CC BY
26
21.03.2003; опубл. 10.09.2007. ции и эффективность их использования //
12. Кожемяко Н.П. Концентрация ле- Вестник МГУЛ - Лесной вестник, 2008. № сосырьевых ресурсов Российской Федера- 5. С. 124-127.
УДК 630.232.33
РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЫСЕВУ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ СЕМЯН ЛЕСОПИТОМНИКОВОЙ СЕЯЛКОЙ С НОВЫМ ВЫСЕВАЮЩИМ
АППАРАТОМ
заведующий кафедрой лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации, доктор технических наук, профессор Ф. В. Пошарников ассистент кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации
и сертификации B. ^ Попов ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
На качество высева семян существенное влияние оказывают рабочие органы сеялки, одним из которых является высевающий аппарат [5, 6]. Нами разработана конструкция высевающего аппарата для высева крупных лесных, позволяющая увеличить равномерность распределения семян по дну посевной бороздки [1].
При лабораторных испытаниях [3, 7] установлено, что разрабатываемый высевающий аппарат обеспечивает большую равномерность распределения крупных лесных семян по сравнению с серийными образцами. Это благоприятно сказывается на количестве всходов сеянцев на единицу длины и на скорости их роста. Благодаря высокой равномерности высева, расстояние между семенами по дну бороздки приблизительно одинаково, и мала вероятность того, что сеянец окажется плотно окружен другими сеянцами, что отрицательно сказалось бы на получении пита-
тельных веществ из почвы в такой уплотненной группе, а также их затенения от света.
Для проверки лабораторных исследований по равномерности распределения крупных лесных семян по дну посевной бороздки в полевых условиях разрабатываемый высевающий аппарат был установлен на одну из трёх посевных секций лесо-питомниковой сеялки СПП-3Ш (рис. 1), после чего были проведены следующие сравнительные испытания.
Проводился параллельный высев новым (ширина выбросного окна 10 см) и серийным высевающим аппаратом (ширина выбросного окна 8 см) на контрольно участке в одинаковых условиях. После этого в течение месяца, с интервалом в двое суток, определялось количество всходов NB и высота сеянцев Н на участках засеянных новым и серийным высевающими аппаратами [3].
Рис. 1. Экспериментальный посев крупных лесных семян серийным и новым высевающим
аппаратом, установленным на сеялке СПП-ЗШ
Обработанные данные измерений для дуба черешчатого представлены в виде графиков на рис. 2 и 3. Обнаружено, что при использовании нового высевающего аппарата, уже начиная с шестого дня измерений, количество появившихся всходов приблизительно на 20 % больше, чем при
использовании серийного аппарата (рис. 2). В значительной мере это обусловлено большей равномерностью высева крупных лесных семян новым высевающим аппаратом по сравнению с серийным, и, как следствие, более благоприятным условиям для развития сеянцев.
N3, м 1 25
20
15
10
5
0
10 15 20 25 30 35 40 ^ дни
Рис. 2. Увеличение количества всходов дуба черешчатого с течением времени: сплошная кривая - новый высевающий аппарат, пунктирная - серийный
H, см
10 15 20 25 30 35 40 I, дни
Рис. 3. Увеличение высоты дуба черешчатого с течением времени: сплошная кривая - новый
высевающий аппарат, пунктирная - серийный
Кроме того, анализируя рис. 3 можно заметить, что при использовании нового высевающего аппарата сеянцы растут быстрее. Об этом свидетельствует тот факт, что график Ндля нового высевающего аппарата приблизительно на 4 дня сдвинут по отношению к графику для серийного высевающего аппарата в сторону меньшего времени I Поэтому при использовании нового высевающего аппарата сеянцы на начальных этапах развития опережают в росте на 4 дня сеянцы, высеянные серийным высевающим аппаратом. При этом высота сеянцев к концу эксперимента приблизительно соизмерима.
Стохастический анализ позволяет подобрать аналитические формулы, описывающие динамику роста сеянцев [2, 8]. На основе этих формул появляется возможность прогнозировать рост сеянцев; кроме того, многие из коэффициентов формул имеют четкий смысл и позволяют получить информацию о механизмах и ди-
намик роста.
Полученные экспериментальные зависимости NB(t) и H(t) для дуба черешчатого лучше всего аппроксимируются "сту-пенькообразной" ("сигмоидальной") функцией. Такая функция воспроизводит переход исследуемой величины F(t) с более низкого уровня на более высокий. Из сиг-моидальных функциий наибольшее распространение для задач подобного класса получила функция Больцмана [8], которая часто применяется в описании химических процессов (рис. 2, 3) и задается следующим выражением:
F (t) = F2 + (1)
1 + е d
где F1 и F2 — начальный и конечный уровни функции;
d - параметр, определяющий ширину ступеньки;
t0 - точка перегиба сигмоидальной функции Больцмана. Аппроксимация методом наимень-
ших квадратов позволила получить следующие формулы для серийного высевающего аппарата:
лг/\ „л, 3,93 - 23,94
ыв (г ) = 23,94 —=
1 + е
4,823
Н (г ) = 21,08 +
-1,40 - 21,08
г-18,95
(2)
(3)
1 + е М71
где Ыв измеряется в единицах взошедших сеянцев, Н - в сантиметрах.
Для высевающего аппарата предлагаемого типа получены следующие ап-
проксимирующие формулы:
- 0,60 - 30,04 Ыв (г)= 30,04 + 7 г-22,54 . (4)
1 + е
6,572
Н (г ) = 21,25 +
- 2,31 - 21,25
г-16,99
(5)
1 + е 7'004
По параметрам аппроксимирующих выражений можно судить о преимуществах нового высевающего аппарата. Результаты сравнительного анализа нового и серийного высевающих аппаратов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительный анализ высевающих аппаратов по параметрам динамики всходов _дуба черешчатого
Параметр динамики всходов дуба черешчатого Высевающий аппарат Эффект
серийный новый
Количество всходов к концу эксперимента Ыв2, м-1 23,94 30,04 25,5 %
Характерная длительность процесса появления всходов dы, дни 4,823 6,572 36,3 %
Время достижения максимальной скорости появления всходов г0ы, дни 25,27 22,54 21,5 %
Высота всходов к концу эксперимента Н2, см 21,08 21,25 0,8 %
Характерная длительность роста dH, дни 8,471 7,004 17,3 %
Время достижения максимальной скорости роста г0Н, дни 18,95 16,99 28,2 %
Количество всходов к концу эксперимента Ыв2 для нового высевающего аппарата оказывается на 25,5 % выше, чем для серийного. Стадия бурного появления всходов, судя по параметру г0, начинается приблизительно на 3 дня раньше (22,54 вместо 25,27) для нового высевающего аппарата. Высота всходов к концу эксперимента Н2 практически не различается для высевающих аппаратов обоих типов (различие составляет лишь 0,8 %). Однако максимальная скорость роста сеянцев достигается на 28,2 % раньше при использо-
вании нового высевающего аппарата.
Аналогичное исследование динамики всходов выполнено и для посевов каштана конского (рис. 4 и 5). Но здесь наблюдается немного другая динамика. Если в случае с всходами дуба черешчатого сначала наблюдается некое замедленное появление всходов и их рост, после чего начинается более активное их развитие, которое сменяется общим замедлением процесса роста и появлением всех сеянцев, то в случае с каштаном конским ситуация другая: в течение первых пятнадцати дней наблюдает-
ся бурное появление всех всходов и их ак- переходящее по графику практически в
тивный рост, после чего идет замедление, прямую.
Рис. 4. Увеличение количества всходов каштана конского с течением времени: сплошная кривая - новый высевающий аппарат, пунктирная - серийный
Как видно из графика динамики всходов (рис. 4) сеянцы, посаженные помощью нового высевающего аппарата с самого начала превосходят не только по появлению, но и по конечному количеству всходов сеянцы, посеянные стандартным высевающим аппаратом.
В данном случае зависимости Ыв(г) и Н(г) лучше всего аналитически описываются убывающей экспоненциальной зависимостью вида:
г
F(г) = F2 -AF • е \ (6)
где F2 - значение функции при стремлении г к бесконечности; ЛР - амплитуда изменения функции в процессе наблюдения;
- характерное время возрастания функции (время за которое функция приближается к асимптоте в е~2,72 раз).
Для серийного высевающего аппарата получены следующие аппроксимирующие зависимости:
г
Ыв (г) = 26,39 - 26,78 • е 11-22. (7)
г
Н (г ) = 25,41-25,69 • е^7™ (8)
Для высевающего аппарата предлагаемого типа аппроксимирующие выражения будут следующие:
г
Ыв (г ) = 33,43-32,74 • е^^ (7)
г
Н (г ) = 28,76-28,12 • е 6567. (8) Похожая динамика наблюдается и при увеличении высоты сеянцев каштана конского (рис. 5).
Н, см 30'
25'
20'
• ^ г г<
]Ж с / **
// ►
-Г
0 5 10 15 20 25 30 дни Рис. 5. Увеличение высоты каштана конского с течением времени: сплошная кривая - новый
высевающий аппарат, пунктирная - серийный
С самого начала сеянцы, посаженные новым высевающим аппаратом, опережают в росте и, в конечном итоге, выше на несколько сантиметров сеянцев, посаженных серийным высевающим аппаратом. Это можно объяснить тем, что из-за лучшего распределения семян по дну посевной бороздки площадь питания каждому из семе-
ни приходится одинаковая, что благоприятно сказывается на их произрастании и получении света и питательных веществ из земли.
В табл. 2 приведены сравнительные параметры динамики всходов каштана конского при высеве серийным и новым высевающим аппаратом.
Таблица 2
Параметры динамики всходов каштана конского при высеве серийным и новым высевающим
аппаратом
Параметр динамики всходов каштана конского Высевающий аппарат Эффект
серийный новый
Количество всходов к концу эксперимента ЫВ2, м-1 26,39 33,43 26,7 %
Характерная длительность процесса появления всходов ^ы, дни 11,22 9,970 11,1 %
Высота всходов к концу эксперимента Н2, см 25,41 28,76 13,2 %
Характерная длительность роста ¿0Н, дни 7,179 6,567 8,5 %
Использование нового высевающего аппарата привело к увеличению количества всходов каштана конского на единице длины ЫВ2 на 26,7 % и увеличению экспоненциальной скорости появления всходов
^ на 11,1 %. При использовании нового высевающего аппарата также наблюдается на 13,2 % большая высота всходов к моменту и окончанию наблюдений Н2 и большая на 8,5 % характерная скорость
роста ^0Н.
Таким образом, при использовании нового высевающего аппарата, установленного на сеялке СПП-ЗШ, при высеве крупных лесных семян увеличивается количество всходов на единицу длины приблизительно на 25 %, бурное появление всходов начинается раньше на 1-3 дня, высота всходов в среднем выше на 5-10 %, максимальная скорость роста сеянцев дос-
тигается на 1-2 дня раньше, обеспечивается густое и равномерное произрастание сеянцев (рис. 6).
Поэтому применяемая универсальная сеялка СПП-ЗШ может быть модернизирована при замене стандартных катушечно-лопастных высевающих аппаратов на более совершенные данной предлагаемой конструкции.
Библиографический список
1. Пат. 105116 РФ U1 РФ, МПК А01С 7/12. Универсальный высевающий аппарат / Пошарников Ф.В., Попов В.С.; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2010153023/21; заявл. 23.12.2010; опубл. 10.06.2011. Бюл. № 16. 3 с.
2. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования временных рядов. М.: Финансы и статистика, 2003. 415 с.
3. Попов B.C. Оборудование и методика проведения экспериментальных исследований высевающих аппаратов лесных сеялок // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 1; URL: www.science-education.ru/101-5355 (дата обращения 30.01.2012).
4. Пошарников Ф.В. Лесные сеялки (теория, расчет, исследования и испытания) моногр. Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». Воронеж, 2007. 440 с.
5. Пошарников Ф.В. Новые способы и технологические средства для высокоэффективного посева лесных семян в питомнике // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник, 2000. № 3. С. 105-112.
6. Пошаркиков Ф.В., Казаков И.В.Перспективные технологии выращивания лесопосадочного материала. Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». Воронеж, 2007. 290 с.
7. Пошарников Ф.В., Попов B.C. Результаты исследований нового высевающего аппарата лесной сеялки // Современные проблемы науки и образования, 2012. № 1. URL. www.science-education.ru/101-5354 (дата обращения: 30.01.2012)
8. Статистическое моделирование и прогнозирование: учеб. пособие / Г.М. Гамбаров, Н.М. Журавель, Ю.Г. Королев и др. / Под ред. А.Г. Гранберга. М.: Финансы и статистика, 2000. 340 с.
