CC BY
104
УДК 633.1: 632.935
использование физических факторов в сельском хозяйстве
Е.И. РУБЦОВА, кандидат технических наук, доцент Ю.А. БЕЗГИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
В.Н. АВДЕЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
И.А. БОГОЛЮБОВА, кандидат педагогических наук, доцент
М.А. АФАНАСЬЕВ, ассистент Е.Н. ГОЛУБНИЦКАЯ, ассистент Ставропольский государственный аграрный университет, пер. Зоотехнический, 12, Ставрополь, 355017
E-mail: inf@stgau.ru
Резюме. В эпоху развития новых технологий в сельском хозяйстве очень важны вопросы экологии. По мнению ряда ученых, наиболее доступный, менее дорогостоящий, а главное, высокоэффективный и экологически безопасный прием ускорения прорастания семян - электромагнитная стимуляция. С ее помощью можно добиться положительного результата за довольно короткий промежуток времени и на больших объемах семян, хотя имеющиеся сведения достаточно противоречивы. Кроме того, предпосевная обработка семян импульсным электрическим полем (ИЭП), наряду со стимулирующим эффектом, обладает ярко выраженным бактерицидным действием, что подтверждают результаты исследований ученых Ставропольского ГАУ. Возникает необходимость дальнейшего совершенствование методов и технологий предпосевной обработки ИЭП, в частности, изучения воздействия импульсного электрического поля на посевные качества в зависимости от слоя семян. Актуальной задачей также остается уменьшение амплитуды напряжений ИЭП, что позволит создавать активаторы для обработки семян с меньшим энергопотреблением, более безопасные в работе, более компактные и мобильные для использования в полевых условиях.
Ключевые слова: физические факторы, растениеводство, качество зерна, эффективность.
Для цитирования: Использование физических факторов в сельском хозяйстве / Е.И. Рубцова, Ю.А. Безгина, В.Н. Авдеева, И.А. Боголюбова, М.А. Афанасьев, Е.Н. Голубницкая// Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №9. С. 84-86.
Проблемы повышения посевных и урожайных качеств семян, адаптивных свойств растений, выращенных из них, и производства экологически безопасной продукции всегда были очень актуальными. Для их решения предложено большое количество способов и установок для предпосевной обработки семян биологическими препаратами и физическими факторам. К сожалению, широкого распространения в производстве, например, физические факторы, на сегодняшний день не нашли. Это связано с такими причинами, как большие трудозатраты, низкая рентабельность, большая энергоемкость, слабая мобильность, высокие требования к персоналу.
Цель нашей работы - анализ научных публикаций о результатах предпосевной обработки семенного материала современными физическими методами, выявление наиболее перспективных способов и решение задач их практического применения в сельском хозяйстве.
Наиболее применяемые на сегодняшний день в растениеводстве электрофизические способы предусматривают использование электромагнитных полей. Действие этого фактора основано на том, что большая
часть физиологических процессов, происходящих в живом организме, сопровождается электромагнитными явлениями. Постоянная составляющая электромагнитных колебаний в растительном организме - биоэлектрические потенциалы, которые регенерируются в процессе жизнедеятельности и отражают его физиологическое состояние [1-5].
Установлено [6], что в комплексе мер, направленных на повышение урожайности сельскохозяйственных культур, немаловажное значение имеет предпосевное стимулирование семян электрическими полями, обеспечивающее лучший выход их из состояния покоя. В частности, обработка семян пшеницы Харьковская-46, Саратовская-36, Башкирская-9 и других сортов электрическим полем коронного разряда напряженностью (4,5-5)-105 В/м в течение 1,5-2 с за 14-20 дн. до посева привела к повышению урожайности на 6-28% в различные годы проведения эксперимента.
Сверхвысокие частоты (СВЧ, ИК-излучение) применяют для оптимизации тепловой обработки зерна. При этом предварительно осуществляют конвективно-контактный нагрев до температуры, близкой к точке кипения влаги в зерне, а затем высокоинтенсивную СВЧ-обработку. Однако такие методы связаны с большими расходами электроэнергии. Кроме того, подобные способы обеззараживания можно использовать для фуражного и продовольственного зерна, для предпосевной обработки семян они неприемлемы [7].
Еще один из электрофизических методов - радиационное обеззараживание зерна с использованием гамма-облучения Со60 или Сs137 непосредственно перед поступлением на элеваторы. Этот прием позволяет уничтожить всех возможных вредителей. Рекомендуемая доза облучения составляет 40000 радиан. Однако зерно, обработанное дозой в 20000 радиан, уже представляет опасность при употреблении в пищу. Развитие такого направления в России практически прекратилось в связи с риском для здоровья обслуживающего персонала [8].
По мнению ряда ученых [5,9,10], наиболее доступный, менее дорогостоящий, а главное, высокоэффективный прием ускорения прорастания семян -электромагнитная стимуляция. С ее помощью можно добиться положительного результата за довольно короткий промежуток времени и на больших объемах семян. Такая обработка способствует повышению во-допоглотительной способности корней, интенсивности дыхания уже на начальных этапах роста и развития, что способствует формированию более мощных растений, успешно конкурирующих не только с сорняками, но и с болезнями и вредителями.
Изучение особенностей предпосевной обработки семян различных культур в электромагнитных полях показало, что для озимой пшеницы оптимальная индукция магнитного поля составляет 0,03-0,07 Тл, для овса - 0,03 Тл, экспозиция - 8 с, срок обработки семян - 1 сут. до посева [4]. При таких режимах обработки энергия прорастания озимой пшеницы сорта Степная-7 повысилась на 4,7% (контроль - 89,5%), озимого ячменя Вавилон - на 22,0% (контроль - 47,5%), овса сорта Кубанский - на 8,5-14% (контроль - 65%).
Рис. 1. Общий вид установки для предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем.
В результате обработки семян ячменя переменным электромагнитным полем (50 Гц) происходило увеличение массы корешков и проростков, увеличение энергии прорастания и лабораторной всхожести семян.
Безгина Ю.А., Любая С.И. [11] изучали влияние биопрепаратов растительного происхождения и физических методов (полем отрицательного коронного разряда, переменным магнитным полем) на урожайность зерновых культур, в частности озимой пшеницы. Результаты исследований свидетельствуют об улучшении показателей качества зерна озимой пшеницы (натуры, стекловидности, количества и качества клейковины), как на опытных делянках, так и в производственных посевах, в среднем на 10-15 %.
Несмотря на то, что многие авторы отмечают положительное влияние магнитного поля, окончательное мнение по этому вопросу еще не сложилось. Обладая, по мнению большинство исследователей, качествами стимулятора ростовых процессов, оно практически не влияет на пораженность вредителями и болезнями, в то время как посевные качества семян сильно снижаются из-за зараженности.
Эту проблему частично решает предпосевная обработка семян импульсным электрическим полем (ИЭП), которая оказывает бактерицидное, ингиби-рующее воздействие на микоцеты (плесневые грибы Fusarium sp., Aspergillus sp., Penicillum sp., Rhizopus sp., Mucor sp., Alternaria sp.) [12].
В исследованиях по изучению влияния высоковольтного импульсного электрического поля на посевные качества семян сои сорта «Вилана» с использованием для получения ИЭП генератора высоковольтного импульсного напряжения (амплитуда импульсов напряжения - 3-103-15-103 В,
частота следования импульсов - 21-300 Гц) установлено существенное уменьшение времени обработки с увеличением частоты импульсов напряжения, что позволило оптимизировать режим работы устройства. Обработка семян сои ИЭП в рациональных режимах повысила энергию прорастания на 19-21%, а всхожесть - на 15-18%, прибавка урожайности на опытном участке, по отношению к контролю (необработанные семена), составила 5,6 ц/га [13-15].
Ученые СтГАУ разработали установку для предпосевной обработки семян импульсным электрическим полем, состоящую из линии обработки и аппаратуры электропитания (рис. 1).
Способ подачи зерна - ручной или сторонними механизмами. В силу сложности контроля скорости потока семян через шнековый активатор, наиболее предпочтительной схемой установки был принят ленточный конвейер с использованием плоскопараллельной компоновки активатора. В связи с применением в установке подвижных частей, находящихся под действием высокого напряжения, введена зона безопасности персонала вокруг установки не менее 1,5 м и использованы изоляционные материалы.
Линия обработки семян (рис. 2) состоит из рамы 1, на которой находится воронка 2 для засыпания семян в один слой; транспортера 3, выполненного из токо-проводящего материала, приводимого в движение с помощью редуктора, соединенного с электродвигателем, находящимся под одним потенциалом; плоского
Рис. 2. Линия обработки семян: 1 - рама; 2 - воронка для засыпания семян; 3 - транспортер; 4 - плоский электрод; 5 - второй электрод; 6 - чистики; 7 - бункер для приема обработанного зерна.
электрода 4, расположенного сверху транспортера с регулируемым зазором 10-30 мм, который служит другим потенциалом установки 5; чистиков 6, с помощью которых транспортер очищается от пыли и других мелкодисперсных фракций, находящихся в посевном материале.
Конструкция установки исключает доступ к ней случайных людей и позволяет обрабатывать семена в промышленных масштабах.
Результативность процесса обработки семян достигается точным соблюдением параметров. К числу наиболее важных из них относится величина напряженности поля. Энергия воздействующего импульса определяется величиной напряженности поля в квадрате. При заданном реальном изменении отклонения напряжения питания от бытовой электросети энергия импульса изменяется на 30% и более, что недопустимо. Поэтому установка содержит стабилизатор напряжения.
Особенности технологий растениеводства заключаются в необходимости соблюдения точных сроков проведения работ. При этом перерывы электроснабжения
от централизованной энергосистемы могут привести к нарушению технологического процесса. Для исключения таких ситуаций конструкция установки предусматривает наличие резервных аккумуляторов.
Установка универсальна, ее можно использовать для обработки различных культур в режимах, отличающихся по параметрам.
Заключение. Таким образом, наряду с традиционными методами предпосевной подготовки семян, целесообразно использовать их обработку физическими факторами, в частности импульсным электрическим полем, обладающим стимулирующим и бактерицидным действием. Однако на сегодняшний день сохраняется необходимость дальнейшего исследования воздействия ИЭП на посевные качества в зависимости от слоя семян, совершенствования методов и технологий предпосевной обработки. Актуальной задачей также остается уменьшение амплитуды напряжений ИЭП, что позволит создавать устройства с меньшим энергопотреблением, более безопасные в работе, компактные и мобильные, пригодные для использования в полевых условиях.
Литература.
1. Aladjadjiyan A. Use of physical factors as an alternative to chemical amelioration // Journal of Environmental Protection and Ecology (JEPE). 2003. vol.4. No 1. pp. 662-667.
2. Aladjadjiyan A. The Use of Physical Methods for Plant Growing Stimulation in Bulgaria // Journal of Central European Agriculture. 2007. vol.8. No4. pp. 369-380.
3. Азарова Е. П., Салей А.П. К механизму действия магнитного поля на семена // Пробл. Интродукции и экологии Центр. Черноземья. Воронеж, 1997. С. 107-109.
4. Влияние магнитных полей на посевные качества семян и продуктивность зерновых культур / Ф.И. Бобрышев, В.М. Редькин, Г.П. Стародубцева, Ш.Ж. Габриелян// Сб. науч. тр.: Пути повышения урожайности с.-х. культур. Ставрополь: Ставропольская ГСХА, 1995. С. 33-36.
5. Водопоглощение и поверхностные электрические потенциалы семян зерновых культур / Н.В. Ксенз, Е.К. Кувшинова, И.Г. Сидоцов, А.А. Тлячев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 11. С. 12-13.
6. Тюр А.А., Желтоухов А.И. Предпосевное электрическое стимулирование семян // Техника в сельском хозяйстве. 1985. №2. С. 18.
7. Летова А.Н., Зейналов А.А. Использование электромагнитных излучений в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур// Сб. науч. тр.: Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе. Ставрополь: Ставропольский ГАУ, 2005. С. 366-369.
8. Гродзинский Д.М., Гудков И.Н. Формирование радиобиологических реакций высших растений //Материалы I Всесоюз. Радиобиолог. съезда: тез. докл. Пущино, 1989. Т.2. С. 278-279.
9. Атанов И.В., Кузьменко И.П. Аппарат магнитной обработки семенного материала для высевающих с.-х. машин // Сб. науч. тр.: Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе. Ставрополь: Ставропольский ГАУ. 2006. С. 55-57.
10. Хайновский В.И., Стародубцева Г.П., Рубцова Е.И. Предпосевная стимуляция семян сои импульсным электрическим полем //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 10. С. 17-18.
11. Безгина Ю.А., Любая С. И. Совместное применение фитопрепаратов и электрофизических методов для защиты зерновых культур от болезней // Университетская наука - региону: материалы науч. конф. Ставрополь, 2004. С. 26.
12. Влияние импульсного электрического поля на микофлору семян сельскохозяйственных культур / А.Г. Хныкина, Е.И. Рубцова, Г.П. Стародубцева, Ю.А. Безгина//Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.
13. Рубцова Е.И. Параметры импульсного электрического поля и режимы обработки семян сои в технологическом процессе улучшения ее посевных качеств: дис. ... канд. техн. наук. Ставрополь, 2007. 207c.
14. Хайновский В.И., Стародубцева Г.П., Рубцова Е.И. Применение импульсного электрического поля для предпосевной стимуляции семян // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. № 7. С. 9-11.
15. Хайновский В.И., Стародубцева Г.П., Рубцова Е.И. Предпосевная стимуляция семян сои импульсным электрическим полем //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. №10. С. 17-18.
use of physical factors in agriculture
E.I. Rubtsova, J.A. Bezgina, V.N. Avdeeva, I.A. Bogolyubova, M.A. Afanasyev, E.N. Golubnitskay
Stavropol State Agrarian University, Zootechnichesky per., 12, Stavropol, 355017, Russia
Summary. In the period of new technologies development environmental issues are very important in agriculture. In the view of some scientists, the most available, the cheapest, and, most importantly, the most efficient and environmentally safe method to accelerate the germination of seeds is electromagnetic stimulation. With the aid of this method you can achieve positive result in a relatively short period of time and with large quantities of seeds; although facts are rather contradictory. Seed pre-treatment by impulse electric field (IEF), along with stimulating effect, has pronounced bactericidal action, which is confirmed by the results of scientists of Stavropol State Agrarian University. There is a need for further development of methods and technologies of pre-sowing treatment of seeds by IEF, in particular, study of the effects of impulse electric field on sowing quality, depending on the seed layer. An urgent task also remains the amplitude contraction of voltages of IEF that will enable to create activators for seed treatment with less power consumption, safer in operation, smaller and more mobile for use in the field. Keywords: physical factors, crop production, grain quality, efficiency.
Author Details: E.I. Rubtsova, Cand. Sc. (Tech.), assoc. prof. (e-mail: elen.68@bk.ru); J.A. Bezgina, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: Juliya.bezgina@mail.ru); V.N. Avdeeva, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof. (e-mail: avdeeva_vn@mail.ru); I.A. Bogolyubova, Cand. Sc. (Ped.), assoc. prof. (e-mail: inf@stgau.ru), M.A. Afanasyev, assist. (e-mail: khzr@mail.ru); E.N. Golubnitskay, assist. For citation: Rubtsova E.I., Bezgina J.A., Avdeeva V.N., Bogolyubova I.A., Afanasyev M.A., Golubnitskay E.N. Use of physical factors in agriculture. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V.29. No9. pp. 84-86 (In Russ)
