CC BY
132
Сведения об авторах
Загоруйко Евгения Алексеевна - инженер кафедры землеустройства и кадастров Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел.: 8-929-81-79-521.
Семенихин Александр Михайлович - д-р техн. наук, профессор кафедры механизации технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел.: 8(86359) 43-1-71.
Information about the authors
Zagoruiko Yevgeniya Alexeevna - engineer of the Land management and inventories department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8-929-81-79-521.
Semenikhin Alexander Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Mechanization and production technology and processing of agricultural production department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359) 43-1-71.
УДК 631.53.027.3:633.16 ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН НА РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ
© 2013 г. А.Н. Васильев, А.К. Джанибеков
Представлена взаимосвязь между способом и средой обработки семян и влиянием их на структуру растений и урожайность. Рекомендованы типы материалов и виды разрядов для аэронов. Представлена функционально-технологическая схема установки для обработки зерна вторичными аэронами. Даны некоторые результаты обработки ярового и озимого ячменя.
Ключевые слова: предпосевная обработка, посевные качества, вторичные аэроны, семена, растения, урожайность, зерно, ячмень, коронный разряд.
The relationship between the environment and the way of seed treatment and their influence on the structure of plants and productivity is presented. Types of materials and discharges for aerons are recommended. Functional and technological scheme of set for secondary aerons pre-sowing seed processing is submitted. Some results of the spring and winter barley processing are submitted.
Key words: pre-sowing seed processing, crop quality, secondary aerons, seeds, plants, crop capacity, grain, barley, corona discharge.
Реальный рост производства зерна остается ключевой проблемой развития сельского хозяйства России.
Опыт использования физических воздействий при предпосевной обработке семян доказывает их высокую эффективность. Все физические воздействия дают прибавку урожая 5-20% при правильном выборе дозы воздействия. При этом произ-
водительность установок составляет от 5 до 30 т/ч. Такие установки окупаются в течение одного сезона.
Тем не менее, широкого распространения в сельскохозяйственной практике эти методы не получили. Во многом этому препятствует то обстоятельство, что отсутствует единая теория, объясняющая влияние различных видов воздействия на по-
севные качества семян и последующее развитие растений.
Здесь практически не исследованными остаются вопросы о влиянии среды обработки (кроме озона) и влиянии способов предпосевной обработки на развитие растений, полученных из обработанных семян. Для решения этой проблемы необходимы не только лабораторные эксперименты, но хорошо спланированные полевые эксперименты по выявлению специфических реакций растений на различные способы предпосевной обработки их семян.
Несмотря на общность влияния физических воздействий на семена можно предположить, что разные виды и дозы физических воздействий в различной степени влияют не только на посевные качества семян, но, что немаловажно, и на развитие растений, полученных из таких семян.
В электротехнологии на протяжении многих лет исследовались различные способы предпосевной обработки семян: во-дородно-плазменная обработка; магнитное поле; ЭМП постоянного тока и промышленной частоты; ЭМП СВЧ; ЭМП коронного разряда; видимое, УФ- и ИК-излуче-ния; электростатическое поле; у-облучение; ультразвук; электроактивированная вода; активное вентилирование подогретым воздухом; активное вентилирование электроактивированным воздухом (ЭАВ).
У всех перечисленных выше способов есть свои достоинства и недостатки, однако последний заслуживает особого внимания, по крайней мере, по двум причинам.
Во-первых, предложенные рядом авторов установки для предпосевной обработки с целью обеспечения высокой производительности имеют режимы обработки с малым временем воздействия и предельной
(высокой) интенсивностью воздействующего фактора, так называемые «жесткие» режимы. Более «мягкие» режимы можно реализовать в установках активного вентилирования зерна, где обрабатываются одновременно большие массы зерна, что позволяет значительно увеличить время обработки и снизить интенсивность воздействия, не снижая производительности установки [1].
Во-вторых, в нашей стране исследовались процессы сушки и предпосевной обработки семян. В результате разработаны установки для электроактивации воздуха, которые можно использовать совместно со стандартными промышленными установками активного вентилирования зерна.
Большое внимание уделялось и уделяется исследованию влияния озона на обрабатываемые семена. Однако воздействие озона на обрабатываемые семена противоречиво: с одной стороны озон ингибирует дыхание семян, что снижает интенсивность обменных процессов в семени, с другой стороны он стимулирует биологические (посевные) качества.
При этом мало внимания уделялось ипользованию другой среды обработки, хотя к этому есть определенные предпосылки.
Сравнительные опыты по электрической обработке зерна ионами азота, кислорода и воздуха, проведенные В. И. Нечаевым и Ф.Я. Изаковым [2] в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства, показали, что наибольшее стимулирующее воздействие на урожай пшеницы и его структуру было отмечено для случая обработки зерна ионами азота. В таблице 1 приведены данные этих исследований.
