автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Электрофизические методы повышения воспроизводства крупного рогатого скота в Краснодарском крае

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ВОСПРОИЗВОДСТВА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА В КРАСНОДАРСКОМ КРАЕ

Специальность 05.20.02. - электрификация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Заслуженный изобретатель РФ, кандидат технических наук, доцент Богатырев Н.И.

Краснодар - 1999

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...................12

1.1. Анализ состояния животноводства на современном этапе и вопросы воспроизводства.........................................................................................12

1.2. Влияние электрических и магнитных полей на жизнедеятельность биологических объектов.........................................................22

1.3. Действие электрофизических факторов на сперму при замораживании..........................................................................................................27

1.4. Патентные исследования в области магнитобиологии........................31

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СПЕРМУ ЖИВОТНЫХ.......................................................44

2.1. Биологические особенности спермы как объекта исследования........44

2.2. Предпосылки активации спермиев в электромагнитном поле...........48

2.3. Теоретические исследования изменения электромагнитных параметров и биофизических свойств спермиев при воздействии электромагнитного поля...........................................................................................51

3. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СПЕРМУ ЖИВОТНЫХ...........................................59

3.1. Методика определения восприимчивости спермиев к электромагнитному полю.........................................................................................59

3.2. Методика оценки подвижности оплодотворяющей способности спермиев быков.........................................................................................................62

3.3. Описание лабораторной установки...................... .................................64

3.4. Методика определения параметров электромагнитного аппарата и

получения математических зависимостей оптимальных режимов.....................70

4. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................................................................................................78

4.1. Обоснование и параметры устройства электростимуляции родовспоможения и послеродовой профилактики................................................78

4.2. Разработка устройства электростимуляции родовспоможения и послеродовой профилактики...................................................................................81

4.3. Обоснование и параметры устройства для электромагнитного воздействия на спермии............................................................................................88

4.4. Разработка устройства аппарата магнитной обработки биологических объектов АМОБО...........................................................................94

4.5. Технико-экономическое обоснование электрофизических аппаратов для повышения воспроизводства КРС................................................100

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ...............................................................................106

ЛИТЕРАТУРА...............................................................................................108

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................130

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акт внедрения устройства для электрофизического воздействия "Стимул-2".........................................................................................131

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акт внедрения аппарата магнитной обработки АМОБО....................................................................................................................139

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акт внедрения устройства для воздействия на эмбрионы птиц........................................................................................................145

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Патент и положительные решения по заявкам на изобретения..............................................................................................................152

ВВЕДЕНИЕ

Задача увеличения количества продукции животноводства стоит перед человечеством многие века. В последние годы во многих странах мира наметилась тенденция стабилизации или сокращения поголовья сельскохозяйственных животных и несколько замедлились темпы роста производства молока и мяса. В тоже время в странах с развитым животноводством, несмотря на сокращение поголовья скота, производство продуктов животноводства продолжает увеличиваться. Это является следствием внедрения интенсивных технологий, использования высокопродуктивных пород, достижений науки в области кормления, племенного дела, биотехнологии и успешных результатов в других отраслях науки и техники [40, 89, 94, 97, 99, 126, 133, 142, 162, 181].

Наибольшее поголовье крупного рогатого скота (КРС) сосредоточено в азиатских странах (31,8 %), но уровень его использования здесь остается низким, так в 1996 году удельный вес этих стран в мировом производстве говядины составлял только 16,3 % и молока 15,3 %. Второе место по численности скота занимают южноамериканские страны - 25,2 %, а по молоку только 8,2 %. По-прежнему самые экстенсивные формы ведения отрасли имеют место в африканских странах, за исключением Южно-Африканской республики, где привалируют интенсивные технологии. Здесь средний удой на корову в 1994 году составлял 2554 кг молока, а производство мяса на голову - 34 кг [129].

В странах Центральной и Северной Америки (США, Канада, Мексика) на долю крупного рогатого скота приходится 12,7 % поголовья, от которого, получают 26,6 % говядины и 24,1 % молока от общего производства этих продуктов в мире.

Наиболее интенсивно используется скот в странах Европы, где его численность от общего мирового поголовья составляет лишь 8,3 %, но от него получают 34,8 % молока и 18,1 % говядины. Этому предше-

ствовали структурные изменения в скотоводстве, которые произошли в европейских и некоторых других странах мира.

В большинстве государств сократилось поголовье молочных коров, при более медленных темпах уменьшения общего поголовья КРС. Эта тенденция сопровождается ростом шлейфа в стаде, повышением молочной продуктивности коров, что обеспечивает более медленное сокращение производства молока, увеличение убойного контингента и расширение возможностей ввода в молочное стадо потенциально более продуктивных ремонтных телок. В молочном скотоводстве возрастает удельный вес черно-пестрого, а также голштинского скота американской и канадской селекции, идет сокращение численности животных менее продуктивных пород. Значительное распространение в селекционно-племенной работе с молочным скотом получило использование быков-улучшателей, совершенствование кормления и содержания коров, ввода в стадо хорошо подготовленного ремонтного молодняка.

В результате этих факторов число стран, достигших среднего удоя более 6000 кг, составляло в 1994 году 9, в то время, как в 1990 году их было 5, а в 1980 году только одна страна. Наивысшую продуктивность имеют Израиль - 9383 кг молока на корову и США - 7277 кг на поголовье молока от каждой из почти 9,6 млн. коров [129].

Анализ состояния современного животноводства показывает, что сокращение молочных коров во многих странах сопровождается развитием мясного скотоводства, расширением масштабов промышленного скрещивания с использованием мясных пород при одновременной интенсификации отрасли, что обеспечивает высокий уровень производства молока и мяса.

На этом фоне очень неприглядная картина складывается с состоянием скотоводства в России. Так, по данным Госкомстата РФ за последние годы (1991-1994) численность КРС во всех категориях хозяйств сократилась на 26,4 %, а в общественном секторе - на 36,9 %, в

том числе коров соответственно на 11,8 и 27,2 %. При этом производство говядины в целом снизилось на 25,2, а молока на 24,3 %, соответственно в общественном секторе на 45,1 и 40,4 %. Такой резкий спад производства произошел не только в результате крайне низкой продуктивности животных, но и нарушений интеграции между производителями продукции и перерабатывающими предприятиями, из-за неоправданной и неустойчивой ценовой политики.

Большинство программ по развитию сельского хозяйства оказываются невыполненными. Разрушается социальная сфера села. В 1994 -1997 г.г. сельское население России сократилось на 382 тыс. человек, а численность работников, занятых в сельхозпроизводстве уменьшилось на 900 тыс. человек [169].

Агропромышленный комплекс страны за годы реформ оказался отброшенным по многим позициям на 20-30 лет назад. Валовой сбор основных сельскохозяйственных культур резко уменьшился. В 1998 по сравнению 1990 г. объем валовой продукции во всех категориях хозяйств России уменьшился почти на 40 %, на треть снизилась производительность труда, наметилась тенденция сокращения производства в хозяйствах всех форм собственности [169]. Одновременно на селе разрушается производственный потенциал. Происходит снижение плодородия почв. За годы реформ объемы внесения минеральных удобрений уменьшилось в 6 раз, органических - в 3 раза. Посевные площади сократились на 21,1 млн. га. В большинстве своем пришли в негодность орошаемые и осушенные земли.

В 1998 г. КРС в хозяйствах всех категорий по сравнению с 1990 г. стало меньше на 25,3 млн. голов, или на 44,4 %, свиней - на 21,0 млн. голов меньше или на 54,8 %. Численность овец и коз сократилось на 38,8 млн. голов или на 66,8 %.

Все это способствует росту импорта продуктов питания. В 1997 г. по сравнению с 1993 г. объем закупок мяса за рубежом увеличился в

13 раз, в том числе птичьего - в 15 раз от общего объема потребления, молока и сахара соответственно в 6 и 2,1 раза. Импорт зерна составил 2,9 млн. т. при экспорте 530 тыс.т. Всего в 1997 г. за рубежом закуплено продуктов питания и сырья на 23,7 млрд. долл. [169].

Следовательно, состояние и существующая стратегия развития скотоводства в России ведут к деградации отрасли, делают нашу страну зависимой от импорта продукции животноводства. Поэтому необходимо создавать научные, организационные и морально-психологические предпосылки для возрождения и дальнейшего развития отрасли, а также внедрения интенсивных форм ее ведения с приоритетом энергосберегающих технологий.

Важный резерв в решении продовольственной проблемы - это интенсивное использование репродуктивного потенциала маточного поголовья с целью получения максимального количества молодняка. В настоящее время выход телят на 100 коров, даже в условиях Кубани составляет - 74 головы. Исходя из физиологии коровы, ежегодно от нее можно получать по одному теленку, и таких результатов достигают передовые хозяйства. При этом следует соблюдать обязательное условие - время от отела до плодородного осеменения не должно превышать 80 дней.

В среднем по стране продолжительность сервис-периода составляет 130-134 дня, а бесплодие, начиная с 90-го дня после отела, 60 и более дней [181, 182].

Производство животноводческой продукции представляет собой последовательность взаимосвязанных задач, многие из которых обусловлены физиологическим состоянием животных. Целый ряд болезней КРС можно лечить с использованием физиотерапевтических методов, в частности, воздействием электрического тока и магнитного поля определенной частоты и формы импульсов. Известны методы электростимуляции родовспоможения, послеродовой инволюции, отделения

последа и др. Электростимуляция способна уменьшить патогенез, повысить общий тонус, молокоотдачу, рост и развитие животных.

Так, лишь задержание последа, сопровождающееся почти стопроцентным уровнем возникновения метритов, и которому подвержены более половины высокопродуктивных животных, снижает их молочную продуктивность на 11-12 %, вызывает яловость у 35-40 % коров и приводит к преждевременной выбраковке 15-20 % стада [88, 89, 176].

Животноводческая практика располагает достаточно обширной информацей по вопросам применения электрофизических факторов для повышения воспроизводства КРС. Предложены десятки технических решений и различных способов для реализации этих решений, которые различаются сложностью конструкций, технологий и экономической эффективностью. Однако, массового внедрения в с.-х. производство они не получили в силу изложенных ниже причин:

- в научных кругах и в печати ведется дискуссия о целесообразности их применения. Сложившаяся ситуация отчасти вызвана тем, что до настоящего времени в публикациях нет четкого анализа всех влияющих факторов и противопоказаний. Не определены режимы и область их применения, реализуемые на стыке биологических наук и электротехнологии.

Эти обстоятельства порождают необходимость проведения дополнительных научно-исследовательских работ, направленных прежде всего на расширение использования электрофизических методов и средств повышения воспроизводства КРС.

Целью диссертационной работы является обоснование и совер-

и 1 и

шенствование методов и устройств электрофизического воздействия, направленных на повышение воспроизводства КРС.

Актуальность темы диссертации определяется низким уровнем использования научно-технических достижений в сельскохозяйственном производстве в частности неудовлетворительным применением

электрофизических факторов в животноводстве, особенно на этапах осеменения, родовспоможения, послеродовой инволюции, отделения последа и др.

На этом основании в работе основными объектами исследований приняты: электрофизические факторы, технологии и устройства для электромагнитного воздействия на семя животных, электростимуляция коров для сохранения здорового потомства.

Задача научных исследований включает:

- анализ электрофизических факторов и технических средств применительно к воздействию на семя животных и сохранения здорового потомства;

- классификацию электрофизических факторов и технологических средств для воздействия на семя животных и сохранения здорового потомства;

- обоснование требований, параметров и области применения электрофизических методов;

- разработку устройств электрофизического воздействия;

- исследование и испытание предложенных устройств;

- разработку методики расчета схемных решений и выходных параметров электрофизических устройств;

- технико-экономическую оценку результатов внедрения в условиях Краснодарского края.

Методика исследования включает аналитические и экспериментальные методы. Аналитические методы исследования базируются на современных теориях электротехники, биофизики, генной инженерии, прикладной математики и др. наук, при использовании новейших средств измерений и вычислительной техники. Экспериментальная часть работы выполнена в научно-исследовательских лабораториях кафедры электрических машин и электропривода ; разведения с.-х. животных и генетики; ветеринарного акушерства и хирургии Кубан-

ского ГАУ. Производственная проверка результатов исследований и технических разработок проведена в Государственном унитарном племенном предприятии "Гулькевичское", ЗАО ГПЗ "Гулькевичский", на других сельскохозяйственных предприятиях Краснодарского края.

Научная новизна исследований и разработок:

- установлено влияние напряженности электромагнитного поля, с целью оптимизации процесса воздействия на семя животного;

- получены оптимальные параметры воздействия на биологические активные точки животного, обеспечивающие повышение воспроизводства;

- обоснованы и разработаны новые конструкции приборов для электрофизического воздействия на биологические объекты (патент 1Ш №2128965, положительные решения о выдаче патентов по заявкам: № 98103201, № 98102421, № 98103200, № 98103207, № 97120742,№ 98116031).

Научная новизна разработок подтверждается рекомендацией краевого ветеринарного управления Краснодарского края о внедрении в с.-х. производство созданных нами изобретений.

Практическая ценность выполненных исследований и разработанных устройств заключается в повышении воспроизводства стада КРС и сохранении молодняка.

Реализация результатов исследования представлена разработками оригинальных устройств для электрофизического воздействия на сперму животных, родовспоможения, сохранения здорового потомства. Устройства внедрены в производство на передовых предприятиях Краснодарского края и дают положительные эффекты.

Основные положения выносимые на защиту:

- результаты анализа электрофизических факторов и технических средств для воздействия на семя животных и сохранения здорового потомства;

- устройства, способы и технологии для воздействия на семя животных и сохранения здорового потомства;

- методики расчета устройств на основе электромагнитных полей;

- рекомендации по выбору и эксплуатации разработанных устройств.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях Кубанского ГАУ в 1997-1999 г.г., на международной научно-технической конференции "Энергосбережение в сельском хозяйстве" (Москва ВИЭСХ, 1998 г.), в учебном процессе на кафедре ЭМ и ЭП, в учебном пособии используются с грифом департамента кадровой политики и образования РФ: "Рекомендовано Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации в кач