ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ

Конторина Ирина Сергеевна

студентка 2 курса, агрономического факультета

специальность Земельный кадастр

ФГБОУ ВПО СтГАУ, г. Ставрополь

Е-mail: elen.68@bk.ru

Рубцова Елена Ивановна

научный руководитель, канд. техн. наук, доцент кафедры физики

ФГБОУ ВПО СтГАУ, г. Ставрополь

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача сельскохозяйственного производства – повышение урожайности выращиваемых культур на основе использования современных технологий возделывания. Один из эффективных способов решения данной задачи – повышение качества посевного материала с помощью воздействия на семена физическими факторами. Для этого в сельскохозяйственной практике используются разнообразные приемы предпосевной обработки семян – обогрев, воздействие токами высокой частоты и др.

Прорастание семян – один из наиболее важных и сложных процессов, влияющих на прохождение всех последующих этапов развития организма. Оно характеризуется интенсивным обменом, запасные питательные вещества претерпевают значительные изменения, превращаются в жизненно необходимые для молодого организма соединения, обеспечивающие рост зародыша и прежде всего первичного корешка.

Естественные условия не всегда благоприятны для нормального развития организма, особенно в начальный период. В связи с этим в сельскохозяйственной практике применяют комплекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности растений. В первую очередь необходимы такие средства воздействия, которые могут активизировать прорастание семян и усилить жизнедеятельность зародыша на начальном этапе.

Эффективность применения физических методов при предпосевной обработке семян зависит от рода стимулирующего воздействия, дозы, режимов обработки и других факторов. На целесообразность выделения основных факторов указывают исследователи [1—14].

Методика предпосевной обработки семян капусты сорта Слава импульсным электрическим полем.

Сущность предпосевной обработки семян электромагнитными полями состоит в том, что семенной материал помещается в поле на определенный промежуток времени. Основными параметрами электрического поля являются:

• напряжённость электрического поля, определяемая частным от приложенного напряжения к электродам в вольтах на межэлектродное расстояние в метрах (выражается В/м);
• экспозиция (измеряется в секундах);
• время отлёжки семян от обработки до закладки на прорастание (сутки).

Нами с 30 ноября 2011 года по 28 декабря 2011 проведены исследования по влиянию импульсного электрического поля ИЭП на посевные качества семян капусты сорт Слава. Частота следования импульсов электрического поля при постоянных напряженности электрического поля, форме импульса, длительности импульса составила от 300 до 600 Гц. Исследования посевных качеств, проводились, в соответствии с вариантами 1—7. Проведено семь исследований каждого из вариантов. Результаты подтверждены аккредитованной Учебно-испытательной лабораторией Государственного образовательного учреждения ФГБОУ ВПО СтГАУ (Аттестат аккредитации РОСС RU. 0001. 21ПЦ12).

Вариант 1 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от 10 до 15 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Вариант 2 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от 7 до 10 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Вариант 3 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от  6 до 10 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Вариант 4 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от 5 до 9 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Вариант 5 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от 4 до 9 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Вариант 6 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от  4 до 8 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Вариант 7 (ИЭП)

Параметры установки для обработки ИЭП.

Экспозиция – от 3 до 7 минут;

Время отлежки семян от обработки до закладки семян на прорастание – 3 суток.

Результаты предпосевной обработки семян капусты сорта Слава импульсным электрическим полем с частотой следования импульсов от 300 до 600 Гц.

Семена (партия №1) обработаны 30 ноября 2011 года. Отлежка 3 дня. Заложены на прорастание 3 декабря 2011 года. Энергия прорастания согласно ГОСТ 12038-84 проверена на 5 день 8 декабря 2011 года. На рисунках 1—7 представлены результаты эксперимента.

Рисунок 1. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 2. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП  

Рисунок 3. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП  

Рисунок 4. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 5. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 6. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 7. Энергия прорастания семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Всхожесть согласно ГОСТ 12038-84 проверена на 8 день 11 декабря 2011 года. На рисунках 8-14 представлены результаты эксперимента.

Рисунок 8. Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 9. Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 10. Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 11 – Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 12. Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП

Рисунок 13. Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП  

Рисунок 14. Всхожесть семян капусты сорт Слава обработанных ИЭП  

При обработке семян ПАРТИЙ № 2-7 получены сходные результаты.

Расчет оптимальной дозы воздействия импульсного электрического поля на посевные качества семян капусты

Как и предполагалось, время обработки при увеличении частоты следования уменьшается по экспоненте (рис. 15). Можно предположить, что дальнейшее увелечение значения частоты следования импульсов приведет к дальнейшему уменьшению экспозиции.

Рисунок 15. Зависимость оптимального времени обработки от частоты повторения импульсов

Анализ экспериментальных данных показал, что зависимость оптимального времени –от частоты импульсов генератора –, может быть выражена в виде эмпирической формулы:

                                     (1)

Из графика рис.15 можно найти искомые коэффициенты: А=15 мин (900 с); =0,0064 с.

Необходимым параметром при обработке семян ИЭП является  «доза обработки» – D, которую можно представить согласно выражению:

                                    (2)

Физический смысл формулы (2) заключается в том, что величина максимального электрического поля —  и время обработки —  ИЭП увеличивают дозу воздействия. Поэтому она пропорциональна их произведению. Однако длительность времени отлежки ослабляет биологический эффект воздействия ИЭП на семена сои, следовательно, в соотношении (2) параметр - следует поместить в знаменатель.

,                               (3)

где t_обр – время обработки семян, измеренное по часам;

(τ+а)≈5,0 мкс – эффективная длительность каждого импульса электрического поля.

Импульсное электрическое поле является принципиально новым физическим фактором для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур. Длительность импульса напряжения приложенного к электродам волновода τ = 5,0 мкс.

При математической обработке экспериментальных результатов по воздействию ИЭП на посевные качества семян капусты сорта Слава в регрессионном анализе была выбрана модель экстраполяции экспериментальных данных функциональной зависимостью на основе квадратичного полинома, содержащего соответствующие степени изменяемых параметров ИЭП: частоты импульсов и времени обработки (при неизменной амплитуде импульсов). В результате однофакторного анализа были получены соответствующие уравнения регрессии:

σ = 79,697 – 0,1179t + 0,0007t²       (для f =300 Гц)

σ = 77,697 – 0,1074t + 0,0008t²        (для f =350 Гц)

σ = 71,263 – 0,1379t + 0,0017t²        (для f =400 Гц)

σ = 65,397 – 0,1020t + 0,0025t²       (для f =450 Гц)

σ = 64,787 – 0,0072t + 0,0002t²       (для f = 500 Гц)           

σ = 63,844 – 0,0068t + 0,0018t²       (для f =550 Гц)

σ = 62,686 – 0,0056t + 0,0021t²       (для f=600 Гц)          (4)

Из расчета уравнений (4), нами получены оптимальные времена для предпосевной обработки семян моркови ИЭП, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Рассчитанные оптимальные режимы и дозы для предпосевной обработки семян моркови ИЭП

где: – безразмерный коэффициент частотного интервала спектральной чувствительности семян. В общем случае коэффициент  должен определяться для каждого вида обрабатываемых ИЭП семян экспериментально. Для упрощения анализа экспериментальных результатов по обработке семян ИЭП, когда диапазон изменения частоты повторения импульсов  не велик, можно считать, что , тогда выражение (1) упростится и будет имеет вид:

           (5)

В таблице 1 приведены значения амплитудной дозы обработки ИЭП для оптимальных времен и соответствующих частот импульсов (при постоянных E_max = 1,6×10⁵ В/м и (τ + а) = 5 мкс). Из данных таблицы следует, что в рассматриваемом диапазоне частот 300 Гц – 600 Гц, амплитудная доза обработки монотонно возрастает. Это может быть объяснено изменением (уменьшением) чувствительности семян при увеличении частоты ИЭП.

Эффективность обработки семян сельскохозяйственных культур физическими факторами определяется дозой, режимом обработки, которые в настоящее время для каждой культуры и даже сорта одной и той же культуры подбираются эмпирически, путем проведения достаточного количества лабораторных экспериментов.

При неправильно подобранной дозе воздействия ИЭП могут быть получены отрицательные результаты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате предпосевной обработки семян капусты сорта Слава импульсным электрическим полем (ИЭП) с частотой следования импульса от 300 до 600 Гц получены следующие результаты:

• подтверждено улучшение посевных качеств семян капусты сорта Слава в результате их предпосевной обработки импульсным электрическим полем;
• подтверждена правильность формулы расчета дозы воздействия ИЭП;
• установлены оптимальные режимы обработки семян капусты ИЭП;
• на основании экспериментального исследования режимов предпосевной обработки семян капусты импульсным электрическим полем, построены математические уравнения регрессии, используя которые, можно теоретически рассчитать оптимальное время обработки посевного материала, тем самым сократить количество лабораторных опытов до минимума.
• подтверждено теоретическое предположение о сокращении времени обработки семян с увеличением частоты следования импульса (табл. 2).

Таблица 2

Из табличных данных видно, что увеличение энергии прорастания в оптимальном режиме при обработке ИЭП в среднем составляет 8,2 %, а всхожести – 5 %, что подтверждает эффективность данного вида обработки семян перед посевом.

Список литературы

1.Батыгин Н. Ф. Комплексная оценка процесса воздействия электромагнитного поля высокой частоты на семена / Н. Ф. Батыгин, С. И. Ушакова, Н. Д. Никонова // Применение энергии высоких и сверхвысоких частот в технологических процессах сельскохозяйственного производства : тез. докл. – Челябинск, 1983. – С. 71.

2.Батыгин Н. Ф. Перспективы использования факторов воздействия в растениеводстве / Н. Ф. Батыгин, С. М. Потапова, Т. С. Кортава. – М., 1978. – 55 с.

3.Блонская А. П. Влияние электрического поля на биопотенциалы в проростках и растениях пшеницы / А. П. Блонская, В. А. Окулова // Науч. тр. / ЧИМЭСХ. – 1976. – Вып. 109. – С. 81–83.

4.Блонская А. П. К вопросу механизма воздействия электрического поля на семена / А. П. Блонская, В. А. Окулова // Науч. тр. / ЧИМЭСХ. – 1977. – Вып. 121. – С. 32—35.

5.Кутис С. Д. Влияние предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур в магнитном и электрическом полях на посевные качества семенного материала и урожай / С. Д. Кутис, Т. Л. Кутис // Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве : тез. докл. Всесоюзной науч. конф. – Киров, 1989. – С. 112—118.

6.Предпосевная обработка семенного материала зерновых культур градиентным магнитным полем / В. М. Андреевский, М. В. Васецкая, В. И. Данилов, М. В. Омельяненко, Я. М. Ковальчук // Пр-во экол. безопас. продукции растениеводства: Регион. рекомендации, М. – 1997. – Вып. 3. – С. 24—31.  

7.Предпосевная обработка семян импульсным магнитным полем: новый метод в растениеводстве [Электронный ресурс] / SciTecLibrary – База Данных Технологий (Опубликовано: 14.12.2000). – Электрон. дан. – [Б. м.], 2006. – Режим доступа: http://www.sciteclibrary.ru. – Загл. с экрана.

8.Савельев В. А. Использование физических факторов для улучшения качества посевного материала / В. А. Савельев // Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве : тез. докл. конф. – Киров, 1989. – С. 133–134.

9.Савельев В. А. Обработка семян ультрафиолетовыми лучами / В. А. Савельев // Вестник с.-х. науки. – 1990. – № 3. – С. 133–135.

10.Савельев В. А. Стимулирует магнитное поле / В. А. Савельев // Урал. нивы. – 1986. – № 2. – 12 с.

11.Савельев В. А. Физические способы обработки семян и эффективность их использования / В. А. Савельев // Сиб. вестник с.х. науки. – 1981. – № 5. – С. 26—29.

12.Стародубцева Г. П. Повышение посевных, урожайных качеств семян и адаптивных свойств сельскохозяйственных культур : дис. ... д–ра с.-х. наук / Стародубцева Галина Петровна. – Ставрополь, 1997. – 337 с.

13.Цугленок Н. В. Влияние предпосевной высокочастотной обработки семян овощных культур на урожайность / Н. В. Цугленок, Г. Г. Юсупова, И. И. Савчукова // Электрификация с.-х. пр-ва. – Новосибирск: СО ВАСХНИЛ, 1983. – С. 40–42.

14.Физические факторы в растениеводстве / М. С. Трифонова [и др.] – М.: Колос, 1982. – 352 с.