Содержание к диссертации
Введение 6
Глава 1. ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЙ БОРЬБЫ С
СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ 21
Существующие электротехнологии борьбы с сорной растительностью 21
Обзор основных результатов исследований и технических средств, для реализации СВЧ-метода борьбы с сорной растительностью 25
Два подхода в исследованиях воздействия электромагнитной энергии СВЧ на сорную растительность 25
Обзор технических средств для реализации СВЧ-метода борьбы с сорной растительностью 29
Обзор рабочих органов СВЧ-установок. Основные требования. Сравнительный анализ 36
1.3. Заключение и выводы 46
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СВЧ-МЕТОДА БОРЬБЫ
С СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ 51
Оценка влияния предпосевной обработки почвы электромагнитной энергией СВЧ на засоренность посевов 51
Биотропные параметры импульсного потока электромагнитной энергии и их влияние на биологическую и энергетическую эффективность СВЧ-метода 54
Биотропные параметры, характеризующие интенсивность электромагнитного излучения 54
Биотропные параметры, характеризующие энергетические характеристики импульсного потока электромагнитной энергии 54
Биотропные параметры, характеризующие спектральную структуру импульсного потока электромагнитного излучения 55
Биотропные параметры, характеризующие поляризационную пространственную структуру электромагнитного излучения 67
Теоретические основы анализа поляризационной избирательности биологических объектов по экспериментальным данным 78
Оптимизация потоков электромагнитной энергии в СВЧ-установках для борьбы с сорной растительностью 91
Минимизация побочных излучений СВЧ-энергии и ее локализация в обрабатываемом участке почвы 99
Исследование пространственно-временной структуры потоков эллиптически поляризованного электромагнитного излучения при работе излучателя СВЧ-энергии на почву и обоснование средств ее контроля 102
2.7. Заключение и выводы 114
Глава 3. МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 118
Методики исследований структуры потоков электромагнитной энергии при ее вводе в почву 118
Устройство ввода СВЧ-энергии в почву 123
Методики настройки и испытаний излучателя с эллиптической поляризацией электромагнитной волны 128
Лабораторная исследовательская установка 130
Методы лабораторных исследований 135
Методика полевых опытов 139
Заключенней выводы 141
Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ 142
4.1. Результаты экспериментальных исследований устройств ввода
СВЧ-энергии в почву с излучателем эллиптически
поляризованных электромагнитных волн 142
Экспериментальная проверка методики настройки излучателя эллиптически поляризованных электромагнитных волн при наличии отражений от обрабатываемого объекта ... 142
Экспериментальные исследования структуры потоков электромагнитной энергии при ее вводе в почву 144
Экспериментальная проверка работоспособности устройства измерения коэффициента отражения эллиптически поляризованных электромагнитных волн 147
4.2. Результаты экспериментальных исследований влияния
импульсного потока электромагнитной энергии СВЧ на семена
сорных растений 148
Влияние биотропных параметров, характеризующих амплитудную и спектральную структуру импульсного потока электромагнитной энергии на семена сорных растений 148
Влияние поляризационной пространственной структуры импульсного потока электромагнитной энергии
на всхожесть семян сорных растений 152
4.3. Заключение и выводы 163
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЧ-МЕТОДА
БОРЬБЫ С СОРНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ В ПОЛЕВЫХ
УСЛОВИЯХ 166
Макетный образец мобильной полевой установки для обработки почвы 166
Экспериментальные исследования макета мобильной полевой 168 установки
Установка Импульс-1 для борьбы с сорной растительностью .. 169
5.4. Экспериментальные исследования мобильной полевой
установки «Импульс-1» 173
Влияние предпосевной обработки почвы установкой «Импульс-1» на прорастание сорной растительности 174
Влияние предпосевной обработки почвы установкой «Импульс-1» на структуру урожая и урожайность культур... 180
Влияние установки «Импульс-1» на почву 185
5.5. Заключение и выводы 188
Глава 6. ЭНЕРГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ УСТАНОВКИ «ИМПУЛЬС-1» ПРИ
ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ 193
Расчет энергетической эффективности применения установки «Импульс-1» 193
Расчет экономической эффективности применения установки «Импульс-1» 193
6.3. Заключение и выводы 195
Заключение и общие выводы 197
Направление дальнейших исследований 199
Использование результатов НИР в СВЧ технологиях с.-х. назначения и
медико-биологических исследованиях 200
Список использованной литературы 201
Приложения 218
Введение к работе
Высокая эффективность с.-х. производства основывается на использовании возобновляемой энергии и на перераспределении природных потоков вещества и энергии в пользу культуры, а также наилучшем их преобразовании в высококачественный биологический урожай. Одними из основных методов перераспределения этих потоков являются агроприемы, направленные на борьбу с сорной растительностью (СР). Повышение качества продукции и эффективности современного растениеводства во многом зависит от решения проблемы борьбы с сорняками. Вред наносимый сорняками сельскому хозяйству велик и разнообразен [102, 117].
