ADVANCED ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR APPLICATION OF LIQUID NITROGEN CHEMICAL FERTILIZER CARBOMIDE-AMMONIA MIXTURE BASED

Full Text

Эффективность сложнейшего процесса производства сельскохозяйственной продукции за-висит от множества факторов, одним из которых является уровень плодородия почвы и его поддер-жание для необходимого питания, роста и развития растений с целью получения максимально-возможной урожайности высокого качества. Агрохимические мероприятия с применением инноваци-онных жидких азотных минеральных удобрений на основе карбамидно-аммиачной смеси (КАС) с добавлением остро-необходимой для роста и развития растений серы (S) по инновационным техно-логиям с применением инновационной техники являются одним из важнейших и перспективнейших факторов в сельскохозяйственном производстве растениеводческой продукции [1-3, 6, 7, 9]. Заключение ученых о критическом недостатке продовольствия в мире (особенно в развива-ющих странах) требует значительного увеличения количества продуктов питания, соответственно, сельскохозяйственной продукции, в странах, имеющих резерв как в земельных угодьях, так и в воз-можностях значительного повышения эффективности технологий производства [10-15]. К таким странам, в первую очередь, относится Россия, которая за счет коренного реформи-рования сельского хозяйства в последние годы занимает лидирующее место по экспорту зерна пшеницы, семян подсолнечника и других сельскохозяйственных продуктов. На сегодняшний день совместно с сотрудниками ведущих, территориально близких к Са-марскому государственному аграрному университету, сельхозмашиностроительных предприятий (АО «Евротехника» и ООО «Пегас-Агро») и химических заводов (ПАО «Куйбышев Азот» и «Тольят-тиазот») систематизированы и протестированы основные способы и специальные агрегаты для эф-фективного применения жидких удобрений КАС при возделывании сельхозкультур (рис. 1) [2-6, 8]. Цель исследований - совершенствование технологий возделывания сельскохозяйствен-ных культур с использованием инновационных сельскохозяйственных машин для внесения жидких азотных минеральных удобрений на основе карбамидно-аммиачной смеси. Задачи исследований - систематизировать существующие технологии и технические сред-ства внесения жидких азотных удобрений на основе КАС; провести сравнительные испытания по оценке преимуществ стандартного жидкого азотного удобрения КАС-32 (32% - N) и инновацион-ного - азот-серосодержащего - КАС + S (24-26% - N и около 4% - S); разработать оптимальные способы внесения жидких азотных удобрений на основе КАС и эффективного применения иннова-ционных сельскохозяйственных машин и оборудования для внесения жидких азотных минеральных удобрений на основе КАC при возделывании различных сельскохозяйственных культур. а б Рис. 1. Технико-технологические схемы внесения жидких минеральных удобрений КАС: а) I - опрыскивателем через крупнокапельные форсунки: 1 - на поверхность почвы; 2 - на растения; II - шлангами-удлинителями на поверхность почвы; б) мульти-инжектором внутрипочвенно Материалы и методы исследований. Исследования инновационных способов и техниче-ских средств для внесения жидких удобрений КАС в течении ряда лет (2018-2021 гг.) проводились совместно со специалистами ПАО «КуйбышевАзот» и АО «Евротехника» на основных сельскохо-зяйственных культурах Поволжского региона (Самарская область) - пшеница (яровая и озимая), кукуруза, подсолнечник, соя - на полях Самарского ГАУ и агропредприятий Самарской, Волгоград-ской, Оренбургской, Ульяновской и Пензенской областей. В исследованиях опрыскиватели АО «Евротехника» (рис. 2, а) для обработки зерновых культур КАС (рис. 2) комплектовались крупнокапельными струйными (рис. 2, б) и дефлекторными (рис. 2, в) форсунками и шлангами-удлинителями для внекорневых подкормок зерновых и пропаш-ных культур с целью исключения их «ожогов» (рис. 3) и обеспечения необходимого качества техно-логического процесса и высокой производительности машинно-тракторных агрегатов. Отличительной особенностью КАС является содержание в нем азота в трех формах: нитратный - 8%, аммонийный - 8%, амидный - 16%, что определяет пролонгированное действие удобрения и обеспечивает его повышенную эффективность за счет разного по времени действия на развитие растения. Опытами доказана наилучшая эффективность КАС при дробном его внесении из-за разных составляющих по азоту: 1) внутрипоченно перед весенней культивацией опрыскивателями и мультиинжекторами; 2) листовая подкормка опрыскивателями с крупнокапельными форсунками и внекорневая подкормка опрыскивателями с удлинительными шлангами; 3) обработка раствором КАС по колосу опрыскивателями с крупнокапельными форсунками. Так как листо-стебельной частью растений усваивается только амидный азот, которого в КАС содержится только 16%, а аммонийные и нитратные формы азота, составляющие 16% (8 и 8 %), усваиваются корневой системой растений, то при обработке удобрениями растений опрыскива-телями с крупнокапельными форсунками КАС, частично стекая с листьев и попадая на землю, впи-тывается в почву в виде внекорневой подкормки после атмосферных осадков, также усваивается растениями через корневую систему через определенное время в зависимости от погодных условий. В связи с этим при дробном внесении КАС для ускорения питания растений предусматривалось предпосевное внесение КАС до 30% и более от нормы внесения, что в целом повышает его эффек-тивность (рис. 4). Для эффективного применения КАС, главным образом, на пропашных - кукуруза, подсолнечник - на поздних фазах развития культур для исключения «ожогов» растений применялись удлинительные шланги в различном конструктивно-технологическом исполнении: с одним отверстием на конце (рис. 3) или несколькими отверстиями (немецкая фирма Lechler) - для большей эффективности по площади внесения. а б в Рис. 2. Опрыскиватель (а) с дефлекторными (б) и струйными (в) форсунками а б Рис. 3. Подкормка опрыскивателем с удлинительными штангами (а), следы внесенного КАС (двукратно - за два прохода) в междурядья кукурузы (б) Результаты исследований. Проведенные сравнительные полевые опыты дали возмож-ность оценить влияние на урожайность исследуемых сельхозкультур как жидких минеральных удобрений на базе КАС в чистом виде - КАС-32 (N - 32%) в сравнении с твердыми минеральными удобрениями - аммиачной селитрой (рис. 4), так и эффективность жидких азотных удобрений в чи-стом виде КАС-32 в сравнении с азот-серосодержащими жидкими минеральными удобрениями КАС + S (N - 24-26%, S - до 4%), то есть определить влияние серы при добавлении ее в КАС в соотношении 1:6. Так жидкие минеральные удобрения на базе КАС по сравнению с твердыми в среднем повы-шают урожайность: твердой яровой пшеницы - на 30%, подсолнечника - на 16%, кукурузы - на 33%, сои - на 47%. В новом жидком минеральном удобрении КАС + S добавкой серы снижается доля азота относительно стандартного удобрения КАС-32 от 32 до 24-26%. В опытах на каждой культуре удобрения по азоту N вносились в равных эквивалентных нормах на 1 гектар, а сера - из расчета 5 кг/га. Данные нормы обеспечиваются как при разовом внесении полной нормы, так и при дробном внесении: за несколько внесений - проходов опрыскивателя (независимо от их количества), что обеспечивает установленный объем внесения удобрений, как и в варианте с твердыми удобре-ниями - разбрасывателем. Рис. 4. Сравнительная (средняя за 2018-2020 гг.) урожайность (ц/га) яровой пшеницы, сои, кукурузы, подсолнечника при внесении жидких минеральных удобрений на базе КАС в сравнении с твердыми (аммиачная селитра) Для