Совершенствование методических подходов к повышению эффективности машинных технологий возделывания зерновых культур в условиях Сибири

УДК 671.3

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАШИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ СИБИРИ

Г.Л. УТЕНКОВ, кандидат технических наук, начальник отдела

В.К. КАЛИЧКИН, доктор сельскохозяйственных наук, первый зам. председателя

Сибирское отделение аграрной науки, пос. Красно-обск, Новосибирский р-н, Новосибирская обл., 630501, Российская Федерация

Резюме. Проблема возделывания зерновых культур, надолю которых в Сибири приходится 60-70% посевных площадей, имеет свои особенности, связанные с почвенно-климатическими и хозяйственными условиями. Их урожайность, даже в относительно благоприятные по увлажнению2000-2013гг., составляла 1,5 т/га, а в Новосибирской области - 1,47 т/га. Однако полевые опыты научных учреждений показывают, что сбор зерна яровой пшеницы можно увеличить в 1,5-2,0 раза. Возникает научная проблема поиска взаимосвязей урожайности и составляющих ее затрат машинных технологий возделывания зерновых культур. Цель наших исследований - разработка методических положений совершенствования машинных технологий и технологических процессов возделывания зерновых культур в Сибири, позволяющих количественно установить взаимосвязь интегрированного показателя земледелия с потребными затратами на единицу посевной площади. В основу методики исследований положен системный анализ, позволяющий рассматривать технологию как целое. Согласно выведенной формуле: Зо= 0,5Ц(У + q), общие затраты, приходящиеся на единицу посевной площади (Зо), определяются соотношением условно-постоянных к удельным условно-переменным затратам (q), ценой реализации производимой продукции (Ц) и прогнозируемой величиной урожайности (У). Использование элементов маржинального подхода позволило авторам на основе разработанных математических зависимостей на примере анализа машинных технологий возделывания зерновых культур в Новосибирской области установить, что затраты на формирование урожайности 1,23 т/га превышают их оптимальную величину, рассчитанную по предлагаемой формуле, на 34%. Предлагаемые методические подходы и зависимости могут применяться для обоснования перспективного технологического обеспечения возделываемых культур или их размещения и специализации путем выбора «экологических ниш» по заданным затратам.

Ключевые слова: производство зерна, машинные технологии, методический подход, энергоемкость, энергонасыщенные агрегаты, технологический КПД.

Для цитирования: Утенков Г.Л., Каличкин В.К. Совершенствование методических подходов кповышению эффективности машинных технологий возделывания зерновых культур в условияхСибири //Достижения науки и техники АПК. 2016. Т.30. №4. С. 14-17.

Одно из основных направлений растениеводства Сибири - возделывание зерновых культур, а уровень производства зерна служит одной из важнейших характеристик экономической самостоятельности и благосостояния региона. Однако часто производимая продукция обладает высокой энергоемкостью, поэтому уменьшение энергетических издержек - главное условие, обеспечивающее конкурентоспособность сельскохозяйственной продукции [1]. Несоответствие агротехнологий почвенно-климатическим особенностям или ошибки при выборе их элементов, в том числе сортов, приводит к экономическим и экологическим издержкам [2, 3].

Известно, что в условиях Урала и Сибири при возделывании зерновых культур более 50% механизированных работ выполняют с нарушениями агротехнических требо-

ваний. Особенно это касается основной и дополнительной обработки почвы, в процессе проведения которых такие отклонения достигают 200% [4].

Анализ энергозатрат в технологических процессах сельскохозяйственного назначения показывает, что их полезная часть, направленная на изменение обрабатываемого материала (почвы) при взаимодействии с рабочим органом (собственно прямая цель воздействия), значительно меньше, чем затраты на процесс в целом, то есть полезный расход энергии существенно меньше, чем полная энергия установленной энергомашины [5, 6].

Для повышения КПД необходимо создавать многооперационные агрегаты, обеспечивающие минимальное число проходов по полю и минимум межоперационных затрат, что предполагает рассмотрение возможности замены одной сложной операции двумя или несколькими более простыми (с соответствующими рабочими органами), но дающими больший суммарный эффект от «комплексирования» [6]. В практическом плане, по мнению Н.В. Краснощекова и Э.И. Липковича [7], применение зарубежных машин не решает проблемы технического оснащения, так как с одной стороны они далеко не соответствуют рекомендуемым параметрам (в отечественных условиях), с другой - в России иные условия их использования. Поэтому в нашей стране проводятся исследования по разработке новых технологий и технических средств для их реализации различного назначения [8, 9].

Считается, что интенсификация сельского хозяйства -единственный путь обеспечения населения планеты продовольствием. Однако это приводит к увеличению экологической нагрузки на окружающую среду. Согласно [10], существует противоречие между экономической выгодой и экологической целесообразностью. Отмечается также, что повышение уровня интенсивности ведения земледелия, растениеводства и животноводства на основе традиционных или инновационных технологий приводит к увеличению общих затрат и, в конечном итоге, к росту удельных затрат на единицу получаемой продукции [11]. Увеличение энергопотребления в сельском хозяйстве, по мнению А. Миндрина [12], обусловлено нестационарностью технологических процессов, требующих создания резерва энергетической и других мощностей. Для комплексного исследования проблемы энергопотребления необходимы новые методические подходы, введение специальных показателей, характеризующих соотношение между результатами сельскохозяйственного производства и его потенциальными возможностями. Бессистемный подход к ресурсосбережению обусловил недостатки теоретико-методологического обеспечения, описательный характер исследований, а главное - недостаточную практическую направленность научных разработок [13]. Это привело в итоге к экстенсивному использованию ресурсов и уменьшению производственно-инновационного потенциала АПК.

По мнению Э.И. Липковича [14], машино-тракторный парк не обеспечивает выполнения технологических операций в рациональные сроки и в заданных объемах. Поэтому назрела необходимость перехода на общую

методику технико-экономического анализа функционирования технических средств и зернового производства в целом, чтобы учитывать ряд важнейших современных особенностей, влияющих на конечный экономический эффект и до сих пор не нашедших отражение в экономико-математических моделях.

Задачу создания ресурсо- и энергосберегающих технологий и технических средств можно успешно решать методами системотехники [15]. Для этого необходимо технологическую схему аграрного производства рассматривать в целом и определять характеристики отдельных процессов в соответствии с общей задачей оптимизации такой сельскохозяйственной машинно-технологической системы (СМТС), а в качестве методологической основы использовать системный анализ. При этом экономическую эффективность аграрного предприятия должен представлять некоторый единый обобщенный показатель, соизмеряющий изменения количества и качества продукции, а также регулярных и единовременных затрат на ее производство, в экономически эквивалентных соотношениях.

Цель исследований - обосновать методические подходы к совершенствованию машинных технологий и технологических процессов возделывания зерновых культур в условиях Сибири.

Условия, материалы и методы. В основу исследований положены методы системного анализа и аналитические методы изучения детерминированных функций.

Результаты и обсуждение. С позиции методологических положений системотехники на сегодняшний день недостаточно знаний о закономерностях проявления «нужной среды и области ее возможностей, описываемых набором состояний системы» и поэтому не всегда можно определить последствия принимаемых решений. Механизм использования информации заключается в том, что, опираясь на нее, человек создает определенные условия, при которых законы природы «срабатывают» нужным для него образом. В этом важном обстоятельстве фактически заключена сама природа управления как особого инструмента для превращения возможности в действительность.

Концептуальная основа управления такова. В мире происходит множество различных процессов и движений, но гораздо большее их количество существует как возможность. Это внутренняя потенция природы, не реализующаяся до тех пор, пока нет всех условий, при которых какое-то из движений может осуществиться. С этой точки зрения акт управления - прежде всего процесс формирования условий осуществимости движения. При достижении этих условий все остальное происходит «автоматически», причем таким образом, что полученный результат оказывается соответствующим заранее поставленным целям. С позиции функционального подхода формирование условий можно рассматривать как процесс «приготовления» среды, в которой система будет вести себя нужным образом. Практически речь может идти лишь об отдельных элементах среды, но таких, которые существенно связаны с системой по принципу функциональной замкнутости [16].

