Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Перспективы применения гидропонного способа выращивания растений в современных производственно-экологических условиях 9
1.2. Классификация методов гидропонного выращивания растений 13
1.3 Технологическое оборудование гидропонного растениеводства... 16
1.4. Методы и технические средства электротехнологии для повышения эффективности гидропонного выращивания полифункциональных растений путем электрообработки посадочного материала и субстрата 20
1.5. Цель и задачи исследования 24
2. Теоретические предпосылки электрообработки посадочного материала и субстрата с помощью машин электронно-ионной технологии 25
2.1. Использование методов и технических средств ЭИТ для создания условий, способствующих реализации растениями своих потенциальных возможностей 25
2.2. Вольт-амперные характеристики коронного разряда. Электрообработка субстрата и посадочного материала 38
2.3. Зарядка частиц обрабатываемого материала в поле коронного разряда 48
2.4. Энергетическая оценка биомассы полифункциональных растений 60
3. Программа и методика экспериментальных исследований 62
3.1. Программа экспериментов и экспериментальные установки 62
3.1.1 Программа экспериментов 62
3.1.2. Экспериментальная установка 63
3.2. Методика проведения экспериментов 65
3.2.1. Методика экспериментального определения вольт-амперных характеристик 65
3.2.2. Методика электрообработки субстрата 65
3.2.3. Методика электрообработки посадочного материала 66
3.2.4. Методика исследования системы- «субстрат - раствор» 67
3.2.5. Методика исследования влияния электрообработки посадочного материала и субстрата на отклик полифункциональных растений 67
3.2.6. Сравнение предлагаемого варианта выращивания с базовым 68
3.2.7. Методика исследования экологической чистоты и биологической полноценности гидропонной биомассы 69
3.3. Методика оценки эффективности электрообработки посадочного материала и субстрата 70
3.4. Результаты и выводы по главе 74
4. Определение рациональных режимов электрообработки посадочного материала и субстрата 75
4.1. Параметры электродной системы для обработки посадочного материала и субстрата 75
4.2. ВАХ системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении на некоронирующем электроде слоя посадочного материала и минерального субстрата. Электропроводность, активность ионов и ионный состав системы «субстрат - раствор» 78
4.3. Электрический заряд частиц посадочного материала и субстрата в рабочей зоне электродной системы «иглы на стержнях - плоскость» 82
4.4. Влияние электрообработки посадочного материала и субстрата на отклик полифункциональных растений 88
4.5. Выводы по главе 93
5. Разработка технологических элементов производства полфункциональных растений с использованием электрообработки посадочного материала и субстрата 94
5.1. Технологическая схема производства полифункциональных растений с электрообработкой посадочного материала и субстрата 94
5.2. Установка для электрообработки посадочного материала и минерального субстрата 97
5.3. Программа и результаты технологических испытаний 101
5.4. Экономическая оценка 105
5.5. Энергетическая оценка 109
5.6. Выводы по главе 113
Основные выводы 114
Направление дальнейших исследований 116
Литература 118
Приложения 130
- Методы и технические средства электротехнологии для повышения эффективности гидропонного выращивания полифункциональных растений путем электрообработки посадочного материала и субстрата
- Вольт-амперные характеристики коронного разряда. Электрообработка субстрата и посадочного материала
- Методика экспериментального определения вольт-амперных характеристик
- ВАХ системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении на некоронирующем электроде слоя посадочного материала и минерального субстрата. Электропроводность, активность ионов и ионный состав системы «субстрат - раствор»
Введение к работе
Актуальность темы: Во многих регионах Российской Федерации, в том' числе в Челябинской области, существует совокупность экологических проблем, связанных с нарушением природного баланса и затрудняющих получение экологически чистой продукции растениеводства. Использование гидропонных технологий, позволяющих возделывать растения на искусственной почве, является одним из возможных путей решения этой важной народно-хозяйственной задачи. Однако гидропонное производство продуктов растениеводства сопряжено со значительными энергозатратами, в связи с чем актуальной задачей является разработка технических средств, позволяющих повысить его эффективность. В этом плане целесообразной представляется обработка посадочного материала и субстрата в поле коронного разряда, которая позволит активировать обменные процессы и создать необходимые условия для реализации растениями своих потенциальных возможностей.
Однако вопросы комплексной электрообработки посадочного материала и субстрата при гидропонном выращивании растений изучены не полностью и требуют дополнительной проработки.
Настоящая работа посвящена вопросам использования электрообработки субстрата и посадочного материала при гидропонном выращивании полифункциональных растений, которые используются при производстве пищевых красителей, пряностей, лекарственных препаратов, а также в декоративном цветоводстве и озеленении.
Исследования проводились в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 - 2010 гг.: Проблема IX. Научное обеспечение повышения машинно-технологического и энергетического
\
потенциала сельского хозяйства России, а также планом НИР ЧГАУ на 2004-
2009 гг.
, Цель исследования: повышение эффективности гидропонного
| растениеводства путем увеличения производительности растений за счет
использования технических средств электронно-ионной технологии.
? Задачи исследования:
1. Получить модель выхода биомассы и определить режим
электрообработки посадочного материала и субстрата, позволяющий получить
[ наибольший отклик растений.
; 2. Разработать установку, позволяющую осуществлять обработку в поле
коронного разряда, как субстрата, так и посадочного материала.
3. Разработать технологию выращивания полифункциональных растений
і на гидропонной основе, включающую операцию обработки посадочного
| материала и субстратам поле коронного разряда.
'/ Объект- исследования: процесс обработки посадочного^ материала и
субстрата в электрообрабатывающей установке при гидропонном выращивании
полифункциональных растений.
, Предмет исследования: закономерности изменения выхода биомассы
растений при различных режимах обработки посадочного материала и
J субстрата в электрообрабатывающей установке.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту. В
, работе впервые предложено и апробировано комплексное воздействие поля
коронного разряда на посадочный материал и минеральный субстрат для
активирования растений (на примере полифункциональных растений -
)
і крокусов и тюльпанов). Предложена электрообработка: минерального
1 субстрата в виде прохождения потоком частиц поля отрицательного
униполярного коронного разряда в горизонтальной и вертикальной электродных системах; посадочного материала — в виде прохождения поля
і отрицательного униполярного коронного разряда в горизонтальной
\ $
I электродной системе. Установлены закономерности, раскрывающие
взаимосвязь между электрическим зарядом частиц субстрата и посадочного материала и их расположением в рабочей зоне электродной системы «иглы на стержнях - плоскость». Определены вольт-амперные характеристики данной системы электродов^ при размещении на некоронирующем электроде монослоя субстрата и посадочного материала. Определен заряд, получаемый, посадочным материалом и субстратом при обработке вполе коронного разряда. По лучены, математические модели, описывающие отклик полифункциональных растений (выход биомассы, высота бокала,, высота цветоноса) на электрообработку посадочного материала и субстрата. Разработана методика оценки эффективности электрообработки посадочного материала и субстрата.
Практическая ценность работы? ш реализация ее результатов. Практическая* ценность результатов диссертационной работы; заключается*, в том, что на.их основе была разработана;и опробована-установка;для обработки посадочного^ материала, и минеральной^ субстратам в; поле-отрицательного униполярного коронного разряда. Разработанные математические модели и установленные: взаимосвязи- могут быть* использованы на-, всех стадиях проектирования установок для: электрообработки материалов;
Полученные: результаты позволяют дать практические рекомендации по применению электрообработки посадочного материала и субстратов в гидропонном получении продукции растениеводства. Новизна технических решений защищена двумя'патентами РФ:
На основе проведенных в рамках представленной работы исследований были разработаны и приняты к внедрению: технология гидропонного выращивания полифункциональных растений с обработкой посадочного материала и субстратов: в поле коронного разряда - в ОАО «Тепличный» (Челябинская область);; методика оценки эффективности электрообработки посадочного материала и субстрата — в Челябинском научно-исследовательском институте сельского хозяйства (ЧНИИСХ); Результаты работы используются в учебном процессе Челябинского государственного агроинженерного университета.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований были представлены и получили одобрение на научно-технических, а также ежегодных внутривузовских конференциях, в том числе: на V Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2005 г.) - получены диплом и бронзовая медаль; на 5-й международной научно-технической конференции Всероссийского института электрификации сельского хозяйства «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (г. Москва, 2006 гг.); на специализированной выставке-ярмарке Агро-2005, Агро-2007 - получены дипломы и золотые медали (Челябинск, 2005, 2007 гг.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 140 наименований и 2 приложений. Содержание работы изложено на 137 страницах, текст содержит 40 рисунков и 12 таблиц.
