Исследование влияния переменного электромагнитного поля промышленной частоты на посевные качества семян ярового ячменя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ НА ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ

Жолобова Мария Владимировна, кандидат технических наук

РИНЦ: SPIN-код: 2382-0481

Федорищенко Михаил Геннадьевич, кандидат технических наук

РИНЦ: SPIN-код: 4326-2944, Шабанов Николай Иванович

доктор технических наук

РИНЦ: SPIN-код:6719-1363, Грачева Наталья Николаевна

кандидат технических наук

РИНЦ: SPIN-код: 4928-8945

Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО ДГАУ в г. Зернограде, г.Зерноград, Ростовская область, Россия

Способ предпосевной обработки семян переменным электромагнитным полем промышленной частоты (ЭМП ПЧ) 50 Гц является экономически выгодным. Применение ЭМП ПЧ 50Гц в установках с кольцевыми полюсными наконечниками позволяет увеличить энергию прорастания и всхожесть семян. Электромагнитная обработка семян в установках с кольцевыми полюсными наконечниками является перспективным способом предпосевной обработки, который не оказывает вредного воздействия на обслуживающий персонал. При предпосевной обработке, учитывали три фактора: расположение семян в рабочей камере, от которого зависит индукция магнитного поля, время обработки и влажность семян. Авторы в своей работе рекомендуют к внедрению устройство, состоящее из магнитопровода с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения, намагничивающей катушки и вставки из немагнитного материала в рабочей камере, которое позволяет увеличить энергию прорастания семян ярового ячменя на 10%, всхожесть на 7%. Полевые опыты показали, что при времени обработки семян от 0,9 с до 2,75 с в зоне рабочей камеры с границами R1 = 0,012 м и R2 = 0,035 м при влажности семенного материала от 12% до 18% наивысшая всхожесть семян и урожайность. Прибавка урожайности в результате обработки семян ярового ячменя составила до 7%

Ключевые слова: ПРЕДПОСЕВНАЯ ОБРАБОТКА СЕМЯН, ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ, ПОЛЕВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ, МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ, ВЛАЖНОСТЬ СЕМЯН

В настоящее время применяют различные способы предпосевной обработки семян, улучшающие посевные качества (воздушно-тепловой обогрев, облучение инфракрасными и гамма лучами, обработка лазером и ультразвуком, высокочастотный нагрев, применение электрических и магнитных полей и др.). Перспективным представляется способ предпосевной обработки семян переменным электромагнитным полем промышленной частоты 50 Гц [2,4,5,6,7,10,11].

Применение переменного электромагнитного поля промышленной частоты 50 Гц (ЭМП ПЧ 50Гц) в установках с кольцевыми полюсными наконечниками позволяет увеличить энергию прорастания и всхожесть семян. Электромагнитная обработка семян в установках с кольцевыми полюсными наконечниками является перспективным способом предпосевной обработки, который не оказывает вредного воздействия на обслуживающий персонал (как, например, химическая или радионуклидная обработки).

Предпосевная обработка ЭМП ПЧ 50Гц не дает летальных доз для посевного материала, является весьма технологичным и автоматизируемым процессом, который дозируется, является экологически чистым видом обработки и стыкуется с применяемыми в настоящее время агроприемами. Немаловажным является то, что растения, выросшие из обработанных семян, не имеют в дальнейшем патологических изменений и индуцированных мутаций.

При создании установок для предпосевной обработки семян и определении степени влияния различных факторов следует учитывать результаты полевого эксперимента, который позволяет подтвердить эффект улучшения посевных качеств семян, оказывающий влияние на урожай и не ограничиваться только лабораторными исследованиями.

Нами был проведен полевой эксперимент на полях научных севооборотов Учебно-опытного фермерского хозяйства ФГБОУ ВПО АЧГАА в 2012 году [12]. Семена ярового ячменя сорта «Ратник» обрабатывали на установке с кольцевыми полюсными наконечниками, с разделенной на секции рабочей камерой.