Характерным становится не воздействие человека на вещество природы с помощью созданных им механических орудий производства, а управление природными процессами с целью получения необходимых продуктов и услуг [17].

Если рассматривать технологию как сложную систему, то в ее структуру можно объединять структуры самого разного уровня развития. По мнению В.А Белавина с соавторами [18]: «...объединение в сложную структуру оказывается выгодным для всех ее составных частей,

процесс эволюции ускоряется, развитие требует меньших затрат ресурсов, энергии. При этом уровень развития остается различным, но отставание во времени у менее развитой структуры становится все меньшим, по мере приближения к моменту обострения. Одновременно все ярче проявляются тенденции к сближению, усиливаются центростремительные процессы. Однако не любые простые структуры можно объединять в сложную. Попытки искусственно установить состояние, не свойственное данной системе, нелинейной среде, приведет к неминуемому распаду его или потребует колоссальных затрат энергии и ресурсов для поддержания этого состояния. ... Для продления жизни системы нужно поднять уровень сложности, степень нелинейности среды».

Организовать эффективное сельскохозяйственное производство можно путем более полного и оптимального употребления имеющихся ресурсов, более широкого вовлечения в технологические процессы качественно новых факторов, соответствующих гибким и адаптивным реакциям биосистем на различных уровнях функционирования. При этом гибкость технологии должна проявляться в ее способности изменять программу функционирования при изменении намеченных целей, а адаптивность - в способности подчиняться намеченным «условиям».

На основе выбора базовых функций мы получили решение целевого функционала прибыли [19], величина которой, согласно [7], служит нижним граничным условием эффективного производства:

У =

1

- + —= -

Ц-А а Р-1 а

Q Д = 5У + Уа,

где У - урожайность возделываемых зерновых культур, обеспечивающая получение прибыли; q = Б/А параметр, характеризующий отношение условно-постоянных (Б) к удельным условно-переменным (А) затратам, приходящимся на единицу урожайности; р = Ц/А - относительная (вновь созданная) стоимость производимой зерновой продукции; Ц - цена реализации зерновой продукции; а -коэффициент, характеризующий снижение урожайности зерновых культур с ростом размера посевных площадей (коэффициент, характеризующий почвенно-климатические условия возделывания зерновых культур).

Из выражения (1) следует, что прогнозируемая величина урожайности У определяется двумя группами факторов.

Первая группа - экономические, характеризующие эффективность применяемой технологии, она определяются как точка безубыточности, 8У:

5 У =

Ц-А р-1

Экономически эффективны технологические процессы, позволяющие минимизировать использование потребляемых ресурсов.

Вторая - группа факторов, характеризующих почвенно-климатические условия возделывания зерновых культур, определяется как «экологическая ниша», У :

Уа = 1/а. "

Исследования В.Т. Водяникова [20] показывают, что размещение и специализация хозяйств оказывают значительное влияние на потребление топлива и энергии.

Полученное решение (1) не противоречит исследованиям А.В. Клочкова, согласно которым, экономия энергии в большей степени определяется условиями и применяемой технологией возделываемой культуры. Однако смену технологий по выражению Э.И. Липко-вича «...мы давно не производили...» [21]. К тому же:

«...появилось безразличие новорусских производителей к собственным издержкам, когда можно организованно повышать цены в своей стране».

Считается [7], что «... машины как технические средства, не образуют никаких комплексов без технологий, а если и образуют какую-то связную группу, то это скорее семейство машин, которое можно рассматривать в рамках машиностроительного производства, но не в рамках сельского хозяйства; это семейство не образует никакого технико-экономического результата». Предлагаемые технологии и комплексы машин должны быть [21], во-первых, адекватны условиям производства; во-вторых, структуры новых технологий должны коренным образом отличаться от существующих, обеспечивая высокий научно-технический и значительный экономический эффект.

Используя аддитивное свойство выражения (1), решим его относительно вновь созданной (относительной) стоимости, р:

Р = 1

Н ДУ

где ДУ = У - 1/а

Согласно [22], в России диапазон изменения относительной (вновь созданной) стоимости находится в пределах р = 1,6-2,2, в Европейских странах (ЕС) - 2,0-4,0.

Из выражения (4) следует, что вновь создаваемая стоимость производимой зерновой продукции р должна быть больше предшествующей и определяется прогнозируемой величиной урожайности У, обеспечивающей получение прибыли, складывающимися природно-климатическими условиями, оцениваемыми величиной 1/а, а также уровнем материально-технического состояния, который характеризуют не только абсолютные значения условно-постоянных и условно-переменных затрат, но и их соотношение q. Причем, чем меньше величина знаменателя, тем выше вновь создаваемая стоимость, то есть в лучших почвенно-климатических условиях можно получить большую стоимость. Так, исследования ФГБНУ СибНИИЗиХ показали, что при благоприятной погоде на выщелоченных черноземах Сибири урожайность яровой пшеницы может достигать 6,5 т/га [23].

Другая более важная составляющая - соотношение затрат q, характеризующее уровень технико-экономического состояния или оценивающее органическое строение капитала [24]. Общие затраты на производство и реализацию продукции Зо, как отмечает автор [24], состоят из переменных затрат (З ), к которым относятся заработная плата с начислениями плюс стоимость оборотных средств (семена, ГСМ и др.), размер которых колеблется в зависимости от обработанной площади земельного участка и сбора урожая (урожайности), и постоянных затрат (Зпост = Б) - суммы амортизации основных средств производства, кроме земли:

З = З + З .

о пер пост * '

Структура этих затрат формирует органическое строение капитала. В сельском хозяйстве оно неблагоприятно из-за высокого уровня переменных (70-80%) и низкого постоянных (20-30%) затрат, что связано со слабым переоснащением аграрного производства современными машинами и производительным оборудованием.

Так как выражение (1) оптимально (исходя из исследования целевой функции прибыли на экстремум),

то с учетом выражения (5), делаем допущение о наличии линейной связи между общими затратами и урожайностью:

З = З + З = АУ + Б,

о пер пост

где Зпер = АУ - общие условно-переменные затраты. После подстановки в выражение (6) количественных значений: р = 2,0 и усредненного значения соотношения затрат q = 25/75 = 0,333 [24], получим выражение общих затрат на единицу посевной площади:

Зо= 0,5Ц

Из выражения (7) следует, что общие затраты, приходящиеся на единицу посевной площади, определяются соотношением затрат, ценой реализации производимой продукции, прогнозируемой величиной урожайности.

Проверка полученного решения (7) по опубликованным данным [25], при: У = 3,0 т/га; Ц = 5500 руб./т; А = 2640 руб./т; Б = 4080 руб./га и q = 1,5454 т/га, показала, что общие расчетные значения затрат составляют: Зо = 0,5 х 5500(3,0 + 1,545) = 12499 руб./га. Фактические общие затраты на единицу посевной площади составили 12000 руб./га. Расчетная ошибка не превышает 5%. Следовательно, полученное выражение (7) можно использовать для анализа других имеющихся статистических данных и в целом осуществлять прогнозирование затратного механизма и оценивать эффективность машинных технологий и составляющих их технологических процессов.

Согласно статистическим данным общие затраты на единицу посевной площади по Новосибирской области в 2014 г. составили: Зо = 7894699/1096516 = 7442 руб./га; цена реализации яровой пшеницы, Ц = 6276,8 руб./т; средняя урожайность, У = 1,23 т/га. После подстановки указанных значений в выражение (7) при использовании усредненного значения показателя относительных затрат q = 0,333 [24], так как поведение сельского хозяйства России соответствует минимизации издержек, а не максимизации прибыли [26], получим:

Зо = 0,5x6276,8 (1,23 + 0.333) = 4905 руб./га. Разница с фактическими затратами составила:

7442-4905 0 7442

Отсюда следует, что применяемые технологии возделывания зерновых культур в Новосибирской области характеризуются высокими затратами. Нужны новые технологические и технические решения для эффективного возделывания зерновых культур. Согласно [21], инновационные разработки при одних и тех же затратах обеспечивают большую урожайность. Исследования ФГБНУ СибНИИЗиХ показывают, что реальную урожайность яровой пшеницы в Сибири можно увеличить в 1,5-2 раза [27].

Выводы. Применяемые технологии возделывания зерновых культур высокозатратны и требуют совершенствования. Предложенные зависимости можно использовать для прогнозирования общих затрат на единицу посевной площади с последующим обоснованием перспективного технологического обеспечения возделываемых культур или размещения и специализации возделываемых культур на основе выбора «экологических ниш» по заданным затратам.

Литература.

1. Федоренко В.Ф. Информационное обеспечение проблем ресурсосбережения в инженерно-технической сфере АПК // Машинно-технологическое обеспечение повышения производительности труда в растениеводстве и животноводстве: сб. науч. докл. XIII Международ. науч.-практ. конф. Новые технологии и техника для ресурсосбережения и повышения производительности труда в сельскохозяйственном производстве. М.: Изд-во ВИМ, 2005. Т. 1. С. 272-283.

2. Кирюшин В.И. Технологическая модернизация земледелия - неотложная задача//Экономика сельского хозяйства России. 2009. №2. С.17-25.

3. Кирюшин В.И. Технологическая модернизация земледелия России: предпосылки и условия//Земледелие. 2015. №6. С. 6-10.

4. Свечников П.Г. Модернизация почвообрабатывающих рабочих органов на основе исследования процесса их взаимодействия с почвой: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Челябинск, 2013. 43 с.

5. Утенков Г.Л., Добролюбов И.П. Автоматизированные технологические комплексы почвообработки. Новосибирск: Рос-сельхозакадемия. Сиб. отд-ние. СибИМЭ, 2006. 380 с.

6. Липкович Э.И. Технологическое энергопотребление и агроэкомеханика // Вестник РАСХН. 1999. №5. С. 9-11.

7. Краснощеков Н.В., Липкович Э.И. Концепция разработки машинных технологий в растениеводстве// Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2008. №8. С. 3-7.

8. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Сизов О.А. Технологии и технические средства для восстановления и реабилитации неиспользуемых и деградированных сельхозугодий // Техника и оборудование для села. 2010. № 2. С. 12-14.

9. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П. Система технологий и машин для инновационного развития АПК России // Система технологий и машин для инновационного развития АПК России: сборник научных докладов Международной научно-технической конференции, посвященной 145-летию со дня рождения основоположника земледельческой механики академика В.П. Горяч-кина. М.: Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства, 2013. С. 7-10.

10. Власенко А.Н., Шарков И.Н., Иодко Л.Н. Эффективность технологий и воспроизводство черноземов лесостепи Западной Сибири //Земледелие. 2005. №5. С.16-19.

11. Першукевич П.М. Социально-экономическое развитие агропромышленного производства на инновационной основе: проблемы и их решения// Социально-экономическое развитие села и информационные технологии в науке и сельскохозяйственном производстве: материалы годич. общ. собр. и науч. сес. СО Россельхозакадемии. Новосибирск: Рос. акад.с.-х. наук. Сиб. регион. отд-ние, 2009. С.98-132.

12. Миндрин А. Энергетический анализ в сельском хозяйстве //АПК: экономика, управление. 2008. №9. С.2-9.

13. Горбунов С., Воротников И. Направления развития ресурсосберегающей агроэкономики // Экономика сельского хозяйства России. 2010. №5. С.28-35.

14. Липкович Э.И. Технико-экономическое сопровождение машинных технологий производства зерна//Вестник РАСХН. 2006. №3. С. 43-45.

15. Федоренко В.Ф. Теория графов в решении задач оптимизации процессов земледельческой механики // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы Международ. науч. - техн. конф. Минск: НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2012. Т.1. С.42-51.

16. Дружинин В.В., Контуров Д.С. Проблемы системологии (проблемы теории сложных систем). М.: Сов. радио, 1976. 296 с.

17. Румянцев А.А. Постиндустриальный технологический способ производства: время зарождения // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. 2014. Вып. 4 (34). С. 48-62.

18. Белавин В.А., Курдюмов С.П., Князева Е.Н. Режимы с обострением и законы коэволюции сложных систем.ияи//http:// spkurdyumov.ru/evolutionism/zakony-koevolyucii-slozhnyx-sistem/(дата обращения: 15.04.2016).

19. Каличкин В.К. Утенков Г.Л. К вопросу о технико-экономическом обосновании технологий возделывания зерновых культур //Достижения науки и техники АПК. 2008. №8. С.5-8.

20. Водяников В.Т. Основные направления энергосбережения в аграрном секторе экономики страны//Экономика сельского хозяйства России. 2015. №12. С.64-69.

21. Липкович Э.И. Многопроцессные агрегаты на базе МЭС пятого поколения // Тр-ры и сельхозмашины. 2012. №12. С.3-13.

22. Жданов С.А. Основы теории экономического управления предприятием. М.: Изд - во «Финпресс», 2000. 384 с.

23. Достижения и перспективы научного земледелия Сибири /А.Н. Власенко, В.Н. Шоба, И.Н. Шарков, Н.Г. Власенко // Сиб. вестн. с.-х. науки. 2014.№5. С.13-20.

24. Белякова А. Механизм формирования земельной ренты и арендной платы при аренде земельных участков сельхозназначения //АПК: Экономика, управление. 2014. №2. С.89-93.

25. Черняев А., Ярославский В., Несмысленов А. Проблемы сохранения и развития оросительной мелиорации в Поволжье //АПК: Экономика, управление. 2014. №5. С. 3-11.

26. Катышев П.К., Чернавский О.А., Эйсмонт О.А. Оценка функции издержек сельскохозяйственного производства в России // Экономика и математические методы. 2008. Т.44. С. 3-15.

27. Продуктивность яровой пшеницы по пару при различных технологиях в лесостепи Западной Сибири/А.Н. Власенко, В.Н. Шоба, И.Н. Шарков, Л.Н. Иодко//Земледелие.2014.№5. С.16-18.

IMPROVEMENT OF METHODOLOGY APPROACHES TO INCREASING THE EFFICIENCY OF MACHINE TECHNOLOGIES OF GRAIN CROPS CULTIVATION UNDER CONDITIONS OF SIBERIA

G.L. Utenkov, V.K. Kalichkin

Siberian Branch of Agricultural Science, pos. Krasnoobsk, Novosibirskii r-n, Novosibirskaya obl., 630501, Russian Federation Summary. The problem of cultivation of grain crops, which occupies 60-70% of sown area in Siberia, has its special features, caused by soil-climatic and economic conditions. There productivity, even in the relatively favorable on the moistening 20002013, was 1.5 t/ha, and in Novosibirsk region - 1.47 t/ha. However, field experiments of research institutions show that grain yield of spring wheat can be increased 1.5-2.0 times. There the scientific problem arises of the search for relationships between yield and costs of machine technologies of grain crop cultivation. The aim of the research is the development of methodological regulations for the improvement of machine technologies and technological processes of grain crop cultivation in Siberia, allowing to quantitatively correlating the integrated index of agriculture with the required cost per unit of sown area. The methodology of the research is based on the system analysis, enabling to consider the technology as a whole. According to the derived formula: Et = 0.5P(Y + q), the total expenditures per a unit of sown area (Et) are determined by the ratio of semi-constant cost to specific semivariable ones (q), the price of the production (P) and forecast yield (Y). The use of the elements of margin approach allowed the authors establishing that the cost of the yield of 1.23 t/ha is higher than their optimal value, calculated by the proposed formula, by 34%. It was calculated on the basis of the developed mathematical dependences on the example of analysis of machine technologies of grain crop cultivation in Novosibirsk region. The proposed methodology approaches and dependences can be used to substantiate prospective technological support of crops or distribute them reasonably by selection of ecological niches on the given expenditures.

Keywords: grain production, machine technologies, methodical approach, energy capacity, power equipment, technological efficiency.

Author Details: G.L. Utenkov, Cand. Sc. (Tech.), head of department (e-mail: utenkov1951@mail.ru); V.K. Kalichkin, D. Sc. (Agr.), deputy chairman.

For citation: Utenkov G.L., Kalichkin V.K. Improvement of Methodology Approaches to Increasing the Efficiency of Machine Technologies of Grain Crops Cultivation under Conditions of Siberia. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 4. Pp. 14-17 (In Russ.).