РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПО ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН ЭСПАРЦЕТЫ ЭНЕРГИЕЙ СВЧ И УЛЬТРАЗВУКОМ. егоров_диплом_ГОТОВЫЙ. Зав кафедрой к т. н, доцент А. В. Бастрон 2010 г бакалаврская работа разработка технологической линии по предпосевной обработке семян эспарцеты энергией свч и ультразвуком 01. И 10. 26. Пз
 Скачать 2.61 Mb.
|
|
2 Современное состояние проблемы предпосевной обработки и обеззараживания семян Семена – объект высокочастотной обработки Знание свойств и реакции эспарцета и козлятника как объекта высокочастотной обработки на электрофизические воздействия помогает выявить условия, при которых будет получен наиболее высокий урожай с заранее планируемым качеством продукции. Химические способы протравливания семян бобовых культур В зависимости от форм препаратов и их свойств, состава, назначение обрабатываемой культуры, состояние семян, вида потогена применяют следующие способы протравливания семян: 1 Сухое протравливание. Заключается в равномерном нанесении на поверхность семян сухих порошкообразных препаратов. Достоинство способа – простота осуществления. Недостатки – низкая эффективность уничтожения инфекций из-за плохого контакта препарата с поверхностью семян, плохая удерживаемость (40 – 70 % препарата осыпается во время погрузочно-разгрузочных, транспортных и посевных работ), неблагоприятные санитарно-гигиенические условия труда исполнителей и загрязнений окружающей среды. Сухое протравливание допускается лишь в исключительных случаях (повышенная влажность семян) по специальному разрешению местных санэпидемстанций. 2 Полусухое протравливание. Заключается в нанесении на поверхность семян водных суспензий или растворов пестицидов из расчета 20 – 50 л/т с последующей выдержкой их закрытыми в течение 3 – 4 часов (так называемое томление). Достоинства способа – высокая эффективность уничтожения инфекций. Недостатки – повышение влажности семян, значительная трудоемкость и низкая производительность. 3 Мокрое протравливание. Заключается в обильном (до 10 л/т) увлажнении или замачивании семян в жидком (раствор, суспензия, эмульсия) препарате с последующим томлением в течение 2 часов. Достоинство способа – высокая эффективность уничтожения инфекций. Недостатки – необходимость последующей сушки, высокая трудоемкость и низкая производительность. 4 Протравливание с увлажнением. Заключается в нанесении на поверхность семян суспензий, растворов, порошковидных препаратов с одновременным или последующим смачиванием жидкостью из расчета 5 – 15 л/т. Достоинство способа – экономное использование препарата за счет хорошего дозирования жидкости, удовлетворительное качество обработки, возможность нанесения одновременно: пестицидов, микро- и макроудобрений, небольшое увлажнение семян, и отсутствие необходимости в последующей сушке, удовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда исполнителей. Недостатки – относительная сложность выполнения процесса, снижение удерживаемости препарата на поверхности семян по мере его высыхания. При протравливании с увлажнением или приготовлении суспензий пестицидов препарат смешивают с водой, и для лучшего его удержания на поверхности семян применяют прилипатели. В качестве прилипательных добавок можно использовать следующие средства: концентрат сульфидно-спиртовой барды (ССБ) жидкой марки КБЖ с нормальной степенью вязкости. Однако их применение не исключает потерь пестицида при обработке семян, погрузочно-разгрузочных, транспортных и посевных работах. Инкрустация и гидрофобизация при химическом протравливании Наиболее эффективный способ снижения потерь пестицидов – нанесение пестицидов в пленкообразующих составах, так называемая инкрустация и фобизация семян. В качестве пленкообразователей можно использовать 5 %-ый раствор (водный) поливинилового спирта, 2 – 2,5 %-ый водный раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (для инкрустации) и раствор полистирола (для гидрофобизации) с нормой расхода 0,2 – 0,25 кг на 10 л воды. Для инкрустации семян на основе указанных пленкообразователей готовят рабочую жидкость из раствора полимера и пестицида следующим образом: смесительную емкость на 1/5 или 1/3 заданного объема заполняют водой с температурой не более 30 0С, в которую непрерывно вносят при постоянном перемешивании заранее рассчитанное и отмеренное количество полимера. Для гидрофобизации семян в хлороформе растворяют полистирол и одновременно вводят необходимый протравитель. Обработка таким составом обеспечивает получение на поверхности семян гидрофобной полистирольной пленки с включенным в нее пестицидом. Разрабатываются жидкие формы протравителей, имеющие ряд преимуществ перед порошковидным при обработке, однако они эффективны в основном для уничтожения семенной инфекции и могут быть рекомендованы для применения в зонах с оптимальными условиями периода сева – всходов, если нет опасности эпифитотивного развития кормовых гнилей. Протравливать семена и посадочный материал можно заблаговременно (за 8 месяцев – 15 дней), а также перед посевом (за 1 день). Протравливать семена следует в рекомендуемые сроки, которые в первую очередь определяются видом патогена, выбором протравителя и состоянием семян. Все протравители на основе ТМТД и ТХФМ, поликарбации и хлорорганические препараты могут применяться как заблаговременно, так и перед посевом. Ртутьсодержащий препарат гранозал для протравливания бобовых культур (особенно пленчатых) целесообразно применять заблаговременно, так как с течением времени повышается его фунгицидная активность за счет газовой фазы. Заблаговременное протравливание особенно эффективно для борьбы с труднодоступными патогенами, такими, как пыльная головня. Системные препараты (витовалс, фундозол) эффективнее применять перед посевом, хотя при необходимости ими можно обрабатывать семена и заблаговременно. 2.1 Литературный обзор существующих способов обработки семян Важное место в комплексе мероприятий, направленных на получение высоких урожаев принадлежит подготовке семян к посеву. Необходимо широко использовать в производстве методы воздействия на семена, ускоряющие рост, развитие и созревание бобовых культур. Очень важно в начальный период жизни растении активизировать процессы обмена веществ, что в дальнейшем будет способствовать повышению их продуктивности. Известно, что для выращивания высоких и устойчивых урожаев с хорошим качеством продукции очень важно получить своевременные дружные всходы оптимальной густоты. Для этого устанавливают норму высева, ограничивают качество посевного материала соответствующей кондицией. По данным государственных сортоиспытательных участков, из-за низкой полевой всхожести пропадает четверть, а иногда и половина семян. Условия прорастания в Восточной Сибири отличаются ослабленным действием физических факторов жизни растений, что приводит к смещению физиологических и биохимических процессов и задержке развития семян. В масштабах страны даже незначительное снижение полевой всхожести семян ведет к большим потерям, что требует увеличения нормы высева. Именно поэтому предпосевной обработке семян с целью улучшения их качества и повышения урожайности наука и производство уделяет большое внимание. Разрабатываются и используются различные методы и приемы повышения всхожести и урожайности: агротехнические, биологические, биофизические, химические, электрофизические и т.д. В системе мероприятий по подготовке семян к посеву в первую очередь следует подчеркнуть значение химического метода. Сущность его заключается в использовании различных химических, большей частью ядовитых веществ. Этот метод отличается большой эффективностью, универсальностью, высокой производительностью при относительно небольших затратах труда. Но некоторые ядохимикаты, уничтожая одних вредителей, содействуют развитию других, более опасных. Кроме того, ядохимикаты губительно влияют на живую материю почвы, в отдельных случаях снижают ее плодородие. Организмы животных и людей также беззащитны против отравляющих веществ. Поэтому сейчас усилия многих ученых нашей страны направлены на изыскание новых методов предпосевной обработки семян. В отношении предпосевной обработки и защиты растений особо перспективным является применение биофизических воздействий. Успехи современной биофизики и возрастающее ее значение в биологии дает основание предвидеть исключительную роль этой науки при разрешении кардинальных задач. Технический прогресс в области создания мощных источников энергии (тепловой, световой, атомной и т.д.) обуславливает возможность искусственного регулирования жизненно важных процессов в целях развития полезных организмов и подавления вредных. Поэтому весьма перспективными являются методы, основанные на использовании различных источников энергии, радиоактивных излучений, высокочастотной энергии и т.д. Рассмотрим некоторые электрофизические методы воздействия на семена. При воздушно-тепловом обогреве семена пшеницы повышают всхожесть на 7 – 8 %. Основной причиной, тормозящей широкое внедрение этого метода в практику сельскохозяйственного производства являются низкий уровень механизации, отсутствие площадок, погодные условия. Предпосевное прогревание семян в воде пробуждает зародыш, расширяет поры зерна, промывают от пыли. В связи с этим активизируется дыхание и усиливается ферментная деятельность в семени. Предпосевное прогревание семян в воде приводит к повышению всхожести, ускорению созревания и увеличению урожая. Но, не смотря на то, что метод известен давно, он не нашел широкого применения, т.к. посев не подсушенными семенами приводит к изреженным всходам. Большой интерес представляет использование электрической энергии. В настоящее время выявлено, что для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур могут быть использованы различные участки спектра электромагнитных колебаний, ионизирующие ультрафиолетовые и концентрирующие солнечные лучи. Предпосевная обработка семян сельскохозяйственных культур ультразвуком представляет собой значительный интерес, так как ультразвук сильнодействующий фактор, вызывающий различные изменения в семенах растений. Исследования многих авторов показали, что под влиянием ультразвуковых колебаний в семени идет гидролитическое расщепление органических соединений в более простые, которые необходимы для жизнедеятельности пробуждающегося зародыша. Повышенная жизнедеятельность семян, обработанных инфракрасными лучами, и последующая прибавка урожая обуславливается активизацией окислительно-восстановительных ферментов зерна. Происходит хотя и кратковременное, но значительное по величине температурное возбуждение зародыша всего эндосперма семян. Тормозящими факторами внедрения этого метода в практику является то, что наша промышленность еще не выпускает эффективной производительной установки для облучения семян инфракрасными лучами. Обработка семян ультрафиолетовыми лучами является одним из мощных факторов воздействия: на семена сельскохозяйственных культур для улучшения посевных качеств, ускорения роста, увеличения урожайности и уничтожение вредной микрофлоры, находящейся на плодовых и семенных оболочках. Ультрафиолетовые лучи оказывают воздействие на ядро и плазму клетки, вызывают фотохимические реакции. Внедрение в практику сельскохозяйственного производства метода задерживается в связи с противоречивыми сведениями об его эффективности. Многие исследователи уделяли большое внимание предпосевной обработке семян ионизирующими излучениями в растворах радиоактивных изотопов α и β лучами. Обработка семян этими методами оказывает положительное влияние на урожайность и на биохимический состав таких культур, как дыни, редис, огурцы, капуста. Несмотря на то, что от воздействия есть положительный эффект, внедрение в производство еще задерживается. Главным препятствием методов обработки семян ионизирующими облучениями является то, что недостаточно изучен механизм действия стимулирующих доз облучения. Для увеличения активности процессов, зависящих от величины солнечной энергии, семена и растения облучают концентрированным солнечным светом, в результате чего увеличивается приток солнечной энергии к растению, поэтому, во избежание перегрева биологической системы, облучение производят прерывисто импульсно. Установлено, что предпосевная обработка семян оказывает благоприятное воздействие на посевные и продуктивные качества семян. Наиболее полное исследование воздействия электрических полей на семена проведено в проблемной лаборатории электронно-ионной технологии ЧИМЭСХа. Оказалось, что пребывание семян в коронизирующем поле элек-трозерноочистительной машины напряжением 2 – 3 кВт в течение 2 с. повышает их выживаемость и устойчивость. Изучая стимулирующее влияние полей постоянного тока коронного разряда, выявили физико-биохимические изменения в семенах и проростках: увеличивалась водопоглотительная способность и интенсивность дыхания проросших семян, повысилась продуктивность фотосинтеза и урожай зерновых культур до 20 %. Применение электрического поля постоянного тока высокого напряжения позволяет создать и использовать высокопроизводительные устройства для обработки зерновых и овощных культур перед посевом при минимальной затрате средств и труда, дает возможность механизировать данный процесс. Но биологическая природа явления стимуляции или угнетения, получающегося в результате обработки электрическим полем, пока что недостаточно изучена. К сожалению, использование вышеперечисленных методов обработки семян не дает устойчивого эффекта обеззараживания семян и не может конкурировать с химическим способом. Таким образом, назрела необходимость изыскать новые физические методы предпосевной обработки с целью обеззараживания семян и исключения использования ядохимикатов на этом этапе. В этом плане очень интересны теоретические разработки, а также исследования процессов воздействия электромагнитного поля высокой частоты на семена зерновых и некоторых овощных культур (огурца, томатов) базируется на трудах Вологодина В.Н., Книппер Н.В., Евреинова М.Г., Фогеля А.А., Губкина А.Н., Донского А.В., Кудина А.Н., Максимова Г.А. Первые научные публикации по высокочастотному нагреву продуктов появились в 30-х годах Примерно в эти же годы проводились исследования по дезинсекции зерна токами высокой частоты в СССР. С 1930 года эта работа проводилась в электробиологической лаборатории Евреинова М.Г. (ВИЭСХ). Книппером Н.В. проведены обширные исследования по изучению электрофизических характеристик и процессов высокочастотной сушки. По зарубежным и отечественным публикациям известно, что установки диэлектрического нагрева используют для тепловой, непроводящих ток материалов, сушки и дезинфекции зерна, семян овощных, трав, фруктов и т.д. В 40-е годы Тарутиным Н.П. были успешно проведены исследования по применению токов сверхвысокой частоты для сушки зерна и уничтожения зерновых вредителей. В 1950 году лаборатория высокочастотной электротермии АН СССР и институты промышленного применения токов высокой частоты проводили работы по применению УКВ-сантиметрового диапазона для промышленного нагрева различных материалов. При этом установлено, что семена пшеницы, облученные электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ). значительно увеличивают энергию прорастания, всхожесть и урожай. С 1970 года в целях сушки и предпосевной обработки лука севка и пшеницы проводились в ЧИМЭСХе. В настоящее время накоплен обширный экспериментальный материал, подтверждающий наличие эффекта стимуляции и обеззараживания при предпосевной обработке семян физическими методами: возрастает энергия прорастания, всхожесть обработанных семян, ускоряется рост и развитие опытных растений, сокращается вегетационный период, увеличивается урожай и улучшается его качество. Применение предпосевной обработки семян бобовых культур в ЭМП СВЧ обосновывается соответствующим оптимальным режимом воздействия. Режимы, пригодные для одних культур, часто не пригодны для других. Большое значение выбора режима имеет правильное использование переноса влаги и тепла. Перенос влаги происходит под действием перепада температуры (термическая диффузия), перепада влагосодержания (изотермическая диффузия), перепада общего давления (конвективная диффузия). Градиенты влагосодержания и температуры при выборе соответствующего метода могут иметь одинаковое и противоположное направления. В первом случае они усиливают движение влаги, а во втором – один градиент тормозит действие другого. Только разумное использование этих основных положений теории переноса улучшит качество обрабатываемого материала. В основе нагрева в ЭМП СВЧ лежит принцип генерирования тепла в каждой элементарной частице материала, находящегося в поле. Отсюда вытекает особенность этого метода, заключающаяся в следующем: поскольку при сверхвысокочастотном нагреве за счет влагосодержания температура в центре образца материала больше, чем на его поверхности, то термодиффузия влаги направлена от центра к поверхности тела. Перенос влаги происходит больше во всем объеме сухих семян, чем на поверхности, так как температура центральных слоев значительно выше температуры поверхностных слоев. Вследствие этого возникает градиент общего давления, который является основной движущей силой переноса влаги на разных стадиях развития. Преимущество сверхвысокочастотного нагрева семян заключается и в сокращении технологического цикла за счет значительной концентрации энергии при обработке, по сравнению с воздушно-тепловым обогревом, в возможности конвейеризации процесса, экономии производительных площадей и, самое главное, в повышении санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала, по сравнению с химическим методом обработки. Исходя из этого нами были тщательно проанализированы свойства, паразитных бактерий, приводящих к болезням семян и гибели растений. На первом этапе решения этой сложной проблемы определили способ обработки семян, который позволяет полностью устранять грибную инфекцию и уничтожать споры твердой головни. Этот способ заключается в обработке предварительно увлажненных в течение 3 – 15 минут семян в электромагнитном поле сверхвысокой частоты на частотах 106 - 1010 Гц. Для увлажнения 1 т зерна использовали 20 – 30 кг воды температурой 10 – 20 0С. При предварительном увлажнении (20 – 30 кг воды на 1 т семян) поверхность зерен хорошо смачивается. Поскольку споры грибов и твердой головни обладают большой влагопоглотительной способностью, они впитывают воду в десятки раз быстрее, чем зерно. Через 3 – 15 мин сухие споры набухают, влажность их достигает 80 – 90 %. Семена же за этот промежуток не успевают увлажняться и остаются сухими. При помещении таких семян в поле сверхвысокой частоты основная часть энергии поглощается спорами и они интенсивно нагреваются. При этом споры гибнут, а температура семян повышается незначительно, кроме того, в данном случае благодаря прогреву семян стимулируются рост и развитие растений. Из вышеизложенного следует, что ЭМП СВЧ в определенных режимах оказывает положительное воздействие на семена в улучшении их посевных и урожайных качеств и позволяет заменить ядохимикаты на предпосевной обработке семян бобовых культур. 2.2 Сущность метода высокочастотного и сверхвысокочастотного нагрева увлажненного зерна При воздействии электромагнитного поля высокой частоты на объект, в нем, за счет явления диэлектрической поляризации, идет процесс со значительным выделением тепла, которое и оказывает стимулирующее действие на семена в процессе их обработки. Увлажнение семян не более чем на 1,0-1,5% способствует усилению уровней селективного поглощения влаги собственно семенами и присутствующими внутри их паразитирующими микроорганизмами, которые при поступлении влаги по капиллярам внутрь семени, обладая большей влагопоглотительной способностью, поглощают её в десятки раз быстрее, чем внутриклеточные структуры зурна. При этом они набухают, их влажность достигает 80-90%, тогда как содержание влаги в зерне не увеличивается, а остается на прежнем уровне. При электромагнитной обработке таких семян происходит избирательный нагрев увлажненных микроорганизмов, так как из-за высокой скорости нагрева температура любого биообъекта, независимо от его величины, растет пропорционально проценту его влажности. Согласно основной идее обеззараживания семян энергией ВЧ и СВЧ полей, используя их увлажнение, происходит разделение свойств семян и паразитирующих фитопатогенов. Быстрота ввода энергии во всю толщу обрабатываемого объекта, легкость регулирования процесса, высокая биологическая эффективность обработки делают метод перспективным и в этом направлении. Проверка эффективности технологических режимов обеззараживания семян, проведенная в ВИЗРе, СибНИИРСе, Красноярском НИИСХе показала, что метод борьбы с возбудителями семенной инфекции грибной, бактериальной и, что особенно важно, вирусной этиологии на различных сельскохозяйственных культурах высокоэффективен. Например, при предпосевной ВЧ обработки семян пшеницы результаты испытаний показали, что увеличение урожайности достигло 23 % при полном оздоровлении семян от фузариозной инфекции по сравнению с контролем (необработанным) и стандартом (обработанным фунгицидами). Приобработки семян ячменя снижение зараженности их гельминтоспориозной инфекцией в три раза по сравнению с контролем. При высокочастотной обработке семян перед посевом необходимо учесть рекомендации С.Д. Птицина, выражающие аналитическую зависимость предельно допустимой температуры нагрева от влажности семян и времени пребывания его в нагретом состоянии. Таблица 2.1 – Зависимость предельно допустимой температуры нагрева от влажности семян и времени пребывания его в нагретом состоянии
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||