Сравнительное исследование ростовых показателей, характеристик газоразрядного свечения и оптических параметров рентгенограмм мал

Сравнительное исследование ростовых показателей, характеристик газоразрядного свечения и оптических параметров рентгенограмм малых партий семян, сформированных с использованием метода электростатической сепарации.

Архипов М.В., Прияткин Н.С., Гусакова Л.П., Дмитриев С.В. 

Известно, что семена одной партии неоднородны по своим характеристикам, зависящей от биологических особенностей растения, почвенно-климатических факторов и агротехнических условий возделывания культуры. Таким образом, семена в посевной партии различаются по своим физическим, биологическим и физиологическим свойствам, по продуктивности и посевным качествам [1]. Используемые в настоящее время средства подготовки семян к посеву не обеспечивают установленных стандартом свойств, поэтому 40% семян в полевых условиях не всходит, а значительная часть дает неполноценные всходы [2]. В связи с этим возникает необходимость в совершенствовании действующих устройств и создании новых принципов сепарации семян, прежде всего, электростатической.    Научные подходы и устройства для электростатической сепарации семян разработаны в середине XX века, работы в этой области ведутся как в России [3], так и за рубежом [4,  5]. Цель исследований: оценка эффективности применения метода электростатической сепарации семян с использованием современных технологий интроскопического контроля и традиционных методов оценки качества семенного материала.

Задачи исследований:  

1. Оценка стандартизированных показателей качества малых партий семян, сформированных с использованием метода электростатической сепарации.
2. Комплексная оценка интроскопических показателей (характеристик газоразрядного свечения, морфометрических и денситометрических показателей рентгенограмм) малых партий семян, сформированных с использованием метода электростатической сепарации. 

Объекты и методы исследований:
Объектом исследований служили семена яровой пшеницы сорта Ленинградская 6 и ярового ячменя сорта Ленинградский. Семена были разделены на три фракции методом электростатической сепарации с использованием серийного лабораторного электростатического сепаратора «Элкор-1», производства ООО «Механобр-Техника». Общий вид сепаратора представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Сепаратор ЭЛКОР-1

Принцип работы сепаратора заключается в следующем: исходный материал поступает из загрузочного бункера на лоток питателя и далее на поверхность вращающегося барабана (осадительного электрода), которым выносится в зону коронного разряда. В поле коронного разряда частицы материала приобретают заряд, знак которого соответствует знаку заряда коронирующего электрода, и под действием электрических сил прижимаются к поверхности барабана так называемыми "силами зеркального отображения". 

Контактируя с осадительным электродом, частицы материала разряжаются. Частицы с высокой электропроводимостью быстро отдают свой заряд и центробежной силой сбрасываются с барабана. Изменению траектории частиц, сходящих с барабана, способствует отклоняющий электрод. Частицы с меньшей электропроводимостью медленнее отдают свой заряд и поэтому оседают на барабане. Количество и типы высоковольтных электродов, положение отклоняющего электрода, а также расстояния между электродами для каждого типа сепарируемого материала определяется опытным путем. Проводящие электрический ток частицы направляются в отсеки, расположенные по ходу вращения барабана, а непроводящие снимаются с поверхности барабана вращающейся щеткой в отсеки у задней стенки рабочей камеры. В средние отсеки поступают промежуточные продукты, состоящие из проводящих и непроводящих частиц.  Сепарация материала производилась в один приём при напряжении на высоковольтных электродах 25 кВ и скорости вращения осадительного электрода 30 об/мин. При этом были получены три продукта, обладающие различной электропроводимостью. Объем выборки составил 100 семян для каждой фракции.

Получение газоразрядных изображений осуществлено с использованием прибора «ГРВ-камера Про», согласно методике, описанной ранее [6], программная обработка газоразрядных изображений выполнена в программном обеспечении «ГРВ Научная лаборатория», уровень фильтрации шума – относительный, 100 %. Анализировались следующие параметры: площадь свечения (пиксели), средняя интенсивность (отн. ед.), коэффициент формы (отн. ед.), энтропия (отн. ед.), фрактальность (отн. ед.), средний радиус изолинии (пиксели), нормализованное СКО изолинии (пиксели), длина изолинии (пиксели).
Получение рентгенограмм выполнено с использованием рентгеновской установки ПРДУ-02, производства ЗАО «Элтех-Мед». Измерение морфометрических и оптических параметров рентгенограмм осуществлялось с помощью программного обеспечения для анализа изображений «Аргус-Био», анализировались следующие параметры рентгенограмм: площадь (см2), периметр (мм), длина (см), ширина (см), округлость (отн. ед.), удлиненность (отн. ед.), Средняя яркость (отн. ед.), Отклонение яркости (отн. ед.), Оптическая плотность (отн. ед.), Интегральная оптическая плотность (отн. ед.) и изрезанность (отн. ед.).  
Контроль ростовых показателей (энергия прорастания, %, всхожесть, %) был выполнен после процедуры комплексной интроскопической оценки.
Оценка влажности семян была выполнена с использованием анализатора  Ohaus MP-45.

Результаты исследований:
Данные, полученные методами традиционной оценки качества семян, а также интроскопического анализа сепарированных фракций семян яровой мягкой пшеницы и ярового ячменя представлены, соответственно в Таблицах 1 и 2.

Таблица 1  
Результаты комплексного интроскопического анализа и показателей стандартной оценки сепарированных фракций семян яровой пшеницы сорта Ленинградская 6.

Таблица 2  
Результаты комплексного интроскопического анализа и показателей стандартной оценки сепарированных фракций семян ярового ячменя сорта Ленинградский.

По стандартным показателям качества семян (всхожесть – ячмень; масса 1000 семян – пшеница, ячмень; влажность – пшеница) – наибольшие отличия зарегистрированы у фракции 2. Очевидно, семена, попавшие в эту фракцию в результате электростатической сепарации характеризуются максимальным весом и плотностью, что подтверждается также данными денситометрического анализа рентгенобразов (параметр средняя яркость). По литературным данным, семена, имеющие максимальную всхожесть, более выполнены и имеют большую относительную массу [7].   

  Также  установлено, что стандартный показатель энергия прорастания, %  и параметр средняя интенсивность газоразрядного свечения (ед. яркости) и энтропия газоразрядного свечения (отн. ед.) положительно связаны между собой, что особенно видно при сравнении фракций ярового ячменя. Эти данные совпадают с результатами [2], где показано, что   электросепарирование обеспечивает появление более ранних и дружных всходов. 

Таким образом, интроскопические методы оценки качества семенного материала могут быть успешно применены для оценки эффективности электростатической сепарации семян.

Список литературы 

1. Стерхова Т.Н. Сортирование семян огурца в электростатическом поле на ленточном триере. Автореферат на соиск. ученой степени  канд. техн. наук: 05.20.02.- Ижевск, 2005.
2. Тарушкин В.И. Диэлектрическая сепарация семян. Том 1 : Автореферат на соиск. ученой степени  д-ра техн. наук: 05.20.02.- Москва, 2007.
3. Basov A.M at al., 1961. Electrostatic Mashines for seeds separation. Theory, construction and Design. Moskow, Mashinostroenie, 1968. pp. 126-157 (in Russian)
4. J.E.Harmond, N.R. Brandenburg, D.E. Booster, “Seed cleaning by electrostatic separation” in Argicultural Engineering, vol.42, pp.2225, January 1961.
5. M.Abdel-Salam, A.Ahmed, and H. El. Kishki, “Seed sorting by electrostatic separation: an experimental study” in Electrical Insulation and Dialectric Phenomena; Annual Report conference on 17-20 October 2004. pp. 377-380. 6. Архипов М.В., Прияткин Н.С., Великанов Л.П., Бондаренко А.С., Жигунов А.С. Идентификация пустых и выполненных семян ели европейской методами мягколучевой рентгенографии и газоразрядной визуализации. – Ж. «Агрофизика». - 2013 г. - № 1(9). – С.8-12.
7. Майсурян Н.А. Растениеводство. – М.: Сельхозгиз, 1960. – 520 с.