CC BY
184
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практический журнал
УДК 537.531:638.157
DOI: 10.31279/2222-9345-2019-8-34-4-7
С. А. Андреев
Andreev S. A.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ БОРЬБЫ С ВАРРОАТОЗОМ ПЧЕЛ
UTILIZATION OF ELECTRIC FIELDS FOR FIGHTING WITH VAROATHOSIS BEES
Раскрыта этиология варроатоза - опасного клещевого заболевания пчел. Отмечена недостаточная эффективность известных методов борьбы с варроатозом. Проанализирован тепловой метод воздействия на пораженных пчел и сделан вывод о перспективности его реализации в сочетании с применением внешних электрических полей. На основе анализа селективного влияния сверхвысокочастотного электромагнитного поля на объекты разных геометрических размеров показана возможность достижения избирательного эффекта при нагреве пчел и клещей. С учетом фактических размеров обрабатываемых объектов определено, что максимальная селективность воздействия достигается при частоте поля 22...25 ГГц. Поскольку клещи располагаются на телах пчел, на момент воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного поля их необходимо отделить. Для этого предложено использовать второе электрическое поле с частотой 450.550 Гц. Низкочастотное воздействие приводит пчел в состояние повышенной двигательной активности, сопровождающейся временным отделением клещей.
Техническую реализацию способа борьбы с варроатозом предложено осуществлять с применением сверхвысокочастотного генератора, выходные сигналы которого промодулированы низкочастотными колебаниями по амплитуде.
Ключевые слова: пчеловодство, клещ, варроатоз, термообработка, электротехнология, амплитуда, частота, модуляции, селективность.
The article discloses the etiology of varroatosis - a dangerous tick-borne disease of bees. The lack of effectiveness of the well-known methods of dealing with varroa is noted. The thermal method of influence on the affected bees was analyzed and a conclusion was made on the prospects for its implementation in combination with the use of external electric fields. Based on the analysis of the selective effect of the superhigh-frequency electromagnetic field on objects of different geometrical sizes, the possibility of achieving a selective effect when bees and acarids are heated is shown. Taking into account the actual size of the processed objects, it was determined that the maximum impact selectivity is achieved at a field frequency of 22...25 GHz. Since the mites are located on the bodies of bees, they must be separated at the time of exposure to the ultra-high-frequency electromagnetic field. For this, it is proposed to use the second electric field with a frequency of 450...550 Hz. Low-frequency exposure leads bees to a state of increased motor activity, accompanied by temporary separation of acarids.
The technical implementation of the anti-varroatosis method has been proposed using a microwave generator, the output signals of which are modulated by low-frequency oscillations in amplitude.
Key words: beekeeping, acarid, varroatosis, heat treatment, electrical technology, amplitude, frequency, modulation, selectivity.
Андреев Сергей Андреевич -
кандидат технических наук, доцент,
заведующий кафедрой автоматизации и роботизации
технологических процессов
ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева» г. Москва
РИНЦ SPIN-код: 8453-6024
Тел.: 8-906-783-71-60
E-mail: energo-andreev@rgau-msha.ru
Andreev Sergey Andreevich -
Ph.D of Technical Sciences, Associate Professor,
Head of the Department Automation
and Robotization Technological Processes
FSBEI HE «Russian State Agrarian University -
Moscow Agricultural Academy
named after K. A. Timiryazev»
Moscow
RSCI SPIN-code: 8453-6024
Tel.: 8-906-783-71-60
E-mail: energo-andreev@rgau-msha.ru
Варроатоз - тяжелое клещевое заболевание пчел, вызванное клещом Варроа, пришедшее в Европу из Индии и Китая и поразившее в массовом порядке пчелосемьи РФ. Клещи Варроа размещаются на телах медоносных пчел, питаются их гемолимфой и вызывают ослабление и последующую гибель особей. В зимнее время года, когда численность пчел в пределах улья не увеличивается, клещи продолжают размножаться. Поэтому вероятность гибели пчелосемьи становится недопустимо высокой, а для сохранения пчел работникам пасек необходимо принимать меры по уничтожению клещей.
Несмотря на более чем сорокалетнюю историю распространения варроатоза и появле-
ние нескольких сотен способов борьбы с ним, на сегодняшний день это инвазионное заболевание остается главной угрозой развитию пчеловодства [1]. Разработка новых способов борьбы с варроатозом осуществляется одновременно по нескольким направлениям, основу которых составляют химические и физические воздействия [2].
