Устройство лазерной предпосевной обработки семян

Лазеры в сельском хозяйстве Комментарии к записи Устройство лазерной предпосевной обработки семян отключены

Юран Сергей Иосифович, Зарипов Марат Рафисович, Вершинин Михаил Николаевич // ЖУРНАЛ Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2022

Использование лазерного низкоинтенсивного излучения как альтернативного способа проведения предпосевной обработки семян в настоящее время осуществляется различными устройствами лазерной стимуляции растительных организмов. Проведённые лабораторные исследования показали, что лазерное излучение способно качественно повлиять на функциональную активность растительных организмов. На основании условий проявления эффекта лазерной стимуляции, анализа существующих технических решений, а также опытных результатов предложено устройство предпосевной обработки семян лазерным излучением с использованием полупроводникового лазера. Рабочим органом лазерной установки был выбран лазерный модуль MDL-XD-650/655, излучающий в красной области спектра с длиной волны 650/655 нм. Для реализации процесса облучения была разработана оптическая система, которая позволяет создавать поверхность лазерного излучения необходимой площади и плотности излучения. Предложенное устройство обеспечивает управление дозой лазерного облучения семян с достаточно высокой точностью в конвейерном технологическом цикле с помощью автоматической коррекции.

Наиболее чистым и экологически безопасным способом повышения продуктивности сельскохозяйственных культур является оптическое излучение видимой области спектра. Среди оптических способов воздействия на растительные организмы выделяют лазерное излучение. Многие исследователи в данной отрасли отмечают благотворное воздействие лазерного излучения на биологические объекты растительного происхождения [1 — 4].

Среди способов использования лазерного излучения выделяют лазерную предпосевную обработку семян. Исследователи отмечают достоверное увеличение урожайности до 30 % при облучении семян с невысокой контрольной всхожестью, большую энергию прорастания и толерантность к неблагоприятным условиям внешней среды [3 — 7].

В большинстве устройств лазерной предпосевной обработки семян используют газовый гелий-неоновый (Не-№) лазер с длиной волны 632,8 нм [1, 4, 5]. Использование лазера с длиной волны 632,8 нм объясняется тем, что лазерное излучение воздействует на фитохром, который является главным фоторегулирующим хром-протеидом растительной клетки. Максимальное возбуждение фитохрома лежит в красной области спектра (600 — 690) нм, при этом растительная клетка поглощает 70 — 80 % излучения [1].

Конкуренцию газовым лазерам составляют полупроводниковые лазеры. Возможность использования полупроводниковых лазеров в устройствах предпосевной обработки семян является актуальным вопросом.

Цель исследования — разработка устройства для предпосевной обработки семян лазерным излучением с использованием полупроводникового лазера.

Материал и методы. Проведение анализа литературы выявило, что использование полупроводникового лазера также может оказывать стимулирующий эффект на растительные клетки [3 — 9]. Данный факт также был подтверждён при создании макета облучательной установки [10]. Согласно проведённым опытам удалось повысить энергию прорастания на 15 % по сравнению с необлучёнными образцами [11].

Так как именно красный свет больше всего влияет на фоторегулирующие процессы в растительных клетках, был выбран лазерный модуль MDL-XD-650/655, излучающий в красной области спектра с длиной волны 650/655 нм.

Для определения технических характеристик разрабатываемого устройства был проведён энергетический расчёт.

Определены следующие параметры.

1. Плотность энергии на определённой площади лазерного пучка:

Е р„ч «=?=—■ (1)

где Н — плотность энергии;

Е — энергия лазерного излучения;

Б — площадь лазерного пучка.

2. Распределение плотности мощности в поперечном сечении лазерного гауссова пучка на поверхности воздействия

Продолжительность облучения зависит от времени движения и выдержки семян под источниками лазерного излучения.

Выводы. Лазерное облучение позволяет семенам проявить весь свой генетический потенциал, выражающийся в повышении энергии прорастания и толерантности к неблагоприятным внешним условиям. Предложенное устройство позволяет управлять дозой лазерного облучения с достаточно высокой точностью при конвейерном технологическом цикле с помощью автоматической коррекции дозы лазерного облучения.

Список источников

1. Будаговский А.В., Будаговская О.Н. Лазерная техника и технологии в растениеводстве // Научно-информационное издание. Тамбов, 2011. 38 с.

2. Hamandez M., Michtchenko A. Stimulation of three biological systems using low level laser radiation. RISCE Revista Internacional de Sistemas Computacionales y Electronicos. 2011; 83: 30-33.

3. Долговых О.Г., Красильников В.В., Газтдинов Р.Р. Влияние лазерной обработки на семена яровой пшеницы Ирень // Инженерный вестник Дона. 2012. N° 5. С. 15 — 18.

4. Асварова Т.А., Гаджимусиева Н.Т., Насурлаева З.Ю. Влияние лазерного и инфракрасного излучения на рост и развитие растений пшеницы // Мониторинг: наука и технологии. 2011. № 5. С. 60 — 64.

5. Батян А.Н., Кравченко В.А., Клюев А.П. Стимулирующий эффект лазерного излучения на начальные этапы онтогенеза пшеницы озимой // Экологический вестник. 2017. № 2 (40). С. 123 — 129.

6. Долговых О.Г., Крылов О.Н., Газтдинов Р.Р. Анализ эффективности лазерной обработки семян яровой пшеницы сорта «Иргина» // Инженерный вестник Дона. 2016. № 3. С. 32 — 36.

7. Hasan M., Hanafiah M.M., Aeyad Taha Z. Laser Irradiation Effects at Different Wavelengths on Phenology and Yield Components of Pretreated Maize Seed. Applied Sciences. 2020; 13(3): 1189-1201.

8. Навроцкая Л.В., Загинайлов В.И., Навроцкая С.Р. Воздействие лазерного излучения на семена сельскохозяйственных культур // Международный технико-экономический журнал. 2018. № 1. С. 74 — 79.

9. Гаджимусиева Н.Т., Асварова Т. А., Абдулаева А.С. Эффект воздействия инфракрасного и лазерного излучения на всхожесть семян пшеницы // Фундаментальные исследования. 2014. № 11. С. 1939 — 1943.

10. Вершинин М.Н., Зарипов М.Р., Юран С.И. Лабораторный стенд для выявления влияния лазерного

излучения на биологические объекты растительного происхождения // Прикладная оптика — 2020: матер. Междунар. конф. СПб. 2020. С. 65 -67.

Полное содержание статьи на https://cyberleninka.ru/article/n/ustroystvo-lazernoy-predposevnoy-obrabotki-semyan/pdf

Рекомендуем для Вас


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.rf.mail@yandex.ru

Back to Top