Автор: Стрельников Александр Юрьевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №6 (17) июнь 2010 г.

Статья просмотрена: 201 раз

Библиографическое описание:

Стрельников А. Ю. Комбинированная технология и результаты озонообработки семян // Молодой ученый. — 2010. — №6. — С. 37-41.

К эффективным способам улучшения качества посевного материала относится воздействие на семена физическими факторами, обеспечивающими экологическую чистоту производства продукции растениеводства. К числу таких факторов относится предпосевная обработка семян озоном [1,2].

Основной механизм получения озона связан с синтезом его из кислорода или воздуха в неравновесном газовом разряде атмосферного давления [3]. Создаваемые генераторы озона – озонаторы должны отличаться простотой эксплуатации, надежностью работы, низким энергопотреблением.


I

 
Оптимизация озонообработки семян требует расширения номенклатуры создаваемых озонаторов и совершенствования технологии их применения. На рис. 1 и 2 приведены примеры ранее разработанных в СГАУ электроразрядных устройств для обработки семян [4,5].

Рис. 1. Устройство для предпосевной обработки семян: 1-источник высокого напряжения; 2-рама; 3-бункер; 4-плита – изолятор; 5-высоковольтный электрод; 6-защитный кожух; 7-лента; 8-металлизация; 9,10-барабанные шкивы; 11-опора; 12-валки; 13-заземленный электрод; sос - плотность зарядов на семенах; sком - плотность поляризационных зарядов; Eпол - напряженность поля в диэлектрике

 

Введение в конструкцию данных устройств подвижных электродов – роторов с диэлектрическим покрытием приводит к возможности применения для обработки семян барьерной короны постоянного тока [6] и однородного поверхностного разряда[7], характеризующихся широким  регулированием производительности озона в зависимости от уровня напряжения на электродах и скорости вращения ротора. Для стационарных электродов возможно применение незавершенного поверхностного разряда, возбуждаемого от высоковольтного источника знакопеременного напряжения с частотой 1-10кГц [8].

Рис. 2. Лабораторная модель установки для обработки семян в газовом разряде:              1-электроразрядный генератор с двумя парами движущихся электродов; 2-дисковый подвижный электрод-платформа для семян

Новый ряд созданных в СГАУ типов озонаторов определил задачу их апробационных испытаний. В данной работе приведены результаты применения нескольких типов созданных озонаторов для развития технологии обработки семян. Исследования были выполнены весной 2009 г. совместно с кафедрой экологии и растениеводства Самарского государственного университета (науч. сотр. Ю.В. Макарова).

 

Лабораторные опыты по обработке семян озоном

 

1. Предварительная подготовка семян к обработке

В качестве объектов модельного исследования были использованы семена растения огурца обыкновенного (сорт «Изящный») и овса посевного (сорт неизвестен). Семена огурца и овса были собраны в 2008 году. Определялось влияние озонообработки семян на их посевные показатели.

Подготовка семян к обработке состояла в ранжировании их по величине, что уже на предварительном этапе позволяло получить относительно однородный по морфологии и содержанию запасаемых питательных веществ материал, а значит, впоследствии значительно точнее оценить степень влияния озонирования на растения. В частности, в ходе первичного осмотра пакетированных семян огурца была выявлена их размерная и качественная неоднородность. Предлагаемый производителем материал был поделен на 4 категории:

1.      крупные семена (размер семени 0,90-0,95см, доля от общего количества семян 32,77%);

2.      средние семена (размер семени 0,70-0,80см, доля от общего количества семян 47,91%);

3.      мелкие семена (размер семени 0,50-0,65см, доля от общего количества семян 7,56%);

4.      брак (раздавленные и битые семена, доля от общего количества семян 11,76%).

Сходный разбор семян по фракциям был произведен в отношении овса:

1.      крупные семена (размер семени 1,50-1,70см, доля от общего количества семян 11,22%);

2.      средние семена (размер семени 1,30-1,40см, доля от общего количества семян 51,21%);

3.      мелкие семена (размер семени 0,60-1,20см, доля от общего количества семян 33,48%);

4.      брак и сор (битые и пораженные грибными инфекциями семена овса, семена других растений, сор, доля от общего количества семян 4,09%).

Для эксперимента нами были взяты семена огурца и овса средней величины (0,70-0,80см и 1,30-1,40см соответственно), как наиболее многочисленные среди представленных размерных фракций.

 

2. Комбинированная технология обработки семян озоном

 

В первой серии опытов для озонообработки применялся специально разработанный и изготовленный озоногенератор на основе незавершенного поверхностного разряда с рабочей камерой кольцевого типа. Одним из достоинств данного вида разряда является возможность формирования потока озоновоздушной смеси, что в ряде случаев исключает необходимость применения вентилятора. Кроме этого для измерения концентрации озона на выходе из рабочей камеры генераторов был разработан и создан спектрофотометрический стенд [9].

В результате проведенных измерений было показано, что озоногенератор с рабочей камеры кольцевого типа обеспечивал на выходе концентрацию озона »16,1 мг/м3 . При площади выходного сечения рабочей камеры S=6 х 10-3 м2 и характерной скорости генерируемого потока V~0,1 м/с производительность установки по озону составляла G=S×V×=34,8 мг/ч .

Согласно [1,2] величина отклика семян на озонообработку зависит от концентрации озона, времени обработки и сорта зерновой культуры. Для применявшегося там метода обработки бурта яровой пшеницы продувкой оптимальная концентрация озона находилась в диапазоне от 50 мг/м3 до 500 мг/м3. При этом было показано, что при концентрации озона 5 мг/м3 эффект воздействия на семена пшеницы практически отсутствовал.

Так как в нашем случае концентрация озона лишь незначительно превышала минимально допустимый уровень для озонообработки, то в данной работе ставилась задача поиска комбинированной технологии обработки, состоящей по крайней мере из двух способов воздействия озона на семена.

На первом этапе отобранные семена были подвергнуты воздействию озоно-воздушным потоком. Время воздействия составило 2, 4, 6, и 8 минут. В контрольном варианте семена не обрабатывались озоном.

Обработка семян производилась в созданной на основе озонатора кольцевого типа 1 экспериментальной установке (рис. 3).

Семена помещались в один слой на поверхности плоской металлической сетки, лежащей на краях полиэтиленовой тарелки 2, которая, в свою очередь, устанавливалась на подвижном диске 3 устройства 4. В процессе обработки скорость вращения диска составляла 33 об/мин. Металлическая сетка с семенами находилась на малом расстоянии (15 – 20 мм) от нижнего края корпуса кольцевой рабочей камеры озонатора для реализации процесса продувания семян генерируемым озоно-воздушным потоком. За счет вращения сетки с семенами создавались условия для однородности обработки семян в потоке с озоном.

3

 

21

 

1

 

41

 

Рис. 3. Общий вид экспериментальной установки:1-рабочая камера озоногенератора; 2-полиэтиленовая тарелка; 3-подвижный диск; 4-электропривод

За этапом сухого протравливания семян проводилась их обработка в озонированной дистиллированной воде. Время обработки воды было сходно со временем обработки семян в воздухе. Для обработки дистиллированной воды был применен озонатор роторного типа с барьерной короной постоянного тока (рис.4).

В рабочей камере озонатора высоковольтные электроды ножевого типа устанавливались на поверхности диэлектрического ротора и имели рабочий зазор с внутренней образующей цилиндрического корпуса. Разряд возбуждался от источника постоянного напряжения отрицательной полярности. Прокачка воздуха через рабочую камеру осуществлялась за счет совмещения ротора с крыльчаткой вентилятора.


Рис. 4. Схема установки для обработки дистиллированной воды озоном методом барботирования:1-вентиль; 2-ротаметр; 3-электродвигатель; 4-рабочая камера озонатора; 5-шланг полимерный; 6-стеклянная трубка; 7-крышка с центральным и боковыми отверстиями; 8-сосуд с обрабатываемой жидкостью; 9-источник высокого напряжения;               Р-разрядник с наконечником

К числу основных, непосредственно доступных для анализа на ранних стадиях развития растительных организмов показателей относятся энергия прорастания семян и их всхожесть [10]. Энергия прорастания показывает быстроту и дружность появления нормальных проростков (развивающих здоровые корни длиной не менее длины семени), а всхожесть – число нормально проросших и наклюнувшихся семян (корни имеют меньшую длину, чем длина самого семени) за срок, установленный для каждой конкретной культуры согласно ГОСТ.

Для определения энергии прорастания и всхожести на каждый вариант опыта от каждой экспериментальной культуры отбирали по 50 семян. Проращивание проводили на увлажненной фильтровальной бумаге, уложенной на дно чашек Петри. Чашки Петри устанавливали в термостат с постоянно поддерживаемой в течение всего срока эксперимента температурой 22оС. По истечении указанного срока осуществляли подсчет проросших и проросших/наклюнувшихся семян. Отметим, что согласно ГОСТ 12038-84 [11] контрольными для определения энергии прорастания у огурца являются 3-и, а всхожести –         7-е сутки. Те же показатели для овса – 4-е и 7-е сутки соответственно. Освещение для прорастающих семян не требуется. Принципиальным моментом эксперимента было проращивание семян на фильтровальной бумаге, смоченной в обработанной озоном (барботированием) дистиллированной воде. Время обработки воды было сходно со временем обработки семян и составляло 2, 4, 6, и 8 минут. Для обработки дистиллированной воды был применен озонатор роторного типа с униполярным барьерным разрядом [12].

В итоге нами была произведена оценка влияния озонирования на посевные качества семян в следующих вариантах обработки:

1.                 Контроль (семена и вода не обработаны);

2.                 2 мин. (семена и вода обработаны по 2 минуты);

3.                 4 мин. (семена и вода обработаны по 4 минуты);

4.                 6 мин. (семена и вода обработаны по 6 минуты);

5.                 8 мин. (семена и вода обработаны по 8 минуты).

