СЕВЕРО - КАВКАЗСКИЙ ЗОНАЛЬНЫЙ

НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

САДОВОДСТВА И ВИНОГРАДАРСТВА

На правах рукописи

БОНДАРЕВ

Василий Андреевич

МЕХАНИКО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

МЕХАНИЗАЦИИ САДОВОДСТВА И ВИНОГРАДАРСТВА

Специальность 05.20.01 - механизация

сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада

на соискание учёной степени

доктора технических наук

Краснодар, 1997

Работа выполнена в Северо-Кавказском зональном научно- исследовательском институте садоводства и виноградарства

(СКЗНИИСиВ, г. Краснодар) в 1966 ... 1996 гг.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор П.Н.БУРЧЕНКО

член-корреспондент РАСХН,

доктор технических наук,

профессор Ю.А.УТКОВ

доктор технических наук,

профессор А.В.ЧЕТВЕРТАКОВ

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия им. Я.И.Потапенко (ВНИИВиВ им.

Я.И.Потапенко)

Защита состоится 24 сентября 1997 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 169.06.01 в АООТ

Научно - исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения - АО «ВИСХОМ» по адресу:

127247, г. Москва, Дмитровское шоссе, 107

Отзывы просим направлять в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке АО «ВИСХОМ»

Диссертация в виде научного доклада разослана

« » _____________1997 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор
А.А.Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В механизации многолетних культур на стадии разработки проектов системы машин имеет существенное значение выбор наиболее целесообразных решений как по определению последовательности их включения в технологические схемы, так и предпочтительного их включения в планы конструкторских разработок. При этом обязательно учитывать возможную деградацию среды, которая изначально заложена в культуру: в результате многократного однообразного воздействия на неё среда «стареет» быстрее, чем культура. Поэтому, с каждым новым вегетационным циклом, влияние на культуру накапливаемых средой отрицательных факторов увеличи-вается. В конечном итоге культура входит в неблагоприятные для неё параметры среды значительно раньше своего возрастного состояния. От этого, прежде всего, страдает хозяйственная деятельность общества: накопление отрицательных факторов среды приходится учитывать созданием материально-технической базы (МТБ) с завышенной прочностью. А это ведёт к перерасходу в первые годы насаждения материальных, трудовых и энергетических ресурсов. Особенно это заметно в регионе Северного Кавказа, где сосредоточено около 30% плодово - ягодных культур и 100% виноградников Российской Федерации. Научно обоснованные методы оценки и выбора наиболее выгоднейшего из них для многолетних насаждений до настоящего времени отсутствуют. Применяемые методы проб и ошибок, Паттерн - анализа и группового учёта аргументов используются только для негативного прогноза, чтобы показать, чего не может быть, если всё в
Паттерне будет происходить так, как происходит сейчас.

Актуальность исследований заключалась в нахождении метода достоверного прогноза развития уровня механизации садоводства и виноградарства через выявление принципов оптимального стыка средств ухода с постоянно изменяющимися параметрами объектов ухода.

Исследовательские и конструкторско-технологические работы проводились в СКЗНИИСиВ в соответствии с планами НИР и ОКР на основании заданий Государственного комитета по науке и технике 0.51.02 (проблема
16.01 и 16.14), межотраслевой комплексной программы (0.сх.101 и 2.51.04), а также по прямым договорам с Агропромом СССР, АПК Краснодарского и
Ставропольского краёв, Ростовской области и хозяйствами - производителями садово - виноградной продукции.

Цель работы заключается в обосновании, разработке и использовании научных основ формирования оптимальной материально-технической базы для создания конкретных механизированных технологий многолетних насаждений.

Объекты исследований. Процесс развития стыка параметров многолетних насаждений, архитектоники крон и средств ухода за ними; физико-механические свойства почв и элементов крон, стыкующихся со средствами ухода; технологии ухода за почвой, системой «шпалера - куст», внесения удобрений, укрывки и открывки виногра-дников, уборки урожая; рабочие органы культиваторов, машин для внесения в почву жидких минеральных удобрений, ухода за кроной и монтажа шпалеры, укрывки и открывки виноградников, уборки урожая.

Методика исследований. Для выработки основ формирования и управления механизированными технологиями многолетних культур разработан общий научный подход, который исходит из единой стратегии решения глобальной системы методами проектологии: сравнивается совокупность технических средств разного функционального назначения, но используемых в одной и той же отрасли для выработки одного и того же продукта. При этом совокупность технических средств одного и того же функционального назначения рассматривается как самостоятельная система машин, а совокупность систем машин для технологии получения одного и того же продукта , как товара, рассматривается как комплекс систем механизированных технологий [43, 54,
62, 64, 65, 79, 89, 95].

В основу методики исследований оптимального стыка средств ухода с объектами ухода положен принцип, устанавливающий связи и допустимые пределы внутрисистемного влияния друг на друга свойств среды и средств ухода.

Исследования средств ухода базировались на положениях земледельческой механики и математической статистики. Лабораторно - полевые эксперименты проводились согласно отраслевым стандартам, дополненных частными методиками и приборами [20, 21, 26, 31, 32, 41, 68, 94].
Разработанная методология использована в ежегодных компаниях заказа техники для садоводства и виноградарства Краснодарского [54, 85] и Ставропольского
[71, 72] краёв.

Научную новизну составляют: n методология модульного системного анализа технологий, как инструмент отбора оптимальных агротехнических систем, с последующим их направленным совершенствованием; n математические модели расчёта: механизированной технологии культуры через тарифные издержки; интенсивности механизированной технологии через алгоритм, характеризующий величину согласованности входящих в технологию компонентов; параметров архитектоники кроны через плодоносность и физико-механические свойства её элементов; параметров выемочно - насыпного профиля почвы в технологии защиты виноградного куста от низких температур через естественные параметры ограничения

(упругость пучка лоз, глубину проникновения отрицательных температур и угол естественного откоса насыпного профиля); n метрология изучения взаимодействия рабочих органов машин с объектами ухода; n классификация и формализация функциональных отличий насаждений и крон растений на фоне уровней в мировой градации поколений техники, структурно отображающиеся согласованностью, повторяемостью и целесообразностью стыка средств ухода с объектами ухода; n индустриальные системы «шпалера - куст» для промышленного и индивидуального виноградарства.

Технологические схемы и технические решения защищены 26 авторскими свидетельствами и патентами РФ, 7 из которых отражают новые способы ухода и ведения культур.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены экспериментальными данными лабораторно - полевых исследований, положительными результатами заводских, ведомственных и государственных испытаний рабочих органов, машин, способов и систем, разработанных с участием соискателя.

Практическую ценность работы для многолетних культур представляют: n методология прогнозирования технического прогресса и обоснование путей совершенствования зональных систем машин; n метрология и приборы для изучения условий функционирования агрегатов и рабочих органов по уходу за почвой, кроной и шпалерными системами; n система мероприятий, технологические схемы машин и технические решения по снижению антропогенного влияния на почву механизированных технологий; n рекомендации и технические решения:

- оптимального стыка технологических систем «крона - шпалера» при различных формах хозяйствования;

- технологии пунктирного глубокого внесения жидких минеральных удобрений, в том числе и в зону ряда;

- технологии защиты растений от низких температур;

- технологии контейнерной уборки, транспортировки и хранения плодов, ягод и винограда.

Реализация результатов исследований. Разработанные единые концептуальные подходы [20, 21, 70, 89, 95, 107] использованы: n в справочнике виноградаря Кубани [54]; n в совершенствовании методов разработки технологических карт [62]; n в решении проблем развития виноградарства Краснодарского края [68]; n в учебном процессе заочных курсов садоводства [69]; n в системах машин для садов Ставропольского [71] и Краснодарского

[85] краёв, садоводства России [90], интенсивного садоводства

Северного Кавказа [58], питомников плодовых, ягодных и орехоплодных культур [87], прогнозе развития технического уровня садоводства до

2010 года и анализа его современного состояния в Северо - Кавказском регионе [Агропром CCCР, 1986 г ].

Разработаны и внедряются технологии: n уборки, транспортировки и хранения плодов, ягод и винограда в кассетных контейнерах [79]; n возделывания, транспортировки и переработки технических сортов винограда машинной уборки [74]; n применения жидких комплексных удобрений в садах и виноградниках

[63]; n по защите виноградников от низких температур [11].

Разработаны и внедряются способы: n Краснодарский формирования виноградного куста [111]; n ведения виноградного куста на шпалере [112]; n ведения укрывной культуры винограда [113]; n крепления виноградных лоз [115]; n борьбы с корневищными сорняками в рядах культурных растений [120]; n ведения интенсивного сада [125].

Полученные рекомендации внедрены в поставленных на производство машинах - для внесения жидких комплексных удобрений в садах МГУС-2,5 и виноградниках МВУ-2000, автоматической линии для изготовления и затаривания на спецкассеты крепёжных скоб; устройствах - контейнера кассетного для затаривания лотковой первичной тары при уборке, транспортировке, хранении и реализации винограда, плодов, ягод и овощей КПТ-28, стойки железобетонной для шпалеры индустриальной ВС-20-4.ТУ10 РСФСР 21-01-89; приспособления лозоукладывающего ПРВН-39000Э; приборах динамометрических ПТЛ-1, ДТ-1, ДЛ-
3, ПУВЛ, ПЛ-50-5, МД-1, ДМЗ-3, разработанных совместно с Одесским филиалом
НПО «Агроприбор» для изучения взаимодействия рабочих органов машин с элементами крон древесных растений [32, 41, 44. 68, 94].

Модернизированы и внедрены через мастерские хозяйств виноградниковые плуги - рыхлители ПРВН-2,5, приспособления ПРВН 72000, садовые культиваторы
КСГ-5, фрезы ФА-0,76А, рабочие органы для двухслойной обработки почвы в междурядьях, мульчирования колеи и приствольной полосы, плуги - рыхлители
ПРВН-2,5 для укрывки лозы почвой, взятой из межколейного пространства междурядий и столбостав ЗСВ-2 для транспортировки контейнеров одновременно в 3 ... 5 междурядьях, обеспечивающие снижение тягового сопротивления агрегатов не менее, чем на 25 % и увеличение производительности труда в 1,5
... 1,8 раза.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях Учёного совета СКЗНИИСиВ (1966 ... 1995 г.г.); четырежды - на научно - технических конференциях ВИСХОМ (1970, 1972, 1976, 1985 г.г.); пять раз - на научно - практических конференциях «Научно - технический прогресс в инженерно - технической сфере АПК России» в ВИМ (1992) и ГОСНИТИ
(1993, 1994, 1995, 1996); шесть раз - на Всесоюзных научно - технических конференциях в Краснодаре (1977, 1984 г.г.), во Львове (1974 г.), в Каунасе
(1982 г.), в Нальчике (1987 г.), в Санкт-Петербурге (АФИ, 1993 г.); дважды
- на НТС Госпрома РСФСР (1988 г.); дважды - на Всесоюзных семинарах ВДНХ
СССР (1974 г.) и ЦИНАО (1976 г.); четырежды - на научно - методических совещаниях НТО СХ в Орджоникидзе (1979 г.), Зернограде (1980 г.), Кишинёве
(1983 г.), Краснодаре (1983 г.); четырежды - на Координационных советах по проблеме О.СХ.61 в Новочеркасске (1984, 1996 г.г.), Тбилиси (1985 г.), Ялте
(1991 г.); трижды - на заседаниях секции ВРО ВАСХНИЛ «Комплексная механизация и электрификация растениеводства» в Зернограде (1984, 1985,
1991 г.г.); на заседании Президиума ВРО ВАСХНИЛ (1989 г.).

Методические, технологические, научно - исследовательские и конструкторские разработки демонстрировались на ВДНХ СССР и отмечены 13 медалями, в том числе 2 золотыми.

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации изложено в 125 научных работах, в том числе - в одном справочнике, трёх методиках, четырёх монографиях, 18 рекомендациях, 7 агроуказаниях, 6 брошюрах и 60 научных статьях общим объёмом 207 п. л., в том числе лично автора 58,8 п.л., а также 26 авторских свидетельствах и патентах.

На защиту выносятся результаты, перечисленные в рубриках «Научная новизна», «Практическая ценность» и «Реализация результатов исследований».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Анализ состояния проблемы и обоснование задач исследований

Моделирование технологий в растениеводстве рассмотрено в работах
А.Б.Лурье, М.С.Рунчева, Э.И.Липковича, П.Н.Бурченко, Г.П.Варламова,
М.Е.Демидко, В.Я.Зельцера, А.В.Четвертакова, Ю.А.Уткова, А.А.Никонова,
Н.Н.Походенко, В.И.Могоряну, Т.Е.Малофеева, А.М.Гатаулина и др. Анализ этих работ показал, что они в принципе аналогичны синтезу системы отображения массива данных через однородные порции, используемого в работах В.А.Вей- ника, Н.П.Бусленко, В.Ф.Венды, Е.Г.Гольштейна, В.В.Налимова, Н.Н.Моисеева,
М.П.Перетятькина, И.И.Кандаурова, А.Н.Зеленина, В.И.Баловнева, И.П.Керова,
С.Директора, Р.Рорера, Джозефа Р. Шен-филда, Кеннета Кюнена и др.

Указанными исследованиями доказано, что моделированию мо-жет быть подвержена любая проблема любой системы, если массив данных о процессах, протекающих в системе, отобразить через осно-вной процесс, обратные связи и ограничения. Этот принцип был положен в основу разработки комплексов машин.
Однако методы отображения информации в конкретных механизированных технологиях до сих пор не носят обобщающего характера. Особенно это относится к технологиям многолетних насаждений, где для сходных условий среды пока управляемыми являются только входные и выходные параметры технологии (размещение растений во время закладки массива, уровень спелости урожая и т. п.), а внутреннее функционирование и развитие составляющих технологии до сих пор остаётся «черным ящиком», т.е. «неоптимизировано и неуправляемо» [43, 65, 70].

Гипотетически проблема состоит в том, что в управлении фун- кционированием технологии недостаточно учтены: многолетность насаждения; неизменность схем посадок, при непрерывном изменении архитектоники крон; изменение свойств среды в результате многократного однообразного циклического воздействия на неё; предельные параметры стыка в системе машина - растение - среда.

Исходя из высказанной гипотезы, потребовалось решить следующие задачи: n изучить формирование многолетних насаждений в процессе индивидуального и группового развития на фоне мировой градации поколений техники; n разработать методологию оптимизации управления функционированием и развитием механизированных технологий многолетних насаждений; n выполнить с помощью разработанной методологии анализ современного состояния и прогноз развития технического уровня садоводства

Северного Кавказа и виноградарства Краснодарского края; n выбрать из массива данных анализа приоритетные направления и с помощью разработанной методологии обосновать оптимальные параметры их механизированных технологий, рабочих органов и машин.

Исходные предпосылки оптимизации управления механизированными технологиями многолетних насаждений

При разработке такой сложной проблемы, какой является оптимизация управления механизированными технологиями многолетних насаждений в процессе их функционирования, возникает необходимость видеть одновременно и проблему целиком, и связи между её частями, и отдельные её части. Всё это рассматривать в зависимости от закономерностей среды, развития культур и обрабатывающей их техники.

Механизм решения поставленной задачи соответствует «поня-тийно - образно - практической» структуре (Г.Альтшуллер, 1973, М.Зиновкина, 1996).
В данном случае решение сводилось к системному анализу развития с последующей доработкой принятых в производстве вариантов технологий многолетних культур.

Закономерность формообразования этих вариантов развития определялась морфологическим анализом функциональных отличий стыка между параметрами насаждений (табл. 1), в том числе и формообразования растений в насаждениях
(табл. 3), и параметрами средств ухода за ними, на фоне мировой градации поколений техники (НТР.ВО «Знание» / Бюл. - № 20, 1986 г.) и почвенно - климатических особенностей Северо - Кавказского региона России в разрезе отрицательных факторов воздействия технологий на параметры среды и среды на параметры технологий [16, 19, 23, 24, 25, 69, 92, 96, 104, 120].

Видение проблемы в целом, связей между её частями и отдельных её частей осуществлялось специально разработанным для этого методологическим подходом, отправным моментом которого являет-ся доказательство достаточности массива информации о проблеме [43, 70, 73, 81, 82, 86, 88,
89, 91, 95, 98].

Анализ информации морфологической матрицы (табл. 1) показал, что на данном этапе развития многолетних культур существует, с позиции теории систем, два технологических «организма» и , имеющих собственные цели. Первый и конструктивно и функционально «застыл» на втором уровне мировой градации поколений техники ( и ). Его средства ухода
ограничиваются моторизацией инвентаря с ручным управлением. Его самоцель - заставить рабочий объём насаждения максимально давать продукт.
Поэтому он является основой ведения дачных, приусадебных и других куртинных насаждений. Второй, в отличие от первого «организма», развивающийся. Его цель - максимальная замена ручного труда машинным. Ему осталось в управлении системой применить гибкое программирование с адаптацией и внутренней диагностикой системы, тогда он полностью перейдёт на пятый уровень мировой градации поколений техники. В нём противоречие отбора рабочего объёма насаждения на технологические коридоры [98] решается переходом средств ухода на мостовые системы по схеме и [82,
124]. В «организме» заложена не только собственная цель, но и возможные пути развития её «организма» в направлении , или , или
, или , или , или .

Из этого следует, что каждое последующее функциональное отличие технологии предыдущему функциональному отличию является альтернативным
( альтернатива для и т. д.), поэтому вектор развития архитектоники многолетних насаждений явно движется от к .
Кульминацией этого развития станет блочно - пропашное исполнение
«организма» (см. табл. 2).

Чисто пропашное исполнение «организма» бесперспективно для садоводства по причине сло-жности транспортировки урожая с участка. Рационально его использовать в питомниководстве с модернизацией трактора МТЗ-80/82 и

При четырёхразовой ротации насаждений. культиватора КРН-5,6 [124]. Применение «организма» , с использованием
по схеме , при появлении стало не рациональным [34, 35,
48, 54, 56, 70, 71, 72, 85, 90, 93, 117, 119, 120].

Таким образом, многолетние насаждения с технологическими коридорами являются самоорганизующейся системой, каждый вариант которой имеет сугубо свои цели, поэтому на ближайшее обозримое будущее варианты , или, или , или этой технологии правомочны. В них параметры технологического коридора останутся стабильными как минимум до 2010 года,
(на период пятого поколения техники ширина коридора будет в пределах 2 ...
2,5 м.), в то время как архитектоника растения будет продолжать совершенствоваться [11, 26, 31, 32, 38, 43, 48, 56, 60, 65, 67, 73, 75, 81,
82, 83, 93, 94, 98, 111, 112, 113, 115, 116, 123, 125]. А это значит, что заданная стратегия развития отличительной функции архитектоники многолетних насаждений, «опирающаяся на поведенческие стере-отипы»
(Н.Н.Моисеев, 1996) этой функции, ещё не только не исчерпала себя, но и находится на подъёме. Подъём её идёт явно по двум

Таблица 3

Морфологическая матрица вариантов исполнения основных функций архитектоники многолетних растений

направлениям: уменьшением количества технологических коридоров и параметров растений. Но эти направления для и антагонистичны, так как с уменьшением параметров растений уменьша- ется ширина междурядья, что увеличивает её долю в параметре коридора с 25% на СКС до 50% на карликовых подвоях М9, а это и недобор урожая с площади, и увеличение антропогенного влияния агрегатов на почву более частыми проходами на этой площади. Поэтому варианты и наиболее перспективны [98]. При этом следует ожидать, что из вариантов , и будут синтезированы садовые [98] и виноградниковые (В.П.Бондарев,
1989) оптимальные конструкции крон отдельных растений или рядов [93] для блока варианта . Путь этого синтеза чётко прослеживается с помощью формализации кроны многолетнего растения в виде четырёхмерного пространства, которая показывает направления совершенствования архитектоники кроны, а следовательно и насаждения. Для этого были использованы понятия науки проектирования и конструирования «носителей функций» (Я.Дитрих, 1981), информация о которых представлена в табл. 3 и на рис. 1.

Рис. 1. Модульное с) нарастание дерева а) и куста в);

- апикально, по порядкам ветвления ;

- латерально, по порядкам утолщения

Анализ данных таблицы 3 показал, что, с позиции теории систем, вся гамма форм архитектоники многолетнего растения строится на трёх основных иерархически подчинённых функциях: ствола, скелета и периферии кроны.
Каждая из этих функций отдельный организм, имеющий сугубо свою цель, но закономерность построения этих организмов однотипна - обязательная соподчиненность последующих порядков предыдущим, «с размещением в пространстве таким образом, чтобы занять в нём минимальный объём»
(Ф.Патури, 1979). По положению в пространстве нарастание тела растения происходит апикально (верхушек побегов 1, 2, 3 и т.д. в длину) и латерально
(вторичное утолщение уже выросших органов растения и т.д.) по схеме, приведённой на рис. 1.

Согласно рис.1, многолетнее растение, - безразлично, дерево ) или куст ), - в процессе нового цикла роста «одевает» выросшее за предыдущие циклы роста тело растения латерально, одновременно осуществляя на этом слое «одежды» апикальный рост новых органов кроны, используя идентичные строительные модули ) архитектоники кроны с побегами апикального роста. При этом, согласно законам механики, растение, как живой организм, реагирует на действие сил, приложенных к нему и, согласно биологическим законам, также реагирует на них изменением строения своего тела и его частей.

Наши исследования архитектоники укрывных и неукрывных виноградных кустов с различными шпалерными системами подтвердили эту схему построения.
Куст представляет собой сообщество двух типичных конструкций: одной - соответствующей форме опоры (субъективной), а другой - видовой
(объективной). Первая в виде балки - удлинителя равного сечения выполняет роль проводника, а вторая - постоянно наращиваемой плодообразующей древесины, представляющей собой балку равного сопротивления.

Более полно свойства архитектоники кроны изложены в публикациях [23,
31, 38, 60, 67].

Анализ полученной информации [65] показал, что структурно это построение отображается тремя принципами: согласованностью, повторяемостью и целесообразностью.

По принципу согласованности определялся [73, 80, 81, 89, 94, 111, 113,
125] уровень оптимизации стыка системы машина - растение при постоянном изменении архитектоники крон. Так как стык, прежде всего, осуществляется через внешние параметры основных функций архитектоники растения по коридору
или над растениями , то одним из возможных путей достижения оптимальности является формирование кроны в нужном направлении без побуждения её израстания, но вызовом в первую очередь закладки системы структурного и функционального объединения тех органов растения, которые должны в необходимом количестве развиваться в слое плодообразующей древесины. Эта согласованность обусловлена наследственно закреплёнными параметрами кроны сортоподвойной комбинации, отображённой на проекции в плане кругом, периметр площади которого является определяющим параметром при расчёте ширины междурядья. Следовательно, влиять на параметр ширины междурядья возможно внешними факторами, например, деформацией круга в эллипс в пределах этого параметра. Таким образом, соблюдая закон золотого сечения 21 / 34 (Ф.Патури, 1979), параметр проекции кроны может быть сдеформирован вдоль ряда до 1,2 её естественного диаметра d и до 0,74 того же диаметра со стороны междурядий. Тогда, за счёт параметра 0,74d уменьшается ширина междурядья, а за счёт 1,2d увеличится шаг посадки растений в ряду.

По принципу повторяемости определялась [23, 26, 31, 32, 38, 43, 65,
67, 75, 98] идентичность составляющих системы машина - растение через скалярность скелетов растений в ряду (квартале). Благодаря этой скалярности насаждение ведётся подобными компонентами системы структурного и функционального объединения органов архитектоники растения (например, лопастирование), используя «организм» . . Такая «инвариантность в подобии» указывает на возможность применения автоматических систем в частях
и этого «организма» [56, 112]. Математически подобная скалярность выражается как фрактальная система формулой Мандельброта [43],

,

(1) где - количество одинаковых компонентов системы структурного и функционального объединения органов архитектоники растения в разрезе каждой её основной функции;

- масштаб в разрезе иерархии ( и т.д.) каждой основной функции;

- порядок ветвления.
В формуле (1) изменяется по мере нарастания объёма кроны, а количество ветвлений в модуле «с» зависит от их целесообразности, которая определяется из табл. 4 и рис. 2, где увеличение в скелете коли-чества компонентов первого порядка ветвления ведёт к потере темпа набора объёма кроны. Лучшими являются двухкомпонентное ветвление ранга (вариант I) и двенадцатикомпонентное ветвление в плодообразующем слое древесины ранга
(варианты I и II) [125].

Рис. 2. Закономерность набора объёма кроны в зависимости от интенсивности её ветвления

Наращивание остальных порядков ветвления не имеет смысла, так как темп увеличения объёма кроны асимптотически приближается к масштабу , который следует считать нижним критерием ветвления, так как при остаётся только побег продолжения, а при растение превращается в плеть (ствол). В настоящее время используется в насаждениях короткого цикла, например, садах - питомниках [93] и петлеобразном кордоне виноградного куста [113].

Таблица 4

Морфологическая матрица данных членов формулы Мандельброта (1)

|Иерар-х|Варианты ветвления по рангам |
|ия | |
|ран-гов| |
|вет- | |
|вления |I |II |III |IV |
| |Коли-че| |Коли-ч| |Коли-ч| |Коли-ч| |
| |ство | |ество | |ество | |ество | |
| |0 |1 |0 |1 |0 |1 |0 |1 |
| |2 |0,5 |3 |0,33 |4 |0,25 |5 |0,2 |
| |6 |0,408 |6 |0,408 |8 |0,353 |12 |0,437 |
| |12 |0,437 |12 |0,437 |16 |0,397 |24 |0,451 |
| |24 |0,451 |24 |0,451 |32 |0,421 |48 |0,461 |
| |48 |0,461 |48 |0,461 |64 |0,435 |96 |0,468 |
| |96 |0,468 |96 |0,468 |128 |0,444 |192 |0,473 |
| |192 |0,473 |192 |0,473 |256 |0,468 |384 |0,476 |

Развитием работ [93 и 113] нами установлено, что крона многолетнего растения строится посредством модуля «с» темпоральными слоями (рис. 1), поэтому возможна её формализация в виде четырёхмерного пространства Генриха
Минковского (рис. 3).

Согласно рис. 3, координаты и время реализуются в своих главных чертах - вдоль ряда «» и его поперечном сечении «»,
«». С математической точки зрения они равноправны, так как прошедшее, настоящее и будущее этих компонентов кроны запрограммировано генетически в пределах статической концепции

Рис. 3. Формализованный вид кроны многолетнего растения через пространственные координаты и время времени (по Козыреву), поэтому может быть для каждого варианта табл.
4 отображено моделью

(2) где,, - количество ветвлений по рангам ;

- объём темпорального слоя .

При асимптотическом приближении к нижнему критерию ветвления (рис. 2), последующие за третьим членом модели (2) по своему объёму будут близки третьему члену, поэтому он может быть отображён в модели (2) в периоде.

Создавая почвообрабатывающие комплексы для садоводства, виноградарства и питомниководства, мы установили идентичность влияния на почву в этих насаждениях факторов природного и антропогенного происхождения. В качестве природного фактора - водная эрозия, а антропогенного - утяжеление почвы техникой, что ускоряет процесс слитогенеза в землепользовании и, в конечном итоге, способствует переувлажнению земель за счёт потери почвой естественной дренированности. Установлено, что способы возделывания многолетних насаждений влияют на дренированность почвы в междурядьях из за однообразия механических воздействий на неё в течении всей жизни насаждения
[16, 23, 25, 28, 69, 92]. Различия в толщине слоёв одной массы до возделывания и после доходят до 0,1 м за вегетацию. К концу периода вегетации уплотнение машинами верхних 0,4 м рыхлого выщелоченного чернозёма Прикубанья уменьшает толщу у этого слоя по следу трактора на 25
%, а проходы почвообрабатывающих машин - не менее, чем на 10 %. В слое 0,00
... 0,39 м на виноградниках в конце вегетационного периода можно встретиться с тремя типами распределения плотности почв - равномерное по всей толщине слоя в ряду, более плотное сверху в колее трактора и более плотное внизу в центре междурядья - «плужная подошва».

Эти данные подтверждены структурным анализом образцов приёмом деинтеграции (Г.Н.Теренько, С.Ф.Неговелов, В.А.Бондарев, 1979). В большинстве образцов выход агрономически ценной структуры превышал 80 % от их массы. На этом фоне резко выделялись образцы, взятые в колее. Даже интенсивная деинтеграция не смогла разрушить созданных трактором глыб; структура не только сжата и деформирована, но кое где полностью нарушены её прежние границы. Поэтому не только осталось больше глыб, но и сама агрономически ценная структура отличается по характеру от верхнего слоя в ряду, где преобладает более мелкая структура, размером от 3 до 0,25 мм, её доля в агрономически ценной структуре 63 2,8% при коэффициенте варьирования 10,8%. В колее, наоборот, преобладают более крупные фракции 3
... 7 мм, которые составляют 69 4,9% при коэффициенте варьирования
17,5%. Интерпретируя полученные результаты исследования и увязав их с информацией использования почвы однолетними посевами, мы сделали вывод
[99], что уплотнение пахотного и особенно подпахотного слоя вносит глубокие изменения в водный режим преобладающих на юге тяжелосуглинистых и глинистых структурных чернозёмов. При насыщении влагой уплотнённых слоёв следует ожидать ухудшения аэрации корнеобитаемого слоя, где водоудерживающие капилляры сильно сжаты, а это может в более глубоких неуплотнённых слоях сильно понизить полезную влажность. Опыты с внутрипочвенными бороздователями [121] показали, что запасы продуктивной влаги в корнеобитаемом слое сада снижаются от этого почти вдвое. Вода, просачиваясь сквозь узкие капилляры уплотнённого слоя, заполняет такие же тонкие капилляры более глубоких слоёв, а более широкие, которые в нормальной по плотности верхних слоёв почвы заполнялись водой, остаются пустыми. Кроме того, на склонах уплотнение ведёт к прямым потерям влаги. Водопроницаемость почвы понижена и сток во время дождя увеличивается, образуя в междурядьях мочажины [33]. Это и прямая потеря влаги для урожая текущего года и усиление эрозии почвы, то есть потенциальная потеря урожая последующих лет.

С позиции физики процесса, приобретение почвой плотности во время потери влаги следует квалифицировать, как процесс становления пласта до появления эффекта «каркаса». Принимая во внимание тот факт, что между механическим составом, влажностью и способностью почвы к уплотнению существует определённая связь, а утяжеление почвы в зарегулированных междурядьях зависит от времени года[23], в «каркас» твёрдой фазы будут упаковываться механическим путём разбухшие коллоидные частицы, которые покажут достижение эффекта «каркаса» ещё на не высохшей почве, поэтому в раннем периоде вегетации эффект «каркаса» будет кажущимся (неустойчивым).
Это подтверждается исследованиями утяжеления почвы в междурядьях виноградников Краснодарского края в 1962 ... 1980 г.г. [69], (табл. 5) .

Таблица 5

Динамика коэффициента утяжеления почвы () в междурядьях виноградника

|Сроки |Среднее по |Элементы междурядья |
|наблюдения |междурядью |ряд |колея |междурядье |
|май |0,99 |1,00 |1,15 |0,83 |
|июнь |1,17 |1,03 |1,50 |0,98 |
|июль |2,31 |2,06 |2,63 |2,23 |
|октябрь |2,23 |1,87 |2,45 |2,38 |
|ноябрь |1,11 |1,19 |1,08 |1,05 |

Из табл. 5 следует, что кажущийся «каркас» возможен до июля. С июля по октябрь он будет уже истинным и имеющим наибольшую несущую способность. Эта способность приобретается почвой за счёт воздействия на неё двух факторов: природного, вызванного диффузией влаги в системе «почва - атмосфера - почва» (внутренний деформатор) и антропогенного, вызванного воздействием средств ухода (внешний деформатор). Из - за различной интенсивности испарения влаги из почвы влияние природного деформатора переменно, в то время как антропогенный деформатор, состоящий из одного и того же энергетического средства, воздействует на пласт одной и той же массой. То есть приобретение почвой несущей способности в междурядьях многолетних насаждений не стационарно из - за природного фактора - влажности.

К концу лета влажность почвы в пахотном горизонте всего междурядья уменьшается в 1,5 ... 2 раза [69]. К этому времени явно проявляется особенность «всплытия» твёрдости почвы, в результате чего до глубины 0,1
... 0,15 м пахотный горизонт превращается в монолит, обладающий максимальной несущей способностью, но, в силу усадо-чных явлений, он разрывается на крупные отдельности, образуя трещины глубиной до 1 м. и более. При этом почва в горизонте 0 ...0,1 м. на 10 ... 15 % влажнее горизонта 0,1 ... 0,2 м. и на 20 ...25 %, чем в горизонте 0,2 ... 0,3 м. То есть, несмотря на вертикальные трещины, в монолитах сохраняется «подошва», образованная проходами стрельчатых лап, которая способствует зависанию осадков и капиллярному подтягиванию влаги нижних слоёв. Наличие «подошвы» в монолитах доказано графическим отображением информации табл. 5 (рис. 4).

Рис. 4. Динамика коэффициента утяжеления почвы за вегетацию в ряду (), в колее () и междурядьи ()

Из рис. 4 следует, что в междурядье процесс утяжеления почвы продолжается до октября (отрезок ) за счёт отдачи влаги в атмосферу через капилляры «подошвы».

Нами установлено, что абсолютная величина твёрдости почвы в междурядьях многолетних культур Северного Кавказа по годам варьирует в сильной степени, но её относительные показатели между полосами (в ряду, колее и вне колеи междурядья) более или менее стабильны, поэтому они могут быть определены отношением средней твёрдости почвы пахотного горизонта в различное время вегетации и в различных полосах междурядья к величине твёрдости почвы начала вегетации в ряду [69].

Так как структурные схемы посадок садов и виноградников по параметрам междурядий и рядов аналогичны, а принципы уходных работ идентичны (табл.
1), то приведённое состояние обрабатываемого слоя почвы является общим для всех многолетних насаждений Северного Кавказа. В связи со стремлением в архитектонике насаждений к уменьшению ширины междурядий, то полосный структурный характер утяжеления почвы в междурядьях может быть отображён изолиниями твёрдости, части которых изменяются по законам тригонометрических функций [23].

, где и ;

- максимальная амплитуда изолиний в первом и третьем полупериодах, м;

- период изолинии, равный ширине колеи трактора, м;

- ширина междурядья, м.

Установлено [16, 23, 25, 28, 69, 82, 92, 99], что среда порождает ограничения почвенным параметрам многолетних насаждений природными температурными факторами климата. Влажность и перемещение воздушных масс являются при этом усиливающими факторами течения е