Прогнозирование сроков уборки с учетом возможных потерь урожая

131
Об урожае необходимо думать не в июне, а зимой по принципу «готовь сани летом, а телегу – зимой». Несколько последних лет хлеборобы Украины собирали рекордные урожаи зерна, а по количеству экспорта мы входим в тройку лидеров уступая лишь США и ЕС.

Этот показатель можно считать успехом. Однако квалифицированные специалисты считают, что зерно на рынке – это только сырье. А реальная продукция с добавленной стоимостью – это продукция, в том числе животноводства. Кто зарабатывает от реализации зерна как сырья? Только не производители. Эйфория от валовой уборки урожая оттеснила на задний план проблемы, которые сопровождают отечественных производителей: возможность купить современные комбайны, стоимость горюче-смазочных материалов и производную от них – это потери урожая при комбайнировании (механические и биологические) и качество собранного урожая.

Из собранных ранних зерновых более 50% – это фуражная продукция, стоимость которой за тонну значительно дешевле продовольственных сортов.

Основной причиной механических потерь за жаткой и молотилкой является срок эксплуатации и техническое состояние комбайнов, а причиной биологических потерь служит количество комбайнов, их техническое состояние и, соответственно, сезонные нагрузки. Для сравнения: в Германии уже более десяти лет сезонная нагрузка на комбайн составляет 33 га/сезон, в США – 68 га/сезон. Поэтому в развитых странах крупные сельхозпроизводители определяют темпы уборки выращенного урожая не через количество зерноуборочных комбайнов, а с учетом возможностей зернохранилищ выполнить очистку и сортировку зерновых культур для дальнейшего хранения.

Проблема уменьшения потерь выращенной продукции всегда была и остается актуальной для сельхозпроизводителей. Учитывая, что зерновые культуры являются основной сельскохозяйственной продукцией Украины, прогнозирование и контроль потерь зерновых во время уборки являются крайне необходимыми мероприятиями. Часто руководители, специалисты хозяйств, фермеры озабочены текущими хозяйственными проблемами, недооценивают значимость возможных потерь и поэтому не всегда их рассчитывают и прогнозируют, а предпочитают контроль уже допущенных потерь.

В производственной деятельности сельхозпроизводители могут использовать различные экспериментальные и теоретические методы определения урожая. Первый, экспериментальный, – подсчет как следствие завершения определенного технологического процесса. Второй – расчетный прогноз допустимых биологических потерь для конкретной культуры с учетом показателей агробиологических и технической подсистемы технологического процесса в условиях конкретного фермерского хозяйства, района, региона.

Для колосовых культур наибольшие потери с 8-го по 15-й день после наступления полной спелости зерна, до и после этого срока ежедневные потери меньше

Потери зерна разделяют на механические и биологические. В общем случае механические потери являются следствием нарушения технических и технологических наладок, регулировок комбайнов и несоблюдения технологии уборки: скорости движения, подачи хлебной массы в молотилку и других. Биологические факторы являются следствием нарушения сроков уборки и зависят от временного фактора. Механические потери подсчитывают после проведения уборки, а биологические могут рассчитываться и прогнозироваться еще до ее начала.

Составляющие механических потерь за молотилкой комбайнов в хозяйственных условиях изменяются в широких пределах в зависимости от условий уборки и режимов работы. В большинстве случаев потери недомолотом в соломе и полове составляют 0,1-0,3%, а потери свободным зерном – соответственно 0,2-0,7% и 0,4-0,7%. Уровень потерь за жаткой колеблется при уборке пшеницы от 0,7% (полегание – 3%) до 2,5% (50%), при уборке ячменя – от 0,8% (3%) до 4,1% (65%). С помощью наблюдения выявлено, что жатка обеспечивает сбор зерновых с потерями, которые допускаются агротребованиями (1%) при полегании до 10%. Уровень измельчения зерна при уборке пшеницы и ячменя не превышает 1,5%.

До 10-12% зерна теряется в результате неудовлетворительного скашивания и подбирания, неправильного регулирования рабочих узлов и агрегатов, нарушения режимов работы или небрежного контроля технологического процесса комбайнерами, низкой их квалификации. Если комбайн технически исправен, правильно отрегулированы узлы и механизмы жатки, молотильный аппарат и сепарирующие органы, проведена полная герметизация возможных мест потерь и стыковки узлов, соблюдаются правила скашивания и подбора, то все виды потерь зерна за комбайном при обмолоте в сумме не должны превышать при урожайности 4 т/га и более – 60 кг/га.