Рассматриваемый в настоящей статье способ борьбы с варроатозом с применением электрических полей представляет собой разновидность физического подхода. Интерес к разработке этого способа обусловлен такими преимуществами, как безынерционность, регулируемость в широких пределах, возможность варьирования несколькими параметрами, реализуемость
в
естник АПК
Ставрополья
№ 2(34), 2019
Агроинженерия
5
совместно с другими приемами и полная безвредность к продуктам пчеловодства.
Идея использования электрической энергии для борьбы с варроатозом пчел не нова. В большинстве известных электротехнологических приемах электрическая энергия преобразуется в тепловую форму для обеспечения термической обработки пчелосемьи. Таким образом, эти способы борьбы с варроатозом представляют собой разновидность тепловой обработки, заключающейся в выдерживании пораженных пчел при температуре 42...45 °С в течение 15...20 мин [3]. Как правило, преобразование электрической энергии в тепловую производится либо в проводниках при протекании по ним электрического тока, либо с помощью инфракрасных излучателей.
Несколько обособленное положение занимают способы теплового воздействия, при которых температура в замкнутом пространстве повышается биологическим образом. При этом источником тепловой энергии являются сами пчелы, которые за счет внешнего раздражителя переводятся в возбужденное состояние, сопровождающееся повышением двигательной активности и увеличением температуры. В качестве раздражителя могут быть использованы некоторые химические препараты, а также электрическое воздействие. Механизм биологического воздействия электрических полей на пчел на протяжении нескольких десятилетий достаточно глубоко исследовался Е. К. Есь-ковым. Им было доказано, что внешнее электрическое поле способно различным образом влиять на поведение пчел, обусловливая успокаивающий или возбуждающий эффект [4]. Помимо воздействия электрического поля, на организм пчел могут оказать влияние малые токи, протекающие через их тела от внешнего источника при образовании электрической цепи. На этом явлении был основан способ борьбы с варроатозом, запатентованный учеными Нижегородского государственного педагогического университета в 2006 году [5]. Вместе с тем при практическом использовании этого способа выявились некоторые его недостатки. Например, низкая эффективность, связанная со случайным (негарантированным) воздействием электрической энергии на пчел. Известно, что интенсивность действия электрической энергии на биологические организмы существенно зависит от переходного сопротивления в точках ее подведения. Оно определяется площадью и состоянием контакта, местом и усилием соприкосновения с токопроводящи-ми элементами. Следует признать, что на практике пчелы находятся в постоянном движении, при котором предсказать место расположения отдельной пчелы практически невозможно. Кроме того, поверхность токопроводящих рамок всегда загрязнена продуктами жизнедеятельности насекомых, что сильно сказывается на переходном сопротивлении. Количественные характеристики перечисленных факторов
носят довольно неопределенный и вероятностный характер, вследствие чего эффект воздействия электрической энергии непостоянен и трудно прогнозируем.
Новый способ борьбы с варроатозом пчел разработан с целью устранения перечисленных недостатков и основан на бесконтактном воздействии электрического поля на пораженную пчелосемью. Способ заключается в воздействии на пчел, находящихся в улье, электрической энергией, в качестве которой используется амплитудно-модулированный сигнал с низкочастотной (от 450 до 550 Гц) и высокочастотной (от 22,7 до 25,5 ГГц) составляющими. В процессе обработки напряженность электрического поля амплитудно-мо-дулированного сигнала не должна превышать 200 В/см, а продолжительность воздействия на пчёл - 15 минут [6].
Теоретическим обоснованием нового способа могут послужить нижеприведенные рассуждения по механизму воздействия электрических полей на пчел и клещей.
Из курса радиобиологии известна зависимость интенсивности воздействия высокочастотной энергии на диэлектрические объекты от их геометрических размеров [7]. Указанная зависимость обычно изображается графиком, представленным на рисунке. График отражает функцию эффективной поглощающей поверхности сферы (со свойствами биологического объекта) от величины отношения удвоенного произведения ее радиуса г и числа л (что по существу является длиной окружности этой сферы, обозначаемой в дальнейшем символом Ь) к длине волны 1 излучения. Из графика видно, что эффективная поглощающая поверхность 5, а следовательно, и величина поглощенной при прочих равных условиях энергии существенно зависят от отношения величины Ь к величине 1. Очевидно, что при одинаковой интенсивности облучения и длине волны сферические тела различных радиусов будут отличаться по величине удельного поглощения.
