Газохроматографический анализ сельскохозяйственных почв и семян, обработанных слабыми неионизирующими нетепловыми электромагнитными полями

The effect of weak non-ionizing non-thermal electromagnetic fields (EMFs) on the biological processes in soils and seeds was accessed by the method of gas chromatography. We identified daily rhythms of carbon dioxide emission and oxygen absorption in sealed samples of seeds and soils depending on the humidity and time of treatment. The method of chromatography is a promising method for identifying EMF stimulation of soil microorganisms and optimizing EMF priming of seed crops.

Однако есть мало публикаций, касающихся обработки ЭМП сельскохозяйственных почв. Более того, авторам данного исследования не удалось найти надежных исследований по газохроматографическим измерениям концентраций CO2, NOх и т. д. для изучения семян и почв, обработанных ЭМП.

Стоит отметить, что газовая и жидкостная хроматография является признанным методом точных измерений в физике, химии и иных технических исследованиях [19]. В настоящей работе демонстрируются перспективы использования междисциплинарных методов для применения слабых ЭМП в технологиях сельского хозяйства.

Материалы и методы

Обработку семян и почвы проводили аппартом «ТОР»тм (АО «Концерн ГРАНИТ» [17]). Время воздействия составило 10 мин. Выбраны: частота импульсов ЭМП – 58 Гц, мощность излучателя – 9 Вт, расстояние между излучателем установки «ТОР» и образцами – 5 м.

Обработанные и необработанные (контрольные) образцы упаковывали в контейнеры с мембраной объемом 20 мл, обеспечивая герметичность и готовность проб к газовой хроматографии.

Анализы основных газообразных продуктов метаболизма сухих семян и почвенной микробиоты проводили на хроматографе ЦВЕТ-800 с детектором теплопроводности по методике, описанной в [19]. Типичная хроматограмма представлена на рис. 1.

Были отобраны образцы почвы и семян следующих культур: 1 – горох «Немчиновский 50»; 2 – пшеница «Сократ»; 3 – пшеница «Злата»; 4 – яровой ячмень «Владимир»; 5 – подсолнечник «Кречет»; 6 – почвенный материал из Ненецкого автономного округа Российской Федерации, г. Нарьян-Мар; 7 – почва Московской области, г. Одинцово.

Почвы г. Нарьян-Мара: почва супесчаная, окультуренная, слабокислой реакции, не отличается высокими показателями плодородия. Агрохимические характеристики: рН водн . 6,6–6,8; рН солевой 5,8-6,0; С орг . 1,40-1,45 %; N орг 0,6–0,7 %, Р₂О₅– 0,18–0,21 %.

Почвы Московской области (ВНИИССОК, г. Одинцово): почвы опытно-производственной базы ФГБНУ ФНЦО дерново-подзолистые среднесуглинистые. По содержанию гумуса в пахотном слое почвы относятся к слабогумусным, с низкой обогащенностью гумуса азотом и невысоким содержанием лабильного органического вещества. В составе гумуса преобладают фульвокислоты, тип гумуса – гуматнофульватный. По комплексу физико-химических свойств и составу поглощающего комплекса почвы характеризуются реакцией среды от близкой к нейтральной до нейтральной и не требуют первоочередного известкования. Гидролитическая кислотность очень низкая, сумма поглощенных оснований повышенная. Содержание подвижных форм азота, определяемого по Корнфилду, очень низкое. Подвижный фосфор в изучаемых почвах характеризуется очень высокой обеспеченностью по Кирсанову (более 250 мг/кг почвы). Содержание обменного калия характеризуется обеспеченностью от средней до повышенной.

Пробы взяты в осеннее время (сентябрь 2024 г.), после вегетации овощи/картофель (Нарьян-Мар), сидераты (ви-коовсяная смесь) (Московская область, ВНИИССОК). Обработка грунтов Аппаратом «ТОР» проводилась 16 января 2024 г., влажность грунтов при обработке: 9 %.

Вес семян и почвы во всех емкостях составил 5 г. Упакованные образцы хранились в герметичных емкостях с мембраной при комнатной температуре в течение семи суток, после чего отбирались и анализировались пробы газовой фазы.

Результаты и их обсуждение

Результаты представлены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, имеются заметные различия между количеством кислорода и углекислого газа в контрольных и ЭМП-обработанных образцах. Во всех контрольных образцах уровень кислорода практически не изменился и соответствует его примерному содержанию в атмосфере. Однако в ЭМП-обработанных образцах заметно потребление кислорода с одновременным увеличением содержания СО2. Таким образом, слабое неони-зирующее нетепловое ЭМП активировало биологические процессы как в семенах, так и в почве. Это особенно заметно для образцов 1, 2, 5 и 6.

На примере образцов «1-обработанный» и «1-контроль» решалась следующая задача: проследить за изменением состава газовой фазы в контейнерах с семенами гороха со временем. Для этого в контейнеры сначала вносили воду (1 мл ежедневно), затем по мере снижения содержания кислорода вместе с водой вводили воздух (от 2 до 4 мл, каждые восьмые сутки).

Рисунок 1. Хроматограмма газообразных продуктов метаболизма семян. Центральный пик соответствует кислороду O2, левый – водороду H2, правый – углекислому газу CO2.

Figure 1. Chromatogram of seed metabolism gaseous products. The central peak corresponds to oxygen O2, the left peak corresponds to hydrogen H2, the right peak corresponds to carbon dioxide gas CO2.

Таблица 1

Результаты газовой хроматографии образцов сухих семян и почв, обработанных аппаратом «ТОР» в течение 10 мин. с расстояния 5 м, проведенной через семь суток с момента обработки

Table 1

Gas chromatography results of samples of dry seeds and soils treated with the TOR apparatus for 10 minutes from a distance of 5 m measured in seven days after treatment

Образец	Опыт, мкл		Контроль (необработанный), мкл
	О 2	СО 2	О 2	СО 2
1. Горох «Немчиновский 50»	1332	0,7	1407	0,44
2. Пшеница «Сократ»	1461	1,58	1498	1,05
3. Пшеница «Злата»	1531	0,95	1501	0,8
4. Яровой ячмень «Владимир»	1494	0,52	1423	0,63
5. Подсолнечник «Кречет»	1470	2,08	1449	1,67
6. Грунт «Нарьян Мар»	1384	32,6	1428	1,41
7. Грунт «Одинцово»	1294	8,34	1423	7,66

в котором обрабатывали почвы и семена в течение 10 мин прямоугольными импульсами с частотой 58 Гц и с той же скважностью импульсов, что и в статье [21]. Результаты ЭМП-обработки семян и почв конденсатором не были столь выражены и «оркестри-рованы», как под воздействием аппарата «ТОР» (табл. 1), но тем не менее влияние ЭМП было ощутимо уже через 48 ч после обработки (табл. 2).

Из табл. 2 отчетливо видно, что микробиота почвы менее чувствительна к ЭМП конден-

Было установлено, что содержание кислорода при всех сроках воздействия для ЭМП-обработанного образца заметно ниже, чем у контрольного образца (рис. 2). Следует отметить, что кривые для обоих образцов идентичны. Очевидно, что процессы прорастания семян следуют одному и тому же механизму, заметная разница заключается сатора, чем семена, и в целом более чувствительна к ЭМП Аппарата «TOР». Для лучшей воспроизводимости результатов методом газовой хроматографии необходимо учитывать внутрисуточные и циркадные ритмы метаболизма биостимулированных семян [15] и микробиоты почвы.

только в скорости процессов.

В связи с уменьшением количества кислорода практически до нуля для предотвращения гибели семян на восьмые сутки процесса в контейнеры кроме воды был добавлен воздух (резкое увеличение кислорода на графике). Из рис. 2 следует, что ЭМП-обработанный образец оказался более активным.