Механические потери зерна подразделяются на:

– прямые (безвозвратные, которые остаются в поле или на пути к хранилищу);

– побочные (зерно повреждено при обмолоте).

Прямые потери – это фактические потери за:

– жаткой (свободным зерном, срезанным колосом, несрезанным колосом);

– подборщиком (свободным зерном, срезанным колосом);

– очисткой (свободным зерном в полове);

– соломотрясом (свободным зерном в соломе);

– молотилкой (недомолот в соломе и полове);

– через щели и уплотнения (свободным зерном).

Побочные потери

– те, которые появляются вследствие:

– микроповреждения (измельчение, плющение, шелушение);

– микроповреждения (повреждение зародыша, оболочки зерна).

Современные зерноуборочные комбайны по техническим характеристикам допускают до 1,5% потерь ведущих комбайностроительных фирм мира и до 2,5% отечественных. Как показывают исследования и многолетняя производственная практика, на величину технологических потерь влияют многие объективные и субъективные факторы, в частности, агробиологические характеристики хлебной массы, качественные показатели технической и технологической наладки. Агробиологические характеристики являются определяющими и доминирующими, поэтому их необходимо учитывать при планировании уборки и прогнозировании потерь.

Экспериментальный метод определения технологических потерь зерна при комбайнировании регламентируется с учетом технологии уборки – раздельного комбайнирования с подборщиком и прямого комбайнирования с жаткой.

Общие потери при раздельном комбайнировании определяются так:

Пр = Пп + Пм, (1)

где Пп – потери за подборщиком, Пм – потери за молотилкой.

Общие потери при прямом комбайнировании определяются так:

Пп = Пж + Пм, (2)

где Пж – потери за жаткой, Пм – потери за молотилкой.

Потери за молотилкой определяются как сумма:

Пм = Пнк + Псс + Пнп + Псп, (3)

где Пнк – потери недомолота колосков в соломе,

Псс – потери свободного зерна в соломе,

Пнп – потери от недомолота зерна в полове,

Псп – потери свободного зерна в полове.

Большое практическое значение для планирования уборочных работ имеют особенности прохождения фаз развития зерна. Продолжительность фаз развития и характер прохождения очень изменчивы и характеризуются не только видовыми и сортовыми особенностями культуры, но и в значительной степени внешними природными условиями. Так, продолжительность фазы воскового созревания в южных и степных районах в жаркую и сухую погоду может сокращаться до 3-4 дней, а в увлажненных районах продолжается до 20 дней. После полного созревания начинается период перезревания зерна. В этот период зерно снижает свои биологические, технологические, биохимические, физико-механические, посевные и пищевые качества, легко осыпается, что в конечном итоге приводит к резкому снижению биологического урожая.

Уборку каждой культуры нужно завершить за 5-7 дней после наступления полной спелости зерна

Механические потери являются доминирующими в условиях, когда сезонная нагрузка на комбайн не превышает нормативную или соответствует 10 дням работы. В условиях превышения нормативной нагрузки к механическим потерям добавляются биологические, которые могут превышать механические в 3-10 раз.

При уборке зерновых оптимальное начало уборки должно быть обосновано на двух предельных ограничениях: биологическом и технико-хозяйственном. Биологические ограничения уборки урожая необходимо начать в момент достижения максимального биологического урожая и завершить в очень сжатые сроки для предотвращения потерь зерна от самоосыпания и снижения его качества от перестоя на корню или нахождения в валках.

Технико-хозяйственным ограничением выступает наличие необходимого парка уборочных машин, транспорта, топлива и возможность хозяйств принять зерно на хранение.

Поэтому биологические и технико-хозяйственные ограничения должны быть оптимально сбалансированы с целью уборки максимального урожая. Наукой доказано и практически подтверждено, что самый высокий урожай озимой пшеницы и ржи можно получить при уборке раздельным способом в середине и в конце воскового созревания с влажностью зерна 28-30%, которая считается наиболее благоприятной для скашивания хлебной массы в валки.

Каждая зерновая культура в силу своих биологических особенностей имеет свой оптимальный срок начала скашивания в валки. Продолжительность скашивания в валки – 3-4 дня. Оптимальным сроком считается 4 дня для всех зерновых культур. Раздельный способ эффективен в том случае, если валки подобраны через 5-6 дней после скашивания и завершены за 7-8 дней. Затягивание начала подбора заметно снижает урожайность. Наступление фазы полного созревания зерна означает переход к прямому комбайнированию.

Прямое комбайнирование зерновых культур возможно при полном созревании зерна. Это обусловлено физико-механическими свойствами зерна, которое при полном созревании твердеет, его форма и размер становятся характерными для данной культуры и сорта. Влажность зерна в фазе полного созревания находится в пределах 20-17% и ниже. Цвет растения – соломенный, стебли ломкие, зерно легко вымолачивается. При полном созревании накопление сухого вещества в зерне завершается. В дальнейшем в течение весьма ограниченного периода масса зерна остается постоянной, а затем уменьшается, так как под действием внешних условий зерно теряет часть питательных веществ, то есть наступает так называемый период перезрелости зерна, или перестоя хлебной массы на корню. В этот период зерно снижает свои товарные, биологические, мукомольные, физико-механические качества, легко осыпается, а при дождливой погоде прорастает в колосе. При длительном перестое существенно уменьшаются как урожай зерна, так и его качество.

На величину потерь зерна при затягивании сроков уборки влияют культура, сорт, природно-климатические условия в период уборки или зона выращивания зерновых культур.

Влияние сорта на величину потерь зерна при перестое показывают многочисленные опыты и практика. Осыпание зерна сорта Мироновская юбилейная при уборке через 10 дней после полного созревания составило 4,8 ц/га, а Безостая – 1-3,3 ц/га. На Кримчанских сортоучастках Днепропетровской области при уборке через 7 дней после созревания сорта Одесская-51 потери составили 0,3 ц/га, а при 15-дневном перестое – соответственно 4,7 ц/га (при урожае 57,6 ц/га). В 1998 году на Валковских сортоучастках Харьковской области урожайность сорта Одесская-3 в период восковой спелости составляла 45,1 ц/га, а через 7 дней после начала уборки – 43,5 ц/га, через 17 дней – 33 ц/га.

Показатели осыпания зерна различных культур в зависимости от сроков уборки приведены в таблице 1.

В последнее время начали широко использовать удельные показатели. Так, для характеристики зависимости величины потерь зерна от продолжительности уборки используют показатель величины потерь зерна за каждые сутки перестоя или за каждый час перестоя после наступления полной спелости зерна (таблица 2).

Общепринятой считается методика определения потерь по срокам уборки от одной начальной фактической урожайности при полной спелости зерна, что дает величину потерь с нарастающими темпами. К сожалению, при таком методе невозможно проследить динамику измерения потерь изо дня в день.

Математическая обработка данных по потерям зерна в разные сроки уборки позволила установить следующую закономерность: для колосовых культур наибольшие потери с 8-го по 15-й день после наступления полной спелости зерна, до и после этого срока ежедневные потери меньше. Это еще раз подтверждает вывод, что уборку каждой культуры нужно завершить за 5-7 дней уборки после наступления полной спелости зерна. Динамика потерь зерна разных культур за каждые сутки уборки приведена на рисунке 2.

Динамика потерь зерна разных культур за каждые сутки уборкиОптимальные технологии предусматривают выбор таких операций и техники, которые обеспечивают минимум потерь в отношении максимального урожая. Работа машин при выполнении технологических процессов регламентируется и определяется качественными, количественными и временными показателями. Качественные показатели при уборке характеризуются высотой среза, качеством обмолота и очистки, уборкой полегшей хлебной массы и др. Количественные показатели – это расход топлива на единицу продукции, часовая, дневная, сезонная производительность. Но наибольшее влияние на потери урожая имеют временные параметры. Преждевременные или поздние сроки выполнения отдельных видов работ приводят к недобору или значительным потерям урожая. Наиболее рациональные технологические приемы и режимы работы, оптимальные технологические регулирования и квалифицированная техническая эксплуатация современных зерноуборочных машин могут обеспечить высокоэффективное использование техники и качественное выполнение рабочего процесса в оптимальные агротехнологические сроки.

Обобщающая зависимость потерь урожая от продолжительности уборки урожая и влажности зерна в колосе показана на рисунке 3.

Обобщающая зависимость потерь урожая от продолжительности уборки и влажности зерна в колосеИсследованиями, проведенными во времена Советского Союза и за рубежом, доказано, что при уборке зерновых потери могут достигать 30% от выращенного урожая и являются главным образом следствием сроков уборки, особенностью уборки полегших и засоренных хлебных массивов, технологическим несовершенством уборочной техники. Поэтому основным содержанием агротехнологий является своевременное выполнение каждой операции. В литературе приводятся эмпирические зависимости для расчета потерь урожая от временного фактора. Уровень на конечный день уборки определяется формулой:

Пб = an2/3 + bn/2 + с, (4)

где Пб – биологические потери урожая;

n – продолжительность уборки, суток;

a, b, c – коэффициенты, зависящие от сортов и агротехнологического состояния культуры и погодных условий в период уборки: a = 0,002-0,061; b = 0,065-0,62; c = 0,0003-0,7.

Д. Хант из университета Айовы предложил коэффициент К (размерность 1/год), позволяющий учесть уменьшение урожая из-за задержки операции на 1 час против оптимального технологического срока. По данным Ханта, коэффициент К для посевов кукурузы и сои равен 0,0003, основной обработки почвы – 0,00005, культивации – 0,0002, уборки зерновых культур – 0,0003, уборки сои – 0,0007, уборки сена – 0,0005, уборки силосных культур – 0,0001.

С = КxАxVxУ, (5)

где А – земельная площадь, га;

V – ожидаемый (без потерь) урожай;

В – стоимость единицы урожая.

Общие убытки в этом случае составляют:

Сз = СxТо,

где То – общее количество часов задержки уборки урожая за календарный срок уборки.

Если машина работает своевременно, но ее производительность недостаточна для выполнения всей работы в оптимальный срок, то убытки от потерь урожая составят:

Су = КxАxVxВxСx(ТВ-1)/2,

где Тв – количество часов работы машины на данной операции.

Все современные зерноуборочные комбайны ведущих производителей оснащаются автоматизированной системой контроля (АСК) технических показателей и технологических параметров работы основных агрегатов, систем, механизмов технологического процесса комбайнирования. В условиях реальной эксплуатации при выходе из строя АСК ее работоспособность по разным причинам может не восстанавливаться. С целью проявления влияния работоспособности АСУ на качество технологического процесса были проведены экспериментальные исследования. В процессе исследований за комбайнами с работающими и неработающими АСК замерялись потери и показатель дробления зерна. В первой и второй группах было по 19 комбайнов. Результаты исследований позволили обнаружить, что для комбайнов с работающей АСУ уровень механических потерь составил 1,94%, а для комбайнов с неработающей АСК эти показатели составили соответственно 5,18% и 2,3%. Результаты исследований показали, что АСК существенно влияет на качество технологического процесса уборки зерна.

Расчеты по приведенным формулам показывают, что за срок уборки 270 часов при средних значениях коэффициентов (а, в, с) относительные потери могут достичь 6,7% от намолоченой массы, а при предельных значениях коэффициентов – 13%. То есть, потери при валовой уборке могут достичь 5-6 млн тонн.

Если принять для расчетов относительные потери, приведенные в таблице 1, то биологические потери по среднему значению составят 28,8% валового сбора.

Контроль механических потерь зерна является тактической задачей инженерного менеджмента. В организационном плане контроль качества уборки урожая представляет собой совокупность методов, средств контроля и исполнителей, взаимодействующих с объектами контроля по определенным правилам. Поэтому проблему уменьшения потерь и получения качественного зерна необходимо рассматривать как комплексную систему на всех этапах технологического процесса уборки зерновых культур. Понятие качества уборки необходимо рассматривать не только через качество продукции (зерновой и незерновой части), а более обобщенно, через качество механизированных работ на отдельных операциях. Работу каждой машины или группы машин необходимо оценивать согласно агротехнологическим требованиям через обобщенный показатель – уровень механических и биологических расходов.

Механические потери являются доминирующими нормативной сезонной нагрузки на комбайн определенной серии, модели и модификации, которым можно собрать за срок до 10 суток. Когда сезонная нагрузка на комбайн превышает в 1,5 и более раз нормативную, к механическим потерям добавляются биологические, которые могут превышать механические в 3-10 раз. Прогнозирование биологических потерь является стратегической задачей инженерного менеджмента.

А.А. Демко, кандидат технических наук

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2011