RU2340139C2 - Method for preplanting treatment of soya bean seeds with electric field - Google Patents
Method for preplanting treatment of soya bean seeds with electric field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340139C2 RU2340139C2 RU2007112035/13A RU2007112035A RU2340139C2 RU 2340139 C2 RU2340139 C2 RU 2340139C2 RU 2007112035/13 A RU2007112035/13 A RU 2007112035/13A RU 2007112035 A RU2007112035 A RU 2007112035A RU 2340139 C2 RU2340139 C2 RU 2340139C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric field
- seeds
- treatment
- frequency
- processing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Beans For Foods Or Fodder (AREA)
- Pretreatment Of Seeds And Plants (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области сельскохозяйственной агрономии, а именно к предпосевной обработке семя сельскохозяйственных культур внешними физическими факторами (электромагнитным полем, постоянным электрическим полем, озоновоздушным потоком, лазерным когерентным излучением и т.д.).The invention relates to the field of agricultural agronomy, in particular to pre-sowing seed treatment of crops with external physical factors (electromagnetic field, constant electric field, ozone flow, laser coherent radiation, etc.).
Уровень техникиState of the art
Известен способ обработки семян полножирной сои. Семена сои промывают проточной водой. Затем их проращивают в водном растворе анолита в течение 3-5 суток. После этого проводят обработку раствором пропионовой кислоты, а также термическую обработку при температуре 55-65°С до влажности семян 8÷12%. Изобретение позволяет повысить эффективность получаемого растительного белка за счет снижения содержания антипитательных веществ в готовом продукте, снижения материальных затрат для приготовления полножирной сои и уменьшения времени ее обработки (пат. РФ №2283596, 20.09.2006 г., кл. A23L 1/20).A known method of processing seeds of full-fat soybean. Soybean seeds are washed with running water. Then they are germinated in an anolyte aqueous solution for 3-5 days. After that, they are treated with a solution of propionic acid, as well as heat treatment at a temperature of 55-65 ° C to a seed moisture of 8 ÷ 12%. The invention improves the efficiency of the resulting vegetable protein by reducing the content of anti-nutritional substances in the finished product, reducing material costs for preparing full-fat soybeans and reducing the processing time (Pat. RF No. 2283596, 09/20/2006, class A23L 1/20).
Однако указанный способ обработки сои не позволяет улучшить ее посевные качества (т.е. увеличить энергию прорастания и всхожесть семян) и, как следствие, не позволяет увеличить урожайность сои.However, this method of processing soybean does not allow to improve its sowing quality (i.e., to increase the germination energy and germination of seeds) and, as a result, does not allow to increase the yield of soy.
Известен способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур электромагнитным полем сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, позволяющий как обеззараживать семена путем подавления развития в них патогенной микофлоры, так и стимулировать их последующее прорастание (Карнович В.А. Микроволновая технология повышения урожайности. НИИ ядерных проблем Белорусского государственного университета; адрес в Интернете: http:www.icm.by/private/developments/p83/index.html, (24.05.2006)).There is a method of pre-sowing treatment of seeds of agricultural crops with an electromagnetic field of a microwave frequency range, which allows both to disinfect seeds by suppressing the development of pathogenic mycoflora in them and to stimulate their subsequent germination (V. Karnovich, Microwave technology to increase productivity. Research Institute for Nuclear Problems, Belarusian State University ; Internet address: http: www.icm.by/private/developments/p83/index.html, (24.05.2006)).
Недостатком данного способа предпосевной обработки семян является необходимость знания оптимальной частоты предпосевной обработки для семян каждой сельскохозяйственной культуры, что само по себе является отдельной проблемой. В противном случае указанная обработка не обладает достаточно высокой стимулирующей способностью для последующего проращивания семян, развития из них растений и, как следствие, значительного повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Наиболее близким по технической сущности является способ предпосевной обработки семян постоянным электрическим полем «коронного разряда» (Порсев Е.Г., Суслов Н.В. Предпосевная электрокоронная обработка семян зерновых культур. Перспективы применения в сибирском регионе. СибНИПТИП СО РАСХН (Красноярск), Новосибирск; адрес в Интернете: http:/www.obomdovameregion.ru/service/Materials/view?id=331 (12.12.06 г.) - прототип).The disadvantage of this method of presowing treatment of seeds is the need to know the optimal frequency of presowing treatment for seeds of each crop, which in itself is a separate problem. Otherwise, this treatment does not have a sufficiently high stimulating ability for the subsequent germination of seeds, the development of plants from them and, as a result, a significant increase in crop yields. The closest in technical essence is the method of presowing treatment of seeds with a permanent electric field of the “corona discharge” (Porsev EG, Suslov N.V. Presowing electrocrowning treatment of seeds of grain crops. Prospects for application in the Siberian region. SibNIPTIP SB RAAS (Krasnoyarsk), Novosibirsk ; Internet address: http: /www.obomdovameregion.ru/service/Materials/view? id = 331 (12.12.06) - prototype).
Недостатком этого способа является также слабая стимулирующая его способность для семян сельскохозяйственных культур, т.к. воздействующее на семена электрическое поле «коронного разряда» является постоянным. Электрические токи «коронного разряда» «убивают» («выжигают») термическим образом микофлору на поверхности семян, не оказывая стимулирующего действия на их жизнедеятельность. При этом энергия прорастания и всхожесть семян увеличиваются незначительно: в среднем на (3÷4)% по сравнению с контрольными, необработанными семенами, что незначительно увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур.The disadvantage of this method is also its weak stimulating ability for seeds of agricultural crops, because the electric field of the "corona discharge" acting on the seeds is constant. Electric currents of the “corona discharge” “kill” (“burn out”) the mycoflora on the surface of the seeds in a thermal way, without exerting a stimulating effect on their vital activity. At the same time, the germination energy and seed germination increase slightly: on average (3 ÷ 4)% compared to control, untreated seeds, which slightly increases the yield of crops.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к увеличению энергии прорастания и всхожести семян сои, а также последующему ускорению проращивания (развития) из этих семян растений и, как следствие, увеличению урожайности сельскохозяйственных культур (сои).The technical result that can be achieved using the present invention is to increase the energy of germination and germination of soybean seeds, as well as the subsequent acceleration of germination (development) of these plant seeds and, as a result, increase the yield of crops (soybean).
Технический результат достигается с помощью способа предпосевной обработки семян сои путем воздействия электрическим полем, при этом электрическое поле используют импульсное, амплитуда напряженности - Еmax которого не превосходит величин , а сумма времен длительности импульса - τ и длительность его фронта - а для каждого импульса достигает, по крайней мере, нескольких наносекунд:The technical result is achieved using the method of pre-sowing treatment of soybean seeds by exposure to an electric field, while the electric field is pulsed, the amplitude of the tension - E max which does not exceed the values , and the sum of the pulse duration times - τ and the duration of its front - and for each pulse reaches at least a few nanoseconds:
(τ+а)≤(8÷9)·10-9 сек.(τ + a) ≤ (8 ÷ 9) · 10 -9 sec.
При этом искомые оптимальные время обработки tобр и время отлежки tотл семян сои после их обработки удовлетворяют эмпирическим соотношениям:In this case, the required optimal processing time t arr and the time of tearing t ex soybean seeds after their processing satisfy the empirical relations:
tобр=А·е-αf t arr = A · e -αf
tотл=В·fβ,t ex = B · f β ,
где f - частота следования импульсов электрического поля; α=0,0057 сек; β≈0,45; А=110 мин; B=3,8·104(сек)1,45. А оптимальная доза указанной обработки импульсным электрическим полем определяется формулой:where f is the pulse repetition rate of the electric field; α = 0.0057 sec; β≈0.45; A = 110 min; B = 3.8 · 10 4 (s) 1.45 . And the optimal dose of the indicated treatment by a pulsed electric field is determined by the formula:
Сущность способа предпосевной обработки семян сои электрическим полем заключается в следующем: предпосевная обработка семян сои осуществляется путем воздействия импульсного электрического поля, амплитуда напряженности которого не превосходит величины - , а сумма времен длительности импульса - τ и длительность его фронта - а для каждого импульса достигает, по крайней мере, нескольких наносекунд:The essence of the method of presowing treatment of soybean seeds with an electric field is as follows: presowing treatment of soybean seeds is carried out by exposure to a pulsed electric field, the amplitude of which does not exceed the value - , and the sum of the pulse duration times - τ and the duration of its front - and for each pulse reaches at least a few nanoseconds:
(8÷9)·10-9 сек.(8 ÷ 9) · 10 -9 sec.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлены графики зависимостей энергии прорастания семян сои сорта Вилана от длительности времени их обработки импульсным электрическим полем для нескольких частот обработкиFigure 1 presents graphs of the dependences of the germination energy of seeds of soybean varieties Vilana on the duration of their processing by a pulsed electric field for several processing frequencies
при оптимальных временах отлежки в сутках.with optimal retention times in days.
На фиг.2 представлены графики зависимостей всхожести семян сои сорта Вилана от длительности времени их обработки импульсным электрическим полем для нескольких частот обработки при оптимальных временах отлежки в сутках.Figure 2 presents graphs of the dependences of the germination of soybean seeds of Vilana variety on the duration of their treatment with a pulsed electric field for several processing frequencies with optimal cure times in days.
На фиг.3 представлены графики зависимостей оптимального времени обработки (кривая 1) и оптимального времени отлежки (кривая 2) семян сои от частоты импульсов электрического поля амплитудой - и длительностью: (τ+а)=8,0·10-9 сек.Figure 3 presents graphs of the dependences of the optimal processing time (curve 1) and the optimal curing time (curve 2) of soybean seeds on the frequency of pulses of an electric field with an amplitude of and duration: (τ + a) = 8.0 · 10 -9 sec.
На фиг.4 представлены в логарифмическом масштабе графики зависимостей оптимального времени обработки (кривая 1) и оптимального времени отлежки (кривая 2) семян сои от частоты импульсов электрического поля амплитудой - и длительностью - (τ+а)=8,0·10-9 сек.Figure 4 presents on a logarithmic scale the graphs of the dependences of the optimal processing time (curve 1) and the optimal caking time (curve 2) of soybean seeds on the frequency of pulses of an electric field with an amplitude of and duration - (τ + a) = 8.0 · 10 -9 sec.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Примеры конкретного выполнения способа предпосевной обработки семян сои импульсным электрическим полемExamples of specific performance of the method of presowing treatment of soybean seeds with a pulsed electric field
Пример: необходимое для обработки семян сои импульсное электрическое поле создается генератором импульсного напряжения, амплитуда импульсов которого может изменяться в диапазоне от 3000 до 15000 В. Частота следования указанных импульсов напряжения может изменяться в пределах от 30 до 300 Гц.Example: the pulsed electric field required for processing soybean seeds is created by a pulse voltage generator, the pulse amplitude of which can vary in the range from 3000 to 15000 V. The repetition frequency of these voltage pulses can vary from 30 to 300 Hz.
Обработка семян сои осуществляется в плоском электрическом конденсаторе, подключенном к указанному генератору и представляющем собой плоский волновод с воздушным диэлектриком, свободный конец которого закорочен нагрузочным сопротивлением в 10 кОм. Геометрические размеры волновода составляют: длина - 63 см, ширина - 11,5 см, толщина плоского воздушного зазора между электродами - 3 см. В указанном «волноводе-конденсаторе» образуется практически однородное по его длине импульсное электрическое поле, вычисляемое по формуле:Soybean seeds are processed in a flat electric capacitor connected to the specified generator and representing a flat waveguide with an air dielectric, the free end of which is shorted by a load resistance of 10 kOhm. The geometrical dimensions of the waveguide are: length - 63 cm, width - 11.5 cm, thickness of the plane air gap between the electrodes - 3 cm. In the indicated "waveguide-capacitor", a pulsed electric field that is almost uniform in length is calculated by the formula:
Здесь U(t) импульсное напряжение генератора, d толщина воздушного зазора между электродами.Here U (t) is the pulse voltage of the generator, d is the thickness of the air gap between the electrodes.
Исходя из указанных выше параметров генератора амплитуда импульсного электрического поля - Еmax в «конденсаторе-волноводе» варьируется в диапазоне:Based on the above parameters of the generator, the amplitude of the pulsed electric field - E max in the "capacitor-waveguide" varies in the range:
В примененном импульсном генераторе напряжения длительность импульса равна: τ=5,4·10-9c, а длительность его переднего фронта - τф и заднего среза - τср приблизительно одинаковы и равны: а=τф=τср=2,5·10-9c. Эти временные параметры практически не изменяются при варьировании частоты импульсов генератора в диапазоне частот от 30 до 300 Гц. Исходя из сказанного импульсное напряжение генератора можно представить в виде периодической последовательности импульсов напряжения трапецеидальной формы. Из теории радиотехнических сигналов известно, что периодический импульсный сигнал представляет собой сумму сигналов гармонических частот, кратных основной частоте импульсов. Спектр частот этого периодического импульсного сигнала (напряжения) может быть получен математическим его разложением в ряд Фурье. Учитывая также выражение (1) и выполнив эту математическую операцию для рассматриваемого импульсного электрического поля, получаем:In the applied pulsed voltage generator, the pulse duration is equal to: τ = 5.4 · 10 -9 s, and the duration of its leading edge - τ f and the trailing edge - τ cf are approximately the same and equal: a = τ f = τ cf = 2.5 10 -9 c. These time parameters practically do not change when the frequency of the generator pulses varies in the frequency range from 30 to 300 Hz. Based on the foregoing, the pulse voltage of the generator can be represented in the form of a periodic sequence of voltage pulses of a trapezoidal shape. From the theory of radio signals, it is known that a periodic pulse signal is the sum of harmonic frequency signals that are multiples of the fundamental frequency of the pulses. The frequency spectrum of this periodic pulse signal (voltage) can be obtained by its mathematical expansion in a Fourier series. Considering also expression (1) and performing this mathematical operation for the considered pulsed electric field, we obtain:
(2) (2)
В соотношении (2) первое слагаемое есть постоянная составляющая электрического поля. Второе слагаемое отражает спектр гармонических (косинусоидальных) составляющих электрического поля. Каждая гармоника этого спектра имеет амплитуду, равную:In relation (2), the first term is the constant component of the electric field. The second term reflects the spectrum of harmonic (cosine) components of the electric field. Each harmonic of this spectrum has an amplitude equal to:
(3) (3)
Здесь - амплитуда импульса электрического поля генератора, создаваемая в «конденсаторе-волноводе» амплитудой импульса напряжения. Соответствующая частота каждой гармоники электрического поля равна (f·n), где n=1, 2, 3... - номер гармоники. Функция A(f·n·a) есть безразмерная амплитуда каждой гармоники электрического поля. Она выражается в рассматриваемом случае формулой:Here - the amplitude of the pulse of the electric field of the generator created in the "capacitor-waveguide" the amplitude of the voltage pulse. The corresponding frequency of each harmonic of the electric field is (f · n), where n = 1, 2, 3 ... is the number of the harmonic. The function A (f · n · a) is the dimensionless amplitude of each harmonic of the electric field. It is expressed in the case under consideration by the formula:
(4) (four)
Функция А(f·n·а) по своей физической сущности представляет собой амплитудно-частотную характеристику импульсного периодического электрического поля, создаваемого импульсным генератором в «конденсаторе-волноводе», в который для обработки помещают семена сои. Из формулы (4) следует, что первое нулевое значение функции А(f·n·а) возникает при условии:Function A (f · n · a) in its physical essence is the amplitude-frequency characteristic of a pulsed periodic electric field created by a pulsed generator in a "capacitor-waveguide" in which soybean seeds are placed for processing. From the formula (4) it follows that the first zero value of the function A (f · n · a) arises under the condition:
(5) (5)
Это условие определяет максимальную частоту fmax гармоник электрического поля в проведенных экспериментах, соответствующую внешней частоте f импульсов напряжения применяемого генератора. Из (5) получаем, что:This condition determines the maximum frequency f max harmonics of the electric field in the experiments, corresponding to the external frequency f of the voltage pulses of the applied generator. From (5) we obtain that:
(6) (6)
Оптимальные режимы предпосевной обработки семян сои и их обоснованиеOptimal pre-sowing treatment of soybean seeds and their justification
Таким образом, применяя очень короткие импульсы периодического напряжения (электрического поля) длительностью (τ+а), составляющей, по крайней мере, единицы наносекунд (8÷9)·10-9 сек, и обеспечивают достаточно широкий спектр частот гармоник электрического поля, воздействующего на обрабатываемые семена сои. К этому обстоятельству следует добавить, что для эффективной предпосевной обработки семян каждой сельскохозяйственной культуры необходимо знать оптимальную частоту обработки или оптимальный диапазон частот, на которых достигается наибольший эффект предпосевной стимуляции семян (т.е. возрастает энергия прорастания и всхожесть семян). Эти частоты, как правило, не известны и их определение является самостоятельной научно-практической проблемой. С другой стороны, из научной литературы известно, что переменное электрическое поле оказывает биологическое воздействие на живые организмы (человека, животных, растения) в широком диапазоне частот вплоть до 1000 мегагерц (Гордиенко В.А. Физические поля и безопасность жизнедеятельности/ Проблемы экологии, здоровья и жизни на земле, Москва. Изд. Астрель. - 2006).Thus, applying very short pulses of periodic voltage (electric field) of duration (τ + a), which is at least a few nanoseconds (8 ÷ 9) · 10 -9 sec, and provide a fairly wide range of frequencies of harmonics of the electric field acting on processed soybean seeds. To this, it should be added that for effective pre-sowing treatment of seeds of each crop, it is necessary to know the optimal frequency of treatment or the optimal frequency range at which the greatest effect of pre-sowing stimulation of seeds is achieved (i.e., the energy of germination and germination of seeds increase). These frequencies, as a rule, are not known and their definition is an independent scientific and practical problem. On the other hand, it is known from the scientific literature that an alternating electric field has a biological effect on living organisms (humans, animals, plants) in a wide frequency range up to 1000 megahertz (Gordienko V.A. Physical fields and life safety / Ecology, health problems and life on earth, Moscow, Astrel Publishing House - 2006).
Согласно формуле (5) это соответствует указанной длительности (τ+а), равной одной наносекунде, т.е.: (τ+а)=1,0·10-9 сек. Поэтому, ограничивая изначально длительность импульсов электрического поля величинами, сравнимыми с указанной величиной, заведомо обеспечивают достаточно широкий указанный спектр частот воздействия их гармоник на семена сои. В этом широком спектре частот всегда найдется узкий диапазон оптимальных частот гармоник, которые наиболее эффективно стимулируют семена сои, увеличивая существенно их энергию прорастания и всхожесть.According to formula (5), this corresponds to the indicated duration (τ + a) equal to one nanosecond, i.e.: (τ + a) = 1.0 · 10 -9 sec. Therefore, initially limiting the duration of the electric field pulses to values comparable with the indicated value, they obviously provide a sufficiently wide specified frequency spectrum of the influence of their harmonics on soybean seeds. In this wide spectrum of frequencies there is always a narrow range of optimal harmonics frequencies that most effectively stimulate soybean seeds, substantially increasing their germination energy and germination.
Следовательно, отпадает необходимость специального поиска оптимальной частоты обработки семян сельскохозяйственных культур (в данном случае сои). С другой стороны, для увеличения эффективности воздействия каждой гармоники электрического поля на семена сои следует увеличивать ее амплитуду. Действительно, согласно выражению (3) при заданной оптимальной величине длительности импульса (τ+а) следует, по возможности, увеличивать произведение (Еmaxf). Однако известно, что при нормальных атмосферных условиях: атмосферном давлении воздуха ~760 мм рт.ст., температуре и влажности воздуха 20°С и 60% соответственно, наибольшая возможная напряженность электрического поля в воздухе не может превосходить величины: В противном случае возникает электрический пробой воздушного промежутка, т.е. возникает «коронный разряд» (Калашников С.Г. Электричество. Москва. Изд. Наука. 1970. - С.419-423).Consequently, there is no need for a special search for the optimal frequency of seed treatment of agricultural crops (in this case, soybeans). On the other hand, to increase the efficiency of the influence of each harmonic of the electric field on soybean seeds, its amplitude should be increased. Indeed, according to the expression (3) at a predetermined optimum value of the pulse duration (τ + a) should, if possible, to increase the product (E max f). However, it is known that under normal atmospheric conditions: atmospheric air pressure ~ 760 mm Hg, temperature and
При «коронном разряде» протекающий электрический ток создает термическую обработку семян сельскохозяйственных культур («обжигает» семена), что уничтожает микофлору на их поверхности (т.е. уменьшает зараженность семян). Поэтому время обработки семян в этом способе составляет несколько секунд (как правило, около 10 секуд). В реальных экспериментах предлагаемого способа обработки в зависимости от влажности атмосферного воздуха (при ее повышении) максимальная величина напряженности электрического поля, исключающая возникновение «коронного разряда», составляет не более: При этом семена сои не подвергаются термической обработке, а обеспечивается умеренная («щадящая») частотная стимуляция их жизнедеятельности импульсным электрическим полем (т.е. его частотными гармониками). Например, согласно соотношению (3) при (τ+а)=8,0·10-9 сек, f=300 Гц, n=1 и A(fna)≈1 амплитуды частотных гармоник электрического поля каждого импульса не превосходят величины , что соответствует амплитудам напряжения гармоник не более 0,072 В.In a “corona discharge”, the flowing electric current creates a heat treatment of seeds of agricultural crops (“burns” the seeds), which destroys mycoflora on their surface (ie, reduces seed contamination). Therefore, the seed treatment time in this method is a few seconds (usually about 10 seconds). In real experiments of the proposed processing method, depending on the humidity of the atmospheric air (with its increase), the maximum value of the electric field, excluding the occurrence of a “corona discharge”, is not more than: At the same time, soybean seeds are not subjected to heat treatment, but a moderate (“sparing”) frequency stimulation of their activity is provided by a pulsed electric field (ie its frequency harmonics). For example, according to relation (3) for (τ + a) = 8.0 · 10 -9 sec, f = 300 Hz, n = 1 and A (fna) ≈1 the amplitudes of the frequency harmonics of the electric field of each pulse do not exceed , which corresponds to harmonic voltage amplitudes of not more than 0.072 V.
Т.е. каждая из них по амплитуде существенно меньше («умеренна») в сравнении с амплитудой всего суммарного импульса напряжения в 15000 В.Those. each of them is significantly smaller in amplitude ("moderate") in comparison with the amplitude of the total voltage pulse of 15,000 V.
Необходимо также отметить, что повышение эффективности предпосевной обработки семян предлагаемым способом за счет существенного увеличения частоты импульсного электрического поля (а следовательно, увеличения амплитуд его гармоник, (см. выражение (3)) не представляется возможным. Частота повторения импульсов напряжения генератора, как правило, не превосходит нескольких килогерц. В противном случае, при указанных очень коротких длительностях импульсов напряжения генератора и высоких их амплитудах (а следовательно, и высоких амплитудах напряженности электрического поля - Еmax) существенно возрастает потребляемая электрическая мощность генератора, что является экономически не целесообразным. Дело в том, что потребляемая генератором от электрической сети мощность пропорциональна частоте следования его импульсов напряжения.It should also be noted that increasing the efficiency of pre-sowing seed treatment by the proposed method due to a significant increase in the frequency of a pulsed electric field (and therefore, increasing the amplitudes of its harmonics (see expression (3)) is not possible. The frequency of repetition of voltage generator pulses, as a rule, it does not exceed several kilohertz, otherwise, with the indicated very short durations of the voltage pulses of the generator and their high amplitudes (and, consequently, high amplitudes apryazhennosti electric field - E max) increases substantially consumed electric power generator, which is not economically advantageous fact is that the consumption of electric power from the generator is proportional to the network voltage of its repetition frequency pulses..
Таким образом, из представленного анализа следуют ограничения (существенные отличия) для предлагаемого способа предпосевной обработки семян сои импульсным электрическим полем:Thus, from the presented analysis, there are limitations (significant differences) for the proposed method for pre-sowing treatment of soybean seeds with a pulsed electric field:
(τ+а)≤(8÷9)·10-9сек; (7)(τ + a) ≤ (8 ÷ 9) · 10 -9 sec; (7)
Понятие дозы обработки семян сои импульсным электрическим полемSoybean seed treatment dose concept by a pulsed electric field
При обработке семян сельскохозяйственных культур вводят понятие дозы обработки (воздействия) - D.When processing seeds of agricultural crops, the concept of treatment dose (exposure) is introduced - D.
Применительно к предлагаемому способу обработки семян сои доза обработки должна быть пропорциональна амплитуде напряженности электрического поля умноженной на время обработки семян сои - tобр, измеренному по часам. Однако, с учетом импульсного характера воздействия электрического поля на семена, реальное время обработки (воздействия) гораздо меньше и представляет произведение:In relation to the proposed method for processing soybean seeds, the treatment dose should be proportional to the amplitude of the electric field multiplied by the processing of soya seed - t arr measured by the clock. However, taking into account the pulsed nature of the effect of the electric field on the seeds, the real processing time (exposure) is much less and represents the product:
tреал=(τ+a)·f·tобр.t real = (τ + a) · f · t arr .
Кроме того, экспериментальные опыты по обработке семян сои показали, что при фиксированных частоте f и амплитуде Umax импульсов напряжения генератора увеличение времени обработки - tобр требует большей продолжительности так называемого времени отлежки - tотл семян сои. Это объясняется тем, что семена сельскохозяйственных культур, в том числе и сои, сразу после интенсивной обработки находятся в состоянии «стресса», который снимается несколькими сутками отлежки семян до их закладки на проращивание во влажную среду в чашки Петри. Исходя из сказанного доза обработки семян импульсным электрическим полем определяется согласно формуле:In addition, experimental experiments on the processing of soybean seeds showed that at a fixed frequency f and amplitude U max of voltage pulses of the generator, an increase in the processing time — t arr — requires a longer so-called curing time — t ex soybean seed. This is explained by the fact that seeds of agricultural crops, including soybeans, immediately after intensive processing are in a state of “stress”, which is removed by several days of seed curing before laying them for germination in a humid environment in Petri dishes. Based on the said dose of seed treatment by a pulsed electric field is determined according to the formula:
(8) (8)
Для достижения максимального положительного эффекта предпосевной обработки семян сои предлагаемым способом (т.е. существенного возрастания энергии прорастания и всхожести семян сои) необходимо знать для каждой частоты воздействия - f оптимальные величины времен tобр и tотл. В этом случае, согласно соотношению (8), доза воздействия D тоже будет оптимальной.To achieve the maximum positive effect of pre-sowing treatment of soybean seeds with the proposed method (i.e., a significant increase in the germination energy and germination of soybean seeds), it is necessary to know for each frequency of exposure - f the optimal values of the times t arr and t ex . In this case, according to relation (8), the dose of exposure to D will also be optimal.
Результаты опытной обработки семян сои сорта Вилаиа импульсным электрическим полемThe results of the experimental treatment of seeds of soybean varieties Vilaia pulsed electric field
В качестве примеров по экспериментальной обработке семян сои сорта Вилана импульсным электрическим полем на фиг.1 и 2 представлены полученные экспериментальным путем графики для энергии прорастания семян и их всхожести (выраженных в процентах к общему числу обработанных семян в каждом режиме) в зависимости от времени их обработки. При этом амплитуда импульсов напряжения была выбрана постоянной и равной Umax=15000B, что соответствовало амплитуде напряженности электрического поля Переменными параметрами являлись частота импульсов напряжения f (частота обработки от 30 до 300 Гц) и оптимальное время отлежки семян сои сорта Вилана после их обработки (которое варьировалось в пределах от 2 до 7 суток).As examples of the experimental treatment of Vilana soybean seeds by a pulsed electric field, Figures 1 and 2 show experimentally obtained graphs for the seed germination energy and their germination (expressed as a percentage of the total number of treated seeds in each mode) depending on the time of processing . In this case, the amplitude of the voltage pulses was chosen constant and equal to U max = 15000B, which corresponded to the amplitude of the electric field The variable parameters were the frequency of the voltage pulses f (processing frequency from 30 to 300 Hz) and the optimal time for curing seeds of soybean varieties of Vilana after their processing (which varied from 2 to 7 days).
Из графиков фиг.1 и 2 следует, что для каждой частоты обработки и оптимального времени отлежки существует оптимальное время обработки, при котором энергия прорастания и всхожесть семян достигают наибольших значений. При этом установлено, что в оптимальных режимах обработки семян сои импульсным электрическим полем их энергия прорастания увеличилась на 17÷18%, а всхожесть семян возросла на 20÷23% по сравнению с контрольной (необработанной) партией семян сои.From the graphs of FIGS. 1 and 2, it follows that for each treatment frequency and optimal curing time, there is an optimal treatment time at which the germination energy and seed germination reach their highest values. At the same time, it was found that under optimal conditions for treating soybean seeds with a pulsed electric field, their germination energy increased by 17–18%, and seed germination increased by 20–23% compared to the control (untreated) batch of soybean seeds.
При способе обработки семян сои сорта Вилана постоянным электрическим полем «коронного разряда» энергия прорастания семян сельскохозяйственных культур и их всхожесть возрастала в среднем на 3÷4% (прототип).With the method of treating Vilana soybean seeds with a constant “corona discharge” electric field, the germination energy of seeds of agricultural crops and their germination capacity increased on average by 3–4% (prototype).
Таким образом, предлагаемый способ предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем обладает большей эффективностью в сравнении с их обработкой известным способом с помощью постоянного электрического поля. В оптимальных режимах обработки семян сои сорта Вилана предлагаемым способом их энергия прорастания и всхожесть возрастают в сравнении с известным способом обработки в среднем на 18% и 23% соответственно, что подтверждает наличие положительного эффекта. В таблице 1 представлены оптимальные значения времени обработки - tобр и времени отлежки - tотл (для которых максимальны энергия прорастания и всхожесть семян) для разных частот обработки f семян сои сорта Вилана, которые получены из графиков фиг.1 и фиг.2.Thus, the proposed method of pre-sowing seed treatment with a pulsed electric field is more effective in comparison with their processing in a known manner using a constant electric field. In the optimal treatment conditions for Vilana soybean seeds by the proposed method, their germination energy and germination rate increase in comparison with the known processing method by an average of 18% and 23%, respectively, which confirms the presence of a positive effect. Table 1 presents the optimal values of the processing time - t arr and the curing time - t ex (for which the maximum germination energy and germination of seeds) for different processing frequencies f of soybean seeds of Vilana variety, which are obtained from the graphs of figure 1 and figure 2.
На основе данных таблицы построены и представлены на фиг.3 графики зависимостей оптимальных времен tобр (кривая 1) и tотл (кривая 2) от частоты импульсов f при фиксированной их амплитуде в 15000 В (что соответствовало). Необходимо отметить, что кривая 2 построена на основе опытных данных, когда при каждом фиксированном найденном оптимальном времени обработки, а также для заданной частоты обработки f и амплитуде импульсов 15000 В изменяют время их отлежки после обработки и закладки их на проращивание.Based on the data in the table, graphs of the dependences of the optimal times t arr (curve 1) and t ex (curve 2) on the frequency of pulses f at a fixed amplitude of 15,000 V (which corresponded ) It should be noted that
Оказалось, что графические зависимости фиг.3 можно аппроксимировать функциями вида:It turned out that the graphical dependencies of figure 3 can be approximated by functions of the form:
(9) (9)
Здесь α, β, А, В искомые постоянные величины, для нахождения которых преобразуют формулы (9) с помощью операции взятия логарифма к виду:Here α, β, A, B are the desired constant values, for finding which transform formulas (9) using the operation of taking the logarithm to the form:
(10) (10)
Затем, подставив данные таблицы 1 в соотношения (10), получают два графика фиг.4, отражающие зависимости lgtобр (кривая 1) и Igtотл (кривая 2) соответственно от f и lgf. Из этих графиков получают, что:Then, substituting the data of table 1 in relation (10), we obtain two graphs of Fig. 4, which reflect the dependences of lgt arr (curve 1) and Igt ex (curve 2) on f and lgf, respectively. From these graphs, it is obtained that:
(11) (eleven)
Например, при f=30 Гц, подставив величины (11) в соотношения (9), получаем tобр≈100 мин, tотл=3 суток. При f=300 Гц получаем соответственно: tобр≈20 мин, tотл=6 суток. Следовательно, повышая частоту импульсного электрического поля (частоту обработки), можно существенно сократить оптимальное время обработки, что является экономически целесообразным. Таким образом, соотношения (9) и (11) представляют собой математическую аппроксимацию экспериментальных данных для оптимальных времен обработки и отлежки семян сои в зависимости от частоты обработки импульсного электрического поля. Эти соотношения также являются существенными отличиями (признаками) предлагаемого способа обработки семян сои.For example, at f = 30 Hz, substituting the quantities (11) into the relations (9), we obtain t arr ≈100 min, t ex = 3 days. At f = 300 Hz, we obtain, respectively: t arr ≈20 min, t ex = 6 days. Therefore, increasing the frequency of the pulsed electric field (processing frequency), it is possible to significantly reduce the optimal processing time, which is economically feasible. Thus, relations (9) and (11) represent a mathematical approximation of experimental data for optimal processing times and soybean seed tracking depending on the frequency of processing a pulsed electric field. These ratios are also significant differences (features) of the proposed method for processing soybean seeds.
Важно отметить, что подтверждением рассмотренного выше (см. выражения (2)÷(5)) частотного характера стимуляции семян сельскохозяйственных культур (в данном случае сои) импульсным электрическим полем является наличие на кривых для энергии прорастания и всхожести семян сои фиг.1 и фиг.2 наряду с главным максимумом нескольких меньших дополнительных максимумов («пиков-изломов»). Например на фиг.1 главный максимум энергии прорастания (80%) на кривой, соответствующий частоте обработки (импульсов генератора), равной f=30 Гц, наблюдается для времени обработки 100 мин. Времена обработки, соответствующие дополнительным максимумам («пикам-изломам») этой кривой, определяются воздействием косинусоидальных частотных гармоник напряженности электрического поля. Частота каждой упомянутой гармоники - fгар и ее номер кратности - n основной частоте следования импульсов генератора - f(fгар=n·f) представлены в таблице 2.It is important to note that the confirmation of the frequency nature of stimulation of seeds of agricultural crops (in this case soybean) considered above (see expressions (2) ÷ (5)) by the pulsed electric field is the presence on the curves for the germination energy and germination of soybean seeds of FIG. 1 and FIG. .2 along with the main maximum of several smaller additional maxima (“kinked peaks”). For example, in Fig. 1, the main maximum of germination energy (80%) on the curve corresponding to the processing frequency (generator pulses) of f = 30 Hz is observed for a processing time of 100 min. Processing times corresponding to additional maxima (“peak-kinks”) of this curve are determined by the action of cosine frequency harmonics of the electric field strength. The frequency of each harmonic mentioned - f gar and its multiplicity number - n the main pulse repetition rate of the generator - f (f gar = n · f) are presented in table 2.
Как следует из этой таблицы, большим частотам кратных гармоник электрического поля (n≈1; ~1,5; 2,0; 6,0) соответствуют меньшие времена их воздействий (обработки). Большим временам обработки: 115 мин, 130 мин, 150 мин, соответствуют низкочастотные гармоники, для которых n<1. Появление этих гармоник является следствием затухания энергии каждого импульса электрического поля в «конденсаторе-волноводе», в котором непосредственно обрабатываются семена сои. Расчет (оценка) частот кратных гармоник электрического поля выполняется на основе эмперической формулы, следующей из таблицы 2:As follows from this table, higher frequencies of multiple harmonics of the electric field (n≈1; ~ 1.5; 2.0; 6.0) correspond to shorter times of their exposure (processing). Long processing times: 115 min, 130 min, 150 min, correspond to low-frequency harmonics for which n <1. The appearance of these harmonics is a consequence of the attenuation of the energy of each pulse of the electric field in the "capacitor-waveguide" in which soybean seeds are directly processed. The calculation (estimation) of the frequencies of multiple harmonics of the electric field is performed on the basis of the empirical formula following from table 2:
(12) (12)
При частоте импульсов генератора f=30 Гц и оптимальном времени обработки семян сои на этой частоте tобр≈100 мин=6·103 сек из (12) получаем, что C≈1,8·105.With a generator pulse frequency of f = 30 Hz and an optimal processing time of soybean seeds at this frequency t arr ≈100 min = 6 · 10 3 sec from (12) we obtain that C≈1.8 · 10 5 .
Импульсная предпосевная обработка семян сои была выполнена на нескольких сортах сои: Дуар, Альба, Вилана, используемых для ее выращивания в Ставропольском крае. При этом полученные экспериментальные результаты соответствуют всем отличительным признакам, приведенным в формуле настоящего изобретения.Pulse presowing treatment of soybean seeds was performed on several soybean varieties: Duar, Alba, Vilana, used for its cultivation in the Stavropol Territory. Moreover, the obtained experimental results correspond to all the distinguishing features given in the claims of the present invention.
Таким образом, на основании всего приведенного анализа и экспериментальных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ предпосевной обработки семян сои импульсным электрическим полем обладает большей эффективностью в сравнении с их обработкой известным способом с помощью постоянного электрического поля «коронного разряда». В оптимальных режимах обработки семян сои предлагаемым способом их энергия прорастания и всхожесть возрастают в сравнении с известным способом обработки (прототипом) в среднем на 18% и 23% соответственно, что подтверждает наличие положительного эффекта.Thus, on the basis of all the above analysis and experimental data, we can conclude that the proposed method for pre-sowing treatment of soybean seeds with a pulsed electric field is more effective in comparison with their processing in a known manner using a constant electric field "corona discharge". In the optimal treatment conditions for soybean seeds by the proposed method, their germination energy and germination rate increase in comparison with the known processing method (prototype) by an average of 18% and 23%, respectively, which confirms the presence of a positive effect.
ЛитератураLiterature
[1] Патент РФ №2283596, 20.09.2006 г., кл. А23L 1/20, Кощаев А.Г., Способ обработки полножирной сои, Кубанский госуниверситет.[1] RF patent No. 2283596, 09/20/2006, cl. А23L 1/20, Koshchaev A.G., Method for processing full-fat soybeans, Kuban State University.
