Обработка почвы электрическим током

Обновлено: 05.10.2024

Электрокультуре — использованию электричества для выращивания растений — уже более 250 лет. Тернист и извилист оказался жизненный путь этого своеобразного направления в агрономии. То оно становилось предметом активного интереса и представлялось чуть ли не чудодейственным средством повышения урожайности земледелия, то его раскритиковывали и отодвигали в тень на длительный срок. И в настоящее время одни исследователи публикуют книги и статьи, защищают диссертации на эту тему, другие называют это направление агрономии маргинальным и даже псевдонаучным. Попробуем немного разобраться в этом непростом вопросе.

Рождение электрокультуры

Первым проверил идею на практике английский естествоиспытатель и астроном Стивен Чарльз Демейнбрей (1710–1782). В 1746 году он поразил Лондонское королевское общество новыми веточками, выросшими на мирте под действием электричества в октябре, чего ранее никогда не наблюдалось.

А на следующий год обнародовал результаты своих достаточно обстоятельных для того времени исследований французский физик Жан-Антуан Нолле (1700–1770). Он сообщил, что обработанные электричеством семена прорастали быстрее, а растения, полученные из них, были выше своих необработанных собратьев. В то же время он указал на возможное уменьшение массы плодов на растениях, находившихся под действием электричества.

Электрокультурный бум XIX века

В 40-е годы XIX века возобновились и эксперименты по электрокультуре, хотя электрические явления в растениях будут обнаружены несколько позже. Исследователи полагали, что раз они есть у животных, то должны быть и у растений. А в 1850 году Антуан Беккерель напечатал работу, в которой сообщил, что обнаружил в растениях электрические токи, втыкая платиновые проволочки одну в кору дерева, а другую в древесину. Аналогичные процессы он нашёл и в листьях. Это открытие привело его к неверному выводу, что растения — один из главных источников атмосферного электричества.

Большая роль электрических явлений в жизни живых организмов легко приводит к выводу о том, что внешнее электрическое поле должно влиять на их развитие. Поэтому, начиная с 1880-х годов, наблюдается резкий всплеск интереса к электрокультуре во всём мире. Ею занимаются как профессиональные учёные, так и любители. Крупнейший российский специалист по физиологии растений Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920) важнейшими факторами, влияющими на жизнедеятельность растений, называет свет, теплоту и электричество. К сожалению, сам он экспериментировал лишь с искусственными почвами и электрическим освещением, заложив основы их использования. А то его авторитетное мнение об электрокультуре было бы очень интересным.

Оригинальный метод электрокультуры на рубеже XIX и XX веков разработал полковник-инженер русской армии Евгений Вячеславович Пилсудский. К нему он, видимо, пришёл, работая над беспроволочным телеграфом с использованием электропроводимости земли. Он на противоположных концах поля зарывал в землю цинковые и железные листы так, чтобы в каждой соседней паре токи шли навстречу. Напряжение образующихся гальванических токов составляло 0,05–0,25 вольт (кстати, подобный метод часто используют и в наши дни). В опытах Пилсудского, например, повышалась урожайность и сахаристость свёклы. Метод тестировали в Полтавской губернии, в Париже и в Петербургском ботаническом саду. Результаты были удостоверены специалистами, официальными лицами и даже русским консулом в Париже. Доклад Пилсудского о проделанной работе был в центре внимания на прошедшем в 1912 году в Реймсе (Франция) Первом международном конгрессе по электрокультуре. Пилсудский рекомендовал использовать электричество при возделывании свёклы, винограда, фруктовых деревьев, хлопка и чая.

Первая страница и схема установки из доклада российского полковника-инженера Е. В. Пилсудского о его методе электрокультуры в трудах Первого международного конгресса по электрокультуре (Реймс, Франция, 1912 год)

Однако не всё было так однозначно. Многие опыты не подтверждали значимого полезного влияния электричества на выращиваемые растения. Более того, в ряде случаев наблюдалось, наоборот, вредное воздействие. Поэтому на страницах газет и журналов всё чаще появлялись публикации против электрокультуры. Так, её критиком был основоположник петербургской школы физиологии растений и автор первого отечественного учебника по этой дисциплине (1887), академик Андрей Сергеевич Фаминцын (1835–1918). То, что методы электрокультуры не всегда срабатывали, признавали и Пилсудский, и Лемстрём, и Блэкман. В масштабном исследовании в США восемь лет подряд воздействовали электричеством на разные сельскохозяйственные культуры и чётко выраженного увеличения урожайности не наблюдали ни разу. Так что потихоньку бум затих, электрокультура так и не стала распространённым методом в агрономии, а в 1936 году прекратил своё существование упомянутый выше комитет.

Что принёс XX век?

От семян А. Л. Чижевский перешёл к экспериментам с растениями в теплицах, но война остановила работы. Лишь через 20 лет их с успехом продолжили в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (ЧИМЭСХ), где разработали целую серию машин для электрообработки семян. Достаточно успешные опыты были проведены и в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, в частности, в лаборатории члена-корреспондента РАН Николая Николаевича Третьякова (1930–2017).

