Автоматизированная установка для всесезонной подготовки семян к проращиванию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизированная установка для всесезонной подготовки семян к проращиванию

В данной статье рассмотрена установка, разработанная для интенсивного проращивания семян овощных и зеленных культур. Данная разработка обеспечит процесс круглогодичного агрокультивирования семян. На данный момент существует множество способов воздействия на семена, но все они как правило, направлены на обеззараживание их поверхности: химическое протравливание, обработка ультрафиолетом, плазмой и даже взрывом гремучей смеси.

Мы же предлагаем воздействовать на семена светом изменяемого спектрального состава и интенсивности, а также микроклиматом, с целью увеличения всхожести и скорости их прорастания при сохранении высокого уровня жизнеспособности, что принципиально отличает его от других. Используемый нами метод базируется на двух физических принципах. Во-первых, глубина залегания семени в почве определяется по отфильтрованному спектру света, достигающего его. Выделив соотношение спектральных составляющих, возможно сымитировать нахождение семени в грунте (агрокультивирование без грунта). Во-вторых, скорость процессов прорастания семени регулируется биологическими часами, которыми можно управлять, путем искусственной смены дня и ночи.

С каждым годом потребность людей во всесезонных овощах и зелени растет. Это требует либо увеличение площадей, либо повышение производительности тепличных хозяйств по всей территории, где возможно агрокультивирование. Установка, рассматриваемая в данной статье, направлена на повышение производительности технологий закрытого грунта, что достигается за счет интенсификации, автоматизации и всесезонности процессов проращивания семян овощных и зеленных культур. Технология закрытого грунта позволяет использовать данную систему в большом диапазоне климатических условий, что очень востребовано в местностях с экстремальными, для семян, климатическими условиями.

Система поддержания микроклимата

Одной из составляющих данной установки является система поддержания микроклимата с возможностью регулировки температуры, адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям и моделирования смены температуры в течении суток в разные сезоны агрокультивирования. Так как установка для всесезонной подготовки семян масштабируема, мы рассмотрим вариант с внутренним объемом от 0.5-5 м3, что достаточно для проращивания семян в объеме частного производства. Структурные схемы, показанные на следующих рисунках, определяют вариации сборки автоматизированной системы поддержания микроклимата.

Рис. 1 Блок-схема с переключателем, базирующимся на 2-х реле

Устройства ввода/вывода требуются для мониторинга и ручной регулировки условий теплицы.

Эта структура системы не позволяет использовать управление ШИМ сигналом и требует 2 цифровых, для срабатывания реле.

Для более быстрого и точного позиционирования температурного порога требуется использование транзисторов, как на следующей структурной схеме (Рис.2).

Рис. 2 Блок-схема с переключателем полярности на транзисторах

Данная сборка обеспечивает мгновенное изменение полярности питания элемента Пельтье, что обеспечивает наибольшую точность системы. Такая сборка требует от микроконтроллера 2 управляющих ШИМ сигнала и один цифровой.

Разницу между методами реализации системы поддержания микроклимата можно увидеть на переходной характеристике, процесса регулирования температуры в установке, рис. 3.

Рис. 3 Переходная характеристика системы поддержания микроклимата

Система стимуляции семян различными спектрами света.

С развитием технологий закрытого грунта как на гидропонной, так и на аэропонной основе, и интенсивной светокультуры, необходимо обратить внимание на стимулирование семян тепличных растений. В настоящее время известно множество опубликованных научных работ, в которых изучалась обработка семян различными методами.

Результаты данных исследований положительны, растения из семян, обработанных физическими факторами более устойчивы к заболеваниям. Основываясь на сведениях об успешной светостимуляции роста и развития различных видов растений в условиях биотехнологических лабораторий с использованием светодиодных ламп, мы в автоматизированной установке для всесезонной подготовки семян к проращиванию используем блоки светодиодов различных спектров.

В связке с системой поддержания микроклимата мы получаем от семян: повышение энергии прорастания, всхожести, усиление фотосинтетической активности, повышение выживаемости растений, улучшение качества продукции и увеличение урожайности. Для того чтобы воздействие видимым спектром света было положительным требуется подбор алгоритмов светостимуляции для всех растений овощных и зеленных культур.

Каждое семя по-своему настроено на определенную глубину зарывания в почве, эта глубина определяется по отфильтрованному спектру солнечного света, который достигает его, проходя слой грунта (Рис.4).

Рис.4 Влияние инт3енсивности и спектра света на всхожесть семян

проращивание культура транзистор овощной

В реальных условиях, проходя сквозь грунт, синяя и зеленая спектральная составляющая отражаются или поглощаются поверхностью земли, т.е. значительно падает их воздействие на семя. Таким образом, с помощью светодиодов можно смоделировать определенное соотношение спектральных составляющих зеленого, синего, красного и белого цвета, которое будет инициировать процесс проращивания семени. [4]

Еще одним немаловажным аспектом увеличения всхожести и скорости прорастания семян является смена освещения и климата в течении суток. Это говорит о том, что, изменяя фотопериод и температуру, мы имитируем смену дня и ночи, задавая определенный ритм биологическим часам семени. Наглядно это можно увидеть на рисунке 5.

Рис. 5 Влияние искусственного изменения фотопериода на ускорение прорастания семян

Структурная схема всей системы светостимуляции изображена на рисунке 6.

Рис. 6 Блок-схема системы светостимуляции

Однако, имея хорошую базу исследований в данном направлении, научное сообщество до сих пор не предложено системы эффективных величин для оценки действия оптического излучения различного спектрального состава на семена овощных и зеленных культур.

В основе такой системы эффективных (редуцированных) величин должна лежать кривая чувствительности семян к одному из факторов режима световой стимуляции, либо к соотношению данных факторов. Учёт данной кривой и других оптических спектральных свойств семян позволит увеличить эффективность их предпосевной обработки.[6]

Заключение

Таким образом, для полной искусственной реализации климатических условий требуются более тщательные исследования по данному направлению. Нами была разработана данная тепличная установка с целью нахождения той самой кривой эффективных величин.

Это позволит увеличить всхожесть, жизнеспособность и скорость прорастания семян овощных и зеленных культур. Применение данной установки в производстве повысит производительность тепличных хозяйств, что и требуется для удовлетворения спроса на всесезонные овощи и зелень.

Список использованной литературы

1.Дектярев А.А., Ключка Е.П. Применение переменных световых полей для светостимуляции тепличных растений // Международный студенческий научный вестник. - 2015. - № 2-3.; URL: http://www.eduherald.ru/ru/article/view?id=12301 (дата обращения: 01.02.2018).

2.Ключка, Е.П. Новый подход для исследования переменного облучения растений в теплицах / Е.П. Ключка, Е.В. Пустовойтова. - Научный сборник 5-й Международной научно-практической конференции «Инновации в сельском хозяйстве». - Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2014. -№4. - С. 43-46.

3.Katin O.I., Lukyanov A.D.Determine pH of Liquid Using the RGB Sensor and Universal Indicator Paper / В сборнике: MODERN INFORMATIZATION PROBLEMS IN ECONOMICS AND SAFETY Proceedings of the XXII-th International Open Science Conference. Editor in Chief O.Ja. Kravets. 2017. С. 16-21.

4.Lukyanov A.D., Lisitskaya E.M., Vernesi M.A., Zimovnov O.V. Mathematical

Model of Redistribution of Water in the System of Automatic Hydroponic Complex Control / MODERN INFORMATIZATION PROBLEMS IN ECONOMICS AND SAFETY Proceedings of the XXII-th International Open Science Conference. Editor in Chief O.Ja. Kravets. 2017. С. 32-37.

5.Ключка, Е.П. Применение переменных световых полей для светостимуляции тепличных растений / Е.П. Ключка, А.А. Дегтярев / Статья размещена на сайте VII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2015» по адресу http://www.scienceforum.ru/2015/785/9661.

Размещено на Allbest.ru