Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Сидорцов Иван Георгиевич

Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке
<
Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сидорцов Иван Георгиевич. Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.02 / Сидорцов Иван Георгиевич; [Место защиты: Азово-Черноморс. гос. агроинженер. акад.]. - Зерноград, 2008. - 131 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/153

Содержание к диссертации

Введение

1. Электрофизические методы стимуляции семян, цель и задачи исследования 10

1.1. Роль качества семян в урожайности сельскохозяйственных культур 10

1.2. Анализ работ по предпосевной обработке семян внешними воздействиями 13

1.3. Обоснование научной гипотезы и технических средств, повышающих эффективность предпосевной обработки семян

1.4. Выводы 30

2. Теоретическое изучение процесса обработки семян в магнитном поле 32

2.1. Системный подход к исследованию процесса предпосевной обработки семян в магнитном поле 32

2.2. Модель семени как объекта магнитных воздействий 34

2.3. Общая модель взаимодействия магнитного поля с семенем 39

2.4. Механизм увеличения водопоглощения семян под воздействием магнитного поля 42

2.5. Зависимость поверхностных электрических потенциалов семян от водопоглощения 48

2.6. Выводы 50

3. Программа и методика проведения эксперимента 52

3.1. Программа экспериментальных исследований 52

3.2. Электрофизиологические (косвенные) методы, используемые при определении посевных качеств семян 53

3.3. Методики экспериментальных исследований 58

3.3.1. Методика проведения многофакторного эксперимента по удельному влагопоглощению семян, обработанных в магнитном поле 58

3.3.2. Методика определения влияния напряжённости магнитного поля на водопоглощающую способность семян 59

3.3.3. Методика измерения электрических биопотенциалов семян 62

3.3.4. Методика определения всхожести и энергии прорастания семян 69

3.4. Выводы 70

4. Анализ результатов экспериментальных исследований 71

4.1. Определение влияния напряжённости и энергии магнитного поля на водопоглощение семян 71

4.2. Исследование влияния напряжённости магнитного поля на биологический электрический потенциал семян озимой пшеницы «Зерноградка-9» 82

4.3. Результаты экспериментальных исследований по влиянию напряжённости магнитного поля на всхожесть и энергию прорастания семян озимой пшеницы «Зерноградка-9» 87

4.4. Результаты многофакторного эксперимента 90

4.5. Выводы 96

5. Производственная проверка и экономическая эффективность обработки семян в магнитном поле

5.1. Производственная проверка 97

5.2. Технико-экономическая оценка предпосевной обработки семян в магнитном поле 100

5.2.1. Расчёт капитальных вложений 101

5.2.2. Определение годовых эксплуатационных затрат 103

5.2.3. Технико-экономическая оценка эффективности проектируемого технического решения 108

5.2.4. Расчёт чистого дисконтированного дохода 110

Основные выводы 115

Список литературы 116

Приложения 129

Введение к работе

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур является главным условием дальнейшего развития сельскохозяйственного производства. С этой целью проводится большая работа по совершенствованию целого ряда агротехнических мероприятий. Центральным звеном в этом ряду является проблема семеноводства.

Семена - носители биологических и хозяйственных свойств растений, в решающей степени определяют качество и количество получаемого урожая. Сельскохозяйственное производство предъявляет к семенам определённые требования, установленные государственными стандартами.

Производство семян включает ряд технологических мероприятий: послеуборочное хранение, предпосевная обработка, обеззараживание, посев. На каждой стадии производства и хранения на семена возможно негативное влияние природно-климатических и хозяйственных факторов, которые снижают их качество.

При неудовлетворительных условиях хранения или выращивания, семена теряют естественную всхожесть, заражаются болезнями, повреждаются насекомыми-вредителями, травмируются при механической обработке.

Специалисты сельскохозяйственного производства и учёные постоянно ищут способы и средства для повышения посевных качеств семян.

В последние годы для интенсификации растениеводства в практику сельского хозяйства стали внедрять электротехнологические методы воздействия на растения и семена зерновых и овощных культур с целью их стимуляции - ускорения роста, повышения урожайности и улучшения качества получаемой продукции.

Известны многочисленные положительные опыты по использованию тепловых, электромагнитных и других физических воздействий на семена с целью увеличения всхожести, энергии прорастания, повышения урожайности и качества урожая.

