МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ В.Я. ГОРИНА
С.В. ВЕНДИН
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ СВЧ ОБРАБОТКИ СЕМЯН
Монография
Москва; Белгород
2017
Стр.1
УДК 631.171:631.53.027.3:633/635
ББК 41.44
В 29
Рецензенты:
Пастухов А.Г., профессор, доктор технических наук (Белгородский
государственный аграрный университет имени В.Я. Горина)
Нестеров М.Н., профессор, кандидат технических наук (Белгородский
государственный технологический университет имени В.Г.Шухова)
В 29
Экспериментальные исследования процессов СВЧ обработки
семян / С.В. Вендин. – Москва; Белгород: ООО «Центральный коллектор
библиотек «БИБКОМ», 2017.-116 с.
В монографии изложены методика планирования эксперимента и анализа
результатов при экспериментальных исследованиях обработки семян в
высокочастотном электромагнитном поле.
Представлены планы экспериментов и результаты исследований СВЧ
обработки семян с целью их дезинсекции, дезинфекции и предпосевной
стимуляции, а также метод интегральной оценки эффективности СВЧ
обработки семян, учитывающий кинетику процессов СВЧ нагрева и
охлаждения семян.
Монография предназначена для научных и инженерно-технических
работников, преподавателей, аспирантов и студентов по специальности
«Электротехнологии и электрооборудование в АПК».
ISBN 978-5-905563-87-4
УДК 631.171:631.53.027.3:633/635
ББК 41.44
© Вендин С.В., 2017
ISBN 978-5-905563-87-4
© ООО «ЦКБ «БИБКОМ», 2017
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
1
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ…………………..
1.2 Специфические особенности применения электромагнитных
полей сверхвысокой частоты для дезинсекции, дезинфекции и
предпосевной обработки семян……………………………………..
1.3 Физическая модель процесса термической обработки семян в
электромагнитном поле СВЧ………………………………………..
1.4 Выводы………………………………………………………………...
2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ СЕМЯН В ЭМП СВЧ..................
2.1 Методические основы проведения экспериментальных
исследований...................................................................................
2.2 Основные планы многофакторного эксперимента и методики
расчета коэффициентов регрессионных уравнений.......................
2.2.1 Расчет математической модели на основе реализации плана
первого порядка полного 2-х факторного эксперимента...............
2.2.2 Расчет математической модели на основе реализации плана
первого порядка полного 3-х факторного эксперимента..............
2.2.3 Расчет математической модели на основе реализации плана
второго порядка Коно для 2-х факторного эксперимента.............
2.3
Экспериментальные исследования по оценке влияния параметров
ЭМП СВЧ на качество семян при СВЧ обработке зерновых..........
2.3.1 Экспериментальные исследования по оценке влияния величины
СВЧ мощности и экспозиции на качество семян при СВЧ
обработке зерновых.........................................................................
2.3.2 Экспериментальные исследования по оценке влияния скорости и
конечной температуры СВЧ нагрева на качество семян при СВЧ
обработке зерновых........................................................................
2.4
Экспериментальные исследования процесса СВЧ дезинсекции
семян бобовых
2.4.1 Технические средства и методика проведения исследований
2.4.2 Исследование влияния СВЧ воздействия на эффективность
дезинсекции и показатели качества семян гороха...........................
2.4.3 Исследование влияния СВЧ воздействия на эффективность
дезинсекции и на показатели качества семян фасоли.....................
2.4.4 Исследование влияния СВЧ обработки на продовольственные
качества гороха и фасоли...............................................................
3
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЧ
ОБРАБОТКИ СЕМЯН...................................................................
3.1 Исследование применимости интегрального температурновременного
воздействия для оценки эффективности термической
3
Стр.
5
7
1.1 Современные технологические приемы дезинсекции,
дезинфекции и предпосевной обработки семян…………………… 7
16
19
21
22
22
25
27
29
33
36
37
42
48
48
50
59
68
69
Стр.3
СВЧ обработки семян.....................................................................
3.2 Использование результатов теоретических исследований для
определения технологических параметров при СВЧ дезинфекции
семян.............................................................................................
3.3
Рекомендуемые технологические режимы СВЧ дезинсекции,
дезинфекции и предпосевной обработки зерновых и бобовых
культур...........................................................................................
69
86
87
89
91
94
95
3.4 Производственная проверка эффективности предпосевной СВЧ
обработки зерновых культур...........................................................
3.5 Анализ полученных результатов.....................................................
3.6 Выводы и технологические рекомендации.......................................
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………..
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………… 97
4
Стр.4
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность производства продукции растениеводства во многом
определяется наличием высококачественного посевного материала и
сохранностью продукции в процессе хранения и переработки.
В силу ряда объективных обстоятельств, таких, как наличие естественных
вредителей и болезней растений, а также состояние физиологического покоя
семени в сельскохозяйственном производстве проводятся всевозможные
технологические операции дезинсекции, дезинфекции и предпосевной
стимуляции семян. В среднем, потери зерна только из-за вредных насекомых
составляют от 5 до 10%, а потери бобовых достигают 14-16%. Влияние
болезней растений и вредных микроорганизмов приводит к потере 15-20%
продукции, а иногда и к полному уничтожению урожая. Полноценные и
здоровые семена, находящиеся в состоянии физиологического покоя, могут
иметь на момент посева всхожесть в 1,5-2 раза ниже потенциальной, что
естественно ведет к потере урожая и сознательному завышению нормы высева
семян.
Существующие методы и технологические приемы дезинсекции,
дезинфекции и предпосевной стимуляции семян, основанные на применении
высокотоксичных химических препаратов, использовании гидротермической
обработки и т.д., связаны с большими затратами труда и низкой
технологичностью процесса обработки семян. Кроме того, прямым следствием
от применения ядохимикатов является загрязнение окружающей среды и
нарушение экологического равновесия в природе.
Поэтому научные исследования, направленные на разработку
эффективных, экологически безопасных и высокопроизводительных методов
повышения посевных качеств семян актуальны и имеют важное
народнохозяйственное значение.
Одним из перспективных направлений является использование
электрической энергии и электрофизических методов. Существенный вклад в
развитие науки по применению электроэнергии в сельскохозяйственном
производстве был сделан исследованиями М.Г.Евреинова, Г.И.Назарова,
И.А.Будзко, И.Ф.Бородина, Л.Г.Прищепа, И.И.Мартыненко, А.М.Басова,
Ф.Я.Изакова, И.Ф.Кудрявцева, А.М.Мусина, Г.Г.Рекуса, Д.С.Стребкова, М.С.
Левина, В.А.Воробьева, В.Т. Сергованцева, В.И.Тарушкина, В.Н.Шмигеля,
В.М.Гарбузова и др.
Особо следует выделить исследования, связанные с использованием
энергии электромагнитных полей радиочастотного (ВЧ, СВЧ) диапазона,
проводимые учеными МГАУ им. Горячкина (МИИСП), Челябинского ГАУ
(ЧИМЭСХ), Красноярского ГАУ, ВИЭСХ, ВНИПТИМЭСХ и др. и, в частности
работы исследователей И.Ф.Бородин, Л.Г.Прищеп, Ф.Я.Изаков, Г.А.Шарков,
Н.В.Цугленок, В.И.Шустов, В.И.Пахомов, С.А. Андреев, С.Г.Кузнецов, В.В.
Олоничев, А.Д.Горин, Б.Н. Полевик, А.А. Бабенко и др.
Анализ многочисленных научных исследований по использованию
электромагнитных полей радиочастотного диапазона для повышения качества
5
Стр.5
семян сельскохозяйственных культур (дезинсекция, дезинфекция, предпосевная
стимуляция) показывает, что, в основном они отражают результаты
экспериментальных исследований, что, несмотря на высокую эффективность и
многолетнюю апробацию новых методов в производственных условиях, на
настоящее время, практически нет серьезных теоретических разработок,
позволяющих качественно и количественно проанализировать процессы
обработки семян переменными электромагнитными полями с учетом
параметров ЭМП (интенсивность потока ЭМ энергии, напряженность ЭМП,
частота ЭМП, модуляция, экспозиция), параметров семян (электрофизические,
теплофизические) и окружающей среды. В связи с этим нет достаточной
ясности в вопросах выбора наиболее эффективных значений параметров ЭМП.
Различные мнения по данному вопросу носят хаотичный, а иногда и
противоречивый характер, гипотезы, основанные исключительно на
избирательном тепловом действии переменных электромагнитных полей,
подчас не находят экспериментального подтверждения, что, в конечном счете,
сдерживает совершенствование существенных и создание новых экологически
чистых технологий, методов и технических средств повышения качества семян
сельскохозяйственных культур посредством их обработки в электромагнитных
полях радиочастотного (ВЧ, СВЧ) диапазона.
Указанные пробелы в комплексе научных исследований по применению
ЭМП для обработки семян, а также необходимость разработки технических
средств для реализации технологий на основе использования энергии
электромагнитных полей легли в основу для написания данной монографии.
В настоящей работе рассмотрены методика планирования эксперимента и
анализа результатов при экспериментальных исследованиях обработки семян в
высокочастотном электромагнитном поле. Представлены планы экспериментов
и результаты исследований СВЧ обработки семян с целью их дезинсекции,
дезинфекции и предпосевной стимуляции, а также метод интегральной оценки
эффективности СВЧ обработки семян, учитывающий кинетику процессов СВЧ
нагрева и охлаждения семян.
6
Стр.6