Несмотря на разнообразие существующих методов, в настоящее время, борьба с СР преимущественно основывается на механических и химических методах, которым присущи существенные недостатки [76, 102]. При механической обработке воздействие осуществляется только на вегетативную часть растений, начиная с определенной стадии развития. Покоящиеся семена сорняков сохраняют свою жизнеспособность. Химические методы борьбы с СР, основанные на применении гербицидов, также не действуют на покоящиеся семена сорняков и загрязняют почву, окружающую среду и продукцию сельского хозяйства. Загрязнение пестицидами природных водоемов, почвенно-растительного покрова, организма животных и человека становится одной из самых серьезных проблем современности и пагубно для человека и биосферы в целом.
Научное обоснование, разработка и внедрение альтернативных технологий и средств борьбы с СР является важной научной проблемой, от решения которой зависит экологическая безопасность общества.
В настоящее время проводятся работы по изучению новых методов борьбы с сорняками, таких как биологический, электроискровой, огневой. Однако, они не решают в полном объеме проблемы. При биологическом методе - воздействие осуществляется на определенные виды растений. При огневом - только на вегетативную часть растений. Способы борьбы с
7 сорняками, основанные на использовании электрической энергии переменного тока высокого напряжения, высоковольтных импульсных воздействий, электростатических полей высокого напряжения разрабатываются в России, США, Франции, Англии и др. странах [71, 96, 120, 121, 153, 154, 155]. Однако, эти разработки, несмотря на экологическую чистоту, не нашли широкого применения в с.-х. производстве, т. к. требуют контактного воздействия на сорняки и не в полной мере учитывают биологические свойства сорняков, особенности их размножения и распространения, а также не всегда применяются в комплексе с другими методами. Способы уничтожения сорняков электрическим током, позволяют решать только часть проблемы борьбы с ними, угнетение самих растений и не оказывают воздействия на покоящиеся семена сорняков и их проростки, находящиеся в поверхностном слое почвы. Наиболее радикальным решением вопроса было бы одновременное уничтожение, как вегетативной части растений, так и их семян и проростков, находящихся в почве.
Одним из новых, безвредных для окружающей среды и человека методов борьбы с СР, является воздействие до посева основной культуры потоком электромагнитной энергии (ЭМЭ) сверхвысокой частоты (СВЧ) на всходы сорняков их семена и вегетативные органы размножения, находящиеся в почве.
Исследованиями И.Ф. Бородина, Ф.Я. Изакова, П.Ф. Ионина, Г.А. Шаркова, Б.А. Матвеева, В.В. Горелова, В.И. Шустова, В.А. Крицина, А.П. Манника, O.K. Боронтова, Л.И. Мерзлякова, В.И. Тарушкина [14, 15, 16, 17, 18, 47, 135, 142, 143, 148, 149, 151, 152, 158, 160, 161], а также ряда зарубежных ученых Вейланда, Дэвиса, Менгеса, Олсена и др. [184, 186, 188, 190, 192, 194, 195, 196], показано, что СВЧ-методы, основанные на глубинном проникновении ЭМЭ в слой почвы, являются эффективными способами борьбы с СР.
Известно два подхода к использованию СВЧ-энергии в борьбе с СР: первый - летальное угнетение жизнедеятельности СР, (диэлектрический нагрев до температуры их гибели) [18, 142, 151, 158, 160, 184, 186, 188, 190,
8 194, 195, 196]; второй - стимуляция прорастания СР и их семян с целью их последующего механического уничтожения [47, 151, 158, 161]. Энергозатраты летального метода составляют 1,0-7,2 мДж/м2 [16, 142, 151, 158, 160]. Второй подход не требует столь значительного повышения температуры СР и почвы, что и обеспечивает снижение энергозатрат до 0,037-0,8 мДж/м2 [18,47, 151, 158].
