CC BY
70
УДК 595.764
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
ДЛЯ ДЕЗИНСЕКЦИИ ЗЕРНА
А. А. Мищенко 1 А. Т. Куцан 1
О. А. Малинин 1
Б. Т. Стегний 1 В. А. Кутовой А. В. Присный 3
Национальный научный центр «Институт экспериментальной и клинической ветеринарной медицины». Украина, Харьков
Национальный научный центр «Харьковский физикотехнический институт» НАН Украины
Белгородский государственный университет, Россия, Белгород
E-mail: кutovoy@kipt. kharkov. ua
Представлены результаты исследований физического способа подавления биологической активности членистоногих (Аrthropoda): насекомых (Inseсta), паукообразных (Arachnoidea), клещей (Acarina -Асаriformes). Разрабатываемый метод дезинсекции зерна основан на облучении его электромагнитным полем. При реализации высокочастотной технологии в камере облучения создаются предпосылки для уничтожения амбарных вредителей. Высокая эффективность уничтожения вредителей зерна достигается при полной экологической безопасности данного метода.
Ключевые слова: зерно, амбарные вредители, дезинсекция, высокочастотное электромагнитное поле.
Введение
Эколого-фаунистические исследования зернохранилищ, комбикормовых заводов, элеваторов и зерноперерабатывающих предприятий Украины и юга России дали возможность выявить более 100 видов связанных с ними членистоногих. Наиболее распространенными являются долгоносики (СигсиИоп1с1аё), чернотелки (ТепеЬпоп1с1аё), притворяшки (Рйп1с1аё), кожееды (Оегтезйс1аё), точильщики (АпоЬНёае), а также настоящие моли (Т'те'Саё). В результате жизнедеятельности членистоногих, теряется до 30 % зерна. Загрязненное зерно может содержать значительное количество токсических веществ: кантаридин, микотоксины, соли мочевой и щавелевой кислот и др., которые могут быть причиной тяжелых хронических заболеваний и даже гибели человека и домашних животных.
Защита собранного урожая зерновых культур от вредных насекомых относится к разряду мировых проблем. В настоящее время она решается в основном химическим способом, который входит в противоречие с экологическими требованиями к зерно-продуктам.
Химическая дезинсекция внутренней поверхности хранилищ, зерна, территории зерноперерабатывающих предприятий проводится по технологии контактного воздействия при помощи химических препаратов. После такой обработки, продукция длительное время содержит остатки химических веществ и может использоваться после того, как их концентрация станет ниже МДУ (максимально допустимого уровня). В соответствии с международными соглашениями наличие в зерне остатков пестицидов полностью исключает возможность его экспорта.
Химический способ обработки зерна фостоксином представляет потенциальную опасность для здоровья животных. Заболевания и гибель животных, которым скармливали зерно, не прошедшее установленного режима дезактивации, наблюдались достаточно часто. Проведенные нами опыты подтвердили, что при скармливании лабораторным животным (белые мыши) зерна, дезактивированного в течение 10 суток, наблюдается гибель 80—100 % подопытных животных. При современных технологиях перевозки и обработки больших масс зерна создается реальная угроза его недостаточной дезактивации и, следовательно, не только потери продуктивности, но и гибели живот-
ных. Отсутствие у насекомых постоянной температуры тела и зависимость их жизни от температуры окружающей среды позволяют использовать в качестве средств борьбы с ними температурный фактор. Тот факт, что молекулы воды, входящей в состав всех биологических объектов, полярны, делает их чувствительными к электромагнитному полю. Степень нагревания живого тела электромагнитным полем зависит от количества содержащейся в нём воды. Содержание воды в телах насекомых значительно выше, чем в зерне или продуктах его первичеой переработки, поэтому скорость их нагрева будет выше. Избирательный перегрев насекомого в зерне до температуры 48-60 °С вызывает его гибель. Высокочастотная технология обработки кормов и продуктов с целью уничтожения микрофлоры и фауны наиболее привлекательна, так как не приводит к загрязнению зерна [1, 2]. Изучение воздействия электромагнитного поля на насекомых свидетельствует о том, что в данном случае летальность у насекомых непосредственно коррелирует с длительностью экспозиции [3, 4].
Насекомые, имеющие более высокую структурную организацию организма, сильнее подвержены воздействию энергии высокочастотного излучения и прогреваются практически мгновенно, в то же время зерно не успевает нагреться до критических температур. Летальный исход у насекомых, связываемый обычно с поражением нервной системы, во многом зависит от используемых частот и напряженности электромагнитного поля. Установлено, что при относительно небольших дозах высокочастотного излучения наблюдается стерилизация самцов, что приводит к нарушению размножения популяции в биотопе [5]. Высокочастотная энергия разной интенсивности вызывают нарушение структуры и функции нервных клеток, которые не всегда интерпретируются как чисто тепловые. Наиболее отчетливо реакции клеток мозговой ткани проявляются в случаях использования импульсного излучения в диапазоне частот 150-450 МГц и частотой следования импульсов 1-50 Гц при поверхностной плотности высокочастотного излучения Ф = 0.1-1 МВт/см2 [6, 7].