 

3. Анализ результатов первой серии опытов

по обработки семян озоном

 

Полученные результаты обработки семян озоном в рассмотренной серии опытов представлены в виде диаграмм (рис.5а,б). Из рис.5а видно, что предложенный режим обработки озоном зерновок и воды для их замачивания отодвигают временные сроки прорастания  овса. Однако, сила угнетающего воздействия озона существенно снижается от наименьшего времени воздействия (2 мин.) к наибольшему (8 мин.).

                                                  а)                                                                            б)

Рис.5а,б. Влияние продолжительности озонирования на энергию прорастания и всхожесть: а – овса; б -  огурца (вариант с обработкой воды и посевного материала).

Диаграмма на рис.5б. показывает, что в отличие от овса, озонирование положительно влияет на большинство ростовых параметров огурца.

Прежде всего до 22,2% увеличивается энергия прорастания семян, и до 15,8% растет их всхожесть.

Как и для овса, 8-ми минутное воздействие фактора, как правило, благоприятнее для роста и развития растения, чем меньшая его продолжительность.

Столь кардинально выраженные различия в характере и степени воздействия озонирования на овес и огурец могут быть объяснены индивидуальными особенностями развития этих культур, а также принадлежностью к разным систематическим классам – однодольным и двудольным соответственно.

Тем не менее, выполненный этап исследований показывает перспективность разработки комбинированных технологий озонообработки семян, открывающих путь для применения озонаторов с малой концентрацией озона на выходе. При этом существенно снижается роль опасных факторов, сопутствующих мощным озоногенераторам. Также повышается доступность применения озонообработки в условиях малых частных хозяйств.

Главная положительная сторона озонообработки – снижение роли ставших традиционными химических протравителей и стимуляторов роста растений.

 

Литература:

1.       Шестерин И.В. Влияние озона и протравителей на посевные качества и оздоровление яровой пшеницы: Автореф. дисс. … к-та сельхоз. наук. Саратов: НИИСХ Юго-Востока, 2004. – 24с.

2.       Белоусов В.И. Повышение посевных, урожайных свойств семян и снижение токсичности зерна гречихи: Автореф. дисс. … к-та сельхоз. наук. Ставрополь: СтГАУ, 2005. – 22с.

3.       Филиппов Ю.В., Вобликова В.А. Пантелеев В.И. Электросинтез озона.-М.: МГУ, 1987. – 237с.

4.       А.с. № 1727603 СССР, МКИ А01С1/00. Устройство для предпосевной обработки семян / О.А. Журавлев, В.П. Шимаров. Опубл. 23.04.92., Бюл. № 15.

5.       Патент № 2034778 RU, МКИ С01 В13/11. Плазмохимический генератор роторного типа/ О.А. Журавлев.Опубл. 10.05.95., Бюл. №13.

6.       Патент № 2030046. Н01S3/0977 Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах / О.А. Журавлев. Опубл 28.02.95. Бюл. № 6.

7.       Патент № 2106049 Устройство возбуждения однородного поверхностного разряда в плотных газах/ О.А. Журавлев. Опубл 27.02.98. Бюл.№6.

8.       Шорин В.П., Журавлев О.А., Федосов А.И., Марков В.П. Процессы формирования скользящего разряда на диэлектрических подложках с потенциальным барьером.- М.: Изд. «Логос», 2000. – 152 с.

9.       Установка для измерения концентрации озона / О.А. Журавлев, Л.П. Муркин, А.В. Ивченко и др. // Тез. докладов междун. н. – т. конференции, посвященной памяти академика Н.Д. Кузнецова, Самара: СГАУ, 2001, Ч.1.-С.58-59

10.   Кавеленова, Л.М. Лабораторный практикум по курсу «Почвоведение с основами растениеводства»: Учебное пособие / Л.М. Кавеленова, О.В. Бадонова. Самара: Издательство «Самарский университет», 2000. 60с.

11.   ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. http://gostbd.ru/c_002.015.000.009-GOST-12038-84.html.

12.   Патент № 2105438 МКИ С01 В13/11. Плазмохимический генератор с самопрокачкой газа/ О.А.Журавлев, В.П. Марков. Опубл. 20.02.98. Бюл. №5.

 

 

Основные термины (генерируются автоматически): обработки семян, общего количества семян, озонообработки семян, семян озоном, обработки семян озоном, предпосевной обработки семян, временем обработки семян, энергия прорастания семян, концентрации озона, обработки дистиллированной воды, обработки семян барьерной, обработка семян озоном, технологии обработки семян, технология обработки семян, Оптимизация озонообработки семян, результаты озонообработки семян, однородности обработки семян, пакетированных семян огурца, влияние озонообработки семян, результаты обработки семян.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос