CC BY
6УДК: 631.53.02
Кузьминов В. И.
Kuzminov V. I.
К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СЕМЯН КУКУРУЗЫ
QUALITY CONTROL CORN SEEDS
В основу для разработки экспресс-контроля качества семян нами положен эффект преобразования энергии миллиметровых волн в собственную тепловую энергию семян сельскохозяйственных культур. С этой целью были проведены эксперименты по определению влияния различных режимов технологического воздействия энергией миллиметровых волн на лабораторную всхожесть семян кукурузы, прошедших полный цикл подготовки к посеву и исследованию эффекта преобразования энергии миллиметровых волн семенами в собственную тепловую энергию. В результате проведенного поискового двухфактор-ного эксперимента по определения оптимального режима воздействия на семена кукурузы энергией миллиметровых волн на лабораторную всхожесть, показал, что наибольшим эффектом обладают воздействия при длине волны 4,9 мм и 5,6 мм и времени обработки 15 мин. Установлено, что технологическое воздействие энергии миллиметровых волн на семена кукурузы более 15 минут не повышает процент всхожести семян во всех трёх вариантах, а только увеличивает энергетические затраты на сам процесс.
В результате проведенных исследований эффективности преобразования энергии миллиметровых волн волн в тепловую энергию семян кукурузы, определено, что наибольшая эффективность преобразования энергии миллиметровых волн наблюдается при длине волны 5,6 мм. Таким образом, при длине волны равной 5,6 мм наблюдается наибольший процент всхожести и наибольшая эффективность преобразования энергии миллиметровых волн семенами кукурузы в собственную тепловую энергию. Данные параметры технологического воздействия энергии миллиметровых волн являются наиболее эффективными для семян кукурузы.
На основании проведенных исследований установлена возможность использования эффекта преобразования энергии миллиметровых волн семенами кукурузы в собственную тепловую энергию с целью разработки экспресс-контроля качества семян при оптимизации технологических параметров сепарации семян по группам биологической ценности.
Ключевые слова: качество семян, кукуруза, эффект преобразования, энергия миллиметровых волн, тепловая энергия.
The basis for the development of rapid quality control of seeds we put the effect of millimeter wave energy conversion in its own thermal energy. For this purpose, experiments were conducted to determine the effect of different modes of technological impact energy of millimeter waves on the laboratory germination of corn seeds and study the effect of conversion seed millimeter wave energy in its own thermal energy. As a result of experiments to determine the optimal mode of exposure to corn seeds millimeter-wave energy in the laboratory germination, it found to have the greatest effect exposure at a wavelength of 4.9 mm and 5.6 mm and the treatment time 15 min. It is found that the technological impact energy of millimeter waves for seed corn 15 minutes did not increase the percentage of seed germination in all three embodiments, only increases the energy consumption for the process.
The studies of energy conversion efficiency of millimeter waves thermal energy waves in corn seeds, it is determined that the highest energy conversion efficiency of the millimeter wave is observed at a wavelength of 5.6 mm. Thus, at a wavelength equal to 5.6 mm is observed, and the highest percentage of germination highest energy conversion efficiency of millimeter waves seed corn into its own thermal energy. These parameters influence of technological power millimeter waves are the most effective for maize seed.
Key words: quality seed corn, the effect of the conversion, energy, millimeter waves, heat energy.
Кузьминов Владимир Ильич -
инженер,
Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь Тел.: 8(928) 319-16-01 E-mail: ilichvova87@yandex.ru
Kuzminov V. I. -
engineer,
Stavropol State Agrarian University Stavropol
Тel.: 8(928) 319-16-01 E-mail: ilichvova87@yandex.ru
Рентабельность аграрного производства находится в прямой зависимости от урожайности сельскохозяйственных культур, на которую в значительной степени влияет качество посевного материала. Семена с высокими сортовыми и посевными качествами позволяют увеличить прирост урожая [1].
Качество семян предназначенных к посеву устанавливается ГОСТом, основным показателем которого является всхожесть семян. Семена
прошедшие полный цикл подготовки к посеву и соответствующие ГОСТу, тем не менее, являются различными по качеству, т.к. опыление соцветий и созревание семян в пределах одного растения происходит в различные сроки.
На территории Северного Кавказа из-за часто повторяющейся засухи, вызываемой не только абсолютным недостатком осадков, но и неравномерным их распределением в течение вегетационного периода, суховеев и ветровой эрозии
42
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Ставрополья
научно-практическии журнал
значительная часть урожая к моменту уборки не вызревает, вследствие чего почти 50 % заготовляемых семян непригодны к посеву [2].
Посевы кукурузы общей площадью около 1 млн. га сосредоточены, в основном, на Северном Кавказе (единственном из районов России, который по природным условиям сравним со знаменитым «кукурузным поясом» на Среднем Западе США). Ежегодный валовой сбор кукурузы от 3 до 5 миллионов тонн [3], что составляет порядка 10 % общего валового сбора зерновых в России, при потребности в кукурузе более 4 млн. тонн в год.
Таким образом, получение и использование высококачественных семян кукурузы, предназначенных для посева, является важнейшей задачей для повышения рентабельности её возделывания.
В настоящей момент отсутствуют методы, позволяющие разделять семена кукурузы по группам биологической ценности в лабораторных или производственных условиях и прогнозировать их урожайные свойства. Нужны технологии, обеспечивающие программируемое повышение качества семян при уборке и послеуборочной их подготовке. Это позволит повысить урожайность культуры на 10-25 % и одновременно снизить нормы высева семян [4].
Разработка экспресс-контроля качества семян позволит ускорить решение данной проблемы и станет основой для разработки технологии сепарации семян кукурузы по группам биологической ценности с целью получения высоких урожаев.
Для биологических объектов характерно наличие различных по своей эффективности откликов на слабые технологические воздействия миллиметровых (ММ) волн, которые проявляются в повышении энергии прорастания, стимуляции ферментативной активности, всхожести семян, приросте зеленой массы. С 1989 года в этом направлении выполнен большой объем научно-исследовательских работ и накоплен теоретический и практический материал, подтверждающий положительное влияние данных технологий на урожайность многих сельскохозяйственных культур [5, 6].
По данным группы исследователей под руководством Девяткова [7] при воздействии энергии ММ волн на биологический объект эффективность ее преобразования в тепловую энергию (ТЭ) молекулярной среды биологического объекта соответствует закону излучения Планка: 2п с 1
М, =
X3
Ис кХТ -1
(1)
где
Мх - поверхностная плотность излучения на частоте V; X - длинна волны, м; И - постоянная Планка, И = 6,626196-10"34 Дж-с; с - скорость света, м/с; к - постоянная Больцмана, к = 1,38062210-23 Дж/К; Т - абсолютная температура, К;
Механизм влияния энергии ММ волн на биологические объекты можно пояснить следующим. Воздействие энергии ММ волн возможно
при наличии полярных молекул. При этом происходит преобразование энергии ММ волн в ТЭ. Причем количество ТЭ в семенах кукурузы определяется их физическими параметрами. Так, количество теплоты, выделенное при остывании веществом, после нагрева, равно:
0 = Судт-СТ - Т2) (2)
где суд - удельная теплоемкость, Дж/кгК; т -масса, кг; Т1 - первоначальная температура вещества до нагрева, К; Т2 - конечная температура вещества, К.
Как известно в биологических тканях высокая полярность присуща молекулам воды [8]. Вода в семенах кукурузы содержится в питательных веществах в связанном состоянии, поэтому количество питательных веществ в них напрямую зависит от содержания связанной воды [9, 10]. В состав питательных веществ семян кукурузы входят белки, жиры и крахмал, которые естественно необходимы для роста и развития семян на первых стадиях прорастания.
Таким образом, связанная вода в семенах кукурузы существенно влияет на физико-химические, биохимические и биологические свойства, которые в своей совокупности определяют её технологические особенности и посевные свойства.
В основу для разработки экспресс-контроля качества семян нами положен эффект преобразования энергии ММ волн в собственную ТЭ семян сельскохозяйственных культур [11, 12]. С этой целью были проведены эксперименты по определению влияния различных режимов технологического воздействия энергией ММ волн на лабораторную всхожесть семян кукурузы (Г0СТ-12038-84), в частности гибрида Машук 250, прошедших полный цикл подготовки к посеву и исследованию эффекта преобразования энергии ММ волн семенами в собственную ТЭ.
