Содержание к диссертации
Введение
1 Электротехнологии в сельскохозяйственном производстве 12
1.1 Применение электротехнологий в сельском хозяйстве 12
1.2 Анализ электрофизических способов воздействия на сельскохозяйственные объекты в растениеводстве 30
1.3 Способы получения озона и конструктивные решения генераторов озона 55
1.4 Выводы к главе и задачи исследования 71
2 Предпосылки к разработке технологий обработки семян сельскохозяйственных культур и пчелосемей электроозонированием 75
2.1 Электроозонные технологии в сельскохозяйственном производстве 75
2.2 Стимуляция озоном растительных объектов 82
2.3 Стимуляция озоном зоологических объектов 89
2.4 Влияние озона на процессы в семени 92
2.5 Гипотеза о электрофизическом влиянии озона на параметры внутриульевого микроклимата 99
2.6 Математическая модель влияния осушающих свойств озона на степень развития пчелиных семей в период весеннего наращивания 106
2.7 Методика расчета эффекта стимуляции пчелосемей озонированиием в весенний период и основные требования к технологическому оборудованию 110
2.8 Разработка технологии предпосевной обработки семян 112
2.9 Математическое описание распространения концентрации озона по глубине слоя семян 120
2.10 Определение константы скорости поглощения озона в слое семян 126
2.11 Аэродинамический расчет системы подачи озоновоздушной смеси в бункер для обработки зерна 129
2.12 Методика определения дозы озонирования при предпосевной обработке семян сельскохозяйственных культур 135
2.13 Выводы по второй главе 138
3 Экспериментальные исследования влияния электроозонирования на семенной материал сельскохозяйственных культур 140
3.1 Алгоритм эксперимента по электроозонной предпосевной обработке семян 140
3.2 Описание экспериментального оборудования 143
3.3 Методика измерения концентрации озона 145
3.4 Методика проведения лабораторных исследований 148
3.5 Влияние озона на посевные качества семян кукурузы 151
3.6 Проверка адекватности моделей построенных в результате статистического анализа влияния озоновоздушной смеси на семена кукурузы 161
3.7 Влияние параметров электроозонирования и времени отлежки на энергию прорастания семян сахарной свеклы 163
3.8 Влияние параметров электроозонирования и времени отлежки на всхожесть семенного материала сахарной свеклы 171
3.9 Выводы по третьей главе 178
4 Влияние озонирования на весеннее развитие пчелиных семей 180
4.1 Методика экспериментальных исследований 180
4.2 Влияние озона на жизнедеятельность пчел 183
4.3 Воздействие озона на аскосфероз пчел 186
4.4 Влияние озона на интенсивность весеннего развития пчелиных семей 188
4.5 Разработка электроозонатора для стимуляции весеннего развития пчелиных семей 199
4.6 Выводы по четвёртой главе 201
5 Исследование процессов генерирования озона в барьерном электроозонаторе 203
5.1 Обоснование применения разрядных устройств пластинчатого типа 203
5.2 Энергофизические и термодинамические процессы в электроозонаторе 207
5.3 Влияние профиля пластин диэлектрических барьеров разрядного устройства на напряженность электрического поля в разрядном промежутке 216
5.4 Описание опытной установки 224
5.5 Обоснование профиля диэлектрических пластин разрядного устройства электроозонатора 226
5.6 Влияние температуры и влажности воздуха на производительность генератора озона 230
5.7 Влияние профиля диэлектрических пластин на основные электрические параметры электроозонатора 232
5.8 Выводы по пятой главе 239
6 Технико-экономическая оценка применения электроозонных технологий для предпосевной обработки семян и стимуляции весеннего развития пчелиных семей 240
6.1 Технико - экономическое обоснование применения озона для предпосевной обработки семян кукурузы 240
6.2 Основные этапы технико-экономического обоснования использования электроозонатора для предпосевной обработки семян сахарной свеклы 249
6.3 Основные этапы технико-экономического обоснования применения технологии стимуляции электроозонированием весеннего развития пчелиных семей 254
Заключение 259
Библиографический список 263
Приложение 1 285
Приложение 2 294
- Анализ электрофизических способов воздействия на сельскохозяйственные объекты в растениеводстве
- Влияние озона на посевные качества семян кукурузы
- Влияние профиля пластин диэлектрических барьеров разрядного устройства на напряженность электрического поля в разрядном промежутке
- Основные этапы технико-экономического обоснования использования электроозонатора для предпосевной обработки семян сахарной свеклы
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие сельского хозяйства - проблема экономической и продовольственной безопасности страны. На современном этапе эту проблему наиболее целесообразно решать за счет интенсивных факторов развития производства, внедрения новейших достижений науки, техники и передовой практики на основе радикальных изменений производственно-экономических отношений в обществе. Перед специалистами и учеными стоит важнейшая задача -повышение конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной продукции, в том числе растениеводства.
В настоящее время сельскохозяйственное производство России в полном объеме может обеспечить население страны продовольственной продукцией, используя научные достижения в области растениеводства и животноводства. Особую значимость приобретает использование наноэлекгротехнологий, как совокупности новых методов и средств электрофизического воздействия на технологические процессы и сельскохозяйственные биообъекты. Благодаря использованию особых свойств электроэнфгии, таких как многообразие форм ее проявления и видов преобразования, способности концентрации и легкой делимости, высокой гибкости и управляемости, повсеместной доступности и мгновенной передачи на большие расстояния, экологической чистоты и специфического взаимодействия с живыми организмами , наноэлекгротехнологий будут являться основой для развития агропромышленного комплекса.
Одним из способов повышения эффективности ряда технологических процессов в сельскохозяйственном производстве является использование озоновоздушной смеси. Это обусловлено участием озона во многих биохимических процессах, являющихся основой обмена веществ и энергий в сельскохозяйственных биологических объектах. Итогом такого применения озоновоздушной смеси является повышение производительности, снижение энергоемкости, снижение бактериологического и вирусного угнетения, повышение урожайности, продуктивности и сохранности сельскохозяйственной продукции.
В связи с разнообразными областями использования озона особую актуальность приобретают задачи разработки научно обоснованной технологии применения электроозонирования в сельскохозяйственном производстве.
Разработка высокоэффективных озонных технологий и электро-озонирующих устройств имеет большое значение и требует исследования теоретических положений и анализа экспериментальных данных, совокупность которых позволила бы развить научно-
обоснованный методический аппарат проектирования данных систем с учетом требований, предъявляемых сельскохозяйственным производителем.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой КубГАУ «Разработка и исследование энергосберегающих технологий, оборудования и источников электропитания для АПК» на 2001-2005, 2006-2010 гг. (ГР № 012.001 13 477, №012.006 06 851).
Цель работы - разработать новые и усовершенствовать существующие технологии электроозонирования с заданными параметрами, получить способы и средства электроозонной обработки для повышения эффективности её использования в АПК.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
провести общий анализ применения озона в сельскохозяйственном производстве как средства воздействия на технологический объект;
разработать классификацию общего использования электроозонных технологий, выявить их особенности и определить основные требования к технологическому оборудованию электроозонирования АПК;
определить причинные и функциональные связи взаимодействия параметров в технологических процессах электроозонной обработки в семеноводстве и пчеловодстве;
разработать и обосновать технологические требования к озонаторам для электроозонных технологий на примере предпосевной обработки семян озонированием и применения озона в пчеловодстве;
определить пути и методы разработки и расчета технологического процесса для повышения продуктивности биообъекта, разработать метод электротехнологической обработки семян озоном и обосновать основные требования к устройствам электроозонного оборудования;
определить основные функциональные зависимости для определения режимных параметров технологического процесса и разработать соответствующие математические модели;
экспериментально определить режимы обработки сельскохозяйственных объектов озоновоздушной смесью для повышения посевных качеств семян и стимуляции пчелосемей;
провести технико-экономический анализ эффективности выполненных исследований.
Объект исследования - технологические процессы электроозонирования для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур и стимуляции пчелосемей.
Предмет исследования - технологические параметры озоно-воздушной обработки сельскохозяйственных семян и пчелосемей.
Методы исследований. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы, в основу которых положен системный подход. Разработка методических основ расчета, проектирования и решения комплексной проблемы, имеющей инженерно-технические, биологические и агротехнологические аспекты, базировалась на математическом моделировании электротехнических, термодинамических, динамических и кинетических процессов, устройств и установок обработки семян и пчелосемей. Использован математический аппарат теоретических основ электротехники, теории электрического разряда, математическая теория планирования многофакторного эксперимента, натурный эксперимент, методы теории вероятностей и математической статистики с применением современного математического пакета компьютерного моделирования MathCad. Научную новизну работы составляют:
классификация применения электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве;
параметры электроозонных технологий и режимов при обработке сельскохозяйственных объектов;
математическая модель влияния озонирования на степень развития пчелосемей;
теоретические зависимости напряженности электрического поля в разрядном промежутке от профиля пластин разрядного устройства;
регрессионные модели влияния концентрации озона, времени обработки и времени отлежки на энергию прорастания и всхожесть семян сахарной свеклы и кукурузы;
регрессионные модели влияния параметров озонирования на степень развития пчелосемей.
Практическую значимость работы представляют:
выбор параметров технологических процессов и установок для электроозонной обработки семян позволяет увеличить всхожесть семян до 15-20%, энергию прорастания до 10-15%, для электроозонной обработки пчелосемей позволит увеличить весеннее развитие пчелиных семей до 40%;
разработаные методика расчета и номограмма для определения эффективной дозы обработки семян электроозонированием, по-
зволяющие улучшить посевные качества семян, стимулировать процес всхожести семян, их отчистку от микроорганизмов, вредителей, ускорить метаболические процессы;
результаты экспериментальных исследований влияния озоно-воздушной обработки на посевные качества семян сахарной свеклы и кукурузы, а также на степень развития пчелосемей;
параметры и режимы электроозонной предпосевной обработки семян сахарной свеклы и кукурузы, а также обработки пчелиных семей.
Разработанные способы и устройства защищены 24 патентами РФ. На защиту выносятся следующие основные положения:
классификация электроозонных технологий в сельскохозяйственном производстве, позволяющая систематизировать и типизировать технологическое оборудование;
метод расчета технологического оборудования при электроозонной обработке семян и пчелосемей, а также математическая модель влияния озонирования на степень развития пчелосемей;
методика расчета профиля пластин разрядного устройства для получения максимальной напряженности электрического поля;
регрессионные модели влияния концентрации озона, времени обработки и времени отлежки на энергию прорастания и всхожесть семян сахарной свеклы и кукурузы, а также регрессионные модели влияния параметров озонирования на степень развития пчелосемей.
параметры и режимы электроозонной предпосевной обработки семян сахарной свеклы и кукурузы, а также обработки пчелиных семей.
Реализация результатов исследования.
Материалы научно-исследовательской и опытно-
конструкторской работы рекомендованы научно-техническим советом департамента науки и образования Краснодарского края к внедрению. Результаты научно-исследовательской работы переданы в Краснодарский НИИСХ им. П.П. Лукьяненко для использования в технологическом процессе предпосевной обработки семян кукурузы.
Разработанная технология и оборудование внедрены в технологический процесс предпосевной обработки семян сахарной свеклы ОАО «Тбилисский семенной завод» и семян кукурузы в УЧХОЗ «Кубань», Краснодарского края.
Результаты исследований используются в технологическом процессе предпосевной обработки семян в КНИИСХ им. П.П. Лукь-
яненко, СПК «Колхоз-племзавод «Россия», ООО «Агрофирма-Флайт» Краснодарского края.
Изданы монографии «Электроозонирование в сельском хозяйстве», «Электроозонаторы для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур», «Параметры электроозонирования для предпосевной обработки семян кукурузы», которые используются в учебном процессе КубГАУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях КубГАУ «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в 2002 - 2007 гг.; на межвузовской научной конференции факультетов механизации, энергетики и электрификации «Энергосберегающие технологии и процессы в АПК» в г. Краснодаре (КубГАУ, 2005-2007 гг.); на научной конференции «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» в г. Зернограде (АЧГАА, 2005 г.); на Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» в Ставрополе (СГАУ, 2005-2007 гг.); на Всероссийской выставке НТТМ в Москве (ВВЦ, 2005-2007 гг.); на Международном экономическом форуме в г. Сочи (2005-2007 гг.); на Международном инвестиционном форуме «Дни Краснодарского края в Германии», г. Мюнхен ,2006 г; на Международном инвестиционном форуме «Дни Краснодарского края в Австрии», г. Вена, 2007 г.; на VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций ВВЦ , 2007 г.; на 10 Всероссийской выставке «Золотая осень» в Москве (ВВЦ, 2008 г.) технология отмечена золотой и серебряной медалями.
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликованы 83 научные учебно-методические работы, включая 3 монографии, 24 патента РФ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, 13 статей.
Анализ электрофизических способов воздействия на сельскохозяйственные объекты в растениеводстве
Технология применения электрофизических способов в сельскохозяйственном производстве на настоящий момент находится в стадии опытных проверок и частичного внедрения. Однако, полученные при этом результаты свидетельствуют о важной роли и практической значимости этих малозатратных и экологически чистых технологий в решении актуальных для страны задач по повышению урожайности и сохранности сельскохозяйственной продукции, особенно в условиях текущего реформирования сельскохозяйственного производства:
Из основных направлений исследований, по применению электрофизических способов в АПК можно выделить следующие:
- повышение эффективности сгорания углеводородного топлива и снижение токсичности продуктов сгорания, в зерносушильных агрегатах и малых котельных АПК;
- в пчеловодстве, для стимуляции развития пчелосемей, дезинфекции пчеловодческого оборудования, уничтожения восковой моли при хранении воска, борьбы с заболеваниями аскосферозом и гнильцой;
- для протравливания зерновых перед хранением, подсушивания зерна, уничтожения жесткокрылых паразитирующих на зерне, борьбы с заболеваниями зерновых культур (фузариоз, твердая головня и т.д.);
- для повышения сохранности овощной продукции при хранении;
- для предпосевной обработки с целью повышения посевных качеств семян сельскохозяйственных культур. Рассматривая вопросы предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур необходимо отметить, что семена как носители биологических и хозяйственных свойств растений в решающей степени определяют качество получаемого урожая. Сельскохозяйственное производство предъявляет к семенам определенные требования, установленные государственными стандартами. Производство семян сельскохозяйственных культур включает ряд технологических операций, таких как послеуборочное хранение, предпосевная подготовка, уборка, обработка семян, обеззараживание, посев. На каждой стадии производства и хранения на семена возможно негативное влияние природно-климатических и хозяйственных факторов, которые снижают их качество [4]. При неудовлетворительном хранении или выращивании семена теряют естественную всхожесть, травмируются при механической подработке. Отрицательное влияние на посевные характеристики оказывают болезни и вредители семян, [86]. В феальных хозяйственных условиях совпадение негативных обстоятельств не редкость.
Естественно, что специалисты сельскохозяйственного производства и ученые постоянно ищут способы и средства для повышения или восстановления первоначальной всхожести семян. Урожайные свойства семян можно повысить, воздействуя различными приемами на процесс их прорастания, становление проростка и повышение продуктивности растений - это физические, химические, биологические и другие приемы, способствующие улучшению качества семян. В научных лабораториях, и в производственных условиях испытаны многие факторы, ускоряющие процессы прорастания и улучшающие физиологическое состояние семян, такие как электрические и магнитные поля, солнечный свет, инфракрасное и лазерное облучение, токи высокой и сверхвысокой частот, тепловая обработка, замачивание, аэроионизация [11, 23] и т. д.. -Влияние перечисленных электрофизических факторов на семена хорошо обосновано теоретически и многократно проверено, в сельскохозяйственной практике, получило определенное распространение во многих регионах России. Однако реакция семян на один и тот же воздействующий фактор может быть различной в зависимости от сорта и качества семян, длительности обработки и мощности фактора (дозы облучения), времени ожидания от момента обработки до посева (отлежки), а также от природных факторов и других обстоятельств [137, 141].
При обработке семян многие электрофизические факторы одновременно стимулируют и патогенную микрофлору, обитающую на них, что снижает всхожесть и другие показатели [132]. Основной мерой борьбы с болезнями семян в настоящее время являются химические методы протравливания [86]. Однако ядохимикаты несут с собой ряд отрицательных последствий для окружающей среды, людей и животных, угнетающе действуют на семена. Специалисты сельского хозяйства и ученые все большее внимание уделяют вопросам поиска и разработки электрофизических методов борьбы с болезнями и вредителями. Известны многочисленные положительные опыты по использованию-тепловых, электромагнитных и других физических воздействий на семена с целью их обеззараживания [10, 20, 26, 43, 50].
Все приемы предпосевной обработки семян, по характеру их воздействия на семена, делят на три основные группы: биологические, химические и физические (рисунок 1.2).
Предпосевная обработка биологическими веществами с целью защиты семян от вредителей и болезней, а также для стимуляции прорастания, является перспективной, ибо она отличается высокой эффективностью и исключает загрязнение окружающей среды [1,12,22]. Одним из способов такой обработки являются экстракты из прорастающих семян, которые оказывают положительное действие на прорастание семян, изменяют микрофлору, повышают устойчивость к неблагоприятным внешним условиям [131,152].
Особое место среди биологических веществ занимает гумат натрия, который получают из торфа или бурого угля. Биологическая активность его бесспорна и весьма значительна. Этот препарат рекомендован для предпосевной обработки семян [86, 130].
Общеизвестно, что различные биологические вещества (акусины, фи-то-гормоны и др.) оказывают сильное влияние на процессы прорастания семян и рост проростка [69, 124, 138]. Так, например, предпосевная обработка семян проса гетероауксином, гиббереллиновой и янтарной кислотами при раннем сроке сева повышала урожай на (28-46) %. При этом повышалась всхожесть, холодостойкость, увеличивалась высота растений, площадь листовой поверхности и другие показатели [21]. Известно, что семена ячменя в нашей стране часто в зимний период впадают в состояние покоя и имеют перед посевом низкую всхожесть. По данным английских ученых (Don R., 1979) обработка таких семян раствором гиббереллина увеличивала всхожесть до (93 - 97)%, что очень важно для производства. Также имеется положительный эффект в предпосевной обработке гидразидом малеиновой кислоты, индолилуксусной кислоты, кинетика, витаминами и другими рост активирующими веществами [1,21].
Все вышеупомянутые способы обработки обладают определенными технологическими недостатками:
- необходимостью промывать и досушивать семена после обработки [80,139];
- большой длительностью обработки (от нескольких часов до нескольких суток) [55].
Сложность и большая трудоемкость.процесса обработки не позволили до настоящего времени данным методам найти широкое применение в сельскохозяйственном производстве.
В связи с технологическими недостатками биологических методов обработки в настоящее время доминируют химические способы предпосевной обработки семян. К химическим способам относится обработка семян соединениями и препаратами, которые оказывают влияние на семена, стимулируя их рост или защищая семена от болезней и вредителей [40]. Природа этих веществ совершенно различна, и трудно подвести общую теоретическую базу, объясняющую воздействие этих веществ на семя. Поэтому они делятся на следующие группы химических веществ: протравители, микроэлементы, стимуляторы прорастания семян и роста [40].
Важнейшей группой веществ, широко применяемая в производстве являются протравители, и ее значение не подлежит обсуждению: все семена должны в предпосевной период обрабатываться защитными препаратами [138, 139]. Значение современного протравливания возрастает в связи с тем, что травмированность семян всех культур сильно возросла из-за широкого применения машин, а это приводит к резкому снижению урожая. Основное назначение протравителей - защитить семена от патогенной микрофлоры и вредителей, т. е. они являются фунгицидами и инсектицидами. Из числа протравителей можно назвать анилат (против пыльной головни), витовакс (против головневых заболеваний пшеницы и ячменя), витовакс-тиурам (против головневых заболеваний и корневых гнилей) и др. [89].
Для группы микроэлементов доказан положительный эффект и целесообразность-их применения.» По этим вопросам имеются достаточно обоснованные наработки, даны конкретные рекомендации, но технология их применения недостаточно разработана, что и сдерживает их широкое применение (замачивание, сушка и т. п.), а в производственных условиях это мало приемлемо.
Относительно5 стимуляторов, роста можно отметить, что современные исследования отечественных и зарубежных авторов показывают, что химические вещества могут оказывать значительное стимулирующее действие на прорастание и рост растений [89, 123]. Зарубежными учеными было доказано, что даже простые химические соединения могут оказаться весьма эффективными. [190]. Например, на урожай пшеницы положительное действие оказывает раствор КС1 концентрацией (0,5-3)%. Замачивание семян пшеницы в одном израс-творов некоторых веществ (0,25% CaCl, 3,0% NaCl, 3,3% Na2S04, 1% MgCl2) значительно повысило урожайность, при этом вынос азота с урожаем увеличился на (20-43)%. Вынос калия, при обработке СаС12, увеличился на (7-8)%, что свидетельствует о глубоких изменениях в прорастающих семенах [193].
Влияние озона на посевные качества семян кукурузы
В лаборатории ФГОУ ВПО КубГАУ был поставлен эксперимент по выявлению влияния озоновоздушной смеси, при различных значениях концентрации и экспозиции, на энергию прорастания семян кукурузы. Первоначально был проведен поисковый эксперимент. Для проведения этого эксперимента нами было обработано 8 партий семян по 400 шт. при концентрации озона 32 мг/м , с различным значением экспозиции. Семена были высажены и проращены в соответствии с требованиями по определению посевных качеств семян. Вместе с обработанными семенами был высажен контроль. По результатам эксперимента была построена зависимость.
Проанализировав рисунок 3.5, можно сделать вывод, что область положительного влияния озона на семена кукурузы лежит в пределах (3-9) мин. При увеличении времени обработки более 9 минут наблюдается угнетающее действие озона, видимо это связанно с передозировкой обработки. Для более точного определения эффекта влияния озона на семена был заложен полнофакторный эксперимент. Семена были обработаны по следующей схеме: четыре уровня концентрации при четырех уровнях времени (в оптимальной области). После чего семена высаживались через четыре одинаковых промежутка времени.
По итогам полнофакторного эксперимента была построена следующая зависимость, представленная на рисунке 3.6
Анализируя рисунок 3.6, видим, что увеличение энергии прорастания проростков наблюдает при всех режимах обработки. Так, при самом минимальном уровне воздействия озоном Хі - 3 минуты; Х2 - 24 мг/м3; Х3 - 1 день; энергия прорастания составляет около 2%. Это говорит о недостаточном количестве озоновоздушнои смеси, для полного активизирования запаса питательных веществ внутри семени. Следует отметить, что уже при Xi = 9 минут начинается спад положительного воздействия озоновоздушнои смеси на энергию прорастания. Данная гистограмма показывает, что наиболее приемлемой для обработки семян кукурузы является режим, при котором время обработки (X!) составляет 7 минут, а время отлежки (Х3) - 20 дней.
При таком уровне обработки повышение энергии прорастания по сравнению с контролем составляет более 10%, что говорит о повышении посевных качеств семян.
Как показывает гистограмма, время отлежки является также не маловажным фактором. Так, при отлежке (Х3) 1 день и времени обработки 7 мин при концентрации 24 мг/м энергия прорастания увеличилась примерно на 2%, через 10 дней она составляла 4,5%, еще через 10 дней ее уровень поднялся до 10,5%, а по прошествии еще 10 дней начал снижаться и составил 9%. Исходя из этого, можно сказать, что озон полностью усваивается семенем и активизирует процессы внутри семени за 20 дней. Это воздействие наблюдалось во всех режимах, рассматриваемых в работе.
Данные были обработаны с помощью компьютерной программы «STATISTICA 6.0» и было получено уравнение множественной регрессии, которое приняло вид Y, = 3.66+1.84 -Х,Х3+1.6 -Х2Х3-23.84 -Х33 +31.44 -Х32 - 7.96 Х3 -- 1.04 -XiX2X3 - 4.9 -X, - 14.8 -X,3 + 19.6 -X,2 -7.52 -Х23 +7.56 -Х22, (3.14) где Xi — время обработки зерна озоном, мин.; Х2 - концентрация, мг/м ; Х3 — отлежка, дней; Yj —энергия прорастания, %.
В результате установлена тесная (г = 0,96) корреляционная взаимосвязь между энергией прорастания и изучаемыми факторами. Также установлено, что 92% вариации Y (энергии прорастания) «объясняется» всеми переменными X. Проведённые t-тесты для отдельных коэффициентов регрессии, показывают, наг сколько значимой является той или иной X - переменной на Y при условии, что все другие Х-переменные остаются неизменными.
Сдвиг определяет прогнозируемое значение Y, когда все переменные X равны 0 (в нашем случае а = 3,66%) и интерпретируется следующим образом: типичная энергия прорастания зерна, которое необработанно и не отлеживалось после обработки, составляет 3,66%. Коэффициенты регрессии интерпретируются как влияние каждой из переменных на величину энергии прорастания, если все другие независимые («объясняющие») переменные остаются неизменными.
Коэффициент регрессии для. взаимодействия времени обработки зерна озоном и отлежки (Ь Х]Х3 = 0,46) указывает, что, при всех прочих равных условиях, энергия прорастания выше на 0,46% при взаимодействии времени обработки зерна и отлежки и, наоборот, при изменении времени обработки зерна озоном на единицу, энергия прорастания снижается на 1,23%. Таким образом, производится интерпретация всех коэффициентов при переменных X в случае, если эти значения являются значимыми (уровень значимости р 0,05). Если коэффициент является незначимым (т.е. р 0,05), то он не подлежит интерпретации и может быть исключен из уравнения, в связи с тем, что он не несет дополнительной информации для прогнозирования значения энергии прорастания.
Следующим шагом в проведении эксперимента было определение всхожести семян кукурузы при обработке озоновоздушной смесью. Всхожесть семян - один из наиболее значимых показателей. Увеличение всхожести семян прямо указывает на увеличение конечной урожайности культуры. Так, например, увеличение всхожести на 1% с помощью селекции растений, считается большим шагом в семеноводстве [40]. Воздействие озона тоже позволяет увеличить всхожесть семян за счет активизации внутренней энергии семян, без изменений на генном уровне и за счет обеззараживания семян.
Нами был проведен эксперимент по выявлению влияния концентрации озона, времени обработки и времени отлежки после обработки на всхожесть семян кукурузы. Эксперимент проводился с четырехкратной повтор-ностью, чтобы избежать неточности в получаемых данных. На основании данных, полученных в процессе проведенного эксперимента, были построены поверхности, отображающие влияние озоновоздушной смеси на исследуемый объект. Так, на следующем рисунке представлена плоскость изменения всхожести в зависимости от концентрации и отлежки семян кукурузы сорта Т22МВ. Поверхность, представленная на рисунке 3.7 аппроксимирована программой, поэтому на ней присутствуют отрицательные значения концентрации и отлежки. Также надо отметить, что при концентрации, равной нулю и изменении значений отлежки, происходит возрастание всхожести. Это изменение связано с условиями аппроксимации, заложенными в программное обеспечение.
Рассмотрев поверхность, можно сказать, что наиболее приемлемыми режимами для повышения всхожести семян кукурузы, являются режимы, при которых концентрация озона составляет от 20 до 40 мг/м3 и время отлежки после обработки составляет 15-25 дней. При таких данных всхожесть составляет порядка 80%, при этом первоначальная всхожесть зерна составляла око-ло 65%. Надо отметить, что при увеличении переменной Х2 50 мг/м - концентрации озона всхожесть -Y, начинает уменьшаться. При проведении эксперимента было отмечено, что ростки семян при больших дозах обработки имеют черные (обожженные) концы. Это говорит о том, что окислительные свойства озона при больших концентрациях начинают разрушать строение клеток и частично их уничтожает. Следовательно, при дальнейшем увеличении концентрации зерно получит смертельную дозу озона и погибнет из-за разрушения клеток.
Так, при Х2 порядка 70 мг/м и Xj - времени обработки 5 минут всхожесть составляет около 50 %, при контрольной всхожести зерна 65%. При дальнейшем увеличении концентрации всхожесть продолжает уменьшаться, и в конечном итоге, у семени погибает зародыш.
Проведя регрессионный анализ, данные для которого сведены в таблицу 3.1, мы получили уравнение регрессии Y2= 52.9+1.4 Х2Х3- 22.64 Х,3-9.96 Хг0.38 Х23-9 Х22 7.16 Х33+6 Х32+1.56 Х з+30.72 Х +10.64 Х2-1.12 XiX2, (3.15) где Y - Зависимая переменная, всхожесть семян кукурузы.
Полученные данные (приложение 1.1) свидетельствуют о достаточной взаимосвязи (г = 0,94) между всхожестью и изучаемыми факторами. При этом в 88% случаев факторы, включенные в уравнение, влияют на всхожесть, а 12% контролируется другими факторами, которые не учтены при построении математической модели.
Влияние профиля пластин диэлектрических барьеров разрядного устройства на напряженность электрического поля в разрядном промежутке
Наиболее интересным показателем здесь является угол профиля диэлектрических пластин, для параллельных пластин (когда угол между пластинами равен 180) длина дуги равна расстоянию между пластинами (рис. 5.8, а). В случае если пластины не параллельны, то длина дуги больше, расстояние между пластинами в месте ее образования (рис. 5.8, б).
Анализ графика (рис. 5.7) показал, что сопротивление дуги в стадии горения дуги зависит от тока цепи, расстояния между пластинами и угла между пластинами.
1. Стадия горения дуги
а) при параллельном расположении пластин
б) при скрещивающемся расположении пластин
2. Стадия потухания дуги, вследствие перехода тока через ноль. Для данной стадии сопротивление дуги определяется по формуле
Анализ продолжительности стадии 1 и 2 показал, что стадия 2 в сотни раз короче стадии 1 для частот сети в районе 50 Гц. Следовательно, в дальнейшем ею можно пренебречь, не выходя за требуемую точность расчетов.
Проанализируем первую стадию более подробно. Длина дуги зависит от угла между пластинами электроозонатора и проходит по радиусу угла между пластинами. Определим эту зависимость, а для этого рассмотрим место образования дуги более подробно.
Подставили полученные выражения в (5.31) после упрощений произведя математические преобразования и обозначив множители, не зависящие от угла наклона между пластинами (а) через К0в. Кроме того, согласно исследованиям, проведенным такими учеными, как И.С. Таев, А.А. Чунихин, величины сопротивления области дуги R06 на несколько порядков больше сопротивления дуги Rd. Следовательно, величиной обратной сопротивлению области дуги можно пренебречь. В результате получили, что
Следовательно, мы получили зависимость напряженности разрядного промежутка и, как следствие, производительности электроозонатора от угла между пластинами.
Полученную производную приравняем к нулю. В результате этих расчетов было установлено, что оптимальным углом между пластинами при частоте питающей сети в 50 Гц является угол в 122.
Определим, как изменится производительность электроозонатора при оптимальном угле между пластинами по сравнению с существующей конструкцией. Для этого определим значение функции (5.48) при значениях аргумента 122 и 0. После подстановки численных значений имеем:
Анализируя график 5.10 можно отметить, что при углах заострения концентраторов напряженности электрического поля менее 120 градусов на пряженность поля плавно возрастает от 15 кВ/см до 20 кВ/см, дальнейшее увеличение угла приводит к резкому снижению напряженности поля в разрядном промежутке.
Исходя из приведенных расчетов, можно сделать вывод, что при изменении частоты питающей сети, изменяется оптимальный угол между пластинами электроозонатора и влияние углового профилирования пластин разрядного устройства на производительность озонатора. Кроме того, угловая конструкция имеет более высокую стабильность работы, вследствие принудительной локализации разрядов на поверхности диэлектрических барьеров, что особенно важно для точного поддержания концентрации озона 24 мг/м3. Следовательно, разрядное устройство на базе угловой конструкции может быть наиболее эффективным для использования в установке по предпосевной обработке семян сахарной свеклы.
Таким образом, в результате анализа модели с реальными параметрами разрядных устройств можно сделать вывод о повышении эффективной напряженности между диэлектрическими барьерами на 27% при изменении угла между пластинами до 122. Так как напряжение питания подаваемое на электроды не изменено, следовательно, увеличение напряженности приведет к увеличению коэффициента мощности и производительности электроозонатора.
Основные этапы технико-экономического обоснования использования электроозонатора для предпосевной обработки семян сахарной свеклы
Технология возделывания сахарной свеклы предусматривает полную предпосевную подготовку семян на семенных заводах. Этот факт существенно изменяет подход к технико-экономическому обоснованию, в отличие от обработки озоном других культур, например зерновых. Хозяйства, осуществляющие посевы сахарной свеклы закупают только готовые семена, так как технология полной предпосевной обработки сложна, а нормы высева в 5-10 раз ниже, чем у зерновых культур. Кроме того, обработка должна осуществляться только до протравливания, в связи с тем, что защитный слой, образуемый прилипателем, может снижать эффективность проникновения озона в семенные покровы.
Таким образом, технико-экономическое обоснование должно состоять из двух этапов:
1. Определение эффективности внедрения технологии на семенном заводе, выраженной через основные экономические показатели, включая чистый дисконтированный доход;
2. Обоснование применения в хозяйствах, семян обработанных озоном, в сравнении с традиционно подготовленными отечественными семенами.
Расчет представленных выше показателей осуществляем с помощью методики представленной в пункте 6.1. Для этого составим таблицы исходных данных для расчета интересующих нас показателей.
Основываясь на исходных данных, произведем расчет экономических показателей использования озоно-воздушной смеси для предпосевной обработки семян сахарной свеклы на семенном заводе. Результаты расчета сведем в таблицу 6.5.
Исходные данные для расчета экономических показателей при использовании семян сахарной свеклы обработанных озоно-воздушной смесью в хозяйствах Краснодарского края сведем в таблицу 6.6
Расчет чистого дисконтированного дохода при использовании озона для обработки семян сахарной свеклы сводим в таблицу 6.7
Таким образом, семенной завод продает обработанные озоном семена, обладающие более высокими посевными качествами, по более высокой стоимости. Обработанные озоном семена имеют более высокую урожайность. Следовательно, произведем технико-экономическое обоснование использования хозяйствами семян с лучшими посевными качествами и более высокой урожайностью, однако и более высокой стоимостью.
Экономическая эффективность, получаемая в хозяйстве от применения обработанного озоном семенного материала за счет прибавки урожайности, составляет 1134090 руб/т.
