Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович icon

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович




НазваМіністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович
Сторінка1/8
Дата конвертації04.04.2015
Розмір1.85 Mb.
ТипДокументи
джерело
  1   2   3   4   5   6   7   8


Міністерство аграрної політики та продовольства України

Полтавська державна аграрна академія


На правах рукопису


Петровський Олександр Миколайович


УДК 631.53.027.34


Біотехнічна система Передпосівного опромінення насіння електромагнітним полем високочастотного діапазону


Спеціальність 05.11.17 − біологічні та медичні прилади і системи


Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук


Науковий керівник:

Смердов Андрій Андрійович,

доктор технічних наук, професор


Полтава − 2014

ЗМІСТ


Перелік умовних позначень 4

Вступ 5

Розділ 1 Аналіз методів і засобів

електромагнітного опромінення насіння

сільськогосподарських культур 13

1.1 Аналіз технологій передпосівної обробки насіння 13

1.2 Біофізичні властивості насіння 22

1.3 Огляд методів і технічних засобів електромагнітного

опромінення насіння 31

1.4 Обґрунтування вибору методу передпосівного

опромінення насіння високочастотним електромагнітним
полем 40

Висновки до розділу 1 47

Розділ 2 Синтез математичної моделі процесу

опромінення насіння ВИСОКОЧАСТОТНИМ електро-магнітним полем 49

2.1 Аналіз теплового режиму опромінення насіння 49

2.2 Визначення параметрів моделі розподілу температур 60

2.3 Моделювання електричних параметрів насіння 72

2.4 Дослідження змін електричних параметрів насіння

під впливом високочастотного опромінення 79

Висновки по розділу 2 85

Розділ 3 Розробка та аналіз біотехнічної системи

передпосівного опромінення насіння ^ ВИСОКО-
ЧАСТОТНИМ
електромагнітним полем 87

3.1 Принцип побудови біотехнічної системи опромінення

насіння 87


3.2 Розробка блоку автоматичної підстройки частоти 91

3.3 Структура та принцип роботи ємнісного опромінювача 98

3.4 Проектування технічної системи опромінення насіння 101

Висновки до розділу 3 104

Розділ 4 Експериментальні дослідження

біотехнічної системи опромінення насіння
ВИСОКОЧАСТОТНИМ Електромагнітним полем 106

4.1 Розробка методики проведення експериментальних

досліджень 106

4.2 Дослідження режимів опромінення різного насіння 117

4.3 Польові випробування біотехнічної системи

передпосівного опромінення насіння 125

4.4 Оцінка економічної ефективності передпосівного

опромінення насіння 129

Висновки до розділу 4 133

висновки 134

список використаних джерел 136

Додатки 156

Додаток А Акти впровадження результатів

дисертаційної роботи 157

Додаток Б Програма для розрахунку теплової моделі 161

Додаток В Матриці планування експериментів 163

Додаток Г Представлення результатів дисертаційної

роботи на виставках 168


^ Перелік умовних позначень


АПЧ − автоматичне підстроювання частоти;

АТФ − аденозинтрифосфорна;

БТС − біотехнічна система;

ВЧ − високочастотне;

ГВЧ − гіпервисокочастотне;

ЕМ − електромагнітне;

ЕМВ − електромагнітне випромінювання;

ЕМП − електромагнітне поле;

ЕППЧ – електричне поле промислової частоти;

ІЧ – інфрачервоне випромінювання;

КВЧ − крайнє високочастотне;

ЛЕП − лінія електропередач;

НВЧ − надвисокочастотне;

НЧ − низькочастотне;

ПЕП – постійне електричне поле;

РЧ – радіочастотне випромінювання;

УВЧ − ультрависокочастотне;

УФ – ультрафіолетове випромінювання.


^ Вступ


Актуальність теми. Підвищення урожайності сільськогосподарських культур, виробництво достатньої кількості екологічно чистої сільськогосподарської продукції є вкрай важливими питаннями як в Україні, так і в усьому світі. Проблема зростання населення планети вимагає збільшення виробництва продуктів харчування в умовах постійного зменшення придатних сільськогосподарських угідь. Значна частка продукції рослинництва (близько 25–30 %) втрачається за рахунок неякісного посівного насіння [1]. Понад 30 % посівного матеріалу є непридатним для сівби за рахунок низької схожості і недостатньої енерґії проростання [2]. Часткове вирішення цієї проблеми полягає у впровадженні сучасних, економічно вигідних, енерґозберігаючих, екологічно безпечних технологій передпосівної стимуляції насіння.