Несмотря на несомненные преимущества, известные СВЧ-методы, основанные на обработке почвы немодулированным потоком ЭМЭ, обеспечивая комплексное воздействие на растения, их семена и почву, не используют возможности энерго-информационного управления процессами жизнедеятельности сорняков, которые заложены в самой их природе, что приводит к большим энергозатратам и делает их энергетически и экономически неэффективными.
При использовании режима стимуляции появляется возможность управления временем появления всходов сорняков, что, в сочетании с известными способами обработки почвы, позволяет производить более эффективное уничтожение сорной растительности. Обеспечение более раннего и дружного прорастания сорняков приобретает особое значение для регионов с коротким вегетационным периодом, к которым относятся Урал и Сибирь. Данная работа посвящена разработке и исследованию энергосберегающего, стимуляционного СВЧ-метода.
Целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности стимуляционного СВЧ-метода борьбы с сорными растениями за счет импульсной модуляции потока электромагнитной энергии СВЧ и использования энергоинформационных эффектов его воздействия.
В качестве рабочей гипотезы предположено, что существует возможность управления ростовыми процессами сорных растений и микробиологической активностью (МБА) почвы за счет энергоинформационных эффектов, в основе которых лежит электромагнитное взаимодействие внешнего, управляющего потока ЭМЭ СВЧ дециметрового диапазона длин волн, и управляемых внутренних
9 источников электромагнитных колебаний (ЭМК) биологической системы (БС). Кроме того, предположено, что существует рациональная совокупность биотропных параметров (БП), характеризующих амплитудную и пространственно-временную структуру потока ЭМЭ, обеспечивающих эффективную стимуляцию прорастания сорной растительности и повышение МБА почвы, а практическая реализация этого подхода позволит разработать энергосберегающий СВЧ-метод борьбы с сорной растительностью, в основе которого лежит управление природными потоками вещества и энергии с целью получения дополнительного урожая культуры при минимальных затратах СВЧ-энергии на управление.
Достижение указанной цели предполагает решение следующих научно-технических задач:
Обосновать физические факторы, биотропные параметры импульсного электромагнитного сигнала и модели механизмов их воздействия на биологические системы с целью управления процессами жизнедеятельности.
Выявить и оптимизировать основные биотропные параметры импульсного потока электромагнитной энергии СВЧ, оказывающие влияние на всхожесть семян СР и микробиологическую активность почвы.
3. Разработать схемы оптимизации потоков электромагнитной энергии в
мобильных полевых СВЧ-установках и обосновать конструктивные,
энергетические и технологические параметры устройств.
Разработать и исследовать устройства ввода СВЧ-энергии в почву, обеспечивающие заданную амплитудную и поляризационную пространственную структуру потока электромагнитного излучения (ЭМИ) при максимальном к. п. д. и безопасности их работы.
Разработать лабораторную исследовательскую, макетный и опытный образцы СВЧ-установок. Провести испытания мобильных установок в многолетних полевых опытах по сравнительной оценке эффективности стимуляционного импульсного СВЧ-метода с агротехническим методом борьбы с сорной растительностью.
Объект исследования: экологически безопасный способ и устройства борьбы с сорной растительностью с использованием ЭМЭ СВЧ.
Предмет исследования: Закономерности влияния биотропных параметров импульсного потока ЭМИ на эффективность стимуляционного СВЧ-метода борьбы с СР, содержание в почве основных питательных веществ, урожай культуры и энергозатраты метода, а также способы формирования в поверхностном слое почвы электромагнитной волны (ЭМВ) с заданной структурой.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Обосновано снижение энергозатрат и повышение эффективности стимуляционного СВЧ-метода борьбы с сорными растениями за счет импульсной модуляции потока электромагнитной энергии СВЧ и использования энергоинформационных эффектов его воздействия на СР и почву. Впервые показано, что определяющим в их реакции на электромагнитное воздействие являются, начиная с определенного порогового уровня сигнала, не энергетические и амплитудные его характеристики, а информация, содержащаяся в сигнале и заложенная в его пространственно-временной структуре.
Предложены модели влияния биотропных параметров потока ЭМИ на биологические системы, что позволило обосновать импульсную подачу СВЧ-энергии в обрабатываемый объект, увеличивающую интенсивность и информационную ёмкость сигнала. Экспериментально установлены оптимальные величины и основные закономерности влияния биотропных параметров импульсного потока ЭМИ, характеризующих амплитудную, спектральную, энергетическую и поляризационную структуры, на всхожесть семян и прорастание СР, что обеспечило, по сравнению с воздействием немодулированного потока ЭМЭ, сокращение времени обработки и повышение эффективности импульсного стимуляционного метода борьбы с СР, при снижении энергозатрат на порядки.
