Введение к работе
Актуальность темы исследования. Человек оказывает на природу как положительное, так и отрицательное воздействие. Примерами негативного являются вырубки лесов, связанные со строительством магистралей; загрязнение почвы в связи с использованием удобрений и химикатов; сокращение численности популяций животных из-за расширения площадей для полей с помощью вырубки лесов вследствие этого животные, лишаются нормальной среды обитания и погибают; сильное изменение человеком окружающей среды, вызванное уничтожением растений и животных приводит к сложности адаптации биологических объектов к новой жизни.
Все это вызывает необходимость разработки и применения специальных мер для сохранения биологических ресурсов Земли. Эти вопросы были рассмотрены в 1992 году на международной Конференции ООН по окружающей среде и развитию, проходившей в Рио-де-Жанейро, где была принята «Конвенция о биологическом разнообразии». В Российской Федерации основные положения этой Конвенции отражены в программах «Биологическое разнообразие лесов России» (1995) и «Леса России» (1997). Для реализации этих программ в Российской Федерации в 2006 г. был принят Лесной кодекс, где отмечается, что для воспроизводства лесов, должны использоваться только сортовые семена.
Существует множество различных способов активации ростовых процессов семян, в т. ч. таких, которые основаны на природных механизмах, и поэтому не причиняют вреда здоровью людей и не требуют больших затрат. Например, обработка семян сельскохозяйственных растений ультрафиолетовым (УФ) излучением дает положительные результаты, заключающиеся в повышении у них всхожести, сокращении расхода семян и получения дружных всходов. Наиболее распространенные источники УФ излучения являются экологически опасными. УФ облучение (УФО) на базе современных светодиодов мало изучено, хотя они являются более энергоэффективными, экологически чистыми и т.д. Особенно не исследованы облучение семян ели финской с использованием программируемых логических контроллеров для поддержания требуемой дозы УФО. Хвойные культуры широко используются для озеленения городов и населенных пунктов. По данным специалистов, хвойные растения задерживают пыль в 30 раз больше, чем осина, в 12 раз больше, чем береза, а фитонцидов выделяют в 2 раза больше, чем лиственные породы. Поэтому для озеленения городов целесообразно использовать хвойные культуры, которые вечно зеленые, неприхотливые, имеют более длительный, по сравнению с лиственными растениями, срок жизни и сохраняют свои декоративные свойства круглый год.
Учеными в области электрификации сельскохозяйственного производства Л.Г. Прищепом, И.Ф. Бородиным, Д.С. Стребковым, Н.Н. Протасовой, И.И. Свен-тицким, А.К. Лямцовым, А.М. Башиловым, С.А. Растимешиным, Ю.М. Жилин-ским, В.М. Леманом, Г.С. Сарычевым, А.А. Тихомировым, А.П. Примаком, В.Н. Карповым, В.П. Шарупичем, С.А. Овчуковой, А.П. Коломийцем, Л.К. Алферовой, Н.Ф. Кожевниковой, В.А. Козинским, О.А. Косицыным, Н.П. Кондратьевой, Малышевым В.В., R. McCree, P. Mekkel, B. Singh, M. Fischer, J. Bonnet, P. Harris и другими, проведены исследования, которые доказали эффективность применения оптического излучения для увеличения показателей растениеводческой продук-
ции, сформулированы, обоснованы и предсказаны разнообразные по характеру новые возможные пути рационального использования электрической энергии при искусственном облучении растений и семян.
В отношении семян ели финской влияние УФ излучения изучено недостаточно. Поэтому повышение эффективности светодиодной УФ облучательной установки для предпосевной обработки семян ели финской с использованием программируемых логических контроллеров для поддержания требуемой дозы УФО является актуальной задачей.
Исследования выполнялись в течение пяти лет лично автором в соответствии с отраслевой научно-технической программой № 01201350385 «Исследования и разработка электротехнологий на предприятиях АПК» проводимой по заказу Министерства сельского хозяйства и продовольствия Удмуртской Республики.
Цель работы – повышение эффективности светодиодной УФ облучатель-ной установки путем обоснования эффективной дозы ультрафиолетового облучения, позволяющей повысить всхожесть семян.
Объект исследования – семена ели , технические средства УФ облучения (УФО), установка для УФ облучения семян, технологические параметры облучения.
Предмет исследования – технологический процесс облучения, методика коррекции времени (дозы) УФО.
Задачи исследования:
-
Провести анализ литературы по применению УФО и облучательных установок для предпосевной обработки семян.
-
Разработать математические модели в виде уравнений регрессий по влиянию дозы УФО на всхожесть семян ели финской, на норму высева семян и по определению наиболее эффективной дозы УФО.
-
Разработать методику коррекции времени облучения семян УФ облучательной установкой.
-
Разработать алгоритм работы и структурную схему микропроцессорной системы автоматического управления (МСАУ) дозой УФ облучения.
5. Провести лабораторные и производственные испытания и выполнить технико-
экономическое обоснование применения светодиодной УФ облучательной для
предпосевной обработки семян ели финской.
Научную новизну работы представляют:
-
Математические модели в виде уравнений регрессий по влиянию дозы УФО на всхожесть семян ели финской, на норму высева семян. Математическая модель по определению наиболее эффективной дозы УФО.
-
Методика коррекции времени работы светодиодной УФ облучательной установки для поддержания требуемой дозы облучения.
-
Алгоритм работы и структурная схема микропроцессорной системы автоматического управления (МСАУ) дозой УФ облучения.
Новизна технических решений подтверждена Патентом на изобретение RUS 2589781 24.09.2014 «», Патентом на полезную модель № 150 044(13) U1 «Механизм подъема (опускания) источника излучения устройства для предпосевной обработки семян», дата опубликования 27.01.2015, Свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ «Взаимо-
связанное управление параметрами микроклимата защищенного грунта» № 2025661513, дата гос.регистрации в Реестре программ для ЭВМ 29 октября 2015 г. и Свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016617931 «Программа для системы автоматического регулирования параметров микроклимата в животноводческих помещениях», дата гос.регистрации в Реестре программ для ЭВМ 18 июля 2016 г.
Методика исследований. При выполнении диссертационной работы использовались методы математического моделирования с применением программного обеспечения MS Excel, применялись аналитические и экспериментальные методы исследования, теоретические основы светотехники, электротехники, методы математической статистики и методы прикладной экономики, а также современная измерительная аппаратура.
Достоверность результатов исследований подтверждается применением научно обоснованных методик измерений, проведением исследований с использованием разных методов и сравнением их результатов с известными опытными и теоретическими данными других авторов. Все эксперименты проводились с применением современных измерительных приборов высокого класса точности на стабильно - функционирующей установке с качественной воспроизводимостью опытных данных, обработанных на ЭВМ с применением методов математической статистики и вычислительных программных средств.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Математические модели в виде уравнений регрессий по влиянию дозы УФО на всхожесть семян ели финской, на норму высева семян. Математическая модель по определению наиболее эффективной дозы УФО.
-
Методика коррекции времени облучения обрабатываемых семян светодиодной УФ облучательной установкой для поддержания требуемой дозы облучения с учетом нестабильности их мощности при включении.
-
Алгоритм работы и структурная схема микропроцессорной системы автоматического управления (МСАУ) дозой УФ облучения.
Практическая ценность работы
-
Энергосберегающая светодиодная УФ облучательная установка с возможностью коррекции времени ее работы для поддержания требуемой дозы УФ облучения, позволяющая повысить всхожесть семян при значительном сокращении потребления электроэнергии по сравнению с ранее используемыми специальными лампами.
-
Конструктивное решение микропроцессорной системы автоматического управления (МСАУ), аппаратное и программное обеспечение для нее.
-
Результаты диссертационных исследований использованы при проектировании энергосберегающих экологически чистых, электробезопасных светодиодных УФ облучательных установок, применяемых в Можгинском лесничестве Удмуртской Республики и в Автономном учреждении Удмуртской Республики «Удмуртлес».
4. Результаты научной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО
Ижевская ГСХА.
Реализация результатов исследований.
Результаты проведенных исследований по предпосевной обработке семян УФ излучением применены в Можгинском лесничестве Удмуртской Республики и в Автономном учреждении Удмуртской Республики «Удмуртлес».
Апробация основных результатов по теме диссертации. Результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях и конкурсах на II Международной научно-практической конференции «» (Махачкала, 2015); на IV-й Международной научной Интернет-конференции «» (Казань, 2015); на XII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием в рамках III Всероссийского светотехнического форума с международным участием. МГУ им. Н. П. Огарева (Саранск, 2015); на VI международной научно - практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» (Саратов, 2015); на конференции papers of the 1st International Scientific Conference. edited by Ludwig Siebenberg; technical editor: Peter Meyer (USA, 2015); на конференции Yale Review of Education and Science USA, 2015); на конференции Asian Journal of Scientific and Educational Research (Seoul, 2015); на международной научно-практической конференции (посвященной 85-летию ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА) «» (Чебоксары, 2016); на VII международной научно-практической конференции «» (Саратов, 2016), на 7 - й Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (Москва, 2016); на Международной научно-практической конференции, посвященной памяти ведущего электротехнолога России академика Ивана Фдоровича Бородина (Волгоград, 2016), на II Всероссийской научно-практической конференции (Уфа, 19-20 октября 2016 г ); на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства»: Мосоловские чтения (Йошкар-Ола, 2017): на XII Всероссийской науч.-техн. конференции с международным участием «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» в МГУ им. Н. П. Огарева, (Саранск, 15— 16 марта 2017 г.).
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 22 печатных работах, в том числе в 4 работах в изданиях, указанных в «Перечне рецензируемых журналов» Минобразования и науки РФ, три статьи в иностранных журналах, в двух Патентах РФ и в двух Свидетельствах о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 164 страницах, содержит 104 рисунка, 49 таблиц. Список литературы включает 165 наименований, из которых 12 на иностранном языке.