CC BY
51
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 621.383.5:63
А.М. Башилов, доктор техн. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина М.В. Беляков, канд. техн. наук
Филиал Московского энергетического института (технического университета), г. Смоленск
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ АКТИВИЗАЦИЯ СЕМЯН ИЗЛУЧЕНИЕМ СВЕТОДИОДОВ
Для предпосевной обработки семян растений применялись и применяются практически все известные источники излучения от разрядных ламп до лазеров. Однако все большую роль в осветительной и облучательной технике начинают играть светодиоды (СД) — источники света, генерация в которых происходит за счет энергии, выделяемой при рекомбинации носителей тока — электронов и дырок — на границе полупроводниковых материалов с разным характером проводимости. Особый интерес в качестве источников излучения для предпосевной обработки семян растений представляют светодиоды фиолетового и ближнего ультрафиолетового диапазонов (длина волны примерно 250...420 нм).
По устойчивости к механическим нагрузкам СД значительно превосходят все остальные источники излучения. Срок службы большинства современных светодиодов в номинальном режиме превышает 50 000 ч. По этому параметру СД превосходят все остальные типы источников излучения. Схемы включения СД предельно просты. Достоинствами светодиодов также являются: исключительно высокая надежность, малые габариты, эко-
логичность, связанная с отсутствием ртути и других вредных веществ, электрическая безопасность [1].
Для исследования возможностей предпосевной активизации семян проводили облучение светодиодами, излучающими в видимом фиолетовом и ближнем ультрафиолетовом диапазонах с максимумом на 405 нм, составляющие вместе с источником питания светодиодный модуль [2]. Оптико-электронный модуль с шестнадцатью светодиодами создает облученность рабочей поверхности 34 мВт/м2 на расстоянии 55 см.
В ходе предварительных лабораторных опытов с семенами яровой пшеницы МИС были определены наилучшие параметры обработки: непрерывное излучение в течение ? = 6 с, либо импульсное со скважностью Q = 4 и частотой / = 10 Гц. Наиболее оптимальное время для посева — через 1 сут после обработки.
Более полные данные о динамике роста получили при проращивании в вегетационной камере при освещении люминесцентными лампами с поддержанием стандартного температурного и влажностного режимов.
В опыте были задействованы следующие варианты:
I — контроль (без обработки);
II — облучение непрерывным излучением, t = 6 с;
III — облучение импульсным излучением, t = 6 с, Q = 4, / = 10 Гц;
IV — облучение импульсным излучением, t = 24 с, Q = 4, / = 10 Гц.
Посев через одни сутки после обработки.
В вариантах II и III сравниваются непрерывная и импульсная обработка при одинаковом времени, а в вариантах II и IV — одинаковые дозы при импульсной и непрерывной обработке.
В результате вегетационного опыта получено, что по всем срокам наблюдений высота растений пшеницы, выросших из обработанных семян, достоверно превосходит контрольные показатели за исключением периода 45.55 дней, когда из-за недостатка влаги контрольные и опытные растения несколько выровнялись.
80
Наилучшие показатели динамики роста имеют растения, семена которых обрабатывали непрерывно. Превышение над контрольными показателями составляло для этих вариантов на разных сроках в пределах 42.56 % и было заметно визуально.
Динамика роста проиллюстрирована на рисунке.
В дальнейшем по общепринятой методике был проведен полевой опыт с такими же вариантами обработки семян яровой пшеницы МИС. Результаты промежуточных и окончательных измерений следующие.
Во всех вариантах с предпосевной обработкой семян всхожесть увеличена на 7.8 %, хотя увеличение статистически недостоверно. Индекс листовой поверхности при всех вариантах обработки практически на всех сроках измерений превосходит контрольные показатели на 10.22 %, но статистически достоверно это различие только для 50.60-суточных растений. В эти сроки наибольший индекс у растений варианта III. Прибавки биомассы составляют 8.20 % для различных вариантов обработки.
Все варианты опыта с обработкой семян (II, III, IV) имеют фотосинтетический потенциал выше контрольных показателей по всем срокам измерений. Следует отметить, что для варианта II с течением времени роста превышение над контролем снижается с 27 до 12 % и более, в то время как для импульсной обработки (варианты III и IV) превышение над контролем немного увеличивается: с 9 до 12 % и более.
