Стаття

Отримано 09.06.2025

Доопрацьовано 03.09.2025

Прийнято 30.09.2025

Взято з Том 29, № 3, 2025

Сторінки 23 -34

Guan, S., Zhang, B., & Fu, Yu. (2025). Experimental research on rice seeds based on high-voltage electric field treatment. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 29(3), 23-34. https://doi.org/10.56407/bs.agrarian/3.2025.23

Експериментальні дослідження насіння рису на основі обробки високовольтним електричним полем

Шуцзе Гуань Бенхуа Чжан Ю Фу

Механічні сили можуть викликати внутрішні мікротріщини та приховані пошкодження, що значно погіршує якість зерна під час збору насіння рису, а традиційне механічне сортування не дозволяє виявити такі дефекти. Як діелектричний матеріал, насіння виявляє поляризацію в нерівномірних електричних полях, що тісно пов’язано з його діелектричними властивостями. Метою цього дослідження було вивчення впливу обробки високовольтним електричним полем на потенціал проростання та ріст сходів насіння рису, а також з’ясування основних діелектричних механізмів. Було розроблено спрощену модель насіння та еквівалентну схему. Шляхом аналізу процесу діелектричної поляризації та розрахунку напруженості поля всередині та зовні насіння було визначено макроскопічні закони електромагнітного руху діелектрика в насінні. Було проведено ортогональні експерименти з обробкою насіння електричним полем. Аналіз діапазону дозволив визначити первинні та вторинні фактори, що впливають на потенціал проростання та середню висоту насіння, а аналіз дисперсії визначив оптимальну комбінацію обробки та перевірив значущість моделі. Результати показали, що комплексний імпеданс еквівалентного контуру насіння залежить від кругової частоти (ω) прикладеного електричного поля, ємності плівки (C) та опору плівки (R) насіння. Відносна діелектрична проникність ε та макроскопічна швидкість поляризації χ є еквівалентними в описі діелектричної проникності насіння. Зовнішнє електричне поле має більш значний вплив на насіння з вищою життєздатністю. Оптимальними параметрами для підвищення потенціалу проростання та середньої висоти насіння є електричне поле змінного струму з інтенсивністю 520 кВ ∙ м-1 протягом 150 секунд в умовах експерименту. Більш сильна напруженість поля та довший час обробки призводять до підвищення середньої висоти насіння, що сприяє довготривалій життєздатності насіння. Це пояснюється тим, що нижча діелектрична проникність насіння є вигідною. Отже, насіння, оброблене високовольтними електричними полями, може значно підвищити життєздатність насіння та збільшити врожайність, сприяючи розвитку ефективних, точних, неруйнівних та автоматизованих технологій селекції та сортування

електростимуляція; підвищення життєздатності; потенціал проростання; середня висота рослини; діелектрична проникність; ортогональна оптимізація
  1. Abhary, M.K., & Akhkha, A. (2023). Effects of neodymium magneto-priming on seed germination and salinity tolerance in tomato. Bioelectromagnetics, 44(1-2), 47-56. doi: 10.1002/bem.22438.
  2. Ceng, J., & Wang, J. (2021). Electrical and electronics (5th ed.). Beijing: Higher Education Press.
  3. Chen, P.Y., Han, Y.L., Jia, F.G., Zhao, D., Meng, X.Y., Li, A.Q., Chu, Y.H., & Zhao, H.W. (2022). Investigation of the mechanism of aerodynamic separation of rice husks from brown rice following paddy hulling by coupled CFD-DEM. Biosystems Engineering, 218, 200-215. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2022.03.015.
  4. Chenah, M., Bouras, F.Z., Belaloui, D., Laouar, M., & Amiali, M. (2024). Improving durum wheat germination: Exploring the effects of ultrasound and pulsed electric field. Cereal Research Communications, 52, 1843-1853.doi: 10.1007/s42976-023-00477-0.
  5. Convention on Biological Diversity. (1992). Retrieved from https://www.cbd.int/doc/legal/cbd-en.pdf.
  6. Evrendilek, G.A., Atmaca, B., Bulut, N., & Uzuner, S. (2021). Development of pulsed electric fields treatment unit to treat wheat grains: Improvement of seed vigour and stress tolerance. Computers and Electronics in Agriculture, 185, article number 10612. doi: 10.1016/j.compag.2021.106129.
  7. Ferroni, L.M., Dolz, M.I., Guerra, M.F., & Makinistian, L. (2023). Static magnetic field stimulates growth of maize seeds. ArXiv. doi: 10.48550/arXiv.2303.00512.
  8. Górski, R., Dorna, H., Rosiñska, A., Szopiñska, D., Dawidziak, F., & Wosiñski, S. (2019). Effects of electromagnetic fields on the quality of onion (Allium cepa L.) seeds. Ecological Chemistry and Engineering A, 26(1-2), 47-58.doi: 10.2428/ecea.2019.26(1-2)5.
  9. Li, Y.Y. (2024). Experimental design and data processing (3rd ed.). Beijing: Chemical Industry Press.
  10. Lin, L., et al. (2025). Seed vigor of soybean treated by corona discharge plasma. Plant Science Today, 11(1), 266-273. doi: 10.14719/pst.2288.
  11. Liu, C.G. (2022). Electrodynamics. Beijing: Science Press.
  12. Mamlić, Z., Nikolić, Z., Mamlić, G., Tamindžić, G., Vasiljević, S., Katanski, S., & Uhlarik, A. (2021). The influence of electric voltage on the germination of leguminous seeds. Journal of Agricultural Sciences, 66(4), 309-319. doi: 10.2298/JAS2104309M.
  13. Osokina, N., Kostetska, K., Herasymchuk, O., Podopriatov, H., & Piddubnyi, V. (2024). Effect of an ultra-high frequency electromagnetic field on the physical properties of spelt grain. Scientific Horizons, 27(3), 64-72. doi: 10.48077/scihor3.2024.64.
  14. Polachini, T.C., Norwood, E.A., Le-Bail, P., Le-Bail, A., & Cárcel, J.A. (2023). Pulsed electric field (PEF) application on wheat malting process: Effect on hydration kinetics, germination and amylase expression. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 86, article number 103375. doi: 10.1016/j.ifset.2023.103375.
  15. Song, Y., Zhao, W., Su, Z., Guo, S., Du, Y., Song, X., & Liu, Z. (2024). Effect of pulsed electric field treatment on seed germination and seedling growth of Scutellaria baicalensis. Agriculture, 14(1), article number 158. doi: 10.3390/ agriculture14010158.
  16. Song, Z., Ma, J., Peng, Q., Liu, B., Li, F., Sun, X., & Yan, Y. (2021). Application of WOA-SVR in seed vigor of high-voltage electric field treatment on aged cotton (Gossypium spp.) seeds. Agronomy, 12(1), article number 88. doi: 10.3390/agronomy12010088.
  17. Sun, S., Hu, B., Ma, J., Luo, X., Guo, M., Li, J., & Xu, X. (2024a). Research on seedling sowing method based on high voltage electrostatic characteristics. Computers and Electronics in Agriculture, 220, article number 108850. doi: 10.1016/j.compag.2024.108850.
  18. Sun, S., Hu, B., Wu, X., Luo, X., Guo, M., & Liu, H. (2024b). Study on the effect of different high-voltage electric field polarization process parameters on the vitality of dried chili pepper seeds. Scientific Reports, 14(1), article number 7223. doi: 10.1038/s41598-024-57978-z.
  19. Wang, Z.L., & Shao, J.J. (2023). From Faradays law to the expanded Maxwell’ s equations for a mechano-driven media system that moves with acceleration. Scientia Sinica Technologica, 53(3), 430-444. doi: 10.1360/SST2022-0322.
  20. Wu, C.Q., Sun, J.X., Wu, X.H., Wang, C., & Zhao, Y.H. (2022). Effects of high voltage electric field pretreatment on growth potential and yield of miscellaneous grain seeds. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 43(8), 75-81. doi: 10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2022.08.011.
  21. Wu, X., Sun, S., Hu, B., Luo, X., Li, X., & Han, C. (2024). A study on the macro and micro mechanisms of cotton seedling growth regulation by high-voltage electrostatic field and optimization of system parameters. Scientific Reports, 14, article number 30000. doi: 10.1038/s41598-024-81631-4.
  22. Zhang, H.S., & Wang, Z.F. (2021). Seed science. Beijing: Science Press.