CC BY
45
УДК / UDC 633.31:631.53.01:631.354.3:621.3.029.4
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УБОРКИ НА РЕЗУЛЬТАТ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЛЮЦЕРНЫ НИЗКОЧАСТОТНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
INFLUENCE OF HARVESTING TECHNOLOGY ON THE RESULT OF ALFALFA SEED TREATMENT BY LOW FREQUENCY ELECTROMAGNETIC FIELD
Тертышная Ю.В.1,2, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Tertyshnaya Yu.V.12, Candidate of Chemical Sciences, Senior Researcher Шибряева Л.С.1,2, доктор химических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Shibryaeva L.S.12, Doctor of Chemical Sciences, Professor, Leading Researcher Жалнин Э.В.1, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом Zhalnin E.V.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department Левина H.C.1, старший специалист Levina N.S.1, Senior Specialist Бидей И.А.1, лаборант-исследователь Bidey I.A.1, Research Assistant 1ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»,
Москва, Россия
''Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Scientific Agroengineering
Center VIM", Moscow, Russia 2ФГБУН «Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук», Москва, Россия
2Emanuel Institute of Biochemical Physics of Russian Academy of Sciences, Moscow
E-mail: [email protected]
Урожайность сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов: климатических, технических, качества семенного материала и других. Цель исследования состояла в оценке влияния низкочастотного излучения электромагнитного поля на посевные качества, рост и развитие растений на ранней стадии вегетации на примере люцерны (Medicago sativa), убранной разными техническими средствами и способами, а также яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта «Омская-18», убранной комбайном Дон-1500. Были определены посевные качества и морфологические показатели исследуемых культур. Фенологические наблюдения проводили в климатической камере ВИМ. Наиболее высокие показатели увеличения надземной массы растений люцерны (1,45 и 0,89 г) отмечены при уборке растений комбайном Дон-1500 и самоходной полевой машиной СПМ-12 при обработке люцерны на стационаре и времени облучения семян перед посевом, равном 20 мин (параметры электромагнитного поля: индукция 6 мТл, частота следования импульсов 1б Гц). Для яровой пшеницы сорта «Омская-18» оптимальное время облучения составило 9 мин при тех же энергетических параметрах. Увеличение всхожести составило 13%, а массы растения - 21,7%. В работе показано, что как энергетическое воздействие, так и технология уборки, влияют на посевные качества семян люцерны. Лучшим из апробированных режимов облучения люцерны является воздействие электромагнитного поля с индукцией 6 мТл, частотой следования импульсов 16 Гц в течение 20 минут при уборке растений комбайном Дон-1500 и самоходной полевой машиной СПМ-12 при обработке семян люцерны на стационаре.
Ключевые слова: технология уборки, всхожесть, электромагнитное поле, семена люцерны, семена пшеницы, время облучения.
The yield of agricultural crops depends on many factors: climatic and technical factors, quality of seed material and others. The aim of the study was to assess the influence of low-frequency electromagnetic field radiation on the sowing qualities, growth and development of plants at the early stage of vegetation on the example of alfalfa (Medicago sativa) harvested by various technical means and methods, as well as spring wheat (Triticum aestivum L.) varieties "Omskaya-18" harvested by the combine Don-1500. The sowing qualities and morphological parameters of the studied crops
were determined. Phenological observations were carried out in the climatic chamber of VIM. The highest rates of increase in the above-ground mass of alfalfa plants (1.45 and 0.89 g) were noted when harvesting plants with the Don-1500 harvester and the SPM-12 self-propelled field machine when processing alfalfa at the static conditions and the time of irradiation of seeds before sowing, equal to 20 min (the parameters of the electromagnetic field: induction - 6 mT, pulse repetition rate - 16 Hz). For spring wheat varieties "Omskaya-18" the optimal irradiation time was 9 minutes at the same energetic parameters. The increase in germination was 13%, and the weight of the plant-by 21.7%. The results show that both the electromagnetic field impact and harvesting technology affect the sowing quality of alfalfa seeds. The best of the tested modes of irradiation of alfalfa is the effect of an electromagnetic field with an induction of 6 mT, pulse repetition rate of 16 Hz for 20 minutes when harvesting plants with a combine harvester Don-1500 and a self-propelled field machine SPM-12 when processing alfalfa seeds at the static conditions.
Key words: harvesting technology, germination, electromagnetic field, alfalfa seeds, wheat seeds, exposure time.
Введение. На сегодняшний день проведены многочисленные исследования, направленные на разработку технологий, использующих различные источники стимуляции роста и развития растений, с помощью энергетических факторов [1-4]. Известны работы, в которых воздействие слабых магнитных полей приводило к стимуляции урожайности сельскохозяйственных растений и повышению качества урожая [5-7]. Однако, несмотря на многочисленные исследования, задача подбора эффективного стимулирующего действия физического фактора на семена сельскохозяйственных культур до сих пор не решена, особенно в случае энергетической обработки больших масс семян в производственных условиях. Это объясняется, прежде всего, широким разбросом результатов, получаемых при оценке влияния энергетического воздействия на семена сельскохозяйственных культур вследствие многочисленности факторов, лежащих в основе связей между энергетическим воздействием и откликом на это воздействие биологического объекта. В ряде случаев такое воздействие приводит к проявлению положительного, в ряде случаев, отрицательного эффекта. В работе [7] показан различный характер воздействия высокочастотных ЭМП. Существует ярко выраженная «нелинейность» эффектов, т.е. сложный характер зависимости реакции биологической системы от величины, поглощаемой ею энергии. Из анализа многочисленных факторов, определяющих характер энергетических воздействий на семена растений, можно выделить несколько основных групп: энергетические параметры источников воздействия, морфологическое строение семян и растений, технологические параметры и режимы воздействия. При одинаковой природе электромагнитных излучений характер их воздействия на растения зависит от эффективной поглощенной дозы. Эта величина соответствует энергии, которая может перерабатываться клетками растений. Однако процессы, в которых поглощается энергия, поступившая от источника излучения, являются кинетическими: одни органы растений (ткани, клетки) более чувствительны к воздействию излучения и поглощенной дозе, другие менее чувствительны, в связи с чем наблюдаются разные скорости процессов, развивающихся в этих органах. Эти процессы, накпадываясь друг на друга, приводят к тому, что зависимость суммарного эффективного воздействия от величины дозы имеет нелинейный характер от параметров поля или источника излучения. Однако, не только энергетические поля и излучения оказывают значительные воздействия, но и технология уборки, например.
Цель работы - исследовать влияние низкочастотного электромагнитного поля на посевные качества, рост и развитие растений на ранней стадии вегетации на примере яровой пшеницы и люцерны, убранной разными техническими средствами и способами.
Условия, материалы и методы. Экспериментальные исследования проводились на семенах люцерны (Medicago sativa) и яровой пшеницы (Triticum
aestivum L.) сорта «Омская-18» путем энергетического воздействия на них низкочастотного электромагнитного поля с индукцией 6 мТл, частотой следования импульсов 16 Гц и различным временем воздействия. Следует отметить, что семена люцерны были различными по методу получения и обработки: в поле (без дополнительной очистки) или на стационаре (с дополнительной очисткой) самоходной полевой машиной СПМ-12 или комбайном Дон 1500.
Для проведения исследований в лабораторных условиях из партии семян было выделено необходимое количество опытных образцов семян люцерны и пшеницы для облучения низкочастотным электромагнитным полем, а необлученные образцы семян использовались в качестве контроля (К). Облучение было проведено за две недели до начала проведения экспериментальных исследований по оценке влияния низкочастотного электромагнитного излучения на посевные качества, рост и развитие растений.
Экспериментальные исследования проводились в два этапа. Первый этап -определение энергии прорастания и всхожести облученных и необлученных семян в лабораторных условиях. Определение посевных показателей семян люцерны проводилось в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 12038-84. Повторность - четырехкратная. Энергия прорастания определялась на 4 сутки, всхожесть - на 7 сутки после посева. Посевные качества семян яровой пшеницы также определялись согласно ГОСТ 12038-84. Повторность - четырехкратная. Энергия прорастания определялась на 3 сутки, всхожесть - на 7 сутки после посева. Затем проводилось определение биометрических показателей морфологических органов проростков яровой пшеницы: массы стеблей и массы корневой системы.
