СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И ВЕГЕТИРУЮЩИХ РАСТЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК A01C1/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для обработки любых сельскохозяйственных культур, таких как зерновые, пасленовые, масличные, бобовые, бахчевые, корнеплоды и грибы, как на стадии предпосевной обработки, так и на стадии вегетативного развития в фазах роста, цветения и до момента плодоношения для активизации процессов прорастания семенного материала и усиления процессов жизнедеятельности растений.

Для активизации процессов жизнедеятельности каждой сельскохозяйственной культуры с учетом ее исходного состояния важно бывает подобрать тот вид электромагнитного воздействия, его частоту, вид спектра, интенсивность, которые наиболее оптимально подходили бы для него.

На замену способов обработки сельскохозяйственных (с/х) культур, по которым каждую культуру обрабатывали одним наиболее подходящим (подобранным) для нее видом излучения с жестко заданными параметрами воздействия (длина волны, частота импульсов, их амплитуда, время и периодичность воздействия), пришли способы комплексного (смешанного) воздействия, построенного по принципу суперпозиции.

Так, известен способ предпосевной обработки семян (Патент РФ 2090031, МПК 6 А 01 С 1/00, 25.07.95 г.), по которому предусматривается одновременное воздействие на семена излучением в инфракрасной и красной областях спектра с определенным их соотношением, объемной плотности излучения и временем воздействия. Причем потоки излучений формируют посредством светодиодов или диодных лазеров.

Однако этот способ, так же как и его предшественники, применим только для ограниченного вида с/х культур. В данном способе клетки облучаемых объектов, являющиеся своеобразными резонаторами, под действием облучения с заданной длиной волны и направления излучения, входят в резонанс с волнами, длина волны которых соизмерима или кратна размерам клетки. При этом в клетках формируются "стоячие волны", блокирующие межклеточные процессы метаболизма.

Наиболее широкое применение в настоящее время, исходя из повышенной эффективности внешнего воздействия на с/х культуры, нашли способы комплексного воздействия, отошедшие от принципа суперпозиции, по которым один вид воздействия модулируется другим.

Так, известен способ коррекции функционального состояния биологического объекта как растительного, так и животного происхождения (Патент РФ 2107425, МПК 6 A 01 G 7/04, А 01 С 1/00, A 61 N 1/00, 2/00, 5/00, C 12 N 13/00, 10.02.97 г.), по которому по крайней мере один из параметров по крайней мере одного из видов электрического, и/или магнитного, и/или электромагнитного воздействия на биологический объект модулируют музыкальным фрагментом. В данном способе модуляция может быть частотной, амплитудной, фазовой и широтно-импульсной.

К недостаткам данного способа можно отнести отсутствие устойчивого положительного эффекта в виде усиления процессов жизнедеятельности растений, как биологических объектов на всем этапе вегетативного развития и, как следствие, несущественный рост их урожайности. Это обусловлено тем, что производимые воздействия не давали растениям вариантности выбора подходящего именно в каждый момент процесса жизни того волнового воздействия, которое наилучшим образом поддержит и усилит процессы метаболизма.

Известен способ воздействия на биологические объекты, который взят в качестве прототипа для заявляемого способа (Патент РФ 2116089, МПК 6 A 61 N 5/06, A 01 C 1/00, A 01 G 7/04, А 61 Н 39/06, 19.11.96. г.). По данному способу воздействие осуществляют путем облучения биологических объектов модулированным оптическим излучением. При этом модуляцию осуществляют нерегулярными аналоговыми колебаниями, спектральные составляющие которых находятся в диапазоне частот 10^-4-10⁶ Гц. В качестве нерегулярных аналоговых колебаний могут быть использованы колебания напряжений или токов переходных процессов или усиленные случайные процессы в электрических цепях, например фликкер-шум.

Данному способу присущи все недостатки вышеописанного способа. Кроме того, поверхностная мощность излучения, выбираемая из диапазона 10^-2÷2•10³ Вт/м², для растений велика. Данное излучение вызывает в клетках растений существенный стресс, который выдерживают только достаточно сильные растения.

Известен стимулятор прорастания семян, содержащий бункер с системой загрузки и выгрузки семян и блок лазеров. Для создания объемного оптического излучения в пространстве к блокам лазеров посредством коммутаторов подключена система волноводов и разветвителей, заканчивающихся стержнями из оптического стекла для расположения их внутри вороха семян. При этом блоки лазеров имеют длину волны 670 и 730 нм (Патент РФ 2132119, МПК 6 А 01 С 1/00, 16.04.96 г.).

К недостаткам данного устройства можно отнести то, что оно стационарно, сложно конструктивно и имеет большие габариты, потребляет большое количество электроэнергии. Обработка семена осуществляется только в проходном режиме внутри устройства. Данное устройство используется только для обработки большого количества (вороха) семян и недоступно для обработки вегетирующих растений в полевых условиях и там, где отсутствует мощный источник электропитания.

Известно устройство предпосевной обработки семян, которое является прототипом заявляемого устройства (Патент РФ 2051551, МПК 6 А 01 С 1/00, 14.04.92 г. ). Оно содержит цилиндрический корпус, первая часть которого выполнена из диамагнитного материала, а вторая из металла, обмотку, установленную на первой части корпуса и соединенную с источником переменного тока, источник ультрафиолетового излучения, закрепленный внутри второй части корпуса по его оси посредством держателей. Для обеспечения равномерности облучения семян внутреннюю поверхность корпуса выполняют полированной для отражения электромагнитного излучения. Хотя данное устройство и имеет меньшие габариты, чем у аналога, однако оно имеет те же недостатки, что и вышеописанное устройство.

Предлагаемые способ предпосевной обработки сельскохозяйственных культур и вегетирующих растений и устройство для его реализации решают задачу расширения области их применения, уменьшения сроков вегетативного развития растений, а также повышения эффективности воздействия на с/х культуры за счет более избирательного действия на конкретную сельскохозяйственную культуру при возможности регулирования частотных, амплитудных и фазовых характеристик объемного пространственного оптико-акустического излучения как на стадии предпосевной обработки, так и в полевых условиях на любой стадии вегетации растений. Кроме того, заявляемое устройство решает задачу существенного упрощения конструкции, уменьшения ее габаритов и потребляемой энергии, а также компактности и удобства эксплуатации устройства в полевых условиях.

Поставленная задача решается тем, что в способе предпосевной обработки сельскохозяйственных культур и вегетирующих растений, включающем их облучение модулированным оптическим излучением, облучение сельскохозяйственных культур осуществляют объемным оптико-акустическим излучением малой мощности, спектральные составляющие которого находятся в диапазоне 3•10⁴÷3•10¹⁵ Гц. Причем оптико-акустическое излучение генерируют путем пространственной амплитудно-частотно-фазовой автомодуляции исходного оптического излучения. Оптико-акустическое излучение формируют с малой поверхностной мощностью, лежащей в диапазоне 1•10^-3÷5•10^-3 Вт/м².

Длину волны исходного оптического излучения выбирают из диапазона длин волн 400÷980 нм, лежащих в области видимого, и/или красного, и/или инфракрасного спектров.

Облучению могут подвергаться непосредственно сами семена и/или вода для приготовления раствора для замачивания семян или полива растений и/или почва, в которую высажены или будут высажены растения.

При этом обработка семян сельскохозяйственных культур или вегетирующих растений оптико-акустическим излучением может осуществляться однократно в течение 5÷20 мин или многократно на разных фазах вегетативного развития растений: в фазе роста, и/или цветения, и/или плодоношения.

Для реализации данного способа предлагается устройство. Устройство содержит цилиндрический корпус, источник электромагнитного излучения, подключенный к источнику электропитания, и державку источника электромагнитного излучения, установленную по продольной оси корпуса. Новым в устройстве является то, что оно снабжено механическим акустическим резонатором, закрепленным на корпусе внутри него. Источник электромагнитного излучения выполнен в виде по крайней мере двух источников оптического излучения, установленных в державке, размещенной, в свою очередь, внутри механического акустического резонатора по его продольной оси.

Как вариант, не исчерпывающий другие возможные варианты реализации заявленного способа, предлагается конкретная конструкция устройства, содержащего цилиндрический корпус, выполненный с ручкой и рабочей частью. Внутри корпуса рабочей части жестко закреплен поперечный дисковый кронштейн, в центре которого консольно закреплена с возможностью перемещения по оси рабочей части корпуса державка источников оптического излучения, равномерно размещенных в державке на равном расстоянии от оси рабочей части корпуса. В качестве источников оптического излучения используют светодиоды и/или диодные лазеры, подключенные к источнику электропитания постоянного тока. А механический акустический резонатор выполнен в виде по крайней мере двух металлических трубок, консольно закрепленных в дисковом кронштейне и концентрично охватывающих державку с оптическими излучателями. Причем трубки с большим диаметром имеют большую длину и не выступают из рабочей части корпуса.

С целью регулирования амплитудно-частотно-фазовых характеристик устройства преимущественно светодиоды и/или диодные лазеры размещать в державке с возможностью изменения их взаимного положения в направлении продольной оси рабочей части корпуса. При этом светодиоды или диодные лазеры должны иметь различные частотные характеристики оптического излучения. Для усиления возможности регулировки трубки акустического резонатора закреплены в дисковом кронштейне с возможностью изменения положения в направлении продольной оси рабочей части корпуса их свободного торца относительно места крепления.

Для усиления поверхностной мощности формируемого оптико-акустического излучения, с целью увеличения дальности эффективного воздействия, трубки акустического резонатора могут быть выполнены в виде рупоров.

Для усиления эффекта амплитудной, частотной и фазовой автомодуляции оптического излучения отраженным излучением внутренние поверхности трубок механического акустического резонатора выполнены полированными.

На фиг.1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2 - вид "А" на фиг.1; на фиг.3, 4, 5 - возможные варианты применения устройства.

Устройство содержит цилиндрический корпус, имеющий ручку 1 и рабочую часть 2, в которой жестко закреплен поперечный дисковый кронштейн 3, выполненный из диамагнитного материала. В центре кронштейна 3 соосно рабочей части корпуса 2 закреплена державка 4 источников оптического излучения 5. Державка 4 установлена на дисковом кронштейне 3 с возможностью перемещения по оси 6, например, с помощью полого винта 7 для изменения фокуса исходного оптического излучения в механическом акустическом резонаторе. Количество оптических излучателей 5 должно быть по крайней мере два. В качестве оптических излучателей могут использоваться светодиоды и/или лазерные диоды 5. Источники оптического излучения (светодиоды или лазерные диоды) размещены в державке 4 с возможностью изменения их взаимного положения в направлении продольной оси рабочей части корпуса. Источники оптического излучения должны иметь разброс частотных характеристик оптического излучения. Подбор частоты рассогласования в сборке упрощается путем использования однотипных источников оптического излучения из разных партий одного изготовителя или различных изготовителей. Внутри рабочей части корпуса 2 в дисковом кронштейне 3 концентрично державке 4 консольно закреплены металлические трубки 8 механического акустического резонатора 9, причем трубки 8 с большим диаметром имеют большую длину. Длина трубок 8 от места крепления в дисковом кронштейне 3 может изменяться, при этом свободные торцы трубок не должны выступать из рабочей части корпуса 2. Акустические трубки 8 могут быть выполнены в виде рупоров (не показано). Внутренняя поверхность 10 трубок 8 может быть выполнена полированной для многократного отражения электромагнитных волн в процессе автомодуляции оптического излучения.

Источники оптического излучения 5 подключают последовательно или параллельно или последовательно-параллельно к источнику постоянного тока 11, размещенного в ручке устройства 1. В качестве источника постоянного тока может быть использован стандартный источник постоянного тока 11 с выходным напряжением 9 В, например батарейка "Крона". Устройство имеет выключатель (не показан) и может быть снабжено индикатором напряжения 12.

Генерация непрерывного объемного оптико-акустического излучения происходит следующим образом.

Несколько подключенных к источнику постоянного тока светодиодов или лазерных диодов 5 (источников оптического излучения с длиной волны излучения, выбираемой из диапазона длин волн 400÷980 нм), имеющих некоторый разброс частотных характеристик, создают оптическое биение в диапазоне как звуковых, так и ультразвуковых колебаний. Одновременно с этим модулированное оптическое излучение, резонируя в механическом акустическом резонаторе 9, образует в пространстве сложное объемное волновое излучение, содержащее гармоники колебаний оптического и звуковых диапазонов. Данное излучение направлено в открытую сторону механического акустического резонатора.

Таким образом, в результате биения оптического излучения внутри механического акустического резонатора 9 происходит амплитудно-частотно-фазовая автомодуляция сложного оптико-акустического (фотоакустического) излучения, спектральные составляющие которого могут находиться в диапазоне 3•10⁴÷3•10¹⁵ Гц.

Угол конуса направленного объемного луча с оптико-акустическим излучением из устройства составляет 15÷30^o, его эффективная дальность действия может достигать 3 м.

Исходя из вида обрабатываемой культуры, ее состояния и условия развития производят настройку следующих параметров устройства: выбор вида оптического излучателя 5, количество излучателей 5, их взаимное расположение в пространстве, выбор частотных характеристик акустического резонатора, а именно количество, форму, геометрию металлических трубок 8 резонатора, их взаимное расположение. В качестве узла мягкой подстройки используется державка 4, перемещением вдоль оси 6 которой подбирают необходимый фокус исходного оптического излучения. Устройство позволяет получить широкий спектр частот выходного сигнала при достаточно случайном распределении в пространстве фазы и изменении частоты оптико-акустического излучения. Подбор тех или иных технических характеристик устройства должен осуществляться с учетом "реакции" семян или самого растения на излучение. Конкретные параметрические значения устройства являются "ноу-хау" разработчиков.

Положительное влияние оптико-акустического излучения малой мощности на растения можно объяснить следующим образом.

Клетки с/х культур, наполненные жидкостью (цитоплазмой), как резонирующий объект, воспринимают объемное оптико-акустическое излучение с постоянно изменяющейся частотой, амплитудой и направлением воздействия. В результате это приводит к частичному перераспределению ионов в клетке и к смещению цитоплазмы. Безусловно, клетки в этом случае первоначально испытывают некоторый "стресс". Внутри клеток повышается движение частиц, повышается ее температура, и как следствие, повышаются межклеточные обменные процессы. Весь метаболизм ускоряется. Клетка более интенсивно дышит. Данный вид излучения не приводит к привыканию. При этом важно, чтобы облучение имело малую поверхностную мощность, соизмеримую с энергетикой клетки, равную 1•10^-35•10^-3 Вт/м² и действовало по принципу "не навреди", осуществляя лишь "пробуждение" клетки и "тренировку" ее дыхания. Обработки с/х культур в течение 5÷20 мин вполне достаточно для активизации и пролангирования процессов метаболизма. Увеличение интенсивности обменных процессов между клетками и увеличение клеточного дыхания приводит к увеличению в них фотосинтеза и синтеза сахаров. Как следствие, это ведет к более ранней всхожести, увеличению площади листа и увеличению урожая. Обработанные растения достаточно сильно обгоняют контрольную группу.

Применение устройства может быть осуществлено в следующих режимах:
- обработка семян в статическом режиме, например, путем размещения устройства в бурте с зерном 13;
- в проходном режиме, например, с использованием транспортеров 14 устройство располагают над транспортером;
- при использовании устройства на стадиях вегетативного развития растений его используют как обычный фонарик, направляя конус луча оптико-акустического излучение на растения 15.

Так, были изготовлены и апробированы устройства "Биорезонатор "АСД 401" различных модификаций, имеющие следующие габариты:
- диаметр рабочей части корпуса 4÷20 см;
- общая длина корпуса 30÷40 см;
- вес устройства 250÷400 г
В них в качестве источников оптического излучения использовались три инфракрасных светодиода марки АЛ 107, имеющие длину волны излучения в диапазоне 930÷970 нм.

Использование заявленного универсального способа обработки с/х культур на с/х предприятиях показали получение устойчивого результата воздействия на них в виде усиления процессов жизнедеятельности, уменьшения сроков вегетативного развития и увеличения урожайности всех видов с/х культур, в том числе и грибов.

Для исследования влияния оптико-акустического излучения малой мощности данных устройств на продуктивность и структуру урожая с/х культуры были проведены полевые опыты на опытном поле кафедры растениеводства Белорусской сельскохозяйственной академии "Тушково".

Характеристика почвы: дерново-подзолистая, среднеуглинистая. Агрохимические показатели: рН солевой вытяжки 5,8÷6,2; содержание гумуса 1,6÷1,8%; подвижного фосфора 12÷15 мг и обменного калия 15÷17 мг на 100 г почвы.

Режим обработки: 5 мин, 10 мин, 15 мин - обработка семян, обработка растений в начале вегетации.

Обработка почвы: общепринятая, азотные удобрения в рекомендованных дозах вносили под предпосевную культивацию, суперфосфат и хлористый калий - в основную заправку перед вспашкой.

Методика определения результатов: густоту стояния растений определяли в период полных всходов и перед уборкой. Учет густоты проводился методом постоянных площадок по 0,25 м². По полученным данным проводили расчет всхожести и общей выживаемости растений.

Перед уборкой проводился анализ структуры урожая: число растений, сохранившихся к уборке; число зерен, приходящееся на одно растение; определяли массу зерна с одного среднего растения и массу 1000 зерен.

Пример 1.

Культура гречиха "Смоленская", которая в Белоруссии является традиционно низкоурожайной. Теплолюбива, высевается поздно. В опыте выдержаны оптимальные сроки посева. Учетная площадь делянки 17,5 м². Производилась обработка семян и вегетирующих растений в начале ветвления. Повторность опытов 16-ти кратная. В других хозяйствах Белоруссии завязываемость цветков была низкой, урожайность оказалась повсеместно низкой. Многие хозяйства вообще не получили никакого урожая. Результаты опытов на продуктивность гречихи приведены в табл. 1.

Пример 2.

Культура ячмень "Зазерский". Данная культура в Белоруссии одна из наиболее урожайных. Скороспелая культура с относительно коротким вегетационным периодом. В опыте сроки посева несколько запоздалые. Учетная площадь делянки 10,0 м². Производилась обработка семян и вегетирующих растений в начале кущения. Обработанные семена не были посеяны сразу и пролежали несколько дней до посева. Повторность опытов 6-ти кратная. Результаты опытов на продуктивность ячменя приведены в табл. 2.

Пример 3.

Культура люпин желтый кормовой "БСХА-382". Метеорологические условия благоприятные, достаточное увлажнение почвы, отсутствие почвенной корки. В опыте обработка семян проведена за один день до посева, посев рядовым способом с нормой 1,2 млн/га. Производилась обработка семян и вегетирующих растений желтого кормового люпина в начале фазы розетки листьев. Опытные делянки по 10 м² в четырехкратной повторности с систематическим расположением вариантов. Полное появление всходов на 12-й день после посева. Уборка осуществлялась прямым комбайнированием финским комбайном "Sampa 130". Результаты опытов приведены в табл. 3.

При существенно меньших энергозатратах, компактности (малых габаритах), упрощенной технологии обработки как семян, так и вегетирующих растений с повышенной эффективностью воздействия, заявленное устройство найдет широкое применение как на с/х предприятиях АПК, фермерских хозяйствах, так и на приусадебных участках.

Это делает данное устройство доступным для применения его, наряду с с/х предприятиями АПК, фермерскими хозяйствами, любому садоводу-любителю. При этом эффективность обработки с/х культур существенно повышается по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения, что приводит к росту урожайности с/х культур на 10-30%.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для обработки любых сельскохозяйственных культур как на стадии предпосевной обработки, так и на стадии вегетативного развития для активизации процессов прорастания семенного материала и усиления процессов жизнедеятельности растений. В способе предпосевной обработки семян облучение сельскохозяйственных культур осуществляют объемным оптико-акустическим излучением, спектральные составляющие которого находятся в диапазоне 3•10⁴-3•10¹⁵ Гц. Оптико-акустическое излучение генерируют путем пространственной амплитудно-частотно-фазовой автомодуляции исходного оптического излучения. Для реализации способа используют устройство, содержащее цилиндрический корпус, механический акустический резонатор и источник оптического излучения. Источник оптического излучения размещен внутри механического акустического резонатора по его продольной оси и закреплен на корпусе посредством державки. Изобретение решает задачу расширения области его применения и повышение при этом эффективности воздействия на с/х культуры за счет более избирательного действия на конкретную сельскохозяйственную культуру при возможности регулирования частотно-амплитудно-фазовых характеристик объемного пространственного оптико-акустического излучения. Кроме того, изобретение решает задачу существенного упрощения конструкции устройства, уменьшения его габаритов и потребляемой им энергии. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил.

1. Способ предпосевной обработки сельскохозяйственных культур и вегетирующих растений, включающий их облучение модулированным оптическим излучением, отличающийся тем, что облучение сельскохозяйственных культур осуществляют объемным оптико-акустическим излучением с поверхностной мощностью излучения, равной 1•10^-3-5•10^-3 Вт/м², спектральные составляющие которого находятся в диапазоне 3•10⁴-5•10¹⁵ Гц, причем оптико-акустическое излучение генерируют путем пространственной амплитудно-частотно-фазовой автомодуляции исходного оптического излучения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длина волны исходного оптического излучения лежит в области видимого и/или красного, и/или инфракрасного спектра, выбираемого из диапазона длин волн 400-980 нм. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку сельскохозяйственных культур и вегетирующих растений оптико-акустическим излучением осуществляют однократно в течение 5-20 мин. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку сельскохозяйственных культур и вегетирующих растений оптико-акустическим излучением осуществляют многократно на разных фазах вегетативного развития. 5. Устройство предпосевной обработки сельскохозяйственных культур и вегетирующих растений, содержащее цилиндрический корпус, источник электромагнитного излучения, подключенный к источнику электропитания, и державку источника электромагнитного излучения, установленную по продольной оси корпуса, отличающееся тем, что устройство снабжено механическим акустическим резонатором, закрепленным на корпусе внутри него, источник электромагнитного излучения выполнен в виде по крайней мере двух источников оптического излучения, установленных в державке, размещенной внутри механического акустического резонатора по его продольной оси. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что цилиндрический корпус выполнен с ручкой и рабочей частью, которая имеет поперечный дисковый кронштейн, в центре которого консольно закреплена с возможностью перемещения по оси рабочей части корпуса державка источников оптического излучения, равномерно размещенных в державке на равном расстоянии от оси рабочей части корпуса, в качестве которых используют светодиоды и/или диодные лазеры, подключенные к источнику электропитания постоянного тока, механический акустический резонатор выполнен в виде по крайней мере двух металлических трубок, консольно закрепленных в дисковом кронштейне и концентрично охватывающих державку с оптическими излучателями, причем трубки с большим диаметром имеют большую длину. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что светодиоды и/или диодные лазеры размещены в державке с возможностью изменения их взаимного положения в направлении продольной оси рабочей части корпуса. 8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что светодиоды или диодные лазеры имеют различные частотные характеристики оптического излучения. 9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что трубки механического акустического резонатора закреплены в дисковом кронштейне с возможностью изменения положения их свободного торца относительно места крепления в направлении продольной оси рабочей части корпуса. 10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что трубки механического акустического резонатора выполнены в виде рупоров. 11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что внутренние поверхности трубок механического акустического резонатора выполнены полированными.