автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Восстановление минеральных субстратов путем электрофизической обработки

Г» Г- Г- А п

ООЗОБ2133

На правах рукописи

ТРУШИН Петр Михайлович

ПУТЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05 20 02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 2007

003062133

Работа выполнена на кафедре физики Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Челябинский государственный агроинженерный университет».

Научный руководитель- доктор технических наук, доцент

Басарыгина Елена Михайловна

Официальные оппоненты. доктор технических наук, профессор

Новикова Галина Владимировна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Цейзер Надежда Михайловна

Ведущая организация Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)

Защита состоится «28» марта 2007 г, в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.069 01 при ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет» по адресу: 454080, г.Челябинск, пр. Ленина, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Челябинского государственного агроинженерного университета

Автореферат разослан «26» февраля 2007 г. и размещен на официальном сайте ФГОУ ВПО ЧГАУ http- // www csau.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета /

доктор технических наук, профессор ß/r Старцев A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Гидропонное растениеводство, не использующее почвенные ресурсы, является одним из возможных путей получения экологически чистой продукции растениеводства в условиях неблагоприятной экологической ситуации. Гидропонные технологии имеют ряд преимуществ по сравнению с почвенной культурой быстрое регулирование корнеобитаемой среды благодаря применению микропроцессорной техники; рациональное использование тепловой энергии для обогрева; исключение необходимости подготовки и завоза почвенных грунтов, существенная экономия воды и минеральных удобрений - до 40%, сокращение расхода пестицидов; улучшение качества продукции и фитосанитарных условий, повышение урожайности, производительности труда и организационно-технологического уровня производства; высокий экономический эффект Преимущества гидропонных технологий во многом определяются качеством субстратов. Однако в процессе эксплуатации наблюдаются неизбежные процессы их старения, в связи с чем разработка технических средств для восстановления гидропонных субстратов является актуальной задачей. В настоящее время известны химические способы восстановления, но их применение ограничено по причине негативного влияния химических реагентов на свойства субстратов Вместе с тем, возможности использования электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов не определялись

Настоящая работа посвящена вопросам восстановления гидропонных субстратов путем обработки в ультразвуковом поле и поле коронного разряда

Исследования проводились в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001 -2005 гг 01.02. «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.»; 02. «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для ус-

тойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции», а также планом НИР ЧГАУ на 2000 - 2006 гг

Цель работы: восстановление гидропонных субстратов путем использования технических средств электротехнологии

Задачи исследования:

1. Определить влияние режимов электрофизической обработки субстрата на отклик растений и получить математическую модель выхода биомассы

2 Разработать установку для восстановления субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда

3. Разработать технологию гидропонного выращивания рассады, включающую в себя восстановление субстратов.

Объект исследования: технология восстановления субстратов для гидропонного выращивания рассады

Предмет исследования: закономерности электротехнологического процесса и изменения выхода биомассы рассады при различных режимах восстановления субстратов

Научная новизна положений, выносимых на защиту

- впервые предложено применение электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов (на примере кли-ноптилолита) для последующего вегетационного использования Восстановление субстратов предложено осуществлять путем последовательного прохождения ультразвукового поля и поля коронного разряда,

- получено аналитическое выражение, устанавливающее с достаточной для практики точностью взаимосвязь между плотностью тока коронного разряда и напряжением в редуцированной характеристике, учитывающую параметры обрабатываемого субстрата Определены вольт-амперные характеристики системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении восстанавливаемого субстрата на некоронирующем электроде,

- установлены закономерности, раскрывающие взаимосвязь между электрическим зарядом частиц восстанавливаемого субстрата и их расположением в рабочей зоне электродной системы, определен электрический заряд частиц восстанавливаемого субстрата,

- разработана методика оценки эффективности восстановления субстратов;

- получена математическая модель выхода биомассы рассады при восстановлении гидропонных субстратов

Новизна технических решений защищена двумя патентами Российской Федерации.

Практическая ценность работы и реализация

ее результатов

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что на их основе была разработана и опробована установка для восстановления минеральных субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда Разработанные математические модели, установленные взаимосвязи, полученные аналитические выражения могут быть использованы на всех стадиях проектирования установок для восстановления субстратов Полученные результаты позволяют сформулировать практические рекомендации по применению восстановленных субстратов в гидропонном выращивании рассады.

На основе проведенных в рамках диссертационной работы исследований разработана технология гидропонного выращивания рассады с восстановлением субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда, которая внедрена в ГКУП ТК «Спутник», г. Барнаул, АКГУП «Индустриальный», Алтайский край; ГУП РМ «Тепличное», г. Саранск, ОАО Агрокомбинат «Горьковский», Нижегородская область; ОАО «Тепличный», ОАО «Родник», г. Челябинск. Разработанная методика оценки эффективности восстановления субстратов внедрена в НП НИИОЗГ (Научно-исследовательский институт овощеводства защищенного грунта, г Москва).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по восстановлению гидропонных субстратов путем применения электрофизической обработки используются в учебном процессе Челябинского государственного агроинженерного университета (дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий»).

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований одобрены на VI Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2006 г., бронзовая медаль), на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г. Москва, ВВЦ, 2005 г ), на 5-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, г. Москва, 2006 г ), на VII Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г. Екатеринбург, 2006 г.), на специализированных выставках-конференциях «Агро-2005», «Аг-ро-2006» (золотая медаль, дипломы, г Челябинск), на ежегодных на-

учно-технических конференциях в ЧГАУ (Челябинск, 2000 - 2007 гг) Получен грант Министерства экономического развития Челябинской области «Производство экологически безопасной продукции растениеводства с использованием восстановленных гидропонных субстратов» (2006 г.)

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе два патента РФ

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 142 наименований, 10 приложений Содержание работы изложено на 136 страницах, текст содержит 27 рисунков и 9 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы, цель и задачи исследования, кратко излагаются основные положения, выносимые на защиту, дается общая характеристика работы

Первая глава «Состояние вопроса и задачи исследований» посвящена анализу литературных публикаций. На основе проведенного анализа установлено, что гидропонные технологии, не использующие почвенные ресурсы, приобретают в настоящее время особую значимость в связи с обострением экологической ситуации В соответствии с особенностями конструктивных решений технологического оборудования и физико-химических свойств субстратов (заменителей почвы) гидропонная культура подразделяется на несколько основных видов. К числу наиболее перспективных из них в плане обеспечения высокой урожайности и экологической чистоты продукции относится малообъемная культура на минеральных субстратах Преимущества данной технологии во многом определяются свойствами субстратов Однако в процессе эксплуатации наблюдаются неизбежные процессы их старения, в связи с чем разработка технических средств для восстановления гидропонных субстратов является актуальной задачей

В работах Е.И Ермакова, И.В Медведевой, ИД Гурьянова, Ю М Борисова, Н Г Киселевой, О А Берестецкого, Ю М Возняков-ской, В Е Владимирова, Л Г Картвелишвили и других ученых рассмотрены различные методы очистки и восстановления субстратов Однако их применение ограничено по причине негативного влияния

химических реагентов на свойства субстратов; оно не способствует регенерации основного свойства клиноптилолита высокоспецифичной абсорбции и высвобождению ионов из системы, которое зависит от электрического заряда поверхности пор. Для восстановления минеральных субстратов перспективной представляется электрофизическая обработка, включающая в себя ультразвуковую очистку пор субстратов и их ионизацию в поле коронного разряда Однако возможности применения электрофизической обработки для восстановления субстратов не установлены из-за отсутствия достаточных исследований в данной области Это и определило предмет наших исследований Настоящая работа посвящена вопросам установления взаимосвязей между режимами электрофизической обработки субстрата и выходом биомассы рассады овощей, на основе которых достигается повышение эффективности гидропонного растениеводства за счет восстановление субстратов.

