СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АЗОТФИКСИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ РОДА AZOTOBACTER В РИЗОСФЕРЕ ВСХОДОВ, СЕЯНЦЕВ СОСНЫ И ЕЛИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК A01C1/00 

Изобретение относится к области лесного хозяйства и может найти применение в лесных питомниках и лесных хозяйствах для улучшения качества почвы за счет повышения содержания азотфиксирующих бактерий в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели (один из основных азотфиксаторов - бактерии рода Azotobacter).

Через корневую систему растение усваивает из почвы питательные вещества. Основная масса микроорганизмов находится в ризосфере - тонком слое почвы, прилегающем к корням. Эти микроорганизмы вступают в симбиоз с растением, обогащают почву азотом. В естественных условиях одним из источников пополнения запасов минерального азота, в котором постоянно нуждаются растения, является процесс фиксации бактериями молекулярного азота воздуха (азотфиксация). Наиболее активный азотфиксатор - бактерии рода Azotobacter. Однако бактерии рода Azotobacter активно размножаются только в плодородных почвах. Лесные же почвы бедны органикой и, следовательно, содержанием азотфиксирующих бактерий.

Известен способ повышения содержания азотфиксирующих бактерий в ризосфере всходов древесных пород, заключающийся в использовании представителей рода Alnus - ольхи черной и ольхи серой (Дегтева С.В. Сероольховые леса // Леса республики Коми. М., 1999, с.245-255) - [1]. Они активно обогащают почву азотом и рекомендуются для рекультивации вырубок леса. Недостаток предложенного способа заключается в том, что ольха серая является лесообразующей породой в республике Коми, тогда как в других регионах ее массовое разведение может быть проблематичным. Кроме того, в зависимости от климатической зоны номенклатура лесообразующих пород меняется.

Известен способ применения удобрения AVA (www.avamarket.com) - [2] для развития азотфиксирующих бактерий. Удобрение AVA не содержит азот, поэтому предлагается вносить его совместно с аммиачной селитрой под сеянцы сосны. Существенный недостаток этого способа - он не является экологически чистым.

Известен активатор почвенной микрофлоры, который содержит консорциум молочнокислых термофильных бактерий, аскорбиновую кислоту, натрий бензоат, кальций пропионат, сухие водоросли, мочевину, комплексанты различных металлов. Активатор улучшает микрофлору почвы и способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. К недостаткам предложенного активатора относится то, что при его разработке не проработан вопрос о совместимости с применяемыми химическими препаратами, которые могут ингибировать заявленный эффект (патент РФ №2108999, C05F 11/08, С12Р 39/00) - [3].

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ стимулирования азотфиксирующих бактерий бобовых трав (патент РФ №2111636, А01В 79/02, A01C 21/00) - [4], заключающийся в следующем. В почву вносят стимулятор - отходы крахмалопаточного производства. Стимулятор вносится в виде подкормки через 13-15 дней после появления всходов.

Недостаток этого способа состоит в том, что он, во-первых, эффективен только в окультуренных почвах, где имеется большое количество азотфиксирующих бактерий. Во-вторых, предложенный стимулятор ограничен в области применения - он предназначен только для бобовых трав и для других растений может быть неэффективным.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности способа и расширении области его применения.

Технический результат достигается тем, что в способе повышения содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, основанном на растительно-микробных взаимодействиях лесных биогеоценозов (по варианту 1), новым является то, что осуществляется предпосевная обработка семян сосны и ели воздействием на них электромагнитного поля крайневысокой частоты (КВЧ) наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне частот (30-60) ГГц с экспозицией (5-15) минут после стратификации семян сосны и ели перед посевом.

В способе повышения содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, основанном на растительно-микробных взаимодействиях лесных биогеоценозов (по варианту 2), новым является то, что осуществляют предпосевную обработку семян сосны и ели воздействием на них одновременно электромагнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ) в диапазоне частот (0.5-3) ГГц интенсивностью (0.1-0.3) Вт/см² с экспозицией (10-30) секунд для досушки семян и электромагнитным полем крайневысокой частоты наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне частот (30-60) ГГц с экспозицией (5-15) минут после стратификации семян сосны и ели перед посевом. Авторами опытным путем установлено, что предпосевная обработка семян сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности (вариант 1) приводит к повышению содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели. Причем эффект от воздействия электромагнитного поля КВЧ наноуровневой интенсивности проявляется через 6-10 часов после обработки («Низкоинтенсивные СВЧ-технологии. Проблемы и реализации. // Под. ред. Г.А.Морозова, Ю.Е.Седельникова. М.: Радиотехника, 2003, 112 с.) - [5]. Диапазоны частот, программы обработки (интенсивность воздействия, экспозиция) электромагнитным полем КВЧ определены авторами опытным путем. Предпосевную обработку семян сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности предложено проводить после стратификации семян сосны и ели. Это объясняется следующим образом.

В лесном хозяйстве основным агротехническим приемом предпосевной подготовки семян (наравне с применением химических и биологических препаратов) является стратификация семян сосны и ели в течение 1-2 месяцев перед посевом (Н.А.Смирнов. Выращивание посадочного материала для лесовосстановления. М.: Лесная промышленность, 1981, 168 С.) - [6]. Стратификация позволяет улучшить посевные качества семян (энергию прорастания и всхожесть). После стратификации семена сосны и ели необходимо посеять в течение 1-2 дней - [6]. Этот срок связан с необходимостью подсушивания семян после стратификации для достижения кондиционной влажности. Эффект от воздействия на семена электромагнитного поля КВЧ наноуровневой интенсивности проявляется через 6-10 часов [5]. Таким образом, обработав семена сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности (10^-6-10^-10) Вт/см² в диапазоне (30-60) ГГц и при экспозиции (5-15) минут мы, не влияя на сроки посева семян, получим в дальнейшем повышение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по сравнению с содержанием азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, полученных из контрольной группы необработанных электромагнитным полем КВЧ семян.

Авторами также опытным путем установлено, что (вариант 2) одновременное воздействие на семена сосны и ели электромагнитным полем СВЧ и электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности обеспечивает досушку семян до кондиционной влажности (электромагнитным полем СВЧ) и повышение содержания азотофиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели (электромагнитным полем КВЧ). Для электромагнитного поля СВЧ диапазон частот, интенсивность и экспозиция, при которых не происходит стимуляции посевных качеств семян сосны и ели, а осуществляется только досушка их до кондиционной влажности, определены авторами опытным путем. Для электромагнитного поля КВЧ диапазон частот, интенсивность, экспозиция, при которых происходит увеличение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, определены авторами также опытным путем. Предпосевную обработку семян сосны и ели одновременно электромагнитным полем СВЧ и электромагнитным полем КВЧ предложено проводить после стратификации семян сосны и ели. Это объясняется следующим образом. В лесном хозяйстве основным агротехническим приемом предпосевной подготовки семян (наряду с применением химических и биологических препаратов) является стратификация семян сосны и ели в течение 1...2 месяцев перед посевом - [6]. Стратификация позволяет улучшить посевные качества семян (энергию прорастания и всхожесть). После стратификации семена сосны и ели необходимо посеять в течение 1...2 дней - [6]. Этот срок связан с необходимостью подсушивания семян после стратификации для достижения кондиционной влажности. Подсушивание семян происходит в естественных условиях, а достижение семенами сосны и ели кондиционной влажности определяется, в основном, степенью опытности работников данного лесного хозяйства. Поэтому применение электромагнитного поля СВЧ для подсушивания семян после стратификации позволит, во-первых, получить точное значение заданного уровня влажности и исключить субъективный фактор оценки влажности семян. Во-вторых, позволит начать посевные мероприятия сразу после окончания срока стратификации. Поскольку эффект от воздействия на семена электромагнитного поля КВЧ наноуровневой интенсивности проявляется через 6-10 часов - [5], то, обработав семена сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне (30-60) ГГц и при экспозиции (5-15) минут, мы получим в дальнейшем повышение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по сравнению с содержанием азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, полученных из контрольной группы необработанных семян. Таким образом, одновременная обработка семян сосны и ели электромагнитными полями СВЧ и КВЧ позволит улучшить технологический процесс предпосевной подготовки семян сосны и ели и повысить содержание азотфиксирующих бактерий в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели.

На чертеже приведена схема устройства для обработки семян сосны и ели. Здесь: 1 - рабочая камера; 2 - семена; 3 - загрузочный люк; 4 - комплексированная антенна; 5 - генератор КВЧ; 6 - микропроцессорное устройство управления режимами работы устройства; 7 - электродвигатель; 8 - генератор СВЧ; 9 - вытяжной вентилятор.

Устройство содержит электрогерметичную рабочую камеру 1, в которую загружаются семена сосны или ели 2 через электрогерметичный загрузочный люк 3. Рабочая камера 1 может вращаться вокруг своей оси для того, чтобы семена сосны или ели 2 более равномерно облучались электромагнитным полем КВЧ. Электромагнитное поле KB Ч вводится в рабочую камеру 1 через комплексированную антенну 4 от генератора КВЧ 5 и через эту же антенну вводится электромагнитное поле СВЧ от генератора СВЧ 8. Микропроцессорное устройство управления режимами работы 6 соединено с генераторами КВЧ 5 и СВЧ 8 и электродвигателем 7, вращающим рабочую камеру 1. Для отвода тепла, образующегося при воздействии на массу семян сосны или ели электромагнитным полем СВЧ по второму варианту в устройстве предусмотрено наличие вытяжного вентилятора 9. Включение и выключение вытяжного вентилятора 9 происходит либо вручную, либо микропроцессорным устройством управления режимами работы 6.

Рассмотрим осуществление способа повышения содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по первому варианту. Известно, что низкоинтенсивные (0.01-10) мкВт/см² электромагнитные поля КВЧ управляют процессами жизнедеятельности биологических объектов, к которым относятся и семена, на клеточном уровне (Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкой О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессе жизнедеятельности. М.: Радио и связь, 1991) - [7].

В лесном хозяйстве повышение содержания азотфиксирующих бактерий в ризосфере сосны и ели достигается внесением химических или биологических препаратов [6]. В результате такой предпосевной обработки семян остатки химических или биологических препаратов накапливаются в почве, загрязняют ее, что нарушает экологическое равновесие лесных биогеоценозов. Авторами опытным путем установлено, что предпосевная обработка семян сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне (30-60) ГГц и экспозиции (5-15) минут приводит к повышению содержания в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter. Установлено, что у всходов, сеянцев сосны и ели, полученных из семян, прошедших предпосевную обработку электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности [5], получается более мощная корневая система, чем у всходов, сеянцев, полученных из необработанных семян. Через корневую систему растение усваивает из почвы питательные вещества и выделяет органические соединения, которыми питаются ризосферные бактерии (в частности, бактерии рода Azotobacter). Следовательно, имея более мощную корневую систему, всходы и сеянцы, выращенные из семян, обработанных электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности, стимулируют развитие азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter.

Предпосевную обработку семян сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности предложено проводить после стратификации семян сосны и ели. Это объясняется следующим образом. В лесном хозяйстве основным агротехническим приемом предпосевной подготовки семян (наравне с применением химических и биологических препаратов) является стратификация семян сосны и ели в течение 1-2 месяцев перед посевом [6]. Стратификация позволяет улучшить посевные качества семян (энергию прорастания и всхожесть). После стратификации семена сосны и ели необходимо посеять в течение 1-2 дней [6]. Этот срок связан с необходимостью подсушивания семян после стратификации для достижения кондиционной влажности. Поскольку эффект от воздействия на семена электромагнитного поля КВЧ наноуровневой интенсивности проявляется через 6-10 часов [5], то, обработав семена сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне (30-60) ГГц и при экспозиции (5-15) минут, мы получим в дальнейшем повышение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по сравнению с содержанием азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, полученных из контрольной группы необработанных электромагнитным полем КВЧ нанауровневой интенсивности семян сосны и ели. Следует отметить, что предпосевная обработка семян сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности является экологически чистой технологией, поскольку электромагнитное поле КВЧ воздействует на семена только в процессе обработки. Кроме того, электромагнитное поле КВЧ в диапазоне частот, интенсивности и длительности воздействия [5], не затрагивает генную структуру семени, так как эффект от воздействия электромагнитного поля КВЧ сохраняется только в течение 1-3 месяцев.

