CC BY
8РАЗРАБОТКА МАКЕТА ОПТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ КОМПЛЕКСНОГО ДЕЙСТВИЯ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Бурдышева О.В., Шолгин Е.С., Илюшин С.А., Ременникова М.В., Щербинина К.Э. 2, Лисина Т.Н.
Пермский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал ПФИЦ УрО РАН, г. Пермь 2 Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь * E-mail: burdyshevaolga@gmail.com DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-31-32
Применение наукоемких технологий способствует существенному повышению эффективности сельскохозяйственного производства. Одним из перспективных направлений исследований является предпосевная обработка семян электромагнитным излучением, относящимся к различным частям спектра. Актуальность темы подтверждается большим количеством новых работ по исследованию влияния лазерной предпосевной обработки и разработки устройств лазерной обработки как в отечественной, так и в зарубежной литературе [1-4].
Результаты анализа многочисленных работ, посвященных влиянию облучения на всхожесть семян, как правило, говорят, что соответствующая обработка дает положительные результаты. В соответствии с представленными в научных публикациях данными, инфракрасное [5] и ультрафиолетовое излучение [6] способствуют повышению всхожести семян и интенсивности развития растений, увеличению урожайности и сопротивляемости к неблагоприятным воздействиям различной природы, оказывают благотворное влияние на биохимический состав плодов и их устойчивость при хранении. Одно из направлений исследования лазерной предпосевной обработки направлено на повышение устойчивости семенного материала к стрессовым состояниям, что сказывается на урожайности [7]. Также ведутся исследования, цель которых направлена на подбор оптимальных параметров лазерной предпосевной обработки для повышения устойчивости к болезням [8]. Несмотря на то, что исследования по лазерной предпосевной обработке ведутся давно встречаются противоречия между результатами различных исследований, в связи с чем, проблема заслуживает дальнейшего изучения.
В лаборатории агробиофотоники Пермского НИИСХ филиала ПФИЦ УрО РАН разработана экспериментальная оптическая установка для предпосевной обработки семян разных сельскохозяйственных культур. Научная новизна состоит в комплексном воздействии разных оптических источников, стимулирующее действие лазерного излучения на всхожесть семян должно быть совмещено с ультрафиолетовым облучением для воздействия на фитопатогены.
При разработке лазерной установки комплексного действия были отобраны следующие лазеры: УФ 360-365 нм, синий 450 нм, красный 635 нм, ИК 850 нм. Для управления лазерными диодами была разработана схема драйвера лазерного диода. Каждый лазерный диод индивидуально подстраиваться. Схема лазерного драйвера включает в себя схему защиты от превышения тока, которая следит за двумя параметрами: напряжением регулировки и падением напряжения на цепочке токосъемных резисторов стабилизатора тока. Если случается превышение какого-либо из этих напряжений, то схема формирует сигнал тревоги, который зажигает светодиодный индикатор, блокирует поступление сигнала на затвор транзистора стабилизатора тока и выключает микросхему регулятора напряжения.
Разработанная установка используется в исследованиях, направленных на изучение влияния комплексного действия лазерного излучения на семена, следующие с/х культуры: пшеница мягкая яровая форма, овес посевной голозерная форма, ячмень обыкновенный яровая форма, тритикале озимая, рожь озимая. Она позволяет изучить влияние лазерного излучения на всхожесть семян, энергию прорастания, зараженность заболеваниями.
Применение лазерной технологии в промышленном сельском хозяйстве является экологически безопасной альтернативой химическим методам. Возможно комбинированное использование лазерной технологии с химической обработкой, что позволяет сократить необходимый объем химического протравливания и расширить спектр возможностей лазерной технологии. Результаты многолетних исследований показывают, что использование физических методов не только способствует повышению урожайности семян, но также укрепляет их стойкость к различным заболеваниям. Но на территории Пермского края практически не применяется лазерная обработка семян в сельскохозяйственном производстве. Предпосевная обработка семян направлена на улучшение его биологических свойств, стимуляцию развития, защиту от болезней и вредителей, что
напрямую сказывается на объемах будущего урожая. Исследователи отмечают достоверное увеличение урожайности до 30 % при облучении семян с невысокой контрольной всхожестью.
После лабораторного этапа планируется проведение исследований в условиях защищенного грунта для оценки возможного отложенного во времени эффекта влияния лазерной обработки на развитие семени, на последующие стадии развития растений.
Результаты работы будут использованы в разработке технологии лазерного облучения, предназначенной для предпосевной обработки семян зерновых культур, используемых в промышленном сельскохозяйственном производстве.
Работа выполнена в рамках государственного задания, номер государственной регистрации НИОКТР 122031100058-3.
Литература
1. Agnieszka Klimek-Kopyra, Reinhard W. Neugschwandtner, Anna Slizowska, Dominika Kot, Jan Wincenty Dobrowolski, Zbigniew Pilch, Ewa Dacewicz. Pre-Sowing Laser Light Stimulation Increases Yield and Protein and Crude Fat Contents in Soybean. Agriculture. 2022; 12 (10):1510
2. Nadimi, M.; Loewen, G.; Bhowmik, P.; Paliwal, J. Effect of Laser Biostimulation on Germination of Sub-Optimally Stored Flaxseeds (Linum usitatissimum). Sustainability 2022, 14, 12183. https://doi.org/ 10.3390/su141912183
3. Hasan M, Hanafiah MM, Alhilfy IHH, Aeyad Taha Z. Comparison of the effects of two laser photobiomodulation techniques on bio-physical properties of Zea mays L. seeds. PeerJ. 2021 Jan 15;9:e10614. doi: 10.7717/peerj.10614. PMID: 33520446; PMCID: PMC7812920
4. Бурдышева О.В., Шолгин Е.С., Костина К.А., Баяндин Д.В., Ременникова М.В. Влияние излучения иттербиевого лазера на прорастание и влагопоглощение семенного материала сельскохозяйственных культур // Успехи современного естествознания. - 2022. - № 10. - С. 20-26 (РИНЦ, ВАК)
5. Григорьев И. В. Импульсная инфракрасная сушка семян овощных культур, нетрадиционных и редких растений: дис. канд. электротех. наук: 05.20.02. Москва, 2010. 222 с.
6. Рогожин Ю. В., Рогожин В. В. Технология предпосевного УФ-облучения зерен пшеницы // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2013. № 6. С. 9-14
7. Нижарадзе, Т. С. Влияние предпосевной обработки семян на водный режим и устойчивость к септориозу твёрдой яровой пшеницы в лесостепи Самарской области / Т. С. Нижарадзе, Р. Г. Кирсанов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2020. - № 3(83). - С. 62-65. - EDNRYMBVC
8. Klimek-Kopyra, A.; Diuzniewska, J.; Slizowska, A.; Dobrowolski, J.W. Impact of Coherent Laser Irradiation on Germination and Mycoflora of Soybean Seeds—Innovative and Prospective Seed Quality Management. Agriculture 2020, 10, 314. https://doi.org/10.3390/agriculture10080314
