Электрокультивация как способ уничтожения сорной растительности, страница 51

Исследование микроструктуры срезов показало, что действие электрического тока вызывает изменения по всему срезу растения, как в продольном, так и в поперечном сечениях. Однако наибольшие повреждения наблюдали в сердцевине стебля: здесь клетки полностью разрушились. Это объясняется, во-первых, тем, что клетки растения неодинаковы по структуре и выполняемым функциям, что и вызывает различное действие на них тока. Клетки сердцевины имеют большие размеры, чем клетки, расположенные на периферии стебля. В связи с этим на сердцевину стебля приходится меньшее число клеток, а следовательно, и мембран, которые собственно и определяют электрическое сопротивление клеток (установлено, что сопротивление эпидермиса стебля в 3-3,5 раза большие сопротивления сердцевины). Это приводит к неравномерному распределению плотности тока по сечению растения - плотность тока в сердцевине значительно выше. Во-вторых, известно, что механическая прочность клеток сердцевины меньше вследствие их большего размера и меньшей прочности оболочки. И, наконец, клетки сердцевины имеют большее тургорное давление, что должно приводить к большему механическому воздействию на оболочки клеток. Возможные причины разрушения тепловое и гидродинамическое воздействие при прохождении тока через растения. Но поскольку при обработке электроразрядом нагрев всей массы незначителен (1-2°), то основная причина гидродинамическое воздействие тока проводимости.

Механизм гидродинамического воздействия на растения токов проводимости следующий: растительная клетка рассматривается как заполненный жидкостью сосуд, стенки которого выполнены из материала с малой проводимостью. При пробое мембраны импульс тока проходит через клетку. Небольшая площадь поперечного сечения искрового канала, по которому проходит ток, обусловливает повышенную плотность энергии в нем и образование разрядной плазмы, выделение энергии в которой приводит к повышению давления в канале, быстрому расширению его и образованию микроударной волны. Ударная волна вызывает значительные гидродинамические усилия и разрушение не только клетки, в которой произошел разряд, но и соседних клеток.

Отмечено также, что импульс тока проходит не только по клетке, но и по межклеточникам, полость которых образована оболочками соседних клеток. Сопротивление этой полости значительно меньше сопротивления клеток. При прохождении тока в межклеточнике также может возникнуть разряд, приводящий к возникновению гидродинамических усилий и разрушению клеток.

Несколько иная концепция воздействия разряда на растения раскрыта в работе, связанной с плазмолизом растительных объектов. Здесь при воздействии тока на растения учитываются биохимические процессы, возникающие в растительных клетках при прохождении тока. Клетку рассматривают как раствор электролита, окруженный полупроницаемой мембраной. Считают, что гибель клетки происходит в момент, когда энергия , выделяющаяся в мембране, выше энергии порога возбуждения, т. е. , где - сила тока, текущего через клетки; t – время протекания тока; A_B - энергия порога возбуждения;  - коэффициент пропорциональности.

Согласно этой теории гибель клетки происходит в результате действия двух факторов: нагрева мембраны и электроосмотического толчка содержимого клетки, приводящего к механическому повреждению мембраны и выходу влаги из клетки. Для доказательства селективности нагрева мембраны клетки при использовании упрощенной схемы замещения растительных клеток в виде двух последовательно соединенных сопротивлений - сопротивления мембраны и сопротивления содержимого клетки (закон Ленца - Джоуля) получено соотношение, связывающее увеличение температуры мембраны   и содержимого клетки  при прохождении тока:

,

где   - масса мембраны,  - масса клетки.

Здесь принято, что теплоемкость клетки  и мембраны  равны. Учитывая, что  и , получают . Таким образом, вследствие незначительной массы мембраны и ее большого электрического сопротивления имеет место селективное воздействие тока на клетку, выражающееся в преимущественном нагреве мембраны. Согласно этой концепции, гибель растения при воздействии разряда зависит от тока, текущего через это растение, и времени его воздействия.