МЕТОД СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ ПУТЕМ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН Российский патент 2011 года по МПК A01C1/00 

Метод относится к области сельского хозяйства (овощеводство) и может быть использован для предпосевной обработки семян как способ снижения уровня содержания радионуклидов и тяжелых металлов в выращенной растениеводческой продукции.

Система "почва-растение" является основным звеном в цепочке, приводящей в организм человека большое количество радионуклидов и тяжелых металлов. Задача агропромышленного комплекса - производить продукцию с минимально возможным содержанием радионуклидов и тяжелых металлов в условиях радиоактивного загрязнения почвы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является стимуляция иммунной системы растений, приводящей к повышению устойчивости растений к накоплению радионуклидов и тяжелых металлов, и выделение наиболее оптимальных экспозиций обработок семян.

Решение технической задачи достигается за счет воздействия на семена импульсным низкочастотным электрическим полем (ИНЭП), создаваемым стимулятором электрофизическим ("СЭФ"). Поле создается импульсным переменным напряжением в виде посылок гармонических колебаний с огибающей в форме прямоугольных импульсов. Поле создается импульсным переменным напряжением в виде посылок гармонических колебаний с огибающей в форме прямоугольных импульсов. Амплитуду импульсов или огибающей посылок устанавливают равной 6 кВ/м, частоту следования 200 Гц, длительность импульса 2 мс, частоту гармонических колебаний 16 кГц. Способ обработки ИНЭП является экологически безопасным для персонала, простым в эксплуатации и неэнергоемким (потребляемая мощность 100 Вт/ч). Прибор "СЭФ" является малогабаритным (240/250/120 мм, масса 3,5 кг). К прибору подсоединена омедненная пластина, вторая пластина заземлена. Между этими пластинами помещаются семена для обработки. Производитель прибора "СЭФ" - ФГУП НИИ Точных приборов. Параметры поля установлены и запатентованы производителем.

Интервал времени разового непрерывного воздействия, кратность таких разовых непрерывных воздействий и интервал времени, предшествующий посеву в зависимости от сельхозкультуры.

Применяемые в настоящее время методы снижения накопления поллютантов основываются в основном на применении удобрений, что, в свою очередь, несет большие финансовые затраты.

Разработанный нами лабораторно-полевой метод снижения уровня содержания радионуклидов и тяжелых металлов позволяет получать относительно чистую растениеводческую продукцию на загрязненной радионуклидами и тяжелыми металлами территории при относительно небольших затратах. Метод основан на применении предпосевной обработки семян импульсным низкочастотным электрическим полем различной экспозиции за определенное время до посева.

Метод позволяет снижать уровень содержания радионуклидов и тяжелых металлов в растениеводческой продукции относительно недорогим и экологически безопасным способом. При этом качество урожая не только не ухудшается, но и заметно улучшается (салат, дайкон).

Выявленный факт индуцирования изменчивости содержания радионуклидов и тяжелых металлов в продукции растениеводства под воздействием ИНЭП является сутью для заявленного изобретения. На его основе и разработан «метод снижения содержания радионуклидов и тяжелых металлов путем предпосевной обработки семян». Всякая технология состоит из ряда элементов, важнейшим из которой в нашем случае является экспозиция, специфичная для каждой культуры и определенного элемента.

Процесс обработки семян импульсным низкочастотным электрическим полем не является новизной. Отличие от решения по патенту RU 2083074 состоит в том, что их предложение касается иммунной системы растений по отношению к патогенам (биотическим факторам окружающей среды). Нами же впервые предлагается индуцирование устойчивости к абиотическим стрессорам (радионуклиды, тяжелые металлы). Новизной является факт снижения содержания радионуклидов, тяжелых металлов и экспозиция, а также то, что для этого применяются не химические препараты (симбионт и др.), а физическое воздействие на объект.

Для иллюстрации положительного влияния применения способа приводим некоторое ограниченное количество результатов, полученных в процессе исследования и отработки способа, проведенных организацией-заявителем с участием специалистов и на базе Государственного Научного Учреждения Всероссийского научно-исследовательского института селекции и семеноводства овощных культур Российской Академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИССОК РАСХН).

Лабораторные тесты выполнялись на культурах салат, шпинат и дайкон анализируемых сортов, выращенных на загрязненных территориях и в качестве контроля относительно чистой территории.

1. Снижение содержания радионуклидов

Обработку ИНЭП проводили "СЭФ" при экспозиции 20, 3, 6, 9 за 8 суток до посева. Обрабатывали сухие семена. В качестве контроля высевали необработанные семена.

В фазе технической спелости были проведены морфологические измерения, а также определен биохимический состав образцов. По всем вариантам культуры салата с обработкой ИНЭП наблюдали тенденцию к снижению накопления радионуклидов и тяжелых металлов, однако по годам величина накопления варьировала. Наиболее стабилен положительный эффект от обработки ИНЭП по вариантам с образцом-накопителем большего количества ¹³⁷Cs.

Степень снижения уровня содержания радионуклидов по этому образцу также более существенна. Она составила в среднем за два года наблюдений 39-56,8%. По сорту, который характеризовался наименьшим уровнем накопления ¹³⁷Cs, всего на 0,01-32,8%. Поскольку главная цель обработки - достичь максимального снижения содержания радионуклидов в продукции без ухудшения ее биохимического состава для сортов - накопителей токсиканта, лучшим вариантом является обработка семян салата ИНЭП при экспозиции 6 часов. Этот прием мы и рекомендуем при выращивании салата в местностях, загрязненных ¹³⁷Cs, поскольку обработка ИНЭП семян салата оказывает положительное влияние на хозяйственно ценные признаки, биохимический состав и снижает уровень накопления ¹³⁷Cs.

Таблица 1 Влияние обработки ИНЭП на биохимический состав и накопление ¹³⁷Cs товарной частью растений салата (Московская область), 2004-2005 гг. Экспозиция Сухое вещество, % Витамин С, мг/ % Нитраты (CNO₃ ^-), мг/кг Калий, мг/100 г Содержание ¹³⁷Cs, Xcp, Бк/кг Селекционный образец Контроль 6,7±0,2 29,9±5,4 95,5±60,6 447±84,2 73,2 20 7,5±0,4 33,0±4,8 100,2±66,8 578±130,7 44,6 3 6,2±0,5 22,9±5,3 124,9±95,2 453,4±120,5 44,1 6 7,0±1,0 29,9±5,3 90,9±61,2 415,3±73,3 31,6 9 7,3±0,2 26,3±2,0 143,4±82,7 552,4±133,5 36,3 Изумрудный Контроль 6,9±0,3 35,1±6,9 123,5±43,5 387,5±79,4 35,6 20 6,4±0,9 36,3±8,1 217,5±29,5 441,2±26,6 27,5 3 8,0±1,2 38,8±10,6 134,5±36,5 446,7±75,0 35,3 6 7,5±0,3 31,9±0,3 104,9±19,1 451,2±75,8 29,9 9 7,1±0,5 37,0±10,6 158,5±12,5 409,7±13,3 33,8

2. Снижение содержания тяжелых металлов

Опыт лабораторно-полевой. Для посева использовали семена салата сорта Московский парниковый, шпината - Стоик, дайкона - Tsukushi spring cross F₁. Оптимальные экспозиции обработки семян ИНЭП (салат 3 часа, шпинат и дайкон 24 часа за 5 суток до посева), установленные ранее в исследованиях лаборатории ЭМС.

Обработанные семена салата, шпината и дайкона были высеяны в открытый грунт на фоне загрязнения почвы тяжелыми металлами (внесение Cd(NO₃)₂ и Pb(NO₃)₂ в 1 кг почвы по 30 и 300 мг соответственно).

Повторность - четырехкратная. Площадь учетной делянки 1 м² и 2 м², посев 3-строчный. Размещение вариантов рендоминизированное. Объем выборки при описании 30 растений каждого варианта опыта. Оценку количественных и качественных параметров проводили в фазе технической спелости в соответствии с "Методикой ЭСИ" Ч.2 (1985). Проводили анализ на содержание в листьях кадмия и свинца (салат и шпинат), кадмия (дайкон).

Таблица 2 Влияние обработки семян дайкона ИНЭП (при экспозиции 24 часа) на уровень накопления кадмия Сортообразец 2005 год 2006 год Загрязнение естественное TSUKUSHI SPRING CROSS Hybrid rad. 0,021 0,015 ИНЭП экспозиция 24 часа 0,011 0,005

Установлено, что предпосевная обработка семян дайкона ИНЭП снижает уровень содержания кадмия в корнеплодах дайкона (сортообразец F₁ Tsukushi spring cross). В условиях естественного загрязнения этот прием был более эффективен: без обработки ИНЭП содержание кадмия в продукции составило 0,021-0,015 мг/кг сырой массы, при обработке ИНЭП оно снизилось до 0,011-0,005 мг/кг сырой массы, т.е. в 2-3 раза.

Изучение влияния предпосевной обработки семян импульсным низкочастотным электрическим полем (ИНЭП) на накопление кадмия и свинца позволило сделать следующие выводы:

- влияние предпосевной обработки семенного материала на накопление тяжелых металлов в продуктовых органах зеленых культур видоспецифично;

- обработка ИНЭП семян шпината снижает уровень накопления свинца и увеличивает уровень накопления кадмия при одновременном уменьшении значений количественных хозяйственно ценных признаков;

- обработка ИНЭП семян салата оказывает положительное влияние на хозяйственно ценные признаки, снижает уровень накопления кадмия и свинца и отрицательно сказывается на биохимическом составе;

- использование ИНЭП положительно влияет на снижение накопления дайконом кадмия, ведет к увеличению продуктивности растений и улучшению биохимического состава товарной продукции и тем самым позволяет получить в условиях загрязненной среды экологически чистую продукцию.

Перед посевом семена растений обрабатывают электрическим полем. Поле создают импульсным переменным напряжением в виде посылок гармонических колебаний с огибающей в форме прямоугольных импульсов. Амплитуда импульсов или огибающей посылок равна 6 кВ/м, частота их следования 200 Гц, длительность импульса 2 мс, частота гармонических колебаний 16 кГц. Продолжительность обработки от 20 мин до 9 ч. Способ позволяет снизить накопление в получаемых из семян растениях, например, ¹³⁷Cs и кадмия. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Метод снижения содержания радионуклидов и тяжелых металлов в растениеводческой продукции путем предпосевной обработки семян, заключающийся в том, что перед посевом семена этих культур обрабатывают электрическим полем, создаваемым импульсным переменным напряжением в виде посылок гармонических колебаний с огибающей в форме прямоугольных импульсов с амплитудой импульсов или огибающей посылок, равной 6 кВ/м, частотой следования 200 Гц, длительностью импульса 2 мс и частотой гармонических колебаний 16 кГц.

2. Метод по п.1, отличающийся тем, что экспозицию обработки семян задают в диапазоне от 20 мин до 9 ч.