автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов обработки семян ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты для повышения их посевных качеств

На правах рукописи

Жолобова Мария Владимировна Л

фу

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ

Специальность 05.20.02. - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

3ерноград-2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО АЧГАА)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Федорищенко Михаил Геннадиевич

Официальные оппоненты: Васильев Алексей Николаевич

доктор технических наук, профессор (ФГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии, зам. директора)

Рубцова Елена Ивановна кандидат технических наук, доцент (ФГБОУ ВПО СтГАУ, доцент кафедры)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Кубанский государственный

аграрный университет (г. Краснодар)

Защита состоится » декабря 2013 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01, созданного при ФГБОУ ВПО «Азо-во-Черноморская государственная агроинженерная академия» по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина, 21 (зал заседаний диссертационного совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО АЧГАА. Автореферат разослан ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важной проблемой сельскохозяйственного производства является увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на основе использования современных технологий возделывания. Особого внимания требуют технологические приемы обработки семян и посадочного материала, выводящие из состояния покоя и повышающие интенсивность ростовых процессов растений, для получения более ранних, дружных и выровненных всходов, закладывающих основу увеличения урожая, получения ранней и высококачественной сельскохозяйственной продукции.

Разработано достаточно много разнообразных способов предпосевной обработки семенного материала, в частности, озонирование, термическая обработка, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, обработка электромагнитным полем и т.д. Поиску недорогих экологически безвредных приемов предпосевной обработки семян в последнее время придается большое значение.

Среди широкого спектра методов предпосевной обработки семян весьма эффективной является обработка семян переменным электромагнитным полем промышленной частоты (ПЭМП ПЧ), приводящая к получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, за счет повышения полевой всхожести семян, ускорения темпов начального роста растений, усиления интенсивности корнеобразования и кущения, экологически чистой продукции.

Цель исследования - обоснование параметров и режимов обработки семян ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты для повышения их посевных качеств.

Объект исследования - функционирующая установка для предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ.

Предмет исследования - зависимость посевных качеств семян ярового ячменя от параметров и режимов их обработки переменным электромагнитным полем промышленной частоты в рабочей камере установки.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Решения поставленных задач базируются на известных теоретических положениях и экспериментальных данных технологии предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ, математической статистики, математического моделирования. Достоверность полученных результатов подтверждена адекватностью разработанных математических моделей, результатами лабораторных и полевых испытаний.

Научную новизну результатов исследования представляют:

- зависимость дозы воздействия от времени обработки ПЭМП ПЧ, радиального расстояния от оси рабочей камеры и магнитной индукции;

- распределение магнитной индукции в зависимости от радиуса сечения и высоты рабочей камеры;

и

- разработанная регрессионная модель зависимости энергии прорастания семян от расположения их в пространстве рабочей камеры установки, времени обработки и влажности семенного материала;

- параметры и режимы обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения в зависимости от времени обработки ПЭМП ПЧ, размеров границ области, в которой обеспечивается требуемый уровень магнитной индукции.

Практическую значимость работы составляют:

- обоснованный диапазон доз воздействия ПЭМП ПЧ на семена в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения при неравномерном распределении магнитной индукции;

- усовершенствованная установка для предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ, обеспечивающая повышение урожайности до 7%;

- уточненная методика расчета основных конструктивных параметров установок для предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ.

На защиту выносятся:

- экспериментально-теоретическая зависимость энергии прорастания ярового ячменя от длительности обработки, расположения семян в пространстве рабочей камеры установки и влажности семенного материала, обеспечивающих требуемые режимы воздействия ПЭМП ПЧ;

- рациональные параметры (размеры рабочей камеры и полюсных наконечников) и режимы обработки семян в ПЭМП ПЧ (магнитная индукция, длительность обработки и расположение в пространстве рабочей камеры);

- зависимости полевой всхожести семян ярового ячменя при обработке их ПЭМП ПЧ в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения.

Реализация результатов работы. Результаты исследований применяются в учебном процессе и в Учебно-опытном фермерском хозяйстве ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Апробация работы и публикации:

Основные положения диссертации доложены на научных конференциях по итогам НИР ФГБОУ ВПО АЧГАА (Зерноград, в 2010-2012 гг.), ФГБОУ ВПО СтГАУ (Ставрополь, 2010-2011 гг.), Юж.-Рос. гос. техн. ун-т НПИ (Новочеркасск-2011). По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура работы:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 143 наименований и 7 страниц приложений. Основное содержание работы изложено на 120 страницах компьютерного текста, включая 17 таблиц, 50 рисунков.

конечников. Магнитная проводимость в активной области рабочей камеры в установке данного типа описана аналитическим уравнением

Я2 = ¡Л^пА^

0,26 +

0,64

1 + -

(1)

т у

Для создания магнитной индукции с более равномерным распределением по всей высоте активной области рабочей камеры заменили косые полюсные наконечники из металлических труб на кольцевые полюсные наконечники прямоугольного сечения (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема распределения магнитных потоков при использовании кольцевых полюсных наконечников прямоугольного сечения

Проводимость для потоков в установках данной конструкции: щ А; — для потока с внешней поверхности полюсных наконечников Ф/, направленного в центр рабочей камеры, Гн;

■ Яг — для прямого потока Ф^, направленного в сторону рабочей камеры, проходящего через воздушный зазор, Гн;

■ Я3 - для потока с внутренней поверхности полюсных наконечников Ф3, направленного в сторону намагничивающей катушки, Гн.

Аналитический расчёт магнитной проводимости вследствие сложной картины магнитного поля в пространстве рабочей камеры затруднен, поэтому реальное поле, создаваемое магнитными потоками выпучивания с граней по-

Магнитная индукция Вдоль стенки каперы. мТл Магнитная индукция Одоль оси каперы, мТл

12 3 4 5 6 7 в 9 Ю Номер точки

Рисунок 6 -- Распределение магнитной индукции по высоте в рабочей камере

установки (h) УСЭ(п)

Для обоснования уровней варьирования выбранных факторов были проведены предварительные лабораторные эксперименты на базе кафедры «Физиологии и химии» ФГБОУ ВПО АЧГАА под руководством доктора биологических наук A.C. Казаковой.

Первый эксперимент был проведен для определения продолжительности обработки в ПЭМП ПЧ семенного материала и установления необходимости отлёжки семян после обработки. Семена обрабатывались ПЭМП ПЧ от 0,1 до 1 с и высевались в день обработки, через 1-5 суток после обработки.

В результате было установлено, что обработка семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ менее одной секунды на лабораторной установке повышает всхожесть семян в среднем на 10% от контроля. Максимальное увеличение всхожести на 11,5 % возможно при обработке семян в течение 0,5 секунды и высеве семян в день обработки.

Второй эксперимент был проведен для определения однородности ПЭМП ПЧ в рабочей камере и для подтверждения зависимости всхожести семян ярового ячменя от полученной дозы (от продолжительности обработки и расположения семян в пространстве рабочей камеры установки). Семена после обработки ПЭМП ПЧ проращивали в рулонах при температуре +20°С на дистиллированной воде согласно ГОСТ 12038-84. На четвертые сутки определяли энергию прорастания, на седьмые - всхожесть. Полученные результаты подвергали статистической обработке (рисунок 7).

Таблица 2 - Посевные качества семян ярового ячменя в зависимости

от времени обработки ПЭМП ПЧ> расположения в пространстве рабочей камеры и влажности семян

№ п/п Т, с Ь, м Энергия прорастания,% Лабораторная всхожесть, % Длина ростков, см

Контроль 65 87 8,3

1 14 0,5 0,03^ 76 92 10,5

2 18 0,5 0,03 70 90 9,7

3 14 3,5 0,03 73 94 10,8

4 18 3,5 0,03 71 89 10,3

5 14 2 0,05 73 90 11,5

6 18 2 0,05 70 91 10,5

7 14 2 0,01 76 95 11,2

8 18 2 0,01 72 91 10,9

9 16 0,5 0,05 72 90 10,7

10 16 3,5 0,05 71 89 10,8

11 16 0,5 0,01 74 95 11,5

12 16 3,5 0,01 73 93 10,4

13 16 2 0,03 76 94 12,5

14 16 2 0,03 78 94 12,5

15 16 2 0,03 77 94 12,5

Данные таблицы 2 обрабатывали с помощью программы статистического анализа Б^йвйса 5.5А. На основании результатов многофакторного эксперимента по определению влияния влажности семян, времени обработки в ПЭМП ПЧ и расположения в пространстве рабочей камеры установки на энергию прорастания получили уравнение регрессии:

Э = -50,65 + 16,06^ + 3,897 + 262,51, - 0,53Ж2 -1,06Г2 -5312,5Ьг.

