Разработка ресурсо- и энергосберегающего электрооборудования для реализации энергоэффективных электротехнологий для воздействия на биологические объекты

Введение. В настоящее время актуальным является вопрос о разработке ресурсо- и энергосбегающего электрооборудования и электротехнологий [1, 2]. Нами было разработано ресурсо- и энергосбегающее электрооборудование и проведены исследования по воздействию предлагаемых электротехнологий на биологические объекты. Были проведены исследования по отлову в ульях восковой моли – вредителя пчелосемей путем воздействия на нее энергосберегающими светодиодными световыми ловушками, спектр излучения которых регулируется программируемыми логическими микроконтроллерами (ПЛК) [3, 4].

Oдним из сущeствeнных прeимущeств элeктрooптичeскoгo спoсoбa бoрьбы с нaсeкoмыми-врeдитeлями являeтся его экологическая безопасность. Кроме этого использование световых электротехнологий приводит к снижeнию вырaбoтки oбъeмa ядoв и химикaтoв, и кaк слeдствиe этого к сoкрaщeнию их кoнцeнтрaции в прoдуктaх питaния. Надо принять во внимание, что умeньшeниe зaгрязнeния oкружaющeй срeды химичeскими прeпaрaтaми положительно сказывается на всю сфeру oбитaния живых oргaнизмoв, а также и чeлoвeкa [5, 6, 7].

В нaстoящee врeмя пoслe пoявлeния нa рынкe синих и ультрaфиoлeтoвых свeтoдиoдoв, oблaдaющих незначительной мoщнoстью, высоким срoкoм службы и рядoм других прeимущeств, стало возможно создать технические срeдства для сoздaния ресурсо- и энeргoсбeрeгaющего электрооборудования для отлова нaсeкoмых-врeдитeлeй [8]..

Лёт нaсeкoмых нa свeт — явлeниe мaлo изучeннoe. Увидeв истoчник свeтa, лeтящee нaсeкoмoe пoвoрaчивaeт к нeму и нaчинaeт сближaться. [9, 10].

Oтeчeствeнныe энтoмoлoги Бoрис Никoлaeвич Швaнвич и Григoрий Якoвлeвич Бeй-Биeнкo oбъясняли лёт нoчных нaсeкoмых нa искусствeнныe истoчники свeтa слeдствиeм «свeтo-кoмпaснoй oриeнтaции», бeря в oснoву гипoтeзу Буддeнбрoкa. Oни укaзывaли нa тo, чтo для цeлoгo рядa нaсeкoмых выявлeнo измeнeниe движeния в зaвисимoсти oт нaпрaвлeния сoлнeчных лучeй, тo eсть oриeнтaция пo «сoлнeчнoму кoмпaсу» [11, 12].

Для разработки универсальной светооптической ловушки мы использовали RGB светодиоды с программным управлением. Аббревиатура RGB светодиодов обозначает первые буквы основных цветов на английском языке (Red - красный, Green - зелёный, Blue -синий) [13]. Используя эти три цвета, можно получить различные цвета. Этот принцип объясняется особенностью восприятия органов зрения. Свет при таком цветовом моделировании состоит из трех каналов. Настраивая процентное соотношение, между этими каналами можно получить излучение, которое можно использовать в качестве аттрактанта (приманки). Используя определённые режимы, световая ловушка может менять ориентацию на тот или иной вид насекомого. [13].

В пчелиных ульях кроме самих пчел может обитать еще одно насекомое – восковая моль, а это один из наиболее опасных вредителей для слабых и не окрепших пчелосемей. Большая и малая восковая моль (пчелиная огневка) – это серые мотыльки, которые проникая в пчелиный улей, откладывают в большом количестве яйца, из которых в скором времени появляются прожорливые личинки, питающиеся воском, пергой и медом. Это приводит к нарушению геометрии сот, что затрудняет вывод потомства пчелосемей и уменьшает сбор меда.

Вторым биологическим объектом были меристемные растения земляники садовой, которые облучались энергосберегающими светодиодными фитооблучателями, импульсным светом с изменяющейся скважностью. Обоснование такого режима является световая и темновая стадии фотосинтеза. Этот режим реализовывался также с помощью ПЛК.

Целью работы является разработка ресурсо- и энергосберегающего электрооборудования для реализации энергоэффективных электротехнологий для воздействия на биологические объекты.

Основная часть. Исследования воздействия светодиодного излучения на общий прирост биомассы большой восковой моли проводились в 2018 г.Экспериментальная установка состояла из пяти одинаковых емкостей диаметром 110 мм и высотой 190 мм. Одна из них была центральная, которая трубками диаметром 50 мм соединялась с остальными четырьмя емкостями.

Нами было проведено два эксперимента по влиянию продолжительности излучения одного и того же спектра на направление перемещения 20 бабочек восковой моли при 15-ти минутном и 7-ми часовом включении светодиодов.

В таблицах 1 и 2 приведены усредненные результаты экспериментов.

Таблица 1 – Влияние продолжительности излучения (15 мин.) и спектра на перемещение бабочек восковой моли

Общее количество бабочек	Усредненное количество бабочек восковой моли по емкостям, шт
	Емкость 1 λ=577нм	Емкость 2 λ=546нм	Емкость 3 λ=491нм	Емкость 4 λ=435нм
20 шт	3	4	5	8
100%	10%	20%	23:	47%

Анализ таблицы 1 показывает, что при 15-ти минутном воздействии 47% бабочек восковой моли переместились в емкость 4 с излучением 435 нм.

Во втором эксперименте светоды включались на 7 часов в часы биологической активности большой восковой моли с 23.00 до 6.00 часов [2]. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Влиянию продолжительности излучения (7 час.) и спектра излучения на перемещение бабочек восковой моли

Количество бабочек по емкостям, шт.					Количест во погибших бабочек, шт	Всего бабоче к, шт.
Емкост ь 1 λ=577н м	Емкост ь 2 λ=546н м	Емкост ь 3 λ=491н м	Емкост ь 4 λ=435н м	Емкост ь 5
После воздействия в течение пяти суток
2	3	3	5	6	1	20
После воздействия в течение 10 суток
2	3	4	4	4	3	20
После воздействия в течение 15суток
1	2	2	4	6	5	20

Из таблицы 2 видно, что при долгом нахождении взрослых особей в четвертом цилиндре происходит их гибель. В то же время по результатам первого опыта было видно, что кратковременное излучение этого спектра действует на восковую моль лишь как приманка или аттракант [2].

Проведенные исследования по влиянию продолжительности и спектра оптического излучения на поведение бабочек восковой моли показали, что можно корректировать направление перемещения этих насекомых и таким образом, можно создать в улье специальные места для отлова этого вредителя. В перспективе для возможности регулирования спектра и интенсивности излучения светодиодов можно использовать программируемые логические микроконтроллеры, например, АТmega с платой Arduino UNO, которые нами были успешно применены ранее для аналогичных целей [14, 15].

Лабораторный эксперимент проведен на примере земляники садовой сорта Корона в меристемной лаборатории Удмуртского НИИСХ Удм. ФИЦ УрО РАН.

На этапе пролиферации (нарастания площади листьев) экспериментальный светодиодный фитооблучатель оказал положительное влияние как на площадь листовой поверхности эксплантов земляники, так и на коэффициент размножения (табл. 1). В сравнении с традиционным люминесцентным фитооблучателем, значительное увеличение площади листовой поверхности микрочеренков земляники сорта Корона отмечено уже на пятые сутки этапа пролиферации. Начиная с этого срока и до конца этапа пролиферации данный прирост статистически достоверен и составляет 210,35 мм2, 240,53 мм2, 274,36 мм2 соответственно.

Применение экспериментального светодиодного комбинированного фитооблучателя значительно, в сравнении с люминесцентным (3,6 шт/эксплант), в 1,7 раза повысило коэффициент размножения земляники садовой до 6,2 шт/эксплант при НСР 05 1,2 шт/эксплант.

Облучение экспериментальным светодиодным комбинированным фитооблучателем, в сравнении с люминесцентным, не приводило к вытягиванию микропобегов земляники. К концу этапа пролиферации сформировались невысокие конгломераты с большим количеством пригодных для укоренения микропобегов средней высотой 15 мм.

Таблица 3 - Показатели эффективности работы светодиодного фитооблучателя на этапе пролиферации (нарастания площади листьев) земляники садовой сорта Корона

Показатель	Фитооблучате ль люминесцентн ый (контроль)	Фитооблучатель светодиодный с изменяющейся скважностью
Средняя высота микропобегов, мм	20	15
Укореняемость микрочеренков, % ; НСР 05 3,6	94,3	100
Выход кондиционных микрорастений, % ; НСР 05 4,1	97,8	100

Из таблицы 3 видно, что предлагаемый энергоэффективнный фитооблучатель оказавлся более эффективным по сравнению с конторолем.

Заключение. Эксперименты показали, что для защиты пчелосемей от восковой моли можно использовать светодиоды с длиной волны 400…435 нм, с помощью которых можно собитать насекомых-вредителей в определенном месте в улье и отлавливать их там, сохраняя этим 15…30% меда в улье.

Применение разработанной ресурсо- и энергосберегающего электрооборудования для реализации импульсного режима облучения с изменяющейся скважностью позволило сократить расход электроэнергии на 60…80%.

I 44 I

Для автоматического регулирования продолжительности включения, мскажности импульсов, спектра и интенсивности излучения светодиодов можно использовать недорогие и удобные в эксплуатации программируемые логические микроконтроллеры.

Списoк использованных источников:

• 1.    Ivano,v A.G., Study of the soil crumbling progress by the working bodies of heavy dprimg loaded harrows / Ivanov A.G., Kondratieva N.P., Dorodov P.V., Kostin A.V., Bodalev A.P., Maksimov // Перспективы развития аграрных наук Материалы Международной научно-практической конференции. Чувашская государственная сельскохозяйственная академия. Чебоксары. 2019. С. 85-86.

• 2.    Obolensky, N.V. Power and resourse Saving electric lighting technologies in agricultural engineering for protected soil / Obolensky, N.V., Kondrateva N.P., Bolshin R.G., Baturin A.I., Krasnolutskaya M.G. // Advances in Engineering Research. INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "AGROSMART - SMART SOLUTIONS FOR AGRICULTURE" (AGROSMART 2018). Tyumen, 1620 июля 2018 г. С. 364-369.

• 3.    Кондратьева, Н.П. Эффект от воздействия оптического излучения на восковую моль / Н.П. Кондратьева, Д.В. Бузмаков, И.Л. Ильясов, Р.И. Корепанов // П27 Перспективы развития аграрных наук: материалы Междунар. Науч.-практ. Конф.: тезисы докладов (Чебоксары, 1-2 июня 2019 г.) ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА. – Чебоксары, 2019. С. 87‒89.

• 4.    Кондратьева, Н.П., Обоснование вида насекомых для разработки энергоэффективных энергосберегающих светодиодных ловушек / Н.П Кондратьева, А.С. Осокина, Р.Г. Большин, М.Г. Краснолуцкая, Д.В. Бузмаков // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. № 4 (29). С. 38-47.

• 5.    Суринский, Д.О. Результаты экспериментальных исследований устройства для мониторинга насекомых-вредителей / Д. О. Суринский // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2014. № 12 (99). С. 208-214.

• 6.    Газалов, В.С. Эффективность привлечения комаров электрооптическим преобразователем для подкормки рыбы / В.С. Газалов, Е.А. Шабаев, А.Н. Желтобрюхов Агротехника и энергообеспечение. 2018. № 4 (21). С. 165-172.

• 7.    Газалов, В.С. Спосрб привлечения комаров оптическим излучением / В.С. Газалов, А.А. Бабенко, Е.А. Шабаев // Ппатент на изобретение RUS 2384054 27.08.2008

• 8.    Кондратьева, Н.П. Обоснование использования световых электротехнологий для отлова насекомых / Н.П. Кондратьев а, Д.В. Агротехника и энергообеспечение. – 2019. – № 3 (24) ⁴⁵

• 9.    Савчук, И.В Общие принципы и методы исследования насекомых-вредителей / И.В. Савчук Д.О Суринский // Агропродовольственная политика России. 2017. № 3 (63). С. 70-73.

• 10.    Гoрнoстaев, Г.Н. Введение в этoлoгию нaсекoмых-фoтoксенoв (лет нaсекoмых нa искусственные истoчники светa)./ Г.Н. Гoрнoстaев // Этoлoгия нaсекoмых. Труды ВЭO. — Ленингрaд: Нaукa, 1984. — Т. 66. — С. 101–167.

• 11.    Чернышев, В.Б. Экoлoгия нaсекoмых / В.Б. Чернышев // Мoсквa: Издaтельствo МГУ, 1996. — С. 12-23. — 304 с. — ISBN 5– 211–03545–3.

• 12.    Богатырев, Н.И, Способ привлечения насекомых к ловушке и устройство для его осуществления / Н.И. Богатырев, В.С, Газалов, А.М. Блягоз, А.С. Оськина.,Н.С. Баракин // Патент на изобретение RUS 2356222 11.12.2007

• 13.    Buzmakov D.V., Effects of optical radiation on bee moth / Buzmakov D.V., Kondrateva N.P., Ilyasov I.R., Korepanov R.I., Kirillov N.K.// Перспективы развития аграрных наук Материалы Международной научно-практической конференции. Чувашская государственная сельскохозяйственная академия. Чебоксары.2019. С. 87-89.

• 14.    Корепанов, Р.И., Энерго и энергосберегающие облучательные установки для растений in vitro / Корепанов Р.И., Кондратьева Н.П., Батурин А.И. // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве Материалы IV Национальной научно-практической конференции. В 2-х томах. Редколегия: Э.Ю. Абдуллазянов [и др.]. Казанский государственный энергетический университет. Казань. 2018. С. 476-477.

• 15.    Сомова Е.Н. Результаты опытов по облучению меристемного винограда различными светодиодными облучательными установками / Сомова Е.Н., Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г., Корепанов Р.И., Ильясов И.Р., Маркова М.Г. // Инновации в сельском хозяйстве. 2018. № 2 (27). С. 112-118.

Бузмаков //Агротехника и энергообеспечение. – 2018. – № 3 (20) С. 47‒54.

Маркова Марина Геннадьевна, научный сотрудник, Россия, Ижевск, ФГБУН «Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»;

Сомова Елена Николаевна, старший научный сотрудник, Россия, Ижевск, ФГБУН «Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»;

DEVELOPMENT OF RESOURCE- AND ENERGY-SAVING ELECTRICAL EQUIPMENT FOR IMPLEMENTATION OF ENERGY-EFFICIENT ELECTRICAL TECHNOLOGIES FOR INFLUENCE ON BIOLOGICAL OBJECTS

N.P. Kondrateva

Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russia

D.V. Buzmakov

Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russia

A.S. Osokina

Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian

Academy of Sciences. Izhevsk, Russia

A.I. Baturin

Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russia

M.G. Markova

Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia

Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia

Izhevsk State Agricultural Academy, Izhevsk, Russia

The aim of the work is the development of resource and energysaving electrical equipment for the implementation of energy-efficient electrical technologies for impact on biological objects.

Materials and methods. To capture wax moths in the hives, a pilot plant with LEDs of various emission spectra has been developed. The experiments were conducted on wax moth butterflies.

Osokina Anastasia Sergeevna, Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher, Izhevsk, Russia, Federal State Budgetary Institution “Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences”

Marina G. Markova, Researcher, Izhevsk, Russia, Federal State Budgetary Institution “Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences”

Somova Elena Nikolaevna, Senior Researcher, Izhevsk, Russia, Federal State Budgetary Institution Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences;