Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВСЕСЕЗОННОЙ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН К ПРОРАЩИВАНИЮ

Донской Д.Ю. 1 Лукьянов А.Д. 1
1 Донской государственный технический университет
В данной статье рассмотрена установка, разработанная для интенсивного проращивания семян овощных и зеленных культур. Данная разработка обеспечит процесс круглогодичного агрокультивирования семян. На данный момент существует множество способов воздействия на семена, но все они как правило, направленны на обеззараживание их поверхности: химическое протравливание, обработка ультрафиолетом, плазмой и даже взрывом гремучей смеси. Мы же предлагаем воздействовать на семена светом изменяемого спектрального состава и интенсивности, а также микроклиматом, с целью увеличения всхожести и скорости их прорастания при сохранении высокого уровня жизнеспособности, что принципиально отличает его от других. Используемый нами метод базируется на двух физических принципах. Во-первых, глубина залегания семени в почве определяется по отфильтрованному спектру света, достигающего его. Выделив соотношение спектральных составляющих, возможно сымитировать нахождение семени в грунте (агрокультивирование без грунта). Во-вторых, скорость процессов прорастания семени регулируется биологическими часами, которыми можно управлять, путем искусственной смены дня и ночи.
агрокультивирование
светодиоды
элемент Пельтье
точность
система
реле
транзисторный мост
переходная характеристика
фотопериод
спектр
эффективная величина
1. Дектярев А.А., Ключка Е.П. Применение переменных световых полей для светостимуляции тепличных растений // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 2–3.; URL: http://www.eduherald.ru/ru/article/view?id=12301 (дата обращения: 01.02.2018).
2. Ключка, Е.П. Новый подход для исследования переменного облучения растений в теплицах / Е.П. Ключка, Е.В. Пустовойтова // Инновации в сельском хозяйстве: сборник 5-й Международной научно-практической конференции. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2014. –№4. – С. 43–46.
3. Katin O.I., Lukyanov A.D.Determine pH of Liquid Using the RGB Sensor and Universal Indicator Paper / Modern informatization problems in economics and safety: Proceedings of the XXII International Open Science Conference. Editor in Chief O.Ja. Kravets, 2017. – С. 16–21.
4. Lukyanov A.D., Lisitskaya E.M., Vernesi M.A., Zimovnov O.V. Mathematical Model of Redistribution of Water in the System of Automatic Hydroponic Complex Control // Modern informatization problems in economics and safety: Proceedings of the XXII International Open Science Conference. Editor in Chief O.Ja. Kravets, 2017. – С. 32–37.
5. Ключка, Е.П. Применение переменных световых полей для светостимуляции тепличных растений / Е.П. Ключка, А.А. Дегтярев / Статья размещена на сайте VII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2015» по адресу http://www.scienceforum.ru/2015/785/9661
6. Ключка Е.П. Особенности биотехнической системы переменного облучения растений в теплицах / Е.П. Ключка, Е.В. Пустовойтова. – URL: http://www.scienceforum.ru/2015/785/9674.

С каждым годом потребность людей во всесезонных овощах и зелени растет. Это требует либо увеличение площадей, либо повышение производительности тепличных хозяйств по всей территории, где возможно агрокультивирование. Установка, рассматриваемая в данной статье, направлена на повышение производительности технологий закрытого грунта, что достигается за счет интенсификации, автоматизации и всесезонности процессов проращивания семян овощных и зеленных культур. Технология закрытого грунта позволяет использовать данную систему в большом диапазоне климатических условий, что очень востребовано в местностях с экстремальными, для семян, климатическими условиями.

Система поддержания микроклимата

Одной из составляющих данной установки является система поддержания микроклимата с возможностью регулировки температуры, адаптации к изменяющимся внешним и внутренним условиям и моделирования смены температуры в течении суток в разные сезоны агрокультивирования. Так как установка для всесезонной подготовки семян масштабируема, мы рассмотрим вариант с внутренним объемом от 0.5–5 м3, что достаточно для проращивания семян в объеме частного производства. Структурные схемы, показанные на следующих рисунках, определяют вариации сборки автоматизированной системы поддержания микроклимата.

Эта структура системы не позволяет использовать управление ШИМ сигналом и требует 2 цифровых, для срабатывания реле.

Для более быстрого и точного позиционирования температурного порога требуется использование транзисторов, как на следующей структурной схеме (рис. 2).

Разницу между методами реализации системы поддержания микроклимата можно увидеть на переходной характеристике, процесса регулирования температуры в установке, рис. 3.

dons1.wmf

Рис. 1. Блок-схема с переключателем, базирующимся на 2-х реле. *Устройства ввода/вывода требуются для мониторинга и ручной регулировки условий теплицы

dons2.wmf

Рис. 2. Блок-схема с переключателем полярности на транзисторах. *Данная сборка обеспечивает мгновенное изменение полярности питания элемента Пельтье, что обеспечивает наибольшую точность системы. Такая сборка требует от микроконтроллера 2 управляющих ШИМ сигнала и один цифровой

dons3.tif

Рис. 3. Переходная характеристика системы поддержания микроклимата: красная линия – транзисторный мост; синяя – реле

Система стимуляции семян различными спектрами света

С развитием технологий закрытого грунта как на гидропонной, так и на аэропонной основе, и интенсивной светокультуры, необходимо обратить внимание на стимулирование семян тепличных растений. В настоящее время известно множество опубликованных научных работ, в которых изучалась обработка семян различными методами. Результаты данных исследований положительны, растения из семян, обработанных физическими факторами более устойчивы к заболеваниям. Основываясь на сведениях об успешной светостимуляции роста и развития различных видов растений в условиях биотехнологических лабораторий с использованием светодиодных ламп, мы в автоматизированной установке для всесезонной подготовки семян к проращиванию используем блоки светодиодов различных спектров. В связке с системой поддержания микроклимата мы получаем от семян: повышение энергии прорастания, всхожести, усиление фотосинтетической активности, повышение выживаемости растений, улучшение качества продукции и увеличение урожайности [1].

Для того чтобы воздействие видимым спектром света было положительным требуется подбор алгоритмов светостимуляции для всех растений овощных и зеленных культур.

Каждое семя по-своему настроено на определенную глубину зарывания в почве, эта глубина определяется по отфильтрованному спектру солнечного света, который достигает его, проходя слой грунта (рис. 4).

В реальных условиях, проходя сквозь грунт, синяя и зеленая спектральная составляющая отражаются или поглощаются поверхностью земли, т.е. значительно падает их воздействие на семя. Таким образом, с помощью светодиодов можно смоделировать определенное соотношение спектральных составляющих зеленого, синего, красного и белого цвета, которое будет инициировать процесс проращивания семени [4].

Еще одним немаловажным аспектом увеличения всхожести и скорости прорастания семян является смена освещения и климата в течении суток. Это говорит о том, что, изменяя фотопериод и температуру, мы имитируем смену дня и ночи, задавая определенный ритм биологическим часам семени. Наглядно это можно увидеть на рис. 5.

Структурная схема всей системы светостимуляции изображена на рис. 6.

Однако, имея хорошую базу исследований в данном направлении, научное сообщество до сих пор не предложено системы эффективных величин для оценки действия оптического излучения различного спектрального состава на семена овощных и зеленных культур [5]. В основе такой системы эффективных (редуцированных) величин должна лежать кривая чувствительности семян к одному из факторов режима световой стимуляции, либо к соотношению данных факторов. Учёт данной кривой и других оптических спектральных свойств семян позволит увеличить эффективность их предпосевной обработки [6].

dons4.tif

Рис. 4. Влияние интенсивности и спектра света на всхожесть семян

dons5.tif

Рис. 5. Влияние искусственного изменения фотопериода на ускорение прорастания семян

dons6.wmf

Рис. 6. Блок-схема системы светостимуляции

Заключение. Таким образом, для полной искусственной реализации климатических условий требуются более тщательные исследования по данному направлению. Нами была разработана данная тепличная установка с целью нахождения той самой кривой эффективных величин. Это позволит увеличить всхожесть, жизнеспособность и скорость прорастания семян овощных и зеленных культур. Применение данной установки в производстве повысит производительность тепличных хозяйств, что и требуется для удовлетворения спроса на всесезонные овощи и зелень [2, 4].


Библиографическая ссылка

Донской Д.Ю., Лукьянов А.Д. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВСЕСЕЗОННОЙ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН К ПРОРАЩИВАНИЮ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3-3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=18316 (дата обращения: 27.09.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074