[2] Карнович В.А. Микроволновая технология повышения урожайности, НИИ ядерных проблем Белорусского государственного университета; адрес в Интернете: http:www.icm.by/ private/developments/p83/index.html, (24.05.2006).[2] Karnovich V.A. Microwave technology to increase productivity, Research Institute of Nuclear Problems of the Belarusian State University; Internet address: http: www.icm.by/ private / developments / p83 / index.html, (24.05.2006).
[3] Порсев Е.Г., Суслов Н.В. Предпосевная электрокоронная обработка семян зерновых культур. Перспективы применения в сибирском регионе. СибНИПТИП СО РАСХН (Красноярск), Новосибирск; адрес в Интернете: http:/www.obomdovanieregion.ru/service/Materials/view?id=331 (12.12.06.). (прототип)[3] Porsev EG, Suslov N.V. Presowing electro-corona treatment of grain seeds. Prospects for application in the Siberian region. SibNIPTIP SB RASHN (Krasnoyarsk), Novosibirsk; Internet address: http: /www.obomdovanieregion.ru/service/Materials/view? id = 331 (12.12.06.). (prototype)
[4] Гордиенко В.А. Физические поля и безопасность жизнедеятельности/Проблемы экологии, здоровья и жизни на земле, Москва. Изд. Астрель. - 2006.[4] Gordienko V.A. Physical fields and life safety / Problems of ecology, health and life on earth, Moscow. Ed. Astrel. - 2006.
[5] Калашников С.Г. Электричество. Москва. Изд. Наука. 1970. - С.419-423.[5] Kalashnikov S.G. Electricity. Moscow. Ed. The science. 1970. - S. 419-423.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007112035/13A RU2340139C2 (en) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | Method for preplanting treatment of soya bean seeds with electric field |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007112035/13A RU2340139C2 (en) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | Method for preplanting treatment of soya bean seeds with electric field |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007112035A RU2007112035A (en) | 2007-09-10 |
RU2340139C2 true RU2340139C2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=38597969
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007112035/13A RU2340139C2 (en) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | Method for preplanting treatment of soya bean seeds with electric field |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2340139C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100235949A1 (en) * | 2007-02-01 | 2010-09-16 | Menno Emanuel Sluijter | Seed treatment with prf |
RU2629229C1 (en) * | 2016-06-06 | 2017-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Method for increasing yield of soybeans |
-
2007
- 2007-04-02 RU RU2007112035/13A patent/RU2340139C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100235949A1 (en) * | 2007-02-01 | 2010-09-16 | Menno Emanuel Sluijter | Seed treatment with prf |
US8703757B2 (en) * | 2007-02-01 | 2014-04-22 | Utops B.V. | Seed treatment with PRF |
RU2629229C1 (en) * | 2016-06-06 | 2017-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" | Method for increasing yield of soybeans |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007112035A (en) | 2007-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Măgureanu et al. | Stimulation of the germination and early growth of tomato seeds by non-thermal plasma | |
Pietruszewski et al. | Electromagnetic fields and electromagnetic radiation as non-invasive external stimulants for seeds [selected methods and responses] | |
Kordas et al. | The effect of low-temperature plasma on fungus colonization of winter wheat grain and seed quality. | |
Velichko et al. | Plasma jet and dielectric barrier discharge treatment of wheat seeds | |
JP3213329B2 (en) | Method and apparatus for improving seed growth characteristics using ion and electron avalanches | |
Ri et al. | Study on laser pre-sowing treatment of rice seeds by free-falling transport method | |
CN104351665A (en) | Preparation method of high-flavonoid-content tartary buckwheat product | |
KR101839918B1 (en) | Method of Sterilizing and Promoting Germination of Seed Using Non-thermal Plasma | |
Abu-Elsaoud | Effect of microwave electromagnetic radio frequency on germination and seedling growth consequences of six wheat Triticum aestivum L. cultivars | |
RU2340139C2 (en) | Method for preplanting treatment of soya bean seeds with electric field | |
Gaurilčikienė et al. | The effect of strong microwave electric field radiation on:(2) wheat (Triticum aestivum L.) seed germination and sanitation. | |
Alattar et al. | Response of corn (Zea mays), Basil (Ocimum basilicum), and eggplant (Solanum melongena) seedlings to Wi-Fi radiation | |
Abu-Elsaoud et al. | Influence of microwave irradiations on germination, seedling growth and electrolyte leakage of Barley (Hordeum vulgare L.) | |
RU2344590C2 (en) | Seeds uhf treatment method | |
Hori | Plasma-assisted priming: Improved germination and seedling performance of papaya | |
Morar et al. | Electrostatic treatment of bean seeds | |
Morozov et al. | Use of electromagnetic fields of extremely high frequency band for productivity improvement of cereal crops | |
Koyama et al. | Acceleration of germination and early growth of plant seeds by high frequency and low intensity alternating electric fields | |
RU2487519C1 (en) | Method of presowing treatment of seed material of agricultural crops and post-harvesting treatment of harvest | |
RU2373676C1 (en) | Method of presowing cultivation of mustard seeds with electromagnetic field of super high frequency | |
JP2001136812A (en) | Apparatus for improving germination rate of seeds utilizing high voltage and method of improving germination rate of seeds using the same | |
RU2657476C1 (en) | Method for stimulating plant growth at their early stages of development by the impact of the extreme frequency electromagnetic field | |
RU169038U1 (en) | DEVICE FOR PRESEEP VIBROMECHANICAL STIMULATION OF SEEDS | |
HOSEINI et al. | Influence of biophysical priming on seed germination and yield on two landraces of lemon-balm (Melissa officinalis L.) | |
Gidea et al. | The impact of plasma treatment over wheat seeds |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090403 |