повышения эффективности жидких минеральных удобрений в полевых исследованиях на озимой пшенице сорта Базис селекции Самарского НИИСХ применялся мультиинжектор ООО «Пегас-Агро» (рис. 5), что позволило получить существенную прибавку урожая (рис. 6). В междуря-дьях шириной 25 см и на расстоянии 13 см в рядке с помощью длинных игл с отверстиями на конце КАС вводится на нужную глубину (рис. 4) и под давлением впрыскивается в почву в корнеобитае-мый слой, быстро усваивается азот нитратный и аммонийный и позже - азот амидный. а б Рис. 5. Мультиинжектор ООО «Пегас-Агро»: а - внешний вид; б - схема внесения КАС В результате проведенных исследований с мультиинжектором ООО «Пегас-Агро» при внесе-нии КАС на посевах озимой пшеницы в стадии кущения была получена значительно большая уро-жайность, чем в опытах с применением опрыскивателя с крупнокапельными дефлекторными и струйными форсунками (рис. 6). Рис. 6. Урожайность (ц/га) озимой пшеницы сорта Базис в зависимости от применения инновационных технологий внесения жидких азотных серосодержащих минеральных удобрений на базе КАС с микроэлементами (медь - Gu) и гуматом калия: поверхностно в фазу кущения - опрыскивателем (О) с крупнокапельными дефлекторными форсунками и внутрипочвенно - мультиинжектором (М) по сравнению с контролем (без удобрений) Для внесения КАС одновременно с обработкой почвы и посевом АО «Евротехника» разрабо-тало, серийно выпускает и поставляет агропредприятиям инновационный агрегат FDC, состоящий из cамой машины FDC 6000 и сельхозмашин - сеялок (CONDOR, EDX и DMC) (рис. 7), а также почво-обрабатывающих агрегатов: культиватора Cenius, дисковых борон Сatros и Certos и инъектора соб-ственной конструкции компании «AMAZONEN-Werke». Рис. 7. Агрегат FDC 6000 для оборудования технологических комплексов - сеялок различного типа и назначения компании «AMAZONEN-Werke» для одновременного внесения жидких минеральных удобрений при посеве Агрегат FDC 6000 имеет различные возможности применения с сеялками АО «Евротехника», как для точного высева пропашных культур (подсолнечник, кукуруза, соя и т.п.) - EDX 9000-TC, так и для зерна - высокопроизводительными сеялками для прямого, мульчирующего и традицион-ного посевов - DMC 9000 и DMC 12000 и высокопроизводительными сеялками для прямого мульчи-рующего и традиционного посевов - Condor 12000 и Condor 15000 (рис. 8). Особенно эффективны последние сеялки при посеве озимых при недостаточной влажности почвы. Рис. 8. Варианты агрегатирования FDC 6000 с зерновыми и пропашными сеялками АО «Евротехника»: пропашная сеялка точного высева EDX 9000-TC, зерновые сеялки для классических технологий и No-Till, Mini-Till: DMC 9000; DMC 12000; Condor 12000; Condor 15000 Для прямого и мульчированного посева на примере широко распространенной в России вы-сокопроизводительной сеялки Primera DMC (рис. 8, 9) представляется система внесения жидких удобрений КАС одновременно с посевом через отдельно-комплектуемое приспособление сзади до-лотовидного сошника с возможным также внесением твердых минеральных удобрений. При внесе-нии жидких минеральных удобрений одновременно с высевом семян и возможным внесением твер-дых минеральных удобрений жидкие удобрения под давлением из универсального агрегата FDC 6000 по специальной гидротрассе подаются за долотовидные сошники и впрыскиваются в почву (рис. 8). Рис. 9. Универсальный агрегат FDC 6000 с сеялкой Primera DMC 9000, оборудованной системой подачи жидких удобрений под анкерный сошник При решении проблемы внесения жидких минеральных удобрений КАС одновременно с по-севом компания «AMAZONEN-Werke» выбрала наиболее эффективную конструктивно-технологическую схему использования созданного и серийно изготовляемого в России (г. Самара) на предприятии АО «Евротехника» агрегата FDC 6000 в комплектации с зерновыми и пропашными сеялками, выпускаемыми на предприятии АО «Евротехника», то есть машинно-тракторные посевные комплексы с универсальным агрегатом FDC 6000 для жидких удобрений и сеялками: пропашными (EDX 9000-ТС) и зерновыми (DMC 9000, DMC 12000, Condor 12000 и Condor 15000) с бункерами для семян и твердых минеральных удобрений. Эти машинно-тракторные посевные комплексы дают возможность обеспечить за один проход благоприятные условия для семян сельскохозяйственных культур, высеваемых с одновременным внесением как твердых, так и жидких минеральных удобре-ний, включающих различные основные макроэлементы - N, P, K, мезоэлемент серу - S и микро-элементы в твердой и жидкой формах, что естественным образом способствует интенсивному раз-витию сельскохозяйственных культур с получением продукции высокого качества и большей уро-жайности. Заправочные емкости агрегата FDC 6000 для технологических сред: для жидких мине-ральных удобрений имеют объем 6000 литров, сеялочный агрегат EDX 9000-ТС для пропашных культур имеет бункер для твердых минеральных удобрений объемом 800 литров и для семян - 5000 литров, зерновая сеялка DMC 9000 - соответственно, 1050 и 3150 литров, сеялка DMC 12000 - соответственно, 1500 и 4500 литров, сеялки Condor 12000 и Сondor 15000 имеют одинаковые по вме-стимости для удобрений и семян - соответственно, 3000 и 5000 литров, что обеспечивает планиро-вание высокой производительности агрегатов при минимальном количестве заправок и технологиче-ских остановок. Разработанная номограмма (рис. 10) соотношения объемов емкостей для технологических сред - семена высеваемых культур, вносимые различного вида удобрения (жидкие, твердые) - при установленных нормах применения дают возможность обеспечивать эффективную логистику при подготовке агрегатов к посеву при их заправке удобрениями и семенами, и планировать проведение посевных работ с возможно меньшими технологическими остановками при дозаправке агрегатов в процессе эксплуатации, то есть с максимально-возможной производительностью и выработкой ма-шинно-тракторного агрегата [9]. - для жидких минеральных удобрений (ЖМУ) - для твердых минеральных удобрений - семян Рис. 10. Емкости бункеров в удобрительно-посевных комплексах FDC 6000 с сеялками EDX 9000-ТС, DMC 9000, DMC 12000, Condor 12000, Condor 15000 Заключение. Исследуемые в опытах технологии и технические средства обеспечивают возможность применения КАС различными способами: внутрипочвенно, в виде некорневых подкор-мок, поверхностно по вегетирующей части растений и комбинированно. Систематизированы суще-ствующие технологии и технические средства внесения жидких азотных удобрений на основе КАС; проведены сравнительные испытания по оценке преимуществ стандартного жидкого азотного удобрения КАС-32 (32% - N) и инновационного - азот-серосодержащего - КАС + S (24-26% - N и около 4% - S); разработаны оптимальные способы внесения жидких азотных удобрений на основе КАС. Полученные положительные результаты исследований позволят агропредприятиям повысить урожайность возделываемых сельскохозяйственных культур и их эффективность особенно в усло-виях недостаточного увлажнения с высокими атмосферными и почвенными температурами и при прогнозируемом глобальном потеплении.

About the authors

Vladimir A Milyutkin

Samara State Agrarian University

Author for correspondence.
Email: oiapp@mail.ru
Doctor of Technical Sciences, Professor Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

Vitaly A. Ivanov

Samara State Agrarian University

Email: ssaa_ingener@mail.ru
postgraduate student Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

Artem V. Popov

Samara State Agrarian University

Email: ssaa_ingener@mail.ru
postgraduate student Ust-Kinelsky, Samara region, Russia

References

Supplementary files