Установка для предпосадочной обработки клубней картофеля и экспериментальные исследования по влиянию напряженности электромагнитного поля на повышение всхожести клубней

УДК 635.21:631.53.027.3

УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕДПОСАДОЧНОЙ ОБРАБОТКИ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЛИЯНИЮ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОВЫШЕНИЕ ВСХОЖЕСТИ КЛУБНЕЙ

Галина Васильевна Макарова, к. техн. н., профессор

Мария Сергеевна Титенкова, аспирант

Сергей Викторович Соловьев, к. техн. н., ассистент

ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия», Россия, г. Великие Луки

В статье рассмотрены влияние электромагнитного поля на клубни картофеля, а также вопросы экологичности производства картофеля при предпосадочной обработке клубней низкочастотным электромагнитным полем.

Дано описание разработанной учеными кафедры «Механизация животноводства и применения электроэнергии в сельском хозяйстве» установки для комплексной предпосадочной обработки клубней семенного картофеля низкочастотным магнитным и тепловым полями, её конструктивных особенностей, преимуществ перед существующими аналогами. Конструкция предложенной установки удобна в эксплуатации и обеспечивает доступ ко всем составным частям. Все составляющие разработаны на основе принципов блочности. В предлагаемой установке снижена энергозатратность по сравнению с аналогами и исключена возможность травмирования клубней благодаря использованию прорезиненной транспортерной ленты. Использование транспортера позволит легко включить установку в существующий технологический процесс. Установка позволяет выбирать оптимальные режимы работы устройства и выбирать необходимое время экспозиции.

Для выбора оптимальных параметров проведен поисковый опыт с использованием индуктора, который имеет следующие геометрические параметры: длина - 0,7 м, диаметр - 0,118 м, число витков - 2000.

Обрабатываемые клубни семенного картофеля помещались внутрь индуктора. Время обработки клубней изменялось в пределах от 5 до 15 минут. Установлено, что увеличение напряженности от 700 А/м до 7000 А/м не оказывает существенного влияния на повышение всхожести клубней (увеличение числа ростков). Поэтому дальнейшие исследования по влиянию напряженности элекромагнитного поля на повышение всхожести (числа ростков) были проведены в диапазоне от 40 А/м до 700 А/м.

Зависимость энергии роста от времени отлежки показала, что при обработке клубней электромагнитным полем энергия прорастания и число ростков выше контроля.

В результате экспериментальных исследований выбраны оптимальные параметры напряженности электромагнитного поля.

Ключевые слова: электромагнитное поле, семенной картофель, предпосадочная обработка, установка для предпосадочной обработки семенного картофеля низкочастотным магнитным и тепловым полями, энергия прорастания, напряженность электромагнитного поля.

Введение

Картофель в России является одним из главных продуктов питания человека и сырьем для перерабатывающей промышленности. Подготовка клубней картофеля к посадке является важным этапом в производстве картофеля - от нее зависят полевая всхожесть, устойчивость к неблагоприятным погодным условиям, вредителям и болезням и, в конечном итоге, урожайность. Предпосадочная подготовка картофеля включает в себя протравливание и обработку стимулирующими веществами.

Химические методы предпосадочной обработки клубней картофеля загрязняют окружающую среду вредными и токсичными веществами. При употреблении производимой продукции в организм человека и животного попадают гербициды, антибиотики, гормоны и пестициды [6].

Кошкиной А.О., Гурницким В.Н., Никитенко Г.В., Атановым И.В., Савченко В.В., Синявским А.Ю. и другими учеными были проведены экспериментальные исследования, которые выявили, что при воздействии на клубни картофеля электромагнитным полем в клетках возрастает ферментативная активность, обеспечивающая нормальное функционирование органа и реализацию его генетического потенциала. Обработка магнитным полем повышает устойчивость молодых проростков к засолению, устойчивость растений к стрессам, активизирует азотофиксацию. Также при обработке семян электромагнитным полем

усиливается положительное воздействие удобрений, клубень более устойчив к болезням и вредителям. Технология предпосадочной электромагнитной обработки клубней картофеля позволяет предотвратить загрязнение огромных сельскохозяйственных территорий и эффективнее использовать возможности самого растения без химического вмешательства.

Выявлено, что наиболее безопасной обработкой семенного материала является обработка низкочастотным магнитным полем, так как она не вызывает мутации у живых организмов и тем самым не представляет опасности для здоровья человека. Установлено, что при предпосадочной обработке семенного картофеля электромагнитным полем количество крупных клубней увеличилось на 15%. В клубнях возросло содержание крахмала, витамина С, сухого вещества на 3-4%, а концентрация нитратов уменьшилась примерно на 6% [1].

Материал и методы

Нами был проведен анализ существующих установок для предпосевной обработки клубней электромагнитным полем и выделен ряд установок с различным способом обработки семенного материала (в том числе картофеля) [1, 2, 4, 6].

На основании проведенного анализа, а также литературного и патентного поиска была разработана установка для предпосадочной обработки клубней семенного картофеля низкочастотным магнитным и тепловым полями и получен патент на

полезную модель (№ 165189 Яи, 2016) [3].

Установка для предпосадочной обработки семенного картофеля низкочастотным импульсным магнитным и тепловым полями (рисунок 1) содержит камеру обработки семян 3 в виде неметаллической трубы. Снаружи камеры расположена электромагнитная обмотка 2, которая покрыта теплоизолирующим картоном 1. Внутри неметаллической трубы расположены отражатель 4 и устройство для нагрева 5, выполненное в виде трубчатых инфракрасных ламп. Устройство для нагрева отгорожено от транспортерной ленты защитной сеткой 7. Верхнее полотно транспортера 6 расположено в камере неметаллической трубы 3.

Установка работает следующим образом. По достижении необходимой температуры внутри каме-

ры 3 в неё при помощи транспортера 6 начинают подаваться клубни картофеля. В процессе перемещения на клубни действует тепло, исходящее от устройства для нагрева 5, направленное отражателем 4 на ленту транспортера 6. Одновременно клубни картофеля подвергаются низкочастотной импульсной магнитной обработке, создаваемой электромагнитной обмоткой 2. В результате воздействия низкочастотным электромагнитным и тепловым полями клубни картофеля более активно поглощают энергию. Регулируя силу тока в устройстве для нагрева клубней картофеля 5, можно устанавливать требуемую температуру обработки, а изменение силы тока в электромагнитной обмотке позволяет выбрать оптимальную напряженность электромагнитного поля.

1 - теплоизолирующий картон; 2 - электромагнитная обмотка; 3 - камера обработки семян; 4 - отражатель; 5 - устройство для нагрева; 6 - транспортер; 7 - защитная сетка; 8 - редуктор; 9 - двигатель Рисунок 1 - Схема установки для предпосадочной обработки клубней семенного картофеля низкочастотным магнитным и тепловым полями

Преимуществом данного устройства является его конструктивная простота, эффективность обработки клубней при исключении их травмирования. Использование транспортера позволит легко включить установку в существующий технологический процесс предпосадочной подготовки клубней, а возможность регулирования скорости движения транспортера позволяет варьировать временем экспозиции и выбирать оптимальный режим работы устройства.

Результаты и обсуждение

Всхожесть и энергия прорастания клубней картофеля играют важную роль в получении здорового урожая. Всхожесть характеризуется количеством нормально проросших

семян, выраженным в процентах к пробе, взятой для анализа. Энергия прорастания в процентах показывает дружность и скорость прорастания семенного материала.

Нами были проведены поисковые опыты по влиянию напряженности электромагнитного поля индуктора промышленной частоты на повышение всхожести и энергии прорастания при предпосадочной обработке клубней картофеля.

Для этого была разработана лабораторная установка (рисунок 2). Напряжение на индуктор подавалось и регулировалось при помощи лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) - регулятора напряжения. Напряжение и сила тока на индукторе измерялись при помощи мульти-метров.

1 - однослойный индуктор; 2 - мультиметры для измерения напряжения и силы

тока; 3 - лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) - регулятор напряжения Рисунок 2 - Лабораторная установка для исследования влияния напряженности электромагнитного поля на предпосадочную обработку клубней картофеля

Диапазон изменения напряжения, подаваемого от ЛАТРа, составляет 1,5-20 В и позволяет напряженности электромагнитного поля изменяться в пределах 40-7500 А/м. Индуктор имеет следующие геометрические параметры: длина - 0,7 м, диаметр - 0,118 м, число витков -2000.

Обрабатываемые клубни семенного картофеля помещаются внутрь индуктора (в средней его части). Время обработки клубней (экспозиция) устанавливается в пределах 5- 15 минут.

На рисунке 3 представлен график зависимости числа ростков от напряженности электромагнитного поля и времени обработки при времени отлежки 5 дней. По оси X представлена напряженность электромагнитного поля, создаваемая индуктором, по оси У - среднее число ростков. При напряженности

электромагнитного поля 1000 А/м и выше наблюдается снижение числа ростков, что подтверждается исследованиями и других ученых [2, 3, 5, 6].

Таким образом, при изучении на графике зависимости числа ростков от напряженности электромагнитного поля и экспозиции при времени отлежки клубней 10 и 15 дней нами было установлено снижение числа ростков с увеличением напряженности. Также можно отметить, что увеличение напряженности в диапазоне 700 А/м до 7000 А/м не оказывает существенного влияния на повышение всхожести клубней (числа ростков). Поэтому дальнейшие исследования по влиянию напряженности элекромаг-нитного поля на повышение всхожести (числа ростков) были проведены в диапазоне от 40 А/м до 700 А/м.

Рисунок 3 - Зависимость числа ростков от напряженности электромагнитного поля и времени обработки

Нами также были проведены исследования зависимости энергии прорастания (%) от времени отлежки (дней) при времени отлежки 5, 10, 15 дней и напряженности 50 А/м (рисунок 4).

При обработке клубней картофеля напряженностью 50 А/м энергия прорастания после отлежки клубней в течение пяти дней была выше контроля только при максимальном времени обработки клубней, то есть 15 минут. При времени отлежки 10 дней в вариантах обработки клубней электромагнитным полем энергия прорастания значительно увеличивается, в то время как в контроле идет на спад. При времени отлежки 15 дней энергия прорастания в вариантах обработанного картофеля также значительно выше контроля, в образцах с 15-минутной обработкой клубней энергия прорастания продолжает увеличиваться.

При обработке клубней картофеля напряженностью 150 А/м (рисунок 5), энергия прорастания после отлежки клубней в течение пяти

дней была выше контроля при времени обработки клубней, равном 10 минутам. При времени отлежки 10 дней в вариантах обработки клубней электромагнитным полем энергия прорастания значительно увеличивается, в то время как в контроле идет на спад. При времени отлежки 15 дней энергия прорастания в вариантах обработанного картофеля также значительно выше контроля и продолжает увеличиваться.

При обработке клубней картофеля напряженностью 300 А/м (рисунок 6), энергия прорастания после отлежки клубней в течение пяти дней была ниже контроля. При времени отлежки 10 дней в вариантах обработки клубней электромагнитным полем энергия прорастания значительно увеличивается, в то время как в контроле идет на спад. При времени отлежки 15 дней энергия прорастания в вариантах обработанного картофеля также значительно выше контроля и продолжает увеличиваться.

0,00

т-10

-I-

15

20

Время отлежки, дней

Энергия прорастания при времени обработки 5 мин и Н= 50 А/м

Энергия прорастания при времени обработки 10 мин и Н= 50 А/м

Энергия прорастания при времени обработки 15 мин и Н= 50 А/м

Контроль

0

Рисунок 4 - Зависимость энергии прорастания (%) от времени отлежки (дней) при времени обработки 5, 10, 15 минут и напряженности 50 А/м

Рисунок 6 - Зависимость энергии прорастания (%) от времени отлежки (дней) при времени обработки 5, 10, 15 минут и напряженности 300 А/м

Рисунок 5 - Зависимость энергии прорастания (%) от времени отлежки (дней) при времени обработки 5, 10, 15 минут и напряженности 150 А/м

При обработке клубней картофеля напряженностью 642 А/м энергия прорастания после отлежки клубней в течение пяти дней была выше контроля при времени обработки клубней, равном 10 и 15 минутам (рисунок 7).

При времени отлежки 10 дней в вариантах обработки клубней электромагнитным полем энергия прорастания значительно увеличивается и становится выше контроля при времени обработки 5 и 15 минут, причем при времени обработки клубней 10 минут энергия прораста-

ния немного снизилась, но ее значение все равно значительно выше контроля. При времени отлежки 15 дней энергия прорастания в вариантах обработанного картофеля также значительно выше контроля и продолжает увеличиваться.

Выводы

- Разработана установка для предпосадочной обработки клубней семенного картофеля низкочастотным магнитным и тепловым полями (патент на полезную модель (№ 165189 RU, 2016);

Рисунок 7 - Зависимость энергии прорастания (%) от времени отлежки (дней) при времени обработки 5, 10, 15 минут и напряженности 642 А/м

- В результате проведенных экспериментальных исследований по влиянию напряженности низкочастотного электромагнитного поля на повышение всхожести клубней картофеля были установлены следующие оптимальные параметры: при напряженности электромагнитного поля 50-150 А/м наблюдалось максимальное увеличение числа

ростков (6,8-7,2 шт.); при напряженности 50 А/м максимальное значение энергии прорастания составляет 2,6%.

Для выявления оптимальных частоты и амплитуды электромагнитного поля, а также температуры обработки клубней картофеля необходимо продолжить исследования по данному вопросу.

Библиографический список

1. Важенин Е.И. Перспективы использования в пищевой индустрии технологий с применением электромагнитных полей крайне низкой частоты / Е.И. Важенин // Научный журнал КубГАУ. - 2013. - №1 - С.1.

2. Кошкина А.О. Устройство для предпосевной обработки тепловым и электромагнитным полем семян / А.О. Кошкина // Современная техника и технологии. - 2012. - №6.

3. Пат. RU165189, А01С 1/00. Установка для комплексной обработки семенного картофеля низкочастотным магнитным и тепловым полями / М.С. Титенкова, Г.В. Макарова, С В. Соловьев, В.А. Шилин. - Заявл. 24.09.2015; опубл. 10.10.2016, Бюл. № 28.

4. Пат. RU2435349, А01С 1/00. Устройство для предпосевной индукционной обработки семян / ЕВ. Тышкевич. - Заявлено 13.03.2009; опубл. 10.12.2011, Бюл. № 34.

5. Титенкова М.С. Влияние низкочастотного электромагнитного поля при предпосадочной обработке клубней картофеля / М.С. Титенкова, Г.В. Макарова // Проблемы и перспективы экологического воспитания, образования и природопользования в аспекте устойчивого развития. - РИО ФГБОУ ВО «ВГСХА», 2016. - С.189-197.

6. Титенкова М.С. Оценка основных параметров электрофизических способов предпосадочной обработки клубней картофеля / М.С. Титенкова // Инновации в сельском хозяйстве. -2015. - №4(14). - С.34.

E-mail: mariadklk@gmail.com

182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, ФГБОУ ВО «Великолукская ГСХА»

Тел.: +7 (81153) 7-16-22