Наразі існує досить багато методів впливу на посівний матеріал. Одним із них є опромінення насіння сільськогосподарських культур високочастотним електромагнітним полем. Таке опромінення позитивно впливає на схожість і ріст рослин. Рання схожість насіння, у свою чергу, призводить до зменшення часу веґетації рослин, а стимуляція обмінних процесів дозволяє одержувати гарно розвинені рослини, що в підсумку збільшує врожай та допомагає одержати його в скорочені строки. Електромагнітна стимуляція дозволяє не використовувати хімічні стимулятори росту, що позитивно позначається на екологічній чистоті вихідної продукції і довкілля.

Незважаючи на ряд переваг, технології передпосівної стимуляції насіння електромагнітним полем не набули широкого вжитку. Насамперед це пов’язано з відсутністю вітчизняного промислового обладнання. Експериментальне обладнання відзначається великою вартістю та складністю експлуатації. Також не до кінця зрозумілими є процеси, що відбуваються в насінні під час опромінення. Ґрунтовно не вивчені зміни біологічних і
фізичних властивостей на різних структурних рівнях біологічного об’єкту, спричинені електромагнітним випромінюванням.

Окремим аспектам впливу електромагнітних полів, розроблення обладнання і технологій передпосівної стимуляції насіння присвячені роботи відомих вчених Е. Л. Піротті, А. С. Черепньова, Л. Є. Нікіфорової, Н. Г. Ко-суліної, А. Д. Черенкова, Н. Д. Девяткова, В. Н. Шмигеля та інших [3–9].

Однак у роботах цих авторів та інших вчених розглядається функціонування лише окремих експериментальних установок та їх вузлів, що використовуються у роботі з насінням певного виду, і не розроблено універсальної технології для різних видів і сортів.

Тому розробка нових та удосконалення існуючих методів і засобів передпосівної стимуляції насіння високочастотним електромагнітним полем, які були б універсальними, недорогими, конструктивно і технологічно простими, екологічно чистими, представляє собою актуальну, важливу, складну науково-практичну задачу, вирішення якої покращить процес виробництва продукції рослинництва.

^ Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертаційної роботи відповідають науковим напрямам діяльності Полтавської державної аграрної академії і проводилися впродовж 2008–2013 років.

Тема дисертаційної роботи пов’язана із загальнодержавними Українськими науковими програмами: державною науково-технічною програмою ДНТП-12 «Енерґо- та ресурсозберігаючі технології в сільськогосподарському виробництві», затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України від 24.12.2001 р.; програмою № 1716 «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енерґетиці, промисловості та аграрному комплексі на 2002–2008 роки.

Дисертаційна робота виконувалась у межах науково-дослідної роботи: «Розробка технічних засобів передпосівного опромінення насіння електромагнітним полем та їх експериментально-виробничі дослідження»
(номер держреєстрації ДР 0113U003765) відповідно до основних наукових напрямів діяльності Полтавської державної аграрної академії.

^ Мета і задачі дослідження. Метою дослідженння є підвищення урожайності зернових та овочевих культур шляхом створення і впровадження біотехнічної системи передпосівного опромінення насіння елек-тромагнітним полем високочастотного діапазону.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- провести аналіз сучасних методів і засобів передпосівної обробки насіння сільськогосподарських культур;

- розробити фізико-математичну модель теплового розігріву насіння під час його опромінення електромагнітним полем;

- теоретично обґрунтувати та дослідити зміну електричних властивостей насіння під впливом високочастотного опромінення;

- розробити технологічно простий, екологічно безпечний і економічно вигідний метод передпосівного опромінення насіння високочастотним електромагнітним полем;

- розробити і створити біотехнічну систему передпосівного опромінення насіння електромагнітним полем високочастотного діапазону;

- провести експериментальні і польові випробування біотехнічної системи опромінення насіння електромагнітним полем.

^ Об’єктом дослідження є процеси, що відбуваються під час проростання та росту сільськогосподарських культур під впливом передпосівної обробки насіння високочастотним електромагнітним полем.

^ Предметом дослідження є параметри процесів та біотехнічна система передпосівного опромінення насіння електромагнітним полем високочастотного діапазону.

^ Методи дослідження. Під час дисертаційного дослідження для побудови теплової моделі нагрівання насіння в процесі його опромінення було використано рівняння теплопровідності Фур’є, методи фізичного, електричного і математичного моделювання процесу зміни електричних параметрів насіння, статистичні методи обробки результатів експериментальних досліджень та наукових випробувань.

Достовірність наукових положень встановлювалася на основі відповідності результатів теоретичних досліджень (математичних моделювань та обчислень) результатам експериментів та випробувань.

Проведення обчислень та обробка експериментальних даних виконувались за допомогою програмних засобів Excel 2003, SkayLab, MathCAD 2008, STATISTIKA 6.1.

^ Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- подальшого розвитку отримав метод передпосівної стимуляції насіння (в частині визначення діапазону електромагнітних коливань, в якому активність обмінних процесів максимальна), що дозволило одержати більшу кількість екологічно чистої продукції рослинництва без використання хімічних та біологічних стимуляторів росту;

- удосконалено математичну модель розподілу температур у шарі насипного насіння під час опромінення його високочастотним електромаг-нітним полем (у частині врахування залежності між геометричними параметрами опромінювача, його вихідною потужністю, часом опромінення та біофізичними властивостями насіння), що дозволило провести моделювання об’єкту досліджень і визначити необхідні технічні параметри обладнання;

- експериментальним шляхом встановлено, що обробка насіння високочастотним електромагнітним полем призводить до поступового об’ємного нагрівання, зменшення електричного опору в широкому діапазоні та збільшення дисперсії опору, внаслідок чого прискорюються обмінні процеси в насінні та запускається процес проростання;

- показано, що внаслідок високочастотної електромагнітної стимуляції на 20−27 % покращується процес поглинання води і поживних речовин й на 17−22 % підвищується схожість та енерґія росту. Як наслідок, зменшується час веґетації рослин і на 18−24 % підвищується врожайність.

^ Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному:

1. Розроблено структуру біотехнічної системи опромінення насіння, що дало змогу реалізувати конструктивні і схемотехнічні рішення та створити на їх основі апарат, який дозволяє опромінювати насіння різних видів рослин електромагнітним полем високочастотного діапазону безперервним синусоїдальним сигналом із частотою 27,12 МГц, вихідною потужністю 20−60 Вт.

2. Впроваджено біотехнічну систему, що дозволило запровадити на її основі ефективну, екологічно безпечну і енерґозберігаючу технологію
передпосівного опромінення насіння, застосування якої дозволяє підвищити схожість насіння, поліпшити енерґію росту рослин і, як наслідок, збільшити врожайність.

3. Запропоновано рекомендації щодо режимів обробки насіння (ви-хідної потужності системи, температури нагрівання, маси, тривалості опромінення), що дозволило оптимізувати процес стимуляції.

4. Розроблено систему автоматичного підстроювання частоти і екранування бункера-опромінювача, що дозволило підвищити ефективність використання енерґії і забезпечити захищеність обслуговуючого персоналу.

Результати дисертаційної роботи впроваджені і використані в науково-дослідній роботі Полтавської державної аграрної академії, тему якої наведено вище: створено діючий апарат для стимуляції насіння, розроблено систему для визначення біофізичних властивостей насіння, проведено ряд експериментальних досліджень (акт від 16 січня 2014 року).

Технологія передпосівної стимуляції насіння високочастотним електромагнітним полем пройшла апробацію в господарстві ПП ім. Калашника, проведений порівняльний економічний аналіз засвідчив доцільність впровадження (акт від 21 листопада 2013 року).

Одержані в дисертації нові результати використовуються в навчальному процесі кафедри фізики, автоматизації та механізації виробничих процесів Полтавської державної аграрної академії під час підготовки бакалаврів за напрямом 6.100102 – «Процеси, машини та обладнання агропромислового виробництва», з дисципліни «Біофізика» під час виконання лабораторних практикумів із кредитного модуля «Молекулярна біофізика, біологічна термодинаміка, біоелектричні явища»; за напрямом підготовки 6.090101 – «Агрономія» під час викладання дисципліни «Фізика з основами біофізики» і виконання лабораторних практикумів із кредитного модуля «Електродинаміка біологічних систем, фотобіологія та квантова біофізика», а також під час підготовки атестаційних робіт бакалаврів, спеціалістів та маґістрів (акт від 15 січня 2014 року).

^ Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дисертаційної роботи отримано автором самостійно і висвітлено у 22-х працях, із яких 7 – одноосібні [1–7]. Внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві, наведено нижче.

У роботах [8, 12, 13, 14, 16] автором сформульовано мету та завдання досліджень, висвітлено механізми впливу високочастотного електромаг-нітного поля на фізіологічні структури насіння, на основі експериментів доведено позитивний вплив передпосівної стимуляції. У працях [9, 20]
автором обґрунтовано поєднання в біотехнічну систему насіння, що опромінюється, апарат передпосівної стимуляції і людину-оператора, що дозволило розробити оригінальні конструктивні рішення і рекомендації.
У працях [10, 11] автору належить синтез математичної моделі з наступним її рішенням і експериментальним підтвердженням. У працях [15, 18] автором розроблено структурну схему апарату, запропоновано рішення щодо конструктивних вдосконалень. У працях [17, 19] автором висвітлено технологію передпосівного опромінення, представлено результати лабораторних і польових експериментів. У патенті на корисну модель [21] автором запропоновано спосіб передпосівного опромінення насіння зернових електромагнітним полем високої частоти. В патенті на корисну модель [22] автором запропоновано систему автоматичного підстроювання частоти вихідного контуру.

^ Апробація результатів дисертації. Основні положення та окремі результати роботи доповідались і обговорювались на міжвузівських, всеукраїнських та міжнародних наукових, науково-технічних і науково-практичних конференціях:

1. Всеукраїнська наукова конференція молодих вчених; Уманський державний аграрний університет (Умань, 2009 р.).

2. VIII Всеукраїнська науково-технічна конференція «Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об’єктів»; Кременчуцький державний університет ім. М. Остроградського (Кременчук, 2009 р.).

3. Х Міжнародна конференція «TCSET – 2010. Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій, комп’ютерної інженерії» (Львів, 2010 р.).

4. VI Міжнародна науково-технічна конференція «БФФХ – 2010. Актуальные вопросы теоретической и прикладной биофизики, физики и химии» (Севастополь, 2010 р.).

5. Міжнародна науково-технічна конференція «Актуальні питання енерґетики і прикладної біофізики в агровиробництві» (Мелітополь, 2011 р.).

6. VIІ Міжнародна науково-технічна конференція «БФФХ – 2011. Актуальні питання біологічної фізики і хімії» (Севастополь, 2011 р.)

7. IV Міжнародний радіоелектронний форум «МРФ – 2011. При-кладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития». Конфе-ренція «АНПРЭ. Актуальные проблемы биомединженерии» (Харків, 2011 р.).

8. Х Міжнародна науково-технічна конференція «Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об’єктів»; КрНУ імені Михайла Остроградського (Кременчук, 2011 р.).

9. Міжнародна науково-практична конференція «Аграрные регионы: тенденции и механизмы развития»; Курганская ГСХА (Курган, 2012 р.).

10. Студентська наукова конференція, ХНТУСГ імені Петра Васи-ленка (Харків, 2012 р.).

11. XLIV науково-методична конференція «Інноваційні методи та форми організації навчання в ПДАА» (Полтава, 2013 р.).

12. XVII Міжнародний молодіжний форум «Радиоэлектроника и
молодёжь в ХХІ веке»; ХНУРЕ (Харків, 2013 р.).

13. Міжвузівська науково-практична конференція «ЕТБФ – 2010.
Актуальні питання електрофікованих технологій АПК та прикладної біофізики» (Мелітополь, 2010 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 22 наукові праці, з них 5 статей – у провідних фахових виданнях, з яких одна стаття –
в журналі, що входить до наукометричних баз Index Copernicus, Российский индекс научного цитирования (РИНЦ), Ulrich’s Periodicals Directory, DRIVER, Bielefeld Academic Search Engine (BASE), WorldCat, Electronic Journals Library, DOAJ, EBSCO, ResearchBib, American Chemical Society. Одержано 2 патенти України на корисну модель. Опубліковано 13 тез конференцій, 2 статті в профільних науково-виробничих виданнях.

^ Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу,
чотирьох розділів та висновків, викладених на 135 сторінках друкованого тексту, списку використаних джерел із 166 найменувань на 20 сторінках та
4 додатків на 17 сторінках. Загальний обсяг роботи – 172 сторінки. Робота містить 62 рисунка та 14 таблиць.

Розділ 1

Аналіз методів і засобів електромагнітного опромінення насіння сільськогосподарських культур


Існує багато технологій передпосівної обробки насіннєвого матеріалу, які включають хімічні, біологічні, фізичні фактори впливу на стан насіння з метою стимуляції фізіологічних процесів проростання і розвитку. Зміна біофізичних властивостей насіння, стимуляція обміну речовин, інтенсифікація проростання, збільшення поглинання води і добрив є вирішальними задачами передпосівної обробки. Проведення передпосівної обробки насіння відповідними чинниками впливу позитивно позначається на процесах його проростання, веґетації рослин і, як наслідок, покращує формування колосу, плодів, підвищує врожайність.

Найбільш прогресивними технологіями передпосівної обробки є застосування електрофізичних способів стимуляції як найбільш економічно вигідних, технічно досконалих і екологічно безпечних. Дослідження в цій царині активізувалися лише останнім часом. Запропоновано ряд передових рішень щодо передпосівного опромінення насіння електромагнітними полями.
На основі фізико-математичних моделей частково обґрунтовано електромагнітну взаємодію насіння та його структурних елементів із зовнішніми полями. Однак запропоновані рішення не є досконалими, а розроблені моделі не відображають реальних процесів у повній мірі. Тому необхідно поглибити знання в цій області, запропонувати нові теоретичні підходи і практичні рішення.


^ 1.1 Аналіз технологій передпосівної обробки насіння

Аналіз господарської діяльності агропромислового комплексу України показує, що зростання витрат на виробництво продукції рослинництва випереджає зростання врожайності: на 1 % збільшення урожаю припадає 2,5 % підвищення антропогенних витрат [1, 2]. Однією з причин втрат продукції є те, що після сівби значний відсоток (10–15 %) насіння не сходить, що призводить до значних втрат врожаю. В Україні потенційні втрати врожаю становлять близько 20 % валового збору [32, 33]. Висока врожайність сільськогосподарських культур значною мірою визначається високою якістю посівного матеріалу, інтенсивним проростанням насіння і високим темпом зростання рослин на початковому етапі розвитку, що залежать від умов формування насіння в період веґетації, своєчасної і якісної їх підготовки в передпосівний період.

Наведене свідчить про те, що навіть часткове запобігання втратам є важливим фактором підвищення урожайності. У комплексній технології вирощування одним із заходів, що сприяє підвищенню врожаю та якості продукції рослинництва, є передпосівна обробка насіння, яка переслідує три основні мети:

1) знищення зовнішньої та внутрішньої фітопатогенної мікрофлори;

2) активізація процесів життєдіяльності насіння;

3) створення умов для поліпшення розвитку рослин.

Усі способи обробки насіння можна об’єднати в три групи за видом впливу: хімічні, біологічні, фізичні. За хімічної обробки застосовують регулятори росту, інгібітори, мікродобрива, солі мікроелементів [33, 35–37].

До біологічних препаратів, що стимулюють проростання насіння, належать речовини природного походження, виділені з грибів, бактерій, водоростей, торфу, вугілля, вітаміни або їх синтетичні аналоги. Головною відмінністю біологічних препаратів від хімічних є їх менший вплив на оточуюче середовище, а також швидка дезактивація.

Максимальний ефект від використання досягається у разі двократного застосування препаратів [35, 37]. Перша обробка проводиться на стадії насіння, друга – на ранньому етапі веґетації (для розсади – за появи двох
справжніх листків) або в період бутонізації.

Усі стимулятори або регулятори росту діють комплексно, проте, мають певну спеціалізацію [35–38]. Так, наприклад, «Корневин», «Гетероауксин», різні гумати сприяють активному створенню і розвитку коренів [39, 40].
«Новосил», «Імуноцитофіт», «Агат-25», «Ель-1», «Амбіол» – імуномодулятори, що підвищують імунітет рослин, їх стійкість до хвороб. «Амбіол» і гумати натрію і калію − антистресові препарати, захищають від посухи, заморозків і нестачі світла [37, 39]. «Екогель», «Біофіт-1», «Циркон», «Новосил» і «Фанурин» − універсальні регулятори, що мають усі перераховані якості [41, 42]. «Фітоспорин», «Триходермін», «Алірин-Б», «Бактофіт», «Альбіт» мають фунгіцидну і бактерицидну дію [43–45].

Застосування хімічних і біологічних препаратів технологічно досить складне і вимагає дотримання відповідних умов [33, 37, 39, 40]. У разі перевищення концентрації або часу витримування можна отримати протилежний ефект: замість стимуляції − інгібітування (припинення росту) і навіть загибель насіння або рослин у цілому.

Внаслідок застосування хімічних і біологічних стимуляторів росту
досягається збільшення схожості насіння на 9–15 % і, як наслідок, збільшення урожайності до 12–18 % [33, 36, 37–45].

Основними недоліками хімічних і біологічних методів передпосівної обробки є:

  • застосування додаткових технологічних операцій (миття, зволоження сушіння) [35, 44, 46];

  • значна тривалість обробки і сповільнена дія [33, 35, 47];

  • висока вартість реалізації технології [42, 46];

  • низька екологічна чистота речовин, що використовуються і шкідливість їх виробництва та застосування [33, 36, 47];

  • великі затрати трудових і економічних ресурсів [46, 47].

Зважаючи на наведені фактори використання хімічних і біологічних методів обробки, їх реалізація на виробництві має великі труднощі.

Окремо слід відмітити використання фізичних методів – їх вплив на посівний матеріал, рослини, оточуюче середовище і людину. Ці методи є досить різноманітними, по-різному впливають на оточуючі об’єкти і дедалі більш широко застосовуються. Закордонними і вітчизняними дослідниками розроблено багато методів, методик, технічних засобів і технологій використання фізичних впливів на насіння і рослини. Частина цих досліджень знайшла широкого вжитку на виробництві, інші виявилися недоцільними та економічно неефективними. Поряд із цим, існує ряд нагальних питань, які потребують подальшого вивчення, наукового обґрунтування і практичної реалізації.