Методы и технические средства электротехнологии для повышения эффективности гидропонного выращивания полифункциональных растений путем электрообработки посадочного материала и субстрата
Результаты исследований по изучению электрического способа обработки материала в поле коронного разряда используются при создании электрообрабатывающих машин.
К основным узлам данных машин относятся: загрузочное устройство, обеспечивающее подачу обрабатываемого материала в межэлектродное пространство; транспортное устройство, обеспечивающее вывод материала из машины; индивидуальные выпрямительные устройства; аппаратура? схем автоматического и- ручного управления и блокировочных, связей, сигнализации И внутреннего освещения; электропривод [14].
Электробрабатывающие1 машины предназначаются в качестве стационарных, для обработки субстрата и посадочного материала} с целью улучшения их свойств, а также для повышения, урожайности и качества получаемой продукции.
Методы и технические средства сельскохозяйственной электронно-ионной технологии, используются при обработке посевного и посадочного материала.
Основные формулы для расчета параметров режима обработки: напряженность поля коронного разряда, представлены в табл. 1.1. Формула для расчета напряженности поля коронного разряда между проводом и плоскостью была впервые предложена О. Майром и имеет вид: где х — расстояние от плоского электрода до рассматриваемой точки; Позднее В.И. Попковым было предложено новое, более строгое решение задачи. Обе формулы базируются на допущении, что объемный заряд не меняет конфигурации поля, а лишь меняет распределение потенциала вдоль силовых линий. Авторы, кроме того, допускают, что объемная плотность заряда q постоянна вдоль силовой линии. Однако более правильным следует считать решение задачи, предложенное Л.Э. Цырлиным: где \ и Г — координаты точки, в которой определяется напряженность в биполярных координатах [,(-о, оо) и л (-к, тс] (табл. 1.1). Основные виды электродных систем, применяемых в электрообрабатывающих машинах, представлены на рис. 1.4, 1.5. Данные электродные системы успешно использовались при обработке посадочного материала. Предпосевная обработка семян в оптимальных режимах повышает их посевные качества, ускоряет рост растений и в конечном счете способна увеличивать урожайность на 5 - 20 %. Кроме того повышается и качество получаемого урожая, снижается поражение растений болезнями [15]. При обработке минерального субстрата диаметром 2...5 мм использовалась система электродов «много проводов - плоскость» [123]. Для обработки минерального субстрата клиноптилолита использующего для выращивания полифункциональных растений, имеющего диаметр частиц -10-12 мм и обладающего большой площадью поверхности необходима разработка соответствующей системы электродов (гл. 2). На основании вышеизложенного материала сформулированы цель работы и задачи, необходимые для ее достижения. Цель работы: повышение эффективности гидропонного растениеводства путем увеличения производительности растений за счет использования технических средств электронно-ионной технологии. Задачи исследования: 1. Получить математическую модель выхода биомассы и определить режим электрообработки посадочного материала и субстрата, позволяющий получить наибольший отклик растений. 2. Разработать установку, позволяющую осуществлять обработку в поле коронного разряда, как субстрата, так и посадочного материала. 3. Разработать технологию выращивания полифункциональных растений на гидропонной основе, включающую операцию обработки посадочного материала и субстрата в поле коронного разряда. Объект исследования: процесс обработки посадочного материала и субстрата в электрообрабатывающей установке при гидропонном выращивании полифункциональных растений. Предмет исследования: закономерности изменения выхода биомассы растений при различных режимах обработки посадочного материала и субстрата в электрообрабатывающей установке. Рабочая гипотеза: обработка посадочного материала и субстрата в поле отрицательного униполярного коронного разряда позволит активировать процессы роста и развития, а также дополнительно ионизировать поверхностные атомы субстрата, усиливая его обменные и сорбционные свойства, что улучшит условия для реализации растениями своих потенциальных возможностей и приведет в конечном итоге повышению их продуктивности.
Вольт-амперные характеристики коронного разряда. Электрообработка субстрата и посадочного материала
Основной характеристикой электрического поля коронного; разряда являются- вольт-амперные характеристики; (ВАХ)..[78; 121] .. При переходе к; электрообработке субстрата и ; посадочного материала на: существующих электрозернообрабатывающих установках неизбежны изменения; условий, протекания технологического процесса; „ Аналитическое выражение? вольт-амперной; характеристики: для линейного г тока известно как,формула Дейча;[31;56;63]: где //- удельная сила;тока; А/м;:к — подвижность.ионов, м?/(В:с); G) — функция? напряжения? и геометрических параметров;; данной; системы? электродов,» Кл/(В:м?);. U - напряжение; приложенное; между коронирующим и , некоронирующим электродами; U0 — начальное напряжение короны: Однако: без: соответствующих преобразований применение; данного? уравнения! для? линейного» тока1 Д затруднено; в электрообрабатывающих машинах с коронирующими электродами сложной конфигурации (например, игольчатыми). Во-первых, такие электроды не имеют непрерывной коронирующей линии, для которой; составлено уравнение Дейча; во-вторых, электрическое поле выполняет работу в межэлектродном промежутке: и на поверхности некоронирующего электрода; . а уравнение описывает ток коронирующих электродов: Наряду с этим, для любой системы электродов интенсивность: коронного разряда;, электрический; заряд, скорость перемещения заряженных частиц зависит от плотности тока: Вышеуказанное послужило основанием для рассмотрения-: в; качестве основных характеристик коронного разряда вольт-амперных характеристик; представленных для плотности тока коронного разряда; а не для линейного тока; как уравнении 2.1. Переход от линейного тока к плотности тока по поверхности некоронирующего электрода может быть выполнен при следующих допущениях: - токовая нагрузка равномерно распределена как между отдельными электродами, так и по длине каждого электрода; - токи утечки по изоляции, токи рассеяния в окружающее пространство, а также изменения плотности тока от краевых эффектов пренебрежимо малы.
В реальных электрообрабатывающих установках всегда имеет место неравномерность заряда, однако зависимость между усредненными показателями сохраняет форму физического закона и названные допущения могут быть.приняты как условия преобразования уравнений [77]. Уравнение ВАХ для плотности тока; с учетом принятых допущений, имеет вид: где G — постоянная для данной системы электродов-величина, Кл/(В-м"); S — площадь некоронирующего электрода. Размещение слоя обрабатываемого субстрата на некоронирующем электроде приводит к изменениям в протекании технологического процессе, которые могут быть отражены с помощью следующего выражения [31]: где UC1- падение напряжения в слое субстрата, В. Уравнение редуцированной характеристики при наличии слоя обрабатываемого материала на некоронирующем электроде следующее: Экспериментально определенные ВАХ для системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении на некоронирующем электроде слоя обрабатываемого материала представлены в гл. 4. Как известно, плотность тока на коронирующем электроде напрямую зависит от кривизны поверхности электрода, величины потенциала, наличия экранирующих частей и зарядов на них. У поверхностей с малым радиусом кривизны заряд располагается неравномерно, образуются области с высоким напряжением поля. При давлениях воздуха близких к атмосферному, где напряженность достигает критической, происходит ионизация и пробой газа, образуются внутренняя и внешняя зоны коронного разряда. Под действием поля ионы газа перемещаются в направлении силовых линий. Во внутренней зоне имеются ионы обоих знаков. Ионы одного знака со знаком коронирующего электрода выталкиваются