Универсальная установка для предпосевной обработки семян электрическим полем импульсами наносекундной длительности

На протяжении 30 лет учеными Ставропольского государственного аграрного университета Р.Н. Ляховой, Г.М. Федори-щенко, Г.П. Стародубцевой, Ш.Ж. Габриелян, С.И. Любой, Г.Е. Ковалевой, В.Н. Авдеевой, Р.В. Крон, В.И. Хайновским, Е.И. Рубцовой проводились лабораторные, полевые опыты, полевые опыты в производственных условиях по определению влияния электромагнитных полей на посевные, урожайные качества и адаптивные свойства растений, выращенных из обработанных семян. Учеными были сконстру- ированы и изготовлены лабораторные установки (рис. 1–3).

Электромагнитными полями в широком диапазоне частот обрабатывали семена подсолнечника, озимой пшеницы, ячменя, овса, гречихи, моркови, сахарной свеклы, сои и др. культур. Получены положительные результаты по энергии прорастания, лабораторной и полевой всхожести, урожайности, засухоустойчивости, морозоустойчивости, устойчивости к болезням. Наибольший эффект по стимуляции семян получен нами при обработке семян импульсным электрическим полем (ИЭП).

Рис. 1. Установка транспортерного типа для предпосевной обработки семян в переменном магнитном поле (ПрМП)

Рис. 2. Малогабаритная установка для предпосевной обработки семян в поле коронного разряда (ПОКР)

Рис. 3. Установка предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем (ИЭП):

1 – генератор высоковольтного импульсного напряжения;

2 – плоский волновод с высокоомной нагрузкой

Так, лабораторная энергия прорастания и всхожесть у обработанных ИЭП семян: сахарной свеклы увеличилась на 20%, 22% соответственно, у моркови – на 21%, 23%, у сои – на 16%, 19%. По нашему мнению, это связано с тем, что импульсное электрическое поле обладает, наряду со стимулирующим, ярко выраженным бактерицидным воздействием на патогенную микофлору, вызывающую различные болезни семян сельскохозяйственных культур. По результатам исследований влияния ИЭП на семена сои, моркови, свеклы получены акты внедрения, патент на способ предпосевной обработки сои электриче- ским полем. Но широкому внедрению метода предпосевной обработки импульсным электрическим полем в производство препятствует:

– сложность подбора оптимального режима обработки семян различных сельскохозяйственных культур;

– отсутствие промышленной установки для предпосевной обработки семян ИЭП.

Проблема повышения посевных, урожайных качеств семян и адаптивных свойств растений, выращенных из них, получения экологически чистой продукции всегда была актуальной. Нами проведен патентный поиск, в результате которого были найдены аналоги промышленных установок для предпосевной обработки семян электромагнитными полями.

Известна установка для предпосевной обработки семян, включающая индуктор, выполненный из двух изолированных электродных пластин и подключенный к высоковольтному трансформатору, при этом она имеет регулируемый статический преобразователь частоты, вход которого подключен к первичной обмотке высоковольтного трансформатора [ 1 ] .

Недостатком данной установки является невысокая эффективность обработки семян.

Известна установка для предпосевной обработки семян, содержащая загрузочный и приемный бункеры, камеру обработки семян в виде диамагнитной трубы, магнитопровод с намагничивающей катушкой, подключенной к сети переменного тока, и ферромагнитный элемент, при этом последний выполнен в виде двух одинаковых, сопряженных между собой, втулок, направленных друг к другу конусными частями меньшего диаметра, которые являются кольцевыми полюсными наконечниками, причем диамагнитная труба установлена внутри втулок [ 2 ] .

Недостатками данной установки являются громоздкость установки, невысокое качество обработки семян.

Известно устройство для предпосевной обработки семян, включающее индуктор, выполненный из двух изолированных электродных пластин, подключенный к высоковольтному трансформатору, первичная обмотка которого подключена к выходу регулируемого статического преобразователя частоты, при этом электродные пластины установлены с возможностью изменения расстояния между ними в верхней части посредством штока из диэлектрического материала [ 3 ] .

Недостатком данного устройства является сложность технической реализации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является принятая авторами за прототип установка, содержащая загрузочный бункер, камеру обработки семян из диамагнитной трубы, магнитопровод с намагничивающей катушкой, подключенной к источнику трехфазного переменного тока и охватывающей камеру обработки и ферромагнитный цилиндр, собранный из ферромагнитных пластин [ 4 ] .

Рис. 4. Установка СПЕКТР-1

Недостатками данной установки являются сложность конструкции, небольшой объем активной зоны внутри камеры, низкая производительность установки.

Предлагаемый нами способ предпосевной обработки семян ИЭП позволит улучшить посевные качества семян сельскохозяйственных культур, а сконструированный генератор импульсов и конструкция установки для предпосевной обработки позволят сократить экспозицию, что даст возможность включить предлагаемый способ в существующую технологическую линию подготовки семян в производственных условиях. Решаемая нами техническая задача позволяет снизить энергоемкость установки, упростить конструкцию. Габаритные размеры предлагаемой установки, при массе до 15 кг, составляют 1,5×0,7×0,3 м. Конструкция установки сборно-разборная (рис. 4).

Универсальная установка СПЕКТР-1 для предпосевной обработки семян состоит из загрузочного бункера 1, выполненного в виде воронки и соединенного с камерой 2 обработки семян, выполненной в виде цилиндрической трубы, между которыми установлен уплотнительный элемент 3, выполненный в виде кольца, приемного бункера (на рисунке не показан) для приема обработанных семян, корпуса 4, в котором установлены генератор 5 импульсного напряжения и источник питания 6, при этом камера 2 обработки семян представляет собой волновод-конденсатор, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров: внешнего цилиндра 7 и внутреннего цилиндра 8, которые являются в свою очередь обкладками конденсатора, и соединена с генератором 5 импульсного напряжения, последний выполнен с возможностью создания электрического поля с импульсами порядка 10–9 с и частотой их следования до 1000 Гц, а к поверхности внутреннего цилиндра 8 внутренней обкладки волновода-конденсатора закреплен дополнительно установленный в камере 2 обработки семян шнек 9, выполненный с возможностью изменения скорости движения семян, причем частоту вращения шнека 9 определяет регулятор скорости (на рисунке не обозначен), установленный на источни- ке питания 6, при этом установка также дополнительно снабжена столешницей 10 с отверстием (на рисунке не обозначено) и установленными в ней с помощью втулок 11 ножками 12, на концах последних надеты колпачки 13 для устойчивости установки, причем ножки 12 выполнены с возможностью изменения их высоты для удобства обслуживания. Столешница 10 дополнительно снабжена, по крайней мере, двумя накладками с разным диаметром отверстий с возможностью сменяемости загрузочного бункера 1, соединенного с камерой 2 обработки семян в зависимости от их размера.

Режимы и параметры установки подобраны таким образом, что максимальную дозу обработки семена получают за несколько секунд, проходя через шнек активатора, что позволяет не задерживать процесс обработки на загрузку и выгрузку семян.

Предлагаемая нами технология получения сельскохозяйственной продукции с помощью предпосевной обработки семян ИЭП предусматривает экономию материальных и трудовых затрат при высокой стабильности получаемых результатов и сохранение единого согласованного во всех звеньях производственного цикла. Особого внимания требуют технологические приемы обработки семян, выводящие их из состояния покоя для получения более ранних дружных и выровненных всходов, закладывающих основу увеличения урожая, получения ранней и высококачественной сельскохозяйственной продукции.

Использование электромагнитного поля в целях повышения посевных качеств и адаптивных свойств семян в настоящее время является актуальной проблемой, так как экологическая обстановка на планете, к сожалению, оставляет желать лучшего. Импульсное электрическое поле, как показали лабораторные эксперименты, обладает наряду со стимулирующим и ярко выраженным бактерицидным воздействием. Сокращение экспозиции за счет увеличения частоты следования импульсов в предложенной нами установке позволяет использовать ее в технологическом процессе предпосевной обработки семян.

Мы считаем, что необходимость внедрения в производство установок для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем продиктована временем.