CC BY
644
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
УДК 633.1«324»:631.53.027.3
Г. П. Стародубцева, С. А. Ливинский, С. И. Любая Starodubtseva G. P., Livinsky S. A., Lubaya S. I.
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ПРИ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ
SUBSTANTIATION OF THE PARAMETERS OF PULSED ELECTRIC FIELDS IN THE CONTEXT OF WINTER WHEAT PRE-SEEDING TREATMENT
Проведены лабораторные исследования по влиянию импульсного электрического поля (ИЭП) на посевные качества семян озимой пшеницы в зависимости от напряженности импульсного электрического поля в слое семян; длительности импульса и частоты следования импульсов ИЭП. Определены оптимальные режимы обработки импульсным электрическим полем.
Ключевые слова: озимая пшеница, импульсное электрическое поле (ИЭП), напряженность ИЭП, длительность импульса и частота следования импульсов ИЭП, энергия прорастания, всхожесть семян, масса проростков, толщина слоя.
The article presents the results of laboratory studies on the pulsed electric fields impact (PEF) on sowing qualities of seeds of winter wheat depending on the intensity of a pulsed electric field in the layer of seeds; pulse duration and pulse frequency of PEF. The optimal modes of pulsed electric field processing are determined.
Key words: winter wheat, pulse electric field (PEF), the PEF tension, pulse duration and pulse frequency of PEF, germination energy, seed germination, sprouts mass, layer thickness.
Стародубцева Галина Петровна -
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор кафедры физики
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-905-497-82-76
E-mail: ssau_phisics@mail.ru
Ливинский Сергей Аликович -
аспирант кафедры физики
ФГбОу ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-918-741-16-18
E-mail: LiS-ns@yandex.ru
Любая Светлана Ивановна -
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры физики
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8(8652)35-44-64
E-mail: unil-sgau@yandex.ru
Starodubtseva Galina Petrovna -
Doctor of Agricultural Sciences,
Professor of Physics department
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Tel.: 8-905-497-82-76
E-mail: ssau_phisics@mail.ru
Livinsky Sergey Alikovitch -
Graduate student of Physics department FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8-918-741-16-18 E-mail: LiS-ns@yandex.ru
Lubaya Svetlana Ivanovna -
Ph.D of Agricultural Sciences, Assistant professor of Physics department FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8(8652)35-44-64 E-mail: unil-sgau@yandex.ru
Озимая пшеница по общему сбору продукции в Ставропольском крае занимает первое место, поэтому повышение урожайности за счет улучшения посевных качеств семян является актуальной задачей.
В настоящее время для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур используются различные физические факторы: магнитные и электрические поля, лазер и другие. Как показал анализ литературных источников [1-9], одним из перспективных и эффективных методов предпосевной обработки семян сельскохозяйственных
культур является импульсное электрическое поле (ИЭП).
Д. В. Данилов, Г П. Стародубцева изучали влияние импульсного электрического поля на посевные качества семян сахарной свеклы с частотой следования импульсов ИЭП от 20 до 300 Гц при напряжении на электродах 15 кВ, времени обработки 10-90 минут, и семена закладывались на проращивание через 3 суток после обработки. При рациональном режиме обработки энергия прорастания семян сахарной свеклы опытного варианта по отношению к контролю была выше на 9-14 %, всхожесть на 12 %, превышала этот показатель на контроле [1]. Не-
в
естник АПК
Ставрополья
: № 2(26), 2017
Агроинженерия
45
достатком предлагаемого метода является использование высокого напряжения на электродах и большая экспозиция.
А. Г. Хныкина, Е. И. Рубцова исследовали влияние импульсного электрического поля на посевные качества семян лука. Для предпосевной обработки лука было использовано несколько генераторов импульсного электрического поля и проведена сравнительная оценка влияния импульсного электрического поля высокого и низкого напряжения. Предложенный авторами активатор (камера для обработки семян) позволил исключить потери напряжения на воздушном зазоре между семенами и потенциальным электродом, что значительно повысило эффективность предпосевной обработки семян лука импульсным электрическим полем. Обработка семян лука импульсным электрическим полем не только повысила посевные качества, но и привела к появлению всходов на 2 суток раньше, чем у семян контрольного варианта [2, 3, 5, 6]. К недостаткам данного приема обработки семян следует отнести искаженную форму импульса с затянутыми фронтами, что затрудняло расчет дозы воздействия и длительность импульса (рис. 1).
Опыты по предпосевной обработке семян озимой пшеницы нами проводились на установке, работающей по замкнутому циклу, импульсами прямоугольной формы (рис. 2) [6, 8, 9].
Цель исследования: определить рациональный режим обработки семян озимой пшеницы импульсным электрическим полем.
