CC BY
69
УДК 631.362:631
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОСЕВНЫЕ РОСТОВЫЕ И ПРОДУКТИВНЫЕ СВОЙСТВА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ
© 2009 г.
Полунин В.Н., Жидченко Т.В., Бельтюков Л.П., Купров А.В.
Азово-Черноморская государственная Azov-Blacksea State Agroengineering
агроинженерная академия, г. Зерноград Academy, Zernograd
В работе исследуется влияние электромагнитного поля промышленной частоты высоковольтных линий электропередач с напряженностью электрической составляющей поля 103-5-104 В/м на посевные ростовые и продуктивные свойства озимых пшениц Зерноградка 9 и Ермак на все стадии органогенеза, начиная от обработки семени и заканчивая уборкой урожая.
Показано, что воздействие электромагнитного поля увеличивает количество продуктивных стеблей, количество колосков, среднюю длину растения и колоса, увеличивает количество зерен в колосе и соответственно массу зерна. Все это в целом приводит к увеличению урожайности на 10-15%.
It is investigated electromagnetic field industrial frequency of high voltage lines of electrotransmission with electrical field tensity 103-5104 V/m influence upon winter wheat Zernogradka 9 and Ermak productive and seed-growing properties at all stages of organogenesis, starting with seed processing up to yielding.
It is shown electromagnetic field effect increases productive stems quantity, medium length of a plant and a ear, seed quantity in a ear and grain mass. All of these leads to productivity increase on 10-15%.
В технологии растениеводства сельскохозяйственных культур широко используется как предпосевная обработка семян в электромагнитном поле ЭМП, так и воздействие этого поля на отдельные стадии роста и развития растений [1-4]. Такое воздействие приводит к изменению параметров и свойств органических растительных объектов и в целом к активации и стимуляции развития растений [5-7].
Целью работы является исследование посевных, ростовых и продуктивных свойств озимых пшениц Зерноградка 9 и Ермак, высеваемых на полях Ростовской области под высоковольтными линиями с напряжением от 6 кВ до 300 кВ.
Взаимодействие ЭМП и
растительного биологического объекта отличается сложностью из-за того, что даже при неизменных параметрах ЭМП сам биообъект является неоднородным по физическим параметрам: удельной
электропроводности (G), диэлектрической (в) и магнитной проницаемости (р), к тому же все эти величины могут быть
комплексными и зависящими от частоты (ш), причем в зависимости от стадии развития, влажности, температуры биообъекты могут относиться к проводящим средам ^>>шее0),
полупроводящим (G^ss0), и к
непроводящим (G<^ss0),
[2, 7, 8, 9]. Кроме того, в биообъекте могут существовать области объемом (V) как однородные изотропные, не содержащие внутренних сторонних источников электродвижущей силы, так и анизотропные, неоднородные области с комплексными физическими параметрами: G = G' + jG"; В = е' + js" (е = вв0 + js")
и р = р' + jp"
и содержащие сторонние источники ЭДС с напряженностью (Ест). Источниками сторонних сил в биологических тканях могут быть мембраны [8], области с наличием объемных зарядов -биологических электретов и
магнитоэлектретов, образующихся при
помещении органических веществ в электрическое или магнитное поле [10], а также системы зарядки-разрядки, то есть аккумуляторы на границах раздела проводящих и электролитических областей [11], и за счет диссоциации неспецифических радикалов аминокислот,
входящих в состав белков биообъектов [12].
В общем случае электромагнитное поле описывается системой семи уравнений Максвелла [9]. Если биообъект однородный и изотропный, то уравнение взаимодействия ЭМП с биообъектом при наличии сторонних сил ( Ест ) имеет вид:
У
dV,
| П ■ dS = -j GE 2dV + J^-Е
JJoH2 | ssp e 2
S
где j П ■ dS - поток вектора Умова-Пой-
S
тинга ( П ) через замкнутую поверхность (S) внутри объема (V);
j0, s0 - магнитная и электрическая постоянные;
5 - плотность тока;
Н и Е - напряженности магнитного и электрического полей.
Если структуру биоткани представить в виде R-C цепочек и областями с элементами, обладающими индуктивной
нагрузкой [8, 11], то в этом случае можно использовать теорему Умова-Пойтинга в комплексной форме, которая широко используется при расчетах линий электропередачи, электрических машин и других электро- и радиотехнических устройств.
В этом случае уравнение взаимодействия энергии ЭМП с веществом при наличии реактивной нагрузки и сторонних сил (Ест^0) примет вид:
j П ■ dS = - j2®j|
m, H2
FF0 E
2 Л
dV - - j 2j G
S2 г 1 - * г 1 - *
mdV+Rej - Еcm ■Sct dV + Im j - Ecm ■S dV,
V 2 V 2
2
S
где Re - вещественная часть комплексного потока вектора Умова-Пойтинга и вещественная часть комплексной мощности потерь;
Im - мнимая часть комплексной мощности потерь.
И если в свою очередь параметры среды F, J, G являются комплексными, то
при наличии сторонних сил (Ест^0) уравнения взаимодействия, поглощения и обмена энергией между источником ЭМП и биообъектом с реактивной нагрузкой и комплексными параметрами среды (F) и ( J) можно записать:
jndS = ® dV-j—H^
dV
-j®
cf’ ■ E r ij' ■ H 1^.1
\F~rmdV-j^-T^dV --j Ecm S dV,
V 2 V 2 2
*
где S - плотность сторонних источников тока в комплексно-сопряженной форме;
Hm, Em - амплитудные значения составляющих напряженности магнитного и электрического полей.
Широко известны работы по предпосевному воздействию ЭМП на семена, на биообъекты на стадии проростков, на стадии всходов, стадии разветвления точки роста, стадии цветения, фотосинтеза и т.д. [7, 13-16].
Представляет интерес изучение влияния ЭМП на растительный биологический объект в процессе всего органогенеза, начиная от стадии обработки семени вплоть до уборки урожая в полевых условиях.
Такую возможность исследования представляют поля, через которые проходят высоковольтные линии, и растительный биообъект подвергается непрерывному воздействию
электромагнитного поля промышленной
частоты, причем растительный объект меняет свое состояние от непроводящей, затем проводящей, полупроводящей, вновь до непроводящей среды.
В данной работе исследовались посевные, ростовые и продуктивные свойства озимых пшениц Зерноградка 9 и Ермак, высеваемых на полях Ростовской области под высоковольтными линиями с напряжением от 6 кВ до 300 кВ.
В качестве контроля использовались растения того же поля, находящиеся на расстоянии более 300 м от высоковольтной линии, где напряженность равнялась
напряженности электрического поля Земли 150-200 В/м.
В таблице 1 представлены посевные качества семян озимой пшеницы Зерноградка 9 и зеленый анализ перед уходом в зиму при воздействии ЭМП и вне его.
В таблице 2 представлены ростовые характеристики озимой пшеницы Зерноградка 9 и анализ растений после выхода из зимы при воздействии ЭМП высоковольтных линий и естественным полем Земли.
Таблица 1
Посевные качества семян озимой пшеницы Зерноградка 9 и зеленый анализ перед уходом в зиму
Сорт Напряжен ность электриче ского поля, В/м Длина растени й, см Количест во стеблей на одно растение Количест во листьев, шт. Количест во корней, шт. Глубина залегания узла кущения, см Всхоже сть, %
Зерног рад- ка 9 - озимая пшени ца 1,0-103 В/м 25,9 2 11 6,1 4,6 92
3,3-104 В/м 26,0 2 11,1 6,1 4,7 95
200 В/м 25,8 1,9 11 6,0 4,5 90
Таблица 2
Ростовые характеристики семян озимой пшеницы Зерноградка 9, обработанных электромагнитным полем высоковольтных линий и естественным полем Земли
Сорт Напряженность электрического поля, В/м Средняя длина стебля, см Среднее количество листьев, шт. Среднее количество корешков, шт. Средняя длина корешков, см Длина колоса, см
Зерноградка 9 - озимая пшеница 4-104 В/м 75 4,0 5,6 7,4 8,7
контроль 200 В/м 69 3,8 4,5 6,9 7,2
1,0-103 В/м 73,5 3,88 5,5 7,5 7,8
контроль 200 В/м 70 3,7 4,6 7,1 7,3
Из таблиц 1, 2 следует, что
воздействие ЭМП высоковольтных линий с напряженностью от 1,0-10 В/м до 4,7-10 В/м приводит к увеличению как посевных качеств, о чем свидетельствует возрастание
полевой всхожести, глубины залегания узла кущения, так и ростовых показателей, а именно длины стебля, среднего количества листьев, среднего количества и средней длины корешков.
Необходимо отметить, что даже визуально видно, что длина растений под высоковольтной линией больше, чем в трехстах метрах от нее.
Непрерывная обработка семян в электромагнитном поле высоковольтных линий приводит также к увеличению длины колоса и других сортов
сельскохозяйственных культур и, в частности, озимой пшеницы Ермак.
Изменение ростовых показателей под влиянием ЭМП высоковольтных линий приводит и к увеличению продуктивных свойств, представленных в таблице 3.
Таблица 3
Продуктивные свойства озимых пшениц Зерноградка 9 и Ермак, обработанных полем высоковольтных линий и полем Земли
(данные сняты перед уборкой озимых пшениц)
Сорт Напряжен ность электричес кого поля, В/м Кол- во стебле й, шт. /м2 Кол-во проду ктив. стебле й, шт. /м2 Масса снопа, г Масса зерна с 50 растен ий, г Средн ее кол-во зерен в колосе (из 20 шт.) Масс а 1000 зерен , г Средня я высота одного растен ия, см Средняя длина колос а, см
Зерногр ад-ка 9 1-103 В/м 204 200 739 63,5 29 47,4 90,3 8,9
200 В/м контроль 169 110 537 59,1 29 42,9 89 8,9
Ермак 4,7-104 В/м 132 128 537 67,2 35,8 51,3 91,2 13,4
200 В/м контроль 102 90 300 50,0 29,3 47,6 79,6 11,6
Растения, обработанные под высоковольтной линией, имеют большее количество зерен в колосе и соответственно массу зерна, все это в целом приводит к увеличению урожайности на 10-15%.
Таким образом, показана
возможность использования уже готовых (не требующих затрат на изготовление) установок - высоковольтных линий электропередач для обработки семени и
растения в процессе роста и развития, приводящая к улучшению посевных, ростовых и продуктивных свойств растений и в целом к увеличению урожайности. Причем семена,
воспроизводимые под высоковольтной линией, как показали исследования, могут дать новую популяцию сортов озимой пшеницы. Работа в этом направлении продолжается.
ЛИТЕРАТУРА
1. Физические факторы в растениеводстве [Текст] / М.Ф. Трифонова, О.В. Бляндур,
А.М. Соловьев, И.П. Фирсов, А.А. Сиротин, Л.В. Сиротина - М.: Колос, 1998.- 352 с.
2. Шмигель В.В. Сепарация стимуляция семян в электрическом поле [Текст] / В.В. Шмигель - Кострома, 2003. - 234 с.
3. Методы и техника для предпосевной стимуляции семян сельскохозяйственных
культур [Текст] / Экспресс-информация. Вып.11, 1985. С. 1-13. Тракторное и
сельскохозяйственное машиностроение. Сер. 2. Сельскохозяйственные машины и орудия.
4. Стародубцева Г.П. Влияние предпосевной обработки семян в электрических полях на посевные качества и продуктивность подсолнечника. Дис. канд. с.-х. наук. [Текст] / Г.П. Стародубцева. - Ставрополь, 1988. - 129 с.
5. Электрофизические способы стимуляции роста растений. [Текст] / И.Ф. Бородин, К.И. Щербаков - Техника в сельском хозяйстве, № 5, 1998.
6. Щербаков К.И. Стимуляция ростовых процессов растений низкоэнергетическим электромагнитным полем [Текст] / К.И. Щербаков // МЭСХ, 2002. № 7.
7. Стимуляция роста растений [Текст] / А.М. Дмитриев, Л.К. Страцкевич. - Минск: Ураджай, 1986. - 115 с.
8. Ляпин В.Г. Поглощение электромагнитной энергии в растительной ткани [Текст] /
В.Г. Ляпин, А.И. Инкин // МЭСХ, 2002. № 11.
9. Никольский В.В. Теория электромагнитного поля [Текст] / В.В. Никольский. -М.: Высшая школа, 1961.
10. Губкин А.Н. Электреты [Текст] / А.Н. Губкин. - М.: Наука, 1978.
11. Беркенблит М.Б. Электричество в живых организмах [Текст] / М.Б. Беркенблит, Е.Г. Глаголева. - М.: Наука, 1978.
12. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений [Текст] / Под ред. Н.И. Третьякова - М.: Колос, 2000. - 640 с.
13. Перспективы использования факторов воздействия в растениеводстве [Текст] / Н.Ф. Батыгин, С.М. Потапова, Т.С. Кортава, И М. Алиев. - М.: ВНИИТЭИСХ, 1978. - С. 52.