Для определения оптимального режима воздействия на семена кукурузы энергии ММ волн был проведен поисковый двухфакторный эксперимент по определению лабораторной всхожести. Результаты экспериментальных исследований [11, 12], представлены на графике (рис. 1).
Всхожесть семян кукурузы при воздействии на них энергии ММ волн описывается эмпирическими уравнениями:
- длина волны 4,9 мм:
Б49 = 76,1429 + 6,5476 - Г - 0,8095 - Г2; (3)
- длина волны 5,6 мм:
Б5,6 = 73,7143 + 7,9643 - Г - 1,0357 - Г2; (4)
- длина волны 7,1 мм:
Б71 = 74,2857 + 5,3929 - Г - 0,6786 - Г2. (5)
Анализ графика зависимостей всхожести семян кукурузы (Б) от времени (г) различных длин ММ волн (X) показал, что наибольшим эффектом обладают воздействия при длине волны X = 4,9 мм и времени обработки t = 15 мин., всхожесть повышается на 10 %, при длине волны X = 5,6 мм и времени обработки t = 15 мин., всхожесть семян увеличивается на 11 %.
■ в
Я í
-
■
► 1............. II \ > ■
/ш i я Я \1 Sv
с- ^
/У i i \ \Р
» / , \ ч
Р/ '
L ^ J
у
В 4,9 мм ♦ 5,6 мм А 7,1 мм
0 5 10 15 20 25 30
Время экспозиции, мин
Рисунок 1 - Динамика влияния режимов технологического воздействия энергии ММ волн на лабораторную всхожесть семян кукурузы
Кроме того необходимо отметить, что технологическое воздействие энергии ММ волн на семена кукурузы более 15 минут не повышает процент всхожести семян во всех трёх вариантах, а только увеличивает энергетические затраты на сам процесс [13, 14].
Ранее проведенные исследования [11, 12, 15, 16, 17, 18] показали, что эффективность преобразования семенами кукурузы энергии ММ волн в ТЭ различна в семенах подобранных по размеру и массе. Поэтому для дальнейших исследований мы предварительно подобрали семена кукурузы на лабораторном рассеве по размеру с отклонением не более ±0,5 мм, индивидуально взвешенных на лабораторных весах и отобранных по массе с отклонением не более ±0,25 гр.
Для изучения эффекта преобразования энергии ММ волн в собственную ТЭ семенами кукурузы, нами была разработана методика измерения температуры семян с использованием тепловизора, предназначенного для измерения температуры в спектральном диапазоне от 8 до 14 мкм и схема лабораторной установки (рис. 2).
Результаты проведенных исследований представлены на рисунке 3, в виде графиков эффективности преобразования энергии ММ волн в ТЭ семян кукурузы (Т) от длины волны и времени обработки семян.
Анализ зависимостей динамики нагрева семян кукурузы от времени воздействия описываются эмпирическими уравнениями:
- длина волны 4,9 мм:
Т4,9 = -0,0003 • г4 + 0,0098 • /3 -0,1372 • ? + 0,8839 • г +
+ 0,0063; (6)
- длина волны 5,6 мм:
Т56 = -0,0005 • г4 + 0,0203 • г2 -0,3019 • г2 + 0,0044; (7)
Из полученных результатов следует, что наибольшая эффективность преобразования энергии ММ волн наблюдается при длине волны X = 5,6 мм. Так повышение температуры семян при этом составляет 5,1 градуса.
1 - тепловизор «Testo 876»; 2 - блок генераторов ММ диапазона; 3 - блок питания и управления; 4 - исследуемые семена
Рисунок 2 - Общий вид оборудования для проведения исследования эффекта преобразования энергии ММ волн зерновками семян кукурузы в зависимости от длины волны
Н4,9мм ♦ 5,6 мм
3 б 9 12 15
мин
Рисунок 3 - Динамика нагрева семян кукурузы в зависимости от технологических параметров ММ волн
Анализируя полученные результаты и сопоставляя их с результатами эксперимента по определения оптимального режима воздействия энергии ММ волн, нами установлено, что при длине волны равной 5,6 мм наблюдается наибольший процент всхожести и наиболь-
44
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
шая эффективность преобразования энергии ММ волн семенами кукурузы в собственную ТЭ. Данные параметры технологического воздействия энергии ММ волн являются наиболее эффективными для семян кукурузы гибрида Ма-шук 250.
Литература
1. За миг до посева (про качество семян) [Электронный ресурс] // Вестник АПК Кубани. URL: http://www.vestina.ru/semena/8-za-mig-do-poseva-pro-kachestvo-semyan (дата обращения: 08/09/2014).
2. Тарушкин В. И., Токарев П. В. Выделение биологически ценных семян с помощью диэлектрического сепаратора // Механическая технология сельскохозяйственного производства. М., 1984. № 1. С. 30-37.
3. Агропромышленный комплекс России [Электронный ресурс] // Полная энциклопедия. Справочник для школьников и студентов. URL: http://www. polnaja-jenciklopedija.ru/ (дата обращения: 06/07/2015).
4. Федоренко В. Ф. Тенденции развития техники для уборки и послеуборочной обработки семян. - М.: ФГНУ «Росинформа-гротех», 2004. 120 с.
5. Бецкий О. В., Голант М. Б., Девятков Н. Д. Физика: Миллиметровые волны в биологии - М.: Знание, 1988. 65 с.
6. Ефремов Ю. И., Кревский М. А. Воздействие радиоволн крайне высоких частот на биологические объекты и перспективы его применения // Вестник научно-технического развития. 2007. № 4.
7. Физика взаимодействия миллиметровых волн с объектами различной природы /
B. И. Петросян, Э. А. Житенева, Ю. В. Гуляев, Н. Д. Девятков, В. А. Ёлкин, Н. И. Сини-цын // Радиотехника. 1996. № 9. С. 20-31.
8. Славин В. Экологические чистые волновые технологии в сельском хозяйстве // Электронный научный семинар. 2005. URL: http://www.elektron2000.com/ node/113 (дата обращения: 22/05/2013).
9. Аскоченская Н. Е., Головина Е. А. Состояние воды в растительной клетке. Обмен воды в семенах растений. М: Колос. 1984. № 12. Вып. 3. С. 394-397.
10. Аскоченская Н. А. Водный режим семян // - М: Колос. - 1984. № 11. - Вып. 4.
C. 258-263.
11. Кузьминов В. И., Гребенник В. И. Применение электромагнитного поля крайне высокой частоты в семеноведении // Сборник научных статей по материалам VII Международной научно-практической конференции в рамках XIX Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал-2012» 2012. г. Ставрополь. С. 166-171.
12. Пат. 2506734 Российская Федерация, МП К A 01 C 1/00 A 01 G 7/04. Способ определе-
Таким образом, установлена возможность использования эффекта преобразования энергии ММ волн семенами кукурузы в собственную ТЭ для экспресс-контроля качества семян при оптимизации технологических параметров сепарации семян по группам биологической ценности.
References
1. For a moment before planting (about the quality of seeds) [electronic resource] // Bulletin of the Kuban APK. URL: http:// www.vestina.ru/semena/8-za-mig-do-poseva-pro-kachestvo-semyan (the date of circulation: 08.09.2014).
2. Tarushkin V. I., Tokarev P. V. Isolation of biologically valuable seeds using a dielectric separator // Mechanical technology in agricultural production. M., 1984. № 1. S. 30-37.
3. Agriculture Russia [electronic resource] // Complete Encyclopedia. Guide for students. URL: http://www.polnaja-jenciklopedija.ru/ (the date of circulation: 06.07.2015).
4. Fedorenko V. F. Tendencies of development of techniques for harvesting and postharvest processing of seeds. - M .: FGNU "Rosinformagroteh", 2004. 120 pp.
5. Betsky O. V., Golant M. B., ND Devyatkov Physics: Millimeter waves in biology - M .: Knowledge, 1988. 65 p.
6. Efremov Yu. M. A. Krevo exposure to radio waves of extremely high frequency on biological objects and prospects of its application // Bulletin of scientific and technological development. 2007. № 4.
7. Physics of millimeter-wave interaction with objects of various nature / V. I. Petrosyan, E. A. Zhiteneva, Y. Gulyaev, N. D. Nine, V. A. Elkin, N. I. Sinitsyn // Radio engineering. 1996. № 9. S. 20-31.
8. Environmental-friendly B. Slavin wave technology in agriculture // Electronic scientific seminar. 2005. URL: http://www. elektron2000.com/node/113 (the date of circulation: 05.22.2013).
9. Askochensky N. E., Golovin E. A. The condition of water in a plant cell. Exchange water in plant seeds. M: Kolos. 1984. № 12. Vol. 3. Pp 394-397.
10. Askochensky N. A. Water regime seeds // -M: Kolos. - 1984. № 11. - Vol. 4, P. 258-263.
11. Kuz'minov V. I., Grebennik V. I. Application of the electromagnetic field of extremely high frequency Seed // Collection of scientific articles on materials of the VII International scientific-practical conference in the framework of the XIX International Agricultural Exhibition "Agrouniversal-2012" Stavropol 2012 . Pp 166-171.
12. Pat. 2506734 Russian Federation, IPC A 01 C 1/00 A 01 G 7/04. A method for determining biologically valuable corn seeds / Kuz'minov
ния биологически ценных семян кукурузы / В. И. Кузьминов, В. И. Гребенник; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ. № 2012141184/13 ; заявл. 26.09.12 ; опубл. 20.02.14.05.13, Бюл. № 5. 10 с.
13. Нижарадзе Т. С., Захарова К. И. Влияние электромагнитного излучения на посевные качества семян сои и её урожайность // Известия Самарской ГСХА 2006. Вып. 4. С. 164-166.
14. Применение физических факторов для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур / Г П. Стародубцева, А. А. Хащенко, А. В. Дульский, А. В. Сергеева // Молодые аграрии Ставрополья: сб. студенческих науч. Тр. По материалам 72-й студенческой науч.-практ. Конф. / СтГАУ. -Ставрополь, 2008. С.71-73.
15. Кузьминов В. И., Гребенник В. И. Зависимость преобразования энергии электромагнитного поля крайне высокой частоты от физиологической зрелости семян кукурузы // Prescopus Russia: Open journal. 2012. № 12. С. 122-130.
16. Кузьминов В. И., Гребенник В. И. Технология отбора семян // Сельский механизатор. 2013. № 7. С. 32-33.
17. Кузьминов В. И., Гребенник В. И., Дере-вянко Г Г Определение содержания крахмала в зерновках кукурузы различной физиологической зрелости // В сборнике : Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК Ставрополь, 2013. С.171-175.
18. Исследование динамики нагрева семян кукурузы в ЭМП КВЧ / В. И. Гребенник, В. И. Марченко, В. И. Кузьминов, Г. Г. Деревянко // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК XI Международная научно-практическая конференция, посвященная 65-летию факультета механизации сельского хозяйства, в рамках XVII Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал-2015». 2015. С. 177-181.
V. I. Grebennik; applicant and patentee VPO Stavropol State Agrarian University. № 2012141184/13; appl. 09/26/12; publ. 20.02.14.05.13, Bul. № 5. 10.
13. Nizharadze T. S. Zakharova K. I. Influence of electromagnetic radiation on sowing qualities of soybean seeds and its yield // Bulletin of the Samara State Agricultural Academy 2006 Vol. 4, pp 164-166.
14. Application of physical factors for pre-treatment of crop seeds / G. P. Starodubtseva, A. A. Khashchenko, A. V. Dulsky, A. V. Sergeev // Young Agrarians Stavropol: Sat. Student scientific. Tr. Based on materials from the 72th student scientific-practical. Conf. / SSAU. - Stavropol, 2008. P. 71-73.
15. Kuzmin V. I., V. I. Grebennik The dependence of the energy conversion of the electromagnetic field of extremely high frequency of the physiological maturity of maize seeds // Prescopus Russia: Open journal. 2012. № 12. Pp 122-130.
16. Kuz'minov V. I., V. I. Technology Grebennik seed selection // Rural mechanic. 2013. № 7. S. 32-33.
17. Kuz'minov V. I., Grebennik V. I., Derevianko G. G. Determination of starch in grains of corn of different physiological maturity // In: Actual problems of scientific and technical progress in the agricultural sector Stavropol, 2013. S. 171-175.
18. Investigation of the dynamics of heating corn seeds in EMF EHF / V. I. Grebennikov, V. I. Marchenko, V. I. Kuz'minov G. G. Derevyanko // Actual problems of scientific and technical progress in the agricultural sector XI International Scientific Conference dedicated to the 65thanniversary of the Faculty of Agricultural Mechanization in the framework of the XVII International Agricultural Exhibition "Agrouniversal-2015." 2015. pp 177-181.
