Предпосевная стимуляция семян сои

Семена - носители биологических и хозяйственных свойств растений, определяющие качество и количество получаемого урожая. Производство семян включает в себя ряд технологических операций: послеуборочное хранение, предпосевная обработка, посев и уход за растениями. На каждой стадии производства и хранения возможно негативное влияние на семена природно-климатических и хозяйственных факторов, снижающих их качество. При неправильных условиях выращивания или хранения семена теряют естественную всхожесть, заражаются болезнями, повреждаются насекомыми-вредителями, травмируются при механической обработке.

Предпосевная обработка семян различными физическими методами при оптимальных режимах позволяет повысить жизнеспособность, ускорить и интенсифицировать прорастание семян, а также повысить продуктивность, что обусловлено более полной реализацией биологического потенциала растений с одновременным губительным действием на вредоносные фитопатогены. К сожалению, широкому внедрению таких методов в практику препятствует недостаточная изученность оптимальных режимов обработки семян, отсутствие необходимой технической базы и достоверной информации о механизме электрофизических воздействий на биологический материал. В тоже время на современном этапе без внедрения инновационных достижений науки, техники и передовых технологий не обойтись.

В настоящее время перед специалистами и учеными стоит важнейшая задача - увеличение производства продукции растениеводства, в том числе и семян сои. Индустрия производства сои в России сегодня является одной из перспективных и эффективно развивающихся, и это при том, что на сегодняшний день она является практически неосвоенной. В структуре ее мирового производства на долю России приходится чуть более 2%, что является очень низким показателем, несопоставимым с производством других сельскохозяйственных культур.

История освоения и совершенствования технологии выращивания сои, которая включает и подготовку семян к посеву, продолжается. Поэтому изучение влияния электростимуляции на семена сои в процессе предпосевной подготовки представляет как научный, так и практический интерес.

Целью проведенных исследований в Волгоградском ГАУ являлось улучшение посевных качеств семян сои путем их электростимуляции с разработкой режимных параметров для установки предпосевной обработки семенного материала. В качестве влияющих факторов изучалась зависимость характеристик и показателей семенного материала от воздействия постоянным и переменным электромагнитными полями.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на электротехнологическом комплексе, структурная схема и внешний вид которого представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Структурная схема исследовательского комплекса для предпосевной электрообработки семян сои

Основные элементы экспериментального электротехнологического комплекса:

1) источник регулируемого высокого постоянного и переменного напряжения – СКАТ-70;

2) высоковольтный киловольтметр, мультиметр и электронный таймер;

3) экспериментальная рабочая ячейка.

Исследуемые семена загружались в ячейку, в которой были размещены неподвижный нижний электрод и изменяющий свое расположение – верхний. Расстояние между электродами во всех опытах фиксировалось одинаковым, и было равно 10 см. Напряжение обработки задавалось с электронной панели управления аппаратом СКАТ-70. После подачи на электроды напряжения необходимого значения, таймер отсчитывал заданную экспозицию, после выдержки которой обработка прекращалась.

Рис. 2. Внешний вид установки СКАТ-70, рабочей ячейки и измерительной аппаратуры, используемых при предпосевной обработке семян сои

Все лабораторные исследования проводились в помещениях с контурами заземления, общее сопротивление которых не превышало 0,5 Ом. Элементы схемы, подлежащие заземлению, соединялись короткими проводами с общим болтовым зажимом. Болтовой зажим схемы подсоединялся к выводу контура гибким медным проводом.

С целью реализации предполагаемых вариантов обработки разработана конструкция экспериментальных ячеек (рис. 3). Ячейки – это модели предполагаемых рабочих органов устройств, реализующих изучаемый способ воздействия на исследуемый объект.

Рис. 3. Внешний вид экспериментальной рабочей ячейки для предпосевной обработки семян сои

В качестве воздействующего фактора было выбрано электрическое поле высокого постоянного и переменного напряжения. Для удобства сравнения и сопоставления параметров были выбраны значения прикладываемых к электродам напряжений – 5, 10 и 15 кВ. Длительность обработки была выбрана продолжительностью 30, 60 и 120 с.

Обработка производилась согласно схеме, представленной на рис. 4.

Рис. 4. Схема проведения эксперимента

Семена сои засыпались в экспериментальную рабочую ячейку равномерным слоем, толщиной в одно зерно, после чего устанавливался второй электрод. Расстояние между электродами во всех экспериментах было постоянным и равнялось 10 см. К электродам от аппарата СКАТ-70 подводилось в первой серии опытов постоянное высокое напряжение, а во второй – переменное. По электронному таймеру отсчитывалось время нахождения семян в электрическом поле, после окончания обработки отключалась подача напряжения на электроды, а семена пересыпались в герметично закрываемые контейнеры.

В дальнейшем изучалось влияние электрической обработки на показатели всхожести семян и роста растений сои. Результаты исследований были занесены в таблицу 1.

Таблица 1. Посевные качества семян, высота растений и масса бобов сои по вариантам опыта в 2014 г.

Примечание: U – напряжение, кВ; t – время, с.

Из полученных данных эксперимента видно, что на данном этапе лишь некоторые варианты, подвергнутые электрообработке, показали результаты лучше, чем контрольный. Наибольшая величина энергии прорастания наблюдалась при обработке семян сои постоянным током мощностью 15 кВ в течение 120 с. Она составила 60%.

На рис. 5 представлена диаграмма, показывающая зависимость энергии прорастания от варианта обработки. Для наглядности контрольный образец выделен синим, образцы, показавшие результат лучше, чем контрольный – зеленым, а те, что показали результат хуже - красным.

Рис. 5. Зависимость энергии прорастания от варианта обработки.

Проведя исследования и проанализировав полученные результаты можно отметить, что семенной материал, подвергшийся электрообработке в поле высокого постоянного напряжения, практически при всех вариантах обработки имеет лучшую всхожесть, чем контрольный (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость всхожести от варианта обработки

Семена, обработанные в поле высокого переменного напряжения, во всех вариантах, кроме U=15 кВ при t=30с, показали всхожесть ниже, чем контрольный. Также эти семена при проведении исследований чаще подвергались грибковым заболеваниям и гнили корневой шейки растений.

Обработка семян в режиме постоянного тока дает лучшие результаты, чем в режиме переменного. Семена, которые подверглись кратковременной электростимуляции, показывают лучшую скорость и дружность прорастания, чем семена, обрабатываемые длительно.

На рис. 7 видно, что в полевых условиях образцы, подвергнутые электрообработке, показывали лучшие скорость и дружность прорастания, чем контрольные. Также обработанные образцы отличаются большим количеством боковых побегов.

 7 А

  7Б

Рис. 7. Опытные образцы через четырнадцать дней после посева а) контрольные; б) обработанные в поле постоянного высокого напряжения при U=10кВ, t=30с.

  8А

 8Б

Рис. 8. Опытные образцы через двадцать восемь дней после посева а) контрольные; б) обработанные в поле постоянного высокого напряжения при U=10кВ, t=30с.

После анализа данных таблицы 1 была построена зависимость высоты растений от варианта обработки на 28 и 50 день после посева (рис. 9, 10).

Контрольный образец на всех диаграммах обозначен синим цветом. Зеленым обозначены результаты образцов лучше контрольного, а красным – хуже.

  9

Рис. 9. Средняя высота растений на 28 день после посева

10

Рис. 10. Средняя высота растений на 50 день после посева

Кроме изучения развития растений сои в период их вегетации, был проанализирован урожай выращенной культуры. В качестве контролируемых параметров была взята масса собранных бобов с 5 растений на каждой экспериментальной делянке. Результаты замеров массы бобов представлены помимо таблицы 1 на рисунке 11, но в пересчете на 1 растение.

  11

Рис. 11. Масса бобов, собранных с одного растения

Анализ данных показывает, что наиболее предпочтительной для использования является обработка семян в режиме постоянного тока, с прикладываемым напряжением питания 10 кВ и временем обработки равным 30 секундам.

По результатам исследований можно сделать следующие заключения:

1. Рекомендуемым для использования является режим постоянного тока.

2. Наиболее эффективной является кратковременная электростимуляция семян сои.

3. Исследования следует продолжить с использованием более крупных партий семян сои для посева, с выходом на широкомасштабные испытания, и модифицируя техническое оборудование для массового производства.

А.И. Беленков, д. с.-х. н., Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева;

И.В. Юдаев, д. техн. н., Азово-Черноморский инженерный институт Донского ГАУ;

И.Е. Серкова, магистр, Волгоградский ГАУ.