В научных лабораториях и в производственных условиях испытаны такие стимулирующие воздействия, как электрические и магнитные поля, солнечный свет, инфракрасное и лазерное излучение, токи высоких и сверхвысоких частот.

Влияние перечисленных электрофизических факторов на семена хорошо обоснованы и многократно проверены в сельскохозяйственной практике и получили распространение во многих регионах России. Однако ответ семян на один и тот же воздействующий фактор может быть различным в зависимости от сорта и качества семян, длительности обработки и дозы облучения, времени ожидания от момента обработки до посева (отлежки), а также от природных факторов и других обстоятельств. По этой причине получение однозначного ответа об эффективности обработки является трудно разрешимой задачей.

Отрицательное влияние на посевные качества семян оказывают болезни и вредители семян. При электрообработке семян происходит стимулирование патогенной микрофлоры, обитающей в них, что снижает всхожесть и другие показатели. Основной мерой борьбы с болезнями семян, в настоящее время являются химические методы протравливания. Однако ядохимикаты несут с собой ряд отрицательных последствий для окружающей среды, людей и животных.

В ЧГАУ Басов А,М., Изаков Ф.Я. успешно используют для обеззараживания семян электрическое поле постоянного тока. В Москве, Красноярске Бородин И.Ф., Цугленок Н.Ф. с сотрудниками эффективно применяют для обеззараживания энергию электромагнитных полей высокой и сверхвысокой частоты. Предпосевное облучение семян зерновых культур и подсолнечника даёт возможность получить прибавку урожая от 1,5 до 3 ц/га. Облучение семян культур, возделываемых на зелёную массу, обеспечивает прибавку до 15...20%.

Несмотря на множество положительных результатов, предпосевное активирование семян электромагнитными полями и другими физическими факторами широкого распространения не получило.

Общим недостатком всех существующих технологий с использованием предпосевной обработки семян электрофизическими способами является низкая повторяемость результатов обработки, и как следствие этого, невозможность определить нужные значения параметров воздействующего электромагнитного поля, которые обеспечили бы стабильный положительный эффект. Это можно объяснить несовершенством существующих технических средств и методик исследования, отсутствием экспресс-методов диагностики и серийно выпускаемых машин, а также отсутствием достаточно глубоких теоретических и экспериментальных исследований механизма действия различных физических факторов на посевной материал.

Во многих случаях подход исследователей к проблеме стимуляции семян остаётся чисто эмпирическим. Имеются только фрагменты по отдельным аспектам проблемы, которые не позволяют управлять этим процессом и гарантировать стабильную прибавку урожая. Хотя реакция любого объекта на стресс зависит от его состояния, физиологическое состояние семян перед предпосевной обработкой контролируется слабо. Действие физических факторов на семена, несомненно, благоприятное, но для его реализации в производстве необходимы дальнейшие исследования.

Исходя из вышеизложенного, мы поставили перед собой задачу углубить исследования по использованию постоянных магнитных полей для предпосевной обработки семян зерновых культур. В основу этих исследований положено влияние напряжённости магнитного поля на "стартовые" реакции (скорость водопоглощения) семян.

Цель диссертационной работы: - обоснование параметров постоянного магнитного поля, повышающих эффективность предпосевной обработки семян зерновых культур.

Актуальность работы.

Ведущие ученые страны (И. Ф. Бородин, Ф. Я. Изаков, В. В.Шмигель, И. М. Лавров, Г. П. Стародубцева, Н. В. Ксенз, В. И. Клюка, М. Т. Серёгина, В. Г. Ботнарюк, Ш. А. Задгинидзе, Ф. А. Дедуль, С. Д. Кутис, В. А. Савельев, Л. И. Жидачевский, и др.) доказали положительное влияние электромагнитных полей на посевные качества семян. Однако в изучении семян как посевного материала, мало уделяется внимания «стартовым» реакциям и продуктам промежуточного обмена, возникающих в зародышах семян. В этой связи, актуальны любые попытки получения соответствующей теории, позволяющей не только объяснить научную сущность предпосевной стимуляции семян, но и обосновать параметры магнитного поля для их предпосевной обработки.

Объектом исследования является система: магнитное устройство - магнитное поле — семя.

Предметом исследования являются зависимости удельного водопоглощения, величины биопотенциала семени, всхожести, энергии прорастания и урожайности от напряжённости внешнего магнитного поля.

Задачи исследования:

1. Разработать общую модель семени как объекта внешних воздействий.

