CC BY
29УДК 582.477.2:631.53.027.34
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УФ СВЕТОДИОДНОЙ ОБЛУЧАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ТУИ ЗАПАДНОЙ
Н.П. Кондратьева1, М.Г. Краснолуцкая2, Р.Г. Большин2, Н.В. Духтанова1, Ю.С. Зембеков1, К. Ю. Долшанов1
ФГБОУ ВО Ижевская государственная сельскохозяйственная
академия1
Негосударственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Учебно-научный инновационный
центр «Омега» 2
Аннотация. Общество оказывает на окружающую среду как положительное, так и отрицательное влияние. Примерами отрицательного влияния человека на окружающую среду являются вырубка лесов, связанные со строительством дорог и расширением городов; загрязнение почвы связанное с использованием удобрений и химикатов; сокращение численности популяций животных из-за расширения площадей для полей, дорог и городов с помощью вырубки лесов вследствие этого животные, лишаются нормальной среды обитания и погибают. Сильное изменение человеком окружающей среды, вызванное уничтожением животных и растений приводит к сложности адаптации биологических объектов к новой жизни. Все это вызывает необходимость разработки и применения специальных мер для сохранения биологических ресурсов Земли. В Российской Федерации приняты в программы «Биологическое разнообразие лесов России» (1995) и «Леса России» (1997). Для реализации этих программ в Российской Федерации в 2006 г. был принят Лесной кодекс, где отмечается, что для воспроизводства лесов, должны использоваться сортовые семена.
УФ облучение семян перед посевом имеет положительное воздействие, аключающееся в повышении их всхожести. Это обеспечивает устойчивые урожаи декоративных культур, используемых для озеленения городов и других населенных пунктов. В отношении семян древесных культур влияние УФ излучения изучено мало. Поэтому исследование влияния УФ излучения для предпосевной обработки семян хвойных культур, в т.ч. туи западной является актуальной задачей.
Ключевые слова: ультрафиолетовое облучение семян, туя западная, ультрафиолетовые светодиоды светодиодная
ультрафиолетовая облучательная установка.
Введение. Общество оказывает на окружающую среду как положительное, так и отрицательное влияние. Примерами отрицательного влияния человека на окружающую среду являются вырубка лесов, связанные со строительством дорог и расширением городов; загрязнение почвы связанное с использованием удобрений и химикатов; сокращение численности популяций животных из-за расширения площадей для полей, дорог и городов с помощью вырубки лесов вследствие этого животные, лишаются нормальной среды обитания и погибают. Сильное изменение человеком окружающей среды, вызванное уничтожением животных и растений приводит к сложности адаптации биологических объектов к новой жизни. Все это вызывает необходимость разработки и применения специальных мер для сохранения биологических ресурсов Земли. В Российской Федерации приняты в программы «Биологическое разнообразие лесов России» (1995) и «Леса России» (1997). Для реализации этих программ в Российской Федерации в 2006 г. был принят Лесной кодекс, где отмечается, что для воспроизводства лесов, должны использоваться сортовые семена.
УФ облучение семян перед посевом имеет положительное воздействие, аключающееся в повышении их всхожести [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Это oбеcпечивaет устойчивые урожаи декоративных культур, используемых для озеленения городов и других населенных пунктов. В отношении семян древесных культур влияние УФ излучения изучено мало. Поэтому исследование влияния УФ излучения для предпосевной обработки семян хвойных культур, в т.ч. туи западной является актуальной задачей.
Существуют физические, биологические и химические методы подготовки семян к посеву [7, 8, 9]. В свою очередь физические методы предпосевной обработки семян классифицируются на: физико-механические; термические; радиационные; магнитные; фото энергетические; электрофизические.
Ультрафиолетовое излучение входит в часть естественного солнечного спектра, оказывающее положительное действие на семена зерновых и овощных культур, обеспечивая их предпосевную стимуляцию и дезинфекцию.
Ультрафиолетовое облучение семян изменяет проницаемость мембран клеток, что приводит к стимуляции начала ростовых процессов, изменяется уровень окисления липидов, рН и активность аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), а это ведёт к усилению биосинтетических и биоэнергетических процессов. Кроме этого предпосевное облучение семян УФ излучением эффективно
уничтожает микроорганизмы, находящиеся на их поверхности. При этом обработка биологических объектов УФ излучением относится к экологически чистым, так называемым «зелёным» технологиям и не требуют применения стимуляторов и химически химических протравителей [10, 11, 12, 13].