Второй этап - фенологические наблюдения за ростом и развитием растений люцерны в климатической камере (ФНАЦ ВИМ). В камере были установлены контейнеры размером 40*60*45 мм, заполненные почвогрунтом «Универсальный» ООО «АгроСнабРитейл» с содержанием азота 240-350 мг/л, фосфора 290-410 мг/л, калия 300-470 мг/л и рН=5,4-6,6. В процессе вегетации растений в климатической камере проводились ежедневные наблюдения за их ростом и развитием.
В климатической камере по завершении процесса вегетации растения были осторожно извлечены из контейнеров вместе с корневой системой и проведены измерения морфологических органов.
Для статистической обработки данных использовали программное обеспечение Statistica 8.0 (Dell Software Inc., США) и Microsoft Excel 2007.
Результаты и обсуждение. На испытания были представлены 4 образца семян люцерны, обработанных в поле и на стационаре, и убранных комбайном Дон 1500 и СПМ-12. Определялись посевные показатели семян в лабораторных условиях и всхожесть семян в климатической камере ФНАЦ ВИМ (рис. 1).
Рисунок 1 - Всходы растений люцерны в климатической камере ФНАЦ ВИМ
через 5 дней после посева
Результаты определения посевных показателей в лабораторных условиях приведены в таблице 1. Анализ полученных данных показал, что лабораторная всхожесть семян контрольных проб (К) образцов 1, 2 и 4 значительно ниже (на 11 -13%) по сравнению с всхожестью контрольной пробы образца 3, что связано с технологией уборки. Однако воздействие ЭМП в течение 20 мин привело к увеличению всхожести семян по сравнению с контролем на 7-9%. Всхожесть семян, убранных комбайном Дон 1500 и обработанных на стационаре, увеличилась на 5% при времени облучения 15 мин. Низкие значения всхожести семян образцов 1 и 2 можно объяснить тем, что семена не прошли период послеуборочного дозревания.
Таблица 1 - ^ Посевные качества семян люцерны, полученные в лабораторных условиях
Посевные качества Варианты опыта
Дон-1500 (с поля) СПМ-12 (с поля) Дон-1500 (обр. на стационар.) СПМ-12 (обр. на стационар.)
образец № 1 образец № 2 образец № 3 образец № 4
К 15 мин 20 мин К 15 мин 20 мин К 15 мин 20 мин К 15 мин 20 мин
Энергия прораст, % 71± 1,16 74± 1,21 88± 1,23 77± 1,18 77± 1,06 84± 1,26 81± 1,16 84± 1,21 88± 1,28 72± 1,11 75± 1,31 88± 1,12
Всхожесть, % 78± 1,22 82± 1,17 85± 1,20 77± 1,26 77± 1,28 84± 1,35 90± 1,09 95± 1,38 92± 1,30 79± 1,26 76± 1,28 88± 1,26
Затем семена люцерны были высеяны в фитотрон, где находились до фазы цветения. В фазе цветения растения были убраны. В таблице 2 приведены результаты влияния низкочастотного электромагнитного поля на всхожесть и развитие растений люцерны. Из нее видно, что аналогичная (по сравнению с лабораторными исследованиями) тенденция повышения всхожести семян по отношению к контролю наблюдалась и в климатической камере. Приращение значений всхожести семян в этих условиях составило от 3 до 9% при времени воздействия ЭМП в течение 20 минут. Наиболее высокие показатели увеличения надземной массы растений (1,45 и 0,89 г) отмечены при уборке растений комбайном Дон-1500 и самоходной полевой машиной СПМ-12 при обработке люцерны на стационаре и времени облучения семян перед посевом, равном 20 минутам.
Таблица 2 - Определение всхожести и массы растений люцерны при выращивании их в климатической камере._
Биометрические показатели морфологических органов растений, полученных
из семян люцерны, выделенных в процессе машинной уборки «Россия» (2016 г.) в колхозе
Контролируемые параметры Дон-1500 (с поля) образец № 1 СПМ-12 (с поля) образец № 2 Дон-1500 (обр. на стационар.) образец № 3 СПМ-12 (обр. на стационар.) образец № 4
К т = 15 т = 20 К т = 15 т = 20 К т = 15 т = 20 К т =15 т = 20
мин мин мин мин мин мин мин мин
Всхожесть, % 71± 1,32 74± 1,28 80± 1,26 70± 1,30 71± 1,12 79± 1,18 78± 1,24 80± 1,32 83± 1,09 77± 1,15 77± 1,26 80± 1,26
Масса
свежеубранных 0,47 0,63 0,65 0,78 0,70 0,75 1,12 1,17 1,45 0,58 0,52 0,89
растении люцерны, г
Масса растений,
подсушенная до равновесной 0,147 0,201 0,205 0,225 0,216 0,232 0,333 0,340 0,416 0,199 0,175 0,303
влажности в лаб.
условиях,г
Примечание. Масса растений рассчитана на 1 растение. Стандартная ошибка среднего значений масс не превышала 6%.
Также предпосевную обработку ЭМП прошли семена яровой пшеницы (Triticum aestivum L.). Определено, что для яровой пшеницы наиболее ярко стимулирующий эффект облучения проявляется при 20 мин воздействия электромагнитного поля (рис. 2), наблюдается увеличение всхожести на 15% по сравнению с контрольным необлученным образцом, но и при облучении в течение 9 мин значение всхожести увеличилось на 13%.
100 90
80 70 60 50 40 30 20 10 0
Контроль
6 мин
Ш 9 мин
Ж
20 мин
□ Энергия прораст., % О Всхожесть, %
Рисунок 2 - Энергия прорастания и всхожесть (%) семян яровой пшеницы
сорта «Омская-18»
В ходе эксперимента были определены массы зеленой части и корней яровой пшеницы. Данные представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Биометрические показатели растений яровой пшеницы сорта «Омская-18» на 10-е сутки вегетации
Масса, г Контроль Время облучения семян, мин
6 9 20
растения 0,078±0,0022 0,087±0,0034 0,095±0,0026 0,091±0,0035
надземной части 0,056±0,0024 0,062±0,0028 0,069±0,0032 0,063±0,0023
корня 0,022±0,0019 0,025±0,0015 0,026±0,0011 0,028±0,0019
Примечание. Массы рассчитаны на 1 растение.
Согласно данным таблицы 3 предпосевное облучение семян яровой пшеницы оказывает стимулирующее действие на морфологию растений. Определено, что наиболее эффективным временем воздействия оказалось 9 мин, при котором масса растения по сравнению с контролем возросла почти на 22%. Отмечено существенное влияние ЭМП на корневую систему, масса которой возросла от 13 до 27%.
Таким образом, воздействие магнитного поля на семена растений ускоряет процесс прорастания зародыша и закладывает условия развития корневой системы и стеблей. Из литературных источников известно, что при воздействии магнитного поля под действием силы Лоренца усиливается транспорт ионов и молекул воды через клеточные мембраны семян сельскохозяйственных культур [8-11]. Существует зависимость скорости их диффузии от структуры мембран и характеристик магнитного поля [8]. Структура, следовательно, проницаемость клеточных мембран семян разных растений определяет скорость диффузии молекул и ионов через эти мембраны к зародышу. Вследствие чего увеличение концентрации молекул минеральных веществ и воды, накопившихся в клетках растений, увеличивает скорость биохимических реакций их роста.
С другой стороны, установлено, что магнитное поле влияет на растворимость солей и кислот, находящихся в клетке растения [12], вследствие чего возрастает концентрация минеральных элементов, поступивших в клетку [8], при этом изменяются pH и биопотенциал растительной клетки, повышается проницаемость клеточных мембран, что ускоряет диффузию через них молекул и ионов к зародышу [13].
Однако надо отметить тот факт, что в фитотроне значения всхожести семян люцерны ниже, чем в лабораторных условиях. Это общеизвестный факт, когда значения натурных испытаний оказываются несколько ниже лабораторных. Существует также мнение о том, что в реальных условиях трудно создать оптимальные условия для проращивания семян даже при условии их предпосевной обработки энергетическим источником. Внешние условия всегда разные: например, мы обработали и посеяли семена, не создав при этом в почве оптимальных условий для посева, но после посева пошел дождь и все семена взошли, а в другом случае при тех же условиях дождя не было, и не все семена взошли, как итог - результат от обработки семян энергетическим фактором отсутствует [14]. Взаимосвязь «семена - физический (энергетический) фактор -посев в почву» до сих пор содержит вопросы, значит, исследования в этой области будут продолжаться.
Выводы. В результате проведенных исследований можно заключить, что помимо энергетического воздействия ЭМП, технология уборки также влияет на посевные качества семян люцерны. Лучшим из апробированных режимов облучения люцерны является воздействие ЭМП с индукцией 6 мТл, частотой следования импульсов 16 Гц в течение т = 20 минут при уборке растений комбайном Дон-1500 и самоходной полевой машиной СПМ-12 при обработке семян люцерны на стационаре. Для яровой пшеницы сорта «Омская-18» оптимальное время облучения составило 9 мин при тех же энергетических параметрах. Увеличение всхожести составило 13%, а массы растения - на 21,7%.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Influence of green, red and blue light emitting diodes on multiprotein complex proteins and photosynthetic activity under different light intensities in lettuce leaves (Lactuca sativa L.) / S. Muneer, E.J. Kim, J.S. Park, J.H. Lee // Int. J. Mol. Sci. 2014. № 15. P. 4657-4670. DOI: 10.3390/ijms15034657.
2. Тертышная Ю.В., Левина H.C., Елизарова O.B. Воздействие ультрафиолетового излучения на всхожесть и ростовые процессы семян пшеницы // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2017. № 2. С. 31-36. DOI: 10.22314.2073-7599-2017.2.31-36.
3. Effects of light emitting diode high intensity on growth of lettuce (Lactuca sativa L.) and broccoli (Brassica oleracea L.) seedlings / G.P. Pardo, C.H. Aguilar, F.R. Martínez, M.M. Canseco // Annu. Res. Rev. Biol. 2014. № 19. P. 2983-2994. DOI: 10.9734/ARRB/2014/10526.
4. Тертышная Ю.В., Левина H.C., Измайлов А.Ю. Эффект воздействия лазерного излучения на посевные качества и урожайность тритикале (Triticosecale Wittmack) // АПК России. 2019. Т. 26. № 1. С. 35-42.
5. Ерохин А.И. Применение электромагнитных полей для предпосевной обработки семян // Земледелие. 2012. № 5. С. 46-48.
6. Посевные качества семян мягкой яровой пшеницы (triticum aestivum l.) при разных режимах воздействия низкочастотным электромагнитным полем / Н.С. Левина, Ю.В. Тертышная, И.А. Бидей, О.В. Елизарова, Л.С. Шибряева // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. № 3. С. 580-587.
7. Касынкина О.М., Богун В.П. Предпосевная обработка семян озимой тритикале электромагнитным полем СВЧ // Зерновое хозяйство. 2007. № 5. С. 32-34.
8. Кларксон Д. Транспорт ионов и структура растительной клетки / Д. Кпарксон. М.: Мир, 1978. 368 с.
9. Классен В.И. Омагничивание водных систем. 2-е изд. М.: Химия, 1982. 296 с.
10. Сидорцов И.Г. Повышение эффективности воздействия постоянного магнитного поля на семена зерновых культур при их предпосевной обработке: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Зерноград, 2008. 18 с.
11. Агрохимия / Б.А. Ягодин, П.М. Смирнов, А.В. Петербургский [и др.]; под ред. Б.А. Ягодина. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1989. 639 с.
12. Савченко В.В. Синявский А.Ю. Изменение биопотенциала и урожайности сельскохозяйственных культур при предпосевной обработке семян в магнитном поле // Вестник ВИЭСХ. 2013. № 2 (11). С. 33-37.