Фізичні методи впливу на біологічні об’єкти, і на насіння зокрема,
можна розділити на фізико-механічні, термічні, фотоенерґетичні, радіаційні, електромагнітні [3, 4, 33, 48]. Така класифікація є досить умовною оскільки фізичні методи часто поєднують різні впливи, а також об’єднують різному-нітні технології і засоби реалізації. Фізичні методи часто поєднані з хімічними і біологічними [41, 49].

До фізико-механічних впливів належать застосування ультразвуку,
барботування, скарифікацію, озонування.

Застосування ультразвуку для передпосівного обробітку насіння
досліджувалося багатьма авторами [49–53]. Виявлено позитивні впливи на внутрішньоклітинному рівні, що призводить до інтенсифікації обмінних процесів, підвищення поглинання води, споживання добрив і стимуляторів на початковому етапі розвитку рослини. Це покращує схожість на 7−11 % [49, 51, 53]. Однак висока вартість обладнання і складність технології не дозволили широко застосовувати цей метод.

Барботування насіння (обробка у водному середовищі повітрям або
киснем) підвищує поглинання води і розчинених у ній речовин за рахунок збільшення проникності шкірки насіння [33, 35, 54]. Метод не знайшов широкого застосування через високу вартість обладнання. Технологічний процес, що включає роботу з киснем, є вибухо- і пожежонебезпечним.

Скарифікація – поверхневе ушкодження твердих оболонок насіння.
Після скарифікації висіяне насіння краще вбирає воду, швидше набухає і проростає [55, 56]. Скарифікувати насіння можна машинними скарифікаторами, а також перетиранням із піском, залізною стружкою та іншими матеріалами. Складність технології, надмірне ушкодження частини посівного матеріалу (зародка насінини) не дозволили широко використовувати цей
метод.

Озонування проводять із метою знезараження, що дозволяє зменшити патогенну мікрофлору за рахунок бактерицидної дії іонізованого озону і, як наслідок, підвищити врожайність на 16,6 % [32, 56, 57]. При поєднанні з
фунгіцидами і стимуляторами покращує їх дію. Технологія є дорогою і широкого вжитку не набула.

Термічні методи включають стратифікацію, термічну і гідротермічну обробки. Стратифікація застосовується, головним чином, для важкопророщуваного насіння деревних (плодових, лісових, декоративних) порід і деяких лікарських рослин [54, 56]. Насіння перешаровують вологим субстратом (пісок, ошурки, торф’яна крихта, мохи), а потім витримують при зниженій температурі (1–5 °С) і вільному доступі повітря впродовж від одного до декількох місяців.

Термічна обробка передбачає витримування впродовж однієї-двох годин при температурі 70−80 °С [36, 50, 58]. Гідротермічна обробка полягає в обробці парою при температурі 150 °С у результаті чого зменшується зараженість, покращується поглинання речовин.

Недоліком термічних методів є значна тривалість обробки і висока
енерґоємність. Ці методи використовуються вкрай рідко і лише для певних видів насіння.

Фотоенерґетичні методи – це використання інфрачервоного випромінювання, сфокусованого імпульсного сонячного світла, ультрафіолетового і лазерного випромінювання.

Інфрачервоне випромінювання можна віднести як до фотоенерґетичних, так і до термічних методів оскільки промені цього діапазону мають високу проникну здатність і спричиняють нагрівання насіння. Позитивним
ефектом від такої обробки є підвищення схожості й енерґії росту на початкових етапах розвитку рослин в межах 11 % [59–61]. Перевагами такого обробітку є конструктивна простота обладнання (ІЧ-лампи, теплоелектронагрівачі) та дешевизна методу. Останнім часом використовується мало через високу
енерґоємність обладнання.

Використання сфокусованого імпульсного сонячного світла також позитивно впливає на насіння – збільшується енерґія росту, на 12−15 % підвищується схожість [59, 62–64], покращується пропускна здатність клітинних мембран і, як наслідок, підвищується поглинання речовин. Метод не набув практичної реалізації через складність такої технології (створення фокусуючих поверхонь, імпульсних систем подачі світла, неможливості використання в похмуру погоду).

Застосування ламп високого тиску типу ДРЛФ4000 та ДНаТ400 з добавкою цезію, калію або рубідію в амальгамі дозволило одержати максимуми спектрів у червоній області видимого світла (λ = 670–740 нм), що позитивно впливає на розвиток рослин [65]. На перших етапах розвитку вміст піґментів у рослинах томатів, огірків, гороху підвищився на 39 %.

