Разработка способа предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем и экономическое обоснование его использования

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ (ИЭП) И ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

На протяжении многих десятилетий перед мировым сообществом стоит стратегическая цель повышения продовольственной безопасности. В «Римской декларации по всемирной продовольственной безопасности» говорится об обязанности любого государства обеспечивать право каждого человека на доступ к безопасным для здоровья и полноценным продуктам питания в соответствии с правом на адекватное питание и правом на свободу от голода. Вместе с тем, проблема повышения посевных, урожайных качеств семян и адаптивных свойств растений, выращенных из них, получение экологически чистой продукции в настоящее время становится всё более актуальной. Тем не менее, большинство сельхозтоваропроизводителей в стремлении увеличить свои доходы прибегают к традиционным способам предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, основанных на использовании химических и биохимических препаратов, стимулирующих прорастание семян. Себестоимость обработки зерна агрохимическими стимуляторами и регуляторами роста составляет в среднем 48-52 руб. за тонну.

Однако науке известны альтернативные нетрадиционные способы предпосевной обработки семян, в том числе физическими факторами. Независимо от вида воздействия (постоянное или переменное магнитное поле, СВЧ, радиоволны, лазер и т. д.) активация семян дает практически одинаковый прирост урожая. Поэтому в выборе метода основную роль играют его доступность и экологическая чистота. Несмотря на то, что факт повышения посевных качеств семян в результате их предпосевной обработки физическими факторами аргументированы многими авторами 1-4, стабильных результатов получено не было.

Целью нашей работы явилось улучшение посевных качеств семян сельскохозяйственных, овощных культур и адаптивных свойств растений, выращенных из них путем воздействия на семена электрического поля импульсами длительностью порядка 10-6-10-9 с и как следствие увеличение качества и количества урожая.

На протяжении 10 лет в Ставропольском государственном аграрном университете под руководством Стародубцевой Г.П. работает научная школа «Взаимодействие электромагнитных полей с биологическими объектами и водой». За это время проведено тщательное исследование научных публикаций, патентов, авторских свидетельств по теме НИОКР. Сконструирован и изготовлен ряд лабораторных установок для предпосевной обработки семян (установка для предпосевной обработки семян переменным магнитным полем (ПрМП), установка для предпосевной обработки семян полем отрицательного коронного разряда (ПОКР) и др.). В ходе исследований появилось предположение о двойном воздействии электрического поля высокого напряжения импульсами порядка 10-6 - 10-9 с на посевной материал: стимулирующего и бактерицидного. Для того чтобы исследовать воздействие импульсного электрического поля на посевные качества семян сельскохозяйственных культур, по нашему техническому заданию ЗАО «НПО ФИД - Техника», г.Санкт - Петербург изготовил высоковольтный импульсный генератор напряжения с параметрами: амплитуда выходного импульсного напряжения U=3-15 кВ; частота повторения импульсов напряжения f=20-300 Гц; длительность импульса ф=5-10 нс; длительность фронта (среза) импульсов напряжения ффр(фср)=2,5-3 нс.

Лабораторные испытаний подтвердили теоретические расчеты влияния ИЭП на посевные качества семян сельскохозяйственных культур. В таблицах 1-3 представлены результаты влияния ИЭП с частотой следования импульсов от 20 до 300 Гц на посевные и урожайные качества семян сахарной свеклы, сои, моркови, из которых видно, что энергия прорастания на 15-18 %, всхожесть на 19-20 % выше, чем у семян контрольного варианта, не прошедших обработку ИЭП.

При обработке элитных и репродукционных семян предпосевная обработка ИЭП позволяет получить более «дружные» всходы, растения из обработанных семян более устойчивы к болезням, негативным факторам окружающей среды. В ходе эксперимента нами выявлено, что чем выше частота следования импульсов ИЭП, тем меньше экспозиция обработки семян.

Таблица 1 - Влияние предпосевной обработки семян ИЭП на энергию прорастания и всхожесть семян свеклы сорта «Крета» в зависимости от экспозиции (мин) и частоты при времени отлежки 3 суток

Таблица 2 - Влияние предпосевной обработки семян ИЭП на энергию прорастания и всхожесть семян моркови сорта «Витаминная» в зависимости от экспозиции (мин) и частоты при времени отлежки 3 суток

Таблица 3 - Влияние предпосевной обработки семян ИЭП на энергию прорастания и всхожесть семян сои сорта «Вилана» в зависимости от экспозиции (мин) и частоты при времени отлежки 3 суток

Максимальная частота импульсов используемого нами в лабораторных исследованиях генератора составляла 300 Гц, при которой время обработки, например, семян сои, составляло 10 минут. Таким образом можно предположить, что увеличивая частоту следования импульса и его длительность можно сократить время обработки до нескольких секунд при тех же показателях улучшения посевных качеств обрабатываемых семян.

Сопоставление данных полученных различными исследователями (Н.Ф. Батыгин, И.Ф. Бородин, Г.И. Цугленок, С.В. Оськин, Н.В. Ксёнз), свидетельствует, что предпосевная обработка семян физическими факторами способна улучшать посевные качества семян, активизировать рост растения на самых ранних этапах онтогенеза, сокращая время между посевом и появлением всходов. При этом многие авторы отмечают улучшение качества готовой продукции: содержание сахара, крахмала, масел и других веществ. Анализ изученной нами научной литературы позволяет сделать вывод, что использованию физических факторов для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур уделяется большое внимание. Однако, отсутствие серийно выпускаемого оборудования для предпосевной обработки, недостаточность объяснения механизма действия физических факторов на посевные качества семян, и, как следствие, сложность подбора режимов обработки для каждой культуры не позволяют широко использовать их в сельскохозяйственном производстве 6, 7, 9-11.

Объяснить улучшение посевных качеств семян при их предпосевной обработке физическими факторами в оптимальном режиме на основе результатов наших экспериментов, можно тем, что у этих семян возрастает интенсивность водопоглощения (А.Дульский, Д.Данилов, 2010 г.), что приводит к сокращению продолжительности микрофенологических фаз (ММФ) прорастания семян. Так семена различных культур наклевываются на 3-4 часа раньше, чем семена контрольных вариантов. Под действием сил электрического поля происходит деформация клеточных мембран, приводящая к изменению их проницаемости, как для воды, так и ионов. Кроме этого импульсное электрическое поле обладает, наряду со стимулирующим и выраженным бактерицидным воздействием на патогенную микрофлору, вызывающую различные болезни семян сельскохозяйственных культур. По результатам исследований влияния ИЭП на семена сои, моркови, свеклы получены протоколы исследований, акты внедрения. Научная новизна используемых новых технических решений подтверждена патентом РФ № 2340139 от 10.12.2008 «Способ предпосевной обработки семян сои электрическим полем».

Дальнейшие исследования было решено проводить на базе ООО НПО «СПЕКТР». Одним из направлений деятельности данного инновационного предприятия является разработка универсального способа предпосевной обработки семян ИЭП, который ориентирован на сельхозпроизводителя и позволяет улучшать посевные и урожайные качества посевного материала за счет стимулирующего и бактерицидного воздействия ИЭП на семена. Была поставлена цель - сокращение времени предпосевной обработки семян до 5-10 секунд, что даст возможность включить предлагаемый способ в существующую технологическую линию подготовки семян в производственных условиях.

По результатам НИОКР нами разработан и изготовлен опытный образец промышленной установки. В тоже время в ФИПС от ООО НПО «СПЕКТР» подана заявка на изобретение «Универсальную установку для предпосевной обработки семян электрическим полем импульсами наносекундной длительности» № 2011108691 от 10 марта 2011 года.

Установка состоит из линии обработки семян и аппаратуры электропитания. Способ подачи зерна - ручной или сторонними механизмами. Принцип линии обработки - конвейерная лента закрытого типа с применением плоскопараллельной компоновкой активатора. В связи с применением в установке подвижных частей, находящихся под действием высокого напряжения, предусмотрена зона безопасности персонала вокруг установки не менее 1,5 м и применение изоляционных материалов.

Линия обработки семян (рисунок 1) состоит из рамы 1, на которой находится воронка 2 для засыпания семян в один слой; транспортера 3, выполненного из токопроводящего материала, приводимый в движение с помощью редуктора, соединенного с электродвигателем, находящегося под одним потенциалом; плоского электрода 4, расположенного сверху транспортера с регулируемым зазором 10…30 мм, являющимся другим потенциалом установки 5; чистиков 6, с помощью которых транспортер очищается от пыли и других мелкодисперсных фракций, находящихся в посевном материале.

Конструкция установки исключает доступ к ней случайного человека. Позволяет обрабатывать семена в промышленных масштабах.

Нами произведен расчет степени надежности электрической части установки, выявление наиболее надежных узлов и определение мер по получению максимального параметра надежности.

Показателем, гарантирующим надежность изделия, является наработка на отказ. Под отказом понимается состояние установки, при котором не обеспечиваются заданные параметры.

При расчете времени наработки на отказ определены исходные интенсивности отказов элементов. Значения интенсивностей отказов импортных и нестандартных элементов, задавались с использованием данных на аналогичные элементы.

Используя руководство по эксплуатации, перечни элементов, определены коэффициенты электрической нагрузки по формуле:

ПРАБ., ПДОП. соответственно рабочее и допустимое по ТУ значение определяющих параметров режима.

Эксплуатационная интенсивность отказов элементов рассчитывалась по соответствующей математической модели:

Э = О КР КЭ КПР ПI ,, где

О- исходное значение интенсивности отказов;

КР- коэффициент режимов;

КЭ- коэффициент жесткости условий эксплуатации;

КПР- коэффициент приёмки;

ПI - произведение дополнительных коэффициентов.

Для составных частей интенсивность отказов составляет:

Для модуля питания - ЭI =13,587•10-6 1/ч

Для конвертора - Э2 =13,356•10-6 1/ч

Для модуля заряда - Э3 =16,683•10-6 1/ч

Для модуля стабилизации - Э4 =12,326•10-6 1/ч

Для модуля управления - Э4 =21,74•10-6 1/ч

Для формирователя - Э4 =13,103•10-6 1/ч

Для пульта ДУ - Э4 =25,556•10-6 1/ч

Суммарная эксплуатационная интенсивность отказов элементов устройства определялась по формуле:

,

где n - количество элементов, входящих в состав электрической схемы установки.

Для учёта отказов за счет электрического монтажа и возможности введения дополнительных элементов на последующих этапах разработки, найденная суммарная интенсивность отказов увеличивается в 1,35.

Наработка на отказ комплекта определена по формуле:

Надежность работы электрической части комплекта соответствует требованиям.

Габаритные размеры установки для предпосевной обработки семян ИЭП, при массе до 20 кг, составляют 2х1х1,7 м. Конструкция установки сборно-разборная. Сменные комплектующие позволяют обрабатывать как мелкосеменные овощные, цветочные, так и более крупные семена зерновых и технических культур. предпосевной зерно урожай бактерицидный

Предлагаемая нами установка не энергоемка (порядка 1 кВт) и мобильна (имеет сборно-разборную конструкцию, масса - до 20 кг); не требует специальной подготовки для ее использования (к установке прилагается инженерная методика, в доступной форме объясняющая предварительные способы определения оптимальной дозы обработки для различных культур, порядок работы на установке); работая с установкой, требуется только соблюдение норм безопасности при использовании электрооборудования; позволяет получать экологически чистую продукцию (не предполагается дополнительная обработка пестицидами, так как обработки импульсным электрическим полем оказывается достаточно для повышения посевных, урожайных качеств семян и адаптивных свойств растений, выращенных из них).

Предлагаемая нами технология получения сельскохозяйственной продукции с помощью предпосевной обработки семян ИЭП предусматривает экономию материальных и трудовых затрат при высокой стабильности получаемых результатов и сохранение единого согласованного во всех звеньях производственного цикла. Особого внимания требуют технологические приемы обработки семян выводящих их из состояния покоя для получения более ранних дружных и выровненных всходов закладывающих основу увеличения урожая получения ранней и высококачественной сельскохозяйственной продукции. Мы считаем, что способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем позволит получать экологически чистую продукцию, соответствующую требованиям ВТО.

В этой связи следующим этапом наших исследований станет производство промышленных установок на базе ООО «Электроавтоматика», г.Ставрополь с целью оказания региональным сельхозтоваропроизводителям услуг по предпосевной обработке семян сельскохозяйственных и технических культур и бактерицидной обработке семян сельскохозяйственных и технических культур направленные на уничтожение патогенной микрофлоры. Основой экономического обоснования предлагаемой нами технологии станут элементы бизнес-планирования [5, 8].

Для определения потенциального объема оказания услуг необходимо учесть потенциальную производительность установки ИЭП, которая приведена в таблице 4. Исходя из посевных площадей зерновых и технических культур в Ставропольском крае - в среднем 2890 тыс.га и указанной производительности установок и количества предполагаемых потребителей услуг можно определить объем ожидаемого спроса (табл. 5).

Таблица 4 - Расчёт потенциальной производительности установки ИЭП

Таблица 5 - Прогноз объема ожидаемого спроса на услуги

Исходя из спроса и производительности установки определим потребность в дополнительных установках и план услуг в таблице 6.

Таблица 6 - План оказания услуг

Очевидно, что планируемый объем оказываемых услуг в течение планируемого периода увеличится в 3,75 раза. Увеличение оборота оказываемых услуг планируем за счет изготовления дополнительных промышленных установок для предпосевной обработки семян. Себестоимость промышленных установок составит 60 тыс. руб. Первоначальные инвестиционные затраты составят 600 тыс.руб. Следует отметить, что в рамках государственной поддержки малых инновационных предприятий возможно получить субсидию в объеме 80% от затрат, т.е. до 500 тыс.руб. Источником финансирования дальнейших расходов на производство установок станет чистая прибыль, получаемая уже в первый год реализации.

В таблице 7 представлен расчёт себестоимости услуг по предпосевной обработке семян и бактерицидной обработке семян сельскохозяйственных и технических культур и определён общий объём затрат.

Учитывая себестоимость и уровень спроса и предложения на рынке нами была определена цена услуги по предпосевной обработке семян и бактерицидной обработке семян сельскохозяйственных и технических культур и общий объем выручки от реализации (таблица 8).

Изменение себестоимости и цены единицы услуги обусловлено наличием фактора инфляции в стране. В условиях его отсутствия нам удастся снижать как расходы, так и цену, но за счёт увеличения объёмов оказываемых услуг (потенциальные производительность установки ИЭП и спрос это позволяют) останется возможным сохранить планируемые объёмы доходов.

Таблица 7 - Расчёт себестоимости услуг

Таблица 8 - Прогноз цены и объема выручки от реализации

Проведём расчёт экономической и бюджетной эффективности, используя данные таблицы 9. Экономическая эффективность в течение срока реализации проекта составит 34, 3 пункта. Следовательно, срок окупаемости инвестиционных затрат составит 172 дня.

ООО НПО «СПЕКТР» является малым инновационным предприятием, находится на специальном налоговом режиме (УСН), в качестве объекта налогообложения выбраны доходы, уменьшенные на величину расходов, налоговая ставка в настоящий момент времени 5% (льготный период в Ставропольском крае).

В течение срока реализации проекта мы определяли объём налоговых платежей в бюджет из расчёта 15%. Проведённые расчёты показывают, что в течение срока реализации проекта прибыль до налогообложения составит 20736 тыс.руб., сумма налогов - 3110,4 тыс.руб., следовательно бюджетная эффективность - порядка 620%.

Таблица 9 - Расчёт экономической и бюджетной эффективности

Литература

1. Батыгин, Н.Ф., Ушакова С.И.,. Никонова Н.Д. Комплексная оценка процесса воздействия электромагнитного поля высокой частоты на семена // Применение энергии высоких и сверхвысоких частот в технологических процессах сельскохозяйственного производства : тез. докл. - Челябинск, 1983. - С. 71.

2. Бородин, И.Ф., Развитие электротехнологии в сельскохозяйственном производстве // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1983. - № 6. - С. 27-31.

3. Дульский А.В., Рубцова Е.И. Результаты лабораторных опытов по предпосевной обработке семян моркови импульсным электрическим полем (ИЭП) // СтГАУ Сборник научных статей по материалам 73 научно - практической конференции «Проблемы экологии и защиты растений в сельском хозяйстве» Ставрополь. - 2009. - С. 14-17.

4. Ксенз, Н.В., Качешвили С.В. Анализ электрических и магнитных воздействий на семена // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2000. - № 5. - с. 30-31.

5. Мещерякова Л.А., Лапина Е.Н. Особенности бизнес-планирования в сельскохозяйственном потребительском кооперативе // Региональная экономика: теория и практика. - 2010.- № 8.- С. 51-57.

6. Оськин, С.В., Оськина Г.М. Технико-экономическая оценка эффективности эксплуатации оборудования // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - № 1. - С. 2-3.

7. Рубцова Е.И., Хныкина А.Г. Влияние импульсного электрического поля на энергию прорастания семян сои // Теоретический и научно практический журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства». - 2009. - №12 - С. 26-27.

8. Собченко Н.В., Кулешова Л.В. Факторы, влияющие на инновационную деятельность хозяйствующих субъектов // Сетевой политематический журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2011. - №71(07).

9. Хайновский В. И., Стародубцева Г. П., Рубцова Е. И. Применение импульсного электрического поля для предпосевной стимуляции семян сои // Теоретический и научно практический журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства». - 2008. - №7 - С. 9-11.

10. Хайновский В. И., Стародубцева Г. П., Рубцова Е. И. Предпосевная стимуляция семян сои импульсным электрическим полем // Теоретический и научно практический журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства». - 2007. - №10 - С. 17-18.

11. Хайновский В. И., Рубцова Е. И. Параметры установки по предпосевной обработке семян импульсным электрическим полем (ИЭП) // Материалы международной научно-практической конференции - «наука в современных условиях: от идеи до внедрения». Ульяновск - 2008. - С. 36-40.

Аннотация

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ (ИЭП) И ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Стародубцева Галина Петровна д.с.-х.н, профессор

Рубцова Елена Ивановна к.т.н.

Лапина Елена Николаевна к.э.н.

Боголюбова Ирина Анатольевна к.п.н

Меньщиков Антон Викторович аспирант

Ставропольский государственный аграрный университет, Ставрополь, Россия

В статье рассмотрены результаты НИОКР по разработке универсального способа предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем, который позволяет повышать их посевные и урожайные качества за счет стимулирующего и бактерицидного воздействия. Описан опытный образец промышленной установки для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур ИЭП частотой следования импульсов от 300 до 1000 Гц. Произведено экономическое обоснование внедрения данного способа на примере малого инновационного предприятия

Ключевые слова: ПРЕДПОСЕВНАЯ ОБРАБОТКА,

ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА, УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ, ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ПРОДУКЦИЯ, ИМПУЛЬСНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, ИННОВАЦИИ, ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, БИЗНЕС-ПЛАН

DEVELOPMENT OF THE METHOD PRESOWING SEEDS OF CROP BY THE PULSED ELECTRIC FIELD (PEF) AND ECONOMIC JUSTIFICATION FOR ITS USE

Starodubtseva Galina Petrovna Dr.Sci.Chem., professor

Rubtsova Elena Ivanovna Cand.Tech.Sci.

Lapina Elena Nikolaevna Can.Econ.Sci.

Bogolybova Irina Anatolevna Can.Ped.Sci.

Menshchikov Anton Viktorovich postgraduate student

Stavropol State Agrarian University, Stavropol, Russia

In the article, the results of research of universal method of pre-sowing treatment of seeds with a pulsed electric field, which allows them to improve crop quality and harvest by stimulating and antibacterial effects. We describe a prototype of an industrial plant for the preplant seed crops PEF pulse repetition frequency of 300 Hz to 1000 Hz.

Feasibility study of implementation of this method on the example of small innovative enterprises is shown

Keywords: PRESOWING, PRESOWING QUALITY, PLANT FOR PRESOWING, ENVIRONMENTALLY FRIENDLY PRODUCTS, PULSED ELECTRIC FIELD, INNOVATION, ECONOMIC JUSTIFICATION, BUSINESS PLAN

Размещено на Allbest.ru