13. Козырский В.В., Савченко В.В., Синявский А.Ю. Влияние магнитного поля на диффузию молекул через клеточную мембрану семян сельскохозяйственных культур // Вестник ВИЭСХ. 2014. № 2 (15). С. 16-19.
14. Сесякин В.И. Приемы и средства повышения полевой всхожести семян // Сахарная свекла. 2012. № 1. С.28-31.
REFERENCES
1. Influence of green, red and blue light emitting diodes on multiprotein complex proteins and photosynthetic activity under different light intensities in lettuce leaves (Lactuca sativa L.) / S. Muneer, E.J. Kim, J.S. Park, J.H. Lee // Int. J. Mol. Sci. 2014. № 15. R. 4657-4670. DOI: 10.3390/ijms15034657.
2. Tertyshnaya Yu.V., Levina N.S., Yelizarova O.V. Vozdeystvie ultrafioletovogo izlucheniya na vskhozhest i rostovye protsessy semyan pshenitsy // Selskokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2017. № 2. S. 31-36. DOI: 10.22314.2073-7599-2017.2.31-36.
3. Effects of light emitting diode high intensity on growth of lettuce (Lactuca sativa L.) and broccoli (Brassica oleracea L.) seedlings / G.P. Pardo, C.H. Aguilar, F.R. Martinez, M.M. Canseco // Annu. Res. Rev. Biol. 2014. № 19. R. 2983-2994. DOI: 10.9734/ARRB/2014/10526.
4. Tertyshnaya Yu.V., Levina N.S., Izmaylov A.Yu. Effekt vozdeystviya lazernogo izlucheniya na posevnye kachestva i urozhaynost tritikale (Triticosecale Wittmack) // APK Rossii. 2019. T. 26. № 1. S. 35-42.
5. Yerokhin A.I. Primenenie elektromagnitnykh poley dlya predposevnoy obrabotki semyan // Zemledelie. 2012. № 5. S. 46-48.
6. Posevnye kachestva semyan myagkoy yarovoy pshenitsy (triticum aestivum l.) pri raznykh rezhimakh vozdeystviya nizkochastotnym elektromagnitnym polem / N.S. Levina, Yu.V. Tertyshnaya, I.A. Bidey, O.V. Yelizarova, L.S. Shibryaeva // Selskokhozyaystvennaya biologiya. 2017. T. 52. № 3. S. 580-587.
7. Kasynkina O.M., Bogun V.P. Predposevnaya obrabotka semyan ozimoy tritikale elektromagnitnym polem SVCh // Zernovoe khozyaystvo. 2007. № 5. S. 32-34.
8. Klarkson D. Transport ionov i struktura rastitelnoy kletki / D. Klarkson. M.: Mir, 1978. 368 s.
9. Klassen V.I. Omagnichivanie vodnykh sistem. 2-e izd. M.: Khimiya, 1982. 296 s.
10. Sidortsov I.G. Povyshenie effektivnosti vozdeystviya postoyannogo magnitnogo polya na semena zernovykh kultur pri ikh predposevnoy obrabotke: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk. Zernograd, 2008. 18 s.
11. Agrokhimiya / B.A. Yagodin, P.M. Smirnov, A.V. Peterburgskiy [i dr.]; pod red. B.A. Yagodina. 2-e izd., pererab. i dop. M.: Agropromizdat, 1989. 639 s.
12. Cavchenko V.V. Sinyavskiy A.Yu. Izmenenie biopotentsiala i urozhaynosti selskokhozyaystvennykh kultur pri predposevnoy obrabotke semyan v magnitnom pole // Vestnik VIESKh. 2013. № 2 (11). S. 33-37.
13. Kozyrskiy V.V., Savchenko V.V., Sinyavskiy A.Yu. Vliyanie magnitnogo polya na diffuziyu molekul cherez kletochnuyu membranu semyan selskokhozyaystvennykh kultur // Vestnik VIESKh. 2014. № 2 (15). S. 16-19.
14. Sesyakin V.I. Priemy i sredstva povysheniya polevoy vskhozhesti semyan // Sakharnaya svekla. 2012. № 1. S.28-31.
