CC BY
552
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 631.53.027.34:633.1
Федотов В. А., Алтухов И. В., Цыдыпова О. Н., Очиров В. Д.
Fedotov V. A., Altukhov I. V., Tsydypova O. N., Ochirov V. D.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ЭЛЕКТРОТЕПЛОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
TECHNOLOGY OF PRESOWING PROCESSING OF WHEAT SEED BY ELECTROTHERMAL RADIATION
Перспективы развития электротехнологии для сельскохозяйственного производства показывают, что широкое применение получили установки, работающие на принципе использования электрической энергии, превращенной в энергию инфракрасного излучения, для обработки и переработки сельскохозяйственного сырья. Нами проведены исследования в условиях Восточной Сибири по стимуляции семян пшеницы электротепловым излучением перед посевом. При стимуляции семян наблюдается явление электромагнито-фототермического синергизма, суть которого заключается в совместном действии электромагнитного поля, света и теплоты на посевные качества семян. В данной ситуации важно установить тепловые параметры при облучении семенного зерна.
Исходя из условия действия двух факторов (время обработки, с; температура обработки, оС), был выбран двухфакторный план эксперимента. Для проведения исследований была разработана и сконструирована экспериментально-промышленная установка для предпосевной обработки семян растений.
Установлено, что лабораторная всхожесть обработанных семян напрямую зависит от режимов электротеплового излучения. Предварительные исследования показали, что всхожесть необработанных семян составила 55 %. Повышение всхожести наблюдается при всех режимах. Наибольшее превышение всхожести над контролем наблюдается при режиме обработки с временем обработки 5 с, температурой 50 оС - на 54,5 %, наименьшее - с временем обработки 1 с, температурой 45 оС - на 25,4 %.
Величина урожайности неоднозначно сказывается на пшенице в зависимости от режимов обработки. Положительный эффект наблюдается только при вариантах со временем обработки 5 с и при температуре обработки 45 и 50 оС, а также 3 с, 50 и 55 оС.
Ключевые слова: технология, предпосевная обработка, семена пшеницы, электротепловое излучение.
Prospects for the development of technologies for agricultural production show that widespread installation, operating on the principle of using electrical energy is transformed into the energy of infrared radiation, for processing and processing of agricultural raw materials. We have conducted research in the conditions of Eastern Siberia on stimulation of wheat seeds electro-thermal radiation before sowing. The stimulation of seeds, the phenomenon electromagneto-photothermal synergies, the essence of which lies in the combined action of the electromagnetic field of light and warmth on sowing qualities of seeds. In this situation it is important to install the thermal parameters of the irradiation of seed grain.
Proceeding from the terms of two factors (processing time, with; working temperature, 0C), was selected two-factor experiment plan. Research has been designed and constructed the experimental-industrial plant for pre-sowing treatment of seeds.
It is established that laboratory germination treated seeds depends on the modes of electro-thermal radiation. Preliminary studies have shown that germination raw seeds amounted to 55 %. Increase the germination rate is observed in all modes. The largest excess of the yield on the control observed in the processing mode with processing time is 5 s, temperature 50 0C - 54,5 %, the least - with a processing time of 1 s, and temperatures of 45 0C - by 25,4 %.
The value of the yield ambiguous effect on wheat depending on conditions of processing. Positive effect is observed only in versions with a processing time of 5 s and at a temperature of processing 45 and 50 0C and 3 s, 50 and 55 0C.
Key words: technology, presowing processing, the seeds of wheat, electro thermal radiation.