Разработана методика исследований поляризационной избирательности биологических объектов, что позволило выявить ее наличие у семян сорных
растений. Выдвинута гипотеза, заключающаяся в том, что в основе амплитудной поляризационной избирательности семян лежит экспериментально установленная автором зависимость электрофизических свойств воды от характера поляризационной пространственной структуры воздействующего электромагнитного излучения.
Решена задача обеспечения высокой импульсной плотности потока мощности (Пи) на выходе излучателей при больших размерах одновременно обрабатываемого участка почвы и ограниченной импульсной мощности СВЧ-генератора.
Разработано устройство ввода СВЧ-энергии в почву состоящее из излучателя эллиптически поляризованных ЭМВ и устройства защиты от побочных СВЧ-излучений, не требующего его контакта с почвой и обеспечивающего выравнивание амплитудного распределения и локализацию энергии в обрабатываемом участке почвы.
6. Исследована в многолетних полевых опытах динамика формирования СР
после СВЧ-обработки почвы и проведена оценка влияния процессов,
происходящих в почве, на ее плодородие и урожай культуры.
Новизна технических решений подтверждена тремя авторскими свидетельствами и патентом.
Практическая значимость.
Результаты исследований использованы для разработки нового энергосберегающего, импульсного, стимуляционного СВЧ-метода борьбы с СР и технических средств для его осуществления.
Предложенный импульсный СВЧ-метод оказался эффективным стимулятором всхожести всех видов семян сорняков и прорастания малолетних и многолетних СР, многократно увеличивающим количество их всходов и проростков, находящихся в почве, что позволяет при однократной СВЧ-обработке почвы и последующего механического уничтожения СР в предпосевной период в несколько раз снизить количество семян сорняков в поверхностном слое почвы, по сравнению с контролем (агротехническим метод борьбы с сорняками).
Импульсный СВЧ-метод повышает эффективность борьбы с СР агротехническим методом и увеличивает содержание основных питательных веществ в почве, что приводит к увеличению урожая зерна яровой пшеницы на 2-3 ц/га. При этом получается экологически чистая продукция, повышается энергетическая и экономическая эффективность технологии возделывания яровой пшеницы.
Определены оптимальные параметры импульсного потока ЭМЭ мобильной полевой СВЧ-установки, что позволило обеспечить эффективную стимуляцию СР и почвенных микроорганизмов при времени обработки менее одной секунды и уменьшить затраты СВЧ-энергии на реализацию метода до 20 Дж/м2, что на пять-шесть порядков меньше чем при летальном и три-пять порядков меньше чем при стимуляционном методах борьбы с СР, основанных на тепловых эффектах воздействия немодулированных СВЧ-излучений. Всё это позволило создать опытный образец мобильной полевой СВЧ-установки «Импульс-1» производительностью 2,5 га/ч с энергозатратами по электрической энергии - 1 кВт ч/га и по СВЧ-энергии -0,05 кВт ч/га.
Реализация результатов работы:
1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований легли в основу:- разработки технических заданий и конструкторской документации на макетный и опытный образцы мобильной полевой СВЧ-установки «Импульс-1», по результатам многолетних испытаний которых, проведенных в ЧНИИСХ (Челябинск) в ходе выполнения НИР «Создание технологий борьбы с сорной растительностью и предпосевной стимуляции семян с помощью AM ЭМП СВЧ», была разработана в НИИИТ (Челябинск), в рамках конверсии оборонных отраслей промышленности, документация на модернизированный модульный вариант установки под условным названием «Модуль»; - разработки технологий предпосевной обработки семян кормовых, овощных, зерновых культур и картофеля; - технических заданий и конструкторской документации на макетный образец СВЧ-установки транспортерного типа производительностью 25 т/ч для предпосевной
13 обработки семян трав, зерновых и овощных культур «Импульс-2» и серийно выпускаемой многофункциональной с.-х. СВЧ-установки периодического действия «Импульс-Зу», предназначенной для предпосевной обработки семян трав, овощных, зерновых культур и картофеля; - разработки СВЧ-технологии повышения сохранности плодоовощной продукции («Импульс-4»); - разработки способа снижения опасности воздействия на БО искусственных ЭМИ.