Рассмотрим осуществление способа повышения содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по второму варианту. Авторы опытным путем установили, что одновременное воздействие на семена сосны и ели электромагнитным полем СВЧ и электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности обеспечивает досушку семян до кондиционной влажности (электромагнитным полем СВЧ) и повышение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели (электромагнитным полем КВЧ). В диапазоне СВЧ семена представляют собой среду с диэлектрическими потерями. Воздействие на такую среду электромагнитного поля СВЧ достаточно высокой интенсивности (0.1-0.3) Вт/см² вызывает в этой среде токи смещения и проводимости, которые нагревают массу семян. Степень нагрева связана с интенсивностью электромагнитного поля. Опытным путем установлено, что воздействие на семена сосны и ели высокоинтенсивных электромагнитных полей СВЧ (Ведерников Н.М., Стахова Н.Е., Седельников Ю.Е. Микроволновая обработка семян хвойных деревьев // Тезисы докл. 9-ой Международной конференции "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии". Украина, Крым, Севастополь, 1999, с.420-421) - [8] стимулирует их посевные качества (энергию прорастания, всхожесть). Однако можно подобрать такие режимы обработки семян сосны и ели электромагнитным полем СВЧ, при котором стимуляция посевных качеств не наблюдается. Для электромагнитного поля СВЧ диапазон частот, интенсивность и экспозиция, при которых не происходит стимуляции посевных качеств семян сосны и ели, а осуществляется только досушка их до кондиционной влажности, определены авторами опытным путем. Для электромагнитного поля KB Ч диапазон частот, интенсивность, экспозиция, при которых происходит увеличение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели определены авторами также опытным путем. Предпосевную обработку семян сосны и ели одновременно электромагнитным полем СВЧ и электромагнитным полем КВЧ предложено проводить после стратификации семян сосны и ели. Это объясняется следующим образом. В лесном хозяйстве основным агротехническим приемом предпосевной подготовки семян (наряду с применением химических и биологических препаратов) является стратификация семян сосны и ели в течение 1...2 месяцев перед посевом. Стратификация позволяет улучшить посевные качества семян (энергию прорастания и всхожесть). После стратификации семена сосны и ели необходимо посеять в течение 1...2 дней. Этот срок связан с необходимостью подсушивания семян после стратификации для достижения кондиционной влажности [6]. Подсушивание семян происходит в естественных условиях, а контроль за получением кондиционной влажности семян сосны и ели является субъективным и определяется, в основном, опытностью работников лесного хозяйства. Применение электромагнитного поля СВЧ для подсушивания семян после стратификации позволит, во-первых, получить точное значение заданного уровня влажности и исключить субъективный фактор оценки влажности семян. Во-вторых, позволит начать посевные мероприятия сразу после окончания срока стратификации. Поскольку эффект от воздействия на семена электромагнитного поля КВЧ наноуровневой интенсивности проявляется через 6-10 часов [5], то, обработав семена сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне (30-60) ГГц и при экспозиции (5-15) минут, мы получим в дальнейшем повышение содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по сравнению с содержанием азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере контрольной группы всходов, сеянцев сосны и ели, полученных из необработанных электромагнитным полем КВЧ семян. Таким образом, одновременная обработка семян сосны и ели электромагнитными полями КВЧ и СВЧ позволит повысить как содержание азотфиксирующих бактерий в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, так и качество технологического процесса предпосевной подготовки семян. Предпосевная обработка семян сосны и ели электромагнитными полями СВЧ и КВЧ наноуровневой интенсивности является экологически чистой технологией, поскольку электромагнитные поля СВЧ и КВЧ наноуровневой интенсивности воздействует на семена только в процессе обработки. Кроме того, электромагнитные поля СВЧ и КВЧ наноуровневой интенсивности в предлагаемых диапазоне частот, интенсивности и длительности воздействия не затрагивают генную структуру семени, так как эффект от воздействия электромагнитных полей СВЧ и КВЧ наноуровневой интенсивности сохраняется только в течение 1-3 месяцев [5].

Проведенные полевые испытания в питомнике лесхоза «Пригородный» департамента лесного хозяйства Республики Татарстан совместно с Институтом экологии природных систем АН РТ показали, что применение предпосевной обработки семян сосны и ели электромагнитными полями СВЧ и КВЧ позволило повысить содержание азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели по сравнению с контрольными группами всходов, сеянцев сосны и ели, полученных из необработанных электромагнитным полем семян. Результаты полевых испытаний представлены в таблице.

ТаблицаМикробиологический анализ ризосферной почвы всходов сосны от 20 июня 2005 года.Вид обработкиГлубина, ммAzotobacter, % встречаемостиЭМП (СВЧ/КВЧ)1070ТМТД (протравитель)1020Контрольная группа1020

Таким образом, экологически чистая технология - предпосевная обработка семян сосны и ели электромагнитным полем КВЧ наноуровневой интенсивности или одновременно электромагнитными полями СВЧ и КВЧ нануровневой интенсивности повышает содержание азотфиксирующих бактерий в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, и, следовательно, восстанавливает природный баланс растительно-микробных взаимодействий лесных биогеоценозов; учитывает особенности агротехнических приемов предпосевной подготовки семян сосны и ели, снижает производственные затраты.

Изобретение относится к области биотехнологии и может найти применение в лесных хозяйствах для улучшения качества почвы за счет повышения содержания азотфиксирующих бактерий в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели. Изобретение по первому варианту включает предпосевную обработку семян сосны и ели воздействием на них электромагнитного поля крайневысокой частоты наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне частот (30-60) ГГц с экспозицией (5-15) минут после стратификации семян сосны и ели, а по варианту 2 осуществляют предпосевную обработку семян сосны и ели воздействием на них одновременно электромагнитным полем сверхвысокой частоты в диапазоне частот (0.5-3) ГГц интенсивностью (0.1-0.3) Вт/см² с экспозицией (10-30) секунд для досушки семян и электромагнитным полем крайневысокой частоты наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне частот (30-60) ГГц с экспозицией (5-15) минут после стратификации семян сосны и ели перед посевом. Изобретение восстанавливает природный баланс растительно-микробных взаимодействий лесных биогеоценозов, использует экологически чистую технологию, снижает производственные затраты. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ повышения содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, основанный на растительно-микробных взаимодействиях лесных биогеоценозов, отличающийся тем, что осуществляют предпосевную обработку семян сосны и ели воздействием на них электромагнитного поля крайневысокой частоты наноуровневой интенсивности (10^-16-10^-10) Вт/см² в диапазоне частот (30-60) ГГц с экспозицией (5-15) мин после стратификации семян сосны и ели перед посевом.2. Способ повышения содержания азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter в ризосфере всходов, сеянцев сосны и ели, основанный на растительно-микробных взаимодействиях лесных биогеоценозов, отличающийся тем, что осуществляют предпосевную обработку семян сосны и ели воздействием на них одновременно электромагнитным полем сверхвысокой частоты в диапазоне частот (0,5-3) ГГц интенсивностью (0,1-0,3) Вт/см² с экспозицией (10-30) секунд и электромагнитным полем крайневысокой частоты наноуровневой интенсивности (10^-10-10^-16) Вт/см² в диапазоне частот (30-60) ГГц с экспозицией (5-15) мин после стратификации семян сосны и ели.