Электрофизическая обработка семян

В задачу проведения исследований по влиянию электрофизических способов обработки на посевной материал входило изучение электрофизических свойств зерна пшеницы, выявление доз, вида и характера воздействий, вызывающих устойчивость к болезням и вредителям, а также выносливость к неблагоприятным факторам, укрепление растений, как на ранних этапах развития, так и в последующих периодах роста.
В полевых условиях на Опытном поле ФГБОУ ВПО Волгоградского ГАУ исследовано влияние стимуляции электромагнитным полем различных параметров на энергию прорастания и всхожесть семян озимой пшеницы.
Для опытов был взят сорт озимой пшеницы Донской сюрприз, разновидность – лютесценс. Повторность в опытах трехкратная, размещение делянок систематическое. Норма высева составила 3,0 млн. всх. семян/га; глубина сева, ширина междурядий – классическая: h = 6 см, H = 15 см (СЗ-3,6). Срок сева – оптимальный для данной почвенно-климатической зоны (светло-каштановые почвы правобережья Волги) – 2-я декада сентября.
Для соблюдения точности и чистоты эксперимента в схему опыта был введен вариант с необработанным семенным материалом – контроль (чистый посев), а также, чтобы исключить гипотетическую вероятность влияния стимуляций химической природы, а не искомой электрофизической – был введен вариант с добавлением к контролю стартовых доз минерального питания. Удобрение NPK (азофоска) вносилось в расчетной дозе по необходимому элементу питания для растений на первых этапах органогенеза – фосфору – P20. Сев проводился с обязательным прикатыванием посевов.
Установлено, что последствия электрофизического воздействия начинают проявляться уже на первых этапах развития растений. Через 48 часов 72 % семян‚ подвергшиеся электрофизическому воздействию, имели проросток длиной до 1,0 см, 18 % – до 1,5 см с тремя активными корешками, в то время как семена двух других вариантов лишь слегка набухли (увеличились в объеме).
На 5 сутки семена, прошедшие электрофизическую стимуляцию определились дружными всходами, на 
11 сутки взошли семена с химической стимуляцией (с внесением удобрений), а на 14-15 сутки отметились всходы контроля (рис. 1).

Рисунок 1.  Процесс прорастания семян озимой пшеницы:
вариант слева – электрофизической обработки, справа –
контроль (96 часов после посева)
Полевая всхожесть семян у исследуемых вариантов составила: электрофизическая обработка 282 шт./м2 (94,00 %), 
контроль – 268 шт./м2 (89,33 %), контроль + удобрения – 271 шт./м2 (90,33 %).
Стоит отметить, что за весь период прорастания семян выпало только 4 мм осадков. К зимнему периоду растения, появившиеся из семян с электрофизической обработкой, имели преимущество перед контролем в дополнительные 182°С суммы активных температур.
Таким образом, отмечаем, что энергия прорастания семян от действия электрофизической стимуляции выше обычных семян (без обработок) в 2,8-3,0 раза, а с добавлением удобрений в 2,2 раза.
Количественные и качественные показатели урожая зерна, полученного от растений при электрофизической обработке, немного уступают растением с внесенными удобрениями, но превосходят значения показателей контрольного варианта (таблица 1).

Здесь можно отметить небольшое преимущество варианта с удобрениями, но есть одно замечание – убыточная экономическая эффективность. Дополнительные затраты на внесение удобрений, а это 1600 руб./га, снижают преимущество, увеличивая его на контроле.
Другим показателем дополнительного положительного влияния электрофизической обработки на посевные качества семян является кустистость. В то время как варианты «контроль» и «контроль + удобрение (NPK)» в зимний период имеют 2…3 побега, растения при электрофизической обработке семян имеют 3…4 побега.
В лабораторных условиях ПНИЛ «Биоэнергетических исследований и эффективных электротехнологий» ВолГАУ и на базе опытного поля ВНИАЛМИ исследовано влияние стимуляции электромагнитным полем различных параметров на энергию прорастания и всхожесть семян зерновых культур.
Установлено, что последствия электровоздействия начинают проявляться уже на первых этапах развития растений.
В ходе экспериментов прослеживалась зависимость скорости и дружности прорастания семян от параметров воздействия (рис. 2).

Рисунок 2. Влияние предпосевной обработки семян тритикале на
динамику их энергии прорастания
Наименьшее количественное обилие проросших семян зафиксировано в варианте с использованием переменного электрического поля при расстоянии до обрабатываемого слоя 7 см – 4,3%. На контроле энергия прорастания в среднем составила 7%. При стимуляции семян переменным электрическим полем на расстоянии до слоя 0,7 см (вариант 2) и постоянным электрическим полем коронного разряда с расстоянием до слоя 0 см (вариант 3) этот показатель оказался значительно выше по сравнению с контролем – 23,0 и 28,5% соответственно.
На третьи сутки наблюдений количество проросших семян, среди обработанных, увеличилось в среднем в 2,1…2,6 раза по сравнению семенами, не подвергавшимися воздействию электрического облучения.
Скорость и дружность прорастания посевного материала, подвергшегося влиянию электрического воздействия, на четвертые сутки эксперимента несколько выровнялась. Оптимальным режимом в этом отношении оказался вариант 2, где дружность развития семян составила 96,0%. В вариантах 1 и 3 энергия прорастания составила 92,5 и 92,0% соответственно, при этом на контрольном варианте данный показатель был в два раза ниже.
Визуальная картина проведенных экспериментов по выявлению скорости и дружности прорастания, а также определения энергии всхожести представлена на рисунке 3. На рисунке представлены результаты исследований по воздействию на семена тритикале переменным электрическим полем и импульсными воздействиями по сравнению с контрольными образцами.

Рисунок 3. Влияние облучения семян электрическим полем
на всхожесть, %
Из представленных данных четко видно стимулирующее действие электрической обработки зерна. Предполагается, что в момент воздействия электрическим полем внутри семени происходит перераспределение электрических зарядов, что, в свою очередь, изменяет ход физико-химических процессов, влияющих на последующий рост и развитие растений. Анализ материалов по изменению всхожести семян выявил следующие результаты. Наиболее отзывчивы семена на облучение переменным электрическим полем с расстоянием до слоя 0,7 см (рис. 4). Здесь нормально проросших семян в пробе оказалось 98,7%, что на 4% больше, чем в контрольном варианте. Всхожесть семян на других вариантах практически не отличалась от таковых в контроле.

Рисунок 4.  Влияние облучения семян электрическим полем на
всхожесть, %: 

1 – контроль;

2 – переменное электрическое поле с расстоянием
до обрабатываемого слоя 7 см;

3 – переменное электрическое
поле с расстояния до обрабатываемого слоя 0,7см;

4 – постоянноеэлектрическое поле коронного разряда

с расстояние дообрабатываемого слоя 7 см
На основании проведенных лабораторных наблюдений выявлен оптимальный режим электрообработки посевного материала. Высокий результат стимулирующего воздействия объясняется увеличением хода биологических процессов в семени за счет получения дополнительной энергии при обработке.
Для предварительной оценки практической применимости предлагаемого способа предпосевной стимуляции были проведены поисковые эксперименты. При проведении исследований реализовывались следующие виды обработок:
1. электрическими импульсами с различными значениями энергий одного импульса, различными частотами следования воздействующих импульсов; 
2. высокочастотным высоковольтным разрядом с постоянными значениями амплитуды воздействующего напряжения и частоты следования этих разрядов.
В ходе экспериментов выявлено, что эффект воздействия электростимуляции на всхожесть семян зависит не только от дозы возмущающего фактора, но также и от состояния (то есть чувствительности к воздействию) семян. Прием предпосевной обработки в электрическом поле эффективен для семян с пониженной всхожестью, но высокой жизнеспособностью. Полученные данные свидетельствуют, что чем больше разница между всхожестью семян и их жизнеспособностью, тем выше эффективность данного приема.
По результатам поисковых экспериментов можно сделать следующие заключения:
1. Ввиду значительного сопротивления зерновой массы семена зерновых рекомендуется увлажнять перед обработкой.
2. Во избежание огрехов, при воздействии полем дугового разряда следует строго соблюдать однослойное распределение зерна в обрабатываемой массе.
Активизация начальных этапов развития семян, подвергшихся воздействию электрического поля, приводит к изменению морфологических характеристик проростков (табл. 2, 3, рис. 2, 8) У вегетирующих растений происходит удлинение первых междоузлий, формируется более мощная, по сравнению с контролем, корневая система. Очень важным для условий аридной зоны является тот факт, что рост корней способствует более быстрому укоренению растений, лучшему использованию ими весенней влаги и питательных веществ.

Степень влияния электростимуляции зависит от режима обработки. Лучшие результаты зафиксированы с использованием импульсного тока, особенно при воздействии на семена в течение 120 секунд. Наблюдаемое при этом повышение морфофизиологических показателей проростков, несомненно, способствует увеличению урожайности.

Рисунок 5. Последействие предпосевной обработки семян ячменя
электрическим полем
Данный прием позволяет перевести физиологическое состояние зародыша, вплоть до изменения химического состава, из состояния «покоя» в состояние «пробуждения» и активного роста. В момент воздействия электрическим полем внутри семени происходит перераспределение электрических зарядов, что, в свою очередь, несколько изменяет ход физико-химических процессов, влияющих на последующий рост и развитие растений. Для проверки существующих гипотез об изменении внутренних структур растительных клеток была проведена серия опытов, в которых зерно различных культур обрабатывались в поле коронного разряда.
Полученные результаты (рис. 6) позволяют констатировать, что сразу после обработки влажность зерновой массы увеличивалась по сравнению с контрольной, а затем несколько падала, но вместе с тем значение этой влажности оставалось выше, чем у необработанного зерна. Такие результаты могут свидетельствовать о том, что при электровоздействии происходят такие внутриклеточные изменения, в результате которых связанная влага смешивается.

Рисунок 6. Зависимость влажности обрабатываемого слоя
зерен овса, кукурузы, пшеницы озимой, ячменя от дозы
воздействующей энергии
В современной литературе имеется материал, свидетельствующий о возможности управления фитосанитарным состоянием и формирования элементов продуктивности сельскохозяйственных культур через применение электрофизических методов. К их числу относится предпосевная обработка семян в электрическом поле. Использованием данного приема достигается повышение устойчивости семян к стрессовым факторам, вследствие снижения электропроводности.
Стимулирующее влияние электрического поля на семена включает регуляторные изменения на всех уровнях организации растительного организма. Следствием этих изменений является формирование устойчивости растений к комплексу вредных факторов, в том числе к хозяйственно опасным вредителям и инфекционным заболеваниям.
В ходе экспериментов установлено, что электрообработка посевного материала способствует снижению численности и вредоносности фитофагов на 46,5-68,3 % и 13,1-88,5% соответственно (табл. 2.4). Причем эффективность данного приема в защите растений от разных вредителей находится в прямой зависимости от режима обработки.

Наиболее высокие результаты показали:
- против хлебных блошек и меромизы – переменное электрическое поле с экспозицией 120 секунд;
- против шведской мухи – переменное электрическое поле с экспозицией 60 секунд;
- против пшеничного трипса – постоянное импульсное поле с экспозицией 60 секунд.
Электростимуляция семян зерновых культур относится к числу приемов, способствующих решению задачи минимизации в агробиоценозах вредителей и максимальной циркуляции энтомофагов.
Электроимпульсная обработка посевного материала независимо от параметров воздействия отрицательно сказывается на развитии семенной инфекции. Лучшие результаты показывают электризация семян переменным полем в течение 60 секунд, обеспечивающее подавление патогенов на 5,5…27,2%. В наибольшей степени данный режим предпосевной обработки семян сказывается на представителях рода Helmintosporium, Fusarium. Спустя семь суток после облучения мицелий данных грибов был стерильным, и в дальнейшем споруляции не наблюдалось (рис. 7).

  1

 2

 3

 4

 5

 6

Рисунок 7. Воздействие электростимуляции посевного материала на развитие семенной инфекции

1 – контроль,

2 – постоянное электрическое поле,

60 сек.,

3-то же, 120 сек.,

4 – переменное электрическое поле, 60 сек.,

5 – то же, 120 сек.,
6 – постоянное импульсное электрическое поле, 60 сек.

Воздействие на семена электростатического поля способствует повышению иммунности и устойчивости посевов зерновых культур к хозяйственно опасным инфекционным заболеваниям (таблица 4, а и б). В наибольшей степени повышается чувствительность растений к листостеблевым патогенам. Так, при поражении листьев гельминтоспориозом и септориозом, на них образовывалось небольшое количество некротических пятен, и, в дельнейшем развитие указанных болезней не наблюдалось. Более эффективным оказалось действие переменного электрического поля с экспозицией 60 секунд – интенсивность развития листостеблевых инфекций снижалась: ячмень на 5-, тритикале– 5,4…10,8%. Постоянное электрическое поле в меньшей степени сказывалось на иммунности растений. Следует отметить, что увеличение экспозиции до 120 секунд приводит к снижению интенсивности развития листостеблевых патологий на 4,2…11,5%.
Наименее отзывчивы к использованию электрофизического метода возбудители корневых гнилей. Воздействие на семена электромагнитными полями разных параметров обеспечивает снижение развития заболеваемости вегетирующих растений на 3,1…4,2%.
Наряду с оптимизацией фитосанитарного состояния посевов при предпосевной обработке семян электрическим полем выявлено стимулирующее действие его на структуру урожая зерновых культур (таблица 5).

Таким образом, обработка посевного материала электрическим полем оказывает положительное влияние на все элементы структуры урожая. Наибольший эффект, причем комбинировано по всем показателям, достигается при использовании постоянного электрического поля (рис. 8).

Рисунок 8. Влияние электростимуляции посевного материала на развитие растений яровой пшеницы
Учитывая неблагоприятные погодные условия в период налива зерна, более высокие показатели массы 1000 на вариантах с применением постоянного электромагнитного поля свидетельствуют о повышении общего уровня засухоустойчивости растений.
А.И. Беленков, д. с.-х. н., Российский ГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева
И.В. Юдаев, д. техн. н., Азово-Черноморский инженерный институт Донского ГАУ