Среда Весенне-летняя выживаемость в % к контролю Продуктивность одного растения в % к контролю Абсолютный вес, г Средний урожай, ц/га
Воздух (без обработки) 100 100 26,1 20,6
Ионы азота 113,7 120,2 27,9 29,8
Ионы кислорода 97,6 102,2 25,8 22,2
Таблица 1 - Зависимость урожая и его структуры от среды, в которой находится зерно
во время обработки
Из таблицы видно, что положительный результат дала обработка во всех газовых средах. Наибольший эффект наблюдался в азоте. Это позволяет предположить, что эффект стимуляции вызывают отрицательные ионы азота.
Данные результаты подтверждаются исследованиями, проведенными в Ленинградском сельскохозяйственном институте В.Я. Компанейцем и М.Л. Федосеевой [3]. Они проводили обработку зерна азотом в электрическом поле при малом давлении, способствующем образованию атомарного азота, а также Г.В. Пономаревым [4], изучавшим влияние форм азота на проявление радиобиологических эффектов после обработки семян быстрыми нейтронами.
Данные исследования позволяют предположить, что различные виды аэроионов оказывают стимулирующее воздействие на биологические свойства зерна в разной степени.
Однако используемые ранее способы получения аэроинов различных видов являются довольно трудоемкими и дорогостоящими, поэтому не получили практического применения.
Более просто можно получать различные виды аэроионов, выбивая их из разного рода твердых тел под действием электронов, ионов и метастабильных атомов, которые, в свою очередь, можно легко получать в электроразрядах.
1 - электровентилятор; 5 - воздуховод; 2 - поток воздуха; 6 - поток аэроионов; 3 - ионизатор; 7 - бункер с зерном; 4 - поддон с материалом, из которого выбивают
аэроионы
Рисунок 1 - Функционально-технологическая схема установки для обработки зерна
аэроионами различных видов
На рисунке 1 приведена функционально-технологическая схема установки для обработки зерна вторичными аэроионами.
Установка работает следующим образом: поток атмосферного воздуха 2 от электровентилятора 1 проходит сквозь межэлектродный промежуток между ионизатором 3 и поддоном 4, насыщаясь ионами, выбитыми из поверхности материала, помещенного в поддон. Далее поток аэроионов 6 движется по воздуховоду 5 к бункеру с зерном 7 и, проходя через зерновой слой, воздействует на семена.
Используемый в данной установке коронный разряд характеризуется сравнительно небольшой плотностью тока, невысокой температурой газа в зоне разряда и
возможностью создавать разряды при давлениях до атмосферного и выше. Однако, несмотря на малую мощность, коронный разряд способен вызывать распад молекул. Причем по данным Д.Н. Андреева [5], с увеличением времени пребывания вещества в зоне разряда, а также мощности разряда этот распад усиливается.
Исследования, проведенные американским ученым А. Энгелем [6], показали, что величина коэффициента вторичной эмиссии зависит не только от энергии первичных электронов, но и значительной степени от вида бомбардируемого материала. Причем больший выход вторичных электронов наблюдается у изоляторов. Это объясняется тем, что при прохождении вторичным электроном первой зоны про-
водимости он может быть захвачен на один из ее уровней. А так как потенциал этого уровня может быть равен или даже выше потенциала поверхностного барьера, то вероятность вылета электрона оказывается большой.
Вышесказанное позволяет заключить следующее:
— на эффективность обработки семян значительное влияние оказывает среда, в которой обрабатываются семена;
— коронный разряд наиболее просто и дёшево можно получить, используя электроразряды;
— коэффициент вторичной эмиссии у изоляторов выше чем у проводниковых материалов, что необходимо учитывать при выборе материала для получения вторичных видов аэронов.
— следует заметить, что коэффициент вторичной эмиссии для грубых поверхностей имеет большее значение.
С учетом вышеизложенного был выбран материал для получения вторичных аэроионов, и с целью выявления особенностей влияния предпосевной обработки семян вторичными аэроионами запланирован и проведен в 2011—2012 годах однофактор-ный полевой эксперимент.
Предпосевной обработке подвергались элитные семена озимого и ярового ячменя с энергией прорастания ЭП = 90% и всхожестью 95%. В качестве контроля использовались необработанные семена.
В полевом опыте оценивались специфические реакции семян на предпосевную обработку тремя различными способами электрофизического воздействия. Способы и режимы обработки ячменя:
1. Тепловая [7].
2. Первичные аэроионы.
3. Вторичные аэроионы.
В ходе полевого эксперимента проводились анализы структуры растений и урожая. В результате были выявлены некоторые специфические особенности развития растений в зависимости от способа и режима обработки.
Кроме того, в электротехнологии на протяжении многих лет исследовались различные способы предпосевной обработки
семян. Однако не было выявлено, влияет ли такая обработка на структуру урожая растений, полученных из обработанных семян и, если влияет, то какие элементы структуры подвержены наибольшему влиянию под воздействием разных способов обработки.
Дисперсионный анализ структуры зеленых растений и структуры урожая растений, полученных из обработанных семян, выявил следующие закономерности.
У озимого ячменя растения на контрольных делянках имеют густоту всходов выше, чем у других вариантов. У ярового ячменя по густоте всходов лучшие результаты имеют растения на контрольных делянках и растения из семян, обработанных первичными аэроионами.
Анализ структуры урожая показал, что варианты, имевшие большую густоту всходов, не всегда имеют лучшую структуру урожая.
При дисперсионном анализе структуры урожая были выявлены некоторые закономерности по таким параметрам структуры урожая, как количество продуктивных стеблей, высота растения, длина колоса, масса 1000 зерен.
Анализ структуры урожая показывает увеличение количества продуктивных стеблей у растений из семян, обработанных первичными аэроионами, по отношению к контролю и другим исследуемым способам предпосевной обработки. Высота растений, полученных из необработанных семян, больше, чем из обработанных. Наблюдается увеличение длины колоса у растений из обработанных семян относительно контроля. Получено существенное увеличение массы 1000 зерен у растений из семян, обработанных вторичными аэроионами, как относительно контроля, так и относительно других способов обработки.
При анализе структуры урожая яр -в яч я отмечены следующие закономерности:
- Количество продуктивных стеблей у растений из необработанных семян существенно меньше, чем у растений из обработанных семян. Причем при обработке вторичными аэроионами количество продук-
тивных стеблей больше, чем при других способах обработки. Высота растения и длина колоса у растений, полученных из необработанных семян, больше, чем из обработанных.
- Наблюдается увеличение массы 1000 зерен у растений из семян, обработанных вторичными аэроионами.
Таким образом, установлено:
1. На структуру значительное влияние оказывает среда, в которой обрабатывались семена.
2. Наиболее простой и действенной является среда при использовании электроразрядов, в частности, коронного разряда.
3. Способ предпосевной обработки оказывает влияние на структуру зелёных растений и структуру урожая, однако прямой зависимости между густотой всходов и структурой урожая не прослеживается.
Литература
1. Кононенко, А.Ф. Режимы предпосевной обработки семян электроактивированным воздухом с низкой концентрацией аэроионов: диссертация кандидата технических наук / А.Ф. Кононенко. - Зерноград, 2002. - 163 с.
2. Нечаев, В.И. К вопросу о влиянии потока ионов на биологические качества
семян / В.И. Нечаев, Ф.Я. Изаков // Вопросы механизации и электрификации сельского хозяйства. - Вып. 41. - Челябинск, 1969.
3. Компанеец, В.Я. Влияние предпосевных воздействий электрическими разрядами на семена сельскохозяйственных культур / В.Я. Компанеец, М.Л. Федосеева // Записки Ленинградского сельскохозяйственного института. - 1956. - Т. 12.
4. Пономарев, Г.В. Влияние форм азота на проявление радиобиологических эффектов после обработки семян быстрыми нейтронами / Г. В. Пономарев // Радиобиология. - Вып. 8. - 1986. - № 12.
5. Андреев, Д.Н. Органический синтез в электрических разрядах / Д.Н. Андреев. - Москва-Ленинград: Изд-во Академии наук СССР, 1953. - 335 с.
6. Энгель, А. Ионизированные газы. Москва: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. -332 с.
7. Удинцова, Н.М. Разработка способа применения электрооборудования и обоснования мощности электрокалориферов бункеров активного вентилирования при предпосевной обработке семян: диссертация кандидата технических наук / Н.М. Удинцова; Азово-Черномор. гос. аг-роинж. акад. - Зерноград, 1998. - 205 с.
Сведения об авторах Васильев Алексей Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зам. директора ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии (г. Москва). Тел.: 8(925) 132-96-13. Е-шаП: [email protected].
Джанибеков Алим Казбекович - старший преподаватель ФГБОУ ВПО им. Горячкина (г. Москва). Тел.: 8(925) 378-45-99. E-mail:<[email protected].
МГАУ
Information about the authors Vasilev Alexey Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, deputy director of All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture Russian Academy of Agricultural Sciences (RAAS) (Moscow). Phone: 8(925) 132-96-13. Е-mail: [email protected].
Dzhanibekov Alim Kazbekovich - assistant professor, Goryachkin Moscow State Agroengineering University (Moscow). Phone: 8(925) 378-45-99. E-mail:<[email protected].
