ЛАЗЕРЫ ДЛЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

LASERS FOR AGRICULTURE

Mikhail Vershinin

Postgraduate student of Automated Electric Drive department, Izhevsk State Agricultural Academy,

Russia, Izhevsk

Sergei Yuran

Doctor of Sciences, Automated Electric Drive department, Professor, Izhevsk State Agricultural Academy,

Russia, Izhevsk

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена перспективная технология повышения урожайности сельскохозяйственных культур низкоинтенсивным когерентным излучением. Проведен литературный обзор и анализ используемых источников низкоинтенсивного когерентного излучения для воздействия на биологические объекты растительного происхождения. Выявлена зависимость влияния природы источника низкоинтенсивного когерентного излучения на стимуляцию развития растительных биообъектов.

ABSTRACT

A promising technology for increasing the productivity of agricultural crops by low-intensity coherent radiation is considered. A literature review and analysis of the sources of low-intensity coherent radiation used for the impact on biological objects of plant origin are carried out. The dependence of the influence of the nature of the source of low-intensity coherent radiation on the stimulation of the development of plant biological objects has been revealed.

Ключевые слова: низкоинтенсивное когерентное излучение; лазерная стимуляция; растительные биообъекты.

Keywords: low-intensity coherent radiation; laser stimulation; vegetable biological objects.

Воздействие низкоинтенсивного когерентного излучения в видимой области спектра способно влиять на функциональную активность клеток растительного и животного происхождения. Данное явление описывается в работах таких исследователей данной области, как Инюшина В.М., Будаговского А.В. и других. В данных работах, в качестве источника низкоинтенсивного когерентного излучения, выступает лазер, как наиболее распространенный источник рассматриваемого излучения. В рассматриваемых работах лазерное излучение положительно повлияло на функциональную активность клеток и поэтому данный эффект получил название лазерной стимуляции.

Стимуляция растительных биологических объектов низкоинтенсивным когерентным излучением видимой области спектра имеет достаточное количество преимуществ. Одними из таких преимуществ являются:

1. высокий показатель урожайности;
2. высокий показатель качества получаемой продукции;
3. высокий показатель устойчивости растительных объектов к различным болезням и вредителям;
4. высокий показатель экологичности и безвредности использования лазерного излучения по отношению к окружающей среде и человеку.

В данной статье будет рассматриваться влияние низкоинтенсивного когерентного излучения от различных источников на функциональную активность различных растительных клеток. В качестве источников будут рассмотрены газовые и полупроводниковые лазеры, монохроматичные источники света от неоновой лампы и лампы накаливания со светофильтрами.

Работы Инюшина В.М. одни из первых работ, в которых описывается стимулирующий эффект от облучения растительных клеток (семена ячменя) низкоинтенсивным когерентным излучением. В качестве источников лазерного излучения в работе используют излучение монохроматичного света неоновой лампы со светофильтром, в области спектра 640 – 660 нм, и гелий-неоновый лазер с длиной волны 632,8 нм. Облучение происходило при одинаковых условиях и плотности мощности, которая составляла 0,2 мВт/см². Проведенное исследование показало, что использование обоих источника излучения дает заметный биологический эффект, однако у газового лазера этот эффект был выражен сильнее [4, с.108].

В исследованиях Якобенчука В.Ф. говориться о значительной повышении функциональной активности семян пшеницы после проведения облучения в лазерной установке «Львов – 1 Электроника». Проведенные исследования показали, что урожайность пшеницы, после лазерного облучения, может возрасти до 30 % [6, с.124].

Лазерные технологии широко применяются и в овощеводстве. Так, по результатам многолетних исследований по повышению урожайности, удалось получить прибавку урожая таких культур, как: морковь – на 17 %, свеклы – на 20 %, огурца – на 33 %, капусты – на 39%. Подобный положительный эффект был получен при облучении томатов азотным лазером с длиной волны 337,1 нм. По результатам эксперимента урожайность в открытом грунте повысилась на 24 %.

В работах Будаговского А.В. также описывается положительный эффект от использования газовых лазеров [1, с.29]. В одной из таких работ сравнивается стимулирующий эффект лазерного излучения от гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм и азотного, с длиной волны 337,1 нм. Оба источника низкоинтенсивного когерентного излучения показали хороший стимулирующий эффект,  в сравнении с контрольным результатом, на пыльце облепихи. Эксперимент проходил в равных условиях при плотности мощности 2,8 Вт/м², и заключался в эффекте увеличении прорастания пыльцы облепихи в относительных единицах от контрольной экспозиции. Однако, при использовании гелий-неонового лазера, удалось получить немного лучшие показатели прорастания пыльцы, чем при использовании азотного лазера.

В еще одной работе Будаговского А.В. был проведен сравнительный эксперимент влияния газового (гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм) и монохроматичный источник света от лампы накаливания со светофильтрами (длина волны 633 нм, плотность мощности 4 Вт/м²) на сохранность плодов в период хранения. В ходе эксперимента выяснилось, что использование газового лазера значительно повышает сохранность плодов в период хранения, в тоже время, использование монохроматичного источника света наоборот снизило сохранность плодов в сравнении с контрольной экспозицией [2, с.16].

При использовании полупроводникового лазера на растительных клетках тоже были получены положительные результаты. В Национальном политехническом институте Мехико был проведен эксперимент по облучению семян кукурузы полупроводниковым лазером с длиной волны 660 нм. По результатам эксперимента выяснилось, что проведенная стимуляция увеличила скорость прорастания и сухую массу проростком, относительно контрольного образца.

В работе Сварко К.О. проводиться сравнительное исследование влияния лазерного излучения от гелий-неонового и полупроводникового лазеров при обработке семян рододендрона. Так, при использовании газового лазера удалось повысить всхожесть семян до 4 раз, в сравнении с контролем. При использовании полупроводникового лазера удалось лишь незначительно превысить всхожесть над контролем – до 10 % [5, с.42].

Использование полупроводникового лазера с длиной волны 890 нм, в работе Гордеева А.С., повысило выход кондиционных плодов в период хранения до 15 %. В тоже время, применение газового лазера с длиной волны 632,8 нм и плотностью мощности до 280 мВт/м² снизило выход некондиционных плодов до 4 раз [3, с.23].

Применение полупроводникового лазера в культурах in vitro, генерирующего в инфракрасной области спектра (1150 нм) в работе Smoljar et al, положительного результата не дало, в отличие от газового лазера. Так, применение газового лазера, мощностью 15 мВт в течение 15 минут значительно повысило функциональную активность культур in vitro.

Проводя анализ, можно говорить о том, что применение лазерной стимуляции растительных организмов, в большей степени, приводит к стимуляции функционального состояния растений, ускоряя их рост и дальнейшее развитее. Также можно сказать, что лазерное облучение повышает выход кондиционных плодов в период хранения.

В зависимости от источников лазерного излучения (газовый или полупроводниковый лазеры, или монохроматичный источник света), результаты могут быть различны. В большинстве работ, при использовании газового лазера, наблюдается стабильное стимулирующее воздействие лазерного излучения на растительные организмы, и поэтому можно сделать вывод, что применение гелий-неонового лазера в сельском хозяйстве более оправдано.

Помимо вида источника облучения, для воздействия на биологические объекты, для того, чтобы получить хороший эффект от лазерной стимуляции, надо учитывать такие исходные факторы, как: состояние объекта, плотность мощности и время облучения. Несмотря на этот факт, лазерная стимуляция широко применяется для стимуляции биологических объектов.

Исходя из выше сказанного, лазерное облучение биологических объектов оказывается достаточно перспективным направлением для исследования и использования. Чтобы добиться положительного эффекта от лазерной стимуляции, необходимо учитывать исходное состояние обрабатываемого объекта, плотность мощности и время облучения объекта. Соблюдая определенные условия можно добиться положительного эффекта от лазерной стимуляции.

Список литературы:

1. Будаговский А.В. Лазерная техника и технологии в растениеводстве. Научно-информационное издание / А.В. Будаговский, О.Н. Будаговская. – Тамбов, 2011. – 38 с.
2. Будаговский А.В. Совершенствование электротехнологических методов лазерной обработки растений и плодов: Атореф. дис. канд. тех. наук. – Москва, 2006. – 28 с.
3. Гордеев А.С. Автоматизированная обработка яблок: Автореф. дис. д-р техн. наук. – М., 1996. – 32 с.
4. Инюшин В.М. Луч лазера и урожай / В.М. Инюшин, Г.У. Ильсов, Н.Н. Федорова. – Алма-Аты: Кайнар, 1981. – 186 с.
5. Скварко К.О. Светолазерная фотоактивация рододендродов. – Львов, 1997. – 86 с. – Деп. В УкрИНТЭИ 08.09.97, 526-У197.
6. Якобенчук В.Ф. Эффективность светолазерного облучения семян // Вестник с.-х. науки.  – 1989. – № 4 (392). – С. 123-128.