CC BY
122
УДК 633.16:537.8 Н.Д. Полевик, В.М. Попов, В.А. Бидянов
ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ СВЧ-ОБРАБОТКИ СЕМЯН ГОЛОЗЕРНЫХ СОРТОВ ЯЧМЕНЯ
НА ИХ ПРОДУКТИВНОСТЬ
Авторами статьи исследовано влияние предпосевной обработки семян голозёрных сортов ячменя «Нудум-95» и «Л-32» в СВЧ-установке «Импульс-Зу» на урожай культуры. Установлено, что обработка семян с экспозицией 100 с обеспечивает прибавку урожая зерна.
Ключевые слова: семена, электромагнитная энергия, сверхвысокая частота.
N.D. Polevik, V.M. Popov, V.A. Bidyanov INFLUENCE OF PRESEEDING SHF-PROCESSING OF THE BARLEY BARE-GRAINED SEEDS ON ITS PRODUCTIVITY
Influence of preseeding processing of the bare-grained seeds of barley "Nudum-95" and «L-32» in microwave installation "Impuls-3u" on the culture crop is researched by the authors of the article. It is determined that seed processing with the 100 с exposition provides grain yield increase.
Key words: seeds, electromagnetic energy, super high frequency.
Для повышения количества и качества биологического урожая полевых культур используют различные методы: выводят новые сорта, применяют комплексные и микроудобрения, стимуляторы роста и т.п. В арсенале этих приёмов имеются и чисто физические методы.
Интерес к использованию различных физических воздействий (ФВ) для предпосевной активации семян сельскохозяйственных культур вызван возможностью получения ряда хозяйственно полезных эффектов:
- улучшения посевных качеств семян за счет повышения их энергии прорастания, силы роста и полевой всхожести;
- повышения конкурентоспособности растений;
- ускорения развития растений (сокращения вегетационного периода, ускорения созревания);
- увеличения биомассы и урожая основной продукции;
- активации накопления в растениях полезных веществ и повышения качества их урожая (повышение содержания сахара, крахмала, белка, витаминов эфирных масел и т. д.);
- снижения зараженности семян за счет непосредственного физического воздействия на возбудителей болезней;
- повышения собственного иммунитета растений к возбудителям заболеваний;
- получение экологически чистой продукции с пониженным содержанием нитратов и пестицидов.
Исследования в этой области весьма обширны, имеют длительную историю и ведутся по широкому
спектру ФВ.
В эти исследования значительный вклад внесли ученые Челябинской государственной агроинженер-ной академии (ЧГАА, ЧИМЭСХ), где были начаты работы под руководством проф. А.М. Басова по использованию электронно-ионной технологии, а в последствии под руководством проф. Ф.Я. Изакова по применению электромагнитной энергии (ЭМЭ) сверхвысоких частот (СВЧ) в технологических процессах сельскохозяйственного производства.
Основываясь на результатах, создаются различные установки и устройства для предпосевной активации семян в поле коронного разряда, которые разработчики внедряют в практику.
Вместе с тем, несмотря на небольшие энергозатраты, из-за нестабильности результатов, невысокой прибавки урожая культур и ряда технологических недостатков, таких, как однослойная обработка семян, ма-
лая производительность установок, высокое напряжение в рабочем органе установки и другие, предпосевная активация семян в поле коронного разряда не получила широкого распространения в сельскохозяйственном производстве.
Причинами этого, по нашему мнению, являются особенности выбранного ФВ: во-первых, некоге-рентность электромагнитных колебаний и неуправляемый случайный характер их спектра, его несоответствие спектру естественных периодических процессов, определяющих физиологическое состояние семян; во-вторых, невозможность обеспечивать бесконтактный подвод энергии к обрабатываемому объекту, так как напряженность поля затухает обратно пропорционально квадрату расстояния 1/г2 и соответственно плотность энергии поля убывает пропорционально 1/г4, что требует его расположения в непосредственной близости от высоковольтных электродов либо на их поверхности.
В отличие от постоянного электрического поля в сферической электромагнитной волне амплитуда колебаний изменяется обратно пропорционально расстоянию, при этом мощность излучения уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника до приемного устройства, что даёт неоспоримые технологические преимущества радиоволнам СВЧ-диапазона в части обеспечения бесконтактного дистанционного подвода энергии к обрабатываемому объекту. К достоинствам этих радиоволн следует также отнести значительную проникающую способность, возможность концентрации энергии, фазовую и пространственную когерентность, большую пропускную способность канала передачи информации обрабатываемому объекту, которая может быть заложена посредством модуляции в амплитудную и пространственно-временную структуру сигнала.
Основываясь на неоспоримых преимуществах применения в качестве ФВ на семена энергии СВЧ, под руководством профессора Ф.Я. Изакова на кафедре АСХП ЧГАА в 1976 г. начались исследования по предпосевной обработке семян ЭМЭ СВЧ, а опыты по внедрению в производство в 1987 г.
Стабильные положительные результаты были получены на овощных культурах. Прибавка урожая овощей составляла от 15 до 30 % [1]. Особо следует отметить, что фунгицидный эффект предлагаемого агроприёма повторялся в следующем поколении.
По результатам этих исследований по инициативе аспиранта кафедры автоматики ЧГАА М.Ю. Борисова был создан макетный образец установки по обработке семян в мешках «Уралочка», которая была внедрена в технологию выращивания овощных культур в совхозе «Красное поле» Сосновского района Челябинской области. Обработка семян проводилась в стандартных мешках в течение 2 мин за двадцать дней до посева. Производительность установки составила 25 мешков в час. Обработка семян свёклы и турнепса обеспечивала повышение урожайности на 18-24 % и сохранности корнеплодов на 13-19 % [2].
Основываясь на результатах внедрения, была разработана документация и начато мелкосерийное производство СВЧ-установок «Импульс-Зу».
Установка выполнена на базе четырёх магнетронов, используемых в бытовых микроволновых печах, работающих на одну нагрузку, что и определило величину их суммарной СВЧ-мощности 2,5 кВт. Мешок с семенами обрабатывается в камере, имеющей форму полуцилиндра, объёмом 0,2 м3. Конструкция установки обеспечивает высокую равномерность распределения СВЧ-энергии в обрабатываемом материале и защиту от паразитных СВЧ-излучений. Установки были внедрены в технологические процессы предпосевной обработки семян в сельскохозяйственных производствах России и Украины [3-7].
Опыт использования СВЧ-установок «Импульс-Зу» выявил существенные преимущества перед лазерными и другими типами установок для предпосевной активации семян, в которых при обработке не исключается возможность их травмирования. Кроме того, посевной материал, приобретённый хозяйствами на семенных заводах, часто бывает насыщен различного рода протравителями. Это создаёт большую опасность для обслуживающего персонала и в ряде случаев делает невозможным предпосевную активацию семян на таких установках. Этих недостатков лишена СВЧ-установка «Импульс-Зу», позволяющая проводить обработку семян в мешках, поэтому имеющая преимущества экологического и технологического характера и являющаяся более предпочтительной для практического применения [4].
Но была выявлена и слабая сторона технологии, заключающаяся в том, что для каждой культуры требовался отдельный оптимальный по времени обработки режим [2-7].
Одним из направлений научных исследований Института агроэкологии - филиала ЧГАА - является выведение для кормопроизводства сортов ячменя с высоким содержанием сырого протеина. Полученные голозёрные сорта ячменя Нудум-95 и Л-32, несмотря на высокое содержание белка 16-18 и 14-15 % соответственно, имеют меньшую по сравнению с пленчатыми сортами ячменя продуктивность. Основными причинами этого являются низкие полевая всхожесть и продуктивная кустистость, а также фертильность цветков колоса и поражение растений головнёй.
В целях повышения продуктивности голозёрных сортов ячменя Нудум-95 и Л-32 были проведены исследования влияния предпосевной обработки семян в установке «Импульс-Зу» на основные элементы продуктивности и конечный результат - урожай зерна.
Изучали варианты: контроль необработанные семена; варианты с экспозицией 70 и 100 с в 2009 г. и с экспозицией 100 с в 2010 г. Семена высевались в почву через 10 дней после их обработки.
Почва участка - чернозём выщелоченный среднесуглинистый, повторность опыта 3-кратная. Площадь каждой делянки 1 м2. Норма высева 4,5 млн всхожих семян/га. Посев опытных делянок проводился 30 (2009 г.) и 31 (2010 г.) мая, глубина посева семян 5-6 см. В течение вегетации осуществляли мероприятия по уходу за посевами в виде опрыскиваний против вредителей, ручной прополки от сорняков. Учет урожая проводили методом сплошного обмолота делянок по достижении полной спелости зерна. Статистическая обработка данных проведена по Б.А. Доспехову.
Следует отметить, что весна и лето 2010 г. из-за отсутствия дождей были крайне неблагоприятные для ячменя. Недостаток влаги привел к значительному снижению урожая зерна.
В лучшем варианте СВЧ-обработки (экспозиция 100 с) выявлено её положительное влияние на элементы продуктивности растений и урожай зерна (табл. 1-2).
Таблица 1
Влияние предпосевной обработки семян в установке «Импульс-3у» на элементы продуктивности
голозерных сортов ячменя
Сорт Вариант Количество, шт/м2 Продукт. кустистость Высота растений, см Длина колоса, см Головня, шт/м2
расте- ний продукт. стеблей
2009 г.
Нудум 95 Контроль 241,7 295,8 1,2 52,1 7,0 12,5
100 с 204,2* 270,0 1,3 64,8* 10,2* 20,0*
Л-32 Контроль 121,7 126,7 1,0 62,6 7,2 3,3
100 с 103,3* 122,5 1,2 61,4 7,1 0,0
2010 г.
Нудум 95 Контроль 270,8 209,2 0,8 47,6 7,8 30,0
100 с 202,5* 195,8 1,0 52,5* 7,8 19,2
Л-32 Контроль 239,2 150,0 0,6 48,1 6,5 4,2
100 с 244,2 161,7 0,7 51,8 6,7 5,0
* - отличие данных от контроля по і - критерию Стьюдента Р < 0,05 (здесь и далее).
Таблица 2
Влияние предпосевной обработки семян в установке «Импульс-3у» на элементы продуктивности
и урожай голозерных сортов ячменя
Сорт Вариант Стерильность цветков колосьев, % Количество зёрен в колосе Масса 1000 зёрен, г Урожайность
г/м2 Отклонение от контроля %
2009 г.
Нудум 95 Контроль 6,7 12,4 53,4 196,7
100 с 4,5* 15,5* 53,3 223,3* +13,5%*
Л-32 Контроль 12,5 22,8 28,8 83,3
100 с 14,5 27,8* 31,4* 106,7* +28,1%*
2010 г.
Нудум 95 Контроль 8,5 9,1 44,7 85,0
100 с 7,8 10,5 46,3 95* +11,8%*
Л-32 Контроль 13,8 14,2 24,3 51,7
100 с 14,2 15,9 24,7 63,3* +22,4%*
Количество взошедших растений в вариантах с обработкой семян обоих сортов оказалось меньше,
чем в контрольных вариантах, только у сорта Л-32 (2010 г.) оно осталось на уровне контроля. Несмотря на это, вследствие увеличения продуктивной кустистости растений во всех вариантах с обработкой семян, которое составило в среднем по опыту 17 %, количество продуктивных стеблей мало отличалось от контроля.
Прибавка урожая зерна у обоих сортов получена за счет увеличения (по сравнению с контрольными вариантами):
- высоты растений, которая в среднем за два года исследований была больше на 10 %;
- длины колоса и массы 1000 зёрен, которые увеличивались либо были на уровне контроля;
- озернённости колоса, которая увеличивалась во всех вариантах опыта и в среднем за два года исследований была больше на 19 %.
У сорта Нудум-95 отмечено снижения такого отрицательного явления, как стерильность цветков в колосе.
Выявлено неоднозначное влияние предпосевной обработки семян на развитие мицелия гриба в зерновках ячменя по годам исследований. Так, в 2009 г. обработка привела к увеличению количества пораженных головней растений сорта Нудум-95, а у сорта Л-32 наблюдалось полное отсутствие пораженных растений. В то время как в 2010 г. наблюдалась обратная картина: у сорта Нудум-95 происходило снижение, а у сорта Л-32 отмечалось некоторое повышение количества растений пораженных головней.
Таким образом, предпосевная обработка семян голозерных сортов ячменя Нудум-95 и Л-32 в установке «Импульс-Зу» с экспозицией 100 с приводит к увеличению основных элементов продуктивности растений, что и обеспечивает достоверную и стабильную по годам исследований прибавку урожая зерна.
Оценка энергетической эффективности технологии показала, что содержание энергии в дополнительно полученном урожае зерна более чем на три порядка превышает количество израсходованной на обработку семян электрической энергии.
Литература
1. Блонская А.П., Дятченко Т.И. Влияние ЭМП СВЧ на посевные качества семян овощных культур // Использование СВЧ-энергии в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. / ВНИПТИМЭСХ. -Зерноград, 1989. - С. 57-62.
2. Использование предпосевной СВЧ-обработки семян овощных культур для повышения урожайности и сохранности корнеплодов / Ф.Я. Изаков, А.П. Блонская, М.Ю. Борисов [и др.] // Электротехнология в сельскохозяйственном производстве: тез. докл. республ. науч.-практ. конф. - Ташкент, 1990. - С. 29-31.
3. Юртаев С.Е., Богун В.П. Предпосевная активация семян лука электромагнитным полем СВЧ // Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, их переработке и хранению: тез. докл. ВНТС. - М., 1993. - С. 31-32.
4. Богун В.П. Об использовании лазерного и СВЧ-излучений для предпосевной активации семян сельскохозяйственных культур // Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, их переработке и хранению: тез. докл. ВНТС. - М., 1993. - С. 30-31.
5. Влияние предпосевной активации семян козлятника восточного электромагнитным полем СВЧ на его продуктивность / А.Н. Кшникаткина, В.П. Богун, В.А Гущина // Вестн. ЧГАУ. - 1995. - Т. 12. - С. 61-64.
6. Предпосадочная обработка клубней картофеля энергией СВЧ / Н.Д. Полевик, Ф.Я. Изаков, Н.Н. Николаев [и др.] // Микроволновые технологии в народном хозяйстве. Внедрение. Проблемы. Перспективы.
- Одесса: ОКФА, 1996. - С. 42-45.
7. Чирков А.И., Богун В.П. Использование электромагнитного поля СВЧ для предпосевной обработки семян // Главный агроном. - 2005. - № 4. - С. 81.
--------♦'-----------