Рисунок - Зависимость эффективной поглощающей поверхности сферы от геометрических размеров облучаемого объекта и длины волны
6
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
На рассматриваемом графике можно выделить три характерные области:
1) область (1) малых величин Ь и 5;
2) область (2) промежуточных значений Ь, где 5 имеет значительные колебания;
3) область (3) больших значений Ь, при которых 5 стремится к некоторому постоянному пределу.
Область (1), определяемая границей г < 0,05 1, характеризуется слабым взаимодействием волны с облучаемыми объектами. В области (2) взаимодействие волны с биообъектом в существенной степени зависит от геометрических размеров последнего. В этом случае даже небольшие колебания размеров биообъекта могут значительно повлиять на количество поглощенной им энергии. Наконец, в области (3), при г > 0,3 1 удельное поглощение энергии ввиду асимптотического поведения 5 монотонно убывает.
По рассмотренной зависимости можно подобрать длину волны (и соответственно частоту) высокочастотной составляющей электрического поля, соответствующей максимальному поглощению энергии клещами и не оказывающей заметного влияния на пчел.
Известно, что геометрические размеры тел клещей составляют примерно 1,00*1,7*1,6 мм, а средние размеры тел рабочих пчел, образующих основную часть пчелиной семьи, -13,0*4,20*4,30 мм. Допуская сферообразные формы тел пчел и клещей, величины радиусов эквивалентных сфер будут гх = 6 мм (для пчел) и г2 =1,2 мм (для клещей) [8].
Пусть эффективная поглощаемая поверхность клеща максимальна (на участке 2) и соответствует значению 3,5 (в относительных единицах). Последнему будет соответствовать значение абсциссы - 0,568. Из соотношения 2п г = 0,568 можно определить длину вол-X
ны: 1 = 1,32 см (или частоту / = 22,7 ГГц). При
этой длине волны абсцисса 2кГ2 для пчелы со-
X
ставит величину 2,84. Тогда по графику можно определить, что тело пчелы сможет поглотить энергию, соответствующую только 0,94 относительной единицы, что будет меньше энергии, поглощенной телом клеща, в 3,7 раза.
На участке (2) примерно при значении абсциссы, равном 0,7, рассматриваемая кривая свою монотонность утрачивает. На участке (3), а также правее значения абсциссы, равного 0,7, на участке (2) возможно проявление обратного эффекта, то есть повышенное поглощение энергии телом пчелы. Поэтому при при-
нятых радиусах эквивалентных сфер пчелы и клеща использование высокочастотного электрического поля целесообразно на частотах от 22727 МГц (22,7 ГГц) до 25500 МГц (25,5 ГГц).
Вместе с тем известно, что селективность поглощения энергии поля в зависимости от геометрических размеров биологических объектов в основном распространяется на объекты, находящиеся в свободном (взвешенном) состоянии. На практике же клещи Варроа, как правило, прочно закрепляются на телах пчел и селективность поглощения энергии поля обусловливается исключительно за счет образования своеобразных выпуклостей. Гораздо большая селективность воздействия наблюдается хотя бы при кратковременном отделении клеща от тела пчелы. Поэтому для эффективного отделения клещей целесообразно использовать и низкочастотную составляющую амплитуд-но-модулированного сигнала электрического поля, вызывающую существенное повышение двигательной активности пчел. При этом происходит массовое осыпание клещей, так как известно, что повышение двигательной активности пчел обусловливает их стряхивание. Воздействие низкочастотной составляющей электрического поля амплитудно-модулиро-ванного сигнала частотой 450.550 Гц вызывает быстрое повышение двигательной активности пчел, а последующее уничтожение клещей достигается влиянием высокочастотной составляющей. Экспериментально установлено отсутствие отрицательных последствий при воздействии на пчел энергией электрического поля в течение 10.15 минут. При многократном повторении обработки эффект привыкания не наблюдался.
Описанный способ может быть использован для борьбы с другими клещевыми болезнями пчел.
Для эффективной борьбы с варроатозом в новом способе применяются одновременно два электрофизических фактора: низкочастотная составляющая электрического поля (с частотой 450.550 Гц) и высокочастотная составляющая (с частотой 22,7.25,5 ГГц). При этом напряженность электрического поля не должна превышать 200 В/см и находиться в диапазоне 50.180 В/см. Энергия низкочастотного (низкочастотной составляющей) поля возбуждает пчел, повышает их двигательную активность и обусловливает стряхивание клещей, а энергия высокочастотного (высокочастотной составляющей) поля селективно воздействует на клещей, вызывая их интенсивный нагрев и гибель.
Литература
1. Киреевский И. Р. Болезни пчел. М. : АСТ ; Донецк : Сталкер, 2006. 303 с.
2. Богомолов К. В., Яранкин A. В., Яран-кин В. В. Варроатоз пчел. Практические особенности применения современных методов борьбы. Рязань : Рязанская областная типография, 2014. 64 с.
References
1. Kireevsky I. R. Diseases of bees. M. : AST ; Donetsk : Stalker, 2006. 303 p.
2. Bogomolov K. V., Yarankin A. V., Yarankin V. V. Varroatosis bees. Practical features of the use of modern methods of struggle. Ryazan : Ryazan Regional Printing, 2014. 64 p.
в
естник АПК
Ставрополья
№ 2(34), 2019
Агроинженерия
7
3. Яранкин А. В., Яранкин В. В. Уничтожение клеща Varroa destructor методом тепловой обработки. Рязань : Рязанская областная типография, 2017. 112 с.
4. Еськов Е. К. Поведение медоносных пчел. М. : Колос, 1981. 184 с.
5. Пат. 2296465 Российская Федерация, МКП A 01 K 47/00 (2006.01); A 01 K 51/00. Вну-триульевый способ борьбы с варроатозом и нозематозом / Ягин В. В., Калашникова А. М., Хомутов А. Е. ; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный педагогический университет. № 2005116413/12 ; заявл. 30.05.2005 ; опубл. 10.04.2007, Бюл. № 10.
6. Пат. 2632862 Российская Федерация, МПК A 01 K 47/00 (2006.01), A 01 K 51/00. Способ борьбы с варроатозом пчел / Андреев С. А., Судник Ю. А., Загинайлов В. И. ; заявитель и патентообладатель Андреев С. А. № 2016130671 ; заявл. 26.07.2016 ; опубл. 11.10.2017, Бюл. № 29.
7. Ковач Р. М. Дозиметрия в исследованиях биологического действия радиоволн. Л., 1975. 237 с.
8. Бородин И. Ф., Андреев С. А. О возможности использования сверхвысокочастотного электромагнитного поля для борьбы с вар-роатозом пчел // Рациональная электрификация сельского хозяйства : сб. науч. тр. / МИИСП. М., 1984. С. 3-6.
3. Yarankin A. V., Yarankin V. V. The destruction of the Varroa destructor tick by heat treatment. Ryazan : Ryazan Regional Printing, 2017. 112 p.
4. Eskov E. K. The behavior of honey bees. M. : Kolos, 1981. 184 p.
5. Patent № 2296465 Russian Federation, MKP A 01 K 47/00 (2006.01); A 01 K 51/00. In-tra-shoulder method of dealing with varroa and nozematosis / Yagin V. V., Kalash-nikova A. M., Khomutov A. E.; applicant and patent holder Nizhny Novgorod State Pedagogical University. № 2005116413/12 ; announced 30.05.2005 ; published 04.10.2007, Bul. № 10.
6. Patent № 2632862 Russian Federation, IPC A 01 K 47/00 (2006.01), A 01 K 51/00 (2006.01) Method of fighting bee varroa / An-dreev S. A., Sudnik Yu. A., Zaginailov V. I. ; applicant and patent holder Andreev S. A. № 2016130671 ; announced 07.26.2016 ; published 11.10.2017, Bul. № 29.
7. Kovach R. M. Dosimetry in studies of the biological effects of radio waves. L., 1975. 237 p.
8. Borodin I. F., Andreev S. A. On the possibility of using the microwave electromagnetic field to control varroa of bees // Rational electrification of agriculture : collection of scientific proceedings / Moscow Institute of Agricultural Engineers. M., 1984. P. 3-6.