во внешнюю зону. Ионы противоположного знака стекают на коронирующий электрод. Зона ионизации ограничивается величиной критической напряженности. Во внешней зоне, как правило, коронный разряд униполярный [15]. Нижней границей существования разряда является начальное напряжение коронирования, верхней границей - напряжение искрового пробоя. При уменьшении расстояния между коронирующим и некоронирующим электродами напряжение искрового пробоя уменьшается, начальное напряжение короны тоже уменьшается, но менее интенсивно, чем пробивное. В( результате область напряжений, при которых имеет место коронный разряд, сужается. При расстояниях между электродами меньше критических коронный разряд не появляется, сразу происходит искровой пробой. Эти условия теоретически ограничивают нижний предел расстояния между коронирующим и некоронирующим электродами в электрокоронных сепараторах. Диапазон, в котором имеет место коронный разряд, зависит от системы электродов. Как показывают исследования [78], величина диапазона у игольчатых электродов больше, чем у проволочных. Изменение величины диапазона происходит за счет перемещения верхней и нижней границ в сторону расширения. Как показали проведенные ранее исследования, параметры электрического поля (Е) изменяются незначительно, в пределах 5% [78].
Таким образом, для обработки субстрата в электрическом поле коронного разряда электросубстратообрабатывающей установки выбираем систему электродов «иглы на стержнях - плоскость» в силу указанных выше преимуществ. Известна система электродов для обработки семян (Басов A.M. и др. Электрозерноочистительные машины. М.: Машиностроение, 1967. - 201 с), включающая коронирующий и заземленный электроды. Использование данной электродной системы позволяет получать одно межэлектродное пространство, в котором, осуществляется обработка семян. Однако данная электродная система недостаточно- эффективна, поскольку приводит к большим габаритам и значительной материалоемкости транспортерной установки, с которой она агрегатируется: Наиболее близкой по технической сущности к заявленному техническому решению является электродная система (АС СССР №721031; МІЖ А 01 G 7/04) содержащая два потенциальных и два заземленных электрода, которая образует, соответственно, два межэлектродных пространства с параллельно расположенными потенциальными электродами. Использование данной электродной- системы позволяет уменьшить габариты и материалоемкость установки, с. которой она агрегатируется.1 Однако данная электродная система недостаточно эффективна, поскольку позволяет осуществлять только поверхностную электризацию-материала. Целью изобретения является повышение эффективности электродной системы за счет осуществления- дополнительно объемной, электризации обрабатываемого материала. Это достигается тем, что потенциальные электроды располагаются под углом друг другу, что приводит к созданию двух межэлектродных пространств, в одном из которых осуществляется электризация части поверхности, а в другом - электризация всей поверхностного материала. В результате поиска, проведенного по научно-технической и патентной литературе, не обнаружено идентичное техническое решение, что доказывает соответствие технического решения критерию «новизна».
Методика экспериментального определения вольт-амперных характеристик
1. Накладываем заземление на коронирующий электрод. 2. Помещаем минеральный субстрат (посадочный материал) на некоронирующий электрод. 3. Снимаем заземление с коронирующего электрода. 4. Подаем напряжение 220 В на автотрансформатор. 5. Ручкой регулятора автотрансформатора устанавливаем необходимое напряжение на коронирующем электроде, которое фиксируем по киловольтметру. 6. Нажав кнопку 9, измеряем ток короны по микроамперметру 7. . 7.