Анализ литературных публикаций позволил сформулировать рабочую гипотезу: восстановление гидропонных субстратов путем использования электрофизической обработки, включающей в себя обработку в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда представляется целесообразным, поскольку позволит очищать поры и ионизировать поверхностные атомы субстратов, восстанавливая их обменные и сорбционные свойства, что создаст необходимые условия для реализации растениями их потенциальных возможностей На основе проведенного анализа была поставлена цель работы, для достижения которой определены задачи исследования

Во второй главе «Разработка теоретического обоснования эффективного использования электрофизической обработки для восстановления минеральных субстратов» рассмотрены следующие вопросы. Анализ основных процессов старения субстратов показал, что для восстановления минеральных субстратов необходимо осуществить

- удаление корневых остатков, органо-минеральной пленки, минеральных частиц и продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, коррекцию размеров пор, для чего целесообразным является применение ультразвуковой обработки;

- восстановление заряда пор, то есть ионизацию поверхностных атомов алюмосиликатного каркаса минералов, для чего предпочти-

тельным является использование зарядки субстратов в поле отрицательного униполярного коронного разряда.

Для установления изменений технологического процесса в рабочей зоне электродной системы «иглы на стержнях - плоскость» при переходе к электрообработке восстанавливаемого субстрата изучались вольт-амперные характеристики (ВАХ) Аналитическое выражение вольт-амперной характеристики для линейного тока известно как формула Дейча.

1(=кО,и(и-и0), (1)

где I/- удельная сила тока, А/м; к - подвижность ионов, м2/(В с), в! — функция напряжения и геометрических параметров данной системы электродов, Кл/(В м3); и - напряжение, приложенное между ко-ронирующим и некоронирующим электродами, В; и0 - начальное напряжение короны, В

Однако без соответствующих преобразований применение данного уравнения для электрообрабатывающих машин с коронирую-щими электродами сложной конфигурации затруднено, что послужило основанием для рассмотрения вольт-амперных характеристик для плотности тока 15 Уравнение редуцированной характеристики при наличии слоя обрабатываемого субстрата на некоронирующем электроде имеют вид

]_ко(и-исл)(и-исл-и0)

и 8и '

Преобразовав выражение (2) и используя формулы для определения падения напряжения в слое субстрата, получим I. кХЗ

и 8

ё.(Х,Е2-Х,+1) ( Ш.(Х|£2-Х,+1) йсл+'1.(Х1Е2-Х1+1)[с1ся+(1.(Х1е2-Х1+1) 0

(3)

где ёсл, с!в - толщина слоя субстрата и воздуха соответственно, е2 -относительная диэлектрическая проницаемость субстрата, Х1 - концентрация субстрата в субстратно-воздушной смеси

Анализ выражения (3) позволяет заключить, что плотность тока уменьшается по мере возрастания толщины слоя и увеличивается при возрастании относительной диэлектрической проницаемости субстрата Экспериментальная проверка показала, что по полученному аналитическому выражению можно рассчитывать плотность тока с приемлемой для практики погрешностью (до 20%) и аналитически определять начальное напряжение коронного разряда по методу избранных точек

При обработке в поле коронного разряда частицы восстанавливаемого субстрата электризуются На основе анализа публикаций установлены выражения для определения заряда частиц субстрата при комбинированной зарядке

С>тахЭ=ИкС>тах1, (4)

1+(еч-1)аь ' ^

2тР+1-

1+4тр|

(6) (7)

2тр

т_Ео[ен^+еср(1Ч)]

YA-Ycp(14) '

где Qmaxb Qmax2> Qmax3 - предельный заряд при ионной, контактной и комбинированной зарядке соответственно, Кл; /fK - безразмерный коэффициент, Е - напряженность электрического поля в месте расположения частицы, В/м, /3 - интенсивность коронного разряда, 1/с, т - постоянная времени зарядки частицы на электроде, с; во - электрическая постоянная, Ф/м, еч, еср - относительная диэлектрическая проницаемость частицы и среды соответственно; уч, уср - удельная электрическая проводимость среды и частицы соответственно, См/м, da, db - коэффициент деполяризации вдоль большой а и малой b осей соответственно

Результаты расчетов предельного заряда, которые проводились с помощью программы MathCad, и закономерности изменения заряда частиц субстрата в межэлектродном пространстве представлены в главе 4

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» показано, что программой экспериментов предусматривались подтверждение сформулированной рабочей гипотезы, проверка полученного аналитического выражения, определение оптимальных режимов восстановления субстратов и обоснование конструктивных параметров устройства для его реализации.

Программа экспериментальных исследований включала в себя разработку лабораторных установок и методик экспериментальных исследований. Предусматривалось проведение однофакторных постановочных экспериментов и многофакторных экспериментов для определения оптимальных режимов воздействия по методике актив-

ного планирования Экспериментальные исследования проводились с минеральным субстратом клиноптилолитом Закарпатского месторождения Для определения активности корнеобитаемой среды исследовались электропроводность, активность ионов и ионный состав системы «субстрат - раствор»

Экспериментальные исследования осуществлялись при выращивании рассады огурцов (гибрид «Атлет») и томатов (гибрид «Ку-неро») Продолжительность выращивания рассады огурцов составляла 30 суток, томатов - 55 суток Биомасса рассады фиксировалась в день размещения на основной вегетационной поверхности Размер выборки составлял 100 саженцев; опыты проводились в четырехкратной повторности, использовались принципы рандомизации, что обеспечивало достаточную точность опыта Полученную биомассу определяли на весах типа ВЛКТ-500г-м с ценой деления 100 мг. Рассада выращивалась в вегетационных теплицах при контролируемых параметрах микроклимата воздушной и корнеобитаемой среды Приготовление питательного раствора осуществлялось в специализированном растворном узле Для борьбы с вредителями и болезнями использовались биологические методы. В качестве отклика рассады овощей на восстановление субстратов рассматривались ее биомасса, биологическая полноценность, экологическая чистота и срок хранения выращенных огурцов и томатов. Биологическая полноценность определялась по биохимическим показателям- содержанию белков, углеводов и т д, экологическая чистота биомассы оценивалась по содержанию нитратов, пестицидов, радионуклидов стронция-90 и цезия-147, тяжелых металлов цинка, свинца, кадмия, ртути

Эффективность восстановления минеральных субстратов при использовании электрофизической обработки оценивалась с помощью разработанной методики, предусматривающей определение следующих коэффициентов

1. Коэффициент восстановления субстрата

К„=К,СК.Л^1, (8)

где Квс - коэффициент восстановления системы «субстрат - раствор»; Квв - коэффициент восстановления вегетационный, Кк - коэффициент качества продукции

2 Коэффициент восстановления системы «субстрат - раствор» (оценивает увеличение активности корнеобитаемой среды и улучшение газового режима)

Кцс= кэкаикиск1К, (9)

где кэ, каи; кис, кж - коэффициент электропроводности, активности ионов, ионного состава, жесткости соответственно

3 Коэффициент восстановления вегетационный (оценивает восстановление баланса системы «растение - субстрат - раствор» и повышение урожайности)

к„=крку>1, (10)

где Кр, Ку - коэффициент выхода рассады, урожайности соответственно

4 Коэффициент качества продукции (оценивает экологическую чистоту, биологическую полноценность и сохранение качества продукции)

Кк=Кго1Кго2Кс>1, (11)

где КПЭ1 - производственно-экологический коэффициент первого рода, оценивающий экологическую чистоту продукции; КПЭ2 - производственно-экологический коэффициент второго рода, учитывающий биологическую полноценность продукции, Кс - коэффициент сохранения качества продукции

5. Коэффициент энергетической эффективности восстановления

Е и f

(12)

где ЕВСр - энергосодержание продукции, среднее за период хранения, кДж/м ; Ик - урожайность, кг/м2, Гср - коэффициент энергосодержания в единице продукции, средний за период хранения, кДж/кг, Ео -затраты энергии на возделывание и уборку сельскохозяйственной культуры, кДж/м2.