Также в Тимирязевской сельскохозяйственной академии в своё время был разработан метод электростимуляции почвы без внешнего источника энергии. Для этого на поле в землю закладывают поочерёдно полосы минеральных удобрений, дающих отрицательно и положительно заряженные ионы. Разность электрических потенциалов между полосами стимулирует рост и развитие растений, повышает их продуктивность. Особо эффективен этот метод в теплицах. Правда, для его применения желательно создать новые минеральные удобрения.

В другом методе, разработанном там же, предлагалось на каждом квадратном метре посадок или посевов закапывать 150–200-граммовые пластинки из медных сплавов и 400-граммовые пластинки из сплавов цинка, алюминия, магния и железа, а также гранулы с соединениями натрия и кальция. Пластинки длиной 40–50 см, толщиной 3 мм и шириной 2 см следовало размещать на 10–30 см ниже пахотного слоя.

В современном мире наиболее широко электрокультуру применяет Китай. В конце 2018 года Китайская академия наук и сельского хозяйства представила результаты тридцатилетних исследований, проведённых на площади примерно 3600 гектаров теплиц, разбросанных по всей стране. В них на высоте около трёх метров над грядками были размещены медные электроды, находящиеся под напряжением 50 000 вольт. Они заряжены положительно, в то время как электроды, подключённые к земле, заряжены отрицательно. Из отчёта следует, что это увеличивает урожайность на 20–30% при энергопотреблении 15 кВт/ч в день. Китай планирует в будущем развитие подобных электрифицированных ферм, которые, впрочем, вряд ли станут основой сельскохозяйственного производства.

В настоящее время в России по-прежнему проводятся исследования по предпосевной электрообработке семян и конструируется оборудование для этого. Подобную обработку применяют хозяйства Челябинской, Новосибирской, Курганской областей, Башкирии, Чувашии, Краснодарского края. Но массового практического применения электрокультура так и не нашла, хотя исследователи приводят оптимистические результаты и даже утверждают, что обработанные растения меньше подвержены болезням. Однако получаемый эффект подобной обработки нестабилен и не слишком велик по сравнению с применением современных удобрений и других технологий современной агрономии. Системы, создающие электрические поля и токи, помимо затрат на их установку и обслуживание, затрудняют обработку земли и сбор урожая. Кроме того, высоковольтные устройства элементарно опасны для работников и требуют обеспечения мер безопасности. Всё это делает пока электрокультуру недостаточно рентабельной. Посмотрим, что будет дальше.

Почему же электрическое поле влияет на растения?

Сразу скажем, что, несмотря на достаточно хорошее развитие электрофизиологии растений, полного понимания механизмов влияния внешнего электрического поля на растения так и не достигнуто, хотя определённые обоснованные гипотезы существуют.

По современным представлениям, на клеточном уровне влияние электрического поля может быть связано с тем, что оно обеспечивает проникновение кальция внутрь клетки. Содержимое клетки имеет низкое электрическое сопротивление по сравнению с её оболочкой — мембраной, поэтому большая часть напряжения по законам электротехники окажется приложенной к клеточным мембранам — оболочкам клеток. При нужном направлении поля это напряжение может увеличивать проницаемость мембран для ионов кальция. А даже очень небольшое её увеличение будет иметь большое влияние на внутриклеточную концентрацию кальция. Возможно, это увеличивает скорость метаболизма, потому что ионы кальция часто составляют неотъемлемую часть ферментных каскадов, которые контролируют многие внутриклеточные сигнальные процессы. Эти каскады являются усилителями на основе ферментов, где одна молекула фермента активирует большое количество молекул другого фермента, который, в свою очередь, активирует третий фермент и т. д.

Любопытно, что несимметричное проникновение кальция в клетки из-за определённого направления электрического поля (токов) может влиять на направление роста клеток и растений в целом. Это называют полярным ростом. Связь между искусственно приложенными электрическими токами и полярным ростом впервые была обнаружена Лундом (E. J. Lund) в 1923 году для клеток водорослей фукус. Обычно направление их роста определяется падающим светом, но Лунд сумел обнаружить влияние слабого электрического тока, прикладывая его к водоросли в темноте.

Растения, похоже, используют сильные электростатические поля, связанные с дождями и грозами, в качестве сигнала для перестройки, чтобы наилучшим образом утилизировать дождь. Ведь им надо отреагировать достаточно быстро, прежде чем вода уйдёт. Первое свидетельство этого дал Лемстрём, который заметил, что сухая погода часто препятствует успешному применению электрокультуры. Связано это, видимо, с тем, что ожидаемый после электрического воздействия дождь не наступал и ресурсы растений тратились впустую.

Следующая подсказка пришла от Блэкмана, который обнаружил, что воздействие на проростки зерновых электрическим полем в течение одного часа стимулирует их рост, причём скорость роста продолжала увеличиваться в течение, по крайней мере, четырёх часов после выключения тока. Это говорит о том, что в растении активируется некий механизм, способствующий росту, который затем остаётся активным лишь некоторое время. Это явление может объяснить распространённое представление о том, что растительность часто выглядит необычно зелёной после грозы.

Невыполнение условия, чтобы в течение определённого времени после электрического воздействия осуществлялся полив (или шёл дождь), может также объяснить многие отрицательные результаты применения электрокультуры. Забавно с этой точки зрения выглядит, например, эксперимент 1926 года, сделанный американцем Л. Бриггсом и его коллегами, которые, чтобы избежать искрения в установке, заранее отключали ток всякий раз, когда ожидался дождь!

Исследователи Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР провели эксперимент, в котором около растения держали отрицательный электрод и постепенно увеличивали напряжение от 500 до 2500 вольт. При этом интенсивность фотосинтеза возрастала. Если же потенциалы растения и атмосферы были близки или изменялась полярность электрода, то поглощение углекислого газа растением уменьшалась и его рост тормозился, опять-таки пропорционально напряжению.

При протекании токов через почву воздействие электричества может идти по многим направлениям. Ионизация почвы ускоряет идущие в ней химические и биохимические реакции, активизируются некоторые микроорганизмы, увеличивается перемещение влаги, разлагаются вещества, которые плохо усваиваются растениями. Под действием тока идёт электрофорез и электролиз, в результате которых химические вещества в почве переходят в легкоусвояемые формы и поглощаются растениями. Быстрее превращаются в почву растительные остатки. Какие из этих процессов более существенны при электрокультивировании, ещё предстоит выяснить исследователям.

Помимо воздействия на растения электростатическим полем и постоянным током XX век принёс и другие инструменты их обработки: это и лазерное излучение (особенно оно популярно в инфракрасном диапазоне), радиоволны, переменный ток, магнетизм, радиоактивные излучения и даже звук. Воздействовать можно на семена, растения, почву, воду и питательные вещества. Но это всё отдельный разговор.

Обработка почвы с помощью электрического потенциала между рабочими органами и почвой – A01B 47/00

Патенты в данной категории

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройствам для уничтожения сорных растений, предусматривающим воздействие тока высокого напряжения. Устройство содержит подвижный агрегат, источник электроэнергии и рабочие органы. Источник электроэнергии выполнен в виде резонансной системы электроснабжения. Источник электроэнергии включает в себя первичный источник электроснабжения, инвертор, резонансный трансформатор. Источник электроэнергии размещен стационарно в непосредственной близости от возделываемого угодья. В состав устройства введена однопроводниковая линия электропередачи. Выход источника электроэнергии подключен к входу однопроводниковой линии электропередачи. Выход однопроводниковой линии электропередачи соединен с входом электродной секции с рабочими органами. Такое конструктивное решение позволяет эффективно уничтожать сорные растения. 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Согласно предложенному способу предварительно диспергируют по поверхности почвы реагент-деструктор, восприимчивый к электромагнитным волнам, с последующим облучением обработанного участка микроволновым излучением. Причем в качестве реагента-деструктора используют вещества в жидкой форме или растворы, которые выделяют атомарный кислород под действием микроволнового излучения, а именно пероксид водорода или раствор пероксидисульфата натрия. Способ позволяет обезвреживать химические соединения разных классов, в том числе малополярных соединений, а также сорные растения и вредители, за счет обеспечения химической деструкции загрязнителей в процессе микроволнового воздействия на почву. 1 з.п. ф-лы, 5 пр.

Способ включает обработку почвы импульсной электромагнитной волной с правосторонней эллиптической поляризацией при плотности потока энергии 1-1500 Дж/м 2 . В почву до обработки вносят органические остатки и удобрения, преимущественно навоз. Устройство содержит модулятор, подключенный к генератору высокочастотных колебаний, блок задания режимов работы и антенный тракт с излучателем. Соответствующий выход блока задания режимов работы связан с входом модулятора. Излучатель содержит излучающие элементы. Устройство дополнительно содержит переключатель с одним высокочастотным входом и высокочастотными выходами и блок управления переключателем. Выход блока задания режимов соединен с входом блока управления переключателем. Выход блока управления переключателем соединен с управляющим входом переключателя, соответствующие выходы которого соединены с излучающими элементами. Такие технология и конструкция позволят повысить содержание в почве доступных для растений питательных веществ и гумуса. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к обработке жидких сред униполярной электрохимической активацией и может быть использовано в различных областях человеческой деятельности, в частности в быту, в медицине, в сельском хозяйстве. Устройство содержит источник постоянного тока с переключателем полюсов и униполярные электроды, единичный пассивный и не менее двух активных, причем пассивный электрод размещен в емкости из ионопроводящего материала, а активные электроды закреплены на кронштейнах, смонтированных на этой емкости. Способ использования устройства заключается в погружении активных электродов в обрабатываемую среду, а пассивного в заполненную водой емкость, причем емкость с пассивным электродом размещают в центре зоны обработки, а активные электроды в радиальных направлениях относительно этой емкости. Технический результат — упрощение конструкции устройства и обеспечение его компактности при высокой эффективности обработки и расширение технических возможностей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в сельском хозяйстве для обеззараживания почвы от вредоносной микрофлорной галловой нематоды и комплексов грибов (фузарий, разоктония и т.д.) в теплицах. Установка содержит рабочую камеру, источник электромагнитных колебаний, устройство транспортировки, устройство загрузки и выгрузки, устройство увлажнения, датчики влажности и температуры, устройство управления установкой, устройства регулирования межэлектродным расстоянием и регулирования подачи воды. Установка также снабжена микропроцессором для автоматического управления процессом обеззараживания. Устройство увлажнения выполнено в виде ворошителя, имеющего две смещенные лопасти, в основании которых установлены датчики влажности и температуры. В верхней части ворошителя смонтирован телескопический поршень, в центре которого расположен сквозной канал для подачи воды, выполненный разветвленным в области лопастей ворошителя с образованием боковых каналов, заканчивающихся форсунками высокого давления. Рабочая камера имеет две вертикально и параллельно расположенные высокопотенциальную и низкопотенциальную пластины. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество обеззараживания почвы в теплице и производительность за счет мобильности и автоматического управления процессом обеззараживания. 5 ил.

Устройство для обеззараживания почвы в защищенном грунте против болезней и вредителей относится к сельскому хозяйству. Техническим результатом, достигаемым при реализации данного устройства, является повышение качества обработки почвы, уменьшение расхода энергии и упрощение конструкций. Устройство для термоэлектрического обеззараживания почвы состоит из электронагревательной камеры, внутри которой установлен лопастной шнек, привод которого включает электродвигатель и редуктор. Электронагревательная камера выполнена в виде двух коаксиально расположенных труб, из которых внутренняя соединена с фазным проводом, а внешняя труба и корпус электродвигателя привода лопастного шнека соединены с заземленным нулевым проводом. 1 табл., 1 ил.

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве и почвоведении, в частности, для определения электрических свойств почв. Способ заключается в размещении измерительных неполяризующих электродов в различные почвенные слои и измерение разности потенциалов между ними. Для этого обеспечивают контакт измерительных электродов через солевые агаровые мостики с различными почвенными слоями и измеряют разность потенциалов между электродами. Затем из почвенных слоев отбирают почвенные пробы, размещают на непроводящей пластине, соединяют между собой солевым агаровым мостиком и при помощи тех же измерительных электродов с солевыми агаровыми мостиками измеряют разность потенциалов между ними. Алгебраически суммируя эти потенциалы, определяют диффузионно-адсорбционный потенциал между почвенными слоями. Такая технология позволит повысить точность определения диффузионно-адсорбционных потенциалов на границе контакта различных почв или почвенных горизонтов. 1 табл., 1 ил.

Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов — Устройства для обработки сред электрическим током

Содержание материала

Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов
Газоразрядные лампы
Установки для электрического освещения
Облучение растений в теплицах
Применение осветительных установок на птицефермах
Установки ультрафиолетового облучения
Установки инфракрасного нагрева
Электротехнологические установки
Установки электронно-ионной технологии
Ультразвуковая техника
Установки для магнитной обработки материалов
Устройства для обработки сред электрическим током
Электропривод и его основные части
Характеристики и режимы работы электродвигателей
Регулирование скорости в электроприводах
Выбор электродвигателей
Аппаратура управления электродвигателями
Рубильники и переключатели
Путевые выключатели
Контакторы и электромагнитные пускатели
Реле управления
Тиристорные пускатели
Логические элементы
Плавкие предохранители
Автоматические выключатели
Тепловые реле и температурная зашита
Автоматическое управление электроприводами
Принципы управления двигателями постоянного тока
Схемы управления асинхронными электродвигателями
Блокировочные связи и сигнализация в схемах управления электроприводами
Следящий привод, применение магнитных и тиристорных усилителей
Дистанционное управление электроприводами
Электропривод ручных инструментов и стригальных машинок
Управление электроприводами поточных линий
Электропривод поточных линий приготовления кормов
Управление поточными линиями кормораздачи
Управление электроприводами комплекса машин по удалению навоза и помета
Эффективность и перспективы электрификации тепловых процессов, способы нагрева
Способы охлаждения и типы холодильных машин
Электродуговые нагреватели
Индукционные и диэлектрические нагреватели
Автоматизация электронагревательных установок
Выбор и настройка автоматических регуляторов электронагревательных установок
Электрические водонагреватели и котлы
Электродные водогрейные и паровые котлы
Электрооборудование и автоматизация электрокотельных, электрокалориферные установки
Электрообогреваемые полы
Средства местного электрообогрева
Электрические инкубаторы
Электрический обогрев парников и теплиц
Установки для электротепловой обработки продуктов и кормов
Электротерморадиационная и высокочастотная сушка
Электротепловая обработка пищевых продуктов и кормов
Электротермические печи
Электросварочное оборудование
Высокочастотные установки
Низкотемпературные установки
Холодильные производственные установки
Электрооборудование и автоматизация плодо- и овощехранилищ

Обработка почвы электрическим током при помощи электродов, закладываемых в почву, благоприятно влияет на корневую систему овощных и других культур при оптимальной плотности тока в почве. Установлено, что лучший эффект достигается при плотности 50 А/м2 переменного тока и 1 А/м2 постоянного тока с плоскими угольными электродами, располагаемыми вертикально в поверхностном слое почвы. При этом урожайность увеличивается до 40%.
Такие устройства применимы в культивационных помещениях защищенного грунта. При указанной плотности переменного тока осуществляется также обогрев почвы в холодное время года.
Электрорассоление почв постоянным током производится для увеличения растворимости и подвижности труднорастворимых солей при промывке. При этом увеличивается плодородие засоленных почв. Наиболее интенсивно процесс рассоления солончаковых почв (составляющих около 20% посевной площади страны) происходит при плотности постоянного тока 0,1 А/м2.
Участки почвы, подлежащие рассолению, предварительно подготавливают к промывке. На прямоугольном участке шириной 160 . 320 м расположены две анодные и три катодные распределительные линии, присоединенные к выпрямительному устройству с выходным напряжением 75 В постоянного тока. Анодные и катодные электроды заделывают в грунт на глубину соответственно 1 и 5 м. Оптимальные расстояния между электродами составляют 10. 20 м, а между линиями 40. 80 м. Ток к электродам подводится голыми алюминиевыми проводами, прокладываемыми на поверхности участка. Питание выпрямитель получает от понизительной подстанции 10/0,4 кВ.

Рассоление 1 га сильно засоленных почв на глубину одного метра осуществляется за 1 . 1,5 месяца при расходах электроэнергии 6. 20 тыс. кВт-ч и пресной воды не более 5. 6 тыс. м3. Обычный метод рассоления длится два сезона.
Электроплазмолиз основан на термическом (около 65°С) или электрокинетическом воздействии электрического тока на биологическую клетку для разрушения ее биомембраны и выделения клеточного сока.
Электроплазмолиз живых клеток может осуществляться переменным током промышленной или повышенной частоты напряженностью от 300 до 2000 В/см и униполярными импульсами тока высокого напряжения напряженностью более 2000 В/см. Плазмолиз одной клетки требует в среднем (1,1 . 1,5) 10-10 Дж.
С увеличением частоты и плотности тока электроплазмолиза расход электрической энергии снижается. Электроплазмолиз можно полезно использовать для ускорения обезвоживания и сушки растений (особенно с толстым стеблем), созревания шляпок подсолнечника на корню, борьбы с сорняками и т. д.
Электроосмос — направленное движение ионов с захватом молекул воды в порах коллоидно-пористых материалов под действием постоянного электрического поля. Скорость перемещения жидкости от положительного к отрицательному полюсу v (м/с) определяется коэффициентом электроосмоса Кэо м2/(В-с) и напряженностью поля Е (В/м):
v=KS0E. (6.14)
Электроосмос можно использовать для ускорения обезвоживания различных сельскохозяйственных сред (например, навоза и др.), снижения тягового усилия плуга при обработке почвы и т. д.
При обезвоживании навоза крупного рогатого скота коэффициент электроосмоса Кэо= (8 . 160) 10

5 м2/(В-с). При плотности тока около 45 А/м2 расход электроэнергии составляет 350 кВт-ч на 1 т.

Использование биологического действия электрического тока

Предпосевная обработка семян.Способ обработки семян электрическим током и полем высокого напряжения промышленной частоты разработан в ВИЭСХ. Семена обрабатывают в конденсаторе, между обкладками которого создается поле напряженностью 100. 400кВ/м. Длительность обработки семян различных культур составляет 20. 180 с. Производственные испытания данного метода обработки семян в различных зонах страны подтвердили его эффективность на многих сельскохозяйственных культурах. В частности, урожайность зерновых культур повышается на 10. 15 %, а зеленой массы кукурузы — до 25 %. Качество получаемой продукции улучшается.

Борьба с сорными растениями.Установлено, что электризация почвы и корневой системы растений слабым электрическим током плотностью 0,1 . 5А/м может оказывать стимулирующее действие на растения (ускоряется созревание, повышается урожайность и др.).

При достаточно большой плотности тока его действие на растение становится угнетающим, что может быть использовано для борьбы с сорной растительностью. Исследования и разработки в этой области проводят в России, США, Великобритании и других странах. Общее для многих из предложенных технических решений — использование мобильных устройств, например на базе трактора. От вала отбора мощности трактора приводится во вращение электрический генератор, подключенный к первичной обмотке повышающего трансформатора. Высоковольтные обмотки трансформатора соединены с навесными электродами, перемещаемыми над поверхностью почвы, и с заземленными, перемещаемыми в толще почвы или по ее поверхности. Электрический ток проходит через почву и корневую систему сорных растений и уничтожает их.

В ЧГАУ при использовании для борьбы с сорными растениями трехфазного переменного тока промышленной частоты в качестве навесных электродов на тракторе применяли пластины и стержни с шириной захвата 50. 55 см, а в качестве заземленных — катки Диаметром 10 см и массой 6,6 кг. Были выявлены оптимальные условия обработки с точки зрения затрат электроэнергии и эффективности истребления сорных растений: напряжение между электродами—2. 5 кВ, скорость перемещения электродной системы— 1. 4 км/ч. Срок обработки определялся достижением сорными растениями фазы старения или сваривания. При удельных затратах электроэнергии 20…90 кВт ч га засоренность снижалась на 80…90 %.

Электронный вариант дополнительной лекции для самостоятельной проработки по теме :

Электроимпульсная техника

Обработка семян и почвы электрическим током

Несколько десятилетий ведутся работы по изучению влияния различных родов электрического тока на семенные качества зерновых и овощных культур. Многочисленные исследования показали, что электрическая энергия в определенных дозах является сильным стимулирующим фактором, повышающим всхожесть и урожайность различных культур.

При изучении различных конструкций установок для предпосевной обработки семян следует произвести их сравнительный анализ по экономичности и перспективности использования в сельскохозяйственной практике.

Следует ознакомиться с основными направлениями работ в области использования электрического тока при обработке почвы (борьба с засолением почвы, электроосмос, электризация почвы, обогащение почвы микроэлементами и др.) уяснить получаемые при этом биологические и экономически результаты.

Контрольные вопросы:

1. В каких технологических процессах сельского хозяйства возможно использование токов промышленной частоты?

2. Как устроена установка для предпосевной обработки семян переменным током высокого напряжения?

3. В чем заключается стимулирующее действие электрического тока на семена различных сельскохозяйственных культур?

4. Для каких процессов обработки почвы может быть использовано электрическое поле и в чем выражается его воз действие?

Большое практическое значение имеет использование импульсов высокого напряжения в электрических изгородях. Необходимо понять принцип действия импульсов высокого напряжения на живые организмы и изучить требования, предъявляемые к пульсаторам. Следует ознакомиться с различными типами пульсаторов и с комплектами оборудования электрических изгородей, а также с правилами их монтажа и эксплуатации.

Ряд технологических процессов сельского хозяйства может осуществляться с помощью электрогидравлического эффекта (обработка почвы, разрушение крупных валунов на полях, приготовление комбинированных кормов, измельчение минеральных удобрений, пастеризация и гомогенизация молока, подъем воды, активизация семян, обеззараживание органических удобрений и фекальных вод, бактерицидная обработка сельскохозяйственных продуктов, воды и т.д.). Студенту необходимо уяснить физическую сущность явления электрического разряда в жидкостях и ознакомиться с электрическими схемами электрогидравлических установок и основами выбора их параметров.

Контрольные вопросы:

1. Какова физическая сущность электрогидравлического эффекта?

2. В каких производственных процессах сельского хозяйства используется электрогидравлический эффект?

3. Какие существуют типы пульсаторов для электрических изгородей?

4. В чем состоит разница в устройствах электрических изгородей для различного вида животных?

5. Перечислите правила монтажа и эксплуатации электрических изгородей.

6. Укажите перспективные области использования высоковольтных импульсов в животноводстве и растениеводстве.

7. Объясните принцип обмолота зерна с помощью импульсных искровых разрядов.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Баранов Леонид Афанасьевич, Бурнаев Михаил Гаривжанович

Рассмотрены методы обеззараживания почвы. Показана возможность применения электротермической обработки почвы защищенного грунта и ее преимущества.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Баранов Леонид Афанасьевич, Бурнаев Михаил Гаривжанович

Обоснование применения электрофизического метода для мониторинга численности и фазы развития насекомых - вредителей овощных культур

Методика выбора технологического оборудования для производства рассады овощных культур в интенсивной светокультуре

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА

\fl.A. Баранов[ М.Г. Бурнаев

г. Челябинск, ЧГАУ

Ежедневно человек нуждается в потреблении свежих овощей, для выращивания которых используются сооружения защищенного грунта (парники, теплицы и т.д.)- В данных сооружениях для получения высокой производительности сельскохозяйственных растений создается благоприятный микроклимат, который в свою очередь ведет к соответствующему росту болезней и вредителей сельскохозяйственных растений. Болезнь растения - это нарушение нормального строения и обмена веществ клеток, органов и целого растения под воздействием фитопатогенов. Фитопатоген, проникая в растения, нарушает нормальный процесс жизнедеятельности, что резко снижает урожайность или ухудшает качество продукции. Корневая гниль сеянцев и взрослых растений - одно из самых распространенных заболеваний растений семейства тыквенных в теплицах. Болезнь может проявиться уже в фазе семядольных листьев, при этом подсемядольная часть стебля становится водянистой, утончается и внезапно полегает. У взрослых растений болезнь начинается с пожелтения и увядания нижних листьев. Прикорневая часть стебля и корни буреют и размочаливаются, молодые мочковатые корни не развиваются. Завязи отмирают, зеленцы недоразвиваются. Больные растения засыхают и увядают. Возбудители заражают растение через корневую систему. Грибы хорошо сохраняются в течении длительного времени в почвенных субстратах и быстро накапливаются при бессменном выращивании овощных культур семейства тыквенные. Урожайность из-за болезни может снизиться на 40-50 % [1]. Почва является основной средой размножения и обитания болезней и вредителей растений. Поэтому в культивационных сооружениях защищенного грунта заменяют почву через 2-4 года, что требует больших затрат. При сильном заражении почву приходится менять ежегодно. Экономические расчеты показывают, что часто бывает целесообразнее осуществлять перенос теплицы на новое место, чем ежегодно менять в ней почву Наиболее эффективный способ борьбы с вредителями и болезнями растений заключается в термическом обеззараживании защищенного грунта. Для обеззараживания почвы наиболее широкое применение

получили следующие способы: паровой, химический и электродный.

При химическом способе обеззараживания для борьбы с вредителями, болезнями и сорняками широко используются пестициды и биопрепараты, для которых необходимо знать и строго соблюдать установленные регламенты при хранении, транспортировки и их применении. К положительной стороне данного способа стоит отнести его избирательность в зависимости от вида вредителя или болезни. Но данный способ имеет ряд серьезных недостатков: существует серьезная опасность отравления персонала, вредное для растений последствие - токсичность почвы, довольно длительная продолжительность обработки почвы. Кроме того, накладываются ограничительные рамки по расположению теплиц, которые должны быть не ближе 1000 м от населенных пунктов, скотных дворов, птичников и источников водоснабжения. Встает вопрос о способе, условии и месте хранении химических препаратов. Более того химическое обеззараживание можно проводить при температуре почвы не выше 15-20 °С, в противном случае происходит интенсивное выделение ядовитых газов. В связи с этим большинство тепличных хозяйств отдают предпочтение паровому способу обеззараживания.

Паровой способ обеззараживания при температуре близкой к 100 °С является наиболее совершенным. После парового обеззараживания восстанавливается плодородие почвы, сама операция сравнительно безвредна для человека и растений. Пропаривание грунта в течении от 30 до 60 мин, считая с момента достижения температуры 100 °С во всем обрабатываемом слое почвы, уничтожает вредителей и возбудителей болезней. Паровой способ обработки почвы можно считать перспективным при использовании различных устройств и приспособлений. Однако при длительном воздействии пара в почве вместе с вредными погибают и полезные бактерии, повышается ее соленасыщен-ность, что вредно отражается на развитии растений: разрушаются коллоиды, уменьшается капиллярность и влагоемкость почвы. Кроме того, при длительном воздействии высокой температуры в почве образуются вредные продукты, которые способны сохранять годами свои токсические

свойства. Следует также отметить, что применять паровой способ часто невозможно из-за больших энергетических затрат и необходимости использования специальной паровой установки.

Почти во всех опытах показания термометров брались через 5 минут после снятия напряжения.

Несмотря на эффективность, электродное обеззараживание имеет существенный недостаток, который заключается в том, что прилегающий к электродам слой почвы (контактный) нагревается

анализа тепличной почвы

Состояние почвы Содержание нитратного азота, мг/кг Содержание аммонийного азота, мг/кг Содержание воднорастворимого фосфора, мг/кг Содержание хлориона, мг/кг Содержание кальция, мг/кг Содержание магния, мг/кг Содержание калия, мг/кг PH (кислотность)

Контрольная проба (ненагретая почва) 1010 20 4 1417 1200 330 350 8,2

Нагретая до 90 °С без выдержки 1500 27 4,1 1680 14800 390 375 8,2

Нагретая до 90 °С с выдержкой 5 мин 1160 22 3,7 1566 1300 360 355 8,1

новки электродов. Для уменьшения утечки тока к боковым электродам подключен нулевой провод питающей сети.

Так как большинство обитающих в почве вредных микроорганизмов находятся на небольшой глубине около 25 см, предусмотрена обработка именно на эту глубину. Изменение глубины обработки достигается путем установки дисковых электродов различного диаметра.

Работа данной установки заключается в следующем. За два дня до обработки почву увлажняют до 40 % влажности и проверяют готовность стерилизатора к работе. Включением электропривода создается вращательное движение электродов, которые погружаются в почву. Одновременно открывается кран, и вода через распределительный коллектор стекает крупными каплями по поверхности электродов, обеспечивая контакт между электродами и почвой. После заглубления электродов на них подается напряжение. Время обработки почвы Зависит от ее структуры и степени влажности. При нагреве почвы до температуры 80 °С включается электропривод и стерилизатор перемещается на новое место обработки. Затем процесс повторяется.

Питание электродов осуществляется при помощи токосъемного устройства, включающего в себя набор токосъемных колец и щеткодержателей.

Управление осуществляется тумблерами, установленными на рукоятках стерилизатора.

Данная установка МЭОП-1 позволяет обеззараживать грунт непосредственно в теплице. Недостатком является то, что оператор находится в непосредственной близости от установки и подвергается опасности поражения электрическим током. К тому же оператор постоянно находится на ногах, что приводит его к усталости с уменьшению производительности.

При электродном способе обеззараживания почвы энергетические и эксплуатационные показатели в значительной степени зависят от схемы включения электродов. Если электроды соединить в треугольник (рис. 1,а), то помимо основного тока нагрузки, через почву от крайних электродов к заземляющему электроду нуля трансформатора будет протекать ток утечки, что вызовет большие потери электроэнергии. При этом вследствие большого шагового напряжения возникает опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала. Соединение электродов в звезду с подключением нулевых электродов к заземленному нулю трансформатора (рис. 1,6) наиболее приемлемо с точки зрения безопасности и симметричности нагрузок. Время обеззараживания в данном случае возрастает в 3 раза, и, следовательно, во столько же раз снижается производительность установки. Когда основные электроды включены в треугольник, а дополнительные соединены с заземленным нулем трансформатора (рис. 1,в), последние становятся экранирующими с

позиции электробезопасности. Но здесь из-за асимметрии фаз интенсивность процесса на крайних участках почвы в 3 раза ниже, чем на других. С увеличением общего числа электродов асимметричность уменьшается, однако при этом повышается необходимая мощность установки. Чтобы получить одинаковую интенсивность участков, необходимо дополнительные электроды размещать от крайних основных на расстоянии, которое в V? раза меньше, чем расстояние между основными.

Рис. 1. Схемы включения электродов при обеззараживании почвы: а) соединение электродов в треугольник; б) соединение электродов в звезду; в) соединение электродов в треугольник с нулем; А, В, С и 1М-фазы А, В, С и нулевой провод

Определение потерь электроэнергии на ток утечки

Число электродов Схема включения электродов Расход электроэнергии

кВт-ч/м3 % от расчетного значения Э=34,2 кВт-ч/м3

2 а) фаза-нуль 87,20 255,0

3 б) фаза-нуль-фаза 90,10 263,5

3 в) нуль-фаза-нуль 47,50 138,9

7 г) в звезду при неподвижных электродах 47,85 139,9

7 д) в звезду при движущихся электродах 44,90 131,3

четный на 30-40 %. Это объясняется ее потерями вследствие искажения электрического поля у краев электродов, передачи тепла соседним участкам почвы и воздуху, нагреву электродов и деталей установки. Кроме того, потери могут возникнуть на участке кабеля между счетчиком и установкой.

Перерасход электроэнергии в 2,55 и 2,63 раза в схемах а) и б) вызван утечкой тока через грунт от крайних электродов к нулю трансформатора.

Когда происходит утечка с одного электрода на один промежуток, включенный между фазой и нулем, потери достигают 90 % от расхода в межэ-лектродном пространстве.

При соединении семи электродов в звезду по схеме А-М-В-М-С-Ы-А утечка с двух крайних электродов на шесть промежутков, включенных между фазой и нулем, или с одного электрода на три промежутка вызовет относительные потери, которые в 3 раза меньше, чем в предыдущем случае.

При включении семи электродов в треугольник (см. рис. 1,а) абсолютные потери на утечку от крайних электродов останутся такими же, как и при звезде с подключением фазы на крайние электроды. Но так как мощность в межэлектродном пространстве возрастет в 3 раза, относительные потери на утечку снизятся в 3 раза по сравнению с потерями в варианте со звездой при подключении фазы на крайние электроды и составят 10 % от расхода электроэнергии в межэлектродном пространстве.

на определенном расстоянии, и электроприводом ведущих колес и электродов. Предполагается, что установка будет перемещаться по металлическим рельсам, которые служат направляющими и одновременно экранирующими электродами для уменьшения тока утечки. Данная установка может служить не только для обеззараживания защищенного грунта, но и для обработки почвы в период предпосевной и культивационной обработки земли. Контроль и управление данной установкой будет осуществляться дистанционно. В данном случае полностью исключается риск поражения электрическим током обслуживающего персонала в момент обеззараживания грунта. Установка позволяет полностью автоматизировать процесс обеззараживания, что дает возможность использовать ее в ночные часы при сниженной стоимости электрической энергии.

1 Защита растений от вредителей: учебное пособие / под ред. В.В. Исаичева. - М.. Колос, 2002. - 472 с.

2. Акопян, Р.А. Установка для электротермического обеззараживания почвы / Р.А. Акопян // Техника в сельском хозяйстве. - 1969. - 296 с.

3. Прищеп, Л.Г Эффективная электрификация защищенного грунта: учебное пособие /Л.Г Прищеп. - М.: Колос, 1980. - 76 с.

4. Каламкалиев М.Х. Исследование условий электродного применения нагрева почвы / М.Х. Каламкалиев, Л.А. Баранов // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - 1981. -№ 3. - С. 84-87.

5. Каламкалиев М.Х. Исследование электродного нагрева защищенного грунта / М.Х. Каламкалиев, Л.А. Баранов // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - 1980. -№4. - С. 85-87

Баранов Леонид Афанасьевич окончил факультет электрификации сельского хозяйства Казахского сельскохозяйственного института в 1960 г. Защитил кандидатскую диссертацию в 1969 г., в 1993 - докторскую. Профессиональные интересы - электро- тепло- снабжение сельского хозяйства. Доктор технических наук, профессор.

Бурнаев Михаил Гаривжановнч окончил в 2005 г. Челябинский государственный агро-инженерный университет. Аспирант кафедры применения электрической энергии в сельском хозяйстве ЧГАУ

Читайте также: