МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА В ПОЧВЕ С УПЛОТНЕННЫМ СЛОЕМ В ПРОЦЕССЕ УТИЛИЗАЦИИ СЖИЖЕННОГО БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА
Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 3 (47). С. 82–89
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 82–89
Научная статья
УДК 631.86:504.064 EDN: YZRMUN
Код ВАК 4.3.1
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА В ПОЧВЕ С УПЛОТНЕННЫМ СЛОЕМ В ПРОЦЕССЕ УТИЛИЗАЦИИ СЖИЖЕННОГО БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА
Петр Алексеевич Смирнов1*, Михаил Петрович Смирнов2, Виктор Васильевич Алексеев3,
Владимир Петрович Филиппов4
1, 2 Чувашский государственный аграрный университет, Чебоксары, Россия
3, 4 Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова, Чебоксары, Россия
1 smirnov_p_a@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0001-6643-6657
2 sttmo@outlook.com, https://orcid.org/0000-0001-7067-3583
3 av77@list.ru, https://orcid.org/0000-0002-2780-1727
4 filippov_v_p@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7240-4405
Аннотация. Цель исследований – моделирование пространственной локализации при внесении жидких органических удобрений.
Внесение органических удобрений в современном сельском хозяйстве – ключевой аспект успешного выращивания. Однако в процессе
внесения возникают проблемы, связанные с избыточной концентрацией питательных веществ в одних областях и недостатком в других.
В работе рассматриваются проблемы внесения и моделирования пространственной локализации удобрений при утилизации бесподсти
лочного навоза. Их решение позволяет точно определить области, в которых концентрируются питательные вещества и соответственно
корректировать параметры разрабатываемых орудий. Разработанная программа позволяет задавать широкий ряд начальных и гранич
ных условий: градиенты влажности по глубине, расстояния между областями подачи веществ. Расчеты производятся с учетом зако
нов гидрофизики почвы. Исследования показали, что моделирование дает возможность прогнозирования и выявления нежелательных
ситуаций, связанных с появлением избыточных или недостаточных концентраций и их динамики. Использование моделей и расчетов
массопереноса позволяет более точно определить оптимальные периодичность и объемы подачи удобрений. Решаемая проблема тре
бует дальнейших исследований, связанных с улучшением алгоритмов программы и ее универсализации. Программное средство имеет
графический интерфейс для возможности точно задать начальные и граничные условия, описывающие состояние почвенного профиля и
визуализации результатов. Актуальность темы исследования подтверждается перспективностью бесподстилочного навоза в обозримом
будущем. Изготовлен глубокорыхлитель-дренер (патент на полезную модель № 217154 U1). Практическое изучение модели проведено
на подпахотном внесении сжиженного бесподстилочного навоза при закладке хмельника (глубина 40 см) и внесении жидкой фракции
навоза на глубину 20 см в почву теплицы. Опыты показали идентичность модели.
Ключевые слова: внесение удобрений, фильтрация, навоз, кольматация, подпахотный слой, моделирование.
Благодарности: работа выполнена в рамках плана-задания по заданию НИР МСХ РФ на 2023 год по теме: «Разработка технологии и технических средств для внесения в подпахотный слой жидких органических удобрений».
Для цитирования: Смирнов П.А., Смирнов М.П., Алексеев В.В., Филиппов В.П. Моделирование массопереноса в почве с уплотненным слоем в процессе утилизации сжиженного бесподстилочного навоза // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 3 (47). С. 82–89. EDN: YZRMUN.
Scientific article
MODELING OF MASS TRANSFER IN SOIL WITH A HARDPAN WHEN UTILIZING LIQUIED MANURE
Pyotr A. Smirnov1*, Mikhail P. Smirnov2, Viktor V. Alekseev3, Vladimir P. Philippov4
1, 2 Chuvash State Agricultural University, Cheboksary, Russia
3, 4 I.N. Ulyanov Chuvash State University, Cheboksary, Russia
1 smirnov_p_a@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0001-6643-6657
2 sttmo@outlook.com, https://orcid.org/0000-0001-7067-3583
3 av77@list.ru, https://orcid.org/0000-0002-2780-1727
4 filippov_v_p@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7240-4405
Abstract. The purpose of the research is to simulate spatial localization when applying liquid organic fertilizers. The application of organic
fertilizers in modern agriculture is a key aspect of successful cultivation. However, during the application process, problems arise associated with
an excessive concentration of nutrients in some areas and nutrient lack in others. This work deals with the problems of applying and modeling the
spatial localization of fertilizers during utilization of liquid manure. The solution of these problems allows identifying accurately the areas in which
nutrients are concentrated and, accordingly, adjust the parameters of the tools under development. The developed program makes it possible to
preset a wide range of initial and boundary conditions such as humidity gradients in depth, distances between areas of substance application.
The calculations are made according to the laws of hydro-physical properties of soil. The research has shown that modeling makes it possible to
predict and identify undesirable situations associated with the appearance of excessive or insufficient fertilizer concentrations and their dynamics.
The use of models and calculations of mass transfer makes it possible to more accurately determine the optimal frequency and volume of fertilizer
application. This problem requires further research dealing with improving the algorithms of the program and its universalization. The software tool
has a graphical interface to accurately set the initial and boundary conditions describing the state of the soil profile and visualization of the results.
The relevance of the research topic is confirmed by the prospects of liquid manure application in the foreseeable future. A deep tillage cultivator,
a mole blade, was manufactured (utility model patent No. 217154 U1). The pilot study of the model was carried out on the subsoil injection of
liquid manure when establishing a hop-yard (40 cm deep) and the introduction of a liquid fraction of manure to a depth of 20 cm into the soil of the
greenhouse. The trials have shown the identity of the model.
Keywords: fertilization, filtration, manure, colmatation, hardpan, modeling.
Acknowledgments: the work was carried out within the framework of the program plan on research assignment of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation for 2023 on the topic «Development of technology and technical means for applying liquid organic fertilizers into the hardpan».
For citation: Smirnov P.A., Smirnov M.P., Alekseev V.V., Philippov V.P. Modeling of mass transfer in soil with a hardpan when utilizing liquied manure. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 82–89. EDN: YZRMUN (In Russ).
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 82–89
Научная статья
УДК 631.86:504.064 EDN: YZRMUN
Код ВАК 4.3.1
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАССОПЕРЕНОСА В ПОЧВЕ С УПЛОТНЕННЫМ СЛОЕМ В ПРОЦЕССЕ УТИЛИЗАЦИИ СЖИЖЕННОГО БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА
Петр Алексеевич Смирнов1*, Михаил Петрович Смирнов2, Виктор Васильевич Алексеев3,
Владимир Петрович Филиппов4
1, 2 Чувашский государственный аграрный университет, Чебоксары, Россия
3, 4 Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова, Чебоксары, Россия
1 smirnov_p_a@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0001-6643-6657
2 sttmo@outlook.com, https://orcid.org/0000-0001-7067-3583
3 av77@list.ru, https://orcid.org/0000-0002-2780-1727
4 filippov_v_p@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7240-4405
Аннотация. Цель исследований – моделирование пространственной локализации при внесении жидких органических удобрений.
Внесение органических удобрений в современном сельском хозяйстве – ключевой аспект успешного выращивания. Однако в процессе
внесения возникают проблемы, связанные с избыточной концентрацией питательных веществ в одних областях и недостатком в других.
В работе рассматриваются проблемы внесения и моделирования пространственной локализации удобрений при утилизации бесподсти
лочного навоза. Их решение позволяет точно определить области, в которых концентрируются питательные вещества и соответственно
корректировать параметры разрабатываемых орудий. Разработанная программа позволяет задавать широкий ряд начальных и гранич
ных условий: градиенты влажности по глубине, расстояния между областями подачи веществ. Расчеты производятся с учетом зако
нов гидрофизики почвы. Исследования показали, что моделирование дает возможность прогнозирования и выявления нежелательных
ситуаций, связанных с появлением избыточных или недостаточных концентраций и их динамики. Использование моделей и расчетов
массопереноса позволяет более точно определить оптимальные периодичность и объемы подачи удобрений. Решаемая проблема тре
бует дальнейших исследований, связанных с улучшением алгоритмов программы и ее универсализации. Программное средство имеет
графический интерфейс для возможности точно задать начальные и граничные условия, описывающие состояние почвенного профиля и
визуализации результатов. Актуальность темы исследования подтверждается перспективностью бесподстилочного навоза в обозримом
будущем. Изготовлен глубокорыхлитель-дренер (патент на полезную модель № 217154 U1). Практическое изучение модели проведено
на подпахотном внесении сжиженного бесподстилочного навоза при закладке хмельника (глубина 40 см) и внесении жидкой фракции
навоза на глубину 20 см в почву теплицы. Опыты показали идентичность модели.
Ключевые слова: внесение удобрений, фильтрация, навоз, кольматация, подпахотный слой, моделирование.
Благодарности: работа выполнена в рамках плана-задания по заданию НИР МСХ РФ на 2023 год по теме: «Разработка технологии и технических средств для внесения в подпахотный слой жидких органических удобрений».
Для цитирования: Смирнов П.А., Смирнов М.П., Алексеев В.В., Филиппов В.П. Моделирование массопереноса в почве с уплотненным слоем в процессе утилизации сжиженного бесподстилочного навоза // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 3 (47). С. 82–89. EDN: YZRMUN.
Scientific article
MODELING OF MASS TRANSFER IN SOIL WITH A HARDPAN WHEN UTILIZING LIQUIED MANURE
Pyotr A. Smirnov1*, Mikhail P. Smirnov2, Viktor V. Alekseev3, Vladimir P. Philippov4
1, 2 Chuvash State Agricultural University, Cheboksary, Russia
3, 4 I.N. Ulyanov Chuvash State University, Cheboksary, Russia
1 smirnov_p_a@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0001-6643-6657
2 sttmo@outlook.com, https://orcid.org/0000-0001-7067-3583
3 av77@list.ru, https://orcid.org/0000-0002-2780-1727
4 filippov_v_p@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7240-4405
Abstract. The purpose of the research is to simulate spatial localization when applying liquid organic fertilizers. The application of organic
fertilizers in modern agriculture is a key aspect of successful cultivation. However, during the application process, problems arise associated with
an excessive concentration of nutrients in some areas and nutrient lack in others. This work deals with the problems of applying and modeling the
spatial localization of fertilizers during utilization of liquid manure. The solution of these problems allows identifying accurately the areas in which
nutrients are concentrated and, accordingly, adjust the parameters of the tools under development. The developed program makes it possible to
preset a wide range of initial and boundary conditions such as humidity gradients in depth, distances between areas of substance application.
The calculations are made according to the laws of hydro-physical properties of soil. The research has shown that modeling makes it possible to
predict and identify undesirable situations associated with the appearance of excessive or insufficient fertilizer concentrations and their dynamics.
The use of models and calculations of mass transfer makes it possible to more accurately determine the optimal frequency and volume of fertilizer
application. This problem requires further research dealing with improving the algorithms of the program and its universalization. The software tool
has a graphical interface to accurately set the initial and boundary conditions describing the state of the soil profile and visualization of the results.
The relevance of the research topic is confirmed by the prospects of liquid manure application in the foreseeable future. A deep tillage cultivator,
a mole blade, was manufactured (utility model patent No. 217154 U1). The pilot study of the model was carried out on the subsoil injection of
liquid manure when establishing a hop-yard (40 cm deep) and the introduction of a liquid fraction of manure to a depth of 20 cm into the soil of the
greenhouse. The trials have shown the identity of the model.
Keywords: fertilization, filtration, manure, colmatation, hardpan, modeling.
Acknowledgments: the work was carried out within the framework of the program plan on research assignment of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation for 2023 on the topic «Development of technology and technical means for applying liquid organic fertilizers into the hardpan».
For citation: Smirnov P.A., Smirnov M.P., Alekseev V.V., Philippov V.P. Modeling of mass transfer in soil with a hardpan when utilizing liquied manure. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 82–89. EDN: YZRMUN (In Russ).
