Побочные продукты животноводства (ППЖ), образующиеся при производстве основной сельскохозяйственной продукции, должны вовлекаться в замкнутый цикл функционирования агроэкосистем для воспроизводства плодородия земель сельскохозяйственного назначения. С целью формирования комплексного подхода к проблеме утилизации и подготовки навоза к использованию в виде ППЖ проведен анализ актуальной проблемы переработки и использования навоза и помета в качестве органических удобрений в субъектах Российской Федерации. Изучались количественные и качественные характеристики ППЖ, технико-технологическое оснащение регионов, нормативно-правовая база по оценке техногенного воздействия на окружающую среду и организацию экологического мониторинга. Установлено, что объем ежегодно образуемых в сельскохозяйственных организациях ППЖ, доступных для переработки и внесения в качестве удобрения, достигает более 250 млн т. В 2022 г., например, внесение органических удобрений составило лишь 70,3 млн т, что объясняется недостаточной технико-технологической оснащенностью сельскохозяйственных организаций и неразвитостью индустрии побочных продуктов животноводства. По нашему мнению, современная индустрия побочных продуктов животноводства должна применять наилучшие доступные технологии переработки навоза и высокотехнологичные инженерные системы, цифровой мониторинг производства ППЖ, актуальные экостандарты для экологически безопасных технологий и технических средств, интеллектуальные цифровые инструменты производственного экологического контроля, принимать адаптивные меры по экономической поддержке агроэкологических мероприятий. Предлагаемые нами меры дадут отечественному сельскохозяйственному производству не менее 350 млн т качественных органических удобрений и сокращение отрицательного баланса в питательных элементах не менее чем на 2000 тыс. т NPK

Жидкие навозные стоки свинокомплексов после некоторой подготовки могут применяться в качестве удобрений. С целью обоснования конструктивно-технологической схемы насоса-понтона для гомогенизации и перекачки жидких органических удобрений из лагун-навозохранилищ проведен анализ научно-технической и специальной литературы, а также выполнены патентные исследования способов и устройств для гомогенизации и перекачки жидких органических удобрений из лагун-навозохранилищ. Разработанная технологическая схема насоса-понтона представляет собой три основных этапа: измельчение и перемешивание в дисмембраторе, перекачка и транспортирование шнековой частью насоса к нагнетательной камере, подача в напорную магистраль лопастной частью насоса-понтона. По методике многофакторного планирования эксперимента определены параметры, оказывающие наибольшее влияние на процесс перекачки жидких органических удобрений: диаметр кожуха транспортирующего шнека, длина транспортирующего шнека и частота вращения его вала. Обоснована конструктивно-технологическая схема насоса-понтона, в которой рабочий орган – дисмембратор, измельчая и перемешивая грубодисперсную массу (жидкие органические удобрения), повышает эффективность их гомогенизации и перекачки из лагун животноводческих комплексов. Основным рабочим органом насосной части является транспортирующий шнек, представляющий собой вал с навитой на него трехзаходной спиралью. Поисковые опыты проводились в производственных условиях очистных сооружений свинокомплекса «Кировский», рассчитанного на 30 тыс. гол. при бесподстилочном содержании. Проведенные исследования позволили обосновать эффективную конструктивно-технологическую схему насоса-понтона для гомогенизации и перекачки жидких органических удобрений из лагун-навозохранилищ, рассчитать основные параметры его рабочего процесса и построить напорно-расходную характеристику предлагаемой конструкции опытного образца насоса-понтона.

Цифровой двойник технологической машины может значительно улучшить эффективность эксплуатации и сервисного обслуживания техники в АПК. Теоретическое исследование проведено с целью выявления эффективности применения цифровых двойников технического состояния сельскохозяйственной техники. Рассмотрена возможность внедрения цифровых двойников технологических машин при их эксплуатации и сервисном обслуживании для автоматизации ремонтных инспекций, оцифровки инженерных знаний по обслуживанию и ремонту, минимизации простоев оборудования, контроля качества и безопасности работ. Приведена формула функциональной зависимости эффективности применения цифровых двойников при эксплуатации и обслуживании. Установлено, что обоснованные решения по техническому обслуживанию и ремонту техники могут приниматься только в случае моделирования цифровым двойником различных вариантов полных и частичных отказов, учета режимов эксплуатации, воздействия окружающей среды и степени износа деталей. Поэтому мы предложили установить на технику RFID-метки и терминалы мониторинга, базирующиеся на GPS, ISOBUS и современном программном обеспечении, которые в режиме реального времени анализируют информацию о соответствии показателей выполняемого процесса заданным параметрам и подают команды и управляющие воздействия оператору машины для коррекции работы трактора, рабочих органов орудий, агрегата. Исследования показали эффективность применения цифровых двойников технического состояния сельскохозяйственной техники, обусловленную снижением расходов на техническое обслуживание, устранение отказов, незапланированный простой и повышение производительности.

Пружинные бороны получили широкое распространение при поверхностной обработке почвы. Неравномерность глубины рыхления является существенным недостатком широкозахватных борон. Разработанная нами конструкция пружинной бороны с параллелограммной подвеской рабочей секции позволяет копировать микрорельеф поля и обеспечивать равномерную глубину рыхления. Исследования проведены с целью проверки выполнения агротехнических показателей работы пружинной бороны с параллелограммной подвеской рабочей секции. Основные регулируемые технологические параметры влияющие на тяговое сопротивление и глубину обработки почвы, определялись с помощью математической модели движения рабочей секции, составленной на основе уравнений Лагранжа. Получены зависимости тягового сопротивления и глубины рыхления от регулирующих параметров. Для оценки выполнения агротехнических требований был изготовлен опытный образец пружинной бороны, в котором с помощью винтового механизма регулировался угол наклона пружинных зубьев (30°, 60° и 90°) и менялось усилие блока компенсирующих пружин в диапазоне 4…8 кН. Широкозахватная пружинная борона состояла из 7 рабочих секций шириной 3 м и 5 рядами зубьев с шагом 610 мм. Секции крепятся к продольному кронштейну рамы двумя парами тяг в передней и задней их частях. Полевые испытания проводились в лесостепной зоне Южного Урала. Тип почвы – чернозем обыкновенный тяжелый суглинок. В процессе испытаний замерялись глубина обработки почвы, тяговое сопротивление и усилие блока регулировочных пружин. Установлено, что тяговое сопротивление пружинной бороны при ширине захвата 21 м варьируется в диапазоне от 19 до 45 кН. Средняя гребнистость почвы после прохода бороны составляла 3,4 см. Экспериментально доказано, что предлагаемая борона отвечает агротехническим требованиям: обеспечивает хорошее крошение почвы при глубине обработки от 2 до 10 см, стабильность работы и равномерность глубины рыхления.

Производство комбикормов в хозяйствах из собственного зерна позволяет снизить их себестоимость. Создание технологических линий производства комбикормов в виде комплекса технологических модулей с применением гравитационного, инерционного и центробежно-ударного воздействия на кормовые материалы позволит малым зерноперерабатывающим предприятиям получать широкий ассортимент комбикормов высокого качества с низкой себестоимостью. С целью создания высокопроизводительных и малоэнергоемких кормоприготовительных агрегатов блочно-модульного типа проведен технико-технологический анализ малых зерноперерабатывающих предприятий. В результате нами разработан агрегат блочно-модульного типа, включающий в себя гравитационный сепаратор, через который пропускают зерно (перед измельчением в дробилке прямого удара) и продукты помола (перед приготовлением комбикормов), а также объемный дозатор непрерывного действия с цилиндрическим рабочим органом и высокоскоростной смеситель-увлажнитель. В сравнении с аналогами агрегат позволяет получить такое же качество комбикормов, но с наименьшей потребляемой мощностью (8 кВт) и минимальными затратами при его переналадке на производство заданного вида комбикорма (только открытие и закрытие соответствующих дозаторов). Разработанный агрегат позволит получать широкий ассортимент комбикормов высокого качества с низкой себестоимостью.

Севооборот способствует поддержанию устойчивых систем земледелия. Применение машинного обучения позволит более эффективно проектировать и прогнозировать продуктивность севооборотов. Традиционные методы обработки данных не отвечают требованиям интеллектуального земледелия. С целью оценки применения машинного обучения выполнено построение моделей прогнозирования продуктивности севооборотов на основе применения 6 алгоритмов: дерево решений (CART); случайный лес (RF); бутстрэп-агрегирование (Bagging); градиентный бустинг (Gradient Boosting); экстремальный градиентный бустинг (Baging XGBoost); искусственная нейронная сеть (ANN). В исследованиях использованы временные ряды данных по продуктивности 9 типов севооборотов на трех уровнях применения техногенных средств, полученные в лесостепи Приобья Новосибирской области Сибирским НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства СФНЦА РАН в течение 1999-2019 гг. В качестве дополнительного предиктора в модели был включен показатель атмосферного увлажнения в виде стандартизированного индекса осадков (Standardized    Precipitation Index – SPI), рассчитанный как средний показатель атмосферного увлажнения для мая-июля за ротацию каждого из анализируемых севооборотов. Установили, что модели, описывающие продуктивность севооборотов на основе алгоритмов ANN, Gradient Boosting и XGBoost, характеризовались наиболее высокими прогностическими способностями в зависимости от складывающихся условий атмосферного увлажнения и уровня интенсификации технологии возделывания (R2 = 0,90…0,93). Сравнительный анализ показал, что модель на основе экстремального градиентного бустинга демонстрирует наилучшие показатели с коэффициентом детерминации (R2) 0,93, среднеквадратичной ошибкой (RMSE) 2,34 и средней абсолютной ошибкой (MAE) 1,81. Продемонстрирована возможность применения методов машинного обучения в качестве эффективного инструментария для прогнозирования продуктивности севооборотов.

Оптимальный выбор приобретаемой техники на основе ее функциональных характеристик является важной задачей для современных сельскохозяйственных предприятий. С целью выбора оптимальной модели трактора сравнили стоимость и виды выполняемых работ трех тракторов тягового класса 4,0: Кировец К-5, БТЗ 254-К и DEUTZ-FAHR6230 TTV. Для проведения экспертизы по определению отличий применена методика сравнения моделей тракторов, учитывающая показатели технологической универсальности, агротехнических свойств, потенциальной производительности и стоимости выполнения технологических операций, и рассчитан показатель технологического уровня тракторов. Результаты проведенной оценки показали применимость всех моделей на пахотных, уборочных работах и с навесными комбинированными машинами и невозможность их применения на междурядной обработке. В сравнении с отечественными аналогами DEUTZ-FAHR6230 TTV может развивать большую скорость и достигать большей производительности. Однако технологический уровень тракторов Кировец К-5 и БТЗ 254-К имеет одинаковое значение 0,72 и превосходит импортный аналог DEUTZ-FAHR6230 TTV, имеющий показатель 0,69. Учитывая функциональные характеристики и стоимость тракторов, предприятиям выгодно приобретать отечественную технику.

Качественное исследование механизма трансформации парникового углекислого газа в системе «Почва-растение-атмосфера» требует наличия соответствующего инструментария, позволяющего создавать модели экосистем, регистрировать происходящие в них преобразования и обрабатывать полученные данные. Для расширения методологии исследования потоков углекислого газа разработана установка для исследования механизмов трансформации СО₂ в системе «Почва-растение-атмосфера», моделирующая и обеспечивающая автономную жизнедеятельность растительного организма с параллельной регистрацией и демонстрацией суточной динамики концентрации СО₂ внутри полностью замкнутой системы. Для более детализированной оценки направленности трансформации углекислого газа установка обеспечивает полную изоляцию листовой и подземной частей растений. В апробации установки участвовал саженец павловнии массой 7,47 г, сформированные корни которого погружались в речной песок, обогащенный раствором нитроаммофоски (NPK 16:16:16). В течение 30 суток каждые 5 мин измерительный комплекс iMK LoRa регистрировал поглощение и выделение СО₂ в двух зонах установки. В результате модельного эксперимента установлено, что растение способно продолжать свои развитие и рост при отсутствии внешнего источника углекислого газа, а формирование биомассы (+111,8%) происходит за счет механизма корневого углеродного питания. В данном случае почвенный углерод частично (на 76,4%) переходит в атмосферу в результате дыхания растения и снова поглощается в световую фазу, тем самым обеспечивая «малый углеродный цикл». Другая часть почвенного углерода (на 23,6%) принимает непосредственное участие в формировании биомассы растений, минуя преобразование через листовой аппарат. Предложенная установка позволит выявить особенности режимов углеродного питания различных сельскохозяйственных культур для дальнейшего подбора средств и агротехнических приемов по регулированию биомассы.

Экспресс-диагностика комбикорма на соответствие фактическому и заявленному составу весьма актуальна на рынке производства концентрированных комбикормов. Исследования проведены с целью анализа эффективности диагностики концентрированного комбикорма методом спектроскопии видимого и ближнего инфракрасного излучения и определения информативных спектральных диапазонов экспресс-диагностики комбикорма. Измерение спектров отражения и поглощения в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне проводили на приборе Foss NIRS2500. Измеряли спектральные характеристики поглощения в диапазоне от 0,4 до 2,5 мкм 4-компонентного комбикорма и его составляющих: барды кукурузной, шрота рапсового, жома свекловичного, кукурузы молотой. Установлено, что рассчитанные интегральные коэффициенты поглощения комбикорма и его компонентов в диапазоне 0,4…2,5 мкм различаются и статистически достоверны. Выявлено влияние фракционного состава компонентов на точность измерения оптических параметров. Несоответствие комбикормов рецептуре можно выявить при сравнении спектральных характеристик комбикормов и клетчатки. Сравнение спектров поглощения клетчатки, 4-компонентного комбикорма и 2-компонентного комбикорма из кукурузы и ячменя показало, что наибольшее отличие поглощательных свойств отдельных составляющих комбикорма наблюдается либо в коротковолновом диапазоне 0,4…1,2 мкм, либо в диапазоне свыше 1,65 мкм. При этом характеристики α(λ) в коротковолновом диапазоне менее системны, что требует выделения более узких спектральных интервалов, например: 0,40…0,54 или 1,13…1,22 мкм. Отличие спектральных поглощающих свойств комбикормов наиболее проявляется в коротковолновой области (λ < 1,36 мкм). Для клетчатки наибольшее различие в области – менее 800 нм. Представленные результаты послужат теоретической основой для разработки и производства оптической приборной базы для диагностики качества (соответствие заявленной рецептуре и компонентному составу) концентрированных комбикормов для животноводства.

При проектировании цифровых систем наиболее сложным и не поддающимся автоматизации является процесс разработки программного обеспечения, который занимает 85…95% от общей трудоемкости. В статье рассматривается пример разработки программного обеспечения для реализации бюджетной беспроводной системы мониторинга температуры объектов АПК с использованием нелицензируемых ISM-диапазонов радиочастот. Используемый алгоритм восходящего программирования позволяет снизить порог входа по приобретению знаний в области структурного программирования. Приведены примеры простого тестирования программных модулей с использованием интегрированной среды разработки IDEArduino. Созданы экспериментальные образцы передающей и принимающей подсистем, необходимые для разработки, отладки и исследования программного обеспечения. Аппаратное обеспечение реализовано на базе платформы Arduino, приемопередатчиков (трансиверов) NRF24L01+PA+LNA и цифровых датчиков температуры DS18B20. Радиус обмена данными между передающей и принимающей подсистемами в условиях прямой видимости при максимальной мощности передатчика и скорости передачи данных 250 Кбит/с составил 800…900 м. При передаче 8 байт полезных данных, то есть текущей температуры двух датчиков с интервалом в 1 с, средний потребляемый передающей подсистемой ток составил 22 мА.