2. Лабораторная исследовательская СВЧ-установка, макетный и
опытный образцы СВЧ-установок и пакеты разработанных программ
обработки результатов экспериментов использовались в учебном процессе
ЧГАУ.
3. Результаты, полученные в настоящей работе, явились базой для
проведения на биологическом факультете ЧелГУ и в Уральском научно-
практическом центре радиационной медицины (УНПЦРМ) научных
исследований влияния пространственно-временной структуры
неионизирующих излучений на различные БС, в том числе на
экспериментальных животных и культурах ткани человека.
Краткое содержание работы.
В первой главе рассмотрено современное состояние вопроса и показано, что в настоящее время, борьба с сорняками преимущественно основывается на механических и химических методах, которым присущи существенные недостатки и, что повышение качества продукции и эффективности современного растениеводства связано с решением ряда проблем: - экологических, связанных с использованием гербицидов, химических удобрений и средств защиты растений; - повышения эффективности агротехнических, безгербицидных, методов борьбы с сорными растениями; - повышения плодородия почвы без применения химических удобрений.
Показано, что решение вышеуказанных проблем возможно за счет электрофизических воздействий на сорняки и почву с целью управления жизнедеятельностью сорных растений и почвенных микроорганизмов,
14 обеспечивающего перераспределение природных потоков вещества и энергии в пользу культуры, приводящего к увеличению урожая.
Рассмотрены существующие электротехнологии борьбы с сорной растительностью. Установлено, что несмотря на несомненные преимущества, существующие СВЧ-методы, основанные на обработке почвы пемодулированным потоком ЭМЭ, обеспечивая комплексное воздействие на растения, их семена и почву, не используют возможности по энергоинформационному управлению процессами жизнедеятельности сорняков, которые заложены в самой их природе, что приводит к большим энергозатратам и делает их энергетически и экономически неэффективными.
Имеющиеся сведения о конструктивных решениях, технологических режимах работы и эффективности зарубежных установок не позволяют в полной мере оценить их технико-экономические характеристики. Разработанные у нас в стране макеты установок для обработки почвы предназначены в основном для проведения научных исследований. Многолетние полевые опыты по оценке эффективности СВЧ-технологий борьбы с сорняками в нашей стране не проводились.
По литературным данным не обнаружено устройств ввода, обеспечивающих при бесконтактном подводе СВЧ-энергии в почву и бесконтактном способе зашиты от побочных СВЧ-излучений выполнение всех основных технологических требований, предъявляемых к данным устройствам.
Рассмотрение этих проблем позволило сформулировать цели и задачи исследований.
Вторая глава посвящена следующим теоретическим исследованиям:
- оценке влияния предпосевной обработки почвы ЭМЭ СВЧ на засоренность посевов; - обоснованию биотропных параметров импульсного потока ЭМЭ и возможных механизмов их влияния на БС и энергетическую эффективность метода; - исследованию амплитудной и ППС потоков ЭМЭ при её вводе в почву, средств ее контроля и оптимизации потоков СВЧ-энергии в мобильных полевых СВЧ-установках.
15 В результате реализации разработанных подходов при создании СВЧ-метода борьбы с сорной растительностью предполагается получить:
многократное (на порядки) снижение энергозатрат и увеличение эффективности стимуляционного СВЧ-метода за счет использования энергоинформационных эффектов воздействия на сорняки и почву импульсно-модулированного ЭМИ дециметрового диапазона длин волн;
увеличение производительности мобильной полевой установки вследствие уменьшения требуемого для реализации эффекта времени облучения почвы, за счет увеличения импульсной плотности потока мощности ЭМИ и его информационной насыщенности, и увеличения размеров одновременно обрабатываемого участка почвы.
Анализ поставленных задач показал, что выполнение вышеуказанных требований возможно только при импульсной подаче ЭМЭ в почву.
По результатам теоретического анализа разработаны требования к лабораторной исследовательской установке, генераторам и излучателям СВЧ-энергии и другому оборудованию. Определены контролируемые в экспериментах параметры и требования к методикам проведения экспериментальных исследований.
Вопросы, связанные с аппаратным и методическим обеспечением проведения экспериментальных исследований, рассмотрены в третьей главе работы.