Федотов Виктор Анатольевич -
кандидат технических наук, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Энергосбережение в электротехнологиях» Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Иркутск
Тел.: 8 (3952) 23-73-60 E-mail: skobarifed@yandex.ru
Алтухов Игорь Вячеславович -
кандидат технических наук, доцент кафедры энергообеспечения и теплотехники Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Иркутск
Тел.: 8 (3952) 23-73-60 E-mail: altukhigor@yandex.ru
Fedotov Victor Anatolyevich -
Ph.D. in Technical Sciences, Junior researcher of research laboratory
«Energy saving in electric engineering technology» Irkutsk state agricultural Academy, Irkutsk
Tel.: 8 (3952) 23-73-60 E-mail: skobarifed@yandex.ru
Altukhov Igor Vyacheslavovich -
Ph.D. in Technical Sciences,
Associate Professor of the Department
of energy supply
and heat engineering
Irkutsk state agricultural Academy,
Irkutsk
Tel.: 8 (3952) 23-73-60 E-mail: altukhigor@yandex.ru
в
: № 3(15), 2014
Агроинженерия
53
Цыдыпова Олеся Николаевна -
аспирант кафедры энергообеспечения и теплотехники Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Иркутск
Тел.: 8 (3952) 23-73-60 E-mail: ochirov@igsha.ru
Очиров Вадим Дансарунович -
кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Энергосбережение в электротехнологиях» Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, г. Иркутск
Тел.: 8 (3952) 23-73-60 E-mail: ochirov@igsha.ru
Tsydypova Olesya Nikolaevna -
Ph.D. student of the Department of energy supply and heat engineering Irkutsk state agricultural Academy, Irkutsk
Tel.: (3952) 23-73-60 E-mail: ochirov@igsha.ru
Ochirov Vadim Dansurovich -
candidate of technical Sciences,
senior scientific associate of the research laboratory
«Energy saving in electric engineering technology»
Irkutsk state
agricultural Academy,
Irkutsk
Tel.: (3952) 23-73-60 E-mail: ochirov@igsha.ru
Совершенствование региональной структуры для производства продуктов питания возможно за счёт районов, обладающих наилучшими условиями для их возделывания с одновременным развитием ресурсосберегающей технологии и техники обработки и переработки продуктов.
Реализация ресурсосберегающих технологий во многом будет определяться масштабами использования электрической энергии. Перспективы развития электротехнологии для сельскохозяйственного производства показывают, что широкое применение получили установки, работающие на принципе использования электрической энергии, превращенной в энергию инфракрасного излучения, для обработки и переработки сельскохозяйственного сырья [1, 2, 3].
Это связано с тем, что технические средства, работающие на принципе преобразования электрической энергии в энергию электротеплового излучения, просты, надежны, экономичны и, как правило, являются экологически чистыми. Электротепловое излучение при температуре воздействия до 55 оС позволяет повысить биологическую активность семян, не повреждая ткань и структуру продукта [4].
Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют о том, что методы предпосевной обработки семян культурных растений, основанные на применении электрической энергии, не уступают традиционным методам, а по энергетическим и экологическим показателям значительно их превосходят.
В связи с вышеизложенным получение посевного материала с улучшенными качественными показателями при минимальном расходе энергии является актуальной задачей агропромышленного комплекса, решение которой должно включать в себя концепцию выбора и обоснование режимов электротеплового излучения в технологии предпосевной обработки семян пшеницы.
Анализ основных свойств семян пшеницы как объекта предпосевной обработки по-
казал, что изменение посевных качеств зерна происходит в результате температурного воздействия [5, 6, 7]. Эти изменения будут пропорциональны приложенному воздействию со стороны электротеплового излучения. Рекомендованный в литературе и предварительно определенный собственными опытами температурный интервал нагрева семян пшеницы, не вызывающий снижения их всхожести, составляет 45-55 оС [8, 9].
Для обоснования выбора типа излучателя необходимо определить оптические свойства семян пшеницы. Исследования спектров поглощения теплового излучения в области коротковолновых и средневолновых источников оболочками различных зерновых культур показали, что оптические свойства зерна зависят от целого ряда факторов, основными из которых являются влагосодержание зерна, его структура, цвет и состояние поверхности. В зависимости от перечисленных факторов поглощатель-ная способность зерна в диапазоне длин волн от 1,0 до 6,0 мкм колеблется в пределах от 30 до 90 % [10, 11]. Ввиду этого наиболее подходящим по своим спектральным характеристикам для проведения процесса стимуляции семян электротепловым излучением являются излучатели КГ и ЕЭС-1, у которых максимум излучения находится в пределах от 1,3 до 3,6 мкм.
При стимуляции семян различными электрофизическими способами наблюдается явление электромагнито-фототермического синергизма, суть которого заключается в совместном действии электромагнитного поля, света и теплоты на посевные качества семян. В данной ситуации важно установить тепловые параметры при облучении семенного зерна.
Определение всхожести семян осуществлялось по стандартной методике. Учет урожайности проводился по методике Б. А. Доспехо-ва [12].
Для статистической обработки полученных результатов использовалась методика активного планирования. Исходя из условия действия двух факторов (время обработки, с; температура обработки, оС), был выбран двухфакторный план эксперимента (табл. 1).
54
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
Таблица 1 - Уровни факторов и интервалы варьирования
Фактор Уровень фактора Интервал варьирования
-1 0 +1
х-| - время обработки, с 1 3 5 2
х2 - температура обработки, оС 45 50 55 5
Для проведения лабораторных и полевых исследований после проведения предварительных экспериментов и технических расчётов была разработана и сконструирована экспериментально-промышленная установка для предпосевной обработки семян растений (рис. 1) (подана заявка на патент изобретения). Общая мощность установки составляет 3 кВт.
Рисунок 1 - Установка для предпосевной обработки
семян растений: 1 - бункер-дозатор; 2 - заслонка; 3 - воздуховод; 4 - щит управления; 5 - рама; 6 - калорифер; 7 - самотечное устройство; 8 - регулятор угла наклона к горизонтальной поверхности; 9 - УФ-облучатель; 10 - ИК-излучатель коротковолновый; 11 - ИК-излучатель импульсный средневолновый
Технология обработки семян на установке состоит в следующем. Перед открытием заслонки бункера-дозатора установку включают в сеть 220 В и прогревают 600 с. После разогрева открывают заслонку бункера-дозатора и добиваются истечения семенного материала в один слой по простейшему самотечному устройству. В результате взаимодействия потока теплового излучения и потока семенного материала осуществляется процесс биостимуляции.
Принцип работы самотечного устройства основан на свойстве сыпучести семян сельскохозяйственных культур, перемещающихся по лотку самотечного устройства сплошным потоком в один слой под действием гравитационных сил. Основной характеристикой этого потока служит скорость его перемещения,
которая определяет производительность биостимулятора и, в свою очередь, зависит от параметров самотечного устройства и физико-механических свойств семян: объёмной массы, влажности, фрикционных характеристик и др.
Основными выходными параметрами при определении энергоэффективных режимов в лабораторных и полевых условиях явились: лабораторная всхожесть и фактическая урожайность.
Установлено, что температура нагрева семян напрямую зависит от параметров электротеплового излучения. Получены уравнения регрессии:
у1 = 83,9 + 14,8х1 - 1,26х3 + 1,12х? - 0,15х1х3, (1) у2 = 19,4 + 14,7х1 + 0,067х3 - 0,083х?- 0,082х1х3, (2)
где у1 - температура нагрева семян пшеницы излучателем марки ЕЭС-1, оС; у2 - температура нагрева семян пшеницы
излучателем марки КГ, оС; х1 - время нагрева, с; х3 - расстояние от излучателя до облучаемых семян (60, 90 и 120 мм).
В качестве параметра оптимизации была выбрана температура нагрева семян пшеницы, которая не должна превышать 55 оС. Анализ результатов показывает, что на расстоянии 90 мм при воздействии средневолнового излучателя мощностью 500 Вт и на расстоянии 100 мм при воздействии коротковолнового излучателя мощностью 500 Вт в течение 1-5 с температура нагрева семян пшеницы не превышает 55 оС.
Анализ полученных результатов исследований дал возможность получить уравнения регрессии, описывающие процесс обработки:
у3 = -206,59 + 1,5х1 + 10,86х2 + 0,208х2- 0,107х22,
у4 = -257,01 + 8,96х1 + 10,685х2 ■ - 0,350х?- 0,102х22- 0,125х1х2,
где у3 - всхожесть семян пшеницы, %; у4 - урожайность, ц/га.
(3)
(4)
В результате табулирования данных уравнений были построены графические зависимости (рис. 2).
Установлено, что лабораторная всхожесть обработанных семян напрямую зависит от режимов электротеплового излучения. Предварительные исследования показали, что всхожесть необработанных семян (контроль обозначен на графике «•») составила 55 %. Повышение всхожести наблюдается при всех режимах. Наибольшее превышение всхожести над контролем наблюдается при режиме обработки с временем обработки 5 с, температурой 50 оС - на 54,5 %, наименьшее - с временем обработки 1 с, температурой 45 оС - на 25,4 %.
в
: № 3(15), 2014
Агроинженерия
55
Рисунок 2 - Зависимость лабораторной всхожести семян (а) и урожайности (б) от параметров электротеплового излучения
Величина урожайности неоднозначно сказывается на пшенице в зависимости от режимов обработки. Положительный эффект наблюдается только при вариантах со временем обработки 5 с и при температуре обработки 45 и 50 оС, а также 3 с, 50 и 55 оС.
Максимальная прибавка урожая наблюдается при варианте со временем обработки 5 с и при температуре обработки 50 оС - 8,7 ц/га, что превышает контроль на 39,5 %.
