Efficient depth of primary soil cultivation

Abstract

Examples of determination of optimal soil cultivation depth during grain production are considered. Obtained mathematical model permits to determine optimal soil cultivation depth in specific environmental and economic conditions.

Full Text

УДК 631.31 ТСМ № 10-2014 Экономичная глубина основной обработки почвы Д-р техн. наук, академик РАН В.В. Бледных, д-р техн. наук П.Г. Свечников (Челябинская ГАА, dzo@csaa.ru) Аннотация. Рассмотрены примеры определения оптимальной глубины обработки почвы при производстве зерна. Полученная математическая модель позволяет в конкретных природных и экономических условиях определить оптимальную глубину обработки почвы. Ключевые слова: обработка почвы, оптимальная глубина, эксплуатационные затраты, экономический эффект, производительность, урожайность, потери урожая. Один из важнейших факторов, обеспечивающих величину и стабильность урожая - качество обработки почвы. В современной агрономической науке под ним подразумеваются: заданная глубина обработки и ее вариации, крошение почвы, положение слоев до и после обработки, качество оборота пласта, заделка жнивья и растительных остатков, сохранение жнивья на поверхности поля, перемешивание растительных остатков с верхним слоем почвы и т.д. Оптимальной для конкретных условий можно считать ту глубину обработки почвы, при которой продукция, произведенная на ней с использованием имеющихся ресурсов, обладает всеми нужными свойствами и невысокой стоимостью. Исследования Д.Н. Прянишникова, Н.К. Недокучаева, А.А. Князева и других ученых [1-3] показывают, что урожайность зерновых культур зависит от глубины основной обработки почвы. Потери (недобор) урожая в зависимости от глубины основной обработки почвы представлены в условных долях на рис. 1. Эти экспериментальные данные с помощью метода наименьших квадратов можно аппроксимировать зависимостью: (доли), (1) где П - потери урожая, ц/га; а - глубина обработки почвы, м; или более простой зависимостью для диапазона а = 0,1…0,4 м (рис. 2): (доли). (2) С учетом этого реальные потери урожая от глубины основной обработки почвы составят: , где У - средняя урожайность зерновых для данной почвенно-климатической зоны. Фактическая урожайность определяется уравнением: . (3) Влияние глубины основной обработки почвы на урожайность культур обусловлено целым рядом факторов. С увеличением глубины обработки: - увеличиваются общая и капиллярная скважность почвы; - облегчается доступ воздуха к корневой системе растений; - увеличивается водопроницаемость почвы, более полно используются выпадающие осадки; - лучше используются запасы азота, фосфора и калия; - улучшаются условия развития корневой системы возделываемых растений. Для экономического обоснования глубины обработки почвы в конкретном хозяйстве необходимо учитывать и отрицательные стороны глубокой обработки: - снижение производительности агрегатов; - увеличение продолжительности обработки почвы; - рост затрат на технологический процесс. Рассмотрим пример определения оптимальной глубины обработки почвы при производстве зерна. Для производителя с.-х. продукции целевая функция - получение максимального эффекта от возделывания зерновых культур. Эта цель может быть записана уравнением: , (4) где Э - экономический эффект, руб/га; - потери урожая при различной глубине обработки почвы, ц/га; C - цена урожая, руб/ц; - эксплуатационные затраты, руб/га. Ограничения при поиске решения - качество семян, система удобрений и мелиорации - одинаковы во всех случаях. Эксплуатационные затраты, руб/га, определяются согласно существующей методике и включают затраты на заработную плату , горючее , ремонт и техническое обслуживание техники , амортизацию техники : , (5) ; ; ; , где - часовая оплата тракториста, руб/ч; - расход горючего двигателем агрегата, кг/ч; - комплексная цена горюче-смазочных материалов, руб/кг; - цена агрегата, руб.; - процент отчислений на ремонт и техническое обслуживание техники; - на амортизацию; - производительность агрегата, га/ч. , где - коэффициент использования времени смены; - рабочая скорость агрегата, м/с; - ширина захвата агрегата, м. , где - мощность на крюке трактора, кВт; - тяговое сопротивление орудия (усилие на крюке трактора), кг. , где - удельное сопротивление почвы обработке, кН/м². После преобразований имеем: , или с учетом применения указанных размерностей (при ): . (6) Рассмотрим конкретный пример со следующими значениями величин, входящих в математическую модель: кН/м2; = 50 кВт; = 30 кг/ч; = 20 руб/кг; = 350 руб/ч; = 250 руб/ч; C = 200 руб/ц; ц/га. По уравнениям (3), (6) и (5) построим графики и , изображенные на рис. 3, 4. Вывод Рассмотренная математическая модель позволяет в конкретных природных и экономических условиях определить оптимальную глубину обработки почвы.