Обоснование технологических режимов и параметров устройства для лазерного предпосевного облучения семян овощных культур : диссертация

Abstract

RU: Работа посвящена решению задачи повышения эффективности предпосевного импульсного лазерного облучения семян овощных культур. Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследований, сформулированы цель и задачи исследований. В первом разделе работы произведен сравнительный анализ основных способов предпосевной стимуляции семян, приведен краткий обзор задействованных при этом биологических механизмов и используемых технических средств. На основе сравнительного анализа различных способов предпосевной стимуляции семян установлено, что одним из наиболее эффективных и пригодных для применения в условиях небольших хозяйств способов предпосевной стимуляции семян овощных культур является лазерное облучение. Установлено, что, несмотря на всю сложность задействованных в процессе светового воздействия на прорастание семян механизмов, ведущая роль в этом явлении принадлежит фитохромной системе семян, что и определяет преимущественное использование для световой стимуляции всхожести семян красного света с длиной волны 630-680 нм. При анализе предложенной автором модели воздействия светового излучения на прорастание семян через его действие на фитохромную систему, который приведен во втором разделе работы, выяснено, что наиболее эффективным (с точки зрения стимуляции механизмов прорастания) является импульсное лазерное облучение, при котором может быть достигнут стимулирующий эффект, который будет в принципе недостижимым при непрерывном облучении. Этот анализ позволил установить основные соотношения между искомыми параметрами режимов облучения, что дало возможность для эффективного экспериментального поиска оптимальных режимов облучения, который производился в третьем разделе работы. При выполнении экспериментальных исследований, проводившихся на экспериментальной лазерной установке при использовании методов активного эксперимента, сначала при проведении отсеивающего эксперимента были отделены наиболее существенные факторы, влияющие на эффективность предпосевного импульсного лазерного облучения семян и являющиеся одновременно параметрами режимов такого облучения. Затем методом активного эксперимента с использованием рототабельного центрального композиционного плана определены зависимости посевных качеств семян после облучения от числа импульсов, плотности падающей энергии и периода между импульсами для ряда сортов овощных культур (огурцов, томатов, перца и баклажан) с различными исходными посевными качествами в виде уравнений регрессии. При анализе полученных зависимостей в виде уравнений регрессии было установлено, что для всех исследованных сортов овощных культур наиболее целесообразным является принятие режимов предпосевного облучения семян, при которых обеспечивается плотность энергии около 6,7 мВт/см2, период следования импульсов около 250 мс, при изменении числа импульсов в зависимости от вида и сорта культуры для облучаемых семян вне зависимости от их исходных посевных качеств семян. Эти значения режимов облучения следует использовать при создании соответствующих установок для предпосевного облучения семян. Однако следует учесть, что резервы повышения всхожести семян при применении импульсного лазерного предпосевного облучения имеют свои ограничения в виде повышения посевных качеств семян на один класс. Предпосевная обработка семян является наиболее необходимой для тепличных хозяйств, относительно небольших фермерских хозяйств, а потребность в предпосевном облучении семян существует в основном в относительно небольшой промежуток времени, поэтому устройства для осуществления найденных режимов облучения целесообразно выполнять в виде приставок к выпускаемым промышленно стационарным лазерным установкам. В четвертом разделе предложена конструкция такой приставке на основе применения шагового двигателя и импульсной системы управления, проведен анализ технической устойчивости разработанной системы и устойчивости импульсной системы управления по критерию Шур-Кона. Производственные испытания разработанной приставки подтвердили ее эффективность для улучшения посевных качеств семян при повышении урожайности полученных растений на 6-9%, что позволяет рекомендовать снижение норм высева обработанных семян на 4-8%. Экономические расчеты подтвердили целесообразность использования разработанной приставки. Использование приставки позволяет обработать до 10 кг семян огурцов и до 5 кг томатов за неделю, при этом срок окупаемости составит соответственно 1,06 и 0,32 года.

/// EN: The work is devoted to the decision of a task to increase of the efficiency of the pulse laser irradiation of vegetable culture seeds before sowing. The comparative analysis of the basic seed stimulation ways is made, the brief review of the involved biological mechanisms and used technical means is given. It is established that laser irradiation is the most effective for application in conditions of small facilities. The analysis of the model of the influence of laser radiation on the seed germination offered by the author has shown the pulse laser irradiation is the most effective and it has allowed to establish the basic ratios between parameters of an irradiation modes. During the performance of researches which are carried out with use of active experiment methods under the rotatable central composite plan, the dependences of seed sowing qualities after an irradiation are determined from number of pulses, density of falling energy and period between pulses for a number of sorts of vegetable cultures as the regress equations. It was established, that it is possible to apply to all investigated sorts of vegetable cultures a laser seed irradiation with density of energy about 6,7 mWt/sm2, period between pulses about 250 ms with change of number of the pulses depending on the sort and kind of culture. The design of the additional unite for seed irradiation to a stationary industrial laser installation was offered. The industrial tests of the found modes and unite have confirmed their efficiency.