Вывод. 1. Проведённые теоретические исследования по определению электротехно-
логических параметров процесса термообработки семян позволили определить область экспериментальных исследований обработки семян пшеницы электротепловым излучением (при мощности излучателей 500 Вт и длинах волн в диапазонах 1,3 и 3,6 мкм) при температуре нагрева от 45 до 55 оС, времени нагрева от 1 до 5 с.
2. Установлен режим, рекомендованный для внедрения в технологию производства зерна пшеницы с параметрами: время обработки 5 с, температура обработки 50 оС.
Литература
1. Худоногов А. М. Технология обработки дикорастущего и сельскохозяйственного сырья высококонцентрированным инфракрасным нагревом : дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, 1989. 428 с.
2. Очиров В. Д. Обоснование режимов ИК-энергоподвода в технологии сушки корнеплодов моркови импульсными керамическими преобразователями излучения : дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2011. 189 с.
3. Алтухов И. В., Очиров В. Д. Оптические свойства сельскохозяйственных продуктов растительного и животного происхождения // Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии. 2009. № 37. С. 43-49.
4. Алтухов И. В., Федотов В. А., Очиров В. Д. Изменение основных качественных показателей семян пшеницы после воздействия различными облучателями // Вестник Иркутской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 40. С. 107-115.
References
1. Khudonogov A. M. Technology of processing of wild and agricultural raw materials very concentrated infrared heating : dis. ... prof. the technology of Sciences. Novosibirsk, 1989. 428 p.
2. Ochirov V. D. Rationale of modes thermal energy supply in the drying of carrot pulse ceramic converters radiation : dis. ... cand. the technology of Sciences. Krasnoyarsk, 2011. 189 p.
3. Altukhov I. V., Ochirov V. D. Optical properties of agricultural products of plant and animal origin // Vestnik of the Irkutsk state agricultural Academy. 2009. № 37. P. 43-49.
4. Altukhov I. V., Fedotov V. A., Ochirov V. D. Change the basic quality indicators of wheat seeds after exposure to different irradiators // Vestnik of the Irkutsk state agricultural Academy. 2010. № 40. P. 107-115.
5. Shukhanov S. N. The effect of portion throwing germination of seeds // Bulletin of the Altai state agrarian University. 2011. T. 76. № 2. P. 89-91.
56
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
5. Шуханов С. Н. Влияние порционного метания на всхожесть семян // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. Т. 76. № 2. С. 89-91.
6. Семенов А. Ф. Моделирование энергосберегающих режимов выращивания овощей в теплице : автореф. дис. . канд. техн. наук. Красноярск, 2011. 19 с.
7. Хадикова Т. Б., Гатуева К. К., Бигаева М. Т. Электротехнологические и химические способы предпосевной обработки семян африканского проса разных сроков хранения // Известия Горского государственного аграрного университета. 2012. Т. 49. № 1-2. С. 60-63.
8. Птицын С. Д. Зерносушилки. Технологические основы, тепловой расчет и конструкции. М. : Машиностроение, 1966. 211 с.
9. Пятков И. Ф. Термообработка семян перед посевом инфракрасным излучением // Научно-технический бюллетень. 1978. № 3. С. 26-29.
10. Гинзбург А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. М. : Пищевая промышленность, 1966. 407 с.
11. Рогов И. А., Горбатов А. В. Физические методы обработки пищевых продуктов. М. : Пищевая промышленность, 1974. 582 с.
12. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статической обработки различных исследований). М. : Агропромиз-дат, 1985. 351 с.
6. Semenov A. F. Modeling of energy-saving modes of cultivation of vegetables in the greenhouse : avtoref. dis. ... cand. the technology of Sciences. Krasnoyarsk, 2011. 19 p.
7. Chudikova T. B., Gataeva K. K., Bigaeva M. T. Electro technical and chemical methods pre-sowing treatment of seeds of millet different retention // Proceedings of the Gorsky state agrarian University. 2012. T. 49. № 1-2. P. 60-63.
8. Ptitsyn S. D. Grain Dryers. Technological basis, heat calculation and design. M.: Machine-building, 1966. 211 p.
9. Pyatkov I. F. Heat treatment of seeds before sowing infrared radiation // Scientific-technical Bulletin. 1978. № 3. P. 26-29.
10. Ginsburg A. S. Infrared technologies in the food industry. M. : Food industry, 1966. 407 p.
11. Rogov I. A., Gorbatov A. V. Physical methods of processing food. M. : Food industry, 1974. 582 p.
12. Dospehov B. A. Methods of field experience (with the basics static processing of various studies). M. : Agropromizdat, 1985. 351 p.
