CC BY
11АНАЛИЗ И МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА Цугленок Н.В.
Цугленок Николай Васильевич - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, вице-президент,
научный руководитель, Восточно-Сибирская ассоциация биотехнологических кластеров, г. Красноярск
Аннотация: в статье приводится анализ и методология формирования эффективной структуры технологических комплексов растениеводства, при взаимодействии энергетических и продуктивных потоков в годовом сельскохозяйственном цикле, позволяющей логически рассмотреть функциональные взаимосвязи трех условных подсистем (подсистема I, подсистема II, подсистема III). Подсистема I представляет собой экологическую энергию Еэ в конкретных региональных экосистемах или энергию фотосинтетически активной радиации ЕФАР, определяемой интенсивностью солнечной радиации, и характеризуется осадками т.е. влагообеспеченностью почвы. Подсистема II включает в себя агротехнические приемы, используемые в годовом сельскохозяйственном цикле для управления формированием максимальной энергопродуктивности, и представляет собой суммарную антропогенную энергию Ер. Подсистема III объединяет основные почвенные факторы (физико-механические, химические и т.д.) и представляет собой влагообеспеченность, энергию питания растений, получаемую из почвы Е, т.е. ее плодородие. Взаимодействие этих 3 подсистемных уровней и определяют продуктивность в растениеводстве.
Ключевые слова: методология формирования, эффективная структура, технологические комплексы, растениеводство, энергетические и продуктивные потоки, годовой сельскохозяйственный цикл.
Системный анализ современных агротехнических приемов, направленных на увеличение продуктивности, показывает, что из-за отсутствия системного подхода в единой методологии формирования цельного структурно -организованного энергоэкономичного комплекса производства сельскохозяйственной продукции по совокупности энергетических, продуктивных, временных и социально-стоимостных показателей приводит к многократному дублированию и параллелизму в разработке технологических приемов, имеющих одинаковое назначение; не устанавливает последовательность их использования и не определяет структурный вклад каждого из них в увеличение приращения урожая (биоэнергетический КПД) или его качественных показателей при снижении
энергоматериальных затрат условий [7;12;22;25;26;27, 28].
По урожайности в центнерах или тоннах с одного гектара не возможно оценить биоэнергетический КПД разных растений, сравнить их в единой системе биоэнергетических единиц и определить какие группы культур имеют максимальную энергопродуктивность, а какие минимальную на данной территории и установить их экономически хозяйственную полезность и перестроить структуру с/х производства в растениеводстве и животноводстве, сделать ее более энергетически совершенную с учетом максимальной экономии знергетических ресурсов [2;4;11;20;30;]
Процесс формирования эффективного структурно-организованного энергоэкономичного комплекса производства продукции растениеводства по совокупности энергетических, продуктивных и временных показателей можно представить разработанной функциональной схемой взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в годовом сельскохозяйственном цикле (рис. 1), позволяющей логически рассмотреть функциональные взаимосвязи трех условных подсистем (подсистема I, подсистема II, подсистема III).
Подсистема I представляет из себя экологическую энергию Еэ в конкретных региональных экосистемах или энергию
фотосинтетически активной радиации Ефар., определяемой интенсивностью солнечной радиации и характеризуется осадками т.е. влагообеспеченностью почвы, при достаточно благоприятном временном периоде для вегетации с/х растений в безморозный период на территории Российской Федерайии, в том числе и организации производства овощей в закрытом грунте [9-15,16 29]. Данные 2 фактора в каждой зональной территории, имеют доминирующее влияние на увеличения урожайности с/х культур в процессе их вегетации по отношению к другим факторам, в том числе и антропогенным агроприемам, которые дают не более 1-2% прибавки урожая по отношению к солнечной радиации и влагообеспеченности растений в период их вегитации на различных административных территориях Российской Федерации.
С другой стороны, для использования продукции растениеводства в животноводстве уже применяется критерий энергосодержания продукта или сырья, выраженный в кормовых единицах (ккал или кДж), позволяющий учесть энергетические качества полученной продукции растениеводства. Аналогично определяется в калориях и энергосодержание продуктов, используемых для питания людей.
Таким образом, в настоящее время четко сформулировались требования в определении энергосодержания, т.е. питательной ценности выращенной продукции для животноводства и питания людей на конкретных территориях в конкретных зональных экосистемах.
В системах растениеводства доминирующим циклом по уровню значимости является эколого-географический, причем в процессе эволюции взаимосвязь эколого-географического и биологического циклов в природных экосистемах была приведена в определенное соответствие, выразившееся в эволюционном подборе культур в зональных экосистемах.
Рис. 1. Функциональная схема взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в годовом сельскохозяйственном цикле
К сожалению, система жесткого планирования сверху структуры посевных площадей партийныи руководством Советского Союза и отсутствие научно обоснованной методологии формирования рациональной структуры АПК в конкретных администпативных территориях с учетом оптимального взаимодействия эколого-биологических циклов привела в первую очередь к нарушению соответствия биологических и эколого-географических циклов.
В заключении хочется отметить, что биоэнергетический уровень энергетического совершенства любой с/х культуры т.е. ее энергопродуктивность в конкретной эколого-географической зоне является высшим уровнем по отношению к остальным и базируется на основных зональных эколого-энергетических факторах, эффективного эколого-географического размещения с/х культур в зональных экосистемах, выбранных по основному показателю энергопродуктивности растенений.
Для этого необходимо разработать биоэнергетическую теорию для эффективного эколого-географического размещения с/х культур и формирования энергоэффективного машинно-технологического комплекса в зональных экосистемах и выбрать самые эпергоэффективные с/х культуры с самым высоким биоэнергетическим КПД и энергоэффективную систему машин для их производства в различных
административных территориях Российской Федерации.
Подсистема II (Рис. 1) включает в себя агротехнические приемы, используемые в годовом сельскохозяйственном цикле для управления формированием максимальной энергопродуктивности, и представляет из себя суммарную антропогенную энергию Ер
Данная подсистема включает в себя агротехнические приемы, используемые в годовом сельскохозяйственном цикле для управления формированием максимальной энергопродуктивности, начиная от подготовки семян к посеву [1;6;8;10;13;14;18;19;21;23;24], и завершая уборкой и переработкой полученного урожая [3;5;8;10].и представляет из себя суммарную антропогенную энергию Ер.
Для систематизации использования технических приемов в растениеводстве разработана классификационная схема, позволяющая систематизировать агротехнические приемы и систему машин к ним [23;24] по двум основным признакам использования:
Для управления потерями энергии на дыхание (питание растений, (формирование корневой системы и т.д.).
2. Для управления фотосинтетической активностью растений при их вегетации (на борьбу с болезнями и вредителями и на активизацию ростовых процессов (механических, химических, физических и т.д.)).
Приведенная классификация агротехнических приемов указывает на их использование, направленное на снижение потерь энергии дыхания растений и на их многократное дублирование при использовании по этому назначению (многократные обработки почвы, семян, растений и т.д.). Эти
зависимости в какой-то мере объясняют увеличение энергетических и денежных затрат на производство единицы продукта. Аналогичные динамические зависимости наблюдаются и при использовании других агротехнических приемов. Отсутствие научно обоснованной методологии формирования технологического комплекса производства растениеводческой продукции приводит к дублированию различных энергетических воздействий, особенно при различных обработках почвы и их многократному дублированию и по другим агроприемам.
Причины подобной экстенсивной тенденции во многом определяются технологической структурой современного сельскохозяйственного производства, которая все в большей степени обнаруживает свое несоответствие задачам повышения эффективности данной отрасли.
Следует отметить, что опережающее возрастание ресурсного обеспечения по сравнению с ростом валовой продукции сельского хозяйства за период с 1960 года наблюдается во многих странах с развитым сельским хозяйством. Увеличение разницы в темпах роста между ресурсным обеспечением и продуктивностью показывает, что технико-технологический комплекс
сельскохозяйственного производства развивается в основном экстенсивным путем из-за отсутствия теоретических предпосылок оптимального сопряжения энергетических, продуктивных и временных параметров экосистем.
При формировании структурно-организованного технологического комплекса растениеводства можно использовать "поисковые" методы нормативного технологического прогнозирования путем построения дерева целей в виде иерархических уровней причинных вертикальных взаимосвязей и морфологического моделирования, заключающегося в "разбиении" проблемы на части, которые в какой-то степени можно считать независимыми, причем каждая из частей будет иметь несколько подходов и решений для выбора возможно лучшего варианта из максимально возможных (рис. 1).
Необходимо оценить многообразие предлагаемых агроприемов и определить их значимость на увеличения знергопродуктивности и выстроить их в иерархическую систему полезности и вклад каждого агроприема в приращение общей энергопродуктивности, основанную на морфологическом анализе ее структуры, позволит представить все возможные комбинации решений отдельных частей для решения всей проблемы в целом и может использоваться для поиска вероятного будущего технологического процесса, вытекающего из потенциальных возможностей его настоящего состояния. Для решения данной проблемы предлагается использовать целевые функции энергетического и стоимостного доходов, по которым можно провести на основании имеющихся данных детальные исследования стурктуры применяемых агроприемов и их постадийного энергетического воздействия Еа каждого из них на приращение энергопродуктивности
ДЕ
т. Данный подход позволяет применить метод эффективного исключения энергетически несовершенных агротехнических приемов, с использованием принятых решений построить иерархическую систему существующих агроприемов, с использованием новых научных разработок предсказать будущие схемы машинно-технологических комплексов.
Подсистема III (Рис.1) объединяет основные почвенные факторы (физико-механические, химические и т.д.) и представляет из себя, влагообеспеченность, энергию питания растений получаемую из почвы Еп. т.е. ее плодородие дополнительно поддерживаемое внесением органических и минеральных удобрений Му, систему почвообрабатывающих машин для различных видов почвообработок с целью улучшения почвенной структуры и экономии таким образом энергии дыхания растений для более быстрого формирования корневой системы. Причем нормы внесения удобрений должны быть строго обоснованы и регламентированы с учетом влагообеспеченности каждого поля в конкретных зональных территориях Российской Федерации.
Применяемые системы машин для агроприемов во всех 3-х подсистемах так же нуждаются в их знергетической оценке, проектирование и изготовлении новых энергетически совершенных машин, особенно для самых энергоемких процессов по различным обработкам почвы.
Данный проведенный анализ по 3-м подсистемам знергетических воздействий при производстве продукции растениеводства и предлагаемая биоэнергетическая система формирования эффективного технологического комплекса производства знергетических совершенных с/х культур, предполагает математическое моделирование для оценки работы существующих машинно-технологических комплексов и прогнозирования будущих машинно-технологических комплексов на трех основных иерархических уровнях:
1. Эколого-географический и биоэнергетический уровень эффективного размещения с/х культур и сортов в существующих агроэкологических зонах.
2. Энерготехнологический уровень энергетического совершенства применяемых агротехнических приемов.
3. Энерготехнический уровень создания энергетически совершенных конкретных с/х машин.
Список литературы
1. Влияние электромагнитного поля высокой частоты на энергию прорастания и всхожесть семян томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 21.
2. Высокоэнергетическая кормовая культура топинамбур в кормопроизводстве Красноярского края. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Аникиенко Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2007. № 4 С. 127-130.
3. Влияние импульсной инфракрасной сушки на сохранность активно действующих веществ. Алтухов И.В., Цугленок Н.В., Очиров В.Д. Вестник Ставрополья, 2015. № 1 (17). С. 7-10.
4. Имитационные модели пространственно распределенных зкологических систем. Лапко А.В., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И. Ответственный редактор: д.т.н., профессор А.В. Медведев. Новосибирск, 1999.
5. Использование СВЧ энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба. Цугленок Н.В., Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И., Коман О.А. Ж. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2004. № 2. С. 16-17.
6. Исследование температурных полей при предпосевнойогбработке семян масленичных культур ЗМПСВЧ. Бастрон А.В., Исаев А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2011. № 2-1. С. 4-8.
7. Концепция информатизации аграрной науки Сибири. Гончаров П.Л., Курцев И.В., Донченко А.С., Кашеваров Н.И., Чепурин Г.И. и др. СО РАСХН. Отв. за выпуск А.Ф. Алейников, А.И. Оберемченко. Новосибирск, 2003.
8. Комплексная система обеззараживания зерна и продуктов его переработки. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.
9. Лабораторный практикум и курсовое проектирование по освещению и облучению. Долгих П.П., Кунгс Я.А., Цугленок Н.В. Учебное пособие для студентов. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. / Красноярск, 2002.
10. Методы и математические модели процесса обеззараживания продовольственного зерна. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. Учеб. пособие для студентов вузов. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.
11. Мелкоплодные яблоки Сибири в функциональном питании. Типсина Н.Н., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2009. № 1 (28). С. 152-155.
12. Оценка влияния оптимальных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на энергозатраты технологического процесса. Цугленок Н.В., Журавлев С.Ю. Вестник КрасГАУ, 2010. № 10 (49). С. 146-152.
13. Обеззараживание и подготовка семян к посеву. Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 1984. № 4. С. 4.
14. Обеззараживающее действие электромагнитного поля высокой частоты на семена томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н.Вестник КрасГАУ, 2002. С. 33.
15. Резисторы из композитов в системах энергообеспечения агропромышленных комплексов. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. Вестник_КрасГАУ, 2006. № 6. С. 314319.
16. Резисторы в схемах электротеплоснабжения. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. КрасГАУ. Красноярск, 2008 (2-е издание, переработанное и дополненное).
17. Состояние социально-трудовой сферы села и предложения по ее регулированию. Ежегодный доклад по результатамм 2006 г. / Ответственные за подготовку доклада: Д.И. Торопов, И.Г. Ушачев, Л.В. Богдаренко. Москва, 2007. Том Выпуск 8.
18. Способ обработки семян и устройство для его осуществления. Цугленок Н.В., Шахматов С.Н., Цугленок Г.И. Патент на изобретение RUS 2051552 22.04.1992.
19. Система защиты зерновых и зернобобовых культур от семенных инфекций. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Халанская А.П. М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2003.
20. Технология и технические средства производства экологически безопасных кормов. Цугленок Н.В., Матюшев В.В. М-во сел. хоз-ва РФ, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2005.
21. Технология и технические средства обеззараживания семян
22. энергией СВЧ-поля. Бастрон А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В.Вестник КрасГАУ.2007. № 1. С. 268-271
23. Цугленок Н.В. Формирование и развитие технологических комплексов растениеводства. Вестник КрасГАУ,1997. № 2. С.1.
24. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Авт-т дис. докт.техн. наук / КрасГАУ. Барнаул, 2000.
25. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Диссерт. На соискание док-ра техн. наук / Красноярск, 2000
26. Цугленок Н.В. Концепция устойчивого развития АПК Красноярского края. Вестник КрасГАУ. 1996. № 1. С. 1.
27. Цугленок Н.В. Биоэнергетическая концепции формирования технологических комплексов АПК. Вестник КрасГАУ, 1998. № 3. С. 9.
28. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование структуры АПК. Вестник КрасГАУ, 2000. № 5. С. 1.
29. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование. Учеб. пособие для студентов вузов по агроинженер. специальностям. М-во сел. хоз-ва РФ, КрасГАУ. Красноярск, 2004.
30. Энерготехнологическое оборудование тепличных хозяйств. Цугленок Н.В., Долгих П.П., Кунгс Я.А. Учебное пособие для вузов / КрасГАУ. Красноярск, 2001.
31. Эколого-энергетические и медико-биологические свойства топинамбура. Аникиенко Т.И., Цугленок Н.В. М-во сельского хоз-ва РФ, КрасГАУ. Красноярск, 2008.
