Применение электротехнологий для предпосевной обработки семян ярового ячменя. Часть 1. Установление оптимального режима воздействия электрического поля переменного напряжения промышленной частоты на семена

Введение. В результате исторически накопленного опыта ведения хозяйствования на земле и обобщения научных исследований было установлено, что правильно и качественно подготовленные к посеву семена – один из главных факторов формирования высокой урожайности возделываемых культур. Поэтому предпосевной обработке семян [1] отводится роль одного из основных этапов в цикле производства продукции растениеводства. При этом важно выбрать из числа существующих такой прием, который способен, наряду с эффективным подавлением в семенах патогенной микрофлоры, одновременно обеспечивать активизацию ростовых процессов при минимальных затратах энергии, труда, финансовых и технических средств [2]. Также большое внимание должно уделяться разработке и внедрению новых экологически чистых способов, к числу которых относятся и физические методы стимуляции семян. Применение для предпосевной обработки семян электрофизических методов, в частности, обработка их электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты (ПЭП), соответствует всем этим требованиям [3]. Процесс разработки каждого нового способа предпосевной обработки семян ПЭП включает выбор и обоснование наиболее оптимального режима обработки, который базируется на изучении влияния напряженности ПЭП, экспозиции и продолжительности времени (отлежку) от момента обработки семян до их закладки на проращивание или высев в почву.

В селекционных учреждениях семена сельскохозяйственных культур хранят без пересева продолжительное время, в результате чего они теряют всхожесть. Поэтому разработка и применение методов предпосевной стимуляции старых семян в электрическом поле переменного напряжения промышленной частоты имеет большое практическое значение [4]. В ответ на предпосевную обработку всхожесть свежих и особенно старых семян возрастает.

Был предложен способ, когда на семенной или посадочный материал воздействуют низкочастотным высоковольтным импульсно-модулированным электрическим полем, которое создают, используя разряд конденсатора [5]. Данный способ позволяет повысить урожайность картофеля, зерновых и овощных культур при снижении объема воздействий химических веществ, снизить накопление нитратов и тяже- лых металлов в процессе вегетации и упростить технологию обработки. Так, всхожесть обработанных семян ярового ячменя возросла по сравнению контролем на 6,5%, а урожайность – на 6,17%.

Воздействие на семена ячменя импульсным электрическим полем в течение 14 минут в присутствии ионов Са+2 привело к увеличению их всхожести и возрастанию активности α-амилазы на 29% за счет увеличения содержания суммарной РНК и экспрессии гена Amy6-4, отвечающего за синтез α-амилазы [6].

Было показано, что воздействие на семена ячменя электрическим полем коронного разряда (ЭПКР) приводит к увеличению лабораторной всхожести на 12–14%, максимальный эффект был получен через 4 дня отлежки семян [7]. При воздействии ЭПКР на семена овощных культур (огурцы, фасоль, редис, морковь, лук репка, картофель, салат) также был получен стимулирующий эффект [8]. Авторы подвергали семена воздействию ЭПКР на установке «Экран» в четырех режимах, отличающихся напряженностью электрического поля в рабочем пространстве камеры – 2 кВ/см, 3,5 кВ/см, 5 кВ/см и 5,5 кВ/см. При воздействии ЭПКР с напряженностью 3,5 кВ/см было получено увеличение урожайности огурцов на 15%, а прибавка урожая фасоли после обработки семян ЭПКР с мощностью 5 кВ/см составила 27%. Наиболее эффективными режимами ЭПКР для повышения урожайности изученных овощных культур являются режимы с напряженностью 3,5 кВ/см и 5 кВ/см. При воздействии электромагнитным полем с частотой, близкой или равной резонансной частоте обрабатываемых семян, происходит преобразование внешнего излучения в собственные колебания белковых молекул, ускоряя биохимические реакции и влияя на ферментативную активность семян. Однако ответная реакция семян на один и тот же воздействующий фактор может быть различной, в зависимости от сорта и качества семян, длительности обработки и дозы облучения, времени от момента обработки до посева, а также от природных факторов и некоторых других обстоятельств [9].

В работе [10] было установлено, что обработка семян лука в электрическом поле с напряженностью от 2 до 4 кВ/cм при продолжительности обработки от 15 дo 150 секунд приводит к увеличению их всхожести. Лучший ре- зультат по всхожести был получен при напряженности 9 кВ/cм и продолжительности обработки 45 секунд.

Обработка семян сои в течение 50–60 секунд приводила к увеличению энергии прорастания на 52–64%, при этом авторы отмечали подавление патогенной микрофлоры на прорастающих семенах [10].

К сожалению, внедрение методов предпосевной стимуляции семян, в частности, метода обработки семян в электрическом поле переменного напряжения, в практику растениеводства затруднено, так как недостаточно изучены оптимальные режимы обработки семян различных культур.

Целью исследований являлось установление оптимального режима предпосевного воздействия электрического поля переменного напряжения промышленной частоты на семена ярового ячменя, которое дает максимальное увеличение посевных свойств семян – энергии прорастания и всхожести.

Объектом исследований служили семена ярового ячменя сортов Вакула и Сокол, включенных в Госреестр селекционных достижений, которые были репродуцированы в Агро-технологическом центре АЧИИ в 2018–2020 гг. по принятой в регионе технологии.

Методика исследований. Предпосевную обработку семян в электрическом поле переменного напряжения промышленной частоты напряженностью 5 кВ/см проводили на лабораторной установке. Основными элементами экс- периментального комплекса были: 1) источник регулируемого высокого постоянного и переменного напряжения – СКАТ-70; 2) высоковольтный киловольтметр, мультиметр и электронный таймер; 3) экспериментальная рабочая ячейка. Исследуемые семена загружались в ячейку, в которой были размещены неподвижный нижний электрод и изменяющий свое расположение – верхний. Расстояние между электродами в опыте было равно 10 см. Напряжение обработки задавалось с электронной панели управления аппаратом СКАТ-70. После подачи на электроды напряжения 5 кВ/см таймер отсчитывал заданную экспозицию (20, 40 и 60 секунд), после выдержки которой обработка прекращалась. Расстояние между электродами составляло 1 см.

Период между обработкой семян и их закладкой на проращивание (отлежка) составлял от одного до девяти дней. Контролем в опытах служили необработанные семена.

Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги согласно ГОСТ 12038-84 на дистиллированной воде при +20 °С. Энергию прорастания семян определяли через трое, а всхожесть – через семь суток от посева.

Результаты исследований

Энергия прорастания. В таблице 1 представлены результаты влияния различных режимов предпосевной обработки семян ярового ячменя сорта Вакула в ПЭП на их энергию прорастания.

Таблица 1 – Изменение энергии прорастания семян ярового ячменя сорта Вакула урожая 2018 года в процессе отлежки после их обработки электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты напряженностью 5 кВ/см.

В контроле энергия прорастания составила 71%

Продолжительность обработки	Энергия прорастания семян (%) после отлежки (дней)
	1 день	2 день	3 день	4 день	5 день	6 день	7 день	8 день	9 день
20 с	75	74	75	85	93	81	70	68	68
40 с	71	65	72	80	92	74	64	63	64
60 с	70	65	68	78	91	65	62	66	70

Все изученные режимы обработки семян имеют стимулирующий эффект на энергию прорастания семян. Максимальный стимулирующий эффект действия электрического поля переменного напряжения на семена ярового ячменя проявляется при всех режимах обработки семян и отлежки 4 суток. Различия в макси- мальных значениях энергии прорастания в зависимости от продолжительности обработки составляют 1–2%, что позволяет сделать заключение о достаточности стимулирующего влияния определенной дозы энергетического воздействия.

Самый высокий процент увеличения энергии прорастания семян на 22% по сравнению с необработанными семенами был получен после их электростимуляция в течение 20 секунд и посеве на 5-е сутки после обработки. При сокращении временного промежутка после обработки семян до их закладки на проращивание и отлежки более 5 дней положительный эффект снижается.

Лабораторная всхожесть семян. Любой вид предпосевной обработки семян используют для повышения их всхожести. В таблице 2 представлены результаты определения всхожести семян ярового ячменя после их электростимуляции.

Таблица 2 – Изменение всхожести семян ярового ячменя сорта Вакула урожая 2018 года в процессе отлежки после их обработки электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты напряженностью 5 кВ/см.

В контроле всхожесть составила 84%

Вариант опыта	Лабораторная всхожесть семян (%) после отлежки (дней)
	1 день	2 день	3 день	4 день	5 день	6 день	7 день	8 день	9 день
20 с	84	74	85	87	94	77	86	87	88
40 с	84	85	83	77	99	87	84	74	82
60 с	84	81	78	88	92	85	89	84	83

Все изученные режимы электростимуляции семян оказали положительное влияние на всхожесть: в контроле всхожесть составила 84%, а после обработки ее значения существенно возросли. Максимальный эффект был получен на 5-й день после обработки семян, а затем всхожесть семян постепенно снижалась. Обработка семян электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты в течение 40 секунд дала максимальное увеличение всхожести – на 15% по сравнению с контролем.

Таким образом, все изученные режимы предпосевной обработки семян электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты оказали положительное влияние на энергию прорастания и всхожесть, но максимальный эффект по всхожести был получен в результате обработки семян в течение 40 секунд. После обработки энергия прорастания и всхожесть семян постепенно увеличиваются и достигают максимальных значений на 5-е сутки отлежки.

Cтимулирующий эффект действия электрического поля переменного напряжения промышленной частоты проверили на семенах сорта Сокол за два года репродуцирования, которые отличались по гидротермическому режиму периода вегетации растений ячменя: 2019 год был острозасушливым, а 2020 год – умеренно засушливым.

Установлено, что воздействие на семена электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты оказывает положительный эффект независимо от сорта и года репродуцирования семян. Энергия прорастания и всхожесть семян сорта Сокол возрастали в результате предпосевной обработки в течение 40 секунд (рисунок).

Обработанные семена за оба года репродуцирования имели более высокие значения энергии прорастания и всхожести по сравнению с контролем. Максимальный эффект электростимуляции проявился на 5-е сутки после обработки. Энергия прорастания у обработанных семян урожая 2019 года возросла на 18%, а всхожесть на 14%, а у семян урожая 2020 года эти показатели возросли на 11% и 9%, соответственно. Полученные результаты имеют близкие значения с процентом увеличения энергии прорастания и всхожести обработанных семян сорта Вакула за 2018 год.

В среднем по всем изученным сортам за разные годы их репродуцирования увеличение энергии прорастания составило 18%, а всхожести – 12,7%. После обработки электрическим полем переменного напряжения семена следует высевать на пятые сутки.

Полученные нами результаты положительного влияния обработки семян ярового ячменя в электрическом поле переменного напряжения промышленной частоты совпадают по значению напряженности электрического поля и продолжительности отлежки с результатами, полученными на семенах других культур.

Энергия прорастания

Всхожесть

Влияние электрического поля переменного напряжения промышленной частоты на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян ярового ячменя Сокол

Выводы

Предпосевная обработка семян ярового ячменя разных сортов, репродуцированных в разные по гидротермическому режиму периода вегетации растений годы, дает положительный эффект при их стимуляции в течение 20, 40, 60 секунд в электрическом поле переменного напряжения промышленной частоты напряженностью 5 кВ/см.

Максимальный эффект этой обработки проявляется на 5-е сутки после воздействия. Из изученных режимов обработки максимальное значение прибавки процента энергии прорастания и всхожести семян дал вариант 40 секунд.

Предпосевную обработку семян ярового ячменя электрическим полем переменного напряжения промышленной частоты независимо от года и сорта и года их репродуцирования можно проводить в течение 40 секунд при напряженности электрического поля 5 кВ/см.