Оценку ЭМП ПЧ 50Гц проводили по уровню периодического (синусоидального) магнитного поля.

При предпосевной обработке, учитывали три фактора: расположение семян в рабочей камере, от которого зависит индукция магнитного поля, время обработки и влажность семян.

В эксперименте необходимо было оценить эффективность режимов обработки, которые были получены в лабораторных условиях.

Согласно теории планирования эксперимента, в качестве базового был принят план Box-Behnken[1]. Регрессионный анализ проводили с использованием программы статистического анализа Statistica 5.5A.

За основу брали данные по влиянию влажности семян, времени обработки и расположении семян в пространстве рабочей камеры. Магнитная индукция и время обработки определяют дозу воздействия, которая влияет на посевные качества семян (таблица 1).

Нами были выполнены отдельные фенологические наблюдения: отмечены всходы, начало кущения, колошение, спелость зерна [1,6]. Первые всходы начали появляться 22 апреля (т.е. появились первые развернувшиеся листочки у 75% растений). Из-за недостатка влаги в почве (отсутствие дождей с 14 по 28 апреля), образования корки и других причин всходы были недружные, но в контроле отмечалось на 15% меньше всходов, чем в делянках, где влажность семян при посеве была 14-16% [10].

По данным таблицы 1 видно, что, несмотря на неблагоприятные климатические условия, энергия прорастания в контроле в среднем на 10% меньше, чем при влажности семян 18% и обработанных ЭМП ПЧ на расстоянии 0,01 м и 0,03 м от оси рабочей камеры. Лабораторная и полевая всхожесть ярового ячменя также наглядно иллюстрирует зависимость исследуемых показателей от расположения в пространстве рабочей камеры установки, влажности и времени обработки. Энергия прорастания в контроле на 12% ниже, чем при влажности семян 16%, времени обработки 0,5 секунд и 2 секунды и нахождении семян на расстоянии 0,01 м от оси рабочей камеры. Кроме того, при времени обработки 0,5 секунд и 2 секунды и расположении семян в пространстве рабочей камеры на расстоянии 0,01 м и 0,03 м от оси рабочей камеры колебание значений энергии прорастания составляет 3%, лабораторной всхожести - 2,6%, а полевой всхожести - 3,4%.

Таблица 1 - Показатели энергии прорастания и всхожести семян ярового ячменя в зависимости от влажности семян, времени обработки и расположения в пространстве рабочей камеры

В фазу кущения ярового ячменя (рисунок 1) были исследованы следующие биометрические показатели: длина и ширина листа, сухая и сырая масса главного побега.

Биометрические показатели растений у ярового ячменя в фазе кущения оценивались у 10 растений с каждого ряда в трёхкратной повторности. Сырая масса главного побега определялась путём взвешивания на электронных весах на кафедре «Физиологии и химии» у 30 растений с каждой делянки. Сухая масса определялась путём высушивания до постоянной массы в печи, а затем взвешивания на электронных весах. Длина листа растений в среднем колебалась в пределах от 16,0 см до 18,3 см по делянкам. Максимально высокие показатели длины листа наблюдаются у растений, семена которых обрабатывались ЭМП ПЧ 50 Гц в течение 2 секунд на расстоянии 0,03 м от оси рабочей камеры [1].

электромагнитный обработка семена

Рисунок 1 - Фаза кущения ярового ячменя

а - участок посева ярового ячменя, на которомW = 18%,L = 0,05 м,T= 3,5с; б - участок посева ярового ячменя, на котором W = 14%, L = 0,01 м, T = 2 с

Сухая масса главного побега на 16,4% больше, по сравнению с контролем при времени обработки ЭМП ПЧ 0,5 секунд и 2 секунды. Аналогичные результаты и при взвешивании сырой массы главного побега. Полученные данные по биометрическим показателям в фазе кущения наглядно иллюстрируют, что при времени обработки в ЭМП ПЧ 0,5 с и 2 с и расположении на расстоянии 0,01 м и 0,03 м от оси рабочей камеры биометрические показатели в среднем на 6% выше, чем в контроле.

Во время кущения продолжается рост первичной корневой системы и идёт формирование вторичной (узловой) корневой системы. У растений ярового ячменя в фазе кущения были посчитаны количество узловых корней, количество боковых побегов и высота главного побега (таблица 2).

Растения выкапывались на глубину штыка лопаты, корни отмачивались в воде, а затем производился подсчёт узловых корней. Количество узловых корней у растений ярового ячменя максимально при времени обработки ЭМП ПЧ 0,5 секунд и расположении в пространстве рабочей камеры на расстоянии 0,01 м от оси рабочей камеры, что на 15% выше, чем у контроля. Аналогична ситуация с боковыми побегами.

Таблица 2 - Анализ зелёных растений в фазе кущения

Высота главного побега в фазе кущения у растений с исходной влажностью 14% на 5,6% больше, чем в контроле.

Растения ярового ячменя были проанализированы в фазе цветения: количество стеблей и листьев, высота растений, масса 20 зелёных и сухих растений (таблица 3). По количеству стеблей и листьев максимальные значения преобладают у тех растений, семена которых имели исходную влажность в процессе обработки 14-16%, время воздействия ЭМП ПЧ 0,5 секунд и 2 секунд и были расположены в рабочей камере установки на расстоянии 0,01 м и 0,03 м от ее оси.

Таблица 3 - Анализ зелёных растений в фазе цветения

Таблица 4 - Анализ структуры урожая

При анализе структуры урожая были определены количество растений и количество стеблей на 1 м2, количество колосьев с одного растения, высота растения, масса зерна с одного колосса, масса 100 зерен, число колосьев с м2, число зерен в колосе и урожайность ярового ячменя (таблица 4).

Для построения поверхностей отклика необходимо фиксировать одну из величин: влажность семян, время обработки в ЭМП ПЧ 50Гц или расстояние от центра рабочей камеры.

Рисунок 2 - Поверхность отклика и контурный график при фиксированном расстоянии от центра рабочей камеры L=0,03 м

Вывод: полевая всхожесть наибольшая при влажности семян от 14,3% до 17,25% (W), времени обработки от 0,95с до 2,9с (T) при фиксированном расстоянии от оси рабочей камеры L= 0,03 м.

Рисунок 3 - Поверхность отклика и контурный график при фиксированном времени обработки в ЭМП ПЧ Т = 2 с

Вывод: полевая всхожесть наибольшая при влажности семян от 14,6% до 16,9% (W) и расстоянии от оси рабочей камеры от0,018м до 0,036м (L) при фиксированном времени обработки Т = 2 с.

Рисунок 4 - Поверхность отклика и контурный график при фиксированной влажности семян ярового ячменя W= 16%.

Вывод: полевая всхожесть наибольшая при времени обработки от1,0 с до 2,8с (T); расстоянии от оси рабочей камеры от0,011 м до 0,036м (L) при фиксированной влажности семян ярового ячменя W=16%. Полевые опыты показали, что при времени обработки семян от 0,9 с до 2,75 с в зоне рабочей камеры с границами R1 = 0,012 м и R2 = 0,035 м при влажности семенного материала от 12% до 18% наивысшая всхожесть семян и урожайность. Прибавка урожайности в результате обработки семян ярового ячменя составила до 7%. Результаты полевых опытов 2014 года также подтвердили влияние на посевные качества трех факторов: расположения семян в рабочей камере установки, времени обработки и влажности семян. Прибавка урожайности в результате применения данного способа предпосевной обработки составила у сора «Вакула» - 5%, у сорта «Виконт» -7%.

Рисунок 5 - Схема установки УСЭ(п)

1 - загрузочный бункер; 2 - приёмный бункер; 3 - труба из немагнитного материала; 4 - вставка из немагнитного материала; 5 - прямоугольные кольцевые полюсные наконечники; 6 - намагничивающая катушка; 7 - диафрагма из немагнитного материала; 8 - заслонка

Устройство, которое нами рекомендуется к внедрению (рисунок 5), состоит из магнитопровода с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения, выполненного из шихтованной электротехнической стали, намагничивающей катушки и вставки из немагнитного материала в рабочей камере.

Полюсные наконечники являются основным рабочим органом установки. Они формируют магнитное поле в пространстве рабочей камеры в местах разрыва магнитопровода. В этом месте образуется магнитный зазор, который определяет основные расчетные характеристики рабочей камеры.

Литература

1. Жолобова, М.В. Обоснование параметров и режимов обработки семян ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты для повышения их посевных качеств: Дис….канд. тех. наук. - Зерноград, 2013. - 120 с.

2. Федорищенко, М.Г. Совершенствование процесса предпосевной обработки семян зернового сорго переменным электромагнитным полем промышленной частоты: Дис. …канд.тех.наук. - СПб,2000. - 150 с.

3. Федорищенко, М.Г. Влияние влажности семян и экспозиции переменного магнитного поля промышленной частоты на посевные качества семян: международный сборник научных трудов / М.Г. Федорищенко, Н.И. Шабанов, М.В. Жолобова // Стабилизация производства продукции растениеводства в условиях изменяющегося климата. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2012. - С. 43-47.

4. Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя электромагнитным полем переменной частоты на их посевные качества / А.С. Казакова, М.Г. Федорищенко, П.А. Бондаренко // Технология, агрохимия и защита сельскохозяйственных культур: Межвузовский сборник научных трудов. - Зерноград: РИО ФГОУ ВПО АЧГАА, 2005. - С. 207-210.

5. Жолобова, М.В. Предпосевная электромагнитная обработка семян как один из наиболее безопасных и перспективных приемов рационального природопользования / М.В. Жолобова, М.Г. Федорищенко // Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: сборник тезисов и статей Всероссийской конференции, г. Новочеркасск, 26-28 октября 2011г.

6. Казакова, А.С. Физиологические основы особенностей прорастания семян, различающихся по устойчивости к засухе сортов ярового ячменя / А.С.Казакова, М.В.Гайдаш, С.Ю.Козяева // Материалы докладов Международной конференции (в трех частях). Часть 1. - Сыктывкар, 2007. - С 165-166.

7. Ксенз, Н.В. Влияние электростатического поля на водопоглощение семян зерновых культур / Н.В.Ксенз, С.В. Качеишвили// Современные достижения биотехнологии - вклад в науку и практику 21 века: материалы Всероссийской конференции (Ставрополь, октябрь 1999 г.). - Ставрополь,1999. - С.10

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

9. Стародубцева, Г.П. Биопотенциалы прорастающих семян и растений как показатель их жизнедеятельности / Г.П. Стародубцева, Е.А. Свиреденко, Р.Б. Крон// Тезисы докладов Всероссийской конференции по современным достижениям биотехнологии. - Ставрополь, 1996. - С. 69-70.

10. Рубцова, Е.И.Факторы, влияющие на формирование параметров активатора с движущимся слоем семян/ Е.И. Рубцов, А.Г. Хныкина, Г.П. Стародубцева //Современные проблемы науки и образования. - №2. - Ставрополь, 2013. - С.141.

11. Разработка способа предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем (ИЭП) и экономическое обоснование его использования/ Г.П. Стародубцева, Е.И. Рубцова, Е.Н. Лапина, И.А. Боголюбова, А.В. Меньшиков//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - №75. - С.1037-1051.

12. Планирование эксперимента по предпосевной обработке семян переменным электромагнитным полем промышленной частоты / М.В. Жолобова, М.Г. Федорищенко, Н.Н. Грачева // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - № 07.- IDA [article ID]: 0911307040. - Режим доступа:http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdf/40.pdf.

Размещено на Allbest.ru