CC BY
58
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ и автоматизация сельского хозяйства
УДК 631.171 + [621.37 / 39:631.145]
А.М. Башилов, доктор техн. наук, профессор М.В. Беляков, аспирант
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»
методика мониторинга чувствительности семян к воздействию оптического излучения
Для стимуляции прорастания семян при их предпосевной обработке разработано значительное число облучательных установок с разнообразными источниками излучения: от ламп накаливания и светодиодов до лазеров [1]. Однако в действующих методиках предпосевной обработки не оптимизированы качественные и количественные характеристики излучения. В подавляющем большинстве способов источник излучения используется без изменения его спектра и учета оптических свойств семян. При заявленной универсальности многих облучательных установок не изменяются качественные и количественные характеристики и параметры обработки для различных культур и сортов. Вместе с тем, предварительный мониторинг оптических свойств семян, в частности, спектра чувствительности, мог бы существенно повысить эффективность обработки и сэкономить электрическую энергию, расходуемую на обработку.
Предлагаемая методика определения спектра чувствительности семян разработана на основе исходной методики определения спектра бактерицидного действия излучения и включает в себя следующие этапы.
1. Отбор проб семян в опытную партию (ГОСТ 12036).
22
2. Обработка отобранных семян излучением волнами разных участков спектра (с центральными длинами волн и с различными экспозициями. При этом выбирают 7.. .12 (не менее) длин волн и 6 экспозиций для каждой длины волны. Для выделения участков спектра применяют монохроматор с оптикой, пропускающей заданный диапазон длин волн. В качестве источника опорного излучения используют излучатель со сплошным или смешанным спектром во всем исследуемом диапазоне (например, ксеноновые лампы типа ДКсТ или ДКсШ). Экспозицию (экспозиционную дозу) при постоянной во времени облученности определяют как произведение облученности Е на время обработки т:
Н = Ет. (1)
Облученность в зоне обработки семян измеряют радиометром, чувствительным во всем исследуемом спектральном диапазоне. Схема облучательной установки представлена на рис. 1.
3. Закладка опытных и контрольных семян на проращивание согласно ГОСТ 12038.
4. Определение всхожести семян (ГОСТ 12038) и измерение их первичных параметров прорастания (длины корней и стеблей проростков, массы
проростков и др). Статистическая обработка результатов и нахождение средних арифметических значений всхожести и первичных параметров прорастания.
5. Определение относительного увеличения параметров по сравнению с контрольными показателями при различных длинах волн и экспозициях. Например, относительное увеличение длины корней для варианта п относительно варианта 0 (контроль)
1 — источник 4 —
Рис. 1. Схема облучательной установки:
излучения; 2 — конденсорная система; 3 — монохроматор; поворотное зеркало; 5 — обрабатываемые семена
10. Определение относительных чувствительностей для различных длин волн по формуле
і п
Схн = 1100%,
к
(2)
где — средняя длина корней при конкретной дозе излучения при обработке на данной длине волны; 1°к — средняя длина корней проростков необработанных (контрольных) семян.
6. Аппроксимация полученных результатов для каждой длины волны полиномами третьего порядка с использованием математических программных пакетов (Мар1е, МаШсаё и др):
у = а3Н + а2И2 + а1Н + а0,
(3)
где у — значение параметра прорастания, выраженное в процентах от соответствующего контрольного значения, %; Н — экспозиционная доза обработки, Дж/м2.
7. Построение на графике семейства передаточных характеристик, представляющих собой зависимости относительного увеличения параметров от экспозиционных доз, для различных длин волн с учетом проведенной аппроксимации.
8. Анализ полученного семейства кривых, выбор уровня относительной прибавки для определения доз излучения. Уровень дозы воздействия определяют исходя из двух соображений. С одной стороны, уровень воздействия должен быть значимым, т. е. относительное увеличение какого-либо параметра должно быть как можно больше относительной погрешности его определения. С другой стороны, линию значимого уровня должно пересекать как можно большее число передаточных характеристик, чтобы кривая относительной спектральной чувствительности состояла из большего числа точек и была более точной.
9. Определение для каждой длины волны доз облучения, вызывающих одинаковое увеличение (прибавку) всхожести и первичных параметров прорастания. Для этого на графике передаточных характеристик проводят горизонтальную линию для выбранного уровня прибавки и при первичном пересечении ее с передаточной характеристикой для данной длины волны определяют экспозиционную дозу.
5,
і
эфф
к.отн
к.отнА.
Н
эфф
(4)
где /кффн — относительная длина корней при выбранном уровне эффекта, %; Нэфф — экспозиционная доза обработки, вызывающая данный уровень эффекта, Дж/м2.
Нормирование полученной кривой по максимуму дает
5к
-100%.
(5)
11. На основании полученных зависимостей чувствительности выбирают источник излучения с оптимальным спектром. Эффективный КПД излучения определяют по формуле
Ф
Ф
5шах(| е(А0 V ^ + £ ЕХ1 sx) 0 і=1
I е( ^ + ]Г ЕХі
0 і=1
(6)
где Фэ, Фе — соответственно эффективный и полный поток излучения источников; Еэ, Ее — эффективная и полная облученность, создаваемая источником излучения на рабочей поверхности; 5'шах — максимальное значение чувствительности семян; в(Х) — спектральная плотность облученности рабочей поверхности; л(Х) — спектральная чувствительность семян.
Указанная методика была апробирована на семенах яровой пшеницы сорта Лада [2]. Семена пшеницы чувствительны к излучению ближнего УФ диапазона (основные максимумы примерно на 280 и 340 нм). Излучение в диапазоне короче 250 нм и длиннее 450 нм оказывает гораздо менее заметное действие (рис. 2).
На основе полученной спектральной чувствительности семян пшеницы сорта Лада по формуле (6) рассчитаны значения эффективного КПД для некоторых наиболее распространенных источников излучения (таблица).
Выводы
1. Предложенная методика определения спектра чувствительности семян позволяет выбирать
V =
отн
е
Длина волны, нм --4— всхожесть —■—проростки-----------среднее
Рис. 2. Спектральная чувствительность семян пшеницы
Эффективная отдача некоторых источников
Источник излучения Пэ.изл, % Источник излучения Пэ.изл, %
Лампа накаливания 0,04 ДКсШ 3,4
ДРВЭ 0,1 МГЛ (Ыа,Т1, 1п) 4,5
ДНаТ 0,9 МГЛ (Ка, 8е,ТИ) 5,1
ЛБ 1,5 ДРШ 14,1
МГЛ (Бу, Но, Тш) 1,6 ЛЭ 21,0
Гелиевый плазмотрон 1,7 ДРТ 23,3
ДРЛ 1,8 Лампа ТЬ12 фирмы ИіуШр8 33,1
ДКсТ 2,4
источники излучения с наиболее эффективной отдачей к всхожести семян и их первичным параметрам прорастания (длине корней и стеблей проростков, массе проростков и др).
2. Наибольшую эффективную отдачу излучения имеют ртутные лампы типа ТЬ12, ЛЭ, ДРШ, ДРТ, значительная часть спектра которых соответствует области чувствительности семян. Для ламп типа МГЛ, ДКсТ, ДКсШ, ЛБ, ДРЛ отдача существенно ниже: от 1,5 до
5,1 %, что объясняется более широким спектром излучения, значительная часть которого расположена в длинноволновой области. Наихудшая эффективная отдача у ламп накаливания, ДРВЭ и плазмотронов, что объясняется наличием сплошной составляющей, максимум которой расположен в инфракрасной области. Для ламп типа ДНаТ эффективная отдача составила 0,9 % из-за расположения наиболее мощных линий излучения натрия (589 и 589,6 нм) вне спектра чувствительности семян [3].
3. Применение данной методики определения чувствительности семян в период предпосевной обработки оптическим излучением позволяет значительно улучшить агротехнологические показатели благодаря снижению потребления электрической энергии, экономии семян и повышения урожайности.
Список литературы
1. Гордеев, Ю.А. Использование оптического излучения для предпосевной обработки семян: учеб. пособ. / Ю.А. Гордеев, М.В. Беляков. — Смоленск: ССХИ, 2005. — 104 с.
2. Зиенко, С.И. Определение спектральной чувствительности семян / С.И. Зиенко, В.В. Нюбин, М.В Беляков // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2006. — № 4. — С. 12-13.
3. Зиенко, С.И. Эффективная отдача источников излучения, применяющихся для предпосевной обработки семян / С.И. Зиенко, В.В. Нюбин, А.Н. Конаков, М.В. Беляков // Техника и технология. — 2006. — № 4. — С. 118-120.
УДК [631.3:621.31] + [637.133.1:519.86]
А.И. Учеваткин, доктор техн. наук, профессор Т.А. Ноздрина, ассистент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина»
математическая модель системы комбинированного охлаждения сельскохозяйственной продукции с использованием природного холода
Природный (естественный) холод — один из главных и экологически чистых средств, обеспечивающих сохранность сельскохозяйственной продукции непосредственно в местах ее производства, позволяющий получить дешевый технологический хо-
24
лод и усовершенствовать энергетический баланс страны.
Работы по использованию природного холода вызывают большой интерес за рубежом, в северных странах: Канаде, Финляндии, Швеции, Норвегии,