В четвертой главе «Результаты экспериментального определения режимов электрофизической обработки и параметров устройства для восстановления минеральных субстратов» изложено следующее Установлено, что различия между вольт-амперными характеристиками системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при наличии и при отсутствии монослоя восстанавливаемого субстрата в воздушно-сухом состоянии при стандартной температуре несущественны (рисунок 1) Следовательно, протекание технологического процесса существенным образом не изменяется, и для зарядки субстратов при восстановлении может быть использована данная система электродов без изменения ранее принятых конструкционных параметров расстояние между стержнями 25 мм, расстояние между

иглами 30 мм, длина игл 15 мм (шахматное расположение игл), межэлектродное расстояние 100 мм

/

9 ■

» 15 2« Н 10

и,КБ

Рис.1 Вольт-амперные характеристики системы электродов»иглы на стержнях - плоскость» для межэлектродных расстояний 80 мм (1);

100 мм (2), 120 мм (3)--без субстрата на некоронирующем электроде,

-х- - монослой субстрата на некоронирующем электроде

При обработке в поле отрицательного униполярного коронного разряда частицы восстанавливаемого субстрата приобретают отрицательный заряд (цк>0); при комбинированной зарядке электрический заряд незначительно уменьшается по сравнению с ионной зарядкой (рисунок 2) Заряд частиц субстрата не превышает значений, апробированных при непосредственном воздействии на посевной и посадочный материал, то есть угнетающее воздействие восстановленного субстрата на рассаду исключается

На основании экспериментов, проведенных по методике активного планирования, получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс вегетации рассады на восстановленном субстрате (при варьировании продолжительности ультразвуковой обработки и электрообработки в пределах 1 - 5 мин и 10 - 14 с соответственно)

^1=1,74-0,16х12-0,18х22, (13)

Уг=1,48 -0Д2Х,2- 0, 14Х22, (14)

где уь уг - биомасса рассады томатов и огурцов соответственно, кг, хь х2 - продолжительность обработки субстрата в ультразвуковом и электрическом полях

м • г ас

о

II

я ОЗх + 0« 3

> с

I г з 4 I с г ■ > м и в п и и к у.см

91

Ь Т

ос

М

в

■ 4

о

»,»

0.1

•

У - -ОСЗх +0 7Э

»- 0,С7х'+ 0^3*'-0.35х + 079. Я'-О»

.о - о.о^+олгж* огзж+озг-(г'-о.м

ж,еи

Рис 2 Изменение электрического заряда восстанавливаемого субстрата в межэлектродном пространстве: а) - х = 0 см, б) - х = 1,3 см; в) 1 - у = 0,5

см, 2 - у = 5,0 см

Уравнения регрессии позволили определить оптимальный режим электрофизической обработки - ультразвуковая обработка частота 20 кГц, время воздействия 3 мин, интенсивность воздействия 7'104 Вт/м2, акустическое давление 50 1 04Па, электрообработка напряжение, подаваемое на электроды, 30 кВ, напряженность поля коронного разряда 300 кВ/м, ток короны 125 мкА, плотность тока короны 1,9 мА/м2, время воздействия 12 с. При восстановлении кли-ноптилолита в данном режиме отмечено наибольшее превышение контрольного уровня (эксплуатировавшийся субстрат без восстановления) по полученной биомассе рассады - 20...25% и показателям активности системы «субстрат - раствор». Урожайность томатов и огурцов в опытном варианте (выращивание рассады на восстановленном субстрате) несущественно отличалась от урожайности на ве-гетационно не эксплуатировавшемся субстрате При этом в опытном варианте показатели экологической чистоты, биологической полноценности и срока хранения овощей соответствовали требованиям

В пятой главе «Разработка технологических элементов гидропонного выращивания рассады с использованием электрофизической обработки для восстановления субстрата» представлена разработанная технология, включающая операцию восстановления субстрата в производственный цикл гидропонного выращивания рассады овощей (рисунок 3) Для осуществления операции по восстановлению субстрата на основе теоретических и экспериментальных исследований разработана установка (рисунок 4), в которой реализована последовательная обработка частиц субстрата в ультразвуковом поле и поле коронного разряда На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработан тепличный комплекс, в котором используются восстановленные субстраты для выращивания экологически чистых овощей

Производственные испытания, проведенные в ангарной теплице площадью 1000 м2 в ОАО «Тепличный», показали более высокую технико-экономическую эффективность предлагаемого варианта выращивания рассады овощей по сравнению с базовым В опытном варианте выход биомассы рассады увеличивался на 20 - 25% За счет этого снижались энергозатраты на получение единицы продукции на 5,0 - 5,5 ГДж/т, повышалась энергетическая эффективность на 14 -15%

Восстановление субстрата

Восстанавливаемый субстрат

Рис.. 3 Технология гидро лфвеого в ыращивания рассады овощей с во с стан сел еви ем субстрата 1Ьультразвуковая обработка, 2 - подсушивание; 3 -злектро обработка, 4 - выращивание на вегетационной поверхности

У ■ 4 11 Ьг

р — — --

Рис. 4 Устройство для восстановления минеральных субстратов; 1 ■ камера предварительной промывки субстрата, 2 - емкость для приготовления суспензии", 3 - установка для ультразвуковой очлетхи, 4 - камера ДЛЯ промывая очищенного субстрата, 5 - аэрожепоб; 6 - установка для электр о обработки субстратов; 7-высоковольтныйисточник питания, 8 - ультразвуковой генератор

Оценка эффективности восстановления минеральных субстратов позволила установить, что в предлагаемом варианте наблюдаются увеличение активности корнеобитаемой среды и улучшение газового режима, восстановление баланса системы «растение - субстрат - раствор», повышение продуктивности растений при сохранении биологической полноценности, экологической чистоты и сроков хранения продукции Энергетическая эффективность в предлагаемом варианте на 12% выше, чем в варианте с вегетационно не эксплуатировавшимся субстратом, из-за значительных энергозатрат на транспортировку субстрата

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Преимущества гидропонных технологий, заключающиеся в высокой урожайности при обеспечении экологической чистоты и биологической полноценности продукции, во многом определяются свойствами минеральных субстратов (заменителей почвы), которые стареют в период вегетационной эксплуатации Восстановление минеральных субстратов с помощью электрофизической обработки, включающей в себя обработку в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда, создает необходимые условия для реализации растениями своих потенциальных возможностей, но технология и технические средства для его осуществления отсутствовали по причине недостаточных исследований в данной области.

2 Анализ полученных по методике активного планирования эксперимента уравнений регрессии, описывающих отклик рассады на восстановление субстрата, позволил определить оптимальный режим электрофизической обработки (ультразвуковая обработка1 частота 20 кГц, время воздействия 3 мин, интенсивность воздействия 7 104 Вт/м2, акустическое давление 50 1 04Па, электрообработка, напряжение, подаваемое на электроды, 30 кВ, напряженность поля коронного разряда 300 кВ/м, ток короны 125 мкА, плотность тока короны 1,9 мА/м2, время воздействия 12 с), способствующий активированию корнеобитаемой среды и увеличивающий выход биомассы на 20 - 25% по сравнению с контролем, при сохранении экологической чистоты и биологической полноценности урожая

3 Полученное аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь плотности тока коронного разряда и напряжения, изме-

няющихся в редуцированной характеристике при размещении на не-коронирующем электроде слоя субстрата, как показала экспериментальная проверка, позволяет рассчитывать процесс с приемлемой для практических целей погрешностью (до 20%) и может быть рекомендовано для проектных расчетов Установленные закономерности изменения заряда частиц субстрата в межэлектродном пространстве позволяют определять электрический заряд, получаемый частицами восстанавливаемого субстрата в рабочей зоне электродной системы «иглы на стержнях - плоскость».

4 Разработанная на основе теоретических и экспериментальных исследований установка позволяет осуществлять восстановление субстрата путем последовательной обработки в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда и обеспечивает производительность 0,5 - 1 т/ч

5 В результате производственных испытаний, проведенных в ОАО «Тепличный», установлено, что разработанная технология гидропонного выращивания рассады, включающая в себя операцию восстановления субстрата в производственный цикл, позволяет осуществлять его повторное вегетационное использование.

6. Разработанная методика позволяет оценивать эффективность восстановления субстратов Производственные испытания показали высокую технико-экономическую эффективность разработанной установки при гидропонном выращивании рассады овощей в опытном варианте увеличивается выход биомассы рассады на 20 - 25%, снижаются энергозатраты на получение единицы продукции на 5,0 - 5,5 ГДж/т и увеличивается энергетическая эффективность на 14 - 15% Годовой экономический эффект в расчете на стандартную ангарную теплицу с объемом выращивания продукции 40 т составляет 460 тыс руб. /-

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах

1 Авдеев М.В, Трушин П М Восстановление гидропонных субстратов // Материалы Х1ЛУ международной науч -практ конф «Достижения науки — агропромышленному производству» Ч 3 Челябинск. ЧГАУ, 2005, с 3 - 5.

2. Трушин П М. Энергосбережение в гидропонных теплицах // Материалы Х1ЛУ международной науч -практ конф. «Достижения

науки - агропромышленному производству». Ч.З. Челябинск: ЧГАУ,

2005, с. 28-29.

3. Патент РФ № 47257. Устройство для восстановления гидропонных субстратов // Авдеев М.В., Воловик ЕЛ., Трушин П.М. и др. БИ №24, 2005 г.

4. Авдеев М.В., Трушин П.М. Восстановление минеральных субстратов // Материалы юбилейной международной науч.-техн. конф. ЧГАУ. 4.3. Челябинск: ЧГАУ, 2006, с. 31 - 33.

5. Патент РФ № 2281648. Способ восстановления гидропонных субстратов // Авдеев М.В., Воловик Е.Л., Трушин П.М. и др. БИ №23,

2006.

6. Трушин П.М., Басарыгина Е.М., Леппик С.С. Энергосберегающий тепличный комплекс для выращивания экологически чистых овощей // Материалы 5 Международной науч.-техн. конф. «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006, с. 172 - 175.

7. Трушин П.М., Басарыгина Е.М., Леппик С.С. Энергосберегающие гидропонные технологии // Энергетика региона, 2006, № 4, с. 32-33.

8. Авдеев М.В., Трушин П.М. Тепличный комплекс для выращивания экологически чистых овощей / Вестник ЧГАУ, 2006, том 46, с. 7-9.

9. Басарыгина Е.М., Леппик С.С., Трушин П.М. Электрообработка субстрата для гидропонного растениеводства // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, № 6, с. 13 — 14.

10. Басарыгина Е.М., Лещенко Г.П., Трушин П.М. Методика оценки эффективности восстановления минеральных субстратов Н Механизация и электрификация с. х., 2006, № 7, с. 14 - 15.

11. Лещенко Г.П., Басарыгина Е.М., Трушин П.М. Электрофизическое восстановление субстратов для вегетационного использования // Механизация и электрификация с. х., 2006, № 9, с. 2 - 3.

12. Леппик С.С., Басарыгина Е.М., Трушин ПМ. Определение электрического заряда субстрата // Механизация и электрификация с.х., 2006, № 9, с. 28 - 29.

Подписано в печать <=?/ £С Формат А5. Объем 1,0 уч.-изд л. Тираж 100 экз. Заказ № 6 УОП ЧГАУ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Гидропонное растениеводство в современных производственно-экологических условиях

1.2. Оборудование гидропонного растениеводства

1.3. Гидропонные субстраты

1.4. Воздействие ультразвукового поля и поля коронного разряда на обрабатываемый материал

1.5. Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследований.

2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СУБСТРАТОВ

2.1. Основные процессы старения субстратов и теоретическое обоснование их восстановления при электрофизической обработке

2.2. Определение основных факторов, влияющих на ультразвуковую обработку минеральных субстратов

2.3. Электродная система для обработки минеральных субстратов в поле коронного разряда

2.4. Вольт-амперные и редуцированные характеристики коронного разряда

2.5. Зарядка частиц субстрата при восстановлении

2.6. Выводы по главе

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Программа экспериментов и экспериментальные установки.

3.1.1. Программа экспериментов

3.1.2. Экспериментальные установки.

3.2. Методика проведения эксперимента

3.2.1. Методика экспериментального определения вольт-амперных характеристик

3.2.2. Методика ультразвуковой обработки субстрата

3.2.3. Методика экспериментального определения влажности субстрата

3.2.4. Методика электрообработки субстрата

3.2.5. Методика исследования системы субстрат - раствор»

3.2.6. Методика исследования влияния режимов восстановления субстрата на отклик рассады овощей

3.2.7. Методика исследования экологической чистоты и биологической полноценности гидропонной биомассы

3.3. Методика оценки эффективности восстановления субстратов

3.4. Выводы по главе

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СУБСТРАТОВ 4.1. Вольт-амперные характеристики системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении на некоронирующем электроде слоя восстанавливаемого субстрата

4.2. Электрический заряд частиц восстанавливаемого субстрата в рабочей зоне электродной системы иглы на стержнях - плоскость»

4.3. Электропроводность, активность ионов и ионный состав системы «субстрат-раствор»

4.4. Определение оптимального режима электрофизической обработки минеральных субстратов при восстановлении

4.5. Выводы по главе

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОПОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ РАССАДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СУБСТРАТА

5.1. Технология гидропонного выращивания рассады с использованием электрофизической обработки для восстановления субстратов . 83 с использованием обработки

5.2. Устройство для восстановления минеральных субстратов

5.3. Программа и результаты технологических испытаний

5.4. Экономическая и энергетическая оценка

5.5. Тепличный комплекс для выращивания экологически чистых овощей

5.6. Выводы по главе

Актуальность темы. Гидропонное растениеводство, не использующее почвенные ресурсы, является одним из возможных путей получения экологически чистой продукции растениеводства в условиях неблагоприятной экологической ситуации. Гидропонные технологии имеют ряд преимуществ по сравнению с почвенной культурой: быстрое регулирование корнеобитаемой среды благодаря применению микропроцессорной техники; рациональное использование тепловой энергии для обогрева; исключение необходимости подготовки и завоза почвенных грунтов; существенная экономия воды и минеральных удобрений - до 40%; сокращение расхода пестицидов; улучшение качества продукции и фитосанитарных условий; повышение урожайности, производительности труда и организационно-технологического уровня производства; высокий экономический эффект. Преимущества гидропонных технологий во многом определяются качеством субстратов. Однако в процессе эксплуатации наблюдаются неизбежные процессы их старения, в связи с чем разработка технических средств для восстановления гидропонных субстратов является актуальной задачей. В настоящее время известны химические способы восстановления, но их применение ограничено по причине негативного влияния химических реагентов на свойства субстратов. Вместе с тем, возможности использования электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов не определялись.

Настоящая работа посвящена вопросам восстановления гидропонных субстратов путем обработки в ультразвуковом поле и поле коронного разряда.

Исследования проводились в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001 - 2005 гг. 01.02. «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 г.»; 02. «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции», а также планом НИР ЧГАУ на 2000 - 2006 гг.

Цель работы: восстановление гидропонных субстратов путем использования технических средств электротехнологии.

Задачи исследования:

1. Определить влияние режимов электрофизической обработки субстрата на отклик растений и получить математическую модель выхода биомассы.

2. Разработать установку для восстановления субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда.

3. Разработать технологию гидропонного выращивания рассады, включающую в себя восстановление субстратов.

Объект исследования: технология восстановления субстратов для гидропонного выращивания рассады.

Предмет исследования: закономерности электротехнологического процесса и изменения выхода биомассы рассады при различных режимах восстановления субстратов.

Научная новизна положений, выносимых на защиту:

- впервые предложено применение электрофизической обработки для восстановления гидропонных субстратов (на примере клиноптилолита) для последующего вегетационного использования. Восстановление субстратов предложено осуществлять путем последовательного прохождения ультразвукового поля и поля коронного разряда;

- получено аналитическое выражение, устанавливающее с достаточной для практики точностью взаимосвязь между плотностью тока коронного разряда и напряжением в редуцированной характеристике, учитывающую параметры обрабатываемого субстрата. Определены вольт-амперные характеристики системы электродов «иглы на стержнях - плоскость» при размещении восстанавливаемого субстрата на некоронирующем электроде;

- установлены закономерности, раскрывающие взаимосвязь между электрическим зарядом частиц восстанавливаемого субстрата и их расположением в рабочей зоне электродной системы; определен электрический заряд частиц восстанавливаемого субстрата;

- разработана методика оценки эффективности восстановления субстратов;

- получена математическая модель выхода биомассы рассады при восстановлении гидропонных субстратов.

Новизна технических решений защищена двумя патентами Российской Федерации.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в том, что на их основе была разработана и опробована установка для восстановления минеральных субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда. Разработанные математические модели, установленные взаимосвязи, полученные аналитические выражения могут быть использованы на всех стадиях проектирования установок для восстановления субстратов. Полученные результаты позволяют сформулировать практические рекомендации по применению восстановленных субстратов в гидропонном выращивании рассады.

На основе проведенных в рамках диссертационной работы исследований разработана технология гидропонного выращивания рассады с восстановлением субстратов в ультразвуковом поле и поле коронного разряда, которая внедрена в ГКУП ТК «Спутник», г. Барнаул; АКГУП «Индустриальный», Алтайский край; ГУП РМ «Тепличное», г. Саранск; ОАО Агрокомбинат «Горьковский», Нижегородская область; ОАО «Тепличный», ОАО «Родник», г. Челябинск. Разработанная методика оценки эффективности восстановления субстратов внедрена в НП НИИОЗГ (Научно-исследовательский институт овощеводства защищенного грунта, г. Москва).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по восстановлению гидропонных субстратов путем применения электрофизической обработки используются в учебном процессе Челябинского государственного агроинженерного университета (дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий»).

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований одобрены на VI Международном Салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2006 г., бронзовая медаль); на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г. Москва, ВВЦ, 2005 г.); на 5-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, г. Москва, 2006 г.); на VII Всероссийском совещании-выставке по энергосбережению (г. Екатеринбург, 2006 г.); на специализированных выставках-конференциях «Агро-2005», «Агро-2006» (золотая медаль, дипломы, г. Челябинск); на ежегодных научно-технических конференциях в ЧГАУ (Челябинск, 2000 - 2007 гг.). Получен грант Министерства экономического развития Челябинской области «Производство экологически безопасной продукции растениеводства с использованием восстановленных гидропонных субстратов» (2006 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе два патента РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, библиографии из 142 наименований, 10 приложений. Содержание работы изложено на 136 страницах, текст содержит 27 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Преимущества гидропонных технологий, заключающиеся в высокой урожайности при обеспечении экологической чистоты и биологической полноценности продукции, во многом определяются свойствами минеральных субстратов (заменителей почвы), которые стареют в период вегетационной эксплуатации. Восстановление минеральных субстратов с помощью электрофизической обработки, включающей в себя обработку в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда, создает необходимые условия для реализации растениями своих потенциальных возможностей, но технология и технические средства для его осуществления отсутствовали по причине недостаточных исследований в данной области.

2. Анализ полученных по методике активного планирования эксперимента уравнений регрессии, описывающих отклик рассады на восстановление субстрата, позволил определить оптимальный режим электрофизической обработки (ультразвуковая обработка: частота 20 кГц, время воздействия 3 мин, интенсивность воздействия 7'104 Вт/м2, акустическое давление 50'104Па; электрообработка: напряжение, подаваемое на электроды, 30 кВ, напряженность поля коронного разряда 300 кВ/м, ток короны 125 мкА, плотность тока короны 1,9 мА/м , время воздействия 12 с), способствующий активированию корнеобитаемой среды и увеличивающий выход биомассы на 20 - 25% по сравнению с контролем, при сохранении экологической чистоты и биологической полноценности урожая.

3. Полученное аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь плотности тока коронного разряда и напряжения, изменяющихся в редуцированной характеристике при размещении на некоронирующем электроде слоя субстрата, как показала экспериментальная проверка, позволяет рассчитывать процесс с приемлемой для практических целей погрешностью (до 20%) и может быть рекомендовано для проектных расчетов. Установленные закономерности изменения заряда частиц субстрата в межэлектродном пространстве позволяют определять электрический заряд, получаемый частицами восстанавливаемого субстрата в рабочей зоне электродной системы «иглы на стержнях - плоскость».

4. Разработанная на основе теоретических и экспериментальных исследований установка позволяет осуществлять восстановление субстрата путем последовательной обработки в ультразвуковом поле и поле отрицательного униполярного коронного разряда и обеспечивает производительность 0,5 - 1 т/ч.

5. В результате производственных испытаний, проведенных в ОАО «Тепличный», установлено, что разработанная технология гидропонного выращивания рассады, включающая в себя операцию восстановления субстрата в производственный цикл, позволяет осуществлять его повторное вегетационное использование.

6. Разработанная методика позволяет оценивать эффективность восстановления субстратов. Производственные испытания показали высокую технико-экономическую эффективность разработанной установки при гидропонном выращивании рассады овощей: в опытном варианте увеличивается выход биомассы рассады на 20 - 25%, снижаются энергозатраты на получение единицы продукции на 5,0 - 5,5 ГДж/т и увеличивается энергетическая эффективность на 14 - 15%. Годовой экономический эффект в расчете на стандартную ангарную теплицу с объемом выращивания продукции 40 т составляет 460 тыс. руб.

НАПРАВЛЕНИЕ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В области теоретических исследований необходимо:

1. Дальнейшее изучение характеристик коронного разряда при размещении на некоронирующем электроде восстанавливаемого материала.

2. Дальнейшее изучение влияния электрофизической обработки субстратов на активность корнеобитаемой среды и минерального питания.

В области экспериментальных исследований необходимо:

1. Проведение опытов по определению заряда частиц субстрата.

2. Проведение опытов по изучению влияния длительности и условий хранения субстрата после восстановления на последующее вегетационное использование

1. Авдеев М.В., Трушин П.М. Тепличный комплекс для выращивания экологически чистых овощей / Вестник ЧГАУ, 2006, том 46, с. 7 - 9.

2. Авдеев М.В., Трушин П.М. Восстановление гидропонных субстратов // Материалы XLIV международной научно-практической конференции «Достижения науки агропромышленному производству». Ч.З. Челябинск: ЧГАУ, 2005, с. 3-5.

3. Авдеев М.В., Трушин П.М. Восстановление минеральных субстратов // Материалы XLV международной научно-практической конференции «Достижения науки агропромышленному производству». Ч.З. Челябинск: ЧГАУ, 2006, с. 31-33.

4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 219 с.

5. Аклеев В.А, Киселев М.Ф. и др. Медико-биологические и экологические последствия радиоактивного загрязнения реки Теча / М.: Экология, 2000. 576 с.

6. Алексахин P.M. и др. Сельскохозяйственная радиоэкология. М.: Экология, 1992.-400с.

7. Алиев Э.А. и др. Технология возделывания овощных культур и грибов в защищенном грунте. М: Агропромиздат, 1987. 351 с.

8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1972.-492 с.

9. Бабков А.В., Попков В.А., Пузаков С.А. и др. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М.: Высшая школа, 2002. 237 с.

10. Барский Л.А., Данильченко Л.М. Обогатимость минеральных комплексов. Л.: Недра, 1977. 240 с.

11. Басарыгина Е.М., Трушин П.М., Леппик С.С. Электрический заряд субстратов // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, №6, с. 13-14.

12. Басарыгина Е.М., Трушин П.М., Леппик С.С. Энергосберегающая технология гидропонного выращивания выгоночных культур // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, №9, с. 28 29.

13. Басарыгина Е.М., Трушин П.М., Лещенко Г.П. Методика оценки эффективности восстановления минеральных субстратов // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, №7, с. 14 -15.

14. Басарыгина Е.М., Трушин П.М., Лещенко Г.П. Электрофизическая обработка субстратов при восстановлении для вегетационного использования // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2006, №9, с. 2 3.

15. Басов A.M., Изаков Ф.Я., Шмигель В.Н. и др. Зерноочистительные машины / Под ред. A.M. Басова. М.: Машиностроение, 1968. - 201 с.

16. Басов A.M., Быков В.Г. Лаптев А.В., Файн В.Б. Электротехнология. М.: Агропромиздат, 1985. 256 с.

17. Басов A.M., Возмилов А.Г. Экспериментальное определение конструктивных параметров зарядной зоны электрофильтра // Электротехнология процессов сельскохозяйственного производства. Челябинск, Тр. ЧИМЭСХ -1976. Вып. 109. - С. 76-81.

18. Басов A.M., Каменир Э.А., Файн В.Б. Вопросы дозирования при стимуляции семян физическими воздействиями // Вестник сельскохозяйственной науки. 1981. т. 106. - С. 104-111.

19. Батыгин Н.Ф. Биологические основы предпосевной обработки семян и зоны ее эффективности // Сельскохозяйственная биология 1980. - т. ХУ. - С. 504 - 509.

20. Бледных В.В., Цитцер О.Ю., Сперанская О.А. и др. Глобальные агроэкологические проблемы: безопасность продукции сельского хозяйства. М.: Эко-Согласие, 2003. -120 с.

21. Блянкман Л.М. Очистка фильтрующих материалов. М.: Энергоиздат, 1981.-110с.

22. Бородин И.Ф. Физическое моделирование зерновой массы // Электротехнология процессов сельскохозяйственного производства. Челябинск, Тр. ЧИМЭСХ 1974. - Вып. 75. - С. 73-75.

23. Большой практикум по физиологии растений. / Под ред. Б.А. Рубина. М.: Высшая школа, 1978. - 408 с.

24. Брызгалов В.А. и др. Овощеводство защищенного грунта. М.: Колос, 1995.-351 с.

25. Бунин М.С. Овощеводство Японии. М.: 1991. 114 с.

26. Быков В.Г. Исследование влияния влажности зерна на процесс сепарации в электромагнитном поле: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Челябинск, 1978.-27 с.

27. Варфоломеев С.Д., Гуревич К.Г. Биокинетика: Практический курс. М.: ФАИР-ПРЕСС, 1999. 720 с.

28. Верещагин И.П., Левитов В.И., Мирзабекян Г.З. и др. Основы электродинамики дисперсных систем. М.: Энергия, 1974. 480 с.

29. Возмилов А.Г. Электроочистка и электрообеззараживание воздуха в промышленном животноводстве и птицеводстве: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. Челябинск, 1993. 39 с.

30. Войтович Н.В., Козьмин Г.В., Ипатова А.Г. Перспективы использования физических факторов в растениеводстве. М.: ЦИНАО, 1995. -128 с.

31. Воловик E.JL, Бледных В.В., Авдеев М.В. и др. Электротехнологии и электрооборудование в гидропонном растениеводстве. Москва Челябинск, 2004.-474 с.

32. Воловик E.JL, Бледных В.В., Авдеев М.В. и др. Агропромпрогресс: гидропонные технологии. Москва Челябинск, 2003. - 286 с.

33. Волькенштейн В.А. Биофизика. М.: Наука, 1988. 592 с.

34. Говорков В.А., Купалян С.Д. Теория электромагнитного поля в упражнениях и задачах. М.: Высшая школа, 1970. 304 с.

35. Губкин В .И. Электреты. М.: Наука, 1978. 124 с.1.l

36. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Талалай A.M. Планирование промышленных экспериментов (модели динамики). М.: Металлургия, 1978. -112 с.

37. Грановский В.А. Электрический ток в газах. М.: Наука, 1971. 543 с.

38. Дэвис Д., Джованелли Дж., Рис Т. Биохимия растений / Под ред. B.JI. Кретовина. М.: Мир, 1968. - 201 с.

39. Ермаков Е.И., Медведева И.В., Гурьянов И.Д. и др. Способ химической регенерации и стерилизации почвозаменителей // АС СССР № 738561,1980.

40. Ермаков Е.И., Берестецкий О.А., Возняковская Ю.М. и др. Способ регенерации почвозаменителей // АС СССР № 1011082,1983.

41. Живописцев З.И. Электротехнология в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИСХ, 1978. 296 с.

42. Земман И. Кристаллохимия / Пер. с нем. Е.В. Строганова. М.: Мир, 1979.- 152 с.

43. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1987. 386 с.

44. Зыбалов B.C. Сестайнинг агроэкосистемы как «сверхзадача» агроэкологического подхода к управлению плодородием почв: Материалы XLII научно-технической конф. Челябинск, ЧГАУ, 2003. - С. 278-281.

45. Ившин И.В. Совершенствование обработки семян защитно-стимулирующими препаратами при перекрестном взаимодействии потоков: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Челябинск, 1978. -27 с.

46. Изаков Ф.Я. Теория и вопросы оптимизации процесса обработки семян в электрическом поле коронного разряда: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. М., 1971.-25 с.

47. Изаков Ф.Я., Мурманцев М.И и др. К теории зарядки частицы на осадительном электроде в поле коронного разряд // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1984. № 6. С. 159 - 163.

48. Изаков Ф.Я., Рыбин И.А. Биоэлектрические явления у животных и растений. Свердловск, УГУ, 1973. 234 с.

49. Изаков Ф.Я., Желтоухов А.И. Об использовании униполярной зарядки семян в поле биполярной короны // Электротехнология процессов сельскохозяйственного производства. Челябинск, Тр. ЧИМЭСХ 1975. - Вып. 95.-С. 50-54.

50. Ингрэм Д. Электронный парамагнитный резонанс с биологии. М.: Мир, 1992.-296 с.

51. Ионообменные материалы и их применение // Сб. статей под ред. Азерабаева И.Н. Алма-Ата, 1968.

52. Иониты и ионный обмен / Под ред. Киселева А.В. М.: Наука, 1967.186с.

53. Ионообменные смолы в медицине и биологии / Пер. с анг. Под ред. С.Я. Капланского. М.: Мир, 1986. 376 с.

54. Калинин В.А., Опритова В.А. Влияние распространяющихся биоэлектрических потенциалов на передвижение веществ у растений // Электронная обработка материалов. 1981. № 1. - С. 101-106.

55. Калинеченко Н.А., Толиков А.И. Эффективность гидропона // Земля Сибирская, Дальневосточная. 1980. № 10. - С. 23-25.

56. Кундий А.О. Исследование зарядки и разрядки семян в электрокоронных зерноочистительных машинах: Дисс. . канд. техн. наук. Челябинск, 1973.-27 с.

57. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. M.:-JI.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1947. 808 с.

58. Каушанский Д.А., Кузин A.M. Радиационно-биологическая технология. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.

59. Климов А.А. и др. О некоторых параметрах и свойствах растительной ткани как объекта электроискрового воздействия // Электронная обработка материалов. 1977, № 1., с. 5 12.

60. Концепция государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 г // Инженерная экология. 1999, № 8. - С. 1-7.

61. Комплексная оценка эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса // Методические рекомендации и комментарий по их применению. М.: 1989. 37 с.

62. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области. Челябинск, 1995 2005 гг.

63. Корн Т., Корн Г. Справочник по математике. М.: Наука, 1968. 722 с.

64. Круг Г. Овощеводство / Пер. с нем. В.И. Леунова. М.: Колос, 2000.576с.

65. Круг Т.А. Основы электротехники в 2-х томах. М.:-Л.: Гос. энерг. изд-во, 1946.-472 с.

66. Кругляков Ю.А. Оборудование для непрерывного выращивания зеленого корма гидропонным способом. М.: Агропромиздат, 1991. 79 с.

67. Либберт Э. Физиология растений / Пер. с нем. под ред. Кефели В.Н. М.: Мир, 1976. 580 с.

68. Ломакина Л.Г., Пахоменко Т.Н., Кардаш Л.И. и др. Природные цеолиты в защищенном грунте. М.: Колос, 1989. 40 с.

69. Маркова Е.В., Лисинков А.Н. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей. М.: Наука, 1973. 580 с.

70. Мельник Б.Е. Активное вентилирование: Справочник. М.: Агропромиздат, 1986. - 159 с.

71. Мережко А.А. Физиология луковичных культур. М.: Колос, 1986.274 с.

72. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытноконструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: 1989. 27 с.

73. Меттус А.А. и др. Электрические свойства экибастузских углей. Сб. Электрические методы обработки редкометального сырья. М.: РотапринтИМГРЭ, 1972. 124 с.

74. Мешков А.А. Вольт-амперные характеристики коронного разряда. Электротехнология процессов сельскохозяйственного производства // Челябинск, Тр. ЧИМЭСХ 1979. - Вып. 109. - С. 105-110.

75. Мешков А.А. Исследование электрозернообрабатывающих машин с игольчатыми электродами: Дисс. канд. техн. наук. Челябинск, 1975. 185 с.

76. Мик Дж., Грегс Дж. Электрический пробой в газах / Пер. с англ. под ред. B.C. Комелькова. М.: Изд. ин. лит-ры, 1960. 605 с.

77. Миронова А.Г. Влияние предпосевной электрообработки клубней на продуктивность растений картофеля в зоне Южного Урала: Автореф. дис. . канд. с.-х. наук. М., 1981. 22 с.

78. Моделирование в биологии / Пер. с англ. под ред. H.JI. Бернштейна. М.: Изд. ин. лит-ры, 1963. 208 с.

79. Моисеев Н.Н. Экология человечества глазами математика. М.: Молодая гвардия, 1988. 214 с.

80. Многофакторный планируемый эксперимент в эколого-физиологических исследованиях. Методические указания. Петрозаводск, 1986. -56 с.

81. Музалевская И.И. О биологической активности возмущенного геомагнитного поля. М.: Наука, 1971. 134 с.

82. Ничипорович А.А. Проблема стимуляции растений (теория и практика) // Известия АН СССР. Серия биологическая. 1971. №2. - С. 180 -189.

83. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. 340 с.

84. Nelson S.O., Stetson L.E. frequency and moisture depende of the dielectric properties of hard red winter wheat // Agr. Eng. Res. 1976. - Vol. 21. - P. 181-183.

85. Nelson S.O. The treatment with help of rays in agriculture // Agr. Eng. Res. -1977.-Vol. 5.-P. 20-25.

86. Никифоров Н.И., Кушниренко И.Ю., Пуаллаккайнан JI.JI. Источники комплексной устойчивости ячмени к грибным болезням на Южном Урале: Тез. докл. IX Всесоюзного совещания по иммунитету растений к болезням и вредителям. Минск, 1991, т.1, - С. 62-63.

87. Олофинский Н.Ф. Электрические методы обогащения. М.: Недра, 1970.-550 с.

88. Олофинский Н.Ф., Новикова В.А. Трибоадгезионная сепарация. М.: Недра, 1974. 168 с.

89. Омнигенная экология / Отв. редактор Гринин А.С. Т. 1. Брянск.: Изд-во Брянской ГСХА, 1995. 475 с.

90. Омнигенная экология / Отв. редактор Гринин А.С. Т. 2. Методические аспекты экологии. Брянск.: Изд-во Брянской ГСХА, 1996. 482 с.

91. Панус Ю.В. и др. Методические указания к изучению тем: «Влияние научно-технического прогресса на экономическую эффективность производства»». Челябинск, ЧГАУ, 1989. 12 с.

92. Патент РФ № 2281648. Способ восстановления гидропонных субстратов // Авдеев М.В., Воловик E.JL, Трушин П.М. и др. БИ №23,2006.

93. Патент РФ № 47257. Устройство для восстановления гидропонных субстратов // Авдеев М.В., Воловик E.JL, Трушин П.М. и др. БИ №24,2005 г.

94. Патент РФ № 50752. Устройство для электрообработки гидропонных субстратов // Авдеев М.В., Попов В.М., Басарыгина Е.М. и др. БИ №03, 2006 г.

95. Патент РФ № 38436. Устройство для электрообработки сыпучих материалов / Авдеев М.В., Попов В.М., Басарыгина Е. М. и др. БИ №16, 2004 г.

96. Патент Японии №6055075. Способ регенерации питательной основы для выращивания растений. 2000.

97. Плаксин A.M. Энергетическая оценка машинно-тракторных агрегатов и технологий в растениеводстве. Челябинск. ЧГАУ, 1999. 33 с.

98. Прищеп Л.Г., Зильберман Р.Ф. Электромагнитное излучение в процессе прорастания семян // Известия АН СССР. Серия биологическая. -1984.№2.-С.57- 58.

99. Прищеп Л.Г. Пилюгина В.В., Шогенов Ю.Х. и др. Биоэлектромагнитология и управление жизнедеятельностью растений // Энергетика, электрификация и автоматизация технологических процессов защищенного грунта. М.: ВИЭСХ, 1992. - С. 5-10.

100. Реймерс А.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: Наука, 1994. 367 с.

101. Реймерс Ф.Е. Растение во младенчестве. Новосибирск, 1963. 172 с.

102. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическое моделирование в биофизике. М.: Наука, 1975. 318 с.

103. Рубин Б.В. Курс физиологии растений. М.: высшая школа, 1977.448с.

104. Рубцова М.С. Электрическая полярность семян и ростовые процессы кукурузы // Электронная обработка материалов. 1981. № 5. - С. 98-103.

105. Рэкер Э. Биоэнергетические механизмы. Новые взгляды. М.: Мир, 1979, с. 216.

106. Свойства ультразвука // Справ, изд. под ред. Аренкова А.Б. Л.: Машиностроение; 1978.-370 с.

107. Свентицкий И.Н. Экологическая биоэнергетика растений и сельскохозяйственное производство. Пущино, ОНТИ НЦБИ АН СССР. 1982. -222 с.

108. Сент-Дьердьи А. Биоэлектроника. М.: Наука, 1964. 326 с.

109. Сетров Ю.П. Информационные процессы в биологических системах. Л.: Наука, 1975.- 145 с.

110. Секанов Ю.П. Влагометрия сельскохозяйственных материалов. М.: Агропромиздат, 1985. 160 с.

111. Синекова Л.А., Стеканова Т.А., Цупак В.Ф. Практикум по основам агрономии с ботаникой. М.: Колос, 1984. 336 с.

112. Скулачев В.Л. Трансформация энергии в биомембранах. М.: Наука, 1972.-126 с.

113. Смирнцкий Е.Г. Экономические показатели эффективности. М.: Экономика, 1980. 143 с.

114. Справочник по теплоснабжению сельскохозяйственных предприятий. / Под ред. В.З. Уварова. М.: Колос, 1983. 320 с.

115. Таскаева А. Г. Внедрение интенсивных технологий в возделывание зерновых культур. Челябинск, 1993. -51 с.

116. Технология по обеспечению производства плодоовощной продукции, отвечающей нормативным требованиям и показателям пищевой безопасности. М.: ЦИНАО, 1998. 170 с.

117. Трушин П.М. Энергосбережение в гидропонных теплицах // Материалы XLIY международной научно-практической конференции «Достижения науки агропромышленному производству». Ч.З. Челябинск: ЧГАУ, 2005, с. 28-29.

118. Трушин П.М., Басарыгина Е.М., Леппик С.С. Энергосберегающие гидропонные технологии // Энергетика региона, 2006, №4, с. 32 33.

119. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое действие. / Под ред. И.Е. Эльпинера. М.: Физматгиз, 1973. 420 с.

120. Уразаев Н.А. Сельскохозяйственная экология. М.: Колос, 2000.304с.

121. Фихтенгольц Г.М. Основы математического анализа. М.: Наука, 1968.-318 с.

122. Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов. М.: Мир, 1977.-470 с.

123. Хасанова З.М., Наумов Л.Г. Предпосевная обработка семян. Уфа, Башкирское кн. изд-во, 1981. 112 с.

124. Цеолиты. Их синтез, свойства и применение / Под ред. Дубинина М.А., Плаченова Т.Г. М.:-Л.: Наука, 1965. 386 с.

125. Цеонат. Отчет государственной инновационной программы «Использование природных цеолитов для дезактивации территорий, производства экологически чистых продуктов и радиопротекторов» / Материалы экспертизы Минэкологии России, 29.04.1993.

126. Цейгер З.М. и др. Энергосбережение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1990. 670 с.

127. Чижевскй А.Л. Аэронификация в народном хозяйстве. М.: Мир, 1979,- 152с.

128. Юкиш А.Е. Справочник по оборудованию элеваторов и складов. М.: Колос, 1984.-456 с.

129. Юрина А.В. и др. Тепличное овощеводство Урала. Свердловск, Средне-Уральское кн. изд-во, 1979. 192 с.

130. Kopes P. Wykozzustaie energuu polaelektrycznego do presedsie w nei obrobki nasion. V., 1983. - 284 S.

131. Mori S., Osumi K., Yoshizawa K. Effects on environmental factors on daily growth of edible plants of some vegetables grown in plastic house // Environm. Control in Biol. 1984. Vol. 22. N. 2/3. P. 39 46.

132. Jiri Mashanicek. Pouzite Inost Metody pro Stanoveni Zivotnosti Semen Smkru. V., 1986.-703 S.

133. Massantini F., Magnam G. Hydroponing Growing. N.Y., 1996. - 351 P.

134. Caraurtets J. Le Hydroponique. Paris, 1978. - 234 P.

135. Lee S.P. Ellectronins summer gives year round plants // Farmers Weekly. -Vol. 97.-P. 182-187.

136. Larson L. A grass by gydroponies // Farmers Weekly. Vol. 87. - P. 2836.

137. Lonny J. Hydroponice plant. London, 1997. - 204 P.

138. Ogiso M., Takei A. Proper range of soil base to fruit vegetables in structure house // Res. Bull Aichi-ken Arg. Rec. Centrr. Nakayute, Aichi, 1986. N. 18. P. 151-157.

139. Установка для ультразвуковой обработки субстратов1. Кондуктометр АНИОН 70-201. Иономер ЭВ 741. Фотоколориметр ФЭК1. Пламенный фотометр1. Дистиллятор1. Ротатор Р1201. Весы аналитические1. Мельница почвенная ИПП 1

140. Компьютеризированные системы управления микроклиматом воздушной и корнеобитаемой среды1. Растворный узел

141. МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ

142. В качестве математической модели функции отклика примем полином второй степени:

143. Y = bB+£biXI+libuXy + ibiiX?i=l i=l j 1 0>1)где ba, bjt by, bH коэффициенты полинома, Xi, Xj -значения факторов, приведенных в кодированном виде.

144. Статистический анализ, проведенный после реализации матрицы планирования включает решение таких задач: как определение коэффициентов регрессии, дисперсионный анализ результатов эксперимента, проверка статистических гипотез 82; 173; 251.

145. Матрица планирования имеет следующий вид, табл. 1. Для определения коэффициентов регрессии полинома второго порядка использовали следующую вычислительную процедуру.

146. Находили суммы значений Y тех опытов, факторы в которых были на нулевом уровне:1. So = ZY,,9

147. Тогда значение коэффициента регрессии вычисляли по формулеb0=l/4S0.

148. Другие коэффициенты определяли аналогично с использованием формул:ь,=1/б2вдi=lb2=l/б£х2^i=l1. Находили суммы12s. =XYi 1s^Zxj^ i1. S3=lXiY,.i

149. Коэффициенты вычисляли по формулам:bfI=(3S2-S,-S3)/8 b22 = (3S3 S, - S, )/8. Коэффициенты, которые отражали взаимодействие факторов в первомуравнении регрессии определяли по формуле:1. Ь12=1/41(ХпХ2^).i=l

150. После округления коэффициентов регрессии проводили дисперсионный анализ полученных результатов, который сводился к следующей вычислительной процедуре.

151. Определялась сумма квадратов, которая связана с дисперсией случайной величины YssJ=ZYi2^YiJ//N.

152. Число степеней свободы f=N-l,

153. Дисперсия результатов опытов DSSy.=[SSy]/fy.

154. Сумма квадратов, которая связана с линейными эффектамиssJ^ikfrY)2)1

155. Число степеней свободы f=k.

156. Дисперсия, связанная с линейными эффектами D^S, . = SS, ]ДЛ. Сумма квадратов, связанная с эффектами второго порядка

157. SSKB. = l/4i;fexiJY)2+b0Zy+(Zbii(SX12Y))-(ZYi)VN, где i, j индекс факторов.