Минеральный субстрат (посадочный материал) обрабатывается в течение заданного времени, после чего напряжение снимается и накладывается заземление. 8. Время обработки фиксируется секундомером. 9. Минеральный субстрат (посадочный материал) убирается с некоронирующего электрода и закладывается на вегетационную поверхность для выращивания полифункциональных растений. Обработка субстрата в поле коронного разряда проводилась по аналогичной методике (п. 3.2.1) при заранее установленном требуемом напряжении. Электрообработке подвергался минерал клиноптилолит (цеолит) Закарпатского месторождения. Минеральный субстрат обрабатывался в течение заданного времени, после чего снималось напряжение и накладывалось заземление. Затем субстрат убирался с некоронирующего электрода. Время обработки фиксировалось секундомером. При проведении постановочных» однофакторных экспериментов, электрообработка субстрата проводилась в следующем режиме: напряжение, подаваемое на электроды — 30і кВ; напряженность поля коронного-разряда -3-10 В/м; ток короны — 125 мкА; плотность тока короны — 1,9 10" А/м . Время воздействия изменялось в пределах 5...10 секунд. После электрообработки субстрат закладывали на вегетационную поверхность длявыращиваниягполифункциональных растений. Обработка посадочного материала (луковиц крокусов и тюльпанов)t в поле коронного разряда проводилась по аналогичной методике (п. 3.2.1) при заранее установленном требуемом напряжении. Электрообработке подвергались луковицы тюльпанов сорта «Патриот» и луковицы крокусов сорта «Стелла».
Посадочный материал обрабатывался в течение заданного времени, после чего снималось напряжение и накладывалось заземление. Затем луковицы убирались с некоронирующего электрода. Время обработки фиксировалось секундомером. При проведении постановочных однофакторных экспериментов электрообработка посадочного материала проводилась в следующем режиме: напряжение, подаваемое на электроды - 30 кВ; напряженность поля коронного разряда — 3-Ю5 В/м; ток короны — 125 мкА; плотность тока короны - 1,9 10"3 А/м . Время воздействия изменялось в пределах 2...4 секунд. После электрообработки посадочный материал закладывали на вегетационную поверхность для выращивания полифункциональных растений. Исследования системы «субстрат - раствор» проводились по стандартным методикам [24;34;112]. Исследования осуществлялись при приготовлении водной вытяжки и с использованием дренажного раствора. Опыты проводились с посадочным материалом цветочных! полифункциональных растений: крокусов сорта «Стелла» и тюльпанов сорта «Патриот». Для выгонки отбирались неповрежденные, крепкие луковицы, близкие по размеру и весу. Электрофизическая обработка субстрата при восстановлении осуществлялась однократно. Высота-цветоноса и высота бокала фиксировались каждый день, цветочная биомасса- фиксировалась в день срезки. Выгонка осуществлялась в течение 15 суток как для тюльпанов, так и для крокусов. Выращивание растений проводилось при соблюдении требуемых параметров микроклимата. Размер выборки составлял 50 луковиц. Опыты проводились в четырехкратной повторности, использовались принципы рандомизации, что обеспечивало достаточную точность опыта. Взвешивание выгоночного материала и полученной биомассы проводилось на торсионных весах типа ВТ-500 со шкалой деления до 500 мг, ценой деления 1 мг и весах типа ВЛКТ-500г-м с ценой деления 100 мг. В качестве отклика рассматривались: - цветочная биомасса; - высота цветоноса; - высота бокала; Выращивание полифункциональных растений производилось в вегетационных ангарных теплицах при контролируемых параметрах микроклимата воздушной и корнеобитаемой среды. Электрообработка субстрата проводилась в следующем режиме: напряжение, подаваемое на электроды - 30 кВ; экспозиция - 5, 7, 10 с. Электрообработка посадочного материала проводилась в следующем режиме: напряжение, подаваемое на электроды - 30 кВ; экспозиция - 2, 3, 4 с.
При определении рациональных параметров режима электрообработки посадочного материала и субстрата по методике активного планирования были приняты следующие факторы (табл. 3.1). Обработка полученных экспериментальных данных проводилась по соответствующим методикам. Сравнение предлагаемого варианта с базовым и предложенным для зеленных культур в работе [117] осуществлялось следующим образом. Одновременно проводилось выращивание крокусов и- тюльпанов при использовании трех вариантов электрообработки субстрата и посадочного материала. В качестве отклика растений на электрообработку определялись полученная цветочная биомасса, высота бокала, высота цветоноса. Варианты электрообработки: - электрообработка субстрата в режиме, описанном в работе [123] (С=С1; П=0); - электрообработка посадочного материала в режиме, описанном в работе [134](П=Ш;С=0); - предлагаемый режим электрообработки субстрата и предлагаемый режим электрообработки посадочного материала (С=С2; П=П2). Преимущества обработки на базе разработанной электродной системы по сравнению с существующими электродными системами транспортерного и камерного типа представлены работе [69]. Предлагаемый режим электрообработки субстрата: время воздействия 7 секунд, напряжение, подаваемое на электроды 30 кВ; предлагаемый вариант электрообработки посадочного материала: время воздействия 3 секунды, напряжение, подаваемое на электроды 30 кВ. В этом режиме отмечалось превышение контрольного уровня на 12...15%.
ВАХ системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении на некоронирующем электроде слоя посадочного материала и минерального субстрата. Электропроводность, активность ионов и ионный состав системы «субстрат - раствор»
Экспериментальные исследования по определению вольт-амперных характеристик проводились с целью установления необходимости коррекции принятых параметров электродной системы «иглы на стержнях - плоскость».
Эксперименты по снятию вольт-амперных характеристик выполнены при постоянных внешних условиях: атмосферное давление 740 мм. рт. ст., относительная влажность воздуха 60%. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) определялись для межэлектродных расстояний 80 - 120 мм (с интервалом 20 мм) при наличии и отсутствии слоя субстрата на некоронирующем электроде. Построены редуцированные характеристики коронного разряда. Вольт-амперные характеристики определялись при наличии слоя субстрата или посадочного материала и при отсутствии слоя. Напряжение, подаваемое на электроды, изменялось в пределах 10-30 кВ. В результате проведенных экспериментов установлено, что различия между ВАХ при наличии и отсутствии монослоя посадочного материала или субстрата на некоронирующем электроде несущественны (рис. 4.2). Следовательно, в данном случае протекание технологического процесса существенным образом не изменяется и для электрообработки минеральных субстратов при восстановлении может использоваться система электродов «иглы на стержнях -плоскость» без коррекции принятых конструктивных параметров.
Анализ экспериментальных данных по определению электропроводности и активности ионов системы «субстрат-раствор» (рН) позволил установить, что обработка субстрата полем коронного разряда приводит к изменению данных показателей. Контрольный вариант (без обработки) минерального субстрата характеризуется величиной рН, равной 5,2 ед., и электродным потенциалом, равным 375,0 мВ.
В результате обработки полем коронного разряда субстрата наблюдается повышение электродного потенциала и показателяt активности ионов. Во всех вариантах (табл. 4.2) отклонение электродного потенциала и изменение рН существенно отличалось от контрольного варианта (стандарта). Наибольшее увеличение наблюдалось при продолжительности обработки субстрата в течение 7 с и составляло 0,5 ед. рНи 30,0 мВ соответственно.
Повышение электродного потенциала- в опытных вариантах свидетельствует об усилении окислительного потенциала субстрата. Увеличение показателя активности обработанного субстрата и соответствующее уменьшение активности ионов (Н ) и возрастание-активности ионов (ОН") показывает, что изменяется соотношение между концентрацией катионов и анионов, которое является решающим фактором для повышения интенсивности корневого питания и развития растений.
Повышение показателя активности ионов рН до 5,7 ед. способствует увеличению выхода биомассы полифункциональных растений, поскольку для нормального роста и развития крокусов и тюльпанов необходим требуемый уровень активности ионов, нижний предел которого составляет 5,7 ед. [63, 128].
Результаты экспериментальных исследований позволяют судить о влиянии режима электрофизической обработки субстрата на электропроводность системы «субстрат - раствор» (рис. 4.3).
Наибольшее значение электропроводности системы «субстрат - раствор» соответствует обработке субстрата в поле коронного разряда в течение 7 с. Для других рассмотренных режимов обработки наблюдалось не столь значительное изменение электропроводности системы «субстрат - раствор» в опытном варианте по сравнению с контрольным вариантом.