2. Разработать математическую модель, связывающую напряжённость магнитного поля с водопоглощающей способностью семян.

3. Экспериментально проверить влияние напряжённости магнитного поля на водопоглощение и посевные характеристики семян.

4. Экспериментально установить связь поверхностных электрических биопотенциалов с водопоглощением семян.

5. Разработать установку для совмещения процессов предпосевной обработки в магнитном поле и протравливания семян зерновых культур на базе протравливателя семян ПС-10А.

6. Провести производственную проверку предпосевной обработки семян зерновых культур.

7. Определить технико-экономическую эффективность использования постоянных магнитных полей для предпосевной обработки семян зерновых культур.

Методы исследований. В работе использованы теоретические основы физики и электротехники, теоретические основы термодинамики, теория вероятностей и планирование научного эксперимента, вычислительная техника, графические средства персональных компьютеров.

Научная новизна. -разработана математическая модель, устанавливающая связь напряжённости магнитного поля с водопоглощающей способностью семян; -разработана модель семени как объекта внешних воздействий; -установлена зависимость поверхностных электрических биопотенциалов от напряжённости магнитного поля;

-установлена связь поверхностных электрических биопотенциалов с водопоглощением семени;

- установлено, что за обобщённую координату, характеризующую состояние семян при внешнем магнитном воздействии может быть принят электрический заряд семени, а за обобщённый потенциал - напряжённость магнитного поля.

На защиту выносятся следующие положения: -модель семени как объекта внешних воздействий; -математическая модель, устанавливающая связь напряжённости магнитного поля с водопоглощающей способностью семян и результаты экспериментальных исследований;

-эмпирические зависимости изменения водопоглощения и разности поверхностных электрических биопотенциалов во времени в процессе набухания семян; -параметры обработки семян в магнитном поле.

Реализация результатов исследования. По результатам исследований разработан режим предпосевной обработки семян в магнитном поле постоянных магнитов, который используется в хозяйствах Ростовской области и Краснодарского края: Изготовлены опытные образцы кассетной установки для совместной предпосевной обработки в магнитном поле и протравливания семян зерновых культур на базе протравливателя семян ПС-10А с использованием фунгицида «Фенором супер».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА (г. Зерноград), ФГОУ ВПО СГАУ (г. Ставрополь), ГНУ ВНИПТИМЭСХ (г. Зерноград).

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 114 наименований. Основное содержание диссертации изложено на 130 страницах текста, включает 31 рисунок, 26 таблиц и 2 приложения. 

Анализ работ по предпосевной обработке семян внешними воздействиями

Предпосевная обработка семян включает две операции: обеззараживание и стимуляцию (улучшение посевных качеств). На рисунке 1.3 представлены способы предпосевной обработки семян, разработанные к настоящему времени [57]. Основным способом обеззараживания семян является применение водных растворов различных ядохимикатов. Однако применение ядохимикатов наряду с защитой семян от семенной и почвенной инфекции, а также почвообитающих вредителей приводит к угнетению посевных качеств семян. По результатам многочисленных исследований установлено, что потери урожайности составляют от 2,0 до 3,0 ц/га.

В работе [4] предложен способ обработки семян с целью их обеззараживания отличающийся тем, что для полного уничтожения поверхностной инфекции и повышения посевных качеств, семена выдерживают в увлажнённом состоянии от 3,0 до 5,0 минут, а затем обрабатывают в поле сверхвысокой частоты (СВЧ) в диапазоне от 108 до 1010 Гц. Однако при попадании в почву, семена оказываются незащищёнными от воздействия насекомых-вредителей и легко заражаются инфекцией из почвы и воздуха. В дальнейшем этот способ был усовершенствован за счёт увлажнения семян раствором микроэлементов с применением клеящих веществ [100]. Применение данного способа позволяет повысить урожайность зерновых в среднем на 20%. Наряду с этим данный способ не находит широкого применения из-за высокой стоимости, громоздкости и низкой надёжности работы СВЧ-установки»

Способы воздействия на семена с целью их стимуляции очень многочисленны и разнообразны (рис. 1.3). Использование химических веществ, для предпосевной стимуляции семян достаточно хорошо исследовано и получена высокая эффективность данного агроприёма. Однако- применение этого способа связано с необходимостью получения достаточно ценных химических препаратов и жёсткими требованиями к правильности их использования, что в значительной степени сдерживает его внедрение в производство.

Микроклиматические и механические воздействия используются в основном для семян некоторых лесных, садовых, овощных и ряда бобовых культур. Для осуществления микроклиматических воздействий используется традиционная вентиляционная техника [2]. Однако существенного положительного эффекта не получено, так как режимы обработки не отличаются от режимов предписываемых стандартными техническими условиями хранения семенного фонда.

Способы воздействия на семена с целью их стимуляции Механический способ применяется для семян, обладающих твёрдой влагонепроницаемой кожурой (люпин, клевер, овощные культуры). В ряде случаев для скарификации предлагается использовать перегретый пар, вводимый в камеру с семенами под определённым давлением. В настоящее время эти методы в производственных условиях не применяются по различным причинам.

Использование электромагнитных полей (ЭМП) для предпосевной стимуляции семян выгодно отличается широким диапазоном выбора параметров воздействия, простотой конструкции, а также относительной кратковременностью воздействия. Разработаны различные варианты установок на основе коронного разряда. Один из вариантов подобной установки представлен на рис. 1.4.

Различные модификации подобных установок, отличающихся конструктивными параметрами, представлены в работах [5-18,]. В работе [10] разрядные струны прикреплялись к металлическому обручу, охватывающему по периметру диэлектрическую пластину, а в работах [8,9] изменялась длина активной части коронирующих электродов.

В работе [6] для повышения эффективности обработки было предложено пропускать через слой зерна ионизированный воздух. С целью упрощения конструкции конвейерную ленту изготавливают на неметаллической основе со слоем нанесённого на её поверхность металла [7], в то время как ранее [5] предлагалось её выполнять целиком металлической. В работе [66] предложена конструкция установки без применения ленточного конвейера, а перемещение семян в рабочую зону осуществляется вибрирующим лотком.

От описанных выше конструкций отличается машина, предлагаемая в работе [11]: коронирующие электроды выполнены в виде плоских шайб, установленных через разделительные втулки на стержни, которые укреплены в рабочей камере. 1 - лента транспортёра, 2 - регулирующая заслонка загрузочного бункера, 3,6 - загрузочный и приёмный бункера; 4 - подставка конвейерной ленты; 5 - коронирующий электрод; 7 - ведущий барабан; 8 - источник питания. Рис. 1.4 - Принципиальная схема установки на основе коронного разряда

Несмотря на достаточно длительный период исследований, обработка семян в поле коронного разряда не получила широкого распространения в производстве. Основной причиной является нестабильность получаемых результатов обработки.

Для стимуляции семян были опробованы практически все участки частотного спектра переменного магнитного поля: промышленная частота, воздействие радиочастотными и сверхвысокочастотными полями, облучение инфракрасным и видимым светом, вплоть до ионизирующего излучения. На основе этих исследований была разработана установка ЭДС-4. В США для труднопрорастающих семян, использовали электромагнитные поля частотой 39 и 2450 МГц [103-108]. Установлено, что обработка электромагнитным полем приводит к увеличению количества твёрдых семян. Влияние различных частот во всех случаях было примерно одинаковым.

Известны технические решения по реализации способа обработки семян СВЧ-энергией [71,77], в которых предлагаются установки обрабатывающие партии семян, находящихся на ленточном конвейере. Кострукцион-но-технологические схемы установок примерно одинаковы, а отличительной особенностью являются различные режимы обработки семян. Так в [13] предлагается диапазон частот в интервале от 10 до 300 MFH, при мощности излучения от 7 до 30 Вт/см , а в [4] - от 100 до 10000 МГц при длительности обработки от 3 до 15 мин. В [77] режим обработки предусматривает облучение семян с частотой от 890 до 18000 МГц в охлаждённой воздушной среде при температуре от 4 до 20С в течение от Iі до 25с с дополнительной обработкой их в вакууме в течение от 3 до 10 мин:

Наряду с использованием ЭМП перечисленных выше частот были исследованы ЭМП инфракрасного (ИК), ультрафиолетового (УФ) и видимого диапазонов: ИК-излучение использовалось в диапазоне длин волн от 0,76 до 2,7 мкм [79], что обеспечивало возможность избирательного воздействия на семена. Разработанные на этом принципе установки в качестве генератора ИК-излучения использовали электрические лампы накаливания. Потребляемая мощность одного из образцов установки 16 кВт, производительность -0,5 т/ч, конечная температура нагрева семян - 48...55 С. Анализ результатов обработки семян ИК-излучением показал, что он не обладает высокой эффективностью и мало отличается от воздушно-тепловой обработки.

Модель семени как объекта магнитных воздействий

Трудности понимания механизма воздействия магнитных полей на семена сельскохозяйственных культур при предпосевной обработке обусловлены сложными многофакторными биофизическими и химическими процессами, обеспечивающими развитие семени и последующий рост растений.

Для того чтобы правильно выбрать вид и параметры внешнего воздействия необходимо знать физико-химическую структуру семени. По современным воззрениям семя представляет собой диссипативную систему, или многослойное структурное образование, состоящее из частиц различных компонентов. Эти частицы являются носителями электрических зарядов и перемещаются в семени при различных физико-химических процессах, т. е. семя обладает электрическими свойствами.

В работах академика РАСХН И.Ф. Бородина отмечается, что семя может рассматриваться как неупругий диэлектрик органического происхождения, который состоит из отдельных частей с различными электрическими свойствами, а последние могут иметь неоднородную микроструктуру. Так, зерновка пшеницы имеет следующее среднее весовое соотношение основных частей [48]: эндосперм - 81...84%, зародыш - 1,5...3,0%, оболочка — 13...16%. Эти основные части являются также неоднородными: неоднородны клетки эндосперма и зародыша, оболочка зерновки состоит из двух слоев, а они, в свою очередь - из трёх слоев: Кроме этого, в.зерне всегда находится определённое количество влаги.

К слоистой неоднородности условно отнесены поверхностные слои оболочек, зародыша и эндосперма, граничные слои отдельных частей, а также воздушные промежутки между зёрнами. Микронеоднородность — это клетки крахмала и сахара, белка и жиров, пентозана и клетчатки, вода и воздушные включения внутри зерна.

Все виды этих неоднородностей, особенно межслоевая, проявляющие- ся в накоплении значительных зарядов на границах разделов отдельных частей зерна с различными электрическими свойствами, приводят к высокой диэлектрической проницаемости. Причём заряд в межслоевой и макронеодно-родностях накапливается вследствие их относительно большого активного сопротивления. Этим объясняется медленный заряд и разряд конденсатора с зерном.

Исходя из вышеизложенного, зерновку можно представить как систему, состояние которой характеризует обобщённая координата. В термодинамике в роли обобщённых координат выступают масса, объём, энтропия, электрический заряд. Все обменные процессы внутри семени совершаются под воздействием обобщённых потенциалов (движущей силы). Причиной появления движущей силы являются градиенты температуры, давления, химического и электрического потенциалов[28,29,48].

Равенства (2.3-2.5) показывают, что взаимодействие областей семени друг с другом, равно как и протекающие внутри них процессы, не могут привести к изменению заряда, а приводят лишь к его перераспределению между областями. Изменение заряда семени может произойти лишь в результате его взаимодействия с окружающей средой.

Наряду с изменением электрического заряда в семени изменяется также и внутренняя энергия, которая относится к скалярным экстенсивным (обобщённым координатам) свойствам. Известно, что количественной оценкой любых взаимодействий между объектами является обобщённая работа. А сумма всех элементарных работ, совершаемых над системой или самой сие темой, является полным дифференциалом некоторого свойства, называемого внутренней энергией.

Для практических расчётов желательно иметь эквивалентную электрическую схему моделирования зерновки (зерновой массы). В связи с тем, что в зерновке нет элементов, которые были бы подобны катушкам индуктивности, электрические схемы замещения строятся из омических и ёмкостных сопротивлений.

Электрофизиологические (косвенные) методы, используемые при определении посевных качеств семян

Во всех странах ведутся поиски новых методов анализа качества высеваемых семян, которые имели бы тесную взаимосвязь с их полевой всхожестью. В определённой степени этот показатель по сравнению другими (лабораторная всхожесть, энергия прорастания) более достоверно имитирует процесс прорастания семян в поле, хотя и здесь нередки исключения, вызы- ваемые различными условиями прорастания семян в поле.

Урожай не всегда зависит от всхожести, особенно, в засушливые годы.. Необходима разработка более простых, удобных и надёжных методов, которые могли бы более объективно отражать физиологическое состояние, как сортовых особенностей растений, так и посевных качеств семян. Для оценки сортовых особенностей и посевных качеств семян различных культур и их устойчивости к неблагоприятным условиям внешней среды используются биофизические методы.

Электрофизиологические методы исследования дают возможность,получить информацию об электрической полярности, проводимости и функциональном состоянии ткани, органа, клетки и её органелл без существенного травмирования объекта. Данные методы строго количественные и при использовании современных электронных приборов позволяют делать автоматическую запись и компьютерную обработку результатов опытов.

Многие авторы (Ф.Г. Олоер, В.Н. Мысиков, Г.В. Удовенко, Г.М. Фёдорова, М.С. Рубцова, Ю.М. Воробьёв) указывают на то, что электрофизиологические методы (измерение биопотенциалов покоя и действия, электропроводности водных вытяжек из семян, теплоустойчивости семян) могут быть использованы для исследования посевных и биологических качеств семян.

Методы, применяемые в электрофизиологии, незаменимы при исследовании процесса возбуждения, т.к. в основе этого свойства живых систем лежат изменения электрической полярности мембран. В свою очередь, функционирование мембран связано с их электрической полярностью. Регистрация мембранной разности потенциалов даёт важную информацию при исследовании транспорта ионов, межклеточных взаимодействий, природы регуля-торной системы растений. В медицине информацию о работе1 сердца, мозга или мышцы получают, следя за электрическими сигналами, сопровождающими их активность [ 102].

Обширный фактический материал, накопленный физиологами, свидетельствует о единстве электрических свойств живых систем. Сокращение и расслабление мышц, изменение функциональной активности мозга или корня растения - все эти свойства сопряжены с кратковременными или длительными электрическими перестройками мембран, изменением электрической полярности органелл, клеток и даже органов и тканей. Задача электрофизиологии растений состоит не только в раскрытии природы и роли электрогенеза, но и в практическом использовании этих знаний для диагностики функционального состояния и управления физиологическими процессами растений.

При возбуждении возможно кратковременное изменение электрической полярности плазмалемит - наружная её поверхность становится отрицательно заряженной по отношению к внутренней. Наиболее общая форма реакции живых систем — локальное возбуждение, ограниченное местом нанесения раздражения и называемое местным возбуждением. В случае достаточно сильного раздражения - порогового и сверхпорогового - возбуждение распространяется вдоль клетки или ряда клеток способных проводить возбуждение. Распространяющееся возбуждение или ток. действия, регистрируется в виде двухфазного изменения разности потенциалов. Интегральным; показателем возбуждения у семян служат биоэлектрические потенциалы.

Любые физические или химические воздействия достаточной силы наї клетку-изменяют структурные и электрические свойства клеточныхмембран;, вызывая биоэнергетическую; реакцию и- перераспределение ионов: По пара? метрам биоэлектрических реакций можно судить, о физическом состоянии реактивности семян; о природе и силе воздействия;,Ответные биоэнергетические реакции, зависят также от вида, сорта ивозраста семян.

Измерение биопотенциалов является- быстрым и прижизненным;., а: сам?, биопотенциал служит хорошей характеристикош состояния?семени- Разность. потенциалов носит полярный?характер, поэтому семя можно:.рассматривать, как чётко электрополяризованный-организм;

Значительный вклад в методику измерения биопотенциалов у семян и растений внесли: И. И. Гунф, 1953; М. А. Хведелидзё, 1955; Ю: Пі Сырников, 1958; А. М: Єинюхин, 1964; Ві А. притов, 1958; 1970; ЛІ К. Чернова, 1968 [82,93,96-98].

Учёными доказано; что в процессе электростимуляции семян происходит изменение их биологических:потенциалов. Например, Л. Э. Тодадзе,С С. Сванидзе (1982) считают, что при обработке клубней картофеля электрическим полем происходит изменение биоэлектрического: потенциала и проницаемости клеточной поверхности.

3. М. Хасанова (1992, 1995) своими исследованиями подтверждает, что наложение дополнительного электрического поля может сопровождаться изменением полярности и проницаемости мембран, влиять на их структурную перестройку, что, в конечном счете, способно сказаться на росте, развитии и жизнедеятельности целого растения [64].

Об изменении биопотенциала клетки, вызывающего её возбуждение, которое способствует активации процессов обмена веществ не только в начальный период развития, ной в последующие фазы онтогенеза говорят Ф.Я. Изаков, А. П. Блонская, В. А. Окулова. Это приводит к усиленному поглощению элементов минерального питания из почвы.

Эффект стимуляции зависит не только от внешней дозировки, т.е. количества подведённой энергии, но и от состояния самого семени.

Вследствие различной степени физиологической зрелости и условий, хранения, влажности и химического состава семени будут различны и их биопотенциалы.

Л. К. Чернова (1968) наблюдала изменение биопотенциалов у прорастающих семян в динамике, обнаружив, что максимальному значению биопо- тенциалов предшествует появлению корешка ифостка, а также зависимость электрических потенциалов семян от температуры их проращивания.

Исследование разности потенциалов в корне, стебле, листьях десятидневных проростков яровой пшеницы днём и ночью, проведённое 3. М. Ха-сановой (1992) позволило сделать- вывод, что наложение дополнительного электрического поля на семена способствует повышению биопотенциалов растений до оптимального физиологического уровня.

Исследование влияния напряжённости магнитного поля на биологический электрический потенциал семян озимой пшеницы «Зерноградка-9»

Известно что физико-химические процессы в биологическом объекте тесно связаны с его поверхностными электрическими, потенциалами; В процессе обработки семян в магнитном поле происходит изменение их биологических электрических потенциалов. Исследуя изменение поверхностных электрических потенциалов в результате обработки в магнитном поле можно в, определённой степени-судить о её влиянии на-физиологическое состояние-семян.

Лабораторные исследования проводились в лаборатории кафедры физики-Ставропольского аграрного университета. Семена, обработанные в магнитном поле, различной напряжённости проращивали в термостате в течение двух суток в чашках Петри.

Для каждого варианта опыта бралось по десять, выровненных по размеру семян пшеницы. Опыты были проведены по измерению в динамике биопотенциалов между поверхностью семени и его ростком. При статистической обработке десяти вариантов учитывались значения потенциалов, регистрируемых в течение двух часов для каждого семени, через каждые десять минут (табл. 4.9 - 4.11). Итоговые графические зависимости строятся по средним значениям.

На рис.4.6 представлены усреднённые графические зависимости изменения биопотенциалов семян озимой пшеницы «Зерноградка-9» во времени, обработанных при различной напряжённости магнитного поля. Анализ этих графических зависимостей показывает, что внешнее магнитное воздействие оказывает существенное влияние на поверхностные электрические потенциалы семени.

Согласно понятиям термодинамики движущейся силой процессов происходящих в семени являются градиенты потенциалов полей. В связи с этим была поставлена задача установления связи между поверхностными электрическими потенциалами семени и поглощением воды при его набухании. Исследование проведено на 100 семенах озимой пшеницы. Сухие семена взвшивались на аналитических весах, а затем замачивались в дистиллированной воде в чашках Петри в течение семи (7,0) часов. Измерялась разность потенциалов между «зародышем и эндоспермом».

Анализ этих зависимостей показывает, что водоцоглощение и разность поверхностных потенциалов имеют колебательный характер и в известной степени коррелируют. Интенсивное поглощение наблюдается в первые два часа, а в последующие - его спад. В общем случае, эти величины со временем убывают.

Корреляция изменения во времени водопоглощения и разности поверхностных потенциалов позволяют предварительно судить о влиянии обработки в магнитном поле на жизнеспособность семян. Можно предположить, что, изменяя поверхностные электрические потенциалы семян зерновых культур можно управлять их водопоглощением и, следовательно, посевными характеристиками.

На кафедре технологии растениеводства и экологии ФГОУ ВПО АЧ-ГАА были проведены опыты по выяснению влияния магнитного поля на всхожесть и энергию прорастания семян озимой пшеницы «Зерноградка-9».

Анализ этих графических зависимостей показывает, что энергия прорастания и всхожесть семян озимой пшеницы «Зерноградка 9» увеличиваются при обработке их в магнитном поле в диапазоне напряжённостей от 1,0 до 6,0 кА/м. Во всех трёх повторностях наблюдается всплеск этих показателей при напряжённости магнитного поля #=4,0 кА/м, что совпадает с областью максимального увеличения удельного водопоглощения семян при их обработке в магнитном поле постоянных магнитов.

При обработке семян в магнитном поле на их водопоглощение влияет большое количество факторов, основными из которых являются: исходная влажность семян, напряжённость магнитного поля, время пребывания семян в магнитном поле, время выдержки после обработки (время отлежки). Исходя из этого, исследование влияния этих факторов на скорость водопоглощения целесообразно проводить статистическим методом (планирование научного эксперимента).

Похожие диссертации на Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке