CC BY
29
sistem upravleniya, Leningrad-Pushkin: LSHI, 1978, t. 352, pp. 53-54. (In Russian)
3. Kravchenko V.A., Duryagina V.V., Gamolina I.E. Ma-tematicheskoe modelirovanie tyagovoj nagruzki MTA [Mathematical modeling of MTU traction load], Politematicheskij setevoj elektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo universiteta [Elektronnyj resurs], Krasnodar, KubGAU, 2014, No 101, pp. 424-437. (In Russian)
4. Gawendwicz M. Zur automatischen Lengung mobiler landwirtschaftlicher Aggregate mit grossen Arbeitsbreiten und gewschwindikeiten, Agrartechnik, 1980, Jg. 30, No 3, pp. 101-103.
5. Kawamura N., Fujiura T. J. Automatic control of rotary tilling tractor. I. Automatic traveling speed control by detecting engine load, Soc. Agr. Mach., Japan, 1978, Vol. 39, No 4, pp. 439-445.
6. Klimkiewichz M. Automatizada w technice rolniczey, Mechan. Roln, 1979, No 28, pp. 22-28.
7. Kollar L. Grunde und Möglichkeiten für automatische Lengung mobilier Land-wirtschaftlister Aggregate, Agrartechnik, 1980, Jg. 30, No 3, pp. 95-98.
8. Kravchenko V.A., Yarovoj V.G., Parhomenko S.G. Matematicheskaya model' kul'tivatornogo agregata [Mathematical model of the cultivator unit], Adaptivnye tekhnologii i tekhni-cheskie sredstva v polevodstve i zhivotnovodstve: sb. nauch. tr. VNIPTIMESH, Zernograd, 2000, pp. 67-72. (In Russian)
9. Kravchenko V.A. Povyshenie ekspluatacionnyh poka-zatelej mashinno-traktornyh agregatov putyom ustanovki upru-godempfiruyushchego mekhanizma v transmissiyu traktora [Improving the performance of machine-tractor units by installing an elastic damping mechanism in the transmission of the tractor], Problemy razvitiya APK regiona: nauchno-prakticheskij zhurnal Dagestanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta imeni M.M. Dzhambulatova, Mahachkala, 2016, No 1-1(25), pp. 169-174. (In Russian)
10. Kravchenko V.A., Kravchenko L.V., Seryogina V.V. Matematicheskaya model' mashinno-traktornogo agregata s UDM v transmissii traktora [Mathematical model of machine-tractor unit with EDM in tractor transmission], Politematicheskij setevoj elektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo universiteta [Elektronnyj resurs], Krasnodar, KubGAU, 2014, No 103, pp. 251-261. (In Russian)
Сведения об авторах
Кравченко Владимир Алексеевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Тракторы и автомобили», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8(86359) 34-4-51. E-mail: [email protected].
Кравченко Людмила Владимировна - доктор технических наук, доцент кафедры «Высшая математика и механика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зерно-граде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-928-16-28-876 E-mail: [email protected].
Information about the authors
Kravchenko Vladimir Alekseevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Tractor and automobiles department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8(86359) 34-4-51. E-mail: [email protected].
Kravchenko Ludmila Vladimirovna - Doctor of Technical Sciences, associate professor of the Higher mathematics and mechanics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-16-28-876 E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 581.1
АКТУАЛЬНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ СМЕШИВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ СЫПУЧЕГО ТЕЛА В УСТРОЙСТВАХ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН1
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №19-01-00250\1 © 2019 г. М.В. Суханова, В.В. Мирошникова, A.B. Суханов
Производство суперэлитных и элитных семян является стратегической задачей в общей стратегии обеспечения продовольственной безопасности России. К таким семенам предъявляют очень высокие требования в части сортовой чистоты, устойчивости к болезням, посевным качествам. Поэтому предпосевная обработка семян является основным мероприятием по защите суперэлитных, элитных и полевых семян от болезней и вредителей. Процедура предпосевной обработки должна отвечать основному принципу интегрированной защиты растений - сведению к минимуму загрязнения окружающей среды, и в то же время она должна являться эффективным способом борьбы с возбудителями, которые передаются с семенами. При этом процедура предпосевной обработки элитных и полевых семян имеет свои тонкости: время обработки семян, используемая техника, объем рабочего раствора на тонну семян, выбор эффективного препарата, действие которого направлено именно на комплекс патогенов, представляющих наибольшую опасность в данном регионе или в конкретный период развития растения. Дальнейшее совершенствование техники для предпосевной обработки семян при использовании наиболее эффективной технологии, позволяющей снизить травмирование семян и повысить экологическую безопасность, остается весьма актуальной задачей. Одним из путей повышения эффективности предпосевной обработки является дифференциация норм расхода пре-
паратов в протравливающих устройствах, что позволит уменьшить расход дорогостоящих протравителей, улучшить экологическую обстановку в агробиоценозе и исключить ударные воздействия рабочих органов на семена. Для обеспечения безударной комплексной предпосевной обработки семян химическими протравителями и биологическими препаратами, исключения разрушения и минимизации травмирования элитных, суперэлитных и полевых семян рабочими органами машины в процессе обработки в Азово-Черноморском инженерном институте совершенствуется технология предпосевной обработки, в основе которой - техника нового поколения - смесители-инкрустаторы с эластичными рабочими органами. Устройства для предпосевной обработки семян с эластичными рабочими органами оборудованы автоматизированной системой - «Анализатором качества смеси».
Ключевые слова: предпосевная обработка, элитные и суперэлитные семена, энергия прорастания, устройства для предпосевной обработки семян, инкрустаторы, эластичные рабочие органы, протравливатели, агробиоценоз.
The production of super-elite and elite seeds is a strategic task in the overall strategy of ensuring food security of Russia. Pre-sowing seed treatment is the main event for the protection of super elite, elite and field seeds from diseases and pests. Pre-sowing seed processing is the main protection measure of crops against diseases and pests in the course of which not only external, but also internal plant origin infections are destroyed. This agrotechnological method meets the basic principle of integrated plant protection -minimizing environmental pollution, and at the same time is an effective way to combat pathogens that are transmitted by the seeds. Pre-sowing seed processing has its own subtleties: the time of seed treatment, the equipment used, the volume of working solution per ton of seeds, the choice of an effective drug, the effect of which is specifically directed at the complex of pathogens representing the greatest danger in the region or in a particular period of plant development. Further improvement of pre-sowing seed processing using the most efficient technology to improve environmental safety remains a very relevant task. One of ways to improve efficiency of pre-sowing seed processing is differentiation of consumption rates of medicines in the devices depending on infectious loading by results of phyto-expertise of seeds. It allows reducing the consumption of expensive disinfectants and improving the ecological situation in agro-biocenosis. Pre-sowing seed processing by chemical and biological agents promotes improvement of viability, increase in growth of plants and resistance to adverse factors of the environment, developing of fungal diseases and damages by pests. In this regard very important part in optimization of condition for agricultural crops is assigned to the maximum use of effective agro-technical receptions and application of the means and technical devices which are environmentally safe and affordable and expedient. To ensure unattended complex pre-sowing treatment of seeds with chemical disinfectants and biological preparations, to avoid destruction and to minimize injury to seeds by the machine's working parts during processing, the pre-sowing treatment is being improved at the Azov-Black Sea Engineering Institute, based on the new generation of mixers-inlays with flexible parts. Devices for pre-sowing treatment of seeds with elastic working bodies are equipped with an automated system - «Mix quality analyzer».
Keywords: pre-sowing seed processing, elite and super elite seeds, plant protection, sowing, yield increase, germination energy, devices for pre-sowing treatment of seeds, elastic working bodies, pre-sowing seed processing device, agrobiocenosis.
Введение. Перед отечественными сельхозпроизводителями Президентом и Правительством Российской Федерации поставлена задача: наращивать темпы производства зерновых и зернобобовых культур и обеспечить продовольственную безопасность России. Для решения такой стратегической задачи в стране важны и технология возделывания культур, и применение минеральных удобрений и средств защиты растений. Но на первом месте стоит использование сорта, адаптированного к данной климатической зоне. Еще в 1933 году эту задачу обозначил академик П.Н. Константинов, который обратил внимание на первостепенную значимость подбора сорта для реальных условий возделывания сельскохозяйственных культур. Без совершенствования производства семян элиты и суперэлиты невозможно решить поставленные задачи.
Суперэлитными и элитными считаются семена сельскохозяйственных культур, выращенные с применением специальных селекционных семеноводческих и агротехнических методов, позволяющих сохранить в потомстве все наследственные признаки и свойства сорта, которые отвечают требованиям государственных стандартов на сортовые и посевные качества семян. Их производство осуществляется научно-исследовательскими учреждениями и сельскохозяйственными вузами. Методика производства различается в зависимости от условий зоны выращивания, вида и сорта сельскохозяйственной культуры. Но во всех случаях при производстве семян предпосевная обработка
является обязательным агроприёмом защиты семян от вредителей и болезней [1, 2].
Предпосевная обработка направлена на повышение энергии прорастания семян и их всхожесть, усиление процесса корнеобразования, улучшение естественного иммунитета и повышение урожайности сельскохозяйственных культур [3].
Семя - носитель биологических и физических свойств растения, первое звено в цепи, ведущей к желаемому урожаю. Селекционерам приходится выполнять ряд очень сложных и трудоемких операций для улучшения качественных характеристик культуры. Предпосевную обработку проводят с целью повышения всхожести и энергии прорастания семян, сохранения биологических преимуществ сорта или гибрида и обеззараживания от фитопатогенной инфекции. Все существующие виды предпосевной обработки семян можно условно разделить на три вида: физические, химические и биологические. Большинство существующих способов предпосевной обработки предназначены для стимулирования развития растений, но лишь некоторые способы предпосевной обработки семян защищают семена от инфекций и болезней. Инфекции способны снизить урожай, а в годы чрезмерной активности вредителей могут уничтожить урожай полностью. Экономический ущерб от инфекций огромен. Пораженные семена нельзя использовать ни для продовольственных, ни для фуражных нужд [4]. Использование необработанных семян снижает урожай всех сельскохозяйственных культур. Бесспорно, что обработанные
семена использовать экономически целесообразнее, надежнее и экологически безопаснее, чем применять многократные опрыскивания посевов контактными или системными инсектицидами [5]. Наиболее популярными способами предпосевной обработки семян являются химическая и биологическая обработка - протравливание и биоинкрустация. Эти способы защищают семена не только от наружных вредителей и болезней, но и внутренних инфекций [5, 6, 7].
Результаты исследований и их обсуждение. Основные критерии правильного выбора препарата, по оценкам специалистов [6, 7], представлены на рисунке 1.
При проведении предпосевной обработки учитывают результаты фитопатологической экспертизы семян, место севооборота, степень устойчивости сорта к заболеваниям и фитосанитарные условия на поле в год посева [8].
Для принятия правильного решения о необходимости проведения предпосевной обработки и выбо-
ре нужного препарата служит фитоэкспертиза. Фито-экспертизу семян проводят в специализированных центрах, оснащенных самым современными приборами и оборудованием для выполнения всех необходимых исследований [9].
К несомненным преимуществам протравливания относится то, что семена обрабатывают препара-тами-протравителями перед посевом или за несколько месяцев до посева, что позволяет исключить наличие действующих веществ протравителей в собираемом урожае. Установлено, что «...значительная часть урожая уничтожается вредителями и погибает вследствие болезней как на поле, так и в хранилищах. Иногда потери достигают половины урожая (в бывшем СССР -до 30-40%, в США - 33%). Одно из основных направлений борьбы с вредителями сельского хозяйства (насекомыми, грызунами, грибками, сорняками и пр.) - это применение химических веществ, называемых пестицидами» [10].
Критерии предпосевной обработки
Рисунок 1 - Критерии предпосевной обработки
Известно, что предпосевная обработка на 5-10% увеличивает энергию прорастания семян, способствует повышению устойчивости растений к неблагоприятным погодным условиям [11].
Даже такое сравнительно недорогое мероприятие (порядка 200-300 руб./га), как протравливание против головневых инфекций и корневых гнилей, приводит к дополнительной экономии до 1-1,5 тыс. руб./га [11].
Поэтому использование комбинированных препаратов дополнительно позволит за счет системного использования снизить повреждение всходов вредителями, обитающими в почве, увеличить полевую всхожесть и усилить активность окислительно-восстановительных процессов растений. Объясняется этот факт активизацией защитных свойств семян [12].
Результаты многолетних исследований Института растениеводства им. В.Я. Юрьева влияния предпосевной обработки семян химическими протравителями на процессы роста и развития растений и формирование урожайности зерна показали, что применение химических протравителей, кроме положительных характеристик, имеет ряд негативных особенностей [13]. Учеными было установлено, что химические протравители снижают энергию прорастания семян.
Особенно острой проблема снижения энергии прорастания растений вследствие применения химических протравителей семян перед посевом становится в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения. Установлено что «... при высеве протравленных семян в полусухую почву их энергия прорастания и всхожесть снижаются по сравнению с вариантами, где применяют сев непротравленными семенами. Зато у протравленных семян перед посевом есть и свои преимущества: при длительном пребывании в почве и дефиците влаги они способны дольше оставаться невредимыми от возбудителей болезней и вредителей по сравнению с непротравленными» [13].
За период с 1960 по 1980 гг. объем химических препаратов, используемых в сельском хозяйстве во всем мире, увеличился на порядок. Но, вследствие обнаруженных серьезных проблем, возникающих из-за применения пестицидов, использование химических препаратов для защиты растений стало сокращаться.
Для минимального причинения ущерба экологии норма расхода препарата должна рассчитываться с соблюдением всех технологических требований к предпосевной обработке. Предпосевная обработка семян на современном уровне развития науки защиты растений - комплексное мероприятие, в ходе которого семенной материал покрывают не только фунгицид-ными или инсектофунгицидными протравителями, но и защитно-стимулирующими компонентами.
Качество протравливания зависит от дозировки - расхода протравителя на тонну семян. Так как состав защитно-стимулирующих компонентов различается по компонентам, для расчета дозировок требуется научный подход с учетом нормы высева семян (млн шт/га), фракционной массы 1000 семян и др. На практике выбор протравителя определяет агроном хозяйства, руководствуясь фитосанитарным состоянием полей, степенью зараженности семян возбудителями болезней, биологическими особенностями вредителей и патогенных микроорганизмов, иммунологическими особенностями сорта, запрограммированной урожайностью и технологией выращивания культуры.
На качество протравливания влияет тип препаративной формы протравителя. Различают несколько способов протравливания: сухое, полусухое, с увлажнением и мокрое [14]. В последние годы учеными разработана новая эффективная технология протравливания семян пленкообразующими составами [14, 15]. Выбор способа предпосевной обработки зависит от химического состава протравителей, биологии возбудителей заболевания.
Наиболее распространенным способом химической обработки является протравливание с увлажнением. Недостаток способа заключается в осыпании действующего вещества протравителя с семян по мере высыхания. Для повышения прилипания протравителя на поверхности семян используются прилипатели [15].
Протравливание не должно негативно сказываться на всхожести и энергии прорастания семян. Неконтролируемое применение химикатов загрязняет окружающую среду, губительно сказывается на фито-санитарной обстановке агроэкосистем и вызывает привыкание фитопатогенов к химическим соединениям. Поэтому разрабатываются и развиваются альтернативные технологии обработки семян. Одним из перспективных способов повышения устойчивости растений к болезням является обработка семян биопрепаратами и применение других альтернативных способов обработки. Применение таких способов обработки не вызывает резистентности вредных организмов и не оказывает вредного воздействия химикатов на окружающую среду [15]. Специалисты, анализируя ошибки, которые были допущены в период массового и бесконтрольного применения химических препаратов, пришли к выводу о необходимости проведения комплексных мероприятий защиты растений с использованием комбинированных составов [18, 19].
Ключевые требования к препаратам, используемым для предпосевной обработки семян, представлены на рисунке 2.
За рубежом получила широкое распространение инкрустация семян [5]. В последние десятилетия появляются новые эффективные способы предпосевной обработки: инкрустация, биоинкрустация, плёночное покрытие, дражжирование. Эти методы улучшают жизнеспособность семени и формируют устойчивый к болезням и вредителям жизненный цикл растения.
Особое место в предпосевной обработке семян в настоящее время занимает микробиологическая обработка семян. Такая обработка позволяет сэкономить до одного миллиона тонн азотных удобрений в год и оптимизировать насыщение растений фосфором, обеспечивая дополнительный сбор растительного белка от 3 до 4 миллионов тонн в год, при сокращении использования экологически опасных химикатов примерно в полтора-два раза [20].
Установлено, что средняя эффективность применения биологических методов предпосевной обработки составляет: для зерновых культур - около 16-33%, для технических культур средняя эффективность колеблется в пределах 12-28%, для овощных и бобовых - 18-45%. Средняя экономическая эффективность применения биологических методов составляет 5-6 рублей на рубль затрат [20].
По рекомендациям ученых-биологов [5, 20] биологические и химические фунгициды эффективнее применять в комплексе. Комплексное применение биологических и химических препаратов экономит материальные ресурсы и расширяет спектр активности и эффективности протравителей, повышает иммунитет
растений к различным болезням, способствует увели- в агроценозах и существенно снижает затраты на про-чению урожайности, уменьшению химической нагрузки травливание.
Рисунок 2 - Требования к препаратам для предпосевной обработки семян
Для получения сельскохозяйственной продукции высокого качества необходимо использовать научно обоснованные технологии предпосевной обработки семян. Но на практике широкому применению биохимических препаратов препятствует отсутствие серийных машин для комплексной обработки семян, которые обеспечили бы защиту семян как химическими протравителями, уничтожающими вредные патогены, так и биологическими препаратами, позволяющими повысить жизнеспособность семян и улучшить качественные характеристики почвы. Разработка и внедрение в производство современных технологий и машин для комплексной предпосевной обработки семян позволят повысить урожай и одновременно предотвратить загрязнение окружающей среды.
Данная проблема является актуальной для российской науки и без фундаментальных исследований в этой области не обойтись. Последние десятилетия развитие техники для сельского хозяйства шло путем насыщения энергией рабочих органов устройств. Основное внимание уделялось созданию мощных энергонасыщенных устройств, обладающих огромными запасами потенциальной энергии воздействия на обрабатываемые семена и растения. Эти воздействия оказывают негативное влияние на живые растительные организмы, т.к. увеличение потенциальной энергии приводит к увеличению ударных нагрузок и, как следствие, к повреждению (микро- и макротравмам) и разрушению растений и семян [22]. Разрушения и повреждения, наносимые семенам и растениям рабочими органами сельскохозяйственных машин, снижают урожайность сельскохозяйственных культур. Повреждения семян приводят к катастрофическим последст-
виям в семеноводстве - важнейшей отрасли растениеводства, занимающейся массовым размножением семян районированных сортов, созданием суперэлитных и элитных семян - основы семеноводства и стратегической составляющей экономической мощи любого развитого независимого государства.
Для обеспечения интегрированной защиты растений при предпосевной обработке семян в Азово-Черноморском инженерном институте разрабатывается технология предпосевной обработки химическими протравителями и биологическими препаратами, направленная на исключение разрушения семян и минимизацию травмирования семян в процессе обработки.
Разрабатываемая новая технология смешивания и предпосевной обработки основана на использовании новой техники, рабочими органами которой являются упругоэластичные оболочечные системы. Предлагаемые устройства исключают вредное воздействие ядохимикатов на обслуживающий персонал, окружающую среду, сводят к минимуму травмирование семян и исключают разрушение элитных и полевых семян рабочими органами [21].
В плане выполнения работ по внедрению новой перспективной технологии предлагается решение еще одной важной задачи - создание автоматизированной системы оценки качества смеси при импульсном воздействии упругоэластичных систем на сыпучее тело. Для оценки качества получаемой смеси, состоящей из частиц сыпучего тела и частиц жидкости, разрабатывается программа «Анализатор качества смеси», позволяющая анализировать состояние получаемой смеси и подавать сигнал на контролирующее устройство о
готовности смеси биопрепарата или химикатов и сыпучего тела.
Анализатор качества смеси измеряет морфологические и цветовые особенности смеси с помощью анализа изображений полуавтоматическим способом. Это программное обеспечение делает возможным воспроизведение количественной оценки фенотипиче-ских данных, что ранее выполнялось вручную или анализировалось визуально.
Предварительно были проведены эксперименты по выявлению необходимости в автоматизации оценки качества смесеприготовления.
Алгоритм проведения оценки качества смеси:
1. Инициализация.
Этап инициализации предполагает выделение области обработки и бинаризацию входных кадров (рисунок 3).
2. Вычисление размеров частиц (семян).
Данный этап предполагает вычисление максимальных длин и высот частиц.
3. Поиск крупных частиц.
Этап вычислений размеров частиц заключается в выявлении максимальных высот и длин частиц (рисунок 4).
4. Сигнализация об однородной смеси.
Сигнализация об однородности смеси появляется при непревышении заданных экспертом границ.
В ходе представляемой работы были проведены исследования на ряде изображений, полученных с помощью камеры «GoPro Него 4» с разрешением 1920*1080 точек для одного акта смешивания в эластичной оболочке, длительностью 4 мин 30 сек. Для оценки качества смесеобразования эксперименты проводились с использованием трудносмешиваемых культур льна и кукурузы.
Как показали эмпирические исследования, размер частиц при обеспечении 100%-ной однородности смеси не должен превышать 170 точек в длину и 150 точек в ширину.
Алгоритм экспериментов был реализован в среде MS Visual Studio 2013 на языке с#. В итоге экспериментов было выявлено, что однородной смесь становится на 2 минуты раньше экспертной отметки, что говорит об актуальности автоматизации технологии получения однородной смеси и интеллектуализации процесса смесеприготовления в целом.
Программа направлена на получение высокой точности всех измерений и исключение необходимости выполнения трудоемких ручных настроек. В программе задействованы морфологические и цветовые атрибуты, удобный цветовой тестовый модуль.
Рисунок 3 - Процесс инициализации: входной кадр (фото слева) и бинаризация входного кадра (рисунок справа)
Maximal height
Рисунок 4 - Процесс выявления максимальных размеров
Бобовые культуры отличаются от зерновых по морфологическим и цветовым признакам. Даже в пределах отдельных видов сельскохозяйственных культур также можно выявить различия морфологии и цвета. Биологи пытаются выяснить генетическую и молекулярную основу этих отличий, для чего требуется измерить морфологические и цветовые атрибуты в объективном и воспроизводимом формате. Большая часть этого вида фенотипического анализа состоит из затрат времени на ручные измерения или визуальный субъективный подсчет характеристик, которые уменьшают возможность успешной идентификации геномных областей или физиологических причин, лежащих в основе этого изменения.
Анализатор качества смеси (АКС) представляет собой программное обеспечение, предназначенное для сбора объективных данных по цифровым изображениям семян. Многие из этих данных почти невозможно получить вручную.
Программа нацелена на распознавание объектов в оцифрованных изображениях. От обнаруженных границ в каждом объекте можно получить ряд морфологических признаков; универсальное цветовое пространство программы аппроксимирует визуальное восприятие человека. АКС содержит управляемый словарь, согласованный с терминами, представляющими особенности онтологии баз данных и математических дескрипторов для каждой поверхности и цветового признака. Хотя приложение было специально разработано для анализа бобовых, этот программный продукт можно применять для анализа семян других растений. Анализатор может выполнять анализ морфологических особенностей по изображениям семян растений с высокой пропускной способностью.
Кроме того, данные, полученные анализатором качества смеси, объективно сравниваются с подобными экспериментами, выполненными вручную различными исследователями и при использовании различных устройств. Эта беспристрастность позволяет воспроизводить реальные эксперименты, одинаково хорошо компилируя и анализируя данные, полученные из различных источников. В настоящее время большая часть морфологических классификаций выполняется на основе визуального наблюдения, в то время как атрибуты АКС позволяют объективно классифицировать семена по различным морфологическим категориям. Анализатор качества смеси является ценным и эффективным инструментом для идентификации и подтверждения геномных областей, которые определяют форму поверхности семян.
Программа работает следующим образом.
1. Семена сканируются на черном фоне для устранения тени.
2. Изображение открывается в АКС, выбираются атрибуты измерений и программе дается задание выполнить анализ образов.
АКС отделяет объекты от фона. Это происходит путем просмотра гистограмм яркости изображения и определения точек разделения (область низких значе-
ний гистограммы) между передним планом (более светлый цвет) и фоном (темные цвета). Затем исследуются смежные области переднего плана объектов и определяются границы вокруг них.
3. Полученные данные появляются на панели таблицы АКС в виде скриншота и могут быть экспортированы в сопроводительный файл. Некоторые измерения можно отрегулировать вручную.
В настоящее время идет работа по созданию возможности запоминания полученных изображений и открытия их для чтения файлов как с расширением JPEG (.jpg), так и TIFF (.tif). TIFF-файлы предпочтительнее, потому что они сохраняют изображение в том же виде, в котором оно было отсканировано. JPEG-изображения изменяют некоторые цвета в изображении, уменьшая точность обнаружения пограничного объекта и цветового анализа. Это повышает точность всех измерений и уменьшает необходимость выполнения трудоемких ручных регулировок.
Программа создается с возможностью измерения формы поверхностей в виде соотношений (пропорций):
- ширина-высота (W/H) - высота измеряется как Vi ширины;
- максимальная высота (Н) - максимальный вертикальный размер семян;
- изогнутая высота (СН) - высота измеряется вдоль изогнутой линии семени (через середины противоположных пар точек по обе стороны от дальней и ближней точек);
- коэффициент наружной формы плода I (H/W) - отношение максимальной высоты к максимальной ширине;
- коэффициент наружной формы плода II (H_mid/W_mid) - отношение средней высоты средней ширины к ширине средней высоты;
- коэффициент изогнутой формы (CH/CW) - отношение изогнутой высоты к ширине семени в середине изогнутой высоты, измеряется перпендикулярно к линии изогнутой высоты.
Для измерения объекта без выбора индивидуальных показателей АКС предлагает морфометриче-ский или геометрический анализ каждого объекта. Эта функция определяет точки вдоль границы каждого семени в загруженном представлении. Статистический инструментарий, такой как Анализ главных компонентов (АГК), может быть использован для анализа точек экспортируемых данных и затем использовать полученные данные для идентификации областей семени, контролирующих морфологию семени. Границы семени используются как ориентировочные точки для каждого объекта. Количество точек, вычисляемых вдоль границы семени, определяется пользователем и колеблется в пределах от 4 до 200. Первая морфомет-рическая точка (1 х, 1у) всегда проксимальна конечной точке. Начало (0,0) координатной системы располагается в верхнем левом углу прямоугольника, построенного на максимальной ширине и максимальной высоте.
В программном продукте АКС имеется модуль цветового теста (МЦТ), с помощью которого можно эффективно, точно и с высокой производительностью отбирать и анализировать цветовые параметры из отсканированных образов.
Запланировано демонстрировать полученные результаты в реальном времени на скриншоте программы.
Планируется, что модуль цветового теста должен иметь способность определять среднее значение по нескольким атрибутам цвета внутри границ выделенной зоны исследования, а также процентное отношение шести различных цветовых параметров, определяемых пользователем. Эти особенности могут быть полезны для изучения паттерна цветовой вариации в выделенных зонах. Дефицит питательных свойств, микроповреждения, пестициды, токсичность и подверженность тяжелым патогенным атакам влияют на цвет растения. Программа беспристрастно выделяет эти зоны, в то время как визуальная оценка тяжести повреждений и иных патологий на семенах очень сильно зависит от опыта оценщика, когда они напрямую оценивают процент поражения семян. С помощью МЦТ можно определить цветовой ряд для заболевшей части и вычислить процент поверхности, имеющей этот цвет. Таким образом, различные исследователи будут получать одни и те же результаты, потому что они не будут по-разному интерпретировать результаты сме-сеприготовления. Поэтому программа «Анализатор качества смеси» станет мощным инструментом для таких типов исследований.
Выводы. Предпосевная обработка химическими и биологическими препаратами является одним из первых этапов подготовки семян сельскохозяйственных растений, способствующих улучшению всхожести, увеличению роста растений и устойчивости к неблагоприятным факторам среды, возникновению грибковых заболеваний и повреждениям вредителями. Ударное воздействие рабочих органов на семена негативным образом влияет на целостность и посевные качества семян, что сводит на нет огромные затраты на производство семян элиты и суперэлиты. Назрела необходимость производства новой техники для биохимической обработки элитных и полевых семян, рабочие органы которой не травмируют и не разрушают семена. В Азово-Черноморском инженерном институте создано устройство с эластичными рабочими органами для предпосевной обработки семян, особо чувствительных к разрушению и травмированию. Разработанное устройство исключает ударное разрушающее воздействие рабочих органов на семена сельскохозяйственных культур и обеспечивает комплексную защиту растений от вредных патогенов. Для беспристрастной и быстрой оценки качества смесеприготовления служит разработанная создателями устройства автоматизированная система «Анализатор качества смеси».
Литература
1. Производство семян суперэлиты и элиты. Интер-нет-ресурс: http://hitagro.ru/proizvodstvo-semyan-superelity-i-elity.
2. Семеноведение зернобобовых культур / В.И. Зоти-ков, Н.Е. Павловская, А.И. Ерохин, А.Ю. Гаврилова: учебное пособие. - Орел: ФГБНУ ВНИИЗБК, 2016. -184 с.
3. Борзенкова, Г.А. Система рационального применения протравителей и оптимизация их совместного использования с биопрепаратами и ФАВ в защите гороха от болезней в условиях юга нечерноземной зоны России / Г.А. Борзенкова II Зернобобовые и крупяные культуры: научно-производственный журнал. - 2012. - № 1. - С. 90-98.
4. Биопрепараты в сельском хозяйстве. (Методология и практика применения микроорганизмов в растениеводстве и кормопроизводстве). - М., 2005. -154 с.
5. Воронов, Ю.И. Сельскохозяйственные машины / Ю.И. Воронов, Л.Н. Ковалев, А.Н. Устинов. - М.: Агропром-издат, 1990.-255 с.
6. Груздев, Г.С. Химическая защита растений / Г.С. Груздев; под ред. Г.С. Груздева. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987. - 415 с.
7. Гольшин, Н.М. Фунгицид / Н.М. Гольшин. - М.: Колос, 1993.-319 с.
8. Голубев, Г.Н. Геоэкология: учебник для студентов высших учебных заведений / Г.Н. Голубев. - М.: ГЕОС, 1999. -338 с.
9. Защита растений от болезней: учебник / В.А. Шкаликов, О.О. Белошапкина, Д.Д. Букреев и др.; ред. В.А. Шкаликов. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: КолосС, 2010. - 404 с.
10. Калашников, К.Я. Протравливание семян сельскохозяйственный культур / К.Я. Калашников. - Л.: Сельхоз-издат, 1961.-84 с.
11. Лухменёв, В.П. Средства защиты растений от вредителей, болезней и сорняков / В.П. Лухменев, А.П. Гли-нушкин; под ред. проф. В.П. Лухменева. - Оренбург: Изд. центр ОГАУ, 2012.-596 с.
12. Лысенко Н., Полтавский А. Обзор препаратов для предпосевной обработки семян зерновых. - Интернет-ресурс https://www.agroxxi.ru/stati/obzor-preparatov-dlja-predposevnoi-obrabotki-semjan-zernovy h. htm I.
13. Методические рекомендации по выполнению программы учебной практики по севу озимых и ранних яровых полевых культур / ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского», Академия биоресурсов и природопользования. - Симферополь, 2015. - 52 с.
14. Нижарадзе, Т.С. Сравнительная оценка влияния физических, химических и биологических методов предпосевной обработки семян на устойчивость к болезням, развитие и продуктивность зерновых культур в лесостепи Среднего Поволжья: дис. канд. биол. наук: 06.01.11 / Т.С. Нижарадзе; Самарская ГСХА. - Кинель, 2004. -168 с.
15. Маркевич, А.Е. Основы эффективного применения пестицидов. Справочник в вопросах и ответах по механизации и контролю качества применения пестицидов в сельском хозяйстве / А.Е. Маркевич, Ю.Н. Немировец. -Горки: учреждение образования «Могилевский государственный учебный центр подготовки, повышения квалификации, переподготовки кадров, консультирования и аграрной реформы», 2004. - 60 с.
16. Обработка семян сельскохозяйственных культур против вредителей и болезней: учебно-методическое пособие / Э.А. Пикушова, Е.Ю. Веретельник, И.В. Бедловская, Л.А. Шадрина. - Краснодар, 2012. - 63 с.
17. Протравливание семян: преимущества и подводные камни / С. Авраменко, С. Попов, В. Цыганко, А. Курило
II Пропозиция: главный журнал по вопросам агробизнеса. -2017. - № 2 [Электронный ресурс] https://propozitsiya.com/ protravlivanie-semyan-preimushchestva-i-podvodnye-kamni (дата обращения 10.11.2018).
18. Старухин, Р.С. Метод предпосевной обработки семян с использованием эллиптического электромагнитного поля / Р.С. Старухин, И.В. Белицын, О.И. Хомутов II Ползу-новский вестник. - 2009. - № 4. - С. 97-103.
19. Стройков, Ю.М. Защита сельскохозяйственных культур от болезней / Ю.М. Стройков, В.А. Шкаликов. - М.: МСХА, 1998.-264 с.
20. Повышение болезнеустойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур воздействием на семена электромагнитным излучением низкой частоты и микро- и макроэлементами: рекомендации / В.Ф. Фирсов и др. - Мичуринск, 2005. -19 с.
21. Суханова, М.В. Определение накопленной потенциальной энергии при импульсном воздействии на семена / М.В. Суханова, В.П. Забродин, А.В. Суханов II Вестник аграрной науки Дона. - 2018. - № 3(43). - С. 5-8.
22. Забродин, В.П. Исследование ударного воздействия механического устройства на семена озимой пшеницы / В.П. Забродин, А.Ф. Бутенко, С.М. Чепцов II Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2018. - № 12(2). - С. 14-18.
References
1. Proizvodstvo semyan supereiity i eiity [Production of super elite and elite seeds], Internet-resurs: http://hitagro.ru/ proizvodstvo-semyan-superelity-i-elity. (In Russian)
2. Zotikov V.I., Pavlovskaya N.E., Eroxin A.I., Gavrilo-va A.Yu. Semenovedenie zernobobovykh kul'tur: uchebnoe posobie [Seed studies of legumes], Orel, FGBNU VNIIZBK, 2016,184 p. (In Russian)
3. Borzenkova, G.A. Sistema rational'подо primeneniya protravitelej i optimizaciya ikh sovmestnogo ispol'zovaniya s biopreparatami i FAV v zashhite gorokha ot boleznej v uslo-viyakh yuga nechernozemnoj zony Rossii [The system of rational use of disinfectants and optimization of their joint use with bio-preparations and physiologically active substances in the protection of peas from diseases in the South of the non-chernozem zone of Russia], Zernobobovye / krupyanye kul'tury: nauchno-proizvodstvennyj zhurnal, 2012, No 1, pp. 90-98. (In Russian)
4. Biopreparaty v sel'skom khozyajstve (Metodologiya i praktika primeneniya mikroorganizmov v rastenievodstve i kor-moproizvodstve) [Biological products in agriculture. (Methodology and practice of application of microorganisms in crop and feed production], M., 2005,154 p. (In Russian)
5. Voronov Yu.l., Kovalev L.N., Ustinov A.N. Sel'skokhozyajstvennye mashiny [Agricultural vehicles], M., Agropromizdat, 1990, 255 p. (In Russian)
6. Gruzdev G.S. Khimicheskaya zashhita rastenij [Chemical plant protection], pod red. G.S. Gruzdeva, 3-е izd., pererab. i dop., M.: Agropromizdat, 1987, 415 p. (In Russian)
7. Gol'shin N.M. Fungicid [Fungicide], M., Kolos, 1993, 319 p. (In Russian)
8. Golubev G.N. Geoekologiya: uchebnik dlya studentov vysshikh uchebnykh zavedenij [Geoecology], M., Izd-vo GEOS, 1999, 338 p. (In Russian)
9. Shkalikov V.A., Beloshapkina O.O., Bukreev D.D. i dr. Zashhita rastenij ot boleznej: uchebnik, red. V.A. Shkalikov [Plant protection against diseases], 3-е izd., ispr. i dop., M., KolosS, 2010, 404 p. (In Russian)
10. Kalashnikov K.Ya. Protravlivanie semyan sel'skokhozyajstvennykh kul'tur [Etching of seeds of agricultural crops], L., Sel'khozizdat, 1961, 84 p. (In Russian)
11. Lukhmenyov V.P., Glinushkin A.P. Sredstva zashhity rastenij ot vreditelej, boleznej i sornyakov [Plant protection products against pests, diseases and weeds], pod red. prof. V.P. Luxmeneva, Orenburg, Izd. centr OGAU, 2012, 596 p. (In Russian)
12. Lysenko N., Poltavskij A. Obzor preparatov dlya predposevnoj obrabotki semyan zernovykh [Review of preparations for pre-sowing treatment of grain seeds], Internet-resurs https://www.agroxxi.ru/stati/obzor-preparatov-dlja-predposevnoi-obrabotki-semjan-zernovyh.html. (In Russian)
13. Metodicheskie rekomendacii po vypolneniyu pro-grammy uchebnoj praktiki po sevu ozimykh i rannikh yarovykh polevykh kul'tur [Methodical recommendations on the implementation of the programme of educational practices for sowing of winter crops and early spring crops field crops], FGAOU VO «Kry'mskij federal'nyj universitet im. V.I. Vernadskogo», Akade-miya bioresursov i prirodopol'zovaniya, Simferopol', 2015, 52 p. (In Russian)
14. Nizharadze T.S. Sravnitel'naya ocenka vliyaniya fizi-cheskikh, khimicheskikh i biologicheskikh metodov predposevnoj obrabotki semyan na ustojchivost' k boleznyam, razvitie i pro-duktivnost' zernovykh kul'tur v lesostepi Srednego Povolzh'ya: dis. kand. biol. nauk: 06.01.11 [Comparative assessment of the influence of physical, chemical and biological methods of pre-sowing seed treatment on disease resistance, development and productivity of grain crops in the forest-steppe of the Middle Volga region], Samarskaya GSXA, Kinel', 2004. - 168 s. (In Russian)
15. Markevich A.E., Nemirovecz Yu.N. Osnovy effektiv-nogo primeneniya pesticidov. Spravochnik v voprosax i otvetakh po mekhanizacii i kontrolyu kachestva primeneniya pesticidov v sel'skom khozyajstve [Basics of effective use of pesticides. Handbook of questions and answers on mechanization and quality control of pesticides use in agriculture], Gorki, uchrezhdenie obrazovaniya «Mogilevskij gosudarstvennyj uchebnyj centr pod-gotovki, povysheniya kvalifikacii, perepodgotovki kadrov, kon-sul'tirovaniyai agrarnoj reformy», 2004, 60 p. (In Russian)
16. Pikushova E.A., Veretel'nik E.Yu., Bedlovskaya I.V., Shadrina L.A. Obrabotka semyan sel'skokhozyajstvennykh kul'tur protiv vreditelej I boleznej: uchebno-metodicheskoe posobie [Treatment of seeds of agricultural crops against pests and diseases], Krasnodar, 2012, 63 p. (In Russian)
17. Avramenko S., Popov S., Cyganko V., Kurilo A. Protravlivanie semyan: preimushhestva i podvodnye kamni [Seed etching: advantages and pitfalls], Propoziciya: glavnyj zhurnal po voprosam agrobiznesa, 2017, No 2 [Elektronnyj resurs] https://propozitsiya.com/protravlivanie-semyan-preimushchestva-i-podvodnye-kamni (data obrashheniya 10.11.2018). (In Russian)
18. Starukhin R.S., Belicyn I.V., Khomutov O.I. Metod predposevnoj obrabotki semyan s ispol'zovaniem ellipticheskogo elektromagnitnogo polya [Method of presowing treatment of seeds with the use of elliptical electromagnetic field], Polzunov-skij vestnik, 2009, No 4, pp. 97-103. (In Russian)
19. Strojkov Yu.M., Shkalikov V.A. Zashhita sel'skokhozyajstvennykh kul'tur ot boleznej [Protection of crops from diseases], M., MSXA, 1998, 264 p. (In Russian)
20. Firsov V.F. i dr. Povyshenie bolezneustojchivosti i urozhajnosti sel'skokhozyajstvennykh kul'tur vozdejstviem na semena elektromagnitnym izlucheniem nizkoj chastoty i mikro- i makroelementami: rekomendacii [Increasing disease resistance and crop yields by effect of low-frequency electromagnetic radiation and micro-and macronutrients], Michurinsk, 2005,19 p. (In Russian)
21. Sukhanova M.V., Zabrodin V.P., Sukhanov A.V. Opredelenie nakoplennoj potential'noj energii pri impul'snom vozdejstvii na semena [The determination of the accumulated
potential energy during the pulsed action on the seeds], Vestnik agrarnoj nauki Dona, 2018, No 3(43), pp. 5-8. (In Russian)
22. Zabrodin V.P., Butenko A.F., Chepczov S.M. Issle-dovanie udarnogo vozdejstviya mekhanicheskogo ustrojstva na
semena ozimoj pshenicy [Research of a mechanical device impact on the seeds of winter wheat], Seiskokhozyajstvennye mashiny / tekhnologii, 2018, No 12(2), pp. 14-18. (In Russian)
Сведения об авторах
Суханова Майя Викторовна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Высшая математика и механика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-928-755-11-21. E-mail: [email protected].
Мирошникова Валентина Викторовна - кандидат технических наук, главный специалист по научно-исследова-тельской работе дирекции Азово-Черноморского инженерного института - филиала ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-918-568-12-02. E-mail: [email protected].
Суханов Андрей Валерьевич - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, ОАО «Научно-исследо-вательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (Ростов-на-Дону, Российская Федерация). Тел.: +7-989-721-65-53. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Sukhanova Mayya Victorovna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the High mathematics and applied mechanics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-755-11-21. E-mail: [email protected].
Miroshnikova Valentina Viktorovna - Candidate of Technical Sciences, chief research specialist of the directorate, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-918-568-12-02. E-mail: [email protected].
Sukhanov Andrey Valerievich - Candidate of Technical Sciences, senior researcher, Joint Stock Company NIIAS (Rostov-on-Don, Russian Federation). Phone: +7-989-721-65-53. E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.1
ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ ПРОЦЕССА ВПИТЫВАНИЯ
ПРИ ПОЛИВЕ ПО БОРОЗДАМ
© 2019 г. А.Ф. Апальков, С.А. Апальков, Н.П. Погорелое
Необходимость исследований и обоснования для дальнейших работ на сельскохозяйственных объектах вызвана тем, что территория Ростовской области расположена в зоне недостаточного увлажнения и нуждается в плановых поливах сельскохозяйственных культур. Главными причинами изменения состояния сельхозугодий, повлекшими за собой неблагоприятные последствия, являются переувлажнение и заболачивание орошаемых земель, причиной которых является завышение поливных и оросительных норм. Как показали исследования, при орошении используются завышенные нормы и по отдельным хозяйствам колеблются в широких пределах, превышая поливные нормы в 1,5-2 раза. Это значит, что большая часть оросительной воды идет на глубинную фильтрацию и порой достигает 40%. Поэтому необходимы исследования эффективных способов полива в производственных условиях. Опыт эксплуатации поливных земель показывает, что высокой эффективности полива можно добиться за счет улучшения почвенных условий. Для объективной оценки состояния орошаемых земель были проведены полевые исследования в отдельных хозяйствах Багаевского района, которые подтвердили, что эффективности полива можно добиться за счет уменьшения потерь воды на впитывание и обоснованного решения по выбору той или иной схемы полива сельскохозяйственных культур в хозяйстве. Следовательно, объективная оценка состояния орошаемого земледелия необходима уже на стадии вегетационного полива, что скажется на сокращении числа поливов, на повышении урожайности и снижении затрат на единицу возделываемой продукции. Авторами разработана методика определения влагозапасов на опытном участке исследуемых борозд. Установлено, что влажность для борозд с пленочным перфорированным покрытием в корнеобитаемом слое увеличивается более чем на 40%. Получены зависимости расхода оросительной воды на впитывание от влажности почвогрунтов.
Ключевые слова: вегетационный период, грунтовые воды, минерализация, засоленность почв, полив по бороздам, непроизводительный сброс, водно-физические свойства.
The need for research and justification for further work on reclamation facilities due to the fact that the territory of the Rostov region is located in the zone of insufficient moisture and needs planned irrigation of crops. The main causes of changes in the amelioration state, which led to unfavorable consequences, are overwetting and waterlogging of irrigated lands, which are caused by overesti-mation of irrigation and irrigation norms. As studies have shown, overestimated norms are used for irrigation and individual farms vary widely, exceeding irrigation holes by 1,5-2 times. This means that most of the irrigation water goes to deep filtration and sometimes reaches 40%. Therefore, effective methods of irrigation require research in the production environment. Experience in the exploitation of land reclamation shows that high irrigation efficiency can be achieved by improving soil-reclamation conditions. To objectively assess