Результаты исследования
С целью уничтожения вредителей проведен комплекс научноисследовательских работ, направленный на создание высокочастотного метода обработки зерна. Мощность, которая передается электромагнитным полем к материалу, пропорциональна частоте, квадрату напряженности поля и коэффициенту диэлектрических потерь. Высокочастотная мощность Wn, поглощается зерном Щ, и амбарной фауной Щ.
Wn = W + W2 = к • f • (E¡ • tgS + E • tg¿2), [1],
где Ei и E2 — напряженности электрического поля в зерне и в амбарной фауне;
k = 5,561.10- 11 - постоянная затухания, f — частота электромагнитного поля, Гц;
Si и 82 — углы диэлектрических потерь в зерне и амбарной фауне.
Температура материала, который обрабатывается высокочастотным электромагнитным полем, растет со скоростью [8].
dT Р
— = 0,239-^ (2)
dt ср
где Т - температура нагревания тела, К; t - время, с; Рпогл - поглощаемая мощность,
т, Дж кг
Вт; с —теплоемкость материалу,--------; р — плотность материалу, —-.
г • град м
Из результатов исследования установлено, что на частоте 2450 МГц при удельной мощности поглощения зерном 0.82 Вт/см2 в непрерывном режиме происходит 100% гибель насекомых, влажность зерна 14% (рис. 1).
При этом максимальная температура нагревания зерна с влажностью 14% не превышала 400С (рис. 2).
Удельная мощность поглощения энергии зерном, Вт/кв.см
Рис. 1. Объяснения в тексте
Т, °С
Рис. 2. Объяснения в тексте
На рис. 3 приведено изменение температуры зерна влажностью 14% от времени, мощность излучения электромагнитного поля частотой 2450 МГц, соответствовала
0.82 Вт/см2, режим облучения непрерывный. 100 %-ная гибель насекомых в зерне влажностью 14% происходит после 90 сек облучения высокочастотным полем частотой 2450 МГц, мощность излучения электромагнитного поля 0.82 Вт/см2 (рис. 4).
о
та
а
й
Л
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100 -1
^ 90
й 80 ■ /
8 70 - /
° 60 - /
о 50 -а /
и 40 - ь /
ч 30 - е /
я 20 - /
1 1 1 1 1 1—1 10 -0 ■ /
60 90 120
Время (Т), сек.
Рис. 3. Объяснения в тексте
0 30 60 90
Время (Т), сек.
Рис. 4. Объяснения в тексте
120
Зависимость поглощения высокочастотной мощности зерном в зависимости от влажности приведена на рис.5, время облучения 120 сек. Измерения показывают, что с уменьшением влажности зерна происходит убывание поглощения высокочастотной мощности зерном.
Летальность у насекомых коррелиро-валась с экспозицией. Повышение экспозиции обработки зерна с 5 до 45-90°С. способствовало увеличению количества погибших насекомых с 68 до 100%. Таблица 1. Температура зерна при этом не превышала 40-50°С.
Рис. 5. Объяснения в тексте
Влажность, %
Также проводились исследования воздействия электромагнитного излучения с частотой 47.7 МГц в импульсном режиме на амбарных вредителей. При использовании генератора электромагнитного излучения для дезинсекции зерна с частотой 47.7 МГц биологический эффект связан с мощностью потока излучения и амплитудой напряженности электромагнитного поля. Время экспозиции при этом практически не влияло на увеличение летального исхода среди насеко-
мых. Так, например, при увеличении напряженности электромагнитного поля с 5.5 до 8.5 и 10.5 кВ/см летальность насекомых увеличивалась при экспозиции 60 секунд. Следует отметить, что установка работала в импульсном режиме - 2 импульса в секунду. В то же время при и = 10.5 кВ/см увеличение экспозиции с 5 до 60 секунд практически не сказывалось на летальности в отношении насекомых (табл. 2).
Таблица 1
Воздействие высокочастотного излучения с частотой 2450 МГц на БИорИМив дгапапив. Характер излучения непрерывный
№п/п Экспозиция сек. Удельная мощность, Вт/см2 Смертность(%)
1 5 2.8 63.8
2 10 2.8 80.0
3 15 2.8 83.0
4 30 2.8 97.1
5 60 2.8 100
6 90 1.0 100
Таблица 2
Действие высокочастотного излучения с частотой 47.7 МГц на амбарных вредителей вида БИорИМив дгапапив. Характер излучения — импульсный,
с частотой следования 2 имп/с
№ п/п Экспозиция, сек. и, кВ/см Интенсивность потока энергии, Дж/см? в импульсе Уровень смертности вредителей, %
1 5 10.5 0.940 85.5 + 8.0
2 10 10.5 0.940 96.2 + 2.7
3 20 10.5 0.940 89.3 + 8.9
4 60 10.5 0.940 71.3 + 11.8
5 60 8.5 0.615 53.8 + 4.4
6 60 5.5 0.254 42.5 + 28.9
7 5 12 1.08 95
8 5 15 1.2 100
Приведенные в табл.2 данные дают основание для предположения о том, что увеличение напряженности электромагнитного поля до 12-15 кВ/см на частоте 47.7 МгЦ позволит уничтожить до 95-100 % членистоногих, обитающих в массе зерна. Зерно при этом практически не нагревается.
Заключение
Высокочастотная технология обработки зерна позволяет вести борьбу со многими вредителями кормов и является наиболее безопасным способом с экологической точки зрения.
Результаты исследования показывают, что для успешной дезинсекции зерна на частоте 2450 МГц необходима удельная мощность поглощения 0.8-1 Вт/см2, при этом продолжительность обработки должна быть не более 90 секунд. С увеличением высокочастотной мощности можно уменьшит время облучения.
Различные диапазоны высокочастотного излучения отличаются по характеру биологического воздействия на членистоногих. При воздействии электромагнитного поля на частоте 47.7 МгЦ в импульсном режиме наблюдается коррелятивная зависимость между уровнем смертности и используемой амплитудой высокочастотного излучения. Экспозиция (время воздействия) может быть достаточно короткой — в пределах 5-10 секунд.
Высокочастотная энергия — это удобный источник энергии для промышленной дезинсекции зерна.
Литература
1. Малінін О.О., Міщенко О.О., Куцан О.Т., Пономаренко О.В., Кутовий В.О. Дослідження можливості електромагнітної дезинсекціїї зерно продукції. Журнал Ветеринарная медицина. - 2005. - Т. 1. - № 85. 2005. - С. 744-748.
2. Basteev A.V., Bazyma L.A., Kutovoy V.A.. Complex High-Frequncy Technology for Protection of Grain Arain Against Pests // Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energi. -2000. - Vol. 35. - № 2. - P. 179-184.
3. Бастеев А.В, Базыма Л.А., Кутовой В.А. и др. Высокочастотная технология зашиты зерна // Защита и карантин растений. - 2000. - № 1. - C. 38-39.
4. Ваstееv A.V., Ваzуmа L.A., Кutovоу V.A., Сотр!ех High-Frequency Тесhnology for Ргоtесtion оf Grain Arain Against Pеsts // Jоurпаl of Microwave Роwer and Electromagnetic Energi. - 2000. - Vol. 35, № 2. - P. 179-184.
5. Влияние СВЧ-излучений на организм человека и животных. - Л.: Медицина, 1970. - 230 с.
6. Исмаилов Э.Ш.. Биофизическое действие СВЧ-излучений. - М.: Энергоиздат, 1987. - 220 с.
7. Кудряшов Ю.Б.. Биофизические основы действия микроволн. - М: МГУ, 1980. - 160 с.
8. СВЧ - энергетика. - М.: Мир, 1971. - 272 с.
STUDY OF A POSSIBILITY OF APPLICATION OF HIGH-FREQUENCY RADIATION
FOR DESINSECTION OF GRAIN
A. A. Mistchenko 1 A. T. Kutsan 1 O. A. Malinin 1
B. T. Stegny 1 V. A. Kutovoy A. V. Prisny 3
The results of researches for a physical way of suppression of biological activity of arthropods (Arthropoda), insects (Insecta), Arachnida class (Arachnoidea) - Acarina order (Acarina -Acariformes) are submitted. The method of disinsection of grain under development is based on the irradiation of grain by an electromagnetic field. At realization of a high-frequency technology in the chamber of irradiation the preconditions for the destruction of granary pests are created. A high efficiency in the destruction of the pests of grain is reached in common with a complete ecological safety of the given method.
1 National centre of science «Institute of experimental and clinical veterinary medicine». Ukraine, Kharkov
2 National centre of science «Kharkov
institute of physics and technology» NAS of Ukraine
3 Belgorod State University, Pobedy St., Belgorod, 308015, Russia
E-mail: кutovoy@kipt. kharkov. ua
Key words: grain, granary pests, disinsection, high-frequency electromagnetic field.