Хвойные растения являются лучшим украшением любого сада или парка и неотъемлемой частью современного ландшафтного дизайна. К достоинствам хвойных растений относятся их вечнозеленость долговечность, неприхотливость. По данным специалистов, хвойные растения задерживают пыль в 20 раз больше, чем береза и в 12 раз больше чем осина, а фитонцидов выделяют в 2 раза больше, чем лиственные породы. Все это говорит о том, что в современном ландшафтном дизайне необходимо использовать хвойные растения [14, 15].
В нашей стране североамериканские виды хвойных древесных растений впервые появились в XVIII веке. В этот период были завезены туя западная, можжевельник виргинский, сосна Веймутова и ряд других листопадных деревьев. При этом большинство североамериканских видов было привезено из Западной Европы, а некоторые - непосредственно из Северной Америки. В 1765 г. в г. Москве, на Воробьевых горах, Демидов создал частный ботанический сад, в котором, по заключению академика Палласа, насчитывалось в открытом грунте и оранжереях 2242 вида различных растений, среди которых в оранжереях содержались сосна Веймутова и два вида туи (западная и складчатая или гигантская). Массовое распространение североамериканских видов хвойных растений в Россию началась после организации ботанических садов в Москве и Санкт-Петербурге.
Ассортимент УФ источников излучения очень широк: от разрядных ртутных лампа низкого или высокого давления до современных, не содержащих ртуть светодиодов, Потому целью нашей работы являлось повышение эффективности УФ светодиодной облучательной установки для предпосевной обработки семян туи западной.
Материалы и методы. На кафедре автоматизированного электропривода Ижевской ГСХА ультрафиолетовым облучением семян разрядными ртутными лампами занимаются с 1994 г. [6]. С 2015 г. начали разрабатываться установки с УФ светодиодами. Первая плотная установка имела мощность примерно 2 Вт и состояла из 54 светодиодов [16, 17, 18, 19, 20, 21]. После получения положительных результатов мы реконструировали эту установку, увеличив размеры ее рабочей поверхности. При этом сама облучательная установка стала иметь следующие размеры 55 х 65 х 20 мм3, состоит она из 81 светодиода (рисунок 1).
г г г * г ; •
«| * . # ..>> fe- V
*Г
Рисунок 2 - Общий вид светодиодной УФ облучательной установки
Прибором ТКА было замерено излучение УФ светодиодов, приведенное в таблице 1.
Таблица 1 - Мощность УФ излучения облучательной установки по зонам
Зона УФ Мощность излучения, Вт/кв.м
УФ-А 3,5 3,26 3,38
УФ-Б - - 0,0875
УФ-С - - 0,013
Из таблицы 1 видно, что более 90% излучения приходится на зону УФ-А.
Результаты экспериментов. Для экспериментов были взяты семена туи западной. Все семена были разбиты на четыре группы (варранта), приведенные в таблице 2.
Таблица 2 - Дозы УФ облучения семян туи западной
Параметр Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Контроль (вариант 4)
Время, мин 9,50 14,30 19,00 0
Время, с 570,00 858,00 1 140,00 0
Доза, кДж/м2 1 926,60 2 900,04 3 853,20 0
На рисунке 2 приведено фото пророщенных семян туи Агротехника и энергообеспечение. - 2018. - № 3 (20)
западной.
Рисунок 3 Фото облученных семян для вариантов 2 и 3
Результаты экспериментов. Эксперименты показали, что все испытываемые дозы УФ облучения оказали положительное воздействие по сравнению с контролем (рисунок 3). Определение всхожести производилось по ГОСТу [19].
100
80
ЧР ОЧ
р (б 60
£
е;
> 40
&
20
0
88
12
84
16
82
18
80
20
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Контроль ♦ Взошло, % Я Не взошло, %
Рисунок 4 - Влияние дозы УФ облучения на семена туи западной
Наилучший результат был получен в первом варианте при дозе УФ людучения равной 2 кДж/м2, при которой взошло семян 88% по сравнению с контролем (80%). Соответственно не взошло в первом варианте 12%, в контроле 20%. Полученные положительные результаты обосновывают разработку технических решений по разработке микропроцессорной системы автоматического
регулирования дозы УФ облучения [22, 23, 24, 25].
Выводы
1. Исследование показали, что светодиодное УФ облучение позволяет повысить всхожесть семян туи западной на 8% по сравнению с контролем.
2. Разработанная УФ облучательная установка мощностью 2 Вт является экологически чистой, электробезопасной и энергоэффективной.
3. Полученные положительные результаты говорят о целесообразности проведения дальнейшего усовершенствования светодиодной УФ установки и проведения повторных исследований на других культурах.
Список использованных источников:
1. Алпатов В.В Повышение всхожести семян под влиянием высокой температуры и ультрафиолетовых лучей. Москва: Природа -1949г. - № 12, с. 32-34..
2. Артюхов В.Г, Башарина В.Г., Артюхов О.В., Лялина И.Е., Дымова Т.А. Влияние УФ - света на синтез некоторых белков лимфоцитами. IV съезд фотобиологов России: / Сборник тезисов докладов на IV съезде фотобиологов России, 26 - 30 сентября 2005. -Саратов: ООО «Ракурс», 2005. - С. 9 - 11.
3. Барабой В.А. Биологическое действие ультрафиолетовых лучей. / Успехи современной биологии. - Москва.- т. 53, вып. 3, 1962.-с. 33-38.
4. Белинский В.А. Ультрафиолетовая радиация солнца и неба. Москва: Издательство Московского университета,- 1968. - 178 с.
5. Жданова Э.Б. Действие ультрафиолетовых лучей на микрофлору зерна озимой ржи, / Доклады Московской сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева, вып. 88, - М.: ТСХА,- 1963.
6. Кондратьева Н.П., Коломиец А.П., Владыкин ИР. Определение оптимальной дозы облучения ультрафиолетом при предпосевной обработке семян огурцов. В сборнике: РГАЗУ -агропромышленному комплексу. / Сборник научных трудов. Российский государственный аграрный заочный университет; ответственный редактор А. П. Примак. Москва, 1998. - с. 195.
7. Знаменский, И.Е. Влияние ультрафиолетовых лучей на высшие растения. Ботанический журнал. - Москва, 1999, № 5, с. 34-38.
8. Кондратьева Н.П. Повышение эффективности электрооблучения растений в защищенном грунте./ Диссертация на соиск. уч. ст. доктора техн. наук. - М.: ГНУ ВИЭСХ, - 2003. - 253 с.
9. Александровский А. С, Системы преобразования и
доставки оптического излучения. Политехнический Институт Сибирского Федерального Университета Кафедра
Высокоэнергетических процессов обработки материалов - г. Красноярск. - 2007 г. - 41 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/93/u course.pdf. Дата обращения 19.07.2018.
10. Бывальцев A.B., Украинцев B.C., Кондратьева Н.П. Повышение грунтовой всхожести семян декоративных растений низкого класса всхожести УФ облучением. / Монография, 2008. - 161 с.
11. Бывальцев A.B., Украинцев B.C., Кондратьева Н.П. Влияние УФ облучения на повышение посевных показателей качества семян. / Методика и технология. - Саабрюкен, - 2012. - 61 с.
12. Кондратьева Н.П., Корепанов Д.А., Бывальцев A.B., Перевозчиков Е.А. Ультрафиолетовое облучение семян туи западной и ели колючей. / Известия Международной академии аграрного образования. - СПб. - 2011.- № 12. - С. 13-15..
13. Большин Р.Г. Повышение эффективности светодиодных (LED) фитоустановок в защищенном грунте. / Дисс. на соиск.уч.ст.канд. техн. наук. - Москва: ФГБНУ ВИЭСХ. - 2016. - 138 с.
14. Воздействие ультрафиолета на растения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.orchis.ru/vozdeistvie-ultrafioleta-na-rasteniya.html. Дата обращения 19.07.2018.
15. Краснолуцкая М.Г. Повышение эффективности ультрафиолетовой светодиодной облучательной установки для предпосевной обработки семян ели / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.20.02 / Чувашская государственная сельскохозяйственная академия. Ижевск, 2018. 173 с.
16. Краснолуцкая М.Г. Обоснование энергосберегающего режима облучения растений. / Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2014. № 4 (41). - с. 41-44.
17. Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г. Энергоэффективное электрооборудование для обработки семян перед посевом. / В сборнике: Биотехнология. Взгляд в будущее IV Международная научная Интернет-конференция. Казань, 2015. - с. 62-66.
18. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г., Зембеков Ю.С., Долганов КЮ. УФ светодиодный облучатель для предпосевной обработки семян туи западной. / В сборнике: 9-ая Международная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Москва, 2018. - с.42.
19. ГОСТ 13056.6 - 97. Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. - М.: Изд-во стандартов,
[Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://docs.cntd.ru/document/1200025567. Дата просмотра 10.05.2018
20. Кондратьева Н.П., Духтанова Н.В., Краснолуцкая М.Г., Литвинова В.М., Большин Р.Г. Компактная светодиодная ультрафиолетовая облучательная установка для предпосевной обработки семян хвойных растений / Вестник ВИЭСХ. 2017. № 2 (27). С. 62-69.
21. Кондратьева Н.П., Корепанов Д.А., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г. Предпосевная обработка семян декоративных растерей хвойных пород ультрафиолетовым излучением. / Инноеаиии в сельском хозяйстве. 2017. № 2 (23). С. 45-54.
22. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г., Ильясов И.Р., Зембеков Ю.С., Литвинова В.М Разработка структурной схемы и алгоритма работы ультрафиолетовой светодиодной облучательной установки. / Агротехника и энергообеспечение. 2017. № 3 (16). С. 50-57.
23. Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Зембеков Ю.С., Большин Р.Г. Светодиодная УФ установка для облучения семян. / Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. 2017. № 19. С. 269-272.
24. Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Баранова И.А., Юран С.И., Батурин А.И., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г Разработка системы автоматического управления электрооборудованием для реализации энергосберегающих технологий. / Вестник НГИЭИ. 2018. № 6 (85). С. 36-49.
25. Кондратьева Н.П., Корепанов Р.И., Ильясов И.Р., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г., Сомова E.H., Маркова М.Г. Эффективность микропроцессорной системы автоматического управления работой светодиодных облучательных установок // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. N3. С. 32-37. DOI 10.22314/20737599-2018-12-3-32-37
Н.П. Кондратьева, д.т.н., профессор, зав. кафедрой автоматизированного электропривода ФГБОУ ВО Ижевской ГСХА.
М.Г. Краснолуцкая, к.т.н., преподаватель негосударственного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Учебно-научный инновационный центр «Омега».
Р.Г. Большин, к.т.н., преподаватель негосударственного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Учебно-научный инновационный центр «Омега».
Н.В. Духтанова, к.т.н., ФГБОУ ВО Ижевской ГСХА.
Ю.С. Зембеков, магистр ФГБОУВО Ижевской ГСХА. К. Ю. Долшанов, бакалавр ФГБОУ ВО Ижевской ГСХА.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF UV LED IRRADIATING INSTALLATION FOR THE PRE-SOWING PROCESSING OF SEEDS OF THE THUJA WESTERN
N. P. Kondratyeva, M.G.Krasnolutskaya, R.G. Bolshin, N.V.
Dukhtanova,Yu.S. Zembekov, K. Yu. Dolshanov
Abstract. The society has both positive and negative effects on the environment. Examples of the negative human impact on the environment are deforestation associated with road construction and urban expansion; soil contamination associated with the use of fertilizers and chemicals; reducing the number of animal populations due to the expansion of areas for fields, roads and cities through deforestation as a result of this, animals lose their normal habitat and die. A strong change in the human environment caused by the destruction of animals and plants leads to the difficulty of adapting biological objects to a new life. All this necessitates the development and application of special measures to conserve the biological resources of the Earth. The programs "Biological diversity of forests of Russia" (1995) and "Forests of Russia" (1997) are adopted in the Russian Federation. For the implementation of these programs in the Russian Federation in 2006, the Forest Code was adopted, where it is noted that for the reproduction of forests, high-quality seeds should be used.
UV irradiation of seeds before sowing has a positive effect, which consists in increasing their germination. It provides steady harvests of the decorative cultures used for gardening of the cities and other settlements. In relation to the seeds of tree crops, the effect of UV radiation has been little studied. Therefore, the study of the effect of UV radiation for pre-sowing treatment of seeds of coniferous crops, including thuja western is an urgent task.
Keywords: ultra-violet radiation of seeds, thuja western, ultra-violet light-emitting diodes LED ultra-violet irradiating installation.
N. P. Kondratyeva, doctor of technical sciences, professor, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Izhevsk State Agricultural Academy
M.G.Krasnolutskaya, candidate of Technical Sciences, teacher, NonState Educational Institution Of Additional Professional Education "Educational And Scientific Innovative Center "Omega"
R.G. Bolshin, candidate of Technical Sciences, teacher, Non-State Educational Institution Of Additional Professional Education "Educational And Scientific Innovative Center "Omega"
N.V. Dukhtanova, candidate of agricultural sciences, associate professor of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Izhevsk State Agricultural Academy
Yu.S. Zembekov, master, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Izhevsk State Agricultural Academy
K.Yu. Dolshanov, bachelor, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Izhevsk State Agricultural Academy
