Введение к работе
Актуальность. На сегодняшний день выращивание овощей в теплицах актуально в связи с круглогодичным циклом получения продуктов питания. Однако в результате совершенствования технологий выращивания растений в закрытом грунте нарушаются физико-химические свойства почв, что приводит к ухудшению условий роста и развития овощных культур, в частности томатов.
Питательные вещества становятся недоступными для растений томатов, если кислотность почвы (водородный показатель) отклоняется от оптимальной в результате внесения удобрений или известкования почв. Поэтому целесообразно поддержание значения водородного показателя на необходимом уровне.
Существующие способы регулирования кислотности почвы имеют низкие показатели качества, затруднено их использование в процессе выращивания томатов в условиях закрытого грунта, что приводит к потери урожайности. Наиболее перспективным является полив почвы электроактивированными растворами с заданными параметрами, но в данном способе не учитывается факт изменения водородного показателя почвы под действием электроактивированной воды. К тому же существующие электроактиваторы не подходят с позиции элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы, что не позволяет в настоящее время эффективно применять перспективный метод коррекции рН почвы электроактивированными растворами при выращивании томатов в условиях закрытого грунта. Таким образом, улучшение качества регулирования водородного показателя почвы на основе электроактиватора воды является актуальной задачей для дальнейшего развития систем орошения овощных культур.
Диссертационная работа выполнена в рамках плана НИР Кубанского ГАУ по госбюджетной тематике 2011-2015 гг. (ГР 01201153641, подраздел 1.3).
Научная гипотеза - улучшить качество регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта можно путем обоснования параметров обработки почвы электроактивированными растворами и
системы регулирования кислотности почвы, включающей в себя электроактиватор воды.
Цель работы - улучшение показателей качества регулирования кислотности почвы на основе электроактиватора воды при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
Объект исследования - электроактиватор воды, кислотность почвы.
Предмет исследования - показатели качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
Задачи исследования:
-
Разработать функциональную схему системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта.
-
Разработать математическую модель, обосновывающую электрические, термодинамические, и конструкционные параметры электроактиватора воды в качестве элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
-
Экспериментально установить зависимости влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами и их количества (в соответствии с нормами полива) на кислотность почвы во времени при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
-
Провести исследование качества регулирования и определить оптимальные параметры обработки почвы электроактивированными растворами с целью регулирования ее кислотности в зависимости от нормы полива и внесения кислых удобрений.
-
Произвести технико-экономическое обоснование применения системы регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
Методы исследований. В работе использованы основные положения теории электротехники, теплотехники, автоматического управления, методика планирования многофакторного эксперимента, математическая обработка ре-
зультатов теоретических и экспериментальных исследований проводилась на ПЭВМ с использованием прикладных программ МВТУ 3.7, MathCAD 2014, Microsoft Excel, STATISTIC А 6.0.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Разработана функциональная схема системы регулирования кислотности почвы электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта, обеспечивающая заданное качество регулирования, снижение обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения кислотности почвы на 90%.
-
Разработана математическая модель, обосновывающая электрические, термодинамические и конструкционные параметры электроактиватора воды в качестве элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы.
-
Получена регрессионная модель влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами на кислотность почвы и ее изменение во времени после полива, обосновывающая необходимое управляющее воздействие для регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
Практическая значимость результатов исследования.
-
Выявлены закономерности влияния электроактивированных растворов на кислотность почвы и ее изменение во времени после полива, обосновывающие необходимое управляющее воздействие для регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
-
Установлены зависимости кислотности и температуры воды от электрических параметров электроактиватора при различной геометрии канала, обосновывающие получение раствора с необходимыми параметрами для создания управляющего воздействия.
-
Разработана конструкция электроактиватора воды, отличающаяся от традиционной, тем, что канал электроактиватора разделен на шесть ячеек, отношение сечения каждой ячейки к последующей в котором составляет 0,85,
что приводит к снижению температуры на выходе на 8% в сравнении с электроактиватором с одинаковыми сечениями ячеек.
-
Рассчитаны оптимальные параметры электроактивированного раствора для регулирования кислотности почвы в зависимости от нормы полива и внесения кислых удобрений по критерию минимального значения обобщенного интегрального среднеквадратичного показателя отклонения.
-
Получены результаты исследования качества регулирования кислотности почвы при выращивании томатов в условиях закрытого грунта.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- функциональная схема системы регулирования кислотности почвы
электроактивированными растворами в условиях закрытого грунта;
математическая модель электроактиватора воды, как элемента автоматической системы регулирования кислотности почвы;
регрессионная модель влияния электроактивированных растворов с заданными параметрами на кислотность почвы во времени после полива;
закономерности влияния электрических параметров электроактиватора на кислотность и температуру воды при различной геометрии канала;
оптимальные параметры электроактивированного раствора для регулирования кислотности почвы;
результаты исследования качества регулирования кислотности почвы.
Реализация результатов исследования. Результаты исследования внедрены в крестьянском (фермерском) хозяйстве «Болотов А.В.» (Краснодарский край), а также в учебный процесс кафедры электрических машин и электропривода Кубанского ГАУ (г. Краснодар).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях КубГАУ: на IV Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (г. Краснодар, 2010 г.), на научно-практических конференциях преподавателей по итогам НИР (г. Краснодар, 2011 и 2012 гг.), на 67-й итоговой научной конференции студентов (г. Краснодар, 2012 г.); на открытом конкурсе на лучшую работу студентов
по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ (г. Краснодар, 2009 г.); на V Международной научно-практической конференции «Электротехнологии. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» (г. Волгоград, 2010 г.); на краевом конкурсе на лучшую научную и творческую работу среди студентов высших учебных заведений «Олимп науки Кубани», (г. Краснодар, 2010 г.); на открытом конкурсе на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Процессы и машины агроинженерных систем» (г. Краснодар, 2010 г.); на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Минсельхоза России (работа заняла II место в номинации «Технические науки»), г. Саратов, 2013.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 научных работах, в том числе 2 статьи - в издании, рекомендуемом ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 119 страниц основного текста, 66 рисунков, 22 таблицы. Список использованных источников содержит 105 наименований, в том числе 2 на иностранном языке.
