CC BY
31УДК 631.53.027.3
УФ СВЕТОДИОДНАЯ ОБЛУЧАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ПЕРЕД ПОСЕВОМ
Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г., Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, г. Ижевск
Корепанов Д. А.
Поволжский государственный технологический университет
Аннотация. Рассмотрено влияние ультрафиолетового (УФ) излучения на семена туи западной. Разработана УФ светодиодная установка для предпосевной обработки семян. Показано, что в предпосевное УФ облучение семян туи западной позволяет повысить энергию прорастания семян, всхожесть и приживаемость. Для поддержания необходимой дозы УФ облучения разработана программа управления программируемого логического контроллера на языке функционально-блоковых диаграмм.
Ключевые слова: электротехнологии, ультрафиолетовое излучение (облучение); энергия прорастания; всхожесть; ранняя продукция, светодиоды, LED, УФ излучение.
Введение. Положительное воздействие предпосевной обработки семян УФ излучением заключается в повышении энергии прорастания семян и их всхожести, что обеспечивает устойчивые урожаи декоративных культур, используемых для озеленения городов т других населенных пунктов [1, 2, 3, 4, 5, 6 ].
Целью работы является разработка энергосберегающей УФ светодиодной облучательной установки для предпосевной обработки семян древесных культур.
Объект и методика. Хвойные растения - это лучшее украшение любого парка или сада, неотъемлемая составляющая современного дизайна. К достоинствам хвойных растений относятся их долговечность, неприхотливость, вечнозеленость, т.е. возможность сохранять свои декоративные свойства круглый год. По данным специалистов, хвойные задерживают пыль в 30 раз больше, чем осина, в 12 раз больше, чем береза, а фитонцидов выделяют в 2 раза больше, чем лиственные породы. Все это говорит о том, что современному ландшафтному дизайну очень сложно обходиться без хвойных растений.
В XVI-XVIII столетиях открытие Америки и организация колоний в Индии, Индокитае и Африке в активизировали ввоз в
Европу разнообразных растений из этих стран. Флора Северной Америки значительно превосходила флору Европы, которая к тому времени насчитывала 845 видов древесных растений.
Одним из первых введением в культуру видов хвойных растений из Северной Америки в Европу начал заниматься француз Андре Мишо (1746-1802), который вместе сыном в течение тридцати лет пересылал из Северной Америки во Францию большое количество семян хвойных пород, что позволило обогатить сады и парки Франции ценными видами растений, среди которых была и туя западная. (Гурский, 1957). С 1777 г. немецкий капитан Ф.А. Вангенгейм занимался изучением применения американских древесных растений. Результаты своих исследований он опубликовал в обширной монографии, в которой обосновал возможность применения американских древесных пород в лесном хозяйстве не только Германии, но и Европы. В конце XIX в. в Германии были опубликованы брошюры Д. Бута о перспективах использования североамериканскиъ хвойных растений для озеленении Европы.
В России североамериканские виды хвойных древесных растений впервые появились в XVIII столетии, когда были завезены туя западная, можжевельник виргинский, сосна Веймутова и ряд листопадных деревьев. При этом большинство североамериканских видов было привлечено из Западной Европы, а некоторые -непосредственно из Северной Америки. В 1756 г. в г. Москве, на Воробьиных горах, Демидов создал частный ботанический сад, в котором, по заключению академика Палласа, насчитывалось в открытом грунте и оранжереях 2224 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 Санкт-Петербурге и Москве. По данным A.B. Гурского (1957) в середине XX столетия в России насчитывалось уже 470 видов флоры Северной Америки, в том числе 62 вида хвойных растений, что составило почти четверть всех завезенных в Россию видов.
Тую называют «северным белым кедром» или «американском деревом жизни». Род туи насчитывает 6 видов. Самой популярной в России считается туя западная, которая обладает хорошей зимостойкостью и неприхотливостью к условиям выращивания, что открывает ей широкие возможности для озеленения городов России. Повышенная устойчивость туи к содержанию вредных примесей в воздухе позволяет использовать ее для зеленого строительства в большей части территории России. Среди всех видов рода туя западная наиболее морозоустойчива: переносит морозы ниже минус
35°С, Туи хорошо переносят пересадку, особенно весеннюю.