Беспилотный летательный аппарат эффективен при мониторинге возделываемых территорий, мероприятиях по защите растений и наблюдениях за животными. В отличие от других летательных аппаратов беспилотный микродирижабль может совершать длительный полет при незначительном потреблении энергии. Недостатками используемых микродирижаблей являются громоздкость конструкции, зависимость подъемной силы от режимов работы двигателя, невысокая скорость снижения. Исследования проведены с целью совершенствования конструкции микродирижабля, заключающегося в снижении массы системы создания подъемной силы, повышении энергетической эффективности дирижабля и надежности солнечных батарей, обеспечении возможности вертикального маневрирования за счет энергосберегающего повышения и понижения температуры гелия, исключении зависимости работоспособности системы создания подъемной силы от режима работы движителя горизонтального перемещения, а также в снижении инерционности процесса создания подъемной силы. Предложено расположить фотоэлектрические элементы на внешней поверхности оболочки над экваториальной линией микродирижабля и использовать их с аккумуляторами в качестве элементов системы создания подъемной силы. Представлен алгоритм автоматического управления энергетическими потоками на микродирижабле. Предложено разместить термоэлектрические преобразователи, обеспечивающие нагрев или охлаждение гелия на внутренней поверхности оболочки. Рассмотрен принцип реверсирования полярности питаемого напряжения в соответствии с командой оператора и температурой между фотоэлектрическими элементами и термоэлектрическими преобразователями. Сделан вывод о возможности предотвращения перегрева фотоэлектрических элементов при высокой освещенности и значительной силе потребляемого тока за счет эффекта переноса тепловой энергии термоэлектрическими преобразователями. Энергосберегающий эффект достигается использованием электроэнергии исключительно на привод движителя горизонтального перемещения и на обеспечение переноса тепловой энергии термоэлектрическими преобразователями.

Национальная цель достижения устойчивой и динамичной экономики для системы высшего аграрного образования связана прежде всего с кадровым обеспечением отрасли АПК. Сегодня сельскому хозяйству нашей страны необходимы кадры новой формации, обладающие уникальными навыками и компетенциями, высоким творческим потенциалом. Это требует пересмотра стратегических ориентиров развития и совершенствования системы непрерывной подготовки кадров для сельского хозяйства, связанных с приоритетными направлениями развития АПК Российской Федерации. Цель исследований – определение стратегических ориентиров развития аграрного образования в России в условиях достижения технологического суверенитета страны. Целенаправленная работа по выявлению стратегических ориентиров развития аграрного образования проводилась в течение 2023-2024 гг. на базе Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева (РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева). Определение стратегических ориентиров осуществлялось экспертным сообществом с использованием метода экспертных оценок, опросов, мозгового штурма, форсайт-анализа и обобщения. В обсуждении приняли участие около 180 ведущих ученых РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, приглашенные эксперты. Форсайт-кейс РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева показал, что стратегические задачи, которые ставят перед собой аграрные вузы России в области образовательной политики, связаны с обеспечением вариативности и гибкости подготовки специалистов АПК, изменениями в содержании образовательных программ, усилением их научной составляющей, совершенствованием образовательных технологий и системы непрерывного аграрного образования, а также с популяризацией работы в сельском хозяйстве. В результате определено 7 групп стратегических задач развития аграрного образования в России.