Статья: Математическое моделирование динамических процессов сельскохозяйственного мобильного энергетического средства на электроприводе (2024)

Актуальность работы связана с проблемой деградации почвенного покрова в результате загрязнения отходами животноводства и необходимостью своевременной их утилизации в эффективное органическое удобрение и биогаз. Увеличение доли использования органических удобрений позволяет развивать технологии органического земледелия, а соответственно приводит к получению здоровой растениеводческой продукции. В работе исследовался процесс перемешивания субстрата в ферментерах действующей опытной биогазовой установки. Технологическая линия предназначена для переработки жидких органических отходов, преимущественно навоза или помета, методом анаэробного сбраживания с получением инновационных экологически чистых органических удобрений в промышленных масштабах. Цель исследования – подбор мешалки и оптимизация условий перемешивания субстрата в ферментерах биогазовой установки. Физико-химические свойства субстрата исследовались лабораторными методами. Математическая модель процесса перемешивания основана на полуэмпирическом описании гидродинамики потоков в реакторе, модернизирована с учетом современного состояния вопроса под условия ферментера с конкретными геометрическими характеристиками. В результате проведенной работы определены оптимальные варианты геометрических размеров мешалок (три варианта трехлопастных мешалок периодического действия с углом наклона лопастей 30°, отличающиеся размером рабочего колеса и частотой вращения) и рассчитаны параметры процесса перемешивания. На основе лабораторного эксперимента и результатов расчета скорости осаждения определена периодичность включения мешалки (1 раз в сутки) и время ее непрерывной работы для гомогенизации суспензии. Результаты работы могут быть использованы при проектировании смесительных устройств и режимов перемешивания субстрата в биореакторах.

При производстве комбикормов необходимо точное соблюдение рецептуры в момент ввода всех необходимых компонентов, для чего применяют различные типы дозаторов. В настоящее время широкое распространение получили автоматические системы, обеспечивающие повышение точности дозирования. Однако для каждого компонента необходимы индивидуальные настройки работы таких систем, что усложняет работу операторов. В статье представлено описание конструкции технического устройства, содержащего основной и дополнительный шнек и позволяющего взвешивать компоненты с разными физико-механическими свойствами при одних и тех же настроечных параметрах. Дано краткое описание рабочего процесса дозатора, перечислены факторы исследования и критерии оценки его работы. Определяли влияние пяти факторов уставки частоты дозаторов n1, уставки упреждения досыпки m, уставки включения скорости досыпки t, уставки частоты дозаторов n2, заданной массы навески MZ на точность дозирования. На первом этапе находили влияние исследуемых факторов при дозировании зерна. Для этого был реализован план Бокса-Бенкина для пяти факторов. В результате анализа полученных данных построена модель регрессии, на основании которой определены три комбинации значений факторов, при которых погрешность дозирования зерна дополнительным шнеком дозатора равна 0. На следующем этапе исследований определяли точность дозирования мела и соли при установленных комбинациях. Выявлено, что дозирование соли осуществляется по закономерности, близкой к кривой по зерну, а погрешность дозирования находится в допустимых пределах 5 %. В результате проведенных исследований выявлена наилучшая комбинация факторов, при которой погрешность дозирования не превышает допустимое значение при взвешивании зерна, соли и мела: n1 = 30,3 Гц, t = 11,9 %; n2= 40,9 % от n1 (12,42 Гц), MZ = 202,8 г. При данных значениях исследуемых параметров можно проводить дозирование компонентов с допустимой погрешностью массой навески более 200 г.

Цель исследований – теоретически обосновать процесс сортофитопрочистки в селекционно-семеноводческих посадках картофеля и овощных культур с использованием технологий машинного зрения и элементов роботизации. В статье выполнен анализ современных неразрушающих методов обнаружения заболеваний биологических объектов; технологических процессов и машин для удаления плодов овощных культур с растения в системе цифрового сельскохозяйственного производства с элементами роботизации на операциях ухода за растениями и сбора товарной продукции. Установлена актуальность разработки инновационной технологии и технических средств для удаления зараженных растений картофеля и овощных культур в селекции и семеноводстве. Для проведения оздоровительных приемов производства семян овощных культур и картофеля разработана инновационная технология и машина для удаления зараженных растений картофеля и овощных культур в селекционносеменоводческих посадках, обеспечивающая движение по полю с использованием технологий машинного зрения с определением заражённого растения или растения, не соответствующего сортовым признакам с последующим его удалением. В процессе исследований (2021-2022 гг.) разработаны морфологическая матрица выбора технических средств использования функционирующих элементов реализации инновационной технологии сортофитопрочистки овощных культур и картофеля, а также теоретические основы инновационной технологии удаления зараженных биологических объектов. Выявлен показатель эффективности реализации инновационной технологии сортофитопрочистки, учитывающий параметры экономических и агротехнических показателей, а также металлоемкости, энергоемкости, экологичности и надежности. Представлены аналитические исследования машинной технологии и технических средств удаления зараженных растений овощных культур и картофеля. Выполнено обоснование инновационной технологии сортофитопрочистки овощных культур и картофеля, в части исключения в технологии обнаружения зараженных растений картофеля беспилотного летательного аппарата с качественной оценкой целесообразности выбора технических средств при использовании функционирующих элементов реализации разрабатываемой технологии по критериям экономической и агротехнической оценки, а также металлоемкости, энергоемкости и надежности. Оценка целесообразности выбора технических средств для функционирования элементов инновационной технологии показала, что по комплексу критериев процесс сортофитопрочистки овощных культур и картофеля целесообразно осуществлять без применения беспилотного летательного аппарата, используя в конструкции машины оптическую систему идентификации зараженных растений.

В работе представлены результаты исследования влияния температурного фактора на показатели свертывающего и противосвертывающего звена гемостаза крови коров. Цель работы – изучение коагуляционных показателей крови коров айрширской породы при гипо-, нормо- и гипертермии in vitro, а также оценка возможности применения коагулометра для характеристики активности гемостаза и использования гемостатических реакций крупного рогатого скота в качестве моделей для применения в медицине. Исследование проведено в Вологодской области. Анализировали следующие параметры коагулограммы: тромбиновое время (ТВ), протромбиновое время (ПВ), активированное частичное тромбопластиновое время (АЧТВ), активность фибриногена и антитромбина III (АТ-III). Установлено, что при 43 °С происходит гиперкоагуляция крови, в клоттинговых методах проявляющаяся как ускорение ТВ на 61 % (27 сек), ПВ – на 29 % (10 сек), удлинение АЧТВ – на 38 % (25 сек) и снижение активности Антитромбина III – на 51 % (5 сек) по сравнению с нормотермией. При 18 °С выявлена гипокоагуляция, сопровождающаяся удлинением всех показателей, характеризующих скорость образования сгустка: ТВ на 10 % (5 сек), ПВ на 61 % (55 сек), АЧТВ на 83 % (289 сек). Активность фибриногена снизилась на 82 % (106 сек), активность АТ-III выросла на 85 % (56 сек) по сравнению с нормотермией. Корреляционную связь между показателями гемостаза и температурным фактором можно охарактеризовать как отрицательную умеренную (АЧТВ), заметную (ТВ, фибриноген) и тесную (ПВ, АТ-III). При изучении коагуляционных механизмов коров использование медицинского коагулометра приводило к получению скоростей реакций, значительно отличающихся от происходящих при температуре тела этих животных, что не позволяет рекомендовать данный прибор для адекватной оценки гемостатических реакций крупного рогатого скота.

   Репродуктивные технологии привели к широкому и глобальному распространению генетического материала животных с высоким производственным потенциалом. Однако распространение (продажа) спермы одних и тех же быков-производителей в разные регионы (страны) не всегда может оправдать ожиданий животноводов. Этот аспект может быть связан с тем, что генетическая структура маточного поголовья, на которой используются быки, цели селекции и условия окружающей среды в разных регионах неодинаковы. В статье представлены результаты оценки племенной ценности 286 быков-производителей, которые использовались на маточном поголовье палево-пестрой популяции крупного рогатого скота в пяти регионах РФ (Белгородская, Воронежская, Курская, Орловская области и Алтайский край). Оценка была проведена как по отдельным признакам молочной продуктивности дочерей, так и совокупности признаков (селекционному индексу). Результаты исследования показали различия в величинах оценок племенной ценности одних и тех же производителей на уровне объединённой информации (популяционный уровень) и в стадах отдельных регионов (региональный уровень). Точность оценки генотипов на популяционном уровне управления получена выше (на 7–15 %), чем в среднем по отдельным регионам. Корреляции, рассчитанные между индексами племенной ценности одних и тех же быков на разных уровнях управления (популяция-регион), по отдельным признакам молочной продуктивности потомства установились на уровне 0,522–0,960, по комплексу признаков (селекционному индексу) – от 0,157 до 0,937. Это указывает на то, что вероятность ошибки при выборе лучших производителей на уровне отдельного региона может достигать 4–48 % по отдельным признакам молочной продуктивности и от 6,3 до 84.0 % по их комплексу.

Для повышения объемов отечественной молочной продукции необходимо использовать современные методы селекции и отбор животных проводить с высоким генетическим потенциалом. Для определения генетического потенциала животных используют молекулярно-генетические маркеры, которые позволяют изучать, как конкретный генетический вариант или комбинация генов влияют на желаемый признак. Цель исследования – выявить частоту встречаемости аллельных вариантов гена каппа-казеина (CSN3) у коров холмогорской породы и их взаимосвязи с молочной продуктивностью. Объект исследования – 195 коров. Для определения генотипов каппа-казеина использован метод полимеразной цепной реакции полиморфизмa длин рeстрикциoнных фрагментов. Исследования проводили в 2023 г. на базе АО «Холмогорский племзавод» (Архангельская область). В результате исследований установлено – в стаде доминирует аллель А гена каппа-казеина – 80 %, аллель В составила 20 %. Преобладающий генотип – АА – 63,08 % (n = 123), реже встречающийся генотип АВ – 33,33 % (n = 65), наименее распространенный генотип – ВВ – 3,59 % (n = 7). Для оценки молочной продуктивности и качества молока у коров с разными генотипами CSN3 сравнили показатели продуктивности за последнюю законченную лактацию. Общее количество коров с законченной лактацией в исследуемой выборке составило 130 голов из них: 37 коров-первотелок, 6 – по второй лактации и 87 – по третьей и более лактации. В совокупности по результатам сравнения наивысшие показатели имели коровы с генотипом ВВ: удой – 6916±275 кг, массовая доля жира – 4,14±0,22 %, массовая доля белка – 3,16±0,07 %, количество молочного жира – 286±19 кг, количество молочного белка – 219±12 кг. Таким образом, желательным генотипом по гену CSN3 является ВВ. На данный момент носителей этого гена крайне мало, поэтому необходимо вести селекционно-племенную работу, направленную на увеличение их численности.