Ультрафіолетове опромінення насіння і рослин набуло широкого вжитку, особливо в умовах закритого ґрунту. Метод використовується для знезараження насіннєвого матеріалу, повітря, ґрунту, боротьби з хворобами рослин, продовження світлового дня [64, 66]. За рахунок використання ультрафіолету, підвищення врожайності може досягати 10–15 %. Обладнання є нескладним і недорогим. Енерґоємність – невисока, потужність ультрафіолетових ламп, що використовуються в сільському господарстві, складає 15–30 Вт, експозиція під час обеззаражування – 5–30 хвилин.

Окремо слід відмітити лазерне опромінення як найбільш ефективне з фотоенерґетичних методів обробки. Воно є широко вживаним, але наразі недостатньо досліджене і зрозуміле. Лазерну стимуляцію використовують у біологічній і медичній практиці, але сутність і механізми впливу цього методу повністю не розкриті [67–69]. До основних властивостей лазерної стимуляції належать селективність лазерного впливу (зміни відбуваються тільки в «хворих» біосистемах, на «здорові» вплив не поширюється). Також слід відмітити, що ефект спостерігається лише за дуже малих інтенсивностей і поглинутих енерґетичних доз.

Під час лазерного опромінювання інформаційний вплив є основним [68, 69]. Лазер приводить в дію різні біологічні механізми, які мають позитивний або негативний вплив. Використання саме інформаційних впливів за лазерної стимуляції є найбільш вигідним з економічної точки зору, оскільки вони дозволяють створити максимальний ефект, використовуючи найменшу потужність електромагнітного поля.

Експериментально було встановлено, що лазерне випромінювання діє як на біологічні клітинні структури, так і на окрему клітину [68, 70, 71].
Однак спроби встановлення відповідності між енерґетичними рівнями атомів або молекул та енерґією діючого світлового кванта, а також пошуки світлочутливого аґента у біологічній тканині не призвели до позитивних результатів, що пов’язано з недостатнім врахуванням ступеня «відкритості» біологічних систем. Відкриті системи, на відміну від ідеалізованих замкнутих систем, обмінюються зі своїм оточенням речовиною, енерґією і, що особливо важливо, інформацією [70, 71]. Біологічні системи є не тільки відкритими, вони складаються з активних малих об’єктів, структура яких складна і недостатньо визначена. Очевидно, конкретизація поняття елемента таких активних відкритих систем істотно залежить від постановки задачі і потребує урахування комплексної взаємодії у процесах самоорганізації, на відміну від використання поняття «макромолекула», що, за визначенням, враховує, в першу чергу, хімічні властивості речовини [71].

Існують деякі пояснення вибірковості лазерної стимуляції. Порушення функціонування клітини викликає, в першу чергу, накопичення зайвих продуктів біологічних реакцій і їх виведення за межі клітини реалізується збільшенням поверхневої площі мембрани, що виявляється як виникнення опуклостей клітинної мембрани [67, 71]. Біомакромолекула, що потрапила у такий стан, неминуче змінює форму, стає переважно двомірним утворенням, що веде до збільшення її власного дипольного моменту. Ріст дипольного моменту в молекулі призводить до збільшення її світлочутливості. Іншими словами, «хвороба» сенсибілізує клітину і забезпечує селективність до лазерної біостимуляції. Можна зауважити, що клітини, які спеціалізуються на фото-рецепції, мають у своєму складі саме плоскі структури типу дисків. Це також підтверджує необхідність зміни структури молекули для підвищення її світлочутливості [67].

Використання лазерного опромінення є економічно вигідним. Енерґоспоживання квантових генераторів складає 50–200 Вт. Технологія використання є нескладною [72, 73]. Конструкція квантових генераторів дозволяє в широких межах змінювати потужність випромінювання, концентрацію
енерґії, в широких межах (від мільярдів Вт/см2 до мкВт/см2) модулювати параметри сигналу (тривалість імпульсів, періодичність впливів, резонансність дії).

Стимуляція насіння лазерним випромінюванням дозволяє підвищити схожість і енерґію росту в межах 20 % і, як наслідок, одержати прибавку врожаю на 11−12 % за низьких енерґозатрат [73, 74]. Промислові лінії, створені на базі лазерних установок, мають вихідну потужність 90−110 мВт і забезпечують продуктивність 300–500 кг/год [73]. Однак слід зазначити ряд недоліків: нестабільність одержаних результатів, висока вартість промислового обладнання, недостатня вивченість процесів дії [73, 75, 76].

До радіаційних методів можна віднести опромінення біологічних об’єктів рентгенівським випромінюванням і обробку ізотопами, насамперед γ-випромінюванням [77]. Дослідження з цих питань проводяться давно, однак розповсюдження методи не набули за рахунок неоднозначності одержаних результатів. З одного боку, спостерігається позитивний вплив на продуктивність біологічних об’єктів (підвищення схожості насіння, збільшення зеленої маси і плодів рослин, інтенсивний ріст молодняку тварин), з іншого боку, негативний вплив (мутації, накопичення радіонуклідів, стимуляція різних хвороб) [77, 78]. Так, у Китаї оголошено, що прибавка врожаю зерна в країні від застосування ядерних технологій склала за останні п’ять років 5,45 млн тонн. Це принесло національній економіці додатковий прибуток у 6,8 млрд юанів (820 млн доларів США). Про це повідомило агентство «Сіньхуа» з посиланням на Асоціацію ізотопів і радіації Китаю (China Isotope and Radiation Association, CIRA). Ядерні технології застосовуються в зерновому господарстві Китаю дуже багатопланово – від виведення нових сортів за допомогою ядерного мутагенезу до передпосівного опромінення насіння і мінеральних добрив із метою підвищити схожість перших і покращити доступність рослинам других. Але аналіз наслідків на Чорнобильській АЕС показує, що стимуляція схожості проростків спостерігається на фоні істотного (у 2,6 раза) перевищення природного опромінення, що одночасно супроводжується високим приростом цитогенетичних порушень [78–80]. Наведений приклад є ілюстрацією відносності поняття «стимуляція» і свідчить про те, що цей термін не можна вважати синонімом корисності і навіть нешкідливості впливу, оскільки сприйняття його результатів з точки зору господарської діяльності може виявитися дуже далеким від істинної сутності явища.

У цілому радіаційні методи не знайшли широкого вжитку на практиці у виробництві сільськогосподарської продукції, що пов’язано зі складністю технологій, високою вартістю обладнання, шкідливою дією на об’єкти
обробки і обслуговуючий персонал, але такі методи з успіхом застосовуються у наукових дослідженнях у селекції, генетиці, нанотехнологіях.

Електромагнітні методи обробки насіння і рослин на сьогоднішній день є найбільш прогресивними, розповсюдженими і економічно вигідними. Розроблено достатню кількість технологій і технічних засобів реалізації такого впливу, що буде викладено далі. Наукова робота продовжується в напрямах удосконалення, інтенсифікації і використання таких методів. Існує велика
кількість нерозв’язаних питань щодо наукового обґрунтування, створення технічних засобів і технологій, аналізу одержаних результатів, впровадження у виробництво.

  1   2   3   4   5   6   7   8

Додати документ в свій блог або на сайт


Схожі:

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики та продовольства україни головне управління агропромислового розвитку Херсонської обласної державної адміністрації Державна податкова адміністрація у Херсонській області двнз «Херсонський державний аграрний університет» актуальні аспекти розвитку підприємств аграрної с
Актуальні аспекти розвитку підприємств аграрної сфери: облік, аудит та фінансування

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики І продовольства україни

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики та продовольства України Національна академія аграрних наук Державний вищий навчальний заклад «Херсонський державний аграрний університет»
М. Ф.Іванова «Асканія-Нова» Національний науковий селекційно-генетичний центр з вівчарства

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики та продовольства України Національна академія аграрних наук Державний вищий навчальний заклад «Херсонський державний аграрний університет»
М. Ф.Іванова «Асканія-Нова» Національний науковий селекційно-генетичний центр з вівчарства

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики та продовольства україни державний вищий навчальний заклад «херсонський державний аграрний університет» нака з

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики та продовольства україни сумський національний аграрний університет пропозиції науково-педагогічних працівників Сумського нау щодо наукового супроводу виробництва аграрної продукції та бізнесу на 2012 рік Суми 2012
Оцінка шляхів підвищення ефективності використання основних ресурсів у землеробстві в ринкових умовах

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconУкраїна міністерство аграрної політики та продовольства України Мінагрополітики Державний вищий навчальний заклад
Найменування предмета закупівлі Продукти нафтоперероблення рідкі (код 23. 20. 1 за дк 016-97)

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconПро Порядок нормативної грошової оцінки земель сільськогосподарського призначення та населених пунктів
Державний комітет україни по земельних ресурсах міністерство аграрної політики україни міністерство будівництва, архітектури та житлово-комунального...

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconМіністерство аграрної політики та продовольства україни державна інспекція з карантину рослин
Укрголовдержкарантину від 04. 10. 2012 року №165 «Про заходи щодо припинення діяльності державної інспекції з карантину рослин по...

Міністерство аграрної політики та продовольства України Полтавська державна аграрна академія На правах рукопису Петровський Олександр Миколайович iconУкраїна міністерство аграрної політики та продовольства України Державний вищий навчальний заклад
Державного вищого навчального закладу «Херсонський державний аграрний університет» згідно нижченаведених умов та додатків

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©lit.govuadocs.com.ua 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи