Обґрунтування біотехнологічного процесу виробництва трихограми з пневматичним калібруванням яєць зернової молі

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ

І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

УДК 631.147:632.937.3

ОБҐРУНТУВАННЯ БІОТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

ВИРОБНИЦТВА ТРИХОГРАМИ З ПНЕВМАТИЧНИМ

КАЛІБРУВАННЯМ ЯЄЦЬ ЗЕРНОВОЇ МОЛІ

03.00.20 _ біотехнологія

Автореферат на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МАРУС ОЛЕГ АНАТОЛІЙОВИЧ

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті біоресурсів і природокористування України Кабінету Міністрів України

Науковий керівник - доктор технічних наук, старший науковий співробітник Голуб Геннадій Анатолійович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, директор НДІ техніки і технологій

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор, академік НАН України Блюм Ярослав Борисович, Державна установа “Інститут харчової біотехнології та геноміки” НАН України, директор

кандидат технічних наук Беспалов Ігор Миколайович, Інженерно-технологічний інститут “Біотехніка” НААН України, заступник завідувача науково-дослідного відділу автоматизації, приладобудування та енергетичних технологій

Захист відбудеться 3 червня 2011 року о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному університеті біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, к. 28

Автореферат розісланий «29» квітня 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д.Г. Войтюк

АНОТАЦІЇ

– дослідити вплив конструкційно-технологічних параметрів калібратора на динаміку руху яєць зернової молі у повітряному потоці;

– визначити фізико-механічні властивості яєць зернової молі, які впливають на процес їх калібрування;

– експериментально визначити вплив параметрів та режимів роботи пневматичного калібратора яєць зернової молі на якість його роботи;

– встановити вплив операції калібрування яєць зернової молі на якісні показники ентомологічного препарату маточної та промислової культури трихограми;

– виконати техніко-економічну оцінку ефективності використання удосконаленого калібратора яєць зернової молі.

Об'єкт дослідження - біотехнологічний процес виробництва ентомологічного біопрепарату маточної та промислової культури трихограми з використанням пневматичного калібрування яєць зернової молі, конструкційно-технологічні параметри калібратора.

Предмет дослідження - взаємозв'язок конструкційно-технологічних параметрів пневматичного калібратора яєць зернової молі, якісних показників його роботи та якісних показників ентомологічного біопрепарату трихограми.

Методи дослідження. При визначенні траєкторії руху яєць зернової молі у повітряному потоці камери розділення калібратора використано основні положення динаміки руху тіл у повітряному середовищі, методи послідовного диференціювання, які дали розв'язок та наближене рішення системи рівнянь руху у вигляді степеневого ряду Тейлора. Для експериментального визначення конструкційних параметрів та режимів роботи калібратора яєць зернової молі використовували методики планування багатофакторних експериментів (трифакторний план Бокса-Бенкіна). Оптимальні параметри пневматичного калібратора яєць зернової молі визначали на основі експериментальної залежності якості калібрування, яка виражалась через ймовірність добору крупних яєць від швидкості повітряного потоку, висоти камери розділення та висоти пластини-заслінки. Якісні показники пневматичного калібрування аналізували з застосуванням статистичної обробки даних шляхом визначення інтегральної ймовірності знаходження величини розмірів яєць зернової молі у заданому діапазоні. Якісні показники ентомологічного препарату трихограми визначали за допомогою методики, що наведена в ДСТУ 5016:2008 (Ентомологічні препарати трихограми. Загальні технічні умови). Техніко-економічну оцінку виконано із застосуванням існуючих методик та нормативів шляхом визначення терміну окупності калібратора.

Наукова новизна одержаних результатів:

– удосконалено математичну модель для визначення траєкторії руху яєць зернової молі у пневматичному калібраторі шляхом урахування швидкості горизонтального повітряного потоку та початкової швидкості яєць на вході в камеру розділення залежно від геометричних розмірів яєць;

– уперше для пневматичного калібратора експериментально встановлено взаємозв'язок між значеннями висоти камери розділення, висоти пластини-заслінки і швидкості горизонтального повітряного потоку та значенням ймовірності добору крупних яєць зернової молі;

– уперше експериментально встановлено швидкості зависання конгломератів та поодиноких яєць зернової молі у вертикальному повітряному потоці;

– дістало подальший розвиток визначення протягом декількох поколінь впливу розмірів яєць зернової молі на плодючість і пошукову здатність трихограми, кількість відроджених і деформованих особин, а також співвідношення самців і самок у ентомологічному біопрепараті трихограми, отриманої за допомогою удосконаленого біотехнологічного процесу.

Практичне значення одержаних результатів полягає у вдосконаленні біотехнологічного процесу виробництва ентомологічного біопрепарату трихограми шляхом впровадження калібратора яєць зернової молі та використанні отриманого препарату на посівах кукурудзи в ВП НУБіП України ?Агрономічна дослідна станція? Київської області на площі 64 га.

Біотехнологічний процес виробництва трихограми з використанням пневматичного калібратора яєць зернової молі дозволяє підвищити ймовірність добору крупних яєць на 22 %, що поліпшує якість та ефективність ентомологічного біопрепарату трихограми.

Розроблено і запатентовано новий спосіб калібрування яєць фітофагів (патент на винахід № 89930), а також розроблено вдосконалену конструкцію калібратора яєць фітофагів (патенти на винахід № 89928 та 89931), які використані в ННВ лабораторії біологічного захисту рослин НУБіП України при удосконалені біотехнологічного процесу виробництва ентомологічного препарату трихограми.

Результати досліджень біотехнологічного процесу виробництва ентомологічного препарату трихограми з обґрунтування параметрів калібратора яєць зернової молі були використані для розроблення модульного комплекту технологічного обладнання для промислового розведення трихограми в Інженерно-технологічному інституті “Біотехніка” (м. Одеса). Економічна ефективність використання калібратора яєць зернової молі становить 1029 грн за рік, а термін окупності не перевищує 3 років.

Особистий внесок здобувача. Проведено теоретичні дослідження процесу калібрування яєць зернової молі під дією повітряного потоку. Обґрунтовано конструкційно-технологічні параметри та режими калібратора. Проведено експериментальні дослідження, виконано аналіз та статистичну обробку даних. Розроблено математичну модель закономірностей процесу калібрування залежно від його параметрів та режимів. Удосконалено біотехнологічний процес виробництва трихограми з використанням пневматичного калібратора, отримано залежності впливу крупності яєць зернової молі на якісні показники ентомологічного біопрепарату трихограми. Виконано техніко-економічну оцінку роботи вдосконаленого пневматичного калібратора яєць зернової молі. Особистий внесок здобувача в наукових працях наведений у списку публікацій автореферата.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи були оприлюднені та схвалені на Міжнародних науково-технічних конференціях “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (2008, 2009 рр.) ННЦ “ІМЕСГ” (смт. Глеваха); Міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 108-й річниці від дня народження академіка Петра Василенка, “Сучасні проблеми землеробської механіки” (Львівський національний аграрний університет, 2008 р.); конференції науково-педагогічних працівників, наукових співробітників та аспірантів, присвяченій 110-ї річниці заснування Національного аграрного університету “Біоенергетика, біотехнології та екологічна безпека” (м. Київ, 2008); Міжнародній науково-технічній конференції до 110-річчя Національного аграрного університету “Аграрна інженерія в умовах глобалізації” (м. Київ, 2008); ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції “Екологічна безпека сільськогосподарського виробництва” (Інститут агроекології і економіки природокористування, м. Київ, 2010); Міжнародній науково-практичній конференції “Новітні технології, обладнання, безпека та якість харчових продуктів: сьогодення та перспективи” (Національний університет харчових технологій, м. Київ, 2010).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 6 статей, з яких 5 у наукових фахових виданнях, 1 теза доповіді, розроблено ДСТУ 5016:2008 “Ентомологічні препарати трихограми”, одержано 3 патенти України на винаходи.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, додатків та списку використаних джерел із 151 найменувань, в тому числі 14 іноземною мовою. Робота викладена на 183 сторінках і включає 152 сторінки основного тексту, в тому числі 74 рисунки та 21 таблицю, а також 3 додатки на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Особливості процесу виробництва ентомологічного препарату трихограми, огляд існуючих способів і технічних засобів для калібрування яєць зернової молі” представлені особливості біотехнологічного процесу виробництва ентомологічних препаратів та важливість їх використання в біологічному захисті рослин.

Дослідженням особливостей біотехнологічного процесу виробництва і використання трихограми, в тому числі і калібруванню яєць зернової молі присвячено ряд наукових праць І.П. Старчевського, В.М. Бельченка, І.М. Беспалова, О.І. Гончарука та інших співробітників Інженерно-технологічного інституту “Біотехніка”. Впливу геометричних розмірів, чистоти та важливості калібрування яєць зернової молі в процесі біотехнологічного виробництва ентомологічних препаратів відведено важливу роль у працях Н.Ф. Мейера, Н.А. Теленгі, Г.Н. Макаренка, Н.В. Бондаренка, Т. Плевкі, J. Kot. Починаючи із 1997 року в НУБіП України існує навчально-науково-виробнича лабораторія біологічного захисту рослин, яка заснована В.С. Шелестовою. Щорічно ця лабораторія виробляє від 2 до 4 кг ентомологічного препарату трихограми, який використовується для виробництва екологічно безпечної продукції у різних регіонах України. Питанням виробництва, внесення та ефективності дії трихограми присвячено ряд наукових праць співробітників університету В.О. Дубровіна, В.С. Дрозди, Л.П. Ющенко. Науковою основою при дослідженні процесу розділення яєць зернової молі в повітряному потоці послужили праці видатних науковців - академіків П.М. Василенка та П.М. Заїки, а також дослідження В.А. Волкова з повітряної сепарації насіння та А.А Кукібного по метальних машинах.

Проведений аналіз способів і технічних засобів калібрування яєць фітофагів показав, що на даному етапі розвитку використовують лише пристрої із пневматичною системою розділення. Для розподілу яєць зернової молі за розміром на три фракції та очищення їх від пилу для підвищення якості напрацювання маточної, а також товарної культури трихограми використовують пневматичний калібратор яєць зернової молі.

Процес пневматичної сепарації, особливо якщо це стосується фракціонування зернових матеріалів, загальновідомий, однак із-за незначних розмірів яєць зернової молі (еліпсоїд із еквівалентним діаметром від 0,35 до 0,4 мм, а для конгломератів - від 0,5 до 0,7 мм) їх калібрування без урахування сил опору повітря є неможливим. Теоретичні дослідження руху паразитованих яєць зернової молі проводили для умов руху в каналах висівних апаратів. При цьому досліджувався рух дозованих порцій яєць зернової молі, які були паразитовані трихограмою в повітряній системі літальних апаратів.

Враховуючі результати відомих досліджень впливу крупності яєць зернової молі на якісні показники трихограми, встановлено необхідність вдосконалення біотехнологічного процесу виробництва ентомологічного біопрепарату за допомогою зміни конструкційно-технологічних параметрів та режимів пневматичного калібратора, що дозволило б поліпшити ефективність препарату, а відповідно й отримати більші врожаї сільськогосподарської продукції.

У другому розділі “Теоретичне обґрунтування процесу калібрування яєць зернової молі” проведено теоретичні дослідження з урахуванням фізико-механічних властивостей яєць зернової молі, які дозволили визначити оптимальні конструкційно-технологічні параметри та режими роботи калібратора.

Проведення попередніх порівняльних експериментальних досліджень з визначення можливих способів калібрування яєць зернової молі з використанням пневматичного способу, відцентрового та електростатичного розділення, показали, що фактичні відмінності у виділенні крупних яєць зернової молі, які виражались через питому вагу отримання крупних яєць незначні. Щодо конгломератів та дрібних яєць - перевага пневматичного способу була суттєвою, а тому було прийнято рішення про вдосконалення саме пневматичного калібратора.

Експлуатація пневматичного калібратора виявила такі конструкційно-технологічні недоліки: відсутність обґрунтування кута подачі яєць у повітряний потік; складність регулювання швидкості повітряного потоку таким чином, щоб в першу фракцію потрапляли в більшості конгломерати яєць, оскільки конгломерати можуть складатися із 2-х, 3-х та більше 10-ти яєць; плоска перегородка між приймаючими контейнерами перерозподіляє яйця зернової молі на фракції, що не відповідають їх розмірам.

Попередні дослідження показали, що суміш яєць, яка складалася з 28 % конгломератів, 34 % крупних та 38 % дрібних яєць, після калібрування розподілилась так: 17 % конгломератів потрапило в перший контейнер, а інша частина у другий та третій контейнер; у другий контейнер, куди мали потрапити крупні яйця, їх надійшло 16 %, незначна частина (4 %) потрапила у перший контейнер, а інша (14 %) у третій. Із загальної кількості дрібних яєць зернової молі у третій контейнер потрапило 24 %, а 14 % потрапило в інші контейнери. Ці результати показали, що процес розділення яєць зернової молі у повітряному потоці потребує додаткових досліджень та обґрунтування параметрів калібратора.

У біотехнологічному процесі виробництва трихограми при пневматичному калібруванні перед тим, як потрапити в камеру розділення калібратора, яйця зернової молі після проходження похилої поверхні стабілізуючого патрубка потрапляють у вертикальний канал, а враховуючи те, що яйця та домішки мають різні об'єми, а відповідно і аеродинамічні властивості, вони потраплять у камеру розділення з власною швидкістю та прискоренням. Ці нюанси спонукають до необхідності проведення теоретичних досліджень закономірностей, які визначають рух яєць у вертикальному каналі стабілізуючого патрубка залежно від конструкційно-технологічних параметрів калібратора.

Під час теоретичних досліджень враховували середні значення таких показників: густина яєць зернової молі була взята з урахуванням того, що в 1 г знаходиться 50 тис. яєць; маса яйця розраховувалась залежно від об'єму та густини.

Використавши відоме диференційне рівняння падіння частинки під дією сили тяжіння G з урахуванням сили опору повітря R, яка направлена в протилежному напрямку від сили тяжіння, було визначено швидкість яєць зернової молі н_я у вертикальному каналі патрубка. Після підстановки

та наступного рішення диференційного рівняння знайшли висоту вертикального каналу патрубка, яка визначається за виразом:

, (1)

де v_я - швидкість яєць зернової молі у вертикальному каналі стабілізуючого патрубка, м/с; g - прискорення сили тяжіння, м/с²; t - час падіння, с; k - коефіцієнт пропорційності, м^-1; b - постійна величина, яка була введена для спрощення розрахунку, відн. од., що розраховувалась за формулою:

, (2)

де v₀ - початкова швидкість яєць зернової молі у вертикальному каналі стабілізуючого патрубка, м/с.

Це дозволяє визначити початкову швидкість яєць зернової молі та прискорення під час потрапляння їх у камеру розділення залежно від довжини вертикального каналу та еквівалентного діаметра яєць.

Після вертикального каналу яйця зернової молі потрапляють у камеру розділення, в якій під дією повітряного потоку відбувається їх розподіл на конгломерати, крупні та дрібні яйця.

При розгляді системи розділення зроблено деякі допущення: повітряний потік плоский, його швидкість за величиною і за напрямком постійна в будь-якій точці, а частинки фракції яєць переміщаються в потоці вільно, як матеріальні тіла, без зіткнень між собою.

Під дією повітряного потоку та сили тяжіння яйце рухається по спадаючій траєкторії зі швидкістю н_я.

Для випадку, коли повітря обтікає частинки турбулентним потоком і сила опору повітря пропорційна швидкості руху частинки в другій системі та з урахуванням значення коефіцієнта пропорційності між силою опору і квадратом швидкості, який включає масу частинки, а також того, що швидкість переміщення частинки під дією повітряного потоку визначається різницею між постійною швидкістю повітряного потоку та швидкістю переміщення яєць по осі абсцис з прив'язкою до схеми дії сил по осях х і у, можна записати систему диференційних рівнянь так:

(3)

де с - коефіцієнт опору кулі, який при числах Рейнольдса від 1,5·10³ до 14,5·10³ приблизно однакові і становить 0,4 відносних од.; t - час руху у камері розділення, с; с_п - густина повітря, кг/м³; с - густина яєць, кг/м³; d_е - діаметр яйця зернової молі представлений еквівалентною кулею, м; х_п - швидкість повітряного потоку, м/с; н_ях - швидкість яєць відносно вісі х, м/с; н_яу - швидкість яєць відносно вісі у, м/с.

Точне рішення системи рівнянь знайти неможливо, а тому скористаємося методом послідовного диференціювання, який дозволяє отримати наближене рішення системи рівнянь (3) у вигляді степеневого ряду Тейлора, який після перетворень має такий вигляд:

де х, у - координати положення яєць зернової молі, м; н_я0 - початкова швидкість яєць у камері розділення, м/с.

Отримані рівняння дозволяють встановити траєкторії руху яєць зернової молі в камері розділення залежно від початкової швидкості на вході в камеру розділення, часу руху у камері розділення, еквівалентного діаметра яєць зернової молі та швидкості повітряного потоку.

Таким чином, теоретичні дослідження підтверджують, що незначна різниця у вазі спонукає до майже однакової траєкторії руху яєць у повітряному потоці, крім конгломератів. Залежно від кількості яєць у конгломераті, траєкторія їх польоту суттєво відрізняється від траєкторії польоту поодиноких яєць. Крупні та дрібні яйця у повітряному потоці летять дуже близько один до одного, і тому це потребує додаткових конструктивних змін, а саме: установки пластини-заслінки між контейнерами для крупних та дрібних яєць для досягнення додаткового ефекту їх розділення. Отримані залежності у графічному вигляді дозволяють визначити співвідношення між висотою камери розділення та місцем встановлення контейнерів.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень” описано програми та методики експериментальних досліджень із зазначенням обладнання та техніки, яку використовували при проведенні дослідів.

Для експериментальних досліджень використано удосконалений зразок калібратора яєць зернової молі який складається з бункера 1, вібраційного пристрою 2, дозатора 3, стабілізуючого патрубка 4, повітряного колектора 5, камери розділення 6, циклонного сепаратора 7, вентилятора 8 витяжного типу з фільтрувальним елементом і заслінкою для регулювання подачі повітря та трьох контейнерів 9, 10, 11 для яєць зернової молі різних фракцій.

Для визначення оптимальних конструкційних параметрів та режимів пневматичного калібратора яєць зернової молі використовували метод планування багатофакторних експериментів, з використанням трирівневої матриці оптимального плану Бокса-Бенкіна. Однорідність дисперсій отриманих результатів перевірялась за критерієм Кохрена при 95 % рівні довірчої ймовірності. Адекватність отриманої математичної моделі перевіряли за критерієм Фішера. Під час досліджень враховувались найбільш суттєві фактори, які впливають на процес розділення, а саме швидкість повітряного потоку х (м/с), висота пластини-заслінки Hз (мм) та висота камери розділення Hк (мм).

Критерієм оптимізації параметрів калібратора використано якість добору крупних яєць у другому контейнері, яка виражалась через інтегральну ймовірність Ім (%) того, що розмір яєць зернової молі знаходиться в діапазоні, що перевищує мінімальний граничний об'єм для крупних яєць, але менший за об'єм конгломератів.

Дослідження проводились у трикратній повторності. Щоб визначити склад фракції вимірювали розміри випадкових 50-ти яєць та підраховували кількість конгломератів у кожному контейнері, при кожній повторності. Щоб не допустити втрат ваги, а відповідно і зменшення розмірів яєць зернової молі вимірювання проводилося безпосередньо після завершення експерименту.

При аналізі даних використовували описову статистику, яка слугує для створення одновимірного статистичного звіту, що містить інформацію про центральну тенденцію і мінливість вхідних даних та гістограму, яка застосовується для обчислення вибіркових і інтегральних частот попадання даних у вказані інтервали значень. При цьому розраховувалися числа попадань для заданого діапазону осередків.

Якісні показники ентомологічного препарату трихограми, яка була вироблена за допомогою удосконаленого біотехнологічного процесу з використанням пневматичного калібратора яєць зернової молі, досліджувались за допомогою методик, що наведені в методичних рекомендаціях до застосування трихограми проти шкідників сільськогосподарських культур “Показники якості трихограми”, а також ДСТУ 5016:2008 “Ентомологічні препарати трихограми. Загальні технічні умови”.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень процесу калібрування яєць зернової молі та якісних показників ентомологічного препарату трихограми” наведено результати та аналіз експериментальних досліджень роботи калібратора яєць фітофагів.

Результати теоретичних та попередніх експериментальних досліджень показали, що на якість процесу розділення найбільше впливають швидкість повітряного потоку, висота пластини-заслінки та висота камери розділення калібратора. Постійними при цьому були такі конструкційно-технологічні параметри калібратора: кут стабілізуючого патрубка 20 град. та довжина приймаючих контейнерів: першого ? 110 мм, другого ? 30 мм, третього ? 90 мм.

Після проведення багатофакторного експерименту була встановлена залежність у вигляді рівняння регресії, яке має вигляд:

де І_м - ймовірність добору крупних яєць зернової молі, %; H_з - висота пластини-заслінки, мм; H_к - висота камери розділення, мм; н_п - швидкість повітряного потоку, м/с.

У результаті аналізу отриманого рівняння встановлено, що ймовірність отримання крупних яєць зернової молі в другому контейнері має максимальне значення 58 % (рис. 4) при швидкості повітряного потоку в межах 3,75-3,85 м/с та висоті пластини-заслінки 25 мм, яка знаходиться між другим та третім контейнером. При меншій швидкості потоку повітря частина крупних яєць потрапляє у перший контейнер, а частина дрібних у другий, а при більшій швидкості повітряного потоку частина конгломератів потрапляє у другий контейнер і відповідно частина крупних яєць у третій.

Оптимальна висота камери розділення удосконаленого калібратора знаходиться в межах 192-202 мм (рис. 5), при швидкості повітря 3,8 м/с, оскільки ймовірність добору крупних яєць при цьому максимальна. При збільшенні висоти камери розділення частина конгломератів, які мали потрапити у перший контейнер, за рахунок більшої висоти падіння встигають досягти другого контейнера, таким чином негативно впливаючи на якість калібрування. Зменшення висоти камери розділення порівняно з оптимальним значенням призводить до зниження ймовірності добору крупних яєць і пояснюється це тим, що частина дрібних яєць, які наближені до крупних не встигають долетіти до третього контейнера, потрапляючи у другий контейнер.

Залежність ймовірності добору крупних яєць від висоти пластини-заслінки та висоти камери розділення наведена на рис. 6. Оптимальна висота пластини-заслінки при висоті камери розділення 200 мм знаходиться в межах від 23 до 28 мм. При зменшенні висоти пластини-заслінки частина крупних яєць досягає третього контейнера, таким чином, змінюючи загальну частку їх у другому контейнері, а при збільшенні висоти пластини-заслінки яйця, які були наближені по розмірам до крупних не можуть потрапити у третій контейнер у результаті чого занижується ймовірність добору крупних яєць у другому контейнері.

Порівняння теоретичних та експериментальних досліджень показало, що в першому контейнері, де мають бути конгломерати, ймовірність їх добору становила 78 %, частина перелетіла у другий контейнер та незначна у третій контейнер. У другому контейнері, де мають бути крупні яйця, ймовірність їх становила близько 58 %, а інша - конгломерати - 18 % та дрібні яйця - 26 %.

У третьому контейнері, куди мають потрапляти дрібні яйця, ймовірність їх становила, після експериментальних досліджень, близько 80 %, а інша частина - це конгломерати та близько 18 % крупні яйця. Відхилення результатів експериментальних досліджень від теоретичних обумовлено прийнятими при теоретичних дослідженнях припущеннями, які наведено вище.

Проведення експериментальних досліджень з визначення впливу крупності яєць зернової молі на кількість яєць, заражених ентомологічним біопрепаратом трихограми виду Trichogramma рintoi Voeg. показало, що при розведенні на дрібних яйцях зернової молі, які були отримані з третього контейнера, відсоток зараження залишається на рівні 82 % лише до п'ятого покоління, а в наступних поколіннях стрімко знижується. В той же час, при розведенні трихограми на крупних яйцях зернової молі, що були відібрані з другого контейнера, відсоток зараження на рівні 76 % досягається у сьомому поколінні.

Дослідження з визначення впливу розмірів яєць зернової молі на якісні показники ентомологічного біопрепарату трихограми виду Т. evanescens Westw. показали (рис. 8, б), що до сьомого покоління трихограма, яка була розведена на крупних яйцях зернової молі (взяті з другого контейнера калібратора яєць зернової молі), забезпечує, в середньому, на 5 % вищу кількість паразитованих яєць, ніж фракція до калібрування (яка пройшла лише очистку).

Трихограма, яка була виведена на крупних яйцях має протягом семи поколінь стабільну пошукову здатність на відміну від трихограми, яка була виведена на яйцях, що не пройшли калібрування. Таким чином, з крупних яєць виходить більш сильна й активна особина, яка здатна проводити пошук яєць шкідника в природних умовах. На відродження особин трихограми, протягом семи поколінь, крупність яєць суттєво не впливає.

При визначені впливу крупності яєць зернової молі на кількість самиць в партії трихограми було встановлено, що з другого до п'ятого покоління результати були близькими, а вже на шостому та сьомому поколінні на крупних яйцях самиць препарату було більше і становило на шостому поколінні на 9 % більше, а на сьомому - 8 %.

Дослідження з визначення впливу на кількість деформованих особин показали що з четвертого покоління у фракції яєць, що були паразитовані трихограмою, до калібрування відбувається зростання деформованих особин і на сьомому поколінні вже становить 7,3 %, що перевищує допустимі межі (до 5 %). А в партії трихограми, що була вироблена на крупних яйцях до п'ятого покоління спостерігається певна стабільність у кількості деформованих особин, яка становила 2 %, а до сьомого почала також збільшуватись, але становила лише 4 %.

Вплив крупності яєць на тривалість життя трихограми який визначали за допомогою експериментальних досліджень показав, що трихограма, яка була вироблена з крупних яєць, на сьомому поколінні має середнє значення тривалості життя 3,1 добу, а трихограма, яка була вироблена на яйцях, що не були відкалібровані у сьомому поколінні мала тривалість життя 1,7 доби. Таким чином, об'єм поживного середовища впливає на тривалість життя, а відповідно дозволяє особинам трихограми проводити більш тривалий пошук яєць шкідників, у результаті чого збільшується й ефективність самого біопрепарату.

Показана залежність впливу крупності яєць зернової молі на плодючість особин трихограми, яка показує, що крупність яєць впливає на плодючість самиць трихограми, хоча з шостого покоління вона почала знижуватись. Трихограма, що була вироблена на крупних яйцях на сьоме покоління мала плідність 29-30 шт. яєць на самку, а та, що була вироблена на яйцях, що не були відкалібровані: 10-11 шт. яєць на самку. Тривалість життя та плідність залежать один від одного, хоча самиця особини трихограми переважно відкладає основну кількість яєць у перший день, але кількість яєць, відкладених у наступних днях, залежить від того, наскільки трихограма сильніша, тобто кількість яєць в яйцетрубках самиць не збільшується, а зростає рівень їх дозрілості.

Таким чином, у результаті досліджень встановлено, що крупність яєць зернової молі протягом семи поколінь позитивно впливає на пошукову здатність, кількість деформованих особин, тривалість життя та плодючість. Ентомологічний біопрепарат трихограми, отриманий за допомогою біотехнологічного процесу з використанням пневматичного калібратора всі сім поколінь мав І клас якості. В той час, як у базовому біотехнологічному процесі без використання пневматичного калібратора, ентомологічний препарат трихограми до четвертого покоління мав І клас якості, з п'ятого по шостий - ІІ клас якості, а починаючи з сьомого покоління - нижче третього. Тому, операція калібрування повинна бути невід'ємною складовою біотехнологічного процесу виробництва маточної та промислової культури ентомологічного біопрепарату трихограми.

У п'ятому розділі “Техніко-економічні показники процесу калібрування яєць зернової молі” обґрунтовано значення розведення ентомологічного препарату трихограми на крупних яйцях зернової молі через економічну ефективність.

Проведення захисних заходів, при використанні Trichogramma рintoi Voeg., показало, що пошкодження рослин кукурудзи в ВП НУБіП України "Агрономічна дослідна станція" на дослідній ділянці було на 48 % нижче порівняно з контрольним варіантом.

Використання вдосконаленого калібратора яєць зернової молі дозволило отримати економічну ефективність 1029 грн за рік. Термін окупності обладнання, при цьому не перевищує 3 роки. Результати досліджень біотехнологічного процесу виробництва ентомологічного біопрепарату трихограми з обґрунтування параметрів калібратора яєць зернової молі були використані для розроблення модульного комплекту технологічного обладнання для промислового розведення трихограми в Інженерно-технологічному інституті “Біотехніка” (м. Одеса). Отримані результати досліджень були використані при розробці Національного стандарту України - ДСТУ 5016:2008 “Ентомологічні препарати трихограми. Загальні технічні умови”.

Результати досліджень та розроблене обладнання використовується в навчальному процесі при викладанні предмету “Проектування біопроцесів” у Національному університеті біоресурсів і природокористування України.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у визначенні впливу конструкційно-технологічних параметрів та режимів роботи калібратора на якісні показники його роботи (ймовірність добору крупних яєць) та встановленні впливу операції калібрування на якісні показники ентомологічного препарату маточної та промислової культури трихограми. Виконані дослідження становлять основу для створення удосконаленого пневматичного калібратора яєць зернової молі та його використання в біотехнологічному процесі виробництва трихограми, що підвищує ефективність ентомологічного біопрепарату та дозволяють зробити такі висновки:

1. Отримані аналітичні залежності дозволяють визначити висоту вертикального каналу стабілізуючого патрубка залежно від початкових умов руху та еквівалентного діаметра яйця, а також швидкість яєць зернової молі в горизонтальному повітряному потоці камери розділення, що дало можливість визначити траєкторію яєць, на основі якої встановити параметри калібратора, які впливають на якість розділення, а саме розміри та місце встановлення контейнерів, висоту камери розділення та пластини-заслінки, а також швидкість повітряного потоку.

2. Експериментально визначено швидкість зависання яєць зернової молі, яка становила для дрібних - від 1,6 до 1,7 м/с, крупних - від 1,7 до 1,8 м/с. Швидкість зависання для конгломератів залежно від кількості яєць в них становила: із двох яєць 1,8 - 2,0 м/с; із чотирьох яєць 2,0 - 2,4 м/с; із шести яєць 2,4 - 2,8 м/с.

3. На основі використання методики планування експериментальних досліджень встановлено оптимальні значення конструкційно-технологічних параметрів удосконаленого пневматичного калібратора, а саме швидкість повітряного потоку 3,8 м/с, висота камери розділення - 198-199 мм та висота пластини-заслінки - 26-27 мм. Ймовірність добору крупних яєць у другому контейнері калібратора, при цьому становила 58 %, що на 31 % більше порівняно з базовою конструкцією. Експериментальні дослідження показали, що відхилення ймовірності добору від максимального теоретичного значення становить: для конгломератів - 22 %, для крупних яєць - 42 %, для дрібних яєць - 20 %.

4. Використання яєць зернової молі, які були отриманні за допомогою вдосконаленого калібратора, при проведенні порівняльних досліджень показало, що трихограма Trichogramma рintoi Voeg., яка була виведена на крупних яйцях, залишається ефективною до шостого покоління, оскільки значне зменшення відсотка зараження спостерігалось лише на восьмому поколінні, а саме - 56 %. Трихограма, яка була виведена на дрібних яйцях залишається ефективною до четвертого покоління, оскільки суттєвий спад відсотка зараження припадав вже на шосте покоління і становив 38 %.

5. Дослідження з визначення впливу крупності яєць зернової молі показали, що ентомологічний біопрепарат трихограми виду Trichogramma evanescens Westw., отриманий за допомогою біотехнологічного процесу з використанням пневматичного калібратора всі сім поколінь мав І клас якості. В той час, як у базовому біотехнологічному процесі без використання пневматичного калібратора, ентомологічний біопрепарат трихограми мав І клас якості лише до четвертого покоління. Біологічний захист посівів кукурудзи на зерно у ВП НУБіП України «Агрономічна дослідна станція» на площі 64 га, який виконували ентомологічним біопрепаратом трихограми Trichogramma рintoi Voeg., отриманим за допомогою біотехнологічного процесу з використанням пневматичного калібратора показав, що пошкодження кукурудзяним метеликом на дослідній ділянці було на 48 % нижчим порівняно з контрольним варіантом, де не проводили біологічного захисту. Використання вдосконаленого калібратора яєць зернової молі дозволило отримати економічну ефективність 1029 грн, термін окупності обладнання, при цьому не перевищує 3 років.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Марус О.А. Дослідження ефективності калібратора яєць фітофагів / О.А. Марус // Вісник Львівського національного аграрного університету: Агроінженерні дослідження. - 2008. - № 12, Т. 2. - С. 426-430.

2. Марус О.А. Порівняльна оцінка способів калібрування яєць зернової молі / О.А. Марус, Г.А. Голуб // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка «Механізація сільськогосподарського виробництва». - 2008. - Вип. 75, Т. 1. - С. 95-100. (Здобувач експериментально дослідив використання різних способів калібрування яєць зернової молі).

3. Марус О.А. Траєкторія руху яєць зернової молі в повітряному потоці / О.А. Марус, Г.А. Голуб // Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. - 2009. - Вип. 134, Ч. 3. - С. 24-33. (Здобувач визначив закономірності руху яєць зернової молі в горизонтальному повітряному потоці).

4. Мельничук М.Д. Основи технології біологічного захисту рослин у сучасному землеробстві / М.Д. Мельничук, І.П. Григорюк, Л.П. Ющенко, В.О. Дубровін, В.Г. Мироненко, О.А. Марус // Біоресурси і природокористування. - 2010. - Т. 2, № 1-2. С. 5-11. (Здобувач виконав феромоніторинг шкідника, провів авіаційний випуск ентомологічного препарату трихограми).

5. Марус О.А. Дослідження впливу параметрів калібратора на ймовірність отримання крупних яєць молі зернової / О.А. Марус // Агроекологічний журнал. - 2010. - С. 143-146.

6. Марус О.А. Оптимізація параметрів калібратора яєць фітофагів / О.А. Марус // Новітні технології, обладнання, безпека та якість харчових продуктів: сьогодення та перспективи: Матеріали Міжнародної наук.-практ. конф. (27-28 вересня 2010 р.). К., 2010. - Ч. 1. - С. 60-61.

7. Голуб Г.А. Дослідження параметрів руху яєць зернової молі у вертикальному каналі патрубка калібратора яєць фітофагів / Г.А. Голуб, О.А. Марус // Motrol. - Lublin, 2010. - Т. 12 В. - С. 64-71. (Здобувач визначив закономірності руху яєць зернової молі у вертикальному каналі патрубка калібратора).

8. Ентомологічні препарати трихограми. Загальні технічні умови: ДСТУ 5016:2008. - К.: Держпоживстандарт України, 2009. - 10 с. (Здобувач брав участь у розробці технологічного регламенту виробництва ентомологічного препарату трихограми).

9. Пат. № 89928 Україна, МПК А01К67/00. Калібратор яєць фітофагів / Старчевський І.П., Бєльченко В.М., Дубровін В.О., Голуб Г.А., Марус О.А., Таргоня В.С.; промислова власність. - № а200904564; заявл. 08.05.09; опубл. 10.03.10, Бюл. № 5.

10. Пат. № 89931 Україна, МПК А01К67/033. Калібратор яєць фітофагів / Марус О.А., Голуб Г.А., Дубровін В.О., Мироненко В.Г., Ющенко Л.П., Мельничук М.Д., Старчевський І.П., Міщенко В.І.; промислова власність. - № а200904972; заявл. 20.05.09; опубл. 10.03.10, Бюл. № 5.

11. Пат. № 89930 Україна, МПК А01К67/033. Спосіб калібрування яєць фітофагів / Марус О.А., Голуб Г.А., Дубровін В.О., Мироненко В.Г., Ющенко Л.П., Мельничук М.Д., Григорюк І.П., Старчевський І.П., Міщенко В.І.; промислова власність. - № а200904970; заявл. 20.05.09; опубл. 10.03.10, Бюл. № 5.

Размещено на Allbest.ru