологических и планировочных решений, предусматривающих роботизацию и автоматизацию производственных процессов. На свиноводческих предприятиях производственной мощностью более 6 тысяч голов откормочных свиней в год наиболее эффективной является автоматизированная система кормления сухими комбикормами, предусматривающая минимальное участие человека в технологическом процессе. Для обеспечения животных чистой питьевой водой оптимальным решением является система ниппельного поения с применением различных типов ниппельных поилок для всех половозрастных групп животных. Содержание свиней должно осуществляться на сплошных щелевых полах, под которыми оборудованы навозоприемные ванны, для удаления навоза из которых целесообразно использовать самотечную систему периодического действия ванно-трубного типа. Система организации микроклимата должна обеспечивать возможность удаленного контроля и управления вентиляцией, обогревом, освещением, влажностью всех производственных зданий свинофермы с обеспечением индивидуальных параметров для каждой половозрастной группы животных. Наиболее перспективными для предприятий производственной мощностью до 6 тысяч голов откормочных свиней в год являются технико-технологические и планировочные решения модульного типа, предусматривающие применение частичной механизации и автоматизации производственных процессов. На основе проведенных исследований сделан вывод о необходимости разработки роботизированных и автоматизированных средств искусственного выкармливания поросят сосунов, а также изменения производственной площади станков в зависимости от изменения массы свиней. Для мелкотоварных свиноводческих предприятий перспективным является направление автоматизации и роботизации разработанных решений технологических модулей.
Ключевые слова
В Российской Федерации наряду с другими формами экономической деятельности сельских товаропроизводителей существуют крестьянские и фермерские хозяйства и индивидуальные предприниматели. Их удельный вес в производстве молока составляет 5.6%, мяса - 2-3% с тенденцией к росту. Особенностью этих форм производства является низкая степень механизации и автоматизации технологических процессов, высокие затраты труда, неэффективность производства. Обеспеченность тракторами с мощностью двигателя до 50 л.с. тягового класса 0,6-0,9 в этих хозяйствах составляет только 5,5% в Центральном Федеральном округе и 14,7% в Северо-Западном Федеральном округе. Трактора со сроком эксплуатации более 9 лет составляют 60% имеющегося парка. На одно хозяйство в Центральном Федеральном округе приходится 0,34 шт. погрузчиков, в Северо-Западном Федеральном округе - 0,03 шт., раздатчиков кормов - 0,13 шт. и 0,05 шт., соответственно, что критически мало. Основой механизации технологических процессов на фермах КРС в крестьянских и фермерских хозяйствах, с поголовьем до 500 голов, может быть энергосредство тягового класса 0,6 с комплектом технологических машин, обладающих высокой маневренностью и универсальностью. Минимально необходимый комплект включает энергетическое средство с двигателем мощностью 25-30 л.с. тягового класса 0,6, грейферный погрузчик грузоподъемностью 300 - 500 кг со сменными рабочими органами, полуприцеп самосвальный грузоподъемностью до 2000 кг, кормораздатчик с объемом кузова 5 м3, бульдозер с шириной захвата от 1,6 до 2,2 м. Использование МЭС-0,6 с инновационным комплектом машин обеспечит снижение затрат труда на производство 1 ц молока с 4,1 до 1,5 чел-ч, позволит обслуживать одному работнику до 26-29 коров, будет способствовать закреплению трудоспособного населения на селе, решая важную социально-экономическую задачу.
Ключевые слова
Современные достижения селекции и генетики животных предъявляют совершенно новые требования к технологическим решениям и оборудованию в секциях опороса свиноматок. Для реализации заложенного в животных генетического потенциала необходимо определить направления дальнейшего совершенствования станочного оборудования для опороса с учетом предъявляемых к нему зоотехнических требований. Основной задачей является повышение сохранности приплода за счет обоснования технологических решений секций для опороса и параметров станков для опороса. Для этого были проанализированы различные решения, используемые в промышленном производстве свинины. При высокой планируемой многоплодности свиноматок целесообразно на стадии проектирования закладывать увеличенную площадь станков для опороса. В соответствии с условиями производства важно правильно выбрать расположение станков в изолированных секциях. Конструкция фиксатора для свиноматки и его габаритные размеры должны соответствовать антропометрическим данным используемой породы свиней. На практике, у свиноматок с многоплодием более 14 поросят не хватает сосков для выкармливания всего приплода. В таких случаях лишних поросят-сосунов подсаживают к свиноматкам, у которых есть свободные соски. Однако это не гарантирует их выживаемость. Для исключения данной проблемы необходимо разработать роботизированное устройство для выпойки поросят-сосунов. В каждой изолированной секции для опороса следует предусмотреть дополнительную площадь для поросят-сосунов из гнезд, превышающих 14 голов. Содержат их без свиноматки, а кормление осуществляется с помощью роботизированного устройства для выпойки поросят которое располагается в центре станка и обеспечивает круговой доступ поросятам.
Ключевые слова
В настоящее время наибольшее распространение на молочных фермах и комплексах КРС в России имеют несложные по конструктивному исполнению и простые в эксплуатации пневматические пульсаторы. Проведены исследования 12 пневматических двухтактных пульсаторов мембранного типа LL90 компании InterPuls. В процессе исследований испытывались и записывались диаграммы циклов работы пульсаторов, с различным состоянием фильтров, на переносной лабораторной установке. В результате проведенных исследований, без фильтра и крышки, вакуумметрическое давление на выходе пульсаторов находится в диапазоне 43,6 - 42,6 кПа, при сильном загрязненном фильтре, оно снизилось до диапазона 43,1 - 41,6 кПа, и падение вакуума составило от 0,2 до 1,2 кПа, что в процентном соотношении составляет 0,46 - 2,76 %. Таким образом уровень загрязнения фильтра существенно не влияет на работоспособность пульсатора и не может нанести непоправимый вред животному.
Ключевые слова
Животноводческие фермы, так же, как и промышленные предприятия, являются загрязнителями природы. В воздухе животноводческих помещений преимущественно содержатся: углекислый газ, аммиак, метан и другие газы. Вентиляционный воздух непрерывно выносит в наружную атмосферу вредности, образующиеся внутри помещений, что ухудшает экологическую ситуацию, как в локальном, так и планетарном масштабе. Одним из способов уменьшения загрязнения атмосферы вентиляционными выбросами коровников является использование их в культивационных сооружениях. В сооружениях защищенного грунта, возможны три способа утилизации вентиляционных выбросов коровника, где наиболее эффективным и безопасным является подача выбросов в подпочвенный слой прифермской теплицы. Одним из показателей, позволяющих оценить рациональность подачи вентиляционных выбросов животноводческих помещений КРС через почвенный субстрат с целью повышения урожайности растений, является определение энергетической эффективности. Эффективность утилизации вентиляционных выбросов коровника с точки зрения энергозатрат, определяется на основе опытных данных при выращивании цветов бархатцев. Расчетно-аналитический метод показал, что содержащиеся в вентиляционных выбросах коровника углекислый газ и аммиак могут быть использованы для подкормки растений в теплицах. При этом удельные энергетические затраты снизились на 20,5%, энергосодержание готовой продукции увеличилось на 65,5%, а коэффициент энергетической эффективности - на 25%. Преимущества опытного варианта по энергетическим показателям получены вследствие повышения урожайности растений за счет подачи вентиляционных выбросов коровников через почвенный субстрат культивационного сооружения. Подача вентиляционных выбросов в культивационные сооружения позволит не только снизить выброс вентиляционных выбросов от животноводческих помещений в окружающую среду, но при этом повысить урожайность цветов, плодородие субстрата и, как следствие, сократить расход минеральных удобрений при выращивании растений.
Ключевые слова
Решение проблемы повышения устойчивого состояния природной среды требует системного подхода на всех этапах функционирования действующих технологий переработки навоза в органическое удобрение, либо внедрения новых технологий, обеспечивающих снижение негативного воздействия на окружающую среду. Одним из путей обеспечения экологической устойчивости природной среды является уменьшения объема получаемого органического удобрения с увеличением концентрации в нем питательных веществ. Данный подход позволяет повысить экономический эффект предприятия за счет снижения объема перевозимого органического удобрения и уменьшения затрат на его транспортировку. Выполнение данных условий можно достичь за счет применения технологий глубокой переработки. На свиноводческом комплексе Северо-Западного федерального округа была апробирована экспериментальная установка глубокой переработки свиного навоза. Апробация технологии глубокой переработки свиного навоза на экспериментальной установке показала, что химические показатели полученной жидкости соответствуют требованиям, предъявляемым к жидкостям, используемым на полях орошения. Доведение очищенной жидкости до нормативов к сбросу в открытые водоемы, может быть достигнуто за счет добавления второй ступени очистки с применением химических реактивов для связывания молекул аммиака, либо за счет доочистки полученной жидкости на полях орошения или полях фильтрации.
Ключевые слова
К одному из виду отходов, содержащих экскременты животных относятся навозосодержащие стоки доильного зала, которые представляют собой смесь естественных выделений животных и технологической воды. В ИАЭП разработана технология их подготовки для последующего использования в качестве питательного раствора при выращивании цветочных культур в культивационных сооружениях. Одним из этапов этой технологии является аэрация, влияние которой на окружающую среду не изучено. В лабораторных условиях были проведены поисковые исследования по определению эмиссии аммиака в атмосферу из навозосодержащих стоков при их аэрации. Для исследований была использована лабораторная установка, состоящая из корпуса, с установленным в нем вентилятором, и вытяжной трубы с датчиками аммиака и скорости движения воздушного потока. Объем аэрируемых стоков составлял 4 л, объем подаваемого воздуха - 1 л/мин, продолжительность аэрации - 4,8 часа. Значения концентрации аммиака и скорость воздушного потока в трубе фиксировались с периодичностью 15 секунд. За время аэрации эмиссия аммиака, в зависимости от продолжительности хранения стоков, составила 70,1-81,6 мг. На 1 г сухого вещества, содержащихся в навозосодержащих стоках доильных залов (влажностью 99,91%) при их аэрации в день отбора эмиссия аммиака составила 4,72 мг/ч.
Ключевые слова
Увеличение количества жидкого и полужидкого навоза ставит задачу поиска и апробации новых, более эффективных технологий его подготовки к использованию. Одной из таких технологий является технология подкисления. Снижение рН до значения 5,5-6,0 позволяет свести к минимуму эмиссию аммиака из навоза, тем самым сокращая негативную нагрузку на окружающую среду и повышая его удобрительную ценность. Для оценки перспектив применения данной технологии в Российской Федерации проведен анализ ее экономической эффективности на примере двух свиноводческих предприятий Северо-Западного Федерального округа. В ходе экспериментальных исследований установлено, что для снижения рН навоза до заданного значения требуется серной кислоты концентрацией 96% 3,7 л/м3 (образец №1) и- 1,2 л/м3 (образец №2). Данного количества кислоты достаточно, чтобы, с одной стороны, погасить естественную буферность навоза, с другой - не превысить необходимые значения рН. Экономический анализ, проведенный на основании полученных данных по расходу серной кислоты показал, что для предприятия №1 ежегодные затраты на подкисление навоза в хранилище составят около 8,6 миллионов рублей при сокращении платы за негативное воздействие на 11,5 тыс. рублей, для предприятия №2 - 3 миллиона рублей и 623 рубля, соответственно. Однако расчеты для одного иностранного свиноводческого предприятия показали, что годовые затраты снизятся на 3,2 миллиона рублей за счет сокращения расходов на закупку и внесение минеральных удобрений и меньшей стоимости внесения жидкого навоза.
Ключевые слова
В статье рассмотрены основные направления исследований по решению агроэкологических проблем и результаты научных проектов, выполненных в рамках европейских программ сотрудничества ИАЭП - филиалом ФГБНУ ФНАЦ ВИМ совместно с российским и зарубежными партнерами в 2005-2018 годах. Основные результаты проектов - это научно-методическое руководство по созданию системы экологического менеджмента сельскохозяйственных предприятий; рекомендации по организации и проведению производственного экологического контроля систем переработки и использования навоза (помета); рекомендации по обоснованию экологически безопасного размещения и функционирования животноводческих/птицеводческих предприятий; рекомендации по определению наилучших доступных технологий для интенсивного животноводства Российской Федерации (на примере СЗФО). Для эффективного выбора наилучших доступных технологий создана он-лайн база данных технологий утилизации навоза и помета, освоена практика разработки и внедрения технологических регламентов, обеспечивающих экологически безопасное функционирование этих технологий. Эколого-экономический эффект от применения НДТ утилизации на одном предприятии достигает 29220 тыс. руб. в год. На основе накопленного опыта сформулированы основные направления перспективных агроэкологических исследований.
Ключевые слова
В 2015-2018 годах в институте прошли четыре научно-практических международных конференции с названием - «Энергосбережение, использование возобновляемых источников энергии». Организаторы конференции: Комитет по агропромышленному и рыбохозяйственному комплексу Правительства Ленинградской области, Комитет по топливно-энергетическому комплексу Правительства Ленинградской области, ГП «Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси», ГКУ ЛО «Центр энергосбережения и повышения энергоэффективности Ленинградской области» и ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства». В работе конференций приняли ученые и специалисты из ведущих научных, производственных и учебных коллективов трех стран: России, Беларуси и Казахстана. Также в работе конференции приняли участие представители исполнительных органов власти федерального и регионального уровней, что свидетельствует о большой значимости для практического использования обсуждаемых на конференции докладов по проблемам энергосбережения и защиты окружающей среды. В выступлениях участников конференции изложены результаты теоретических и прикладных исследований и разработки новых технологий и технических средств, целью которых является: повышение уровня энергетической безопасности и надёжности энергоснабжения предприятий и сельских поселений, в том числе за счёт широкого использования местных и возобновляемых энергоресурсов (ВИЭ); вовлечение ВИЭ в топливно-энергетический баланс; сокращение затрат на производство, распределение и транспортировку электрической энергии и топлива; энергосбережение и повышение энергоэффективности производства сельхозпродукции; снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду; эффективное использование энергетического потенциала Союзного государства России и Белоруссии. В 2019 году планируется проведение пятой международной конференции «Интеллектуальные энергосберегающие технологии с использованием возобновляемых источников энергии» в рамках XI Международной научной конференции «Экология и цифровые. интеллектуальные агротехнологии: проблемы и решения». На этой конференция предполагается продолжение рассмотрения проблем, представленных на предыдущих четырех конференциях и расширение тем выступлений. Это связано с началом реализации проекта по Программе приграничного сотрудничества Юго-Восточная Финляндия - Россия 2014-2020 «Создание российско-финского учебного центра по биоэкономике - BioCom». На конференции особое внимание предполагается уделить биогазовым станциям, причем не только научным разработкам, но и их практической реализации.
Ключевые слова
В Институте агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) филиале ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (г. Санкт-Петербург-Пушкин) 6 декабря 2018 года проведена секция 6 «Цифровые технологии обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства» Международной научно-технической конференции «Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства» (организатор ФГБНУ ФНАЦ ВИМ). На заседании секции были доложены результаты более 20 работ по тематике секции. В статье приведены основные результаты работ ИАЭП, научных и производственных организаций с которыми институт сотрудничает по созданию цифровых технологий обеспечения экологической безопасности сельскохозяйственного производства. Направления работ: экологические проблемы сельскохозяйственного производства, методы их решения; методы разработки и реализации цифровых технологий; цифровые технологии и технические средства их осуществления; нетрадиционная энергетика в цифровых технологиях. Анализ результатов завершенных и поисковых работ свидетельствует о больших потенциальных возможностях ИАЭП и сотрудничающих с нами научных и производственных организаций в области разработки цифровых технологий. Организация научных исследований по программе «Цифровое сельское хозяйство (Умное сельское хозяйство)» требует создания условий для плодотворного междисциплинарного сотрудничества в решении наиболее острых проблем развития АПК России, в том числе проблем обеспечения экологической безопасности. Материалы конференции являются подтверждением возможности и целесообразности междисциплинарного сотрудничества, начало которого положено ИАЭП.
Ключевые слова
В статье приводятся результаты применения в качестве экспресс-метода технологии высыхающей капли, основанной на акусто-механическом импедансе, измерении динамики изменения механических свойств высыхающей капельки жидкости, построении импеданс-годографа и сравнение его с полученными ранее данными стандартного образца продукта. В работе рассматривается возможность применения метода ТВК для анализа качества продуктов питания. При наличии достаточно хорошей базы данных эти измерения не займут много времени и достаточно точно позволят определить качество продукции. В отделе радиофизических методов в медицине ИПФ РАН (г. Нижний Новгород) разработан прототип прибора, который силами студентов НГСХА был испытан при измерении акусто-механических характеристик молочной продукции и соков разных производителей, при различной степени разбавлении их водой, моделировании фальсификации продукции. Продукты отличались по составу и пищевой ценности. Всего было проделано 5 серий опытов с молочными продуктами и одна серия опытов с соком и нектарами. В первом случае было 7 вариантов разбавления водой, во втором - 3 варианта. В результате измерений были получены импеданс-годографы, показывающие динамику изменяющихся в процессе высыхания капли механических свойств жидкости, которые отражают зависимость изменяющихся параметров от состава жидкости. Полученные в ходе выполнения работы результаты показали, что данная технология позволяет определять степень разбавления продукта водой, многокомпонентность состава продукции, несоответствие этого состава натуральному продукту.