Ход кривых образования углекислого газа подтверждает положительное влияние ЭМП-воздействия на метаболизм семян (рис. 3).

Снижение содержания СО2 после восьми суток также связано с введением воздуха в контейнеры. Появление водорода, достигающего максимума к 8-10 суткам (рис. 4), очевидно, связано с расходованием собственных запасов АТФ клетками семян.

Здесь стоит отметить, что общее количество молекулярного водорода составляет около 30 % от общей газовой фазы (объемные проценты).

Возникает естественный вопрос: являются ли указанные выше эффекты биостимуляции универсальными или связаны со спецификой дистанционного воздействия импульсными ЭМП со сверхширокополосными спектрами [20]? Биостимулирующие эффекты дистанционной ЭМП-обработки были надежно обнаружены на расстояниях до 900 м [12]. Для ответа на поставленный вопрос авторы сконструировали плоский конденсатор (две металлические параллельные пластины 100x100 мм на расстоянии 60 мм, аналогичные использованным в работе [21]),

Рисунок 2. Кинетические графики изменения содержания кислорода.

Figure 2. Kinetic plots of oxygen content change.

Рисунок 3. Кинетические графики образования углекислого газа.

Figure 3. Kinetic plots of carbon dioxide formation.

Рисунок 4. Кинетические графики образования водорода.

Figure 4. Kinetic plots of hydrogen formation.

Таблица 2

Результаты газовой хроматографии сухих семян и почв, обработанных конденсатором, через двое суток после 10-минутной экспозиции

Table 2

Gas chromatography results of condenser-treated dry seeds and soils measured in two days after a 10-minute exposure

Образец	Опыт, мкл			Контроль (необработанный), мкл
	H 2	О 2	СО 2	H 2	О 2	СО 2
1. Горох «Немчиновский 50»	0,02	1491	1,36	0,01	1576	2,11
2. Пшеница «Сократ»	0,01	1571	1,39	0,01	1558	0,97
3. Грунт «Нарьян Мар»	0,02	1340	121,2	0,02	1254	115,8
4. Грунт «Одинцово»	0,02	1311	31,3	0,01б	1278	27,8

• 4.    Bilalis, D. J. Pulsed electromagnetic field: an organic compatible method to promote plant growth and yield in two corn types / D. J. Bilalis, N. Katsenios, A. Efthimiadou [et al.] // Electromagn. Biol. Med. –2012. – № 31 (4). – P. 333–343.

• 5.    Ксенз, Н. В. Влияние предпосевной обработки семян градиентными магнитными полями и электроактивированной водой на их стартовые характеристики, развитие растений и урожайность зерновых культур / Н. В. Ксенз, В. Б. Хронюк, А. С. Ерешко [и др.] // Донской аграрный научный вестник. – 2019. – 3. – С. 47.

Mildažienė, V. Treatment of common sunflower ( Helianthus annus L.) seeds with radio-frequency electromagnetic field and cold plasma induces changes in seed phytohormone balance / V. Mildažienė, V. Aleknavičiūtė, R. Žūkienė [et al.] // Seedling Development and Leaf Protein Expression. – Sci. Rep. – 2019. – № 9 (1). – P. 6437. Пушкина, Н. В. Особенности накопления жирных кислот и оксилипинов в проростках кукурузы ( Zea mays L.) под воздействием сверхвысоко

Выводы

• 1.    Разработан междисциплинарный метод изучения влияния слабого неионизирующего нетеплового электромагнитного поля (ЭМП) на семена и почвы с помощью метода газовой хроматографии.

• 2.    Установлено влияние ЭМП на биостимуляцию семян и почв путем обнаружения заметных количеств эманаций водорода, углекислого газа и потребляемого кислорода в герметичных образцах ЭМП-обработанных семян и почв.

• 3.    Технология «TOР» имеет потенциал для непосредственной биоактивации как засеянных, так и находящихся под паром сельскохозяйственных угодий больших площадей.