Разработаны методики: исследований амплитудной и ППС потоков ЭМЭ при ее вводе в почву; настройки излучателя эллиптически поляризованных ЭМВ; измерения коэффициентов отражения (КО) от облучателя и почвы; исследования резонансных свойств БО, исключающие влияние тепловых и амплитудных эффектов воздействия ЭМИ; лабораторных исследований по изучению влияния БП импульсного потока ЭМЭ на БС; исследований влияния процессов, происходящих в почве, при предпосевной ее обработке ЭМЭ СВЧ, на урожай культуры.
Проведено описание принципов работы и основных характеристик, разработанных для экспериментальных исследований СВЧ-устройств:
- устройств ввода СВЧ-энергии в почву, с эллиптической поляризацией
ЭМВ;
-устройства измерения коэффициентов эллиптичности
поляризационной характеристики и отражения ЭМВ от почвы;
- лабораторной исследовательской СВЧ-установки;
-отдельных устройств, для проведения экспериментальных исследований.
В четвертой главе представлены результаты исследований: структуры потоков СВЧ-энергии при её вводе в почву; работоспособности разработанных СВЧ-устройств, методик контроля их параметров и настройки; влияния биотропных параметров импульсного потока ЭМЭ на семена сорных растений.
Результаты лабораторных экспериментальных исследований позволили сформулировать основные требования к мобильной полевой СВЧ-установке, ее узлам и блокам, а также определить основные параметры импульсного потока ЭМЭ и диапазон их изменения в последующих полевых опытах с использованием макета мобильной полевой СВЧ-установки и установки «Импульс- 1».
Пятая глава посвящена описанию макетного и опытного образцов мобильных полевых СВЧ-установок и экспериментальным исследованиям их влияния на сорные растения почву и культуру.
Целью экспериментальных исследований являлось: изучение влияния режимов обработки почвы макетным образцом СВЧ-установки на прорастание сорных растений и содержание гумуса в паровом поле; изучение влияния режимов обработки почвы СВЧ-установкой «Импульс-1» на прорастание сорных растений, почву и урожай культуры; сравнительная оценка, при возделывании яровой пшеницы, импульсного СВЧ-метода борьбы с сорняками с агротехническим методом.
В шестой главе представлены материалы энергетической и экономической оценки применения установки «Импульс-1» для предпосевной обработки почвы в традиционной технологии возделывания
17 яровой пшеницы, основанной на агротехнических методах борьбы с сорняками, на основе экспериментальных данных, полученных в течение трех лет (1990-1992 гг.).
Показано, что введение в технологический процесс возделывания яровой пшеницы однократной обработки почвы установкой «Импульс-1» в предпосевной период с энергетической и экономической точек зрения эффективно.
Работа выполнена в соответствии с тематическими планами научных исследований ЧГАУ, ЧНИИСХ и НИИ по измерительной технике (НИИИТ); решением объединенного Совета Центра научного обеспечения и научно-технического совета АПК Челябинской области от 29 сентября 1989г.; календарным планом выполнения работы по договору о творческом содружестве между НИИИТ и ЧГАУ от 11 апреля 1989г. по теме «Разработка новых технологий использования СВЧ-полей и устройств их формирования с заданной пространственно-временной и поляризационной структурой (ПВПС) в процессах сельскохозяйственного производства».
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях и семинарах ЧГАУ (Челябинск, 1986-2007), всесоюзной научно-практической конференции «Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и с.-х. сырья» (г. Москва, 1989), «Третьей всесоюзной конференции по сельскохозяйственной радиологии» (г. Обнинск, 1990), международной научно-практической конференции «Современные проблемы применения СВЧ-энергии» (г. Саратов, 1993), всероссийском научно-техническом совещании «Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов с.-х., их переработке и хранению» (г. Москва, 1993), научно-технической конференции «Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин» (г. Минск, 1994). Установка «Импульс-1» демонстрировалась на I Всесоюзном научно-производственном семинаре «Козлятник восточный - проблемы возделывания и использования» (г. Челябинск, ЧНИИСХ, 1991).
Выводы и рекомендации диссертационной работы опираются на данные теоретических и экспериментальных исследований, выполненных непосредственно автором или под его руководством и при его участии, под общим научным руководством профессора Изакова Ф.Я в 1986-2006 гг.
Проектирование СВЧ-установок проводилось в соответствии с техническими заданиями, разработанными автором и при его непосредственном участии в качестве заместителя главного конструктора.
Публикации. По теме диссертации опубликована 21 работа, в том числе три авторских свидетельства и патент РФ на изобретение, а также восемь научных отчетов по результатам НИР.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 218 стр., содержит 51 таблицу и 79 рисунков; состоит из введения, шести глав, заключения и 23 приложений; список использованной литературы насчитывает 196 источников.
Автор защищает:
1. Способ снижения энергозатрат стимуляционного СВЧ-метода
борьбы с сорной растительностью за счет импульсной подачи СВЧ-энергии в
почву и обеспечения рациональной совокупности биотропных параметров,
характеризующих амплитудную и пространственно - временную структуру
потока ЭМЭ СВЧ дециметрового диапазона длин волн, обеспечивающих
эффективную стимуляцию прорастания сорной растительности и повышение
МБА почвы при снижении затрат СВЧ-энергии на пять-шесть порядков по
сравнению с летальным и три-пять порядков по сравнению со
стимуляционным методами борьбы с СР, основанными на тепловых
эффектах воздействия немодулированных СВЧ-излучений.
2. Способ уменьшения требуемого для реализации эффекта времени
облучения почвы за счет увеличения импульсной плотности потока
мощности ЭМИ и его информационной насыщенности.
3. Способ оптимизации импульсных потоков СВЧ-энергии в
мобильных полевых установках, позволивший решить задачи:
- обеспечения высокой плотности потока мощности в импульсе (По) на
19 выходе излучателей при больших размерах одновременно обрабатываемого участка почвы и ограниченной импульсной мощности СВЧ-генератора; - повышения к. п. д. преобразования электрической энергии в ЭМЭ СВЧ за счет согласования номинальных режимов работы СВЧ-генератора с технологическими требованиями к потоку СВЧ-энергии, воздействующему на почву.
4. Способ улучшения согласования излучателя СВЧ-энергии с почвой и
устройство для его осуществления в виде излучателя с эллиптической
поляризацией ЭМВ.
Устройство защиты от побочных СВЧ-излучений и повышения равномерности распределения мощности излучения и ее локализации в обрабатываемом участке почвы не требующее его контакта с почвой, реализованное в виде торцевых экранов с полыми четвертьволновыми выступами, расположенными по периметру излучателя.
Устройство измерения коэффициентов отражения и эллиптичности поляризационной характеристики излучателей эллиптически поляризованных ЭМВ.
Установленный нетепловой энергоинформационный характер и модели влияния биотропных параметров импульсного потока ЭМЭ СВЧ дециметрового диапазона длин волн, определяющих его ППС и спектральную структуру, на всхожесть семян СР и МБА почвы.
Способ импульсной модуляции, обеспечивающий работу СВЧ-генератора в режиме генерации пачек радиоимпульсов, позволивший исключить влияние тепловых и амплитудных эффектов воздействия ЭМИ при проведении экспериментов по определению зависимости всхожести семян СР от частоты следования импульсов и расширить исследуемый диапазон модуляционных частот.
Методику исследований поляризационной избирательности биологических объектов по экспериментальным данным.
Наличие поляризационной избирательности у семян сорных растений, заключающейся в том, что правополяризованное импульсное ЭМИ
20 дециметрового диапазона длин волн по сравнению с линейно-поляризованным и особенно левополяризованным оказывает наибольшее стимулирующее всхожесть семян воздействие при меньшей Пи, а эффект воздействия линейно-поляризованного излучения занимает промежуточное положение между эффектами воздействия правополяризованного и левополяризованного излучений.
11. Зависимость электрофизических свойств водь/ от характера
поляризационной пространственной структуры, воздействующего
электромагнитного излучения, которая предположительно лежит в основе
амплитудной поляризационной избирательности семян.
Возможность управления ростовыми процессами и всхожестью семян сорных растений, повышением плодородия почвы и урожаем культуры с помощью импульсного потока ЭМЭ, биотропные параметры которого являются эффективными регуляторами этих процессов.
Увеличение эффективности базовой технологии возделывания яровой пшеницы, основанной на афотехническом методе борьбы с СР, за счет предпосевной обработки почвы установкой «Импульс-1», которая с энергетической и экономической точек зрения обоснована.
Автор выражает искреннюю благодарность генеральному директору п. о. «ПОЛЕТ» Илейко В.М., выделившему средства на разработку и изготовление установки «Импульс-1» и генеральному директору ОАО «НИИИТ» Расину A.M., оказавшему всестороннюю помощь в разработке и изготовлении установки «Импульс-1», а также проведении полевых опытов.