Проведенный регрессионный анализ показал, что на функцию отклика влияет расположение семян в пространстве рабочей камеры, время обработки ПЭМП ПЧ, влажность семян. Доля влияния расположения семян ярового ячменя в пространстве рабочей камеры на их посевные качества составляет 45%.

Были построены поверхности отклика и контурные графики, по которым найдены рациональные параметры и режимы работы установки для предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ (рисунки 9, 10, 11).

Полученные значения границы области с радиальными размерами позволяют сделать вставку, которая способствует созданию зоны обработки семян ярового ячменя с более равномерным распределением магнитной индукции, влияющей на посевные качества семенного материала.

Для подтверждения влияния времени обработки в ПЭМП ГТЧ, расположения в пространстве рабочей камеры установки и влажности семян были проведены полевые эксперименты на полях научных севооборотов Учебно-опытного фермерского хозяйства АЧГАА.

Полевые опыты показали, что конструкция рабочей камеры обеспечивает режимы обработки семян: действительная доза воздействия .Ш =30... 83 мТл-с обеспечивается при времени обработки семян Г= 0,9...2,75 с в зоне рабочей камеры с границами Ш = 0,012 ми Я2 = 0,035 м при влажности семенного материала IV = 12... 18%.

Прибавка урожайности в результате обработки семян ярового ячменя в установке с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения составила до 7%.

В пятой главе «Определение экономической эффективности применения переменного электромагнитного поля промышленной частоты для предпосевной обработки семян» выполнен анализ внедрения предлагаемой разработки. Несмотря на то, что удельные эксплуатационные затраты увеличились на 30%, дополнительный доход, получаемый предприятием от реализации дополнительной продукции, составляет 280000 руб. Чистый дисконтированный доход составил 1181929,19 руб. со сроком окупаемости дополнительных капитальных вложений 10 месяцев.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ предыдущих исследований показал неравномерность обработки семенного материала ПЭМП ПЧ, что приводит к большому разбросу доз облучения и, как следствие, к нестабильности результатов улучшения посевных качеств семян.

2. Уточнен расчет магнитного потока в рабочей камере для обоснования конструктивных параметров.

3. Установлено, что магнитная индукция по высоте рабочей камеры зависит от радиального расстояния и обеспечивает равномерную обработку семян ярового ячменя с требуемой дозой воздействия в зоне с определенными границами.

4. Лабораторные исследования показали, что требуемая доза воздействия = 27...85 мТл-с обеспечивается при времени обработки семян Т- 0,9...2,75 с в зоне рабочей камеры с границами М = 0,012 м и &2=0,038 м при влажности семенного материала IV = 12... 18%.

5. Проведенный регрессионный анализ показал, что на функцию отклика влияет расположение семян в пространстве рабочей камеры, время обработки

ПЭМП ПЧ, влажность семян. Доля влияния расположения семян ярового ячменя в пространстве рабочей камеры на их посевные качества составляет 45%.

6. Полевые опыты подтвердили лабораторные исследования и показали, что конструкция рабочей камеры обеспечивает действительную дозу воздействия Dd =30...83 мТл-с при времени обработки семян Г= 0,9...2,75 с в зоне рабочей камеры с границами R1 - 0,012 м и R2 = 0,035 м и влажности семенного материала W= 12... 18%. Прибавка урожайности в результате обработки семян ярового ячменя в установке с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения составила до 7%.

7. Оценка экономической эффективности предлагаемого режима предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ показала, что несмотря на увеличение удельных эксплуатационных затрат на 30%, дополнительный доход, получаемый предприятием от реализации дополнительной продукции составляет 280 000 руб. Чистый дисконтированный доход составил 1181929,19 руб. со сроком окупаемости дополнительных капитальных вложений 10 месяцев.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Жолобова, М.В. Анализ установок для предпосевной обработки семян / М.В. Жолобова // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - № 09(83). -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/09/pdi703.pdf,

2. Жолобова, М.В. Планирование эксперимента по предпосевной обработке семян переменным электромагнитным полем промышленной частоты / М.В. Жолобова, М.Г. Федорищенко, A.C. Казакова, H.H. Грачева // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - № 07(091). - IDA [article ID]:

0911307040. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdf/40.pdf, 0,625 у.п.л.

— в сборниках научных трудов и научно-практических журналах:

1. 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 2011 г. Юж.-Рос.гос.техн.ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЛИК, 2011. - 5-9 с.

2. Жолобова, М.В. Анализ оборудования, используемого для предпосевной обработки семян ярового ячменя / М.Г. Федорищенко, М.В. Жолобова // Технологии и средства повышения надёжности машин в АПК. — Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2011. - Вып. 7. - С. 177-180.

3. Жолобова, M.B. Влияние предпосевной обработки ПЭМП ПЧ на посевные качества семян ярового ячменя: сборник научных трудов / М.Г. Фе-дорищенко, A.C. Казакова, М.В. Жолобова // Технологии и средства повышения надёжности машин в АПК. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2011. -Вып. 7.-С. 172-177.

4. Жолобова, М.В. Влияние предпосевной обработки ПЭМП ПЧ на посевные качества семян ярового ячменя в зависимости от их расположения в пространстве рабочей камеры установки / М.Г. Федорищенко, М.В. Жолобова, A.C. Казакова // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: материалы VI Российской научно -практической конференции. - Ставрополь: - Ставропольское издательство «Параграф», 2011.-С. 175-179.

5. Жолобова, М.В. Влияние продолжительности предпосевной обработки семян ячменя переменным магнитным полем промышленной частоты на всхожесть в зависимости от их исходной влажности / М.Г. Федорищенко, A.C. Казакова, Н.И. Шабанов, М.В. Жолобова // Вестник аграрной науки Дона. -Зерноград, 2012. -Вып. 1,-С. 81-85.

6. Жолобова, М.В. 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 И Стабилизация производства продукции растениеводства в условиях изменяющегося климата. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2012.

- С. 43-47.

7. Жолобова, М.В. Влияние предпосевной обработки ПЭМП ПЧ на посевные качества семян ярового ячменя / М.В. Жолобова // Научное и инновационное обеспечение модернизации АПК России: сборник трудов ВСМУиС.

- Москва: ФГБНУ «Росинформагротех», 2012. - 3-6 с.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 21.11.2013 Формат 60x84/16. Уч.-изд. л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 516. РИО ФГБОУ ВПО АЧГАА 347740, Зерноград Ростовской области, ул. Советская, 15.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ

Специальность 05.20.02. - Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

На правах рукописи

04201454689

Жолобова Мария Владимировна

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Федорищенко М.Г.

Зерноград - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

ПО ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН........................ 10

1.1 Значение предпосевной обработки семян

в процессе производства зерновых культур.......................... 10

1.2 Анализ установок для предпосевной обработки семян............ 11

1.3 Анализ способов предпосевной обработки семян.................. 17

1.4 Влажность семян как критерий протекания биохимических процессов...................................................................... 26

1.5 Выводы по главе............................................................ 28

2 ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯРОВОГО ЯЧМЕНЯ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ.......................................... 29

2.1 Доза предпосевной обработки семян электромагнитным полем

промышленной частоты.................................................... 29

2.2 Расчет основных конструктивных параметров аппаратов, генерирующих электромагнитные поля промышленной частоты. 33

2.3 Выводы по главе............................................................. 38

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..........................40

3.1 Определение факторов и уровней их варьирования..................40

3.2 Экспериментальное оборудование....................................... 41

3.3 Частная методика по определению зон в пространстве рабочей камеры установки, обеспечивающих требуемую дозу воздействия при обработке ПЭМП ПЧ семян ярового ячменя.....^5

3.4 Частная методика исследования электромагнитных

аппаратов...................................................................... 48

3.5 Методика лабораторной оценки посевных качеств семян.......... 50

3.6 Методика проведения полевого эксперимента........................ 51

4 ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН ПЭМП ПЧ...........54

4.1 Исследование аппаратов для предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ.................................................54

4.2 Предварительные экспериментальные исследования

для определения уровней варьирования выбранных факторов.... 58

4.3 Планирование эксперимента.............................................. 62

4.4 Расчет регрессионной модели при проведении лабораторных исследований влияния электромагнитного поля

на посевные качества семян............................................... 64

4.5 Полевые эксперименты по исследованию влияния электромагнитного поля на посевные качества семян............... 72

4.6 Показатели вариации........................................................80

4.7 Выводы по главе............................................................. 84

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН....................... 86

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.................................................................. 97

ЛИТЕРАТУРА........................................................................ 98

ПРИЛОЖЕНИЯ

114

ВВЕДЕНИЕ

Важной проблемой сельскохозяйственного производства является увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на основе использования современных технологий возделывания. Особого внимания требуют технологические приемы обработки семян и посадочного материала, выводящие из состояния покоя и повышающие интенсивность ростовых процессов растений, для получения более ранних, дружных и выровненных всходов, закладывающих основу увеличения урожая, получения ранней и высококачественной сельскохозяйственной продукции.

Важные качества семян определяются посевными и сортовыми показателями. К посевным качествам относят чистоту (степень засоренности разными примесями), влажность (хорошо просушенные семена имеют влажность 4-8%), энергию прорастания (количество проросших зерен через определенное время), самый важный показатель - всхожесть (количество проросших зерен через максимально отведенное время), а также степень зараженности вредителями и болезнями. Данные требования к семенам сельскохозяйственных культур установлены государственными стандартами.

На сегодняшний день основная задача специалистов сельскохозяйственного производства и учёных разработать приёмы и методы, которые бы способствовали повышению сопротивляемости, выживаемости растений и как результат - повышению их урожайности.

Предложено достаточно много разнообразных способов предпосевной обработки семенного материала, в частности: озонирование, термическая обработка, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, обработка электромагнитным полем и т.д. Поиску недорогих экологически безвредных приемов предпосевной обработки семян в последнее время придается большое значение.

Среди широкого спектра методов предпосевной обработки семян весьма эффективной является обработка семян переменным электромагнитным

полем промышленной частоты (ПЭМП ПЧ) [17, 21, 23-26, 31-37, 68, 79-81, 111-116], приводящая к получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, за счет повышения полевой всхожести семян, ускорения темпов начального роста растений, усиления интенсивности кор-необразования и кущения.

Исследованиями ученых H.A. Артемьева, A.M. Басова, Ф.Я. Изакова, В.Н. Шпигеля, И.Ф. Бородина, Г.А. Яснова, А.П. Блонской, С.Д. Кутис, М.Т. Серёгиной, Н.В. Ксёнза, Г.П. Стародубцевой, A.C. Казаковой, М.А. Та-ранова и других доказано положительное влияние электромагнитного поля на посевные и урожайные качества семян зерновых культур.

В соответствии с изложенным, в диссертационной работе сформулирована цель исследования: обоснование параметров и режимов обработки семян ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты для повышения их посевных качеств.

Объект исследования - функционирующая установка для предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ.

Предмет исследования - зависимость посевных качеств семян ярового ячменя от параметров и режимов их обработки переменным электромагнитным полем промышленной частоты в рабочей камере установки.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Решения поставленных задач базируются на известных теоретических положениях и экспериментальных данных технологии предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ, математической статистики, математического моделирования. Достоверность полученных результатов подтверждена адекватностью разработанных математических моделей, результатами лабораторных и полевых испытаний.

Сформулированы:

Научная гипотеза. Повышение посевных качеств семян ярового ячменя может быть достигнуто за счет обработки равномерным магнитным полем, обеспечивающим требуемую дозу воздействия.

[ill!,

;v/M<fvV' -

i у

¡Api

к'

i, i t

Для достижения научной гипотезы принимается рабочая гипотеза: равномерное магнитное поле и требуемую дозу воздействия можно обеспечить путем направления потока семян в определенные зоны рабочей камеры.

Задачи исследования:

1. Уточнить уравнение магнитного потока в рабочей камере и обосновать дозу воздействия ПЭМП ПЧ на семена ярового ячменя.

2. Провести эксперименты, проверяющие теоретическое обоснование действительной дозы воздействия ПЭМП ПЧ на семена ярового ячменя, и оценить в полевых условиях эффективность полученных режимов обработки.

3. Разработать регрессионную модель, отражающую зависимость посевных качеств семян от исследуемых факторов (расположения семян в пространстве рабочей камеры, времени обработки ПЭМП ПЧ и их влажности).

4. Оценить экономическую эффективность предлагаемого режима предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ.

В первой главе «Анализ состояния вопроса по предпосевной обработке семян» сформулированы цель и задачи работы; описаны необходимость предпосевной обработки семенного материала в ПЭМП ПЧ и значение предпосевной обработки семян в процессе производства зерновых культур; выполнен анализ установок для предпосевной обработки семян, в том числе и установок для обработки семян в ПЭМП ПЧ; рассмотрена влажность семян как критерий протекания биохимических процессов.

Во второй главе «Обоснование процесса предпосевной обработки семян в переменном электромагнитном поле промышленной частоты» производится анализ дозы облучения семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ и расчет конструктивных параметров аппаратов, генерирующих электромагнитные поля промышленной частоты; определяется зависимость дозы воздействия от времени обработки ПЭМП ПЧ, радиального расстояния от оси рабочей камеры и магнитной индукции.

В третьей главе «Программа и методика проведения экспериментальных исследований» обоснован выбор независимых факторов для про-

ведения экспериментальных исследований. Описана изучаемая экспериментальная установка, контрольно-измерительные приборы, план и методика проведения исследований, программное обеспечение, используемое для обработки полученных экспериментальных данных.

В четвёртой главе «Обработка и анализ экспериментальных данных по предпосевной обработке семян ПЭМП ПЧ» проведены исследование аппаратов для предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ и факторный анализ экспериментальных данных по определению влияния влажности семян, времени обработки в ПЭМП ЕМ и расположения в пространстве рабочей камеры установки на энергию прорастания семян ярового ячменя; получена регрессионная модель зависимости энергии прорастания семян ярового ячменя от времени обработки в ПЭМП ПЧ, расположения в пространстве рабочей камеры установки и влажности семян, позволяющая рассчитать параметры и режимы обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения в зависимости от времени обработки ПЭМП ПЧ, размеров границ области, в которой обеспечивается требуемый уровень магнитной индукции; проведен анализ полевых опытов для подтверждения влияния исследуемых факторов на всхожесть семян ярового ячменя.

В пятой главе «Определение экономической эффективности применения переменного электромагнитного поля промышленной частоты для предпосевной обработки семян» проведена оценка экономической эффективности предпосевной обработки семян ярового ячменя в переменном электромагнитном поле промышленной частоты.

Научная новизна:

- зависимость дозы воздействия от времени обработки ПЭМП ПЧ, радиального расстояния от оси рабочей камеры и магнитной индукции;

- распределение магнитной индукции в зависимости от радиуса сечения и высоты рабочей камеры;

- разработанная регрессионная модель зависимости энергии прораста-

ния семян от расположения их в пространстве рабочей камеры установки, времени обработки и влажности семенного материала;

- параметры и режимы обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения в зависимости от времени обработки ПЭМП ПЧ, размеров границ области, в которой обеспечивается требуемый уровень магнитной индукции.

Практическую значимость работы составляют:

- обоснованный диапазон доз воздействия ПЭМП ПЧ на семена в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения при неравномерном распределении магнитной индукции;

- усовершенствованная установка для предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ, обеспечивающая повышение урожайности до 7%;

- уточненная методика расчета основных конструктивных параметров установок для предпосевной обработки семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ.

На защиту выносятся:

- экспериментально-теоретическая зависимость энергии прорастания ярового ячменя от длительности обработки, расположения семян в пространстве рабочей камеры установки и влажности семенного материала, обеспечивающих требуемые режимы воздействия ПЭМП ПЧ;

- рациональные параметры (размеры рабочей камеры и полюсных наконечников) и режимы обработки семян в ПЭМП ПЧ (магнитная индукция, длительность обработки и расположение в пространстве рабочей камеры);

- зависимости полевой всхожести семян ярового ячменя при обработке их ПЭМП ПЧ в рабочей камере установки с кольцевыми полюсными наконечниками прямоугольного сечения.

Реализация результатов работы. Результаты исследований применяются в учебном процессе и в Учебно-опытном фермерском хозяйстве ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Апробация работы и публикации:

Основные положения диссертации доложены на научных конференциях по итогам НИР ФГБОУ ВПО АЧГАА (Зерноград, в 2010-2012 гг.), ФГБОУ ВПО СтГАУ (Ставрополь, 2010-2011 гг.), Южно-Российский государственный технический университет НПИ (Новочеркасск-2011). По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура работы:

Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 143 наименований и 7 страниц приложений. Основное содержание работы изложено на 120 страницах компьютерного текста, включая 17 таблиц, 50 рисунков.

Автор выражает искреннюю признательность доктору биологических наук, профессору A.C. Казаковой за помощь в проведении лабораторно-полевых исследований.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН

1.1 Значение предпосевной обработки семян в процессе производства зерновых культур

Главным продуктом питания, значимым компонентом кормовой базы для птицеводства и животноводства является продукция растениеводства. Поэтому увеличение её производства - это важнейшая научно-производственная задача. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является повышение посевных качеств семян с помощью воздействия на семенной материал различных физических факторов.

Основной зернофуражной культурой в России считается ячмень, который здесь занимает самые большие площади в мире (до 13 млн га), а в общем валовом сборе зерна по стране доля его составляет 22,5% (2011 г.) [54]. На Северном Кавказе ячмень занимает от 2 до 2,5 млн гектаров.

Из зерен ячменя изготавливают муку, перловую и ячменную крупу, суррогат кофе. Для хлебопечения ячменная мука малопригодна, при необходимости ее примешивают к пшеничной или ржаной муке (20-25%). В зерне ячменя содержится белка - 7-15%, углеводов - 65%, жира - 2%, клетчатки -5-5,5%, золы - 2,5-2,8%.

Белок ячменя содержит все незаменимые аминокислоты, включая особо дефицитные и наиболее ценные, - лизин и триптофан. Существуют сорта, в протеине которых содержится - 4,5-4,9% лизина. Зерно ячменя широко применяют в качестве концентрированного корма (в 1 кг содержится 1,27 корм. ед. и 100 г перевариваемого белка) для животных всех видов, особенно для откорма свиней (удельный вес его в составе комбикорма достигает 50%) [91].

Для интенсификации растениеводства в практику сельского хозяйства внедряются электротехнологические методы воздействия на растения с це-

лью их стимуляции - повышение урожайности, улучшение качества продукции, ускорение роста. Известны положительные опыты при использовании электромагнитного поля для увеличения энергии прорастания, всхожести, повышения урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Однако реакция семян может быть различной на один и тот же воздействующий фактор. Это зависит от сорта и качества семенного материала, дозы облучения, времени обработки, исходной влажности семян, сроков отлёжки (времени ожидания от момента обработки до посева) и, кроме того, от природно-климатических факторов. По этой причине получение универсальных параметров для всех культур является трудно решаемой задачей.

На сегодняшний день разработано достаточно много способов для предпосевной обработки семян [29, 30, 32, 33, 51, 60, 61, 74, 121, 135-143]. Опыт применения этих методов доказывает их высокую эффективность. Физические воздействия на семенной материал дают прибавку всхожести на 15-24%, а урожайности - на 5-20% [55, 104]. Таким образом, необходимость применения физических факторов для предпосевной обработки семян не вызывает сомнений, проблема заключается в правильном выборе дозы воздействия на семенной материал.

1.2 Анализ установок для предпосевной обработки семян

Прогрессивная технология получения сельскохозяйственной продукции должна предусматривать экономию материальных и трудовых затрат при высокой стабильности получаемых результатов и сохранения единого согласованного во всех зве