Высаживая растения группами, между ними выдерживают расстояние от 3 до 5 м, ориентируясь на размер будущих деревьев. В аллеях туи обычно сажают в 4 метрах одну от другой. Тую можно посадить близко к дому, так как она безопаснее при пожаре, чем другие хвойные породы, например пихта. Это связано с тем, что у туи более плотная древесина и много влаги в хвое. Хорошо сочетаются туи с тсугой, кипарисом, лиственницей европейской, елью восточной и т.д.
Во всем мире туя высоко ценится за декоративность. Эта хвойная вечнозеленая порода красива и зимой, и летом. Тую называют «кипарисом Севера».
Рисунок 1 - Молодые шишки (слева) и зрелые шишки (справа) туи
западной
Шишки туи мелкие длиной от 0,8 до 1 см. При созревании чешуи шишки приоткрываются и оттуда вылетают плоские с узкими крыльями семена, масса 1000 штук которых равна 1,4-1,8 г, (для сравнения масса 1000 семян огурца изменяется от 14 до 18 г).
Рисунок 2 - Семена туи западной Предпосевное облучение семян УФ излучением существенно увеличивает энергию прорастания, всхожесть, повышает урожайность и качество продукции. Вместе с этим, этот способ представляет интерес в виду своей простоты, дешевизны, энергоэффективности, высокой производительности и экологичности, т. к. УФ светодиоды (УФ LED) не содержать ртуть в отличие от разрядных ламп [7, 8, 9, 10, 11, 12].
Для предпосевной УФ обработки семян нами использовалась установка, изображенная на рис. 3..
У г
Рисунок 3 - Схема УФ светодиодной облучательной установки
1 - источник излучения - светодиодная матрица, 2 - приводной механизм лотка, 3 - подвижный лоток, 4- ПЛК, 5 - блок питания 6 -рабочая камера облучения
В качестве источника излучения используем ультрафиолетовую светодиодную матрицу с длиной волны 360 нм и управляющей драйвер SHL0020UV (рис. 4), технические характеристики которых приведены в таблице 1.
Корпус установки, панели управления, лотка выполнен из ABS пластика изготавливается с использованием 3D принтера по данным загруженной модели. Размеры корпуса 150x150 мм.
Рабочая поверхность лотка покрыта отражающей пленкой и составляет 100 х 100 мм.
Для управления работой установки используем программируемый логический котроллер, для которого была написана программа на языке функционально-блоковых диаграмм (FBD), изображенная на рис. 5 [13, 14, 15, 16, 17].
Рисунок 4 - Общий вид ультрафиолетовой светодиодной матрицы и управляющего драйвера SHL0020UV и технические характеристики
Таблица 1 Технические характеристики ультрафиолетовой
светодиодной матрицы и управляющего драйвера 8^0020ЦУ
Параметр Значение
1. Длина волны, нм 360
2. Угол яркости 200
3. Напряжение имм / иМАХ. В 4В / 16В
4. Ток потребления от источника 5 В, мА 230
5. Ток потребления от источника 12 В, мА 100
6. Количество светодиодов., шт. 18
7. Защита от переполюсовки Да
Эксперимент по проверке лабораторной всхожести облучённых семян туи западной проводился согласно ГОСТ 13056.6-97 [18]. Семена раскладывали в чашках Петри. В каждом опыте было по 100 семян, опыты повторялись четыре раза. Диапазон мощности излучения был подобран по результатам предыдущих исследований, проведенных на установке с лампой типа ДРТ 400 [19, 20, 21, 22].
I •• а ->1 "М >.-1
Рисунок 5 - Программа для реализации коррекции дозы УФО на языке программирования функционально-блоковых диаграмм (FBD)
Результаты экспериментов для туи западной приведены в табл. 2. Статистическая обработка проводилась по критерий Стьюдента, который показал, что при достоверности 95% различие между контролем и наиболее эффективной дозой УФ облучения существенно,
Т. К. 1:факт. —4,82 > —2,57.
Анализ таблицы 2 показывает, что энергия прорастания у семян туи западной после обработки УФ излучением выше по сравнению с контролем при достоверности 95%, что способствует более быстрому прорастанию этих семян, получению из них более ранних и полноценных всходов. Биологи утверждают, что облученные семена дольше сохраняют эти полученные положительные качества при хранении по сравнению с контролем [20].
Таблица 2 - Результаты опытов по облучению семян туи
западной УФ излучением
Доза УФ облучения, кДж/м2 Среднеарифметические значения, шт
Энергия прорастания (на 7-й день) Всхожесть (на 20-й день)
Контроль - 14,3±1,4
0,74 4,2±0,6 25,0 ±1,1
1,48 5,6±0,4 25,0 ± 2,5
2,2 5,8±0,2 27,3 ± 2,3
3,3 4,8±0,3 22,2±1,3
На рис. 6 приведена диаграмма по сравнению сеянцев, выросших из облученных и необлученных семян.
х ^
о о.
140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0%
Биомасса сеянцев
Приживае мость
I Контроль
100%
100%
100%
100%
I Туя западная
120%
125%
125%
126%
Рисунок 6 - Сравнение среднеарифметических значений некоторых показателей сеянцев туи западной, выросших из контрольных семян и облученных УФ излучением
Анализ диаграммы, приведенной на рис. 7, показывает, что ультрафиолетовый способ предпосевной обработки семян декоративных растений туи западной имеет хорошую перспективу в качестве стимулятора ростовых процессов.
Выводы
1. Проведенные исследования показали перспективность использования ультрафиолетовой предпосевной обработки семян туи западной, как простого, энергоэкономичного, экологически чистого способа выведения семян из состояния покоя.
2. УФ предпосевная обработка семян усиливает их способность к быстрому и, что очень важно, дружному прорастанию.
3. Обработка семян УФ излучением позволила повысить длину
корня на 20%, сухую массу на 25% и приживаемость растений на 26% по сравнению с контролем.
Список использованных источников:
1. Кондратьева, Н.П., Владыкин И.Р. Устройство для предпосевной обработки семян. Патент на полезную модель RUS 54714 17.02.2006
2. Кондратьева, Н.П. Повышение эффективности электрооблучения растений в защищенном грунте / Дисс. ... д-р техн. наукМ.: ВИЭСХ. - 2003. - 250 с.
3. Украинцев, B.C. Кондратьева Н.П., Корепанов Д.А., Бывальцев A.B. Влияние ультрафиолетового облучения на повышение посевных качеств семян хвойных пород. Вестник Удмуртского университета. Серия 6: Биология. Науки о Земле. Выпуск 1. -Ижевск, УдГУ, 2011. - С. 132-137.
4. Кондратьева Н.П., Корепанов Д.А., Бывальцев A.B., Перевозчиков Е.А. Ультрафиолетовое облучение семян туи западной и ели колючей.СПб.: Известия Международной академии аграрного образования. 2011. № 12. С. 13-15.
5. Бывальцев A.B., Кондратьева Н.П., Украинцев B.C. Влияние УФ облучения на повышение посевных качеств семян. / Методика и технология / Сабрюкен, 2012
6. Стерхова Т.Н., Кондратьева Н.П., Корнаухов П. Д., Краснолуцкая М.Г Триер с УФ излучателем . Патент на изобретение RUS 2589781 24.09.2014
7. Кондратьева Н.П., Юран С.И., Владыкин И.Р., Баранова И.А., Козырева Е.А., Баженов В.А. Энергосберегающие электротехнолоогии и электрооборудование на предприятиях АПК. В сборнике: Энергоресурсосбережение в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и агропромышленном комплексе материалы регионального научно-практического семинара: электронное научное издание. Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБО УВПО "Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова". 2016. С. 303-311.
8. Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г., Батурин В.И., Глазырин КФ Обоснование применения ресурсосберегающих источников энергии В сборнике: Научно-образовательная среда как основа развития агропромышленного комплекса и социальной инфраструктуры села Материалы международной научно-практической конференции (посвященной 85-летию ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА). Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашская государственная
сельскохозяйственная академия". 2016. С. 435-440.
9. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Разработка УФ светодиодной (LED) облучательной установки для предпосевной обработки семян В сборнике: Актуальные проблемы энергетики АПК Материалы VII международной научно-практической конференции. 2016. С. 93-97.
10. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Энергоэффективное энергосберегающие светодиодные облучательные установки . Вестник ВИЭСХ. 2016. № 3 (24). С. 48-53.
11. Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Баранова И. А., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Энергосберегающие электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве. Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 4 (19). С. 11-16.
12. Kondratieva N.P., Vladykin I.R., Litvinova V.M., Krasnolutskaya M.G., Bolshin R.G. Energy saving technologies and electric equipment appeled in agriculture. Research in Agricultural Electric Engineering. 2016. № 2. C. 62-68.
13. Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Баранова И.А., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Информационно-управляющие системы в электроэнергетике с использованием инструментального программного комплекса промышленной автоматизации "CODESYS" И "ZELIO SOFT". Учебное пособие по дисциплине "Информационно-управляющие системы в электроэнергетике" для студентов, обучающихся по направлению подготовки "Агроинженерия", магистерская программа "Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве" / Ижевск, 2015.
14. Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Баранова И.А., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г Микропроцессорные системы управления . Учебное пособие по дисциплине "Микропроцессорные системы управления" для студентов, обучающихся по направлению подготовки "Агроинженерия", профиль "Электрооборудование и электротехнологии" / Ижевск, 2015.
15. Кондратьева Н.П., Коломиец А.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Энергосберегающие электротехнологии для предпосевной обработки семян. В сборнике: Актуальные проблемы энергетики АПК. VI Международная научно-практическая конференция. Под общей редакцией ТрушкинаВ.А.. 2015. С. 108-111.
16. Кондратьева Н.П., 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. 5761.
17. Корнев, С.А., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г., Коростелёв
Д.В.Возможность использования систем управления
интеллектуальными свето- и фитосветильниками. Биотехнология. Взгляд в будущее. [Текст] : IV Международная научная Интернет-конференция : материалы конф. (Казань, 24-25 марта 2015 г.) / Сервис виртуальных конференций Pax Grid ; сост. Синяев Д. Н. - Казань : ИП Синяев Д. Н. , 2015. - 62...65 с.
18. ГОСТ 13056.6 - 97. Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 39 с.
19. Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г.. Энергоэффективные электротехнологии в подготовке семян к посеву. В сборнике: Актуальные вопросы и тенденции развития в современной науке Материалы II Международной научно-практической конференции. 2015. С. 49-55
20. Корепанов ДА., Кондратьева Н.П. Установка для повышения посевных качеств семян длинноволновым УФ облучение. Монография. - Ижевск, 2006, 61 с.
21. Кондратьева, Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г., Энергоэффективное электрооборудование для обработки семян перед посевом. Биотехнология. Взгляд в будущее.ДТекст] : IV Международная научная Интернет-конференция, материалы конф. (Казань, 24-25 марта 2015 г.) / Сервис виртуальных конференций Pax Grid ; сост. Синяев Д. Н. - Казань : ИИ Синяев Д. Н. , 2015. - 57.61 с.
22. Кондратьева Н.П., Романов В.Ю., Чефранова М.Н., Нуреева ТВ., Корепанов Д.А., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г. Перспективы использования электротехнологии для повышения посевных качеств семян УФ-излучением. Известия Международной академии аграрного образования. 2015. № 24. С. 10-13.
Надежда Петровна Кондратьева, доктор технических наук, профессор; Мария Геннадьевна Краснолуцкая, аспирант; Роман Геннадьевич Большин, канд.техн.наук; Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, г. Ижевск Дмитрий Анатольевич Корепанов, доктор с-х. наук, доцент : Поволжский государственный технологический университет, г.
Йошкар-Ола
UV LED IRRADIATION SYSTEM FOR THE TREATMENT OF SEEDS BEFORE SOWING
N. P. Kondratieva , M. G. Krasnolutska , R. G. MA, Izhevsk state agricultural Academy, Izhevsk D. A. Korepanov Volga state University of technology Abstract. The influence of UV radiation on the seeds of thuja occidentalis is studied. UV led installation for presowing treatment of seeds is designed. It is shown that UV irradiation of pre-sowing seed of thuja occidentalis allows to increase the energy of germination, germination rate and survival rate. To maintain the required UV dose programmable logic controller in the language of functional block diagrams is developed.
Keywords: Electrotechnology, ultraviolet radiation (irradiation); germination energy; germination; early products, LEDs, LED, UV-radiation.
Nadezhda p. Kondratieva, Doctor Of Technical Science, Professor; Maria G. Krasnolutskaya, Graduate Student; Roman G. Bolshin, Candidate Of .Technical Sciences; Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk Dmitry A. Korepanov, Doctor Of Agricultural Sciences, Associate Professor, the Volga State Technological University, Yoshkar-Ola