Для выполнения цели была поставлена задача в лабораторных условиях исследовать посевные качества семян в зависимости:
- от напряженности импульсного электрического поля в слое семян;
- длительности импульса и частоты следования импульсов ИЭП.
На основе данных из литературных источников нами было использовано время обработки семян импульсного электрического поля (экспозиция) - 4 секунды и время от обработки до
закладки семян на прорастание (отлежка) - 3 суток.
Лабораторные исследования по влиянию импульсного электрического поля на посевные качества семян озимой пшеницы проводились в аккредитованной лаборатории Ставропольского государственного аграрного университета в 2015-2017 гг.
Обработка семян озимой пшеницы сорта Трио импульсным электрическим полем заключалась в том, что семена, помещенные в рабочую камеру, в течение 4 секунд подвергались воздействию импульсного электрического поля. К электродам активатора подавалось напряжение от 50 до 300 В с шагом 50 В, толщина слоя семян составляла 2х10-3 м. Напряженность импульсного электрического поля в слое семян изменялась от 0 до 15х103 В/м с шагом 2,5х103 В/м. Через 3 суток после обработки семена закладывались на проращивание. Определялись посевные качества: энергия прорастания, всхожесть и масса проростков. Энергия прорастания и всхожесть определялись по ГОСТ 12038-84. В момент подсчета всхожести семян определялась масса проростков. Проростки обрывали со всех проросших семян и взвешивали с точностью до сотых долей грамма.
Семена проращивались на фильтрованном ложе в чашках Петри в четырехкратной повтор-ности по 50 семян в одном повторении.
Обработка семян озимой пшеницы сорта Трио импульсным электрическим полем проводилась при напряжении на электродах активатора 0-контроль, 50, 100, 150, 200, 250, 300 В, при напряженности ИЭП в слое семян от 2,5 до 15х103 В/м с шагом 2,5х103 В/м. Длительность импульса 40 мкс, частота следования импульсов 600 Гц, время обработки 4 секунды. Результаты опыта представлены в таблице 1.
Энергия прорастания семян озимой пшеницы на контроле составила 61,9 %, у семян опытных вариантов при увеличении напряженности в слое семян от 2,5х103 В/м до15х103 В/м этот показатель по отношению к контролю вырос на 4,2; 10,5; 25,0; 29,2; 29,4; 28,4 %.
Рисунок 1 - Осциллограмма Рисунок 2 - Осциллограмма импульса напряжения:
импульса напряжения: тимп = 50 мкс, 1 = 600 Гц, и = 200 В
Химп = 50 мкс, 1 = 600 Гц, и = 200 В
46
,,„ „„„„, щ ^ Ставрооодья
Всхожесть на контрольном варианте составила 97 %. Максимальный показатель по всхожести оказался у семян, обработанных ИЭП при напряженности поля в слое семян 10,0; 12,5; 15х103 В/м и по отношению к семенам контрольного варианта был выше на 2,1; 2,0; 2,1 % соответственно. Масса проростков у семян этих вариантов была на 37,1; 31,5; 35,5 % выше, чем у семян контрольного варианта.
Анализ результатов опыта показал, что воздействие физического фактора при прорастании семян проявилось достоверно на начальных этапах прорастания.
Это объясняется тем, что семена озимой пшеницы контрольного варианта обладали высокими посевными качествами, их всхожесть составила 97,0. Поэтому наряду с энергией прорастания и всхожестью определялась масса проростков каждого варианта во время подсчета всхожести, так как проростки даже по внешнему виду отличались, как с контролем, так и между опытными вариантами. Анализ этого эксперимента показал, что при длительности импульса 40 мкс наиболее результативна обработка при напряжении на электродах рабочей камеры от 200 до 300 В и напряженности в слое семян от 10 до 15х103 В/м.
В соответствии с программой исследований был проведен опыт по изучению зависимости посевных качеств семян озимой пшеницы сорта Трио от предпосевной обработки ИЭП при на-пряженностях семян в слое 10; 12,5; 15х 103 В/м, от длительности импульса. Длительность импульса изменялась от 20 до 50 мкс, с шагом 10 мкс, при частоте следования импульсов 600 Гц. Результаты опыта представлены в таблице 2.
Анализ полученных результатов показал, что лучшие показатели посевных качеств семян озимой пшеницы при всех исследуемых напряжениях 200, 250, 300 В и напряженностях в слое семян 10, 12,5, 15х103 В/м получены при длительности импульсов 40 и 50 мкс. В лучшем варианте (напряжение 300 В длительность импульса 50 мкс) энергия прорастания на 32,2 %, всхожесть на 2,3 %, масса проростков на 35,7 % больше, чем на контроле. Существенной разницы в показателях посевных качеств при напряжениях 200, 250, 300 В на электродах не наблюдалось.
Доза воздействия ИЭП на семена в большей степени зависит от частоты следования импульсов, поэтому следующий опыт был проведен по изучению влияния частоты следования импульсов ИЭП на посевные качества семян озимой пшеницы сорта Трио.
Таблица 1 - Зависимость посевных качеств семян озимой пшеницы сорта Трио от напряженности ИЭП в слое семян
Напряжение, В Напряженность в слое семян, В/м (103) Энергия прорастания Всхожесть Масса проростков
% % по отношению к контролю % % по отношению к контролю кг* 10-5 % по отношению к контролю
0 0 61,9 100,0 97,0 100,0 2,48 100,0
50 2,5 64,5 104,2 98,3 101,3 2,56 103,2
100 5,0 68,4 110,5 98,7 101,8 2,72 109,7
150 7,5 77,4 125,0 98,8 101,9 2,72 109,7
200 10,0 80,0 129,2 99,0 102,1 3,40 137,1
250 12,5 80,1 129,4 98,9 102,0 3,26 131,5
300 15,0 79,5 128,4 99,0 102,1 3,36 135,5
Таблица 2 - Зависимость посевных качеств семян озимой пшеницы сорта Трио от длительности
импульса ИЭП
Напряжение, В Напряженность в слое семян, В/м (103) Длительность импульсов ИЭП, мкс Энергия прорастания Всхожесть Масса проростков
% % по отношению к контролю % % по отношению к контролю кг* 10-5 % по отношению к контролю
0 0 - 62,4 100,0 96,8 100,0 2,80 100,0
200 10,0 20 78,8 126,3 97,9 101,1 3,38 119,0
30 79,3 127,1 97,8 101,0 3,44 121,1
40 82,0 131,4 98,0 101,2 3,50 123,2
50 82,5 132,2 98,2 101,4 3,60 126,7
250 12,5 20 78,8 126,3 98,0 101,0 3,20 112,7
30 79,3 127,1 98,1 101,3 3,24 114,1
40 80,1 128,4 98,2 101,4 3,30 116,2
50 81,1 130,0 98,9 102,2 3,32 116,9
300 15,0 20 79,9 128,0 98,2 101,4 3,36 118,3
30 80,0 128,2 98,3 101,5 3,42 120,4
40 82,5 132,2 99,0 102,3 3,40 119,7
50 82,5 132,2 99,0 102,3 3,80 135,7
в
естник АПК
Агроинженерия -! № 2(26), 2017 " "
47
Таблица 3 - Зависимость посевных качеств семян озимой пшеницы сорта Трио от частоты следования импульсов ИЭП
Частота импульсов ИЭП, Гц Энергия прорастания Всхожесть Масса проростков
% % по отношению к контролю % % по отношению к контролю кг* 10-5 % по отношению к контролю
0 62,3 100,0 96,2 100,0 2,80 100,0
600 69,1 114,9 97,3 101,9 3,12 111,4
800 72,3 116,1 97,3 101,0 3,32 118,2
1000 78,6 126,2 98,9 102,8 3,50 125,0
1200 81,1 130,2 99,0 102,9 3,70 132,1
1400 74,2 119,1 98,3 102,2 3,40 121,4
1600 72,6 116,5 98,3 102,2 3,36 120,0
Семена обрабатывались при напряжении на электродах 300 В, напряженности в слое семян 12,5х103 В/м и длительности импульса 50 мкс. Затем семена закладывались на прорастание через 3 суток после обработки иЭп. Частоты следования импульсов составляли: 600; 800; 1000; 1200; 1400; 1600 Гц. Результаты опыта представлены в таблице 3.
Из данных, представленных в таблице 3, видно, что энергия прорастания семян озимой пшеницы сорта Трио возрастает при обработке импульсным электрическим полем частотой от 600 до 1200 Гц. Энергия прорастания выше в опытных образцах, чем на контроле, на 14,9; 16,1; 26,2; 30,2 %. При частотах 1400 и 1600 Гц энергия прорастания выше, чем на контроле, на 19,1;
16,5 % соответственно, что ниже, чем при обработке ИЭП частотой 1200 Гц. Семена, обработанные ИЭП частотами 1000; 1200; 1400; 1600 Гц, имели всхожесть на 2,8; 2,9; 2,2; 2,2 % соответственно выше, чем на контроле. Такую же тенденцию имела и масса проростков семян озимой пшеницы. Лучший результат - 3,70*10-5 кг, что на 32,1 % выше, чем на контроле, имели семена, обработанные ИЭП частотой 1200 Гц.
Таким образом, предпосевная обработка семян озимой пшеницы импульсным электрическим полем наиболее результативна:
- при напряженности ИЭП в слое семян от 12,5 до15х103В/м;
- при длительности импульсов 40-50 мкс;
- при частоте следования импульсов 1200 Гц.
Литература
1. Данилов Д. В., Стародубцева Г. П. Воздействие физических факторов, биологического препарата «Биофит-1» и озона на посевные качества семян // Сахарная свекла. 2008. № 4. С. 23-25.
2. Оськин С. В., Хныкина А. Г., Рубцова Е. И. Необходимость повышения посевных качеств мелкосеменных овощных культур ИЭП // Университет. Наука. Идеи и решения : научный журнал Кубанского ГАУ. 2010. № 1. С. 3.
3. Оськин С. В., Нормов Д. А. Использование озона для обеззараживания кормов // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона : материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Ставрополь, 11-13 мая 2006 г.) / СГАУ. Ставрополь, 2006. С. 71-77.
4. Оськин С. В., Оськина Г. М. Технико-экономическая оценка эффективности эксплуатации оборудования // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 1. С. 2-3.
5. Хныкина А. Г., Рубцова Е. И. Зависимость посевных качеств овощных культур от частоты следования импульсов при их предпосевной обработке импульсным электрическим полем // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промыш-
References
1. Danilov D. V., Starodubtseva G. P. Influence of physical factors, biological preparation «Biofit-1» and ozone on sowing qualities of seeds // Sugar beet. 2008. № 4. P. 23-25.
2. Oskin S. V., Khnykina A. G., Rubtsova I. E. The need to increase sowing qualities of small-seeded vegetable crops PEF // University. Science. Ideas and solutions : scientific journal of Kuban State Agrarian University. 2010. № 1. P. 3.
3. Oskin S. V., Normov D. A. The use of ozone for disinfection of feed // New technologies in agriculture and food industry with the use of electro-physical factors and ozone : the International. scientific.-pract. conf. (Stavropol, 11-13 may 2006) / SSAU. Stavropol, 2006. P. 71-77.
4. Oskin S. V., Oskina G. M. Techno-economic assessment of efficiency of equipment operation // Mechanization and electrification of agriculture. 2006. № 1. P. 2-3.
5. Khnykina A. G., Rubtsova I. E. Dependence of sowing qualities of vegetable crops upon the purity of the pulse, in the context of pre-seeding treatment of pulsed electric field // New technologies in agriculture and food industry with the use of electro-physical factors and ozone : collection of scientific papers on the materials of VII All-Russian
48
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
ленности с использованием электрофизических факторов и озона : сб. науч. тр. по материалам VII Всерос. науч-практ. конф. Ставрополь, 2012. С. 115-123.
6. Хныкина А. Г. Обоснование параметров низковольтного активатора и выбор электротехнического режима обработки семян лука // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Ставрополь, 2013. С. 114-120.
7. Эффективность электрофизических и биологических приемов обработки зерна пшеницы, комбикормов и семян : монография / Г. П. Стародубцева, В. Н. Авдеева, Ю. А. Безгина, С. И. Любая. Ставрополь : Секвойя, 2016. 94 с.
8. Моделирование электрических временных параметров активатора импульсного электрического поля / В. И. Хайновский, Г. П. Стародубцева, Е. И. Рубцова [ и др.] // Вестник АПК Ставрополья. 2016. № 2 (22). С. 39-44.
9. Ливинский С. А., Стародубцева Г. П., Афанасьев М. А. Преобразователь напряжения для установки предпосевной обработки семян // Вестник АПК Ставрополья. 2016. № 4. С. 35-39.
scientific-practical. conf. Stavropol, 2012. P. 115-123.
6. Khnykina A. G. Study of the parameters of low-voltage activator and selection of electrical treatment onion seeds // Physical-technical problems of creation of new technologies in agro-industrial complex: collection of scientific papers on the materials of the International scientific.-pract. conf. Stavropol, 2013. P. 114-120.
7. The effectiveness of the electro-physical and biological methods of treating wheat grain, animal feed and seeds: monograph / G. P. Starodubtseva, V. N. Avdeeva, Yu. A. Bezgina, S. I. Lubaia. Stavropol : Sekvoya, 2016. 94 p.
8. Modeling of electric and time parameters of the activator pulse electric field / V. I. Khainovskii, G. P. Starodubtseva, E. I. Rubtsova [et al.] // Agricultural Bulletin of Stavropol Region. 2016. № 2 (22). P. 39-44.
9. Livinsky S. A., Starodubtseva G. P., Afanas'ev M. A. Voltage converter installation for pre-seeding treatment // Agricultural Bulletin of Stavropol Region, 2016. № 4. P. 35-39.
