Содержание к диссертации
Стр*
ВВЕДЕНИЕ ...... ....*« о
ГЛАВА І. МЕТОДІ ПОВЫШЕНИЯ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ ОЕШН
ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР ... ««* 12 1,1.Состояние покоя у семян овощных культур ж пути
его преодоления ................. 12
Болезни семян и методы борьбы с ними ....... 13
Химические и биологические методы предпосевной обработки семян *.,.».......,,.. 14
1*4 Физические методы предпосевной обработки семян » , 18 1.4*1 Электрофизические способы предпосевной обработки
семян овощных культур .24
1.5 Цель и задачи исследования 30
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ^ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРіШЕРИСШІ СЕІІЇІ
ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ВЛАЖНОСТИ 32
Методика проведения исследований ......... 32
Технические средства для определения диэлектржчее** ких характеристик семян и проведение измерений . . 35
Анализ полученных результатов . 37
ГЛАВА III. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНЫХ 2МП СВЧ С СЕМЕНАМИ ПРИ СВЧ ОБРАБОТКЕ . , 42
3.1 Расчет импульсных электромагнитных полей при СВЧ»
обработке диэлектрических материалов, ограниченных
металическим экраном 43
3.I.I Анализ полученных результатов ......... 47
3.2 Теоретическое исследование термического воздействия
«» Q «я» '
Стр.
на семена ЭМИ СВЧ . . . . . , ,59
3,2,1 Математическая постановка и общее решение терми~ ческой задачи диэлектрического нагрева семян . .59
3*2.2 Решение термической задачи СВЧ-нагрева семян
при равномерном распределении по объему постоян
ных источников теплоты ...... 67
Решение термической задачи СВЧ-нагрева семян при равномерном распределении по объему, но импульсно-периодическом во времени действии источников теплоты , .. 68
Анализ полученных результатов ......... 73
вывода . . . 79
ГМВА ІУ. ЭКШЕШЕШЯЬНОВ ИССЛЕДОВАНИЕ 'ВШШШЖ СВЧ-ОЕРА-
БОТКИ НА ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН , ... 81
4,1 Методика и технические средства проведения эксне*»
риментов по СВЧ~обработке семян ,,,,.,,., St
4*1,1 Экспериментальная импульсная СВЧ-установка . . 83
4*2 Методика проведения исследований по влияниі) СВЧ**
обработки на показатели качества семян и патоген
ную микрофлору 86
Экспериментальные исследования влияния СВЧ-об-работки на семена, находящиеся в состоянии глу** бокого органического покоя ,.....,,.., 90
Экспериментальные исследования влияния СВЧ~об-работки на семенную инфекцию , ........ 96
Анализ полученных результатов и рекомендации
по их применению на производстве , , , , . , . 109
JafcUjU,iJpi ,,................., JLJLaJ
-» 4 ~* ПАВІ У. ЭКШШМЧШШ WJSSk ШЧ^ОПйШШ ДЗШ 1ЩГ@-
f mm сяш к посеву і тттжш штшшшж
ШШШШХ ЭШ СМ В СШЬСКСЖШЯЙСШШММ 1Р~ ИЗВОДОТВЕ .. .113
Экжмач@окая эЦектавшеть СШЧ-уеташвки для ij[rfвей еешн к нееву 113
%енжа надвжнети дащ&іьежй ЄЩ~уе$швкж . .... 119 ВИВШИ 121
щш выведи і ржшшшвди ................ 122
ЖПРЮТА . 124
ИШСШВ . . 138
Введение к работе
При производстве продовольствия во всех промышленнораз-витых странах большая роль отводится правильно сбалансирован** ношу рациону питания населения в котором свое определенное место занимает продукция растениеводства как источник многих необходимых человеку витаминов, Сахаров, растительных жиров и других веществ.
По данным статистических исследований /2,3/ в наше! стране потребление овощных и бахчевых продуктов на 25-30 % ниже чем в промышленноразвитых странах <Ш1А, Япония) ж на 10-20 % ниже чем в других (Польша, Болгария)« Необходимо отметить так* же, что страны Восточной Европы (Польша, Венгрия, Болгария) в последнее время проводят политику самообеспечения сельскохозяйственными продуктами, что позволило им не только сократить импорт, но и увеличить экспорт продовольствия, а также улучшить его качество и ассортимент в котором большую часть занимают консервированные и свежие овощи Д/.
Улучшение снабжения продовольствием населения нашей страны невозможно без наращивания его производства. В тоже время эту задачу необходимо решать в условиях постоянного сокращения посевных площадей. Так за период с 1980 по 1990 годы площадь занимаемая овощными культурами сократилась на 700 тыс. гектаров и эта тенденция продолжает сохраняться* Оледует отметить также, что в последнее время для получения I % прибавки урожая требуется 2,5 $ прироста антропогенных затрат /4/. Поэтому, проводить интенсификацию растениеводства нужно с наименьшими затратами, что возможно путем применения высококачественного посевного материала.
Качественный семенной материал должен иметь высокую всхожесть и быть свободным от возбудителей болезней семян, К причинам вызывающим снижение всхожести семян относится состояние глубокого органического покоя особенно сильно проявляющегося на овощных культурах. Эта особенность развития была внработа» на растениями за годы эволюции в качестве защитного механизма от неблагоприятных внешних условий. При промышленном производстве продукции эта особенность вызывает завышение нормы высева семян, увеличивает затраты на дополнительные агротех~ нические обработки связанные с прореживанием всходов и затруд** няет интенсивное возделывание растений. Кроме этого, семена ж растения постоянно подвергаются воздействию таких патогенных Факторов, как вредители и болезни. Особенно значительный ущерб наблюдается от фитопатогенов паразитирующих на целом ряде куль~ тур (зерновых, зернобобовых и овощных). Поэтому, недостаточное внимание к мерам борьбы с такими фитопатогенами» как, например пыльная головня, альтернариоз приводит к снижению урожайности до 20-30 %9 а иногда и к полной потере урожая /23/.
На настоящее время разработан широкий спектр химических средств влияющих на урожай сельскохозяйственных культур. Это и ростстимулирующие вещества и азотистые соединения служащие . строительным материалом для белка, но это и пестициды применяемые для протравливания от семенной инфекции и против вредителей семян, В большинстве случаев это сложные химические соединения устойчивые к внешним воздействиям (воздух, солнечное излучение, вода и пр.) и не разлогающиеся в природе даже в течении многих лет, Эти химические соединения включаются в кругооборот веществ на планете і будучи смертельно опасными для человека и животных распространяются по всей биосфере,
как было например с применявшимся в Соединенных Штатах, а затем и в других странах известным ядохимикатом ЖГ ДЗ/.
Все это осложняет и без того непростую экологическую обстановку как на всей планете так и у нас в стране. Поэтому научные изыскания в этой области были направлены на исследование физических воздействии наиболее близких к природным факторам и эффективно влияющим на качество посевного материала* Так некоторыми исследователями /5/ был измерен биопотенциал семян при прорастании* Установлено, что семя илучает электромагнитные поля (ЭШ) частотой от 30 МГц до 300 М1щ, Авторы объясняют это изменением внутренних связей в клетках, носящих электромагнитный характер. Подобные работы объясняют тот широкий интерес к электромагнитным полям различной частоты ж мощности, который проявляют к ним исследователи как к фактору положительно влияющему на рост и развитие растений /6/. Следу* ет отметить также, что ЭШ являются экологически чистым приемом воздействия на семена и стоят наиболее близко к природным излучениям с которыми в процессе эволюции у растений возник симбиоз.
В ряде исследовательских работ рассматривалось применение ЭШ сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона для решения вопросов борьбы с семенами сорных растений в почве /7,8/, дезинсекции семян от вредителей /9/, обеззараживания тепличных грунтов от вредной микрофлоры /10/, стимуляции прорастания дренированных семян ДІ/. Применялось ЭМ1 СВЧ непрерывного генерирования и для обработки предварительно увлажненных семян зерновых культур от поверхностной инфекции /12/.
Большинство авторов детально рассмотрели вопросы термического влияния СВЧ-энергии на семена, но осталось недостаточ-
но изученным нетепловое электродинамическое действие мощных амплитудно-модулированных шлей.
Целью настоящей работы является исследование и разработ»* ка способов и технических средств технологической подготовки семян к посеву, с целью снятия состояния покоя и дезинфекции седан энергией импульсного электромагнитного поля СВЧ, Работа выполнялась в соответствии с Постановлением ЮТ ССОР 1 552 от-Н.04.St проект В 96 "Разработка экологически чистих сно-собов снижения потерь сельскохозяйственной продукции с использованием СВЧ-энергйи",
Дня достижения поставленной цели были сформулированы еле-* дующие научные задачи:
анализ существующих способов снятия состояния глубоко** го органического покоя у семян овощных культур и методов де-зинфещии семян от болезней;
теоретический анализ электродинамических вопросов рас-пространения электромагнитного импульса в слое семян с учетом их исходной влажности;
теоретический анализ микроволнового нагрева семян импульсным ЭМИ СВЧ с учетом исходной влажности;
разработать и испытать технические средства для обработки семян импульсным ЭЩ СВЧ;
исследовать влияние импульсных ЭЩ СВЧ на: всхожесть семян овощных культур, угнетение патогенных факторов (пыльная головня, альтернарий);
разработать способы импульсной ОВЧ-обработки семян, позволяющие: снять состояние покоя у семян овощных культур; осуществить обеззараживание семян от болезней (пыльная головня, альтернариоз).
— У ""*
- провести экспериментальные исследования по обработке семян импульсным MI GM, дать технто-экономичеекую оценку метода,
В работе использованы теоретические методы электродинамики GB1» термодинамики, теория активного планирования эксперимента» математическая статистика и регрессионный анализ» а также измерительная техника. Расчеты проводились с применением ЭШ.
В главе I: Проведен анализ причин вызывающих состояние глубокого органического покоя у семян. Рассмотрены химические» биологические и физические способы подготовки семян к посеву и отмечены их недостатки. Показана недостаточная изученность воздействия импульсных ЗіП СВЧ на семена и отсутствие технических средств для проведення исследований.
В главе 2 г Описана методика проведения исследований диэлектрических характеристик семян в зависимости от влажности. Измерения были проведены путем определения коэффициента отра** жения СВЧ волны от границы раздела воздух-диэлектрик и коэффициента прохождения через слой семян. Измерения проводились на частоте 9000*1000 МГц.
В главе 3: Проведены теоретические исследования взаимо ~ действия ЭШ СВЧ со слоем семян ограниченный металическим экраном. Решены вопросы распространения электромагнитного сверх** высокочастотного импульса в материале. Получены зависимости толщины обрабатываемого материала от влажности при постоянном значении напряженности ЭШ в слое семян. Рассмотрено термическое воздействие ЭШ на семена и решена задача диэлектрического нагрева семян. Показаны отличительные особенности нагрева семян в амплитудно-модулированном ЭМЙ СВЧ по сравнению с
полем непрерывного генерирования. Даны рекомендации новыбору объемного резонатора в качестве рабочего органа для импульс* ной СВЧ-уетановки, что позволит обеспечить равную дозу воздей** ствия для семян во время обработки*
В главе 4; Описана разработанная и испытанная эксперимен-тальная импульсная СВЧ-установка периодического действия. Проведены экспериментальные исследования по воздействию ЭМП СВЧ на семена овощных и зернобобовых культур, а также на возбудителей болезней (пыльная головня, альтернарий), Разработан способ предпосевной обработки семян находящихся в состоянии глубокого органического покоя импульсным электромагнитным по-* лем СВЧ» Получены оптимальные режимы обеззараживания семян от пыльной головни и альтернариоза ЭМП СВЧ, Получено техническое решение позволяющее создать СВЧ-установку требуемой производительности.
В главе 5: Дана оценка технико-экономической эффективности экспериментальной СВЧ-установки и произведен расчет е надежности.
Реализация результатов исследовани|: Созданная эксперт ментальная СШЧ-установка была внедрена в ЖЩ *Агрокомплекся при колхозе-шгемзаводе "Ленинский луч" Красгорского района Московской области. Полученные в резултате проведенных исследований рекомендации по СВЧ-обработке семян были внедрены в колхозе им. Ленина Зерноградского района Ростовской области,
- Основные положения и результаты исследований обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов Московского института инженеров им, В,П,Горячкина (Москва, 1990-1992 г.), на Всесоюзной УІ научно-практической конференции "Применение СВЧ
- II -
энергии в технологических процессах и научных исследованиях" (Саратов, I99E г,), на научно-технической конференцщ ВНИШИМЭСХ по итогам исследований 1990 года (Зерноград, I99E г.).
Работа выполнена на кафедре автоматизации сельскохозяйственного производства Московского ордена Трудового Красного Знамени института инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П. Горячкина. Биологические исследования проведены совмесно с ВНЙИССОК и ВШИЗЖ.
На зашиту выносится:
Способ предпосевной обработки семян находящихся в состоянии глубокого органического покоя энергией ЭМИ СВЧ.
Математическая модель взаимодействия импульсного ЭМИ СВЧ с семенами.
Математическая модель СВЧ-нагрева семян при обработке импульсным электромагнитным полем,
Результаты экспериментальных исследований и рекомендации по обоснованию оптимальных режимов СВЧ-обработки для снятия покоя у семян овощных и дезинфекции семян зернобобовых культур от пыльной головни и альтернариоза.
