Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние ЭМП на биологические объекты 11
1.1 Влияние электромагнитного поля нетепловой интенсивности на биологические объекты 11
1.2. Возможные механизмы действия электромагнитного поля нетепловой интенсивности на биологические объекты 23
1.3. Изменение свойств воды и межклеточной жидкости под действием ЭМП нетепловой интенсивности 32
ГЛАВА 2. Материалы и методы экспериментального исследования действия электромагнитного поля крайне низких частот на биологические объекты 43
2.1. Методика исследования воздействия электромагнитного поля на всхожесть семян подсолнечника и пшеницы 43
2.2. Методика приготовления экстрактов семян подсолнечника и пшеницы 49
2.3. Методика определения резонансных частот исследуемых систем...49
2.4 Методика исследования свойств воды в ИК диапазоне 52
2.5 Методика исследования влияния воды, обработанной ЭМП КНЧ, на дрожжи Saccharomyces cerevisiae 52
ГЛАВА 3. Результаты экспериментальных исследований воздействия электромагнитного поля крайне низких частот на биологические объекты 54
3.1 Влияние ЭМП КНЧ диапазона на всхожесть семян пшеницы и подсолнечника 54
3.2 Исследование влияния воды, обработанной ЭМП КНЧ, на микроорганизмы Saccharomyces cerevisiae 61
3.3. Влияние воды, обработанной ЭМП КНЧ на семена сельскохозяйственных культур 67
3.4. Исследование инфракрасных спектров воды и экстрактов семян сельскохозяйственных культур, обработанных ЭМПКНЧ 76
ГЛАВА 4. Оценка новых возможностей и перспектив использования электромагнитного поля в областях промышленности и экологическая значимость полученных результатов 92
4.1 Разработка устройства для обработки воды пространственно периодическим магнитным полем 92
4.2 Влияние дистиллированной воды, обработанной ЭМП КНЧ на урожайность семян пшеницы, зараженных твердой головней 101
4.3 Разработка нового экологически чистого способа выведения влаги из древесины 106
4.4 Применение магнитообработанной воды для обеззараживания одежды ПО
Выводы к диссертации 114
Список использованой литературы 115
- Влияние электромагнитного поля нетепловой интенсивности на биологические объекты
- Методика исследования воздействия электромагнитного поля на всхожесть семян подсолнечника и пшеницы
- Влияние ЭМП КНЧ диапазона на всхожесть семян пшеницы и подсолнечника
- Разработка устройства для обработки воды пространственно периодическим магнитным полем
Введение к работе
Актуальность исследования. Единственным веществом, встречающимся на Земле в огромных количествах, в естественных условиях в трех агрегатных состояниях является вода. Она является мощным геологическим фактором, преображающим лик нашей планеты. Вода является не только средой, в которой протекают различные процессы, но и матрицей, свойства которой накладывают значительный отпечаток на их течение. Вода является объектом исследования почти всех естественных наук, но биологические свойства воды изучены недостаточно. Исследование воды осложняется тем обстоятельством, что до настоящего времени не существует теории ее жидкого состояния, не создана удовлетворительная молекулярно-кинетическая модель плавления. При описании физико-химических свойств воды в ряде научных работ [Аксенов СИ., 2004; Широносов В.Г., 1997; Гайдук В.И., 1991; Лобышев В.И., 2002; Глувштейн А.Я., 1996; Каза-ченко В.Н., Чемерис Н.К., 1998; Сусак И.П., Пономарев О.А., Шигаев А.С., 2005; Шапошникова Е.Б., 2004; Емец Б.Г., 1999; Inaba Н., 2004; Otsuka I., 2006; Wang Q., 2007] достигнуты результаты, основанные на выявлении связи между характером движения молекул воды в воде, во льду и в водных растворах. Авторами [Самойлов О.Я., 1957; Яшкичев В.И., 1996] установлено единство колебательного и трансляционного движения молекул, связанных в единую трехмерную сетку водородных связей. Однако существует необходимость в более подробном описании биологических свойств воды,. подвергнутой различным физическим воздействиям. Т.к. в настоящее время число источников техногенного загрязнения электромагнитным излучением растет непрерывно, существует необходимость в изучении влияния электромагнитного поля на изменение физико-химических и биологических свойств воды, являющейся составной частью биологических объектов, водных растворов, экстрактов и чистой питьевой воды.
В последние годы в мировой научной литературе все чаще появляются работы, свидетельствующие о поразительных эффектах воздействия магнитного и электрического полей низкочастотного диапазона на протекание процессов в биологических объектах.
Магнитные и электрические поля низких частот с точки зрения классической физики малы для того, чтобы значительно повлиять на состояние живых
систем, однако, практика опровергает это утверждение. Поэтому, все чаще при объяснении этих явлений привлекаются такие разделы математики и физики, как теория информации, теория вероятностей, квантовая механика и т.п.
В настоящее время накопилось достаточно большое количество достоверных экспериментальных данных о нетепловых эффектах электромагнитных полей, о чрезвычайно высокой чувствительности к электромагнитным полям (в том числе слабым) живых организмов самых различных классов - от одноклеточных до человека.
Биологические исследования показали, что самые различные организмы чувствительны к постоянному магнитному полю и ЭМП различных частот, с энергией на десятки порядков ниже теоретически оцененной.
К сегодняшнему дню все большую актуальность приобретает вопрос о механизмах и результатах воздействия ЭМП на различные биологические объекты. К настоящему моменту проведены исследования на множестве различных биообъектов как животного, так и растительного мира. Но наиболее достоверные результаты могут быть достигнуты при изучении воздействия на простейшие формы организмов, а также на клеточные и субклеточные формирования. Множество исследований проведено по изучению эффектов нетеплового воздействия ЭМП на растительные объекты, среди которых присутствуют семена и корнеплоды различных сельскохозяйственных культур, в частности, семена пшеницы и сахарной свеклы, ее диффузионный и клеточный сок.
При рассмотрении вероятных механизмов воздействия ЭМП на биологические системы исходят из того, что одними из наиболее чувствительных к внешним воздействиям процессов являются переходы различных белков, в частности периферических, из связанного на мембранах состояния в водную среду. Подобные однонаправленные процессы происходят на определенных стадиях выхода семян из состояния покоя. Такие переходы белков из-за роста числа степеней свободы для белковых групп в водной среде и соответственно энтропии системы должны быть связаны с малым изменением свободной энергии. Они могут быть вызваны чувствительными к влиянию ЭМП локальными изменениями рН или ионной силы, или концентрации ионов Са2+, причем данные моделирования показывают, что эффекты ЭМП в области низких частот (от 0,1 до 102 Гц) могут
быть существенно усилены за счет нелинейных процессов в примембранном слое.
Одной из возможных причин неадекватного ответа биологических объектов на действие слабого ЭМП низких частот может быть наличие собственных колебаний проводимости в воде, лежащих в этом диапазоне. Большинство биополимеров функционируют в водной среде, взаимодействие составляющих их мономеров определяет пространственную конфигурацию макромолекул. В связи с этим эффекты изменения структуры воды вблизи молекул растворенных веществ существенным образом должны отражаться на конфигурации макромолекул, в процессах активного транспорта крупных молекул через мембрану посредством пермиаз, а также пассивного транспорта ионов через мембрану.
Работы, проведенные А.Я. Глуштейном показывают наличие флуктуации кривой спада напряжения при разряде емкости в ячейке, заполненной дистиллированной водой, а также растворами КС1 и NaCl. Наиболее характерными частотами, найденными в результате исследования 2,52; 3,42; 5,22 Гц для чистой воды. Для водных растворов KCI 1,26; 2,52; 3,42; 5,22 Гц. Для NaCl 1,62; 2,34; 3,6; 5,22 Гц. Эти результаты свидетельствуют об образовании в растворах хлорида натрия и калия новых упорядоченных областей отличных от таковых в дистиллированной воде. Кроме того колебания проводимости при разряде ячейки свидетельствуют о возможности поглощения кластерными структурами энергии ЭМП в случае воздействия на него с близкими к установленным регистрации флуктуациям частотами [40].
Цель и задачи исследования. Целью исследования являлось изучение влияния воды, обработанной электромагнитным полем крайне низких частот на биологические объекты.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Создать методику оценки изменений свойств воды, обработанной ЭМП КНЧ;
Для проведения корректных экспериментов разработать методику стандартизации свойств воды, перед ее обработкой ЭМП КНЧ;
Провести исследования действия воды, обработанной ЭМП КНЧ, на различные биологические объекты;
Сравнить эффективность воздействия на биологические объекты непосредственно ЭМП КНЧ и воды, обработанной ЭМП КНЧ;
Провести полевые исследования по воздействию воды, обработанной ЭМП КНЧ, на урожайность сельскохозяйственных культур;
С целью уменьшения электромагнитного загрязнения биосферы, разработать установку, позволяющую производить обработку воды ЭМП КНЧ без применения генераторов переменного тока.
Научная новизна
1. Установлено, что вода, обработанная ЭМП КНЧ оказывает влияние ана
логичное магнитному полю с теми же параметрами на всхожесть и энергию
прорастания семян пшеницы и подсолнечника.
2. Установлено увеличение урожайности пшеницы, зараженной твердой
головней, предварительно подвергнутой воздействию водой, обработанной ЭМП
КНЧ (f = 7,5 Гц, при напряженности поля Н = 130 А/м). Это позволит сократить
использование токсичных химических протравителей, загрязняющих окружаю
щую среду.
Впервые определены параметры ИК спектра в диапазоне от 1250 до 4200 см-1, позволяющие оценивать биологические свойства воды, подвергнутой обработке ЭМП КНЧ, в отношении изменения всхожести, энергии прорастания и длины гипокотиля семян.
Впервые предложен метод сушки древесины при помощи ЭМП КНЧ без использования источников нагревания.
Определен способ увеличения эффективности и стабильности результатов обработки воды ЭМП КНЧ.
Впервые установлена возможность дистанционного влияния воды подвергнутой обработке ЭМП КНЧ на микроорганизмы Saccharomyces cerevisiae.
Определен диапазон излучения магнитообработанной воды.
Теоретическая и практическая значимость. В работе установлена способность воды, подвергнутой обработке ЭМП КНЧ, оказывать влияние на биологические объекты. Определен диапазон излучения магнитообработанной воды. Разработана установка на основе постоянных магнитов для обработки воды без
применения генераторов переменного ЭМП КНЧ, использование которой лишено негативного воздействия на экологическое состояние окружающей среды. Установлены изменения РІК спектра поглощения магнитообработанной воды в зависимости от частоты обработки. Показано, что предпосевная обработка семян пшеницы, зараженных твердой головней, магнитообработанной водой, приводит к уничтожению твердой головни и увеличению урожайности. Положения выносимые на защиту:
Вода, обработанная электромагнитным полем крайне низких частот, оказывает влияние на всхожесть семян зерновых культур, а также выживаемость отдельных видов микроорганизмов.
Вода, обработанная пространственно периодическим магнитным полем с теми же частотами, что и вода, обработанная электромагнитным полем крайне низких частот оказывает аналогичный эффект на всхожесть семян пшеницы и подсолнечника.
Воздействие электромагнитного поля крайне низких частот на дистиллированную воду проявляется в изменении ее надмолекулярной структуры, что проявляется в изменениях отдельных полос поглощения в ИК спектрах.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных и научно-практических конференциях: VI и VII международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2006, 2007); IV международной научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье» (Пенза, 2007); международной конференции «Новые технологии в экспериментальной биологии и медицине» (Ростов-на-Дону, 2007); международной научно-практической конференции «Перспективные нано и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007); VI международной теплофи-зической школе «Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством» (Тамбов, 2007); IX международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2008); Всероссийской научно-практической молодежной конференции «Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ, 2008); II Международной конференции «Актуальные проблемы биологии, нано-технологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2008)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 1 монография, 4 патента и 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация, включая список литературы, изложена на 132 страницах и содержит введение, обзор литературы, описание материала и методов исследования, изложение собственных результатов, выводы, практические рекомендации, список литературы. Содержит 4 таблицы, 43 рисунка. Библиография включает 102 отечественных и 53 зарубежных источника.
Влияние электромагнитного поля нетепловой интенсивности на биологические объекты
Первыми работами, в которых была показана чрезвычайно высокая чувствительность биологических объектов к действию ЭМП, являлись работы академика Н.Д. Девяткова [44], связанные с исследованием действия электромагнитного излучения крайне высоких частот (мм диапазона длин волн) на биологические объекты. Было установлено, что на реакцию организмов на воздействие ЭМИ КВЧ, не влияет изменение в широких пределах плотности потока мощности (начиная от некоторого наименьшего (порогового) значения плотности потока мощности и до её значений, уже вызывающих заметный (превышающий 0,1 С) нагрев тканей) биологический эффект действия ЭМИ сохраняется практически неизменным. Воздействия ЭМИ КВЧ может оказывать длительное последействие на организмы, но для этого необходимо и достаточно длительное (не менее получаса), нередко многократное воздействие ЭМИ. Расстояние от места, на которое падает излучение, до соответствующих органов или систем объекта может превышать в сотни и тысячи раз расстояние, на котором плотность потока мощности из-за потерь в тканях снижается на порядок. В то же время действенность облучения ЭМИ разных участков поверхности тела оказывается неодинаковой.
Очень малая энергия, необходимая для оказания существенного влияния ЭМИ на функционирование организмов, специфика влияния наталкивали исследователей на гипотезу, что ЭМИ не случайный для живых организмов фактор, что подобные сигналы вырабатываются и используются в определенных целях самим организмом, а внешнее облучение лишь имитирует производимые самим организмом сигналы [44].
О влиянии ЭМИ КВЧ на рост микроорганизмов писали А. Тадевосян с соавторами. Ими был получен бактериостатический эффект при облучении воды резонансными КВЧ частотами и последующей обработкой Esherichia coli данной водой. [92]. Изменение определенного биологического параметра после воздействия на организм ЭМИ КВЧ проявляется лишь в узких полосах воздействующих на него частот [87].
Характер резонансного биологического действия ЭМИ зависит от частоты колебаний: некоторые резонансные частоты влияют в большей степени на какие-то стороны биологической активности, другие на другие. Эффект облучения зависит от исходного состояния облучаемых организмов.
Наблюдаемые закономерности действия на живые организмы монохроматических электромагнитных излучений миллиметрового диапазона волн нетепловой интенсивности объясняются тем, что проникая в организм, эти излучения на определенных (резонансных) частотах трансформируются в информационные сигналы, осуществляющие управление и регулирование восстановительными или приспособительными процессами в организме.
Кроме выше перечисленных положений эта гипотеза находит подтверждение в следующих фактах:
1.Живые организмы в естественных условиях не подвергаются действию монохроматических электромагнитных излучений миллиметрового диапазона волн, поскольку в окружающей среде они отсутствуют. Наличие же излучений данного диапазона в окружающей среде, внося помехи, нарушало бы работу информационной системы организма.
2. Отношение количества обрабатываемой информации к энергетическим затратам на её обработку для миллиметрового диапазона высоки и превышают у живых организмов значения таких параметров для оптического или СВЧ диапазонов.
3. Строение различных живых организмов, начиная от бактерий и кончая человеком, на функционирование которых ЭМИ могут оказать воздействие, совершенно различно.
Вместе с тем очевидно, что механизм реализации многообразия изменений вызываемых ЭМИ не может быть общим.
Ряд эффектов ЭМИ обусловлен большим избирательным поглощением миллиметрового излучения молекулами воды, приводящим к конвекции жидкости в облучаемом образце. С конвекцией связывают изменение транспорта заряженных частиц и различных веществ через мембраны, имеющее большое биоло гическое значение [32]. В работе [85] приводятся данные исследований частотной зависимости удельной поглощательной энергии в препаратах, помещенных в диэлектрическую кювету, которые показывают, что интерференция ЭМП обусловливает периодическую зависимость удельной поглощательной энергии от частоты облучения. Слой диэлектрика на поверхности облучаемого препарата может играть роль трансформатора импульсов между воздухом и поглощающей средой, частично или полностью компенсирующего отражение энергии от поглощающего слоя.
В исследованиях Н.Г. Желтова и др., проводившихся на частотах 48,0 и 42,25, 42,31 ГГц при средних значениях плотности потока мощности в диапазо-не 20-35 мВт/см", установлено при периодической тестовой стимуляции отсутствие на спонтанную активность как активирующего действия ЭМИ КВЧ, так и модифицирующего влияния облучения на вызванный ответ механорецепторной системы [51].
Также зафиксировано воздействие миллиметровых (ММ) волн малых ин-тенсивностей на растительные биообъекты. Так Бержанская Л.Ю., Белоплотова О.Ю., Бержанский В.Н. [30] проанализировали воздействие электромагнитного ММ излучения на энергию прорастания и вегетативное развитие бобовых, злаковых и эфироносов. При этом ММ облучение проводили в диапазоне частот от 30 до 60 ГГц при плотности потока мощности от 4 10" Вт/см и ниже. Воздействие на бобовые показало значительное увеличение всхожести и ускорение роста на 250-300% по сравнению с контролем.
Однако, в литературном обзоре, посвященном генетическим эффектам связанным с воздействием микроволн, делается вывод об обусловленности этих эффектов тепловым действием. В большинстве работ не отмечено влияние на генетические структуры миллиметровых волн довольно больших интенсивностей (больше 10 мВт/см2) [72]. Зафиксировано увеличение интенсивности свечения бактерий в три раза после обработки ЭМП на частоте 42,2 ГГц и на частоте 61 ГГц. Наибольшая стимуляция свечения была обнаружена, когда клетки находились в неблагоприятной среде в середине логарифмической фазы роста [49]. Не отмечено генетической активности ЭМП миллиметрового диапазона при действии на Е. coli и Salmonella typhimnrhim с частотой 9,4 , 17,0 и 70,5 -75,5 ГГц, мощностью 9-28 Вт/кг, при времени воздействия от 30 до 280 мин и с частотой ЭМП 3,07 ГГц, временем обработки 60-400 мин и мощностью 35-100 Вт/кг.
При исследовании влияния ММ излучения на функциональную активность генетических элементов Е. coli в качестве тест объекта использовалась индукция синтеза колицина кишечной палочкой, приводящая клетку к гибели. Плотность потока мощности составляла 5 мкВт/см , время обработки 2-3 часа. Длина волны, на которой была зафиксирована максимальная эффективность обработки 6,5 6,53, 6,55 мм.
Аналогичные исследования, проведенные на дрожжевых культурах привели авторов к заключению, что эффекты можно объяснить резонансным поглощением ММ излучения молекулярными комплексами.
Было обнаружено, что ММ излучение низкой интенсивности приводит к ускорению активного транспорта ионов Na+ (при Р большем либо равном 1 мкВт/см ), изменению проницаемости мембран эритроцитов для ионов К , ускорению перикисного окисления ненасыщенных жирных кислот в лизосомах, увеличению ионной проводимости бислойных липидных мембран (Р 10 мВт/см2).
Нерезонансные эффекты, как правило, имеют место, когда в облучаемой среде присутствуют молекулы воды, которые наиболее сильно поглощают ММ излучение.
Резонансные явления возникают в сложных организованных объектах, то есть когда имеются различные системы обратной связи внутри биосистемы.
Позднее большинству исследователей, занимающихся проблемой влияния электромагнитного поля на биологические объекты стало ясно, что сообщения отдельных исследователей о наблюдаемой ими чрезвычайно высокой чувствительности биологических объектов к действию ЭМП КНЧ и СНЧ являются верными, хотя первоначально они были восприняты, как ошибки экспериментов.
В 80-х годах XX века началось активное изучение действия КНЧ и СНЧ диапазона на различные биообъекты.
Появились сообщения, что воздействие слабых (магнитная индукция порядка 10-2 мТл) низкочастотных (от 10 до 100 Гц) магнитных полей вызывает изменения сократимости препаратов папилярной мышцы кролика [80], а также уменьшение потенциала реверсии натриевого трансмембранного тока клеток предсердия лягушки [79]. Эти результаты указывают на изменения внутриклеточных концентраций
Са и Na , что авторы [63] связывают с действием низкочастотного магнитного поля на работу систем клеточного транспорта ионов. Так же в этой работе приводятся данные о действии низкочастотных магнитных полей на более сложно организованную систему - изолированное предсердие лягушки Rana ridibundu. В качестве естественного показателя функционального состояния предсердия рассматривалась стабильность ритма его собственных сокращений. Результаты экспериментов показали, что при использовании магнитного поля с индукцией В =1,5x10"" мТл на частотах от 10 до 40 Гц наблюдается заметное, по сравнению с контролем, увеличение вероятности нарушения собственного ритма сердца. Причем наиболее характерным нарушением является выпадение отдельных сокращений. При более длительном воздействии возникает режим квазипериодической "пачковой" активности. Наиболее часто нарушения происходят при воздействии поля с частотой 40 Гц.
Методика исследования воздействия электромагнитного поля на всхожесть семян подсолнечника и пшеницы
В исследованиях использовали семена подсолнечника сорта Бузулук, семена пшеницы сорта Краснодарская 99, предоставленные ОАО «Агропрогресс». В качестве измеряемых параметров использовали энергию прорастания и всхожесть семян, кроме того, для подсолнечника - измерение длины ростков и гипо-котилей. Отбор образцов осуществляли согласно ГОСТ 12036-85 [41], выбирали семена, у которых отсутствовали механические повреждения, а размеры семян лежали в пределах 1,4 - 1,6 см. Отбраковывали семена, обладающие аномальной окраской, покрытые плесенью, с поврежденными семядолями, семена без зародыша, проросшие семена.
Определение энергии прорастания и всхожести семян подсолнечника и семян пшеницы производили по ГОСТ 12038-84 [42]. Данный стандарт распространяется на семена сельскохозяйственных культур за исключением сахарной свеклы, цветочных культур и хлопчатника. Для экспериментов отбирали две пробы по 50 семян в каждом опыте.
Семена подсолнечника проращивали в рулонах. При этом лист бумаги размером 40x50 см (±2 см) складывали вдвое по ширине и увлажняли. На одной из половин листа семена раскладывали на расстоянии 2-2,5 см от верхнего края листа и на расстоянии 6 - 6,5 см от нижнего края. Семена размещали в четыре ряда в шахматном порядке. Затем пробу накрывали второй половиной листа, лист сворачивали в рулон и помещали вертикально в сосуд с крышкой. При этом оставляли небольшое отверстие для вентиляции. Емкости с семенами помещали в термостат и содержали при постоянной температуре 25 С (±2 С), с постоянной вентиляцией. Энергию прорастания семян подсолнечника определяли на 3 сутки, а всхожесть на 5 сутки.
Семена пшеницы проращивали в чашках Петри. Семена раскладывали на двух слоях увлажненной фильтровальной бумаги. Во всех опытах для увлажнения бумаги использовалась магнитообработанная вода, для контроля - дистиллированная вода. Емкости с семенами помещали в термостат и содержали при постоянной температуре 25 С (±2 С), с постоянной вентиляцией. Каждый день крышки чашек Петри приподнимали для вентиляции. Энергию прорастания семян пшеницы определяли на 3 сутки, а всхожесть на 7 сутки.
При этом день закладки семян на проращивание и день подсчета энергии прорастания или всхожести считаются за одни сутки. При учете энергии прорастания подсчитывали только нормально проросшие и загнившие семена, а при учете всхожести отдельно подсчитывали нормально проросшие, набухшее, твердые, загнившие и ненормально проросшие семена. К числу нормально проросших семян относили семена, имеющие хорошо развитые и имеющие здоровый вид корешки размером более длины семени и сформировавшийся росток, а также семена с небольшими поверхностными повреждениями органов проростков, которые не затрагивали проводящие ткани. При этом у семян подсолнечника семядоли должны легко освобождаться от плодовой и семенной оболочек. К не проросшим семенам относили набухшие семена, которые к моменту учета всхожести не проросли, но имели здоровый вид, а также твердые семена, которые к установленному сроку не набухли и не изменили внешнего вида. Загнившие семена и семена с сильно поврежденными проростками относили к невсхожим.
Помимо состояния семян при определении энергии прорастания и всхожести для подсолнечника учитывали изменение длины ростков и гипокотилей на стадии всхожести. Полученные данные о длине каждого ростка и корешка складывали и делили на количество ростков (находили среднее арифметическое). Методика описана в [90]. Достоверность полученных результатов проверяли с помощью оценки существенности разности выборочных средних по t-критерию для надежности 95%. Результат считался достоверным, если tnpaK t p [48]. Всхожесть и энергию прорастания семян вычисляли в процентах. При этом за результирующее значение принимали среднее арифметическое значение, полученное после определения исследуемых параметров в каждой опытной партии. Среднее арифметическое значение числа проросших, не проросших и невсхожих семян вычисляли до десятых долей процента, а затем результат округляли до целого числа.
Влияние ЭМП КНЧ диапазона на всхожесть семян пшеницы и подсолнечника
Повышение урожайности сельскохозяйственных культур и улучшение качества продукции, является одной из актуальных проблем сельского хозяйства. В настоящее время перспективными являются исследования воздействия ЭМП КНЧ на сельскохозяйственные культуры с целью повышения урожайности и улучшения качества продукции. В Краснодарском крае одними из наиболее широко выращиваемых культур являются пшеница и подсолнечник. Поэтому нами были проведены исследования воздействия ЭМП КНЧ именно на эти культуры.
Обработка семян ЭМП КНЧ производилась с помощью установки, описанной во второй главе, и изображенной на рисунке 2.1. Определение резонансных частот для обработки семян осуществлялось по методике измерения емкостной составляющей полного сопротивления экстракционного раствора под воздействием ЭМП КНЧ, также описанной в главе 2. Пики максимумов соответствуют стимулирующей частоте. Для семян подсолнечника сорта Бузулук результаты исследования резонансных частот представлены на рисунке 3.1.
Как видно из рис. 3.1, при предпосевной обработке семян подсолнечника сорта Бузулук в стимулирующем режиме, могут использоваться частоты 16, 17, 18, 19, 22 и 32 Гц.
Из проведенных ранее исследований по воздействию ЭМП КНЧ на биологические объекты было установлено, что для семян подсолнечника существуют как зоны оптимума, так и зоны пессимума по напряженности поля. Нами проводились исследования при напряженности поля Н=іЗОА/м, находящейся в зоне оптимума.
Результаты обработки семян подсолнечника сорта Бузулук ЭМП КНЧ представлены на рис. 3.2.
Анализ представленных данных показывает, что наибольший эффект на энергию прорастания семян подсолнечника наблюдается при частоте г=16 Гц. При этом опытное значение превосходло контроль на 20 %, максимальная ошибка не превышала ±6 %, (при надежности Р=0,95). Наряду с исследованием энергии прорастания нами оценивалась всхожесть семян (рис. - Зависимость всхожести семян подсолнечника сорта Бузулук от частоты ЭМП КНЧ (t=20 минут, Н= 130 А/м)
Как видно из данных, представленных на рис. 3.3, максимальная всхожесть семян подсолнечника наблюдается при обработке их ЭМП той же частоты, что и при определении максимума энергии прорастания, то есть с частотой 16 Гц. При воздействии ЭМП с этой частотой всхожесть опытных образцов превысила контроль также на 20 %. Таким образом, экспериментально определено, что наиболее подходящим режимом воздействия ЭМП КНЧ на семена подсолнечника сорта Бузулук является f = 16 Гц, при напряженности магнитного поля Н=130 А/м, и времени воздействия t = 20 минут. При данных условиях наблюдается максимальная по сравнению с контролем всхожесть и энергия прорастания семян, а также отсутствие на семенах плесневой микрофлоры.
Однако как показали результаты лабораторных опытов - при исследовании влияния эффективности воздействия ЭМП КНЧ на начальные стадии прораста ния семян не всегда достаточно измерение таких параметров, как энергия прорастания и всхожесть семян. Достаточно часто при обработке семян ЭМП КНЧ наблюдаются одинаковые значения данных параметров при обработке семян разными частотами, тогда как длина ростков и корешков (гипокотилей) семян значительно варьируют в зависимости от частоты ЭМП, при которой происходит обработка. Поэтому нами были проведены измерения длины ростков и корешков семян и статистическая обработка полученных данных при помощи оценки разности выборочных средних по t-критерию для надежности 95%.
Разработка устройства для обработки воды пространственно периодическим магнитным полем
В практическом применении систем омагничивания воды используется как постоянное так и переменное магнитное поле. Известно, что применение переменного магнитного поля может быть значительно эффективнее вследствие резонансного характера воздействия переменного ЭМП на биологические объекты. Основные закономерности магнитобиологических эффектов, наблюдаемых в широком круге растительных биосистем, распространяются и на человека. Поэтому возникают существенные ограничения применения переменного магнитного поля в технике и сельском хозяйстве, обусловленные электромагнитной безопасностью.
Нами предложен оригинальный метод обработки воды, сочетающий высокую эффективность переменного магнитного поля для омагничивания водных систем и низкий уровень опасности постоянного магнитного поля. Метод основан на движении водного потока в пространственно периодическом, но постоянном во времени магнитном поле.
Существует несколько способов создания пространственно периодического магнитного поля. Один из них предполагает использование двух рядов постоянных магнитов с чередующейся ориентацией полюсов. Поток воды, протекая с фиксированной скоростью прямолинейно между этими рядами, подвергается облучению переменным (зависящим от скорости) магнитным полем. В другом способе поток воды протекает по спиралевидной траектории вокруг одного длинного магнита с четырьмя полюсами, расположенными вдоль оси. Получены соотношения, связывающие геометрические параметры магнитных систем и величин расхода воды с эквивалентными частотами переменного магнитного поля необходимых для достижения магнитобиологических эффектов.
Простейшим случаем пространственно периодического магнитного поля является синусоидальное магнитное поле:
Такое поле в хорошем приближении реализуется на оси системы, составленной из последовательности магнитных полюсов чередующейся полярности (рис. 4.1), если зазор между полюсами, обращенными друг к другу, сравним или больше периода V
Более простая система, создающая пространственно периодическое магнитное поле, представляет собой два ряда постоянных магнитов, полюса которых ориентированны как показано на рис. 4.2. Для нахождения зависимости напряженности пространственно периодического магнитного поля от координаты был использован пакет математических программ MATLAB. Для упрощения задачи постоянные магниты заменены квадратными рамками с током (рис. 4.3). Направление тока чередуется от рамки к рамке. Расстояние между рядами рамок равно Хо/2. Напряженность магнитного поля находили по закону Био-Савара-Лапласа.Как видно из рис. 4.4, зависимость напряженности пространственно периодического поля от координаты упрощенной системы магнитов очень близка к синусоидальной, что предполагает возможность ее практического применения.
При равномерном движении точечного объема воды вдоль оси х координата этого объема изменяется по закону х =vt, где v — скорость движения точки. Изменение напряженности МП для этой точки во времени происходит по закону изменения напряженности поля в пространстве:
Таким образом, на движущуюся точку воздействует переменное магнитное поле, частота которого,/ равна количеству длин волн XQ пространственно периодического поля, проходимых точкой в единицу времени:
Для экспериментальной проверки метода обработки воды пространственно периодическим магнитным полем разработан малогабаритный макет устройства (рис. 4.5). — резервуар с водой; 2 — регулируемый источник питания; 3 — компрессор; 4 — система постоянных магнитов, создающая пространственно периодическое магнитном поле; 5 — трубка из немагнитного материала; 6 — резервуар для приема обработанной воды
Рисунок 4.5 - Блок-схема макета устройства для обработки воды пространственно периодическим магнитным полем
В устройстве использовано 20 пар постоянных магнитов шириной 0,5 см, расположенных на расстоянии 0,5 см (на рисунке показано только 8 пар). Период Хо пространственно периодического поля равен 2 см. Расстояние между рядами магнитов 3 см. Внутренний диаметр d трубки из немагнитного материала равен 0,25 см.
Для нахождения частоты/переменного магнитного поля воздействующего на локальный объем жидкости, выразим ее линейную скорость жидкости в трубке через расход жидкости Vo:
где S — площадь сечения трубки.
Подставляя (4.4) в (4.3) и учитывая, что S = %d /4, получим /=4У0/(т?%о). (4.5)
Отсюда можно найти расход жидкости, необходимый для получения заданной частоты магнитного поля.
V0= 4кс? X/. (4.6)
Для примера вычислим расход жидкости, необходимый для получения оптимальной для обработки семян подсолнечника частоты То равной 16 Гц. При Аф = 2 см, d= 0,25 см получим Vo 25,12 см3/с.
Поскольку расход жидкости определяется производительностью компрессора и его напряжением электропитания, то, зная зависимость расхода жидкости от этого напряжения электропитания, можно проградуировать шкалу регулятора напряжения электропитания в единицах частоты.
Использованный нами в макете устройства для обработки воды компрес-сор имеет производительность 4 см .В/с.
Был разработан иной вариант макета устройства для магнитной обработки воды, в котором для создания пространственно периодического магнитного поля, применен один длинный четырехполюсныи постоянный магнит цилиндрической формы с намотанной на него спиралевидной трубкой (рисунок 4.6). Диаметр магнита составляет 1 см.
