КАПСУЛА ДЛЯ СЕМЕНИ Российский патент 2014 года по МПК A01C1/06 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для предпосевной обработки семян путем капсулирования.

Известна капсула для семени (а.с. СССР №1085538). Капсула содержит изолирующую оболочку для воды, выполненную трехслойной, причем внутренний прилегающий к семени слой выполнен из токопроводящего водонепроницаемого материала, наружный слой выполнен из водонепроницаемого диэлектрика, а средний слой выполнен губчатым, наполнен водой и удобрением и размещен между внутренним и наружным слоями.

Капсула перед высевом подвергается воздействию высокочастотного электромагнитного поля, разрушающего внутренний слой, расположенный около семени, после чего к семени проникает вода с удобрениями, расположенная в центральном губчатом слое. После этого капсулированное семя сразу высевают в почву, а наружный слой в это время предохраняет воду с удобрениями от вылива за пределы оболочки, удерживая ее возле семени. Далее семя, используя воду и удобрения, находящиеся внутри капсулы, набухает, прорастает и рвет оставшиеся слои оболочки капсулы. Начинает развиваться растение, использующее воду и питательные вещества из почвы.

Недостатком известного технического решения является небольшая продолжительность весенней посевной кампании яровых культур при невозможности перенесения сроков посева части яровых культур на осень из-за плохой всхожести семян и относительно плохих условий их прорастания и развития весной при их посеве известными капсулами осенью, что также снижает и урожай яровых культур, посеянных известными капсулами в осенний период. Весенняя посевная кампания, в течение которой проводят посев яровых культур, длится не более одного месяца. При сухой весне, с недостаточным количеством осадков и небольшими зимними запасами снега, срок проведения весеннего сева яровых культур еще более сокращается примерно до трех недель. В противном случае семенам не хватит влаги для появления дружных всходов, что, в свою очередь, отрицательно повлияет на развитие растений и урожай. За этот короткий промежуток времени, как правило, в хозяйствах необходимо посеять довольно большие площади яровых культур, что не всегда возможно по причине нехватки техники, обслуживающего персонала и других необходимых средств. Поэтому необходимо увеличить сроки (продолжительность) посевной кампании яровых культур и перенести часть посевных работ на другое время, например на осень. Используя известное техническое решение провести посев яровых культур осенью невозможно потому, что данная капсула активируется непосредственно перед посевом. Если сеять осенью, то семена в активированных капсулах прорастут и взойдут, что погубит растения яровых культур поздней осенью и зимой, так как в это время они погибнут от холодов. Если посеять семена яровых культур в таких капсулах осенью и не активировать их перед посевом, а дождаться весны, то зимой содержащаяся в капсулах вода замерзнет, расширится, порвет оболочки капсул и повредит семена. К тому же семена, из лопнувших зимой капсул, попадут во влажную почву слишком в ранние весенние сроки до наступления оптимальных температур, необходимых для их прорастания из-за чего часть из них загниет и потеряет свою всхожесть. Поэтому при посеве семян в известных капсулах в осенний период, снизится всхожесть семян яровых культур весной. К тому же почва при посеве семян осенью такими капсулами весной не будет разрыхлена (она уплотнится в осенне-зимне-весенний довсходовый период) и прорастать оставшимся всхожим семенам придется через плотный слой почвы, то есть ухудшатся условия для прорастания семян. Это отрицательно повлияет на всхожесть семян, развитие растений и урожай. Ввиду чрезмерной плотности верхнего слоя почвы произойдут и дополнительные потери почвенной влаги в вегетационный период, что тоже отрицательно отразится на развитии растений и урожайности.

Известна капсула для семени (а.с. СССР №1577715) - прототип. Капсула для семени состоит из гидрофильной оболочки, расположенной на семени, слоя детонатора, токопроводящего слоя и гидрофобной оболочки. Слой-детонатор расположен на гидрофильной оболочке, затем расположен токопроводящий слой и гидрофобная оболочка. Гидрофобная оболочка является наружной.

В такой капсуле семена могут находиться в почве в состоянии анабиоза (покоя) длительное время, а при наступлении благоприятных для прорастания условий по полю проходит индуктор с генератором высокочастотных колебаний. Электромагнитные волны разогревают токопроводящий металлический слой, который, в свою очередь, разогревает слой-детонатор, который при этом увеличивает свой объем, в результате чего разрушаются наружные слои и гидрофобная оболочка. Остается только гидрофильная оболочка около семени, которая впитывает почвенную воду, в свою очередь, семя через нее контактирует с водой, набухает и прорастает. При этом оно рвет и гидрофильную оболочку.

Недостатком известного способа, как и предыдущего аналога, является небольшая продолжительность весенней посевной кампании яровых культур при невозможности перенесения сроков посева части яровых культур на осень из-за плохой всхожести семян и относительно плохих условий их прорастания и развития весной при их посеве известными капсулами осенью, что также снижает и урожай яровых культур, посеянных известными капсулами в осенний период.

Проводить посев семян яровых культур в известных капсулах осенью, тем самым увеличивая сроки посевной кампании, нежелательно, так как за зиму и часть весны почва над семенами сильно уплотнится, ухудшая условия для их прорастания и дальнейшего развития. И при активации известных капсул весной, при наступлении благоприятных условий для посева и прорастания семян яровых культур, ростки с трудом пробиваются через уплотненную почву и выходят на поверхность, ухудшается прорастание семян. При этом прорастая через уплотненный слой почвы, семена тратят дополнительно питательные вещества из своего запаса, что сильно ослабляет растения, снижает их всхожесть и урожайность. Снижение всхожести, семян посеянных в известных капсулах, происходит так же потому, что при активации процесса прорастания нагревают высокочастотными колебаниями электромагнитных волн токопроводящий металлический слой капсул, который, в свою очередь, нагревает и семена. Нагрев семян отрицательно влияет на их жизнеспособность, снижая прорастание и всхожесть. При этом часть семян не прорастает из-за того, что от их нагревания при активации капсул ослабляются и гибнут зародыши.

Таким образом, технический результат, достигаемый изобретением, заключается в увеличении продолжительности посевной кампании яровых культур путем посева части яровых культур осенью при улучшении всхожести семян и условий для их прорастания и развития весной, а также в увеличении урожайности.

Технический результат достигается тем, что гидрофильная оболочка выполнена из водонабухающего биоразлагаемого в почве материала, а между гидрофобной и гидрофильной оболочкой размещены включения из ферромагнитного материала.

Капсула для семени по предлагаемому решению задачи состоит из гидрофильной оболочки, расположенной непосредственно на (около) семени и выполненной из водонабухающего биоразлагаемого в почве материала, то есть материала, впитывающего влагу (воду) из почвы и при этом увеличивающегося в объеме. Гидрофильная оболочка заключена в гидрофобную (водонепроницаемую) оболочку, которая удерживает почвенную влагу за пределами капсулы и не дает ей проникнуть к гидрофильной (водовпитывающей, водонабухающей и водопроницаемой) оболочке, а также к заключенному в гидрофильную оболочку семени. Таким образом, гидрофильное вещество хорошо смачивается и является водопропускающим, а гидрофобное - не смачивается и не впитывает воду, то есть является водонепроницаемым (Химический энциклопедический словарь. Главный редактор И.Л.Кнунянц, М., «Советская энциклопедия», 1983 г., с. 134). Между гидрофильной и гидрофобной оболочками находятся включения из ферромагнитного материала (например, железа), то есть материала, способного хорошо притягиваться к магниту.

Принцип действия предложенной капсулы для семени следующий. Капсулы с семенами яровой культуры высевают в почву осенью после осенней основной (вспашки) и предпосевной (боронование тяжелыми боронами и культивации) обработки почвы. Капсулы окружены наружной гидрофобной оболочкой, которая предохраняет семена от попадания почвенной влаги. Поэтому всю осень, зиму и часть весны семена в таких капсулах находятся в состоянии покоя. Весной, во время наступления благоприятных условий для посева и прорастания данной яровой культуры над поверхностью почвы засеянного поля проходят магнитом (электромагнитом, установленным на тракторе). При этом ферромагнитные включения прорывают в капсулах внешние гидрофобные (не пропускающие воду) оболочки и собираются (притягиваются) на магнит. Проходя через уплотненный за зиму и часть весны слой почвы, ферромагнитные включения рыхлят ее непосредственно над семенами, то есть в местах, где на поверхность почвы будут выходить ростки. Через прорванные ферромагнитными включениями участки гидрофобных (внешних) оболочек к гидрофильным (водовпитывающим и водопропускающим) оболочкам капсул начинает поступать почвенная влага (вода). Гидрофильные оболочки капсул впитывают ее, набухают (увеличиваются в размерах) и рвут остатки внешних гидрофобных оболочек. При впитывании почвенной влаги (воды) гидрофильными оболочками происходит контакт семени с водой. При этом водонабухающие и водовпитывающие гидрофильные оболочки за счет своих свойств -впитывать и пропускать воду - обеспечивают контакт семян с водой (почвенной влагой) по всей их поверхности. За счет свойства набухания они обеспечивают разрыв и сброс с семени остатков гидрофобных оболочек, мешающих полному контакту гидрофильных оболочек с почвой по всей их поверхности, что препятствует поступлению почвенной влаги в полном объеме к гидрофильным оболочкам и к семенам. Далее набухающие семена увеличиваются в размерах и рвут гидрофильные оболочки. Появившиеся ростки проходят по разрыхленным в почве ферромагнитными включениями местам на поверхность. Проходя по разрыхленной почве, ростки затрачивают меньше усилий, а значит и меньше энергии и питательных веществ семян, что положительно влияет на их всхожесть, дальнейшее развитие растений и урожай.

Признаки «гидрофильная оболочка выполнена из водонабухающего биоразлагаемого в почве материала, а между гидрофобной и гидрофильной оболочкой размещены включения из ферромагнитного материала», являются существенными, так как способствуют достижению технического результата представленным решением задачи.

Гидрофильная оболочка выполнена из водонабухающего биоразлагаемого в почве материала, который при доступе к нему влаги (почвенной влаги) начинает набухать (увеличиваться в размерах) и при этом рвать гидрофобную (водонепроницаемую) оболочку капсулы. При набухании гидрофильная оболочка также насыщается водой и обеспечивает доступ влаги к семени по всей его поверхности, а не в локальных местах разрыва ферромагнитными включениями гидрофобной оболочки. Это улучшает процесс набухания и прорастания семени, положительно влияя на достижение технического результата, представленным решением задачи. Ввиду того, что при контакте с влагой гидрофильная оболочка набухает (увеличивается в размерах), она еще осуществляет при этом сброс наружной водонепроницаемой гидрофобной оболочки, остатки которой мешают контакту почвеной влаги с гидрофильной оболочкой по всей ее поверхности. Гидрофильная оболочка капсулы является также и биоразлагаемой. То есть она разлагается в почве. Необходимо это для того, чтобы при прорастании семени остатки этой оболочки, находящейся на семени, не мешали проходу через него корешкам будущего растения, а также остатки этой оболочки не мешали прорастать растению через слой почвы, где гидрофильная оболочка увеличивала бы парусность, например, семядолей у двудольных растений, выносящихся ростком на поверхность почвы. При прорастании семян с остатками гидрофильной оболочки у культур, семена которых при этом выносятся на поверхность, тратится на дополнительную парусность, создаваемую остатками гидрофильной оболочки, больше энергии и питательных веществ из запасов семян, что отрицательно влияет на их всхожесть, дальнейшее развитие и урожайность. Поэтому гидрофильная оболочка выполнена из биоразлагаемого материала, который разлагается, «слетает» с семени и уже не увеличивает его парусность при прорастании, что способствует достижению технического результата представленным решением задачи.

Наружная оболочка капсулы для семени выполнена гидрофобной, то есть из материала, не пропускающего воду (почвенную влагу). Поэтому семена яровых культур в таких капсулах можно высевать в осенний период. В этом случае, к ним не будет поступать почвенная влага, и они будут находиться в состоянии покоя (всю осень, зиму и часть весны) до момента их активации в календарные (благоприятные) для посева данной яровой культуры (разрыва ферромагнитными включениями наружных гидрофобных оболочек и поступения в результате этого к семенам почвенной влаги, воды). Между гидрофобной и гидрофильной оболочками размещены включения из ферромагнитного материала. С помощью этих включений активируются капсулы для семян. То есть при наступлении весной благоприятных условий для посева и прорастания данной яровой культуры над засеянным осенью полем проходят электромагнитом, при этом ферромагнитные включения (ферромагнитный материал - материал, способный притягиваться магнитом, например железом) рвут наружные гидрофобные оболочки капсул, проходят через слой почвы над семенами, разрыхляя его, и собираются на магнит. Поэтому данные признаки необходимы для активации капсул и предвсходового рыхления почвы над семенами, что необходимо для увеличения продолжительности посевной кампании яровых культур путем посева части яровых культур осенью, улучшения всхожести семян, условий для их прорастания и развития в весенний период, а также повышения их урожайности, что способствует достижению технического результата представленным решением задачи.

Таким образом, каждый существеный признак необходим, а их совокупность достаточна для достижения предложенным решением задачи технического результата.

Техническое решение поясняет чертеж, где на фигуре 1 схематично изображена в разрезе капсула для семени.

Изобретение осуществляли следующим образом. Высеваемая яровая культура - горох. Для увеличения продолжительности посевной кампании этой культуры путем посева части семян осенью семена, предназначенные для посева осенью, капсулировали. На фигуре 1 схематично изображена капсула для семени в разрезе. При этом цифрой 1 обозначено семя, цифрой 2 - гидрофильная оболочка, цифрой 3 - гидрофобная оболочка, цифрой 4 - ферромагнитные включения.

Капсулы готовили следующим образом. Первоначально создавали внутреннюю гидрофильную (водонабухающую, биоразлагаемую в почве) водопропускающую оболочку на семени. Для этого использовали, например, желатин. Сухой желатин предварительно измельчали (размалывали). Семена гороха слегка смачивали растительным маслом, используя для этого пористые транспортерные ленты. Затем осуществляли напыление гидрофильной оболочки из тонко размолотого желатина на слегка смоченные растительным маслом семена. Слой напыленной внутренней гидрофильной оболочки составил порядка 1,0-1,2 миллиметра. Далее семенам в гидрофильных оболочках несколько часов давали полежать для укрепления оболочек. Затем подготавливали ферромагнитные включения. Для этого использовали, например, железные опилки диаметром 1,0-1,5 - миллиметра. Железные опилки слегка смачивали растительным маслом и смешивали с семенами в гидрофильных оболочках. При этом к каждому семени прикреплялось от одного до четырех ферромагнитных включений. Далее на семена с гидрофильными оболочками и нанесенными на них ферромагнитными включениями наносили внешние гидрофобные (водонепроницаемые) оболочки, например, из клея ПВА, используя при этом пористые транспортерные ленты. После этого капсулированные семена некоторое время подсушивали до застывания внешней гидрофобной (водонепроницаемой, водоудерживающей) оболочки.

Капсула для семени работает следующим образом. Для увеличения продолжительности посевной кампании яровых культур путем переноса части посевных работ на осень, осенью в сентябре-октябре месяце высевали семена гороха в капсулах, изготовленных по представленному решению задачи по предварительно подготовленной почве. Гидрофобные (водонепроницаемые) наружные оболочки капсул не пропускают почвенную влагу из-за чего семена в таких капсулах могут находиться в состоянии покоя (анабиоза) довольно продолжительное время (в данном случае часть осени, зиму и часть весны). Весной при наступлении благоприятных условий для посева и прорастания семян данной культуры над поверхностью поля проходили электромагнитом, закрепленным на тракторе МТ3-80, оснащенным электрогенератором, питающим электромагнит. При этом ферромагнитные включения, притягиваясь к магниту, «пробивали» гидрофобные (водонепроницаемые) оболочки капсул, проходили через слежавшийся за осень, зиму и часть весны над семенами слой почвы, разрыхляя его (уменьшая его плотность) и собирались на магнит. Плотность почвы над семенами после этого была значительно ниже первоначальной (Табл.1), что обеспечивает более «легкое» прохождение прорастающих ростков через почву, улучшая всхожесть семян и способствуя меньшим затратам питательных веществ семенами на процесс прорастания. То есть создаются лучшие условия для прорастания семян. При этом улучшается процесс развития растений весной, так как в этом случае

Таблица 1. Всхожесть семян и плотность почвы (объемная масса) весной над посеянными осенью с использованием различных технических решений семенами после активации капсул (Первоначальная всхожесть посевного материала 95%) Техническое решение задачи Плотность почвы г/см кубический Кол-во всходов после активации капсул, % До активации капсул После активации капсул Прототип 0,9 0,9 80-85 Заявляемое решение 0,9 0,7 90-95

При этом улучшается процесс развития растений весной, так как в этом случае семена затрачивают меньше питательных веществ на прорастание. В целом растения становятся более сильными и развитыми, так как у них после прорастания остается больше питательных веществ на развитие. Снижение плотности почвы (рыхление) весной над прорастающими семенами способствует также и дальнейшей лучшей аэрации корневых систем растущих растений, что также создает более хорошие условия для их прорастания, развития и получения более высокого урожая (Табл. 2).

Таблица 2 Средняя урожайность гороха и ярового ячменя при посеве семян осенью в различных капсулах Техническое решение Горох, сорт «Фокор», в среднем за 3 года, ц/га Яровой ячмень, сорт Таловец-9, в среднем за 3 года, ц/га Прототип 23-24 25-26 Заявленное решение 27-28 28-30

После извлечения из семенных капсул ферромагнитных включений почвенная влага начинает впитываться через пробитые ими отверстия в гидрофобной оболочке гидрофильной оболочкой капсул, находящейся непосредственно на семени. Гидрофильная оболочка набухает (увеличивается в размерах), рвет и сбрасывает с капсул остатки гидрофобных оболочек. При этом гидрофильные оболочки, напитываясь почвенной влагой, обеспечивают семенам контакт через них с почвенной влагой по всей их поверхности, что также способствует лучшему набуханию и всхожести семян. Набухая (увеличиваясь в размерах), семена рвут и сбрасывают с себя гидрофильные оболочки. Остатки их могут тормозить за счет своей парусности прохождение ростков семян через почву (например, у двудольных растений, выносящих семядоли на поверхность почвы), ухудшая условия прорастания и снижая всхожесть. Поэтому эта оболочка является биоразлагаемой и ее остатки разлагаются в почве до прорастания семян, сразу после их набухания. Быстрому разложению способствует и гидрофильность оболочек, расположенных на семенах, то есть впитывание ими воды и нахождение в постоянном влажном состоянии, что улучшает микробиологические процессы, способствующие их разложению в почве. Лучшей всхожести семян по сравнению с известными аналогами способствует и то, что в отличие от них у представленного способа активация капсул происходит совершенно без нагревания семян, которое также отрицательно влияет на их жизнеспособность и снижает всхожесть (Табл.1), ослабляя и убивая повышенной температурой часть зародышей в семенах.

Капсула для семени включает наружную гидрофобную оболочку и внутреннюю гидрофильную оболочку, расположенную на семени. Гидрофильная оболочка выполнена из водонабухающего биоразлагаемого в почве материала. Между гидрофобной и гидрофильной оболочкой размещены включения из ферромагнитного материала. Изобретение позволит проводить посев части яровых культур осенью при улучшении всхожести семян и условий для их прорастания и развития весной, а также увеличить урожайность яровых культур. 2 табл., 1 ил.

Капсула для семени, содержащая наружную гидрофобную оболочку и внутреннюю гидрофильную оболочку, расположенную на семени, отличающаяся тем, что гидрофильная оболочка выполнена из водонабухающего биоразлагаемого в почве материала, а между гидрофобной и гидрофильной оболочкой размещены включения из ферромагнитного материала.