Применение УФ излучения для обработки семян перед проращиванием

Введение. Для повышения эффективности растениеводства применяют различные виды специальной обработки семян перед их посевом и проращиванием. В зависимости от поставленной цели они могут включать обработку семян химическими и биологическими препаратами, а также и различные виды физических воздействий. Разновидностью физических методов обработки являются электрофизические способы обработки. Для этого используют: СВЧ поля, ИК излучение, электрический ток и ультразвук и т.д. Одним из направлений по использованию ультрафиолетового (УФ) излучения также является обработка семян перед проращиванием, в т.ч. для возможности круглогодичного получения зеленых витаминных кормовых добавок для животных [1, 2]. Установлено, что в технологических процессах с использованием УФ излучения главным условием для достижения положительных результатов является строгое дозирование потока излучения, с обеспечением режимов по интенсивности и по длительности воздействия. Действие оптического излучения ультрафиолетового диапазона, в зависимости от его качества и количества, может быть, как благотворным, так и угнетающим. Доза облучения ниже рекомендуемого порога экономически не эффективна. Переоблучение снижает продуктивность живых организмов, в некоторых случаях может оказаться губительным.

Следует отметить, что на сегодняшний день в научной литературе нет однозначного подхода относительно выбора доз УФ облучения семян. Выбор режимов обработки зависит как от вида растений, целей их выращивания, а также от ряда других факторов, среди которых большую роль играют оптические свойства растений. При выборе дозы облучения семян не стоит слепо руководствоваться исключительно рекомендациями по продолжительности облучения, зачастую они являются только ориентировочными и рассчитываются на определенные средства обработки и условия проведения облучения. Здоровые семена с высоким классом всхожести, как правило не нуждаются в дополнительные обработки. Объектом облучения выступают семена низкого качества. Именно обработка таких семян позволяет повышать их всхожесть и энергию прорастания, обеспечить дружное прорастание и густую зеленную массу отростков.

Режимы УФ обработки определяются на основе экспериментальных исследований. На основании обзора научных работ, проводимых учеными в разное время и различных регионах нашей странны можно сделать заключение, что доза 4-5 кДж/м ² является достаточной для стимуляции первичных ростовых процессов [3-5]. Однако при ультрафиолетовой обработке нужно учитывать особенности культуры. Разные семена неоднозначно реагируют на одинаковые дозу облучения. Эффективность обработки во многом определяется качеством семян. Наибольший стимулирующий эффект проявляется у слабых и поврежденных семян с низкой всхожестью. При этом обработка семян высокого качества не способна принести ощутимых результатов в повышении всхожести [7].

Непосредственно при УФ обработке продолжительность ультрафиолетового облучения рассчитывается на основании конкретных исходных данных: типа источника ультрафиолетового облучения, высоты подвеса источника над зоной облучения, результатов измерения энергетической облученности поверхности. Ниже представлены результаты исследований по применению УФ излучения для обработки семян сои перед проращиванием.

Цель исследований. Повышение эффективности обработки семян перед посевом и проращиванием с использованием ультрафиолетового излучения.

Материалы и методы исследований. При проведении исследований были использованы методы патентного поиска, методы математической статистики и планирования эксперимента применительно к обработке семян УФ излучением, а также методы регрессионного анализа с графическим представлением полученных результатов экспериментальных данных.

Основные результаты. Исследования проводили для оценки влияния режимов ультрафиолетового облучения на эффективность поверхностного обеззараживания семян сои от плесени и грибков и для оценки влияния режимов ультрафиолетового облучения на раннее развитие ростков сои при проращивании.

Для проведения исследований была разработана экспериментальная установка, представленная на рисунке 1 [6].

Установка для ультрафиолетовой обработки семян перед проращиванием состоит из бункера 1 для загрузки семенного материала, преобразователя частоты 2 мотор–редуктора 3, шнека 4, заслонки 5, кожуха 6. Внутренняя поверхность кожуха выполнен из материала способного отражать ультрафиолетовые излучение. Над шнеком в зоне обработки смонтирована ультрафиолетовая лампа 7. Доза облучения может меняться как за счет регулировки скорости прохождения семян под ультрафиолетовой лампой, так и повышением энергетической облучённости поверхности, регулировать которую можно изменением высоты подвеса ультрафиолетовой лампы. После обработки семена перемещают шнеком до отсека выгрузки 8. Вся конструкция смонтирована на раме 9.

Техническое решение в виде вращающегося шнека обеспечивает постоянное изменение ориентации семян по отношению к УФ лампы.

Для создания потока УФ излучения в установке использовалась ультрафиолетовая лампа мощностью 36 Вт производителя Uniel с длиной волны в спектре 253,7 нм. Удельная мощность лампы Р уд =30 Вт/м ² .

• 1    – бункер; 2 –преобразователь частоты; 3 – мотор-редуктор;

4 – шнек; 5 – заслонка; 6 –кожух; 7 – УФ лампа;

• 8 – отсек выгрузки; 9 – рама.

Рисунок 1 - Устройство для ультрафиолетовой обработки семян

Технологический процесс ультрафиолетовой обработки семян перед проращиванием состоял в следующем. Семена, подготовленные к проращиванию на зеленый витаминный корм, загружали в бункер устройства для ультрафиолетовой обработки семян перед проращиванием. Выставляли необходимую частоту вращения шнека. Открытием дозирующей заслонки осуществляли подачу семян в кожух со шнеком для обработки ультрафиолетовым излучением. Семена поступали в шнек и по кожуху перемещались до зоны облучения. После обеззараживания семена проращивали.

В качестве объекта экспериментальных исследований использовались зерна сои сорта «Нежеголь». Основными варьируемыми воздействующими факторами являлись удельная мощность УФ облучения (Вт/м ² ) и продолжительность УФ облучения (с). В качестве функции отклика принимали длину ростков на пятые сутки.

Для возможности регрессионного анализа результатов эксперимента обработка образцов проводилась в соответствии с планом Коно для 2-х факторного эксперимента. Кодированные значения и интервал варьирования воздействующих факторов приведены в таблице 1. Исследования проводились в 4-х кратной повторности в каждой из 4-х точек плана эксперимента.

Таблица 1- Факторы влияющие на параметры оптимизации

Обозначение	Наименование фактора	Уровни варьирования			Интервалы варьирования
		-1	0	1
Х1	Удельная мощность УФ облучения, Вт/м 2	1	6	9	3
Х2	Продолжительность УФ облучения, сек	30	60	90	30

Результаты и обсуждения . В результате проведения экспериментальных исследований были получены исходные данные для оценки влияния режимов ультрафиолетовой обработки на длину ростков сои при проращивании. Количество точек плана эксперимента, значения воздействующих факторов и длина ростков семян сои на 5 день проращивания приведены в таблице 2.

Воспроизводимость опытов оценивалась с использованием критерия Кохрена при уровне значимости α = 0,05 и числе степеней свободы f 2 = 12. Расчетное значение критерия Кохрена G расч =0,12 не превышало допустимых значений G 0,05 =0,4 (0,12≤ 0,40).

Реализация плана Коно для 2-х факторного эксперимента позволяет получить квадратичную регрессионную зависимость между функцией отклика и воздействующими факторами.

Таблица 2- Матрица плана и результаты эксперимента

Номер опыта	Х1	Х2	Длина ростка, мм
1	-1	-1	114,5
2	1	-1	115,9
3	-1	1	104,4
4	1	1	118
5	-1	0	110,4
6	1	0	119,9
7	0	-1	101
8	0	1	102,2
9	0	0	109,5
10	Контроль		109,8

Однако проведенная предварительная статистическая обработка полученных экспериментальных данных показала, что квадратичные эффекты менее значимы по сравнению с линейной аппроксимацией воздействия факторов. Поэтому для описания влияния удельной мощности (кВт/кг) и экспозиции (с) на способность прорастания семян предлагается регрессионное уравнение неполного второго порядка, которое в кодированных переменных имеет вид:

Y = B 0 + BX 1 + B 2 X 2 + B 12 X 1 X 2 , (1)

где X 1 - удельная мощность УФ облучения , о.е. (-1<Х 1 <+1) , Х 2 - продолжительность УФ облучения, о.е(-1<Х ₂ <+1); В 0 = 109,3; В 1 = 7,7; В 2 = 0,8; В₁₂ = 0,3.

Значимость коэффициентов проверялась по критерию Стьюдента (tкр) при уровне значимости α = 0,05 и числе степеней свободы f2 = 12. Все коэффициенты в уравнении (1) являются значимыми, следовательно, факторы достаточно коррелированы между собой. Адекватность модели оценивалась по критерию Фишера при уровне значимости α = 0,05. В результате проведенных расчетов получили Fрасч= 0,2 не превышало допустимых значений Fтабл =4,75 (0,1≤ 4,75).

Расчетное уравнение регрессии в натуральных переменных получается заменой кодированных переменных в уравнении (1) их натуральными аналогами в соответствии с таблицей 2 по формулам:

( Р - 8)

( t - 60)

где Р - удельная мощность УФ облучения, Вт/м ² (1,00≤ Р ≤9,00); t - продолжительность УФ облучения, с (30≤ t ≤90).

Одна из форм расчетного уравнения регрессии в натуральных переменных может быть представима следующим образом:

Y = B о

+ B i

Р

—

8 )

V

+ B 2

J

f , -60Y B Г Р -8V , -60^

V 30 J V 4 JV 30 J

Ниже на рисунке 2 представлена расчетная поверхность длины ростков семян сои в зависимости от натуральных значений удельной мощности УФ облучения (Вт/м ² ) и продолжительность УФ облучения (с).

Рисунок 2 - Изменение длины ростков семян сои в зависимости от натуральных значений удельной мощности УФ облучения (Вт/м ² ) и продолжительность УФ облучения (с)

Анализ изменения длины ростков семян сои в зависимости от величины воздействующих факторов свидетельствует о том, что результат обработки определяется взаимосвязью обоих воздействующих факторов. При этом положительный эффект наблюдается при различных режимах обработки. Наилучшие результаты наблюдаются:

• 1.  При  удельной  мощности  УФ  облучения  (9  Вт/м ² )  и максимальной

• 2.  При  удельной  мощности  УФ  облучения  (9  Вт/м ² )  и минимальной

продолжительности УФ облучения (90 с);

продолжительности УФ облучения (30 с).

Однозначно можно утверждать, что для положительного результата необходимо соизмерять величину удельной мощности УФ облучения с продолжительность УФ облучения.

С позиций энергозатрат наилучшими являются режимы с максимальной удельной мощностью воздействия и малым временем УФ облучения.

В таблице 3 приведены натуральные значения воздействующих факторов, длина ростков после проращивания и расчетные значения удельной дозы УФ облучения (Дж/м ² ). Согласно полученным данным можно рекомендовать режимы с удельной мощностью УФ облучения 9 Вт/м ² и минимальной продолжительность УФ облучения 30 с.

Таблица 3-Энергетические показатели УФ обработки семян

№ опыта	Х 1	Х 2	Длина ростков на 5 день проращивания, мм	Удельная доза УФ облучения, Дж/м 2
1	1	30	114,5	30,00
2	9	30	115,9	270,00
3	1	90	104,4	90,00
4	9	90	118	810,00
5	1	60	110,4	60,00
6	9	60	119,9	540,00
7	5	30	101	150,00
8	5	90	102,2	450,00
9	5	60	109,5	300,00
10	контроль	-	109,8	-

Заключение. Приведены результаты экспериментальных исследований по применению УФ излучения для обработки семян перед проращиванием. Исследовалось влияние режимов УФ обработки на длину ростков семян сои на пятые сутки.

В результате исследований получены регрессионные уравнения в кодированных и натуральных переменных для оценки влияния удельной мощности УФ облучения (Вт/м ² ) и продолжительность УФ облучения (с) на длину ростков семян сои при проращивании.

Установлено, что результат обработки определяется взаимосвязью обоих воздействующих факторов. При этом один и тот же положительный эффект наблюдается при различных режимах обработки. Наилучшие результаты наблюдаются:

• 1.    При удельной мощности УФ облучения (9 Вт/м ² ) и максимальной продолжительность УФ облучения (90 с);

• 2.    При удельной мощности УФ облучения (9 Вт/м ² ) и минимальной продолжительность УФ облучения (30 с).

Однозначно можно утверждать, что для положительного результата необходимо соизмерять величину удельной мощности УФ облучения с продолжительность УФ облучения.

Согласно полученным данным можно рекомендовать режимы с удельной мощностью УФ облучения 9 Вт/м ² и минимальной продолжительность УФ облучения 30 с. Удельные энергозатраты при этом составляют 270 Дж/м ² .

Вавилова, д. 1, п. Майский, Белгородский район, Белгородская обл., Россия, 308503, тел. +7 (4722) 39-11-36, e-mail: elapk@ mail.ru

APPLICATION OF UV RADIATION FOR SEED TREATMENT BEFORE

Vendin Sergey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor of the department of electrical equipment and electrotechnologies in agroindustrial complex, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Belgorod State Agricultural University named after V. Gorin», ul. Vavilova, 1, Maisky settlement, Belgorod region, Belgorod region, Russia, 308503, tel. +7 (4722) 39-11-36, e-mail: elapk@ mail.ru