Итоговые результаты полевого 80 опыта представлены в табл. 1 и 2.
Опытные варианты незначительно превышают контроль по биологической урожайности.
Время с даты посева, дни Динамика роста растений пшеницы в вегетационном опыте
Таблица 1
Урожайность, элементы продуктивности и структура урожая пшеницы яровой МИС
Вари- ант Урожайность, т/га Продуктивная кустистость Продуктивный стеблестой, шт./м2 Длина колоса, см Количество зерен в колосе, шт. Масса зерна с колоса, г Масса 1000 семян, г
3,87 1,2 405 8,2 21 0,96 35,2
100* 100 100 100 100 100 100
4,17 1,1 413 7,8 21 1,00 36,4
108 98 102 95 104 104 103
4,06 1,2 413 7,7 21 0,98 37,0
105 104 102 94 100 102 105
3,94 1,2 403 8,5 21 0,98 38,3
102 116 99 104 96 102 109
* — в знаменателе % к контролю.
8
Таблица 2
Результаты химического анализа зерна
Вари- Содержание Содержание Содержание Содержание
ант белка,% сырой золы, % сырой клетчатки, % крахмала, %
11,1 3,52 14,6 32,7
100* 100 100 100
11,4 3,57 15,4 33,0
103 101 105 101
11,6 3,74 16,7 33,3
105 106 114 102
11,3 3,69 14,8 33,5
102 105 101 102
* — в знаменателе % к контролю.
При этом наилучшие результаты (прибавка 8 %), с одной стороны, у варианта с непрерывной обработкой семян, с другой — в варианте III с импульсной обработкой отмечены наибольшие прибавки по содержанию белка и сырой клетчатки.
Выводы
1. Обработка одинаковыми дозами непрерывного и импульсного излучения (варианты II и IV) не дает одинаковых результатов.
2. Непрерывное излучение дает большие прибавки урожайности при предпосевной обработке, а импульсное излучение — лучшие качественные показатели зерна.
3. Хотя исследованная оптико-электронная активизация в диапазоне около 405 нм и дает положительные результаты, прибавки являются сравнительно небольшими. Поэтому следует проводить дальнейшую оптимизацию излучателей по спектру, для чего можно применять более дорогостоящие ультрафиолетовые светодиоды, диапазон из-
лучения которых более близок к максимуму спектра чувствительности семян.
Список литературы
1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. — 3-е изд. — М.: Знак, 2006. — 972 с.
2. Беляков, М.В. Перспективы применения светодиодов для предпосевной обработки семян / М.В. Беляков, А.Н. Конаков // Проблемы и перспективы развития аграрного производства: сб. материалов Междунар. науч. конф. — Смоленск, 2007. — С. 23—25.
УДК 631.53.027.33.001.5
Л.В. Навроцкая, канд. техн. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ (НАГРЕВАНИЯ) СЕМЯН ПРИ ИХ ВОДОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Усиление стимуляционных процессов в семенах может быть достигнуто путем воздействия на семена водотермической обработки (ВТО — поочередное смачивание семян водой контрастных температур) с одновременным пропусканием переменного электрического тока (ВТО + I).
При таком комплексном воздействии на семена наблюдаются процессы электродиффузии и электроосмоса влаги в них. В результате увеличивается количество горячей воды, поглощаемой семенами за один цикл обработки, а следовательно, и за весь процесс обработки ВТО + I. Увеличение количества тепловой энергии, поглощаемой при этом семенами, ведет к повышению эффективности стимуляционных процессов роста и развития проростков обработанных семян.
Количество поглощаемой семенами тепловой энергии может быть оценено путем определения
температуры семени при различных способах воздействия.
При водотермической обработке семя подвергается воздействию водой двух постоянно чередующихся температур 20 и 40 °С в течение определенного времени, при котором происходит его поочередное нагревание и охлаждение. В данном случае наблюдается конвективный теплообмен между поверхностью семени и окружающей средой. Перенос тепла происходит также из-за диффузии. Закон конвективного теплообмена достаточно сложен, и для упрощения задачи он может быть принят в виде закона Ньютона—Рихмана.
В силу закона Ньютона—Рихмана скорость охлаждения (нагревания) тела и окружающей среды — процесс неравномерный. С изменением разности температур в течение процесса меняется также и скорость охлаждения (нагревания) тела [1].
9
