CC BY
105
УДк 633.521:631.537
эффективность использования переменных магнитных полей для предпосевной обработки семян льнА-ДОлгунцА*
М.М. ковАЛЕв, доктор технических наук, директор
А.П. АПыхИН, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
И.в. УЩАПовскИй, кандидат биологических наук, зав. отделом
всероссийский научно-исследовательский институт механизации льноводства, комсомольский просп., 17/56, Тверь, 170041, Россия E-mail: vniiml1@mail.ru
Резюме. Приведены результаты полевых исследований предпосевной обработки семян льна-долгунца различными магнитными полями: импульсным с частотой 16-2500 Гц и длительностью 30 сек., а также переменным с промышленной частотой 50 Гц и экспозицией от 3 до 60 с. объектом исследования были кондиционные семена (элита и массовая репродукция) льна-долгунца сорта кром. Создание магнитных полей и обработку семян проводили на специально разработанных экспериментальных установках. оценивали показатели прироста в основные фазы развития, а также продуктивности по волокну и семенам. отмечена разнонаправленность реакции растений на применение импульсного магнитного поля. При обработке семян импульсным полем с частотой 16 Гц происходило ухудшение динамики роста и урожайности при одновременном повышении выживаемости растений, по сравнению с вариантом 50 Гц и контролем. Наиболее эффективной оказалась обработка семян переменным магнитным полем промышленной частоты (50 Гц). Урожайность семян и тресты в вариантах с ее использованием в течение 30 с. превысила контроль на 19-29 и 19-23% соответственно. обработка переменным магнитным полем семян репродукции элита обеспечивала большее увеличение параметров урожайности (масса семян, волокна и горстевая длина волокна), чем использование этого приема на семенах массовой репродукции. Увеличение длительности воздействия переменного магнитного поля до 60 с. способствовало росту показателей урожайности льнопродукции, по сравнению с обработкой в течение 10 с. Изученные в эксперименте изменения характеристик льна-долгунца указывают на нелинейный отклик биологической системы на примененные магнитные поля. При этом обработка семян переменным магнитным полем (50Гц) положительно влияла на урожайность, как при различных экспозициях, так и в случае использования материала различной репродукции.
Ключевые слова: лен, семена, треста, волокно, импульсное и переменное магнитное поле, предпосевная обработка. Для цитирования: ковалев М.М., Апыхин А.П., Ущаповский И.в. Эффективность использования переменных магнитных полей для предпосевной обработки семян льна-долгунца // Достижения науки и техники АПк. 2015. Т.29. №8. С. 46-49.
Для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур используют широкий спектр физических, химических и биологических факторов, применяемых на различных этапах вегетационного развития растений. Один из перспективных агротехнологических подходов к этому вопросу - предпосевная обработка семян. Среди многообразия методов ее проведения большое внимание уделяют физическим факторам воздействия [1, 2]. Эффекты от мягкого прямого влияния магнитных и электромагнитных полей, лазерного, ультразвукового или СВЧ облучения на биологические
объекты проявляются в активизации физиологических процессов в растительном организме [3]. Под влиянием энергетического воздействия происходят изменения в ассоциативной структуре воды и прочности водородных связей, что позволяет передавать энергетический импульс другим биологически активным соединениям, ускорять проницаемость биологических мембран и семенных оболочек. Благодаря поступающей влаге активизируется жизнедеятельность клеток и ферментативных систем, усиливаются гидролитические процессы, происходит перестройка коллоидов, сильно увеличивается дыхательный коэффициент [4].
Значительный объем экспериментальных данных накоплен при изучении предпосевной обработки семян различных культур магнитными полями. Эти исследования относятся к формирующейся перспективной дисциплине - магнитобиологии, предполагающей использование магнитных воздействий для управления биологическими системами [5]. Работы в области растениеводства фокусируются на стимуляции прорастания семян и развития растений [6-8], реализации потенциальной продуктивности [9] и особенностей биохимических реакций [10]. Изменения интенсивности магнитных полей и длительности воздействия (от нескольких секунд до постоянного режима) в экспериментах не выявили однозначных закономерностей, хотя в работах на пшенице [6], кукурузе [11,12], горохе и чечевице [13] многочасовое (до 24 ч) и постоянное влияние магнитных полей увеличивало морфологические и продуктивные характеристики растений. Однако общепринятого объяснения многообразия эффектов, наблюдаемых при воздействии магнитными полями на семена растений, еще не представлено.
На культуре льна целесообразность применения различных методов предпосевной обработки семян изучают многие исследователи. Установлено, что воздействие электрическим полем повышает качество посевного материала, ускоряет физиологические процессы в семени, активизирует прорастание, увеличивает продуктивность растений по семенам и волокну [14]. Ультрафиолетовое облучение, ультразвуковая и СВЧ обработка семян льна повышают энергию прорастания [15]. Определены оптимальные дозы ультразвукового излучения и СВЧ обработки семян для повышения всхожести и продуктивности культуры [16].
Несмотря на значительный объем работ в
J
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки предпосевной обработки семян льна переменным синусоидально изменяющимся МП: 1 - источник магнитного поля; 2 - диэлектрический сердечник; 3 - семена льна.
*Авторы выражают благодарность сотрудникам отдела селекции и семеноводства льна-долгунца Псковского НИИ сельского хозяйства, за помощь в проведении полевых экспериментов.
рис. 2. Принципиальная схема экспериментального стенда для предпосевной обработки семян льна переменным импульсным магнитным полем: 1 - генератор звуковой частоты ГЗ-102; 2 - электроды; 3 - семена льна.
этой сфере, методическая база по предпосевной обработке льна постоянными и переменными магнитными полями недостаточна, а исследования по применению переменных магнитных полей промышленной частоты 50Гц на культуре ранее не проводили.
Цель нашей работы -изучение реакции растений льна-долгунца на предпосевную обработку семян переменными магнитными полями.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2010-2011 гг. Их объектом были кондиционные семена льна-долгунца сорта Кром (при сравнении действия импульсного и переменного магнитного полей - репродукция элита, при изучении зависимости отклика семян на переменное магнитное поле от сроков их репродуцирования - элита и массовая репродукция). В качества фактора для предпосевной обработки использовали переменное синусоидально изменяющееся магнитное поле (ПеМП) и импульсное магнитное поле (ИМП). Обработку воздушно сухих семян магнитными полями осуществляли за сутки до посева. Схема первого опыта (репродукция семян элита) предусматривала изучение следующих вариантов: ИМП 16 Гц в течение 30 с.; ИМП 50 Гц - 30 с.; ИМП 2500 Гц - 30 с.; ПеМП с промышленной частотой 50 Гц с экспозицией 3, 10, 30 и 60 с.; без обработки (контроль). Во втором эксперименте на семена разных репродукций (элита и массовая) воздействовали только ПеМП в течение 10 и 60 с.
Для обработки семян магнитными полями использовали экспериментальные лабораторные установки, разработанные на основе исследований [17], выполненных в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна).
Установка для предпосевной обработки семян льна переменным синусоидально изменяющимся МП (рис. 1) включает источник переменного магнитного поля. Семена засыпают в кольцевой зазор между статором и сердечником, размер которого составляет 3 мм, что обеспечивает постоянную напряженность магнитного поля (Н = 80 А/м при входном напряжении и = 380 В и промышленной частоте 50 Гц).
Устройство для обработки переменным импульсным магнитным полем (рис. 2) включает генератор звуковой частоты Г3-102 и два электрода. Зазор между электродами постоянный, равный 6 мм. Исследуемый материал помещали на нижний электрод. Частоту тока модулирували от 10 до 2500 Гц при напряжении 380 В и постоянной напряженности поля.
Семена высевали на учетных делянках площадью
5 м2 с нормой 100 кг/га. Повторность - пятикратная. Уход за посевами, уборку и анализ растений проводили согласно методическим указаниям ВНИИ льна [18]. Агрохимические показатели почвы опытного участка: рН -4,5; Р2О5 - 25 мг/100 г почвы; К2О - 17 мг/100 г почвы; гидролитическая кислотность - 4,72 мг-экв./100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 3,7 мг-экв./100 г почвы. Инструментальную оценку тресты осуществляли на станке СМТ-200М в соответствии с ГОСТ 24383-89. Данные обрабатывали с помощью статистических программ MSExcel и Stadia.
результаты и обсуждение. Оценка прироста растений в эксперименте в течение вегетационного сезона показала, что реакция льна на обработку семян магнитными полями сильнее всего проявилась на начальных стадиях развития (рис. 3). Наибольший прирост отмечен в фазах «елочки» и бутонизации - до 20%, по сравнению с контролем (соответственно 49,5±1,68 и 41,2±1,93 см при Р>0,95), отмечали в случае применения ПеМП в течение 30 сек. В этом же варианте наблюдали повышенную устойчивость растений к полеганию (4,5 балла, по сравнению с 3,5 в контроле).
Урожайность семян и тресты в варианте с обработкой переменным магнитным полем промышленной частоты при длительности воздействия 30 сек. была больше, чем в контроле, на 18 и 22% соответственно и самой высокой в опыте (рис. 4). Использование импульсного магнитного поля не оказало положительного влияния на урожайность.
Обработка магнитными полями в целом благоприятно воздействовала на сохранность растений до стадии спелости, за исключением варианта с использованием импульсного магнитное поле частотой 50 Гц (рис. 5). В экспериментальных вариантах не было выявлено аномальных растений, что косвенно свидетельствует об отсутствии мутагенного эффекта у примененных факторов.
Инструментальная оценка волокнистой льнопро-дукции не выявила значимого влияния обработка магнитными полями. Однако в наиболее перспективном варианте (ПеМП в течение 30 с.) номер тресты и волокна находились на уровне контроля - 1,5 и 10 соответственно. Выход волокна также был одинаковым - 22%, а масса полученного волокна при экспозициях 3 и 30 сек. была выше, чем в контроле на 11 и
рис.3. Динамика роста льна по фазам развития в зависимости от варианта обработки магнитном полем: 1 - ИМП 16 ГцЗОс.; 2- ИМП 50 Гц30 е.; 3 - ИМП 2500 Гц30 е.; 4- ПеМП 50 ГцЗс.; 5- ПеМП 50 Гц 30 е.; К - без обработки (контроль): В-всходы-«елочка»; Ц-«елочка»-бутонизация; ^ - бутонизация-цветение; 0 - цветение - желтая зрелость.
рис. 4. Урожайность льна при различных вариантах обработки магнитным полем: 1 - ИМП 16 Гц 30 е.; 2-ИМП 50 Гц 30 е.; 3 - ИМП 2500 Гц 30 е.; 4- ПеМП 50 ГцЗ е.; 5 - ПеМП 50 Гц 30 е.; 6 - без обработки (контроль): | - треста; Д - семена.
24% соответственно.
Оценка эффективности использования магнитных полей на семенах разных репродукций показала, что при обработке ПеМП посевного материала категории элита в течение 60 с. сбор семян увеличивался на 29%, тресты - на 18,7%, горстевая длина волокна - на 5% (см. табл.). В варианте с семенами массовых репродукций величины перечисленных показателей возросли на 4,2, 9,7 и 3,7% соответственно. При экспозиции 10 с. тенденция была аналогичной, но абсолютные различия между показателями меньше, чем при 60 с.
рис. 5. Выживаемость растений льна к фазе желтой спелости в различных вариантах обработки: 1 - ИМП 16 Гц 30 с.; 2 - ИМП 50 Гц 30 с.; 3 - ИМП 2500 Гц 30 с.; 4 - ПеМП 50 Гц 3 с.; 5 - ПеМП 50 Гц 30 с.; К - без обработки (контроль).
Наблюдаемое в нашем исследовании улучшение характеристик волокнистой части растений может быть обусловлено реакцией биохимических систем, формирующих целлюлозные структуры в растениях, на магнитную обработку. Подобный эффект был установлен,
Таблица. Показатели урожайности льна-долгунца при предпосевной об работке переменным магнитным полем элитных и рядовых семян
Элита Массовая репродукция
Наименование ПеМП кон- НСР ПеМП конт- НСР
10 с. I 60 с. троль 10 с. I 60 с. роль
Масса семян, г 133 146 113 17 146 148 142 11
Масса тресты, г 528 572 482 21 510 542 494 15
Горстевая длина, см 80 83 79 3 83 84 81 2
например, при обработке магнитным полем семян хлопчатника, после которой отмечено увеличение урожая и длинны волокна [19]. Изучение отклика биохимических систем растений на магнитное воздействие проводили в ряде исследований на томатах [20], чабреце [21], ромашке [22] и кумине [23]. В этих работах выявлено значительное увеличение активности таких важных ферментов, как дегидрогеназа, амилаза, протеаза.
В лабораторных исследованиях было выявлено, что обработка переменным магнитным полем (ИМП, ПеМП) ускоряет процессы развития проростков льна, а величина стимуляционного эффекта зависит от природы магнитного поля и его факторной нагрузки [24]. Наиболее эффективным в этой серии опытов был вариант с импульсным магнитным полем частотой 2,5 кгц.
В многочисленных работах по предпосевной обработке магнитными полями семян пшеницы, сои и других культур [25-27] отмечено отсутствие четких зависимостей и прямых корреляций биологических эффектов с силой воздействия (длительность экспозиции, интенсивность магнитного поля). При этом в
лучших вариантах параметры хозяйственно-ценных признаков превышали контроль до 30%.
Одной из причин нестабильности результатов предпосевной обработки магнитным полем, на наш взгляд, может быть большое количество факторов, модифицирующих стимулирующий эффект в течение вегетационного периода. Кроме того, на стимуляционном эффекте может негативно отразиться длительность периода покоя между обработкой и началом вегетации (прорастание семян), как это было отмечено на томатах [28].
выводы. Таким образом, предпосевная обработка льносемян магнитными полями влияет на скорость развития льна на ранних и последующих этапах онтогенеза, что сказывается на урожайности семян и волокнистой части растения. Наиболее эффективным
в серии наших опытов по сравнению влияния ИМП и ПеМП был вариант обработки элитных семян переменным магнитным полем с промышленной частотой 50 Гц и временем экспозиции 30 с.
Эффективность использования ПеМП зависела от репродукции семенного материала: обработка элиты в течение 60 с. приводила к росту урожайности по
семенам и тресте на 29 и 18,7%, тогда как в варианте с массовой репродукцией величина этого показателя повышалась на 4,2 и 9,7% соответственно.
Литература.
1. Лучинский А.Р. Методы и средства подготовки семян к предпосевной обработке низкоэнергетическими электромагнитными полями. Харьков: Харьковский институт механизации и электрификации сельского хозяйства, 1990. 20 с.
2. Ахметов Ш.И., Солин Н.в. Средства химизации и биоэнергетическая эффективность агрофитоценозов. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1997. 52 с.
3. Батыгин Н.Ф. Перспективы использования факторов воздействия в растениеводстве: обзорная информация. М.: вНИИТЭИСХ, 1978. 35 с.
4. овчаров к.Е. Физиологические основы всхожести семян. М.: Наука, 1969. 279 с.
5. Бинги в.Н. Принципы электромагнитной биофизики. М.: ФИЗМАЛИТ, 2011. 592 с.
6. Martinez E., Carbonell M.V., Florez M. Magnetic biostimulation of initial growth stages of wheat (Triticumaestivum, L.) // Electromagnetic Biology and Medicine. 2002. V. 21. pp. 43-53.
7. Induction of primary root curvature in radish seedlings in a static magnetic field / A. Yano, E. Hidaka, K. Fujiwara, M. limoto // Biolelectromagnetics. 2001. 22. pp. 194-199.
8. Effect of seed pre-treatment by magnetic field on the sensitivity of cucumber (Cucumissativus, L.) seedlings to ultraviolet-B radiation / L.Yinan, L. Yuan, Y. Yongquing, L. Chunyang // Environmental and Experimental Botany. 2005. 54. pp. 286-294.
9. Pre-sowing magnetic treatment of tomato seeds increase the growth and yield of plants. / A. De Souza, D. Garcia, L. Sueiro, E. Gilart, E. Porras, L. Licea Biolelectromagnetics.2006. 27. pp. 247-257.
10. ELF magnetic fields increase amino acid uptake into Viciafaba L. roots and alter ion movement across the plasma membrane /B.C. Stange, R.E. Rowland, B.I.A. Rapley, J.V. Podd//Biolelectromagnetics. 2002. 2. pp. 347-354.
11. Florez M., Carbonell M.V., Martinez E. Exposure of maize seeds to stationary magnetic field: effects on germination and early growth //Environmental and Experimental Botany. 2007. 59. pp. 68-75.
12. Racuciu M., Calugaru G.H., Creangia D.E. Static magnetic field influence on some plant growth // Rom. Journal Physics. 2006. 1. pp. 241-251.
13. Pea (Pisum sativum, L.) and Lentil (Lens culinaris, Medik) Growth Stimulation Due to Exposure to 125 and250 mTStationary Fields / E. Martinez, M. Florez, R. Maqueda, M.V. Carbonell, J.M. Amaya // Polish J. of Environ. Stud. 2009. Vol. 18. N. 4. pp. 657-663.
14. Шмигель в.в. Сепарация и стимуляция семян в электрическом поле: автореф. дисс... д-р техн. наук. М., 2004. 45 с.
15. Павлова И.И. Исследование влияния электрофизических способов предпосевной обработки семян на всхожесть льна-долгунца сорта Синичка: автореф. дисс... канд. техн.наук. Ижевск, 2006. 16 с.
16. Спиридонов А.в. Исследование и разработка электрофизической технологии дражирования семян льна-долгунца: автореф. дисс. канд. техн.наук. СПб., 2014. 16 с.
17. Дмитриев А.М., Страцкевич Л.к. Стимуляция роста растений. Минск: Урожай, 1986. 118 с.
18. Методические указания по проведению полевых опытов со льном-долгунцом. Торжок: вНИИЛ, 1978. 72 с.
19. Palov I., Stefano S., Sirakov K. Possibilities for pre-sowing electromagnetic treatment of cotton seeds //Agricultural Engineering. 1994. N.1. pp. 3-6.
20. Physiological and biochemical changes induced by priming in tomato seeds and its relation to germination and field emergence characteristics/ V.K. Pandita, S. Nagarajan, J.S. Sinha, B.S. Modi// J. Plant Physiol. (Special issue). 2003.pp. 249-254.
21. PourakbarL., Hatami S. Exposure of Satureiahortensis L. seeds to magnetic fields: effect on germination, growth characteristics and activity of some enzymes // Journal of Stress Physiology & Biochemistry. 2012. V.8. N.4. pp. 191-198.
22. Pourakbar L. Effect of static magnetic field on germination, growth characteristics and activities of some enzymes in chamomile seeds (MatricariachamomillaL.) // International Journal of Agronomy and Plant Production. 2013. Vol. 4 (9). pp. 2335-2340.
23. Samani M.A., Pourakbar L., Azimi N. Magnetic field effects on seed germination and activities of some enzymes in cumin // Life Science Journal. 2013. V.10. N.1. pp. 323-328.
24. ковалев М.М., Апыхин А.П., Ущаповский И.в. Предпосевная обработка льносемян для стимуляции проростков льна // Инновационные разработки для производства льна: материалы Международной научно-практической конференции. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2015. С. 53-60.
25. Pietruszewski S., Kania K. Effect of magnetic field on germination and yield of wheat // International Agrophysics. 2010. V.24. pp. 297-302.
26. Changes in germination behavior of wheat seeds exposed to magnetic field and magnetically structured water / I. Babar, A.J. Shakeel, A. Dawood, M. Shahid, U.S. Sadar // African Journal of Biotechnology. 2012. V. 11(15). pp. 3575-3582.
27. Rostami Z.E., Majd A., Arbabian S. Effects of electromagnetic fields on seed germination in Urtica dioica L.// International Journal of Scientific & Technology Research. 2014. V.3. issue 4. pp. 365-368.
28. Comparative analysis of the laboratory research results for pre-sowing electrical treatment of tomato seeds / E. Kuzmanov, I. Palov, N. Armyanov, K. Sirakov // Agricultural Engineering. Research Papers. 2010. V.42. N.4. pp. 60-70.
EFFICIENCY OF uSE OF THE VARIABLE MAGNETIC FIELDS FOR PRE-SOwING TREATMENT
OF flax SEEDS
M.M. Kovalev, A.P. Apykhin, I.V. uschapovsky
All-Russian Research Institute for Flax Production, Komsomolsky pr., 17/56, Tver, 170041, Russia
Summary. The results of field experiments on pre-sowing treatment of flax seeds with different magnetic fields are presented: impulse field with frequency 16 2500 Hz with duration of 30 sec and variable one with power frequency 50 Hz and duration 10, 30 and 60 sec. Elite and mass reproduction seeds of fiber flax variety Krom were studied. The creation of magnetic fields and seed treatments were carried out on specially developed the experimental devices. Plants growth rates at the main vegetation phases, as well as fiber and seed yields were estimated. The multidirectional^ of plant reaction for the application of impulse magnetic field was noted. At treatment of seeds by pulsed field with frequency 16 Hz it was the decrease of dynamics of plant growth and productivity, and simultaneously-the increase of the survival rate of plants, in comparison with the variant with 50 Hz and control. The most effective ways of seed treatment was varying magnetic field of industrial frequency (50 Hz). The yield of seeds and stock in this variant (the time of treatment was 30 s) exceeded control by 19-29% and 19-23%, respectively. Treatment of elite seeds by variable magnetic field ensured greater increase in yield parameters (seed and fiber weight, grab length of fiber) than of seeds of mass reproduction. Increase in the duration of the action of variable magnetic field up to 60 s. contributed to the growth of yield parameters of flax production, in comparison with 10 s. Studied changes of flax characteristics indicate the nonlinear response of biological system to used magnetic fields. However, seed treatment by variable magnetic field (50 Hz) influenced positively on productivity both at different expositions and in the case of using the material of different reproduction. Keywords: flax, seeds, stock, fiber, impulse and variable magnetic fields, pre-sowing treatment.
Author Details: M.M. Kovalev, Dr. Sc. (Tech.), Director (e-mail: vniiml1@mail.ru); A.P. Apykhin, Cand. Sc. (Tech.), Leading Researcher; I.V. Uschapovsky, Cand. Sc. (Biol.), Head of Division.
For citation: Kovalev M.M., Apykhin A.P., Uschapovsky I.V. Efficiency of use of the variable magnetic fields for pre-sowing treatment of flax seeds. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V.29. No 8. pp. 46-49 (In Russ)
