Показатели, характеризующие эффективность процесса обработки почвы и внесения удобрений

Повышение урожайности картофеля и получение стабильной продукции возможно только с внедрением научно обоснованных технологий их возделывания, использованием высокопроизводительной универсальной техники, позволяющих изменять технологические параметры в зависимости от состояния почвы и биологических особенностей возделываемой культуры. При этом основной целью агротехнических мероприятий является создание условий для сохранения и повышения продуктивности почвы как важнейшего компонента экосистемы. Последнее невозможно без анализа и определения показателей (факторов), характеризующих технологические процессы обработки почвы и внесения удобрений, которые являются сложной многоуровневой системой и подвержены влиянию случайных технологических и управляющих воздействий (рис.2.12). К случайным воздействиям относятся те воздействия, которые в процессе выполнения могут принимать случайные значения. Их можно разделить на внешние , , , и внутренние (или и ), . По характеру воздействия они являются входными.

К технологическим воздействиям будем относить те воздействия, которые связаны с особенностями выполнения технологических операций и являются выходными показателями: - состояние (физико-механические свойства) почвенной среды перед обработкой; - состояние (физико-механические свойства) посадочного материала перед посадкой; - состояние (физико-механические свойства) удобрений перед высевом; - технологические параметры рабочих органов; - технологические показатели технических средств для обработки почвы и внесения удобрений; - состояние (агротехнические показатели) почвенной среды после обработки.

Все перечисленные показатели определяются агротехническими требованиями. Управляющими воздействиями являются те воздействия, которые позволяют управлять ходом выполнения технологических процессов. Они определяются конструктивными параметрами технических средств посадки картофеля и внесения удобрений , а также возможностью изменять их с помощью управляющего устройства (УУ).

Входной вектор внешних воздействий включает факторы, влияющие на эффективность функционирования агробиологической системы (АБС). Они зависят от почвенно-климатических условий, водного режима и степени окультуренности почв, наличия в них растительных остатков и питательных веществ в усвояемой форме, биологических особенностей возделываемых культур, уровня агротехники и общей культуры земледелия, агротехнических сроков посадки картофеля и внесения удобрений, способов и норм (доз) внесения удобрений и качества их внесения. В совокупности эти факторы являются основой для формирования агротехнических требований (АТТ) к средствам механизации. Они характеризуются выходными показателями , , и определяются физико-механическими свойствами почвы, посадочного материала и удобрений.

При определении входного вектора внешних воздействий следует учитывать, что основное назначение механико-технологической системы (МТС) состоит в изменении состояния почвенной среды путем перевода ее физико-механических свойств из исходного состояния в требуемое. Причем процесс перевода осуществляется посредством механического воздействия какого-либо рабочего органа с заданными технологическими и конструктивными параметрами , представляющего собой твердое тело, перемещающееся в почве и нарушающее ее начальную структуру за счет взаимодействия с ней.

Так как результатом обработки является неравновесное состояние почвы , то в любом случае обработка почвы - это процесс подвода к ней некоторого количества энергии с целью изменения ее свойств и достижения, с точки зрения агротехнической науки, оптимального сложения, при котором получается максимальный эффект. Причем дополнительно необходимо учитывать влияние эксплуатационных показателей функционирования агрегата на вектор воздействий .

Применительно к рабочим органам для обработки почвы составляющими величины могут быть следующие основные показатели, характеризующие качество выполнения технологического процесса:

· состояние (в том числе плотность) почвы:

· состояние верхнего слоя (в том числе плотность) почвы после обработки;

· степень крошения почвы;

· степень уничтожения сорных растений.

 

 

Рисунок 2.12 Структурная схема функциональных связей агрохимической системы.

Q(t) - вектор воздействий на изменение состояния почвы и растения (D(t) ( для почвы Q_П(t), посадочного материала Q_с(t) и удобрений Q_м(t)), U(t) - вектор управляющих воздействий (настройка технических средств, дозы внесения удобрений). (УУ)-управляющее устройство. D_м(t) вектор воздействий на процесс обработки почвыи D_с(t) - внесения удобрений. S(t) - состояние почвы перед обработкой; C(t) -состояние посадочного материала; M(t) -состояние удобрений перед внесением; R(t) - технологические параметры рабочих органов; K(t) – качественные показатели технических средств для обработки почвы и внесения удобрений; P(t)- состояние почвы после обработки.; конструктивными параметрами технических средств посева семян U_C(t) и внесения минеральных удобрений U_M(t)

Содержание входного вектора внешних воздействий технической системы определяется факторами, учитывающими влияние способов и качества подготовки посадочного материала и удобрений, внешние воздействия со стороны поля и окружающей среды на эффективность технических средств.

Эта группа факторов является определяющей при разработке конструктивных и технологических схем и рабочих органов почвообрабатывающих машин и машин для внесения удобрений. Они позволят установить технологические параметры средств ТС для получения требуемых показателей .

Вектор внешних воздействий F_АТС(t) на агротехнологическуюсистему (АТС) включает факторы, позволяющие реализовать потенциальные возможности возделываемых культур. Руководствуясь информацией о планируемой урожайности Y(t), содержании в почве питательных элементов по агрохимической карте поля (АХКП) и предъявляемыми агротехническими требованиями (АТТ), АТС формирует вектор управляющих воздействий U(t), который настраивает технические средства, задавая требуемые дозы внесения удобрений. Управляющее устройство (УУ), учитывающее АХКП и АТТ, формирует управляющие U(t) и входные воздействия на АБС. Причем вектор Q(t) целесообразно рассматривать как сумму составляющих для почвы Q_П(t), посадочного материала Q_с(t) и удобрений Q_м(t). Последние осуществляют контроль выполнения всего технологического процесса обработки почвы D_м(t) и внесения удобрений D_с(t).

В общем случае, векторы внешних воздействий рассмотренных систем в функции от их параметров можно представить в следующем виде:

(2.26)

где , , , - исходные физико-механические свойства почвы, посадочного материала, удобрений и других микроэлементов соответственно; , , , - требуемые физико-механические свойства почвенной среды: соответственно влажность, плотность, коэффициенты внутреннего и внешнего трения и других показателей; , , , - соответственно конструктивные, технические, технологические и другие параметры рабочих органов и средств механизированного процесса посадки картофеля и внесения удобрений; , , , - соответственно оптимальное сложение почвенной среды (П), агротехнические (АТТ) и агрохимические (АХКП) требования и другие управляющие устройства (УУ), влияющие на выполнение технологических процессов.

Аналогично векторные входные внутренние и управляющие функции условий функционирования рассмотренных систем включают:

(2.27)

где - действительные дозы внесения удобрений соответственно азота, фосфора, калия и других микроэлементов; - требуемые дозы внесения удобрений соответственно азота, фосфора, калия и других микроэлементов; , - действительные и требуемые нормы посадочного материала; - управляющие воздействия соответственно средствами рабочего органа, способами посадки картофеля и внесения удобрений и других устройств; - управляющие воздействия соответственно заслонкой, дозированием, изменением скорости и другими показателями технических средств для посадки картофеля; - управляющие воздействия соответственно заслонкой, дозированием, изменением скорости и другими показателями технических средств внесения удобрений.