СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОСЕВНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК A01C1/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, и может быть использовано для обработки при выращивании как зерновых, так и пасленовых, масличных, бобовых, бахчевых культур и корнеплодов.

Известно, что ускорение созревания, повышение урожайности напрямую зависит от качества посевного материала. Широкое распространение получило использование электромагнитного излучения различного спектра и диапазона для повышения качества посевного материала.

Известен способ обработки посевного материала путем его облучения электромагнитным излучением оптического диапазона (Шахова А.А. "Растение и среда", Издательство АН СССР, 1962, вып.4, патент США N 4041642, 1977).

Основной недостаток этого способа связан с его низкой производительностью, поскольку обработка может производиться только в очень тонком слое из-за сильного поглощения оптического излучения обрабатываемым посевным материалом.

Известна магнитная активация посевного материала, основанная на взаимодействии градиентного магнитного поля с движущимися заряженными частицами, находящимися в объемах различных растений. При этом для создания градиента магнитного поля необходимо перемещение большого объема посевного материала, что приводит к значительным энергетическим затратам и требует использования специального оборудования и пространства [1]
Были предприняты попытки использовать низкочастотное излучение с частотой 20 Гц и выше для обработки семян проса (Сиротина Л.В. Влияние естественных и слабых искусственных магнитных полей на биологические объекты, Белгород: 1973).

Однако этот способ не нашел широкого применения из-за крайне низкой эффективности и нестабильности результатов, поскольку повышение урожайности было либо крайне низким, либо вообще не происходило повышения урожайности.

В основу изобретения положена задача подбора таких параметров переменного электромагнитного поля, обработка которым посевного материала обеспечивала бы ощутимое и стабильное повышение урожайности сельскохозяйственных культур с одновременным улучшением качества продукции.

Поставленная задача решается тем, что в способе предпосевной обработки посевного материала, заключающемся в воздействии на материал низкочастотным электромагнитным полем, согласно изобретению используют низкочастотное электромагнитное излучение, имеющее частоту, соответствующую резонансной частоте интроглобулярного превращения при конформационных колебаниях, и энергию ниже энергии разрыва водородных связей.

И хотя мы не хотим связывать себя какими-либо теоретическими предпосылками, однако полагаем, что на обработку семян оказывают влияние два известных фактора: высокая сорбционная активность белков-ферментов (Koshland D.E. Jr. Teor. Biol. v.2, р.75, 1962), ведущая к образованию специфического или неспецифического фермент-субстратного комплекса, и существование колебательных химических систем, приводящих к внутримолекулярным (интраглобулярным) превращениям химической природы (Четверикова Е.П. Биофизика, 1968, т.13, с. 864; Шноль С.Э. в сборнике "Колебательные процессы в биологических и химических системах", Пущина-на-Оке, 1971, т.2, с.20).

Такие внутримолекулярные превращения ведут при определенных низких значениях частот к образованию неспецифических комплексов.

Образование же неспецифического ферментного комплекса, в принципе способствуя стабилизации системы, в то же время в некотором роде "выводит из игры" определенную долю ферментов и снижает эффективность процесса катализа. В естественных условиях в системе возникают конформационные колебания релаксационной природы. Образование и релаксация стабилизирующего неспецифического ферментного комплекса будет иметь довольно медленные колебания, а образовавшийся комплекс слабые связи. Это позволяет ферменту периодически "освобождаться" от неспецифического субстрата и образовывать специфический ферментсубстратный комплекс, то есть участвовать в обменных процессах системы.

Подобное легко выполнимо, если дискретные уровни свободной энергии комплекса лежат достаточно близко (что вполне вероятно для неспецифически связанного ферментного комплекса, так как в этом случае полная колебательная энергия молекулы сорбента больше или равна активационному барьеру) и отделены сравнительно низким энергетическим или энтропийным барьером, при которых для перехода одного состояния в другое требуется изменить последовательно сравнительно небольшое число слабых связей. Такое условие оказывается достаточным потому, что при низкой частоте столкновений в "энергизованной" молекуле может успеть реализоваться флуктуация колебательной энергии.

Процесс релаксации комплекса возможно ускорить воздействием извне, если подать дополнительную энергию в виде низкочастотных электромагнитных колебаний в резонансном режиме.

Эта резонансная частота может быть рассчитана по известной формуле для расчета частоты туннельного переноса (Блюменфельд Л.А. Проблемы биологической физики. М. Наука, 1974, с.229):
ω ω_oexp- где ω частота интраглобулярного переноса;
ω_o частота соударений электронов;
m масса электрона;
Е_о энергия перехода с одного уровня на другой;
L высота барьера;
U ширина барьера;
h постоянная Планка.

Полученная из этого расчета частота практически может быть использована для обработки.

На этой частоте, как указано выше происходит разрыв по меньшей мере одной из слабых связей ферментного комплекса, содержащегося в обрабатываемом материале, перераспределение электронной плотности в молекуле фермента, что приводит к ощутимому усилению ферментативной активности и, как результат этого ускоренному развитию высеянного материала после предлагаемой обработки. Энергия этого излучения не должна превышать энергию разрыва водородных связей, составляющую 4-4,5 ккал/моль.

В общем случае требуемый эффект практически для всех видов растений достигался при использовании частоты электромагнитных колебаний от 15 до 19 Гц. Подобную обработку следует осуществлять не позднее чем за 10 сут. до посева.

Нами было установлено, что правильный подбор резонансной частоты может быть осуществлен с использованием двух биолокационных рамок, которые оператор наводит на материал и следит за их взаимным расположением, обращенное друг к другу положение которых соответствует оптимальному значению частоты для данного материала. В дальнейшем проверка выбранной частоты наиболее быстро проводится по определению лабораторной и полевой всхожести семян.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих изобретение вариантов осуществления.

Прежде чем рассмотреть различные варианты обработки посевного материала, кратко рассмотрим общие принципы осуществления способа предпосевной обработки. Эксперименты проводились нами с использованием генератора электромагнитных колебаний Г4-102, серийно выпускаемого в России и обеспечивающего возможность плавного регулирования частоты в диапазоне 15-19 Гц и получения на выходе амплитуды излучения порядка 5 В. Излучение подавалось на обрабатываемый материал, который хранился навалом в клетях или в мешках, с помощью излучательных антенн, представляющих собой по существу отрезки электрического кабеля сечением около 2 мм.

П р и м е р 1. В мае 1990 г для партии семян яровой пшеницы сорта "Камышинская-3" была задана частота 17 Гц. Оператор держал в руках две рамки и следил за их взаимным расположением. Рамки располагались по существу параллельно. Затем частота постепенно понижалась. Около значения 15 Гц рамки резко повернулись навстречу друг к другу. Эта частота была принята за оптимальную. После этого эти семена 11 мая были подвергнуты обработке на частоте 15 Гц в течение 5 мин. После обработки 13 мая пробы были высеяны для определения всхожести и силы роста семян в соответствии с существующими государственными стандартами и для анализа активности альфа-амилазных ферментов в зерновках.

В результате анализа выявилось следующие: всхожесть, длина колеоптиля и корня, количество корней у обработанных семян оказались достоверно больше контрольных всхожесть составила 96,7% (в контроле 89,3%), количество корней 4,7+/-0,53 (в контроле 3,26+/-0,40), т.е. на 44% больше. Активность альфа-амилазных ферментов у обработанных семян составила 29,59+/-0,60 отн.ед.против 24,08+/-0,62 отн.ед.контрольных, то есть превысил на 23%
П р и м е р 2. Для партии семян озимой пшеницы (ВНИИЗБК) в ноябре 1990 г. была задана частот 15 Гц. Оператор держал в руках две рамки и следил за их взаимным расположением. Затем частота постепенно повышалась. Около значения 17 Гц рамки повернулись навстречу друг к другу. Эта частота была принята за оптимальную для озимых форм пшеницы. Таким же способом была определена оптимальная частота для гороха, которая оказалась равной 18 гц. После этого 28 ноября эти партии семян были подвергнуты обработке предлагаемым способом озимая пшеница на частоте 17 Гц в течение 5 мин, а семена гороха в течение того же времени на частоте 18 Гц. Посев семян был проведен в рулонах фильтровальной бумаги 29 ноябре. На четвертые сутки после посева (3 декабря) проведены замеры длины корешка и ростка, определена энергия прорастания и всхожесть семян. Установлено, что семена озимой пшеницы обработанные предлагаемым способом, превышают по сравнению с контролем среднюю длину корешка проростков на 1,7 см (на 40%), длину ростка на 1,3 см (более чем в два раза); энергия прорастания составила 86% против 82% в контроле, а всхожесть 97% против 95% в контроле. Длина корешка у обработанных семян гороха также была больше контрольных на 1,6 см (на 40%), длина ростка 0,4 см (на 45%) при одинаковое энергии прорастания и всхожести 96% против 94% в контроле. Отмечено, что увеличение длины ростка и корешка проростков семян, обработанных предлагаемым способом, проявляется в начальный период прорастания. Через 7 сут. при гетеротрофном питании стимулирующий эффект обработки прекращается: наблюдается выравнивание длины ростка и корешка проростков.

П р и м е р 3. В Институте физиологии растений им. К.А.Тимирязева АН СССР в лабораторных и вегетационных опытах была исследована эффективность предлагаемого способа для предпосевной обработки семян хлопчатника сорта 108-Ф урожая 1989 года. В дополнение к обычному контролю был взят в качестве эталона сравнения химический препарат А-1.

Вначале была задана частота 15 Гц. Оператор-лозоносец держал в руках две рамки и следил за их взаимным расположением. Затем частота постепенно повышалась и при значении около 19 Гц рамки повернулись навстречу друг к другу. Эта частота была признана оптимальной для данного объекта. После этого обработка партии семян хлопчатника электромагнитным полем устройства проводилась без нарушения упаковки в течение 5 минут на частоте 19 Гц. Контрольная партия семян во время обработки находилась в другом помещении Института на расстоянии не менее 500 м.

В лабораторных исследованиях семена хлопчатника на четвертый день после обработки в течение 18 часов выдерживались в водопроводной воде при комнатной температуре (так же как и эталонные и контрольные варианты), затем проращивались в ванночках по 100 шт. в каждом варианте (повторность четырехкратная). На третий день после раскладки семян в ванночках подсчитывали число проросших семян. При гетеротрофном питании проростков после обработки семян предлагаемым способом наблюдается более активное их развитие. Энергия прорастания составила 96% против 86% в контроле и не уступала по эффекту препарату А-1 (в процентах к контролю А-1 составляет 6% предлагаемый способ 12%). У 8-ми дневных проростков хлопчатника удлинение корней в среднем увеличилась на 15 мм по сравнению с контролем (у препарата А-1 на 7 мм), масса корней на 14% (у А-1 на 9%), масса ростков на 13% (у а-1 на 6%). Еще контрастнее разница обнаруживается при определении полевой всхожести, которая на четвертые сутки составила величину 160% (контроль принят за 100%) у обработанных предлагаемым способом и 112% у препарата А-1, а на шестые сутки соответственно 180% и 130% Число дней от посева до всходов составляли у обработанных предлагаемым способом 3, у препарата А-1 6, в контроле 8 дней. Число дней от посева до появления первых настоящих листочков соответственно 15, 18 и 23 дня у контрольных растений. На начало бутонизации на растениях количество бутонов составляло у обработанных предлагаемым способом 3,1, у препарата А-1 2,2, у контрольных 1,6. Таким образом, предпосевная обработка предлагаемым способом оказывает более благоприятное действие чем препарат А-1 на энергию прорастания семян хлопчатника, увеличивает полевую всхожесть и ускоряет начальные этапы роста растения.

П р и м е р 4. В совхозе им. Котовского Днепропетровского района Днепропетровской области в 1990 году проведены производственные испытания предлагаемого способа при выращивании сельскохозяйственных культур: гороха, кукурузы на зерно, ячменя, подсолнечника и моркови, для которых были подобраны оптимальные частоты обработки, а именно: ячмень 15 Гц, горох, кукуруза и подсолнечник 18 Гц и морковь 19 Гц. Обработку проводили в течение 10 мин. Фенологические наблюдения не проводились. Результаты раздельной уборки показали прибавку урожая по отношению к контрольным посевам: у гороха 6 ц/га (19,3% ), у кукурузы 8 ц/га (21,4%), у ячменя 7,5 ц/га (19,1%), у подсолнечника 5,2 ц/га (23,0%) и у моркови 25 ц/га (18,0%).

П р и м е р 5. В зерносовхозе "Армавирский" Новокубанского района Краснодарского края были проведены производственные испытания при предпосевной обработке семян озимой пшеницы предлагаемым способом.

Оператор-лозоносец навел две биоэнергетические рамки на ворох зерна. Была установлена первоначальная частота 15 Гц, которая постепенно повышалась. При достижении частоты около 17 Гц рамки устремились навстречу друг к другу. Данная частота была признана оптимальной для данной культуры. Обработку на этой частоте проводили в течение 10 мин. Контрольный материал на время обработки был вывезен на автомашине на расстояние более 1,5 км от зернохранилища. Посев контрольного и обработанного посевного материала был произведен на следующий день после обработки на площади соответственно 10 га и 500 га. Анализ осенью корневой системы проростков контрольных и опытных растений показал больший их вес у растений, полученных из обработанных семян. При уборке контрольных посевов урожайность составила 49,1 ц/га, а опытных 54,9 ц/га, т.е. прибавка в результате обработки семян предлагаемым способом составила 5,8 ц/га.

П р и м е р 6. В колхозе им.Ленина Среднечирчикского района Ташентской области Уз.ССР в 1991 годы были проведены производственные испытания предлагаемого способа при предпосевной обработке семян хлопчатника сорта 6524. Опытная партия семян была вывезена на полевой стан за 4 км от зернохранилища, где и была обработана устройством на частоте 19 Гц в течение 10 мин. Контрольная и опытная партии семян были высеяны в один день на одном поле и занимали до 50 га контролируемой площади. Проростки семян, обработанных предлагаемым способом, появились на 3-й день после высева, в контроле на 8-9-й день. 20 июля была произведена оценка растений на контрольном и опытном полях: у контрольных растений к этому времени в среднем насчитывалось 7-8 симподиальных побегов. У опытных растений 12-14. Сбор урожая с опытного поля начался на две недели раньше контрольного и составил 38 ц/га хлопка сырца (в контроле 33 ц/га). Волокно с опытного поля было длиннее, тоньше и крепче на разрыв, имело чистый белый цвет.

П р и м е р 7. Предпосевной обработке было подвергнуто около 1600 центнеров находившегося в мешках ячменя сорта "Донецкий-8". Триста мешков было помещено в штабеля и была задана частота 17 Гц.Оператор-лозоносец держал в руках две рамки и следил за их взаимным расположением. Затем частота постепенно понижалась и при достижении частоты около 15 Гц рамки повернулись навстречу друг к другу. Эта частота была принята за оптимальную, обработка проводилась на этой частоте в течение 9 мин. На следующий день контрольный материал был высеян на площади 30 га и обработанный на площади 740 га сеялкой СЗП-3,6 при норме высева 219 кг/га рядовым способом на глубину заделки семян 6-8 см. При раздельной уборке урожая установлено, что урожайность в контроле составила 19,6 ц/га, а обработанных предлагаемым способом 21,5 ц/га. Таким образом, повышение урожайности составило 1,9 ц/га.

П р и м е р 8. В НИИСХ (г.Безенчук Самарской области) в 1992 г. выполнено научно-производственное испытание предлагаемого способа. Предпосевной обработке была подвергнута партия семян яровой пшеницы сорта "Жигулевская", затаренной в 15 мешков, в течение 10 мин на частоте 15 Гц. Контрольный материал (20 мешков) был вывезен на расстояние 5 км в поле для высева. После обработки семян предлагаемым способом они также были вывезены в поле для высева. Посев проведен в тот же день: обработанными семенами на делянках на площади 3,8 га, контрольными 4,9 га. В период вегетации велись наблюдения по параметрам: густота, морфологический анализ растений и структура урожая. Больших различий в фазах развития растений не выявлено. Однако высота растений из обработанных семян составляла 102,5 см, вес зерна с одного растения 1,16 г и масса 1000 зерен 41,4 г; на контрольных участках соответственно высота растений 97,8 см, вес зерна с одного растения 1,09 г, масса 1000 зерен 39,5 г. Учет урожайности произведен по данным фактического обмолота комбайном СПО-500. Урожайность на участках, засеянных обработанными семенами 25,1 ц/га, на контрольных 20,8 ц/га, т.е. прибавка к урожаю составила 4,3 ц/га.

П р и м е р 9. В 1992 г. были проведены производственные испытания предлагаемого способа при предпосевной обработке семян сои и гречихи (Амурская область). Семена сои сорта ВНИИС-1 были затарены на двух бортовых автомашинах. Поэтому питание устройства производилось от автомобильного аккумулятора. Антенны были размещены на земле возле автомашин, затаренных посевным материалом. Время обработки 15 мин на частоте 18 Гц. Контролем служила соя, высевавшаяся в это время на площади 100 га. Обработанный материал был высеян на том же поле в тот же день на площади 600 га.

Энергия прорастания семян сои, обработанных предлагаемым способом, составила 90% (в контроле 88%), а всхожесть 95% (в контроле 93%). 4 августа был произведен отбор снопового материала и замер растений: высота растений из обработанных семян составила 34,85 см, контрольных 31,10 см; диаметр стеблей в средней части растения опытных растений 3-5 мм, контрольных 3-4 мм. 8 июня обработаны семена гречихи для высева на площади 500 га, которые были насыпаны горкой в зернохранилище. Антенны устройства были расположены вблизи обрабатываемого материала (в 2-3-х метрах от горки). Время обработки 10 минут, оптимальная частота определена в 19 Гц. Контрольные семена автотранспортом были вывезены на полевой стан бригады, расположенной на расстоянии 5 км от зернохранилища. Контрольный и опытный материал был высеян 12-13 июня на подготовленном поле, где предшественником были однолетние травы на сенаж, а затем зябь.

Полевой контроль, осуществленный 10-12 августа, показал: высота растений из обработанных семян составила 68,98 см, контрольных 57,78 см; количество цветочных кистей на одном растении 7,67 шт. у контрольных 6,16 шт.

Лабораторный анализ семян показал, что всхожесть обработанных семян составила 97% контрольных 94% сила роста соответственно 93% и 86% длина 3-х см ростков от обработанных семян 79,7% у контрольных 22,5; 2-х см соответственно 18,2% и 46,2% 1 см 2,0% и 29,2% менее 1 см соответственно 0,1% и 2,1%
Несомненно, растения из обработанных предлагаемым способом семян обеспечат наибольшую продуктивность. Однако конечный производственный результат будет зависеть от своевременной и качественной уборки.

П р и м е р 10. Во Всесоюзном НИИ по зернобобовым и крупяным культурам ВАСХНИЛ (г. Орел) в 1992 году проведены полевые испытания результатов предпосевной обработки предлагаемым способом гороха, гречихи и проса.

Небольшая партия семян (по 10 кг) была обработана в течение 5 минут с помощью устройства: горох и просо на оптимальной частоте 18 Гц, гречиха на частоте 19 Гц. Контрольный материал находился в другом здании Института на расстоянии не менее 600 м. Контрольный и опытный материал был высеян одновременно на делянках опытного поля Института.

В результате проведенных исследований установлена активация ростовых процессов в начальный период развития превышение длины корешков и ростков проростков достигало 39,9% масса 100 проростков также превышала контрольные на 6,6% Полевая всхожесть обработанных семян была выше на 9-14% Получена прибавка урожая по гороху до 4,5 ц/га (20,3%), гречихи 3,6-4,7 ц/га (24,4-31,9%) и проса 4,3 ц/га (до 10,9%).

Обработка семян гороха предлагаемым способом позволила снизить поражаемость растений в фазе бутонизации-цветения до 26,7% в фазе технической спелости до 39,3% Обработка способствовала повышению протеина в зеленой массе до 1,62% а в семенах до 1,92% На снижение степени заражения семян проса пыльной головней воздействие электромагнитным полем данных частот существенного влияния не оказывало.

П р и м е р 11. В совхозе "Навои" Ахангиринского района Ташкентской области УзССР в 1992 году были обработаны 100 мешков картофеля, 40 мешков составили контрольную партию. Первоначально была установлена частота 19 Гц и оператор-лозоносец навел две биоэнергетические рамки на обрабатываемые мешки. Поскольку рамки располагались параллельно друг другу, частота постепенно понижалась, пока рамки не повернулись навстречу друг другу. Этот эффект наступил при частоте 16 Гц, и эта частота была принята в качестве оптимальной для данной культуры. Обработка материала проводилась в течение 15 мин. Обработанная и контрольная партии были высеяны на участке соответственно площадью 10 га и 5 га. Были получены следующие урожаи: на контрольном поле 281 ц/га, на опытном 449 ц/га.

П р и м е р 12. В колхозе "Гурон" Аржанкитского района Ташкентской области в 1992 году были обработаны предлагаемым способом семена моркови желтой на частоте 19 Гц в течение 5 минут и высеяны на площади 500 га одновременно с необработанным семенами (контрольное поле в 10 га). Урожай составил в контроле 83 ц/га, а обработанных 128,6 ц/га. Корнеплоды отличались от контрольных не только большим размером, но и более ровной, правильной формой.

П р и м е р 13. В тепличном комбинате N 1 (Куйлюк, УзССР) в 1992 году были обработаны предлагаемым способом семена томатов сорта "Русич". Была установлена первоначальная частота 15 Гц. Оператор навел две рамки на семена томатов и следил за их взаимным расположением. Рамки расположились параллельно. Поэтому частоту постепенно повышали и при значении 16 Гц рамки устремились навстречу друг к другу. Эта частота и была принята за оптимальную и на этой частоте семена томатов обрабатывались в течение 5 мин. В результате применения предлагаемого способа предпосевной обработки семян урожайность томатов составила 110,3 ц/га, а у контрольных партий не превысила 61,5 ц/га.

Выше была приведена часть примеров осуществления способа, которые, по нашему мнению, достаточно подробно и точно характеризуют сущность предлагаемого способа. Однако нами были проведены и дополнительные испытания. Так, например, вместо оптимальных частот каждого из указанных примеров дополнительно производилась обработка и на иных частотах в указанном диапазоне и, хотя урожаи были несколько ниже урожаев при использовании оптимальных частот, они достоверно превышали урожаи с использованием необработанного материала.

Таким образом, следует признать, что при обработке посевного материала низкочастотными электромагнитными полями в диапазоне частот 15-19 Гц удается добиться повышения урожайности.

Следует иметь в виду, что обработку следует вести не более чем за 10 дней до посева, поскольку затем эффективность такой обработки снижается. Так, по данным департамента сельского хозяйства Амурской области в производственных условиях достоверная разница с контрольными растениями в количестве цветочных кистей у гречихи (на 14 августа 1992 г), полученных из семян, высеянных в первую неделю после обработки, составила 24% (прибавка к урожаю зерна 26,5% ), а высеянных во вторую неделю (на 9-10-е сутки), всего 5% (прибавка зерна около 10%).

И наконец, целесообразно каждый раз подбирать оптимальное значение частоты, поскольку она может изменяться в определенных пределах в зависимости от типа и сорта посевного материала. Однако в любом случае диапазон частот 15-19 Гц обеспечит достижение положительных результатов.

Выше были описаны примеры осуществления, которые иллюстрируют возможности предлагаемого способа и в которые, как ясно любому сведущему специалисту, могут быть внесены различные изменения в пределах объема формулы изобретения.

Использование: в сельском хозяйстве. Сущность изобретения: способ предпосевной обработки посевного материала предусматривает проведение низкочастотного электромагнитного излучения с частотой, соответствующей резонансной частоте интраглобулярного превращения разрыва водородных связей. 3 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОСЕВНОГО МАТЕРИАЛА, включающий воздействие на материал низкочастотным электромагнитным полем, отличающийся тем, что используют электромагнитное поле с частотой, соответствующей частоте интраглобулярных превращений, и энергией ниже энергии разрыва водородных связей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют электромагнитное поле с частотой 15 19 Гц. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что оптимальное значение частоты электромагнитного поля для обрабатываемого материала определяют обращенным друг к другу положением наведенных на обрабатываемый материал двух биолакационных рамок при одновременном изменении частоты электромагнитного поля. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что обработку осуществляют не позднее чем за 10 суток до посева.