   Цель исследования – изучить влияние разных видов полевых севооборотов, удобрений, осушения и гидротермических условий на динамику гумуса в мелиорируемой почве. Исследования проводили на опытных полях Всероссийского НИИ мелиорируемых земель (объекты мелиорации «Кузьминское болото 2», «Семеновское» и «Губино» в Тверской области). Осушение переувлажняемых почв проведено закрытым дренажом (междренное расстояние 18–20 м, глубина заложения дрен 0,9–1,2 м). Почвы опытных участков дерново-подзолистые легкосуглинистые глееватые, сформировавшиеся на морене или маломощном двучлене. Наблюдения за динамикой гумуса проводили в зернотравянопропашных (плодосменных), зернотравяных, зерновых и зернопропашных видах севооборотов. Влияние севооборота на содержание в почве гумуса определялось, прежде всего, составом, структурой выращиваемых культур и агротехникой их возделывания. За счет растительных остатков в плодосменном севообороте восстанавливалось 56,6–76,5 % объема минерализованного гумуса, в зерновом – 51,8 %, зернопропашном – 26,4 %. Наиболее существенные качественные изменения в составе гумуса наблюдали в плодосменном севообороте: при положительном балансе гумуса соотношение гуминовых и фульвокислот увеличилось с 0,63 до 0,74. Применение органических и минеральных удобрений существенно изменяет баланс гумуса в пахотном слое почвы. При органоминеральной системе удобрения ежегодные потери гумуса (в кг/га) на осушаемом участке были меньше в 6,8–11,4 раза, на неосушаемом – в 2,1–2,6, чем в варианте без удобрений. Осушение переувлажняемых почв повышает роль удобрений в накоплении гумуса, уменьшает его потери и улучшает качественные параметры гумуса – соотношение гуминовых и фульвокислот в составе гумуса под влиянием осушения увеличилось с 0,61 до 0,88. Установлено влияние на динамику гумуса гидротермических условий. В годы с засушливой первой половиной вегетационного периода наблюдали повышение содержания гумуса, в избыточно влажные, наоборот, – понижение. Коэффициенты корреляции содержания гумуса с гидротермическими условиями мая-июня составили: -0,84 (1985–1993 гг.) и -0,95 (2014–2022 гг.).

Ежегодный мониторинг засорённости полей семенами заразихи на протяжении последних 15 лет показывает, что, несмотря на широкое распространение повсеместно расы G, на многих из них сохраняется примесь семян других, более слабых рас: E и F. Цель исследований – идентифицировать расовую принадлежность семян заразихи с полей регионов РФ, где возделывается подсолнечник, и описать новые ботанические признаки у представителей наиболее распространённой расы G паразита. Для идентификации рас использовали международно принятые линии-дифференциаторы подсолнечника LC 1093, Р 96, устойчивые к расам заразихи от A до F, а также авторскую линию RG, обладающую иммунитетом к расе G и всем предыдущим, гибрид НК Брио (устойчив к расам от А до Е) и гибрид Тунка (устойчив к расам от А до G). На отдельных полях Краснодарского и Ставропольского краёв, Ростовской, Воронежской, Самарской, Оренбургской областей в 2020–2022 гг. выявлен пока в малом количестве высокоагрессивный биотип паразита (будущая раса Н). Очевидно, что продолжение интенсивного возделывания подсолнечника на этих полях приведёт к быстрому распространению расы Н в указанных регионах. Кроме расового разнообразия, отмечены часто встречающиеся изменения габитуса растений (кустистые формы) у ряда представителей расы G. Впервые нами показано разрастание гаусториально-клубеньковой области паразита и формирование множественных стеблей из одного клубенька. Это создаёт преимущество в конкурентных отношениях за питание между особями заразихи, располагающимися рядом на одном корне подсолнечника и, в конечном итоге, ускоряет и увеличивает семенную продуктивность растения. Быстрая эволюция Orobanche cumana Wallr. в ходе интенсификации возделывания подсолнечника выражается не только в формировании новых физиологических рас, но и в ускоренном увеличении семенной продуктивности паразита путём изменения габитуса растений, включая гаусториально-клубеньковую область.

Представлены результаты многолетнего (2012–2018 гг.) изучения засоренности посевов люпина узколистного, используемого в качестве сидерального пара в зернотравянопропашном севообороте на Северо-Западе РФ (Ленинградская область). Оценку засоренности посевов люпина узколистного сорта Олигарх проводили ежегодно на 24 постоянных учетных площадках (0,1 м2 ). По результатам учетов определено формирование разнообразного и постоянного по годам видового состава сорной растительности (от 15 до 25 видов), преимущественно средней и сильной степени засоренности (141–593 экз./м2 ), при доле малолетников – от 90,4 до 99,7 %. Массовыми видами сорных растений являлись марь белая, фиалка полевая, торица полевая, пикульники, дымянка аптечная, пастушья сумка обыкновенная, из многолетников преобладали осот полевой, мать-и-мачеха обыкновенная, щавель малый, пырей ползучий, чистец болотный. Определено превалирующее воздействие на засоренность посевов люпина узколистного погодных условий и индивидуальных особенностей засоренности полей севооборота. Совокупное воздействие обоих этих факторов выражалось величинами, равными 47,7; 57,8 и 47,1 % соответственно в отношении видового обилия, начальной численности и конечной фитомассы сорных растений. Длительное внесение минеральных удобрений приводило к повышению численности малолетников (в 1,5-1,6 раза) и снижению густоты произрастания многолетних видов сорных растений (в 1,6–1,9 раза). Влияние интегрированной системы защиты растений, применяемой в севообороте, проявлялось в достоверном снижении густоты многолетних видов сорных растений (в 4,6 раза) в посевах люпина узколистного.

В условиях Рязанской области изучали (2020–2023 гг.) адаптивные свойства и экологическую пластичность 8 селекционных линий яровой мягкой пшеницы (стандарт – сорт Агата) по признаку «урожайность» с использованием разноплановых статистических методов. Экологическую пластичность (bi ), стабильность (σ2d ), индекс условий среды (Ij ) определяли по S. A. Eberhart, W. A. Russell, вариацию – по Б. А. Доспехову, устойчивость к стрессу и генетическую гибкость – по A. A. Rossielle, J. Hemblin, индекс экологической пластичности – по А. А. Грязнову, показатель уровня стабильности урожайности сорта – по Э. Д. Неттевичу, гомеостатичность (Hom), селекционную ценность (Sc) – по В. В. Хангильдину, относительную стабильность, критерий стабильности – по Н. А. Соболеву, мультипликативность (КМ) – по В. А. Драгавцеву. Установлено, что на уровень урожайности определяющее влияние оказывает фактор «среда» – 51,5 %, вклад фактора «генотип» – 11,5 %. Средняя урожайность в опыте составила 5,19 т/га, благоприятные условия 2022 г. (Ij = 0,50) позволили сформировать урожайность на 17,9 % выше, чем в 2021 г. (Ij = -0,52). Высокой урожайностью отличались линии 2-17 (6,24 т/га) и 21-17 (6,05 т/га), показатель генетической гибкости у них составил 5,58 и 5,41 т/га соответственно. Линии 1-17, 465-17 и 531-17 обладали наибольшей устойчивостью к стрессу (-0,63, -1,00), для них характерна высокая стабильность урожайности (σ2d = 0,27–0,65) и наименьшее снижение ее в неблагоприятных условиях. Сильная отзывчивость на изменение условий среды отмечена у линий 290-17, 2-17 и 21-17: bi – 1,25–1,29, КМ – 2,22–2,27. По степени гомеостатичности выделилась линия 1-17 (Sc – 4,63, ПУСС – 212, Hom – 18,3), данные показатели превышали среднесортовые значения на 10,2 %, 81,0 абс. %, 98,9 % соответственно. По результатам интегрированной оценки методом ранжирования, селекционные линии 1-17, 465-17 и 21-17 проявили различную степень адаптивности, экологической устойчивости, гомеостатичности и обладали высоким рейтингом. Самый низкий рейтинг по сумме рангов параметров адаптивности и пластичности получил стандартный сорт Агата.

   Цель исследований – изучить в условиях Рязанской области (южная зона Центрального региона РФ) новый сортимент ячменя ярового и выявить источники селекционно-ценных признаков для дальнейшего использования их в гибридизации. Наблюдение, изучение и сравнение 11 новых сортов ярового ячменя (стандарт – сорт Надежный) проводили в 2020–2022 гг. на естественном инфекционном фоне (почва – темно-серая лесная тяжелосуглинистая). Установлено, что наибольшую среднюю урожайность за годы исследований имели сорта Знатный (Россия) – 6,38 т/га, Эллинор (Германия) – 6,02 т/га и Куфаль (Беларусь) – 5,98 т/га. Выявили низкорослые формы – германские сорта КВС Вермонт и Эллинор, высота которых находится в пределах 63–67 см и мало изменяется по годам исследований (CV, % = 3,9…6,0). Наименьшим содержанием протеина в зерне характеризовались германские сорта Эллинор (12,31 %), КВС Харрис (12,43 %) и французский сорт Рапид (12,69 %). В целях повышения качества фуража выделена группа высокобелковых ячменей: Памяти Чепелева (15,31 %) (Россия), Куфаль (14,61 %), Знатный (14,10 %). По длине колоса выделились сорта Бенте (8,2 см) (Германия) и Знатный (8,0 см). Установлено, что наибольшую продуктивную кустистость имеют сорта Памяти Чепелева и Лауреате (Швейцария) – 4,0 и 4,4. Наибольшее количество зерен в колосе сформировал сорт Знатный – 23,4 шт. Весь исследуемый исходный материала обладал высокой устойчивостью к фитопатогенам и полеганию. Новые сорта, выделенные в процессе исследований, являются ценным исходным материалом при создании новых высококонкурентных сортов ячменя ярового для условий южной зоны Центрального региона России.

В статье представлена история зарождения и развития гидромодульных исследований на Кировской лугоболотной опытной станции, их практическое воплощение и экологическое значение при разработке принципов щадящей, почвозащитной и средообразующей системы земледелия на органических почвах в условиях СевероВостока европейской части РФ. Основным объектом многолетних исследований служил типичный низинный торфомассив «Гадовское», расположенный на территории Котельничской торфяной базы Кировской области. Особое внимание уделяется поиску наиболее эффективных способов регулирования водного режима осушаемых болот, используемых в кормопроизводстве. Установлено, что наиболее оперативным, результативным и экологически безопасным является метод шлюзования, когда дополнительная влага к корнеобитаемому слою подается снизу. Показан наиболее оптимальный диапазон режима грунтовых вод для однолетних и многолетних кормовых трав. Представлена корреляционная зависимость урожайности от степени осушения торфяной залежи. Существенный вклад в мелиоративную науку внесли гидромодульные исследования на выработанных торфяниках Кировской области. На торфомассивах «Гадовское», «Зенгинское», «Бахтинское», «Пищальское» и других изучали химический состав грунтовых и сбросных болотных вод, установлена взаимосвязь водно-физических свойств и водного режима остаточной залежи с пищевым и температурным режимами, а также с коэффициентом водопотребления растений и несущей способностью выработанной почвы. Агроэкологический мониторинг выработанных торфяников, находящихся в культуре более 40–60 лет, показал, что в процессе эксплуатации этих объектов происходит постепенное снижение их продуктивности, обусловленное понижением общего агрофона, частичным и даже полным нарушением гидрологических функций осушительной сети. Чтобы окончательно не потерять эти антропогенные образования из сферы культурного природопользования, необходим, прежде всего, периодический ремонт всей осушительной системы. Дальнейшая перестройка внутри ландшафтной оболочки позволит сконструировать принципиально новые постболотные лесолуговые агроэкосистемы, где могут быть предусмотрены иные альтернативные кормопроизводству направления (охотничье-промысловое, лесохозяйственное, ягодно-лекарственное, грибное и др.).