Влияние аэрозольной обработки гуминовыми препаратами на посевные качества семян зерновых культур

В настоящее время развитию сельского хозяйства в России уделяется большое внимание, в частности повы-

Processes and machines of agroengineering systems шению эффективности производства и улучшению качества производимой сельскохозяйственной продукции, основываясь на принципах всесторонней интенсификации технологических процессов, с созданием и использованием нового высокотехнологичного оборудования с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Стоит отметить, что в последнее время резко возрос спрос на экологически чистую продукцию. В результате этого в мире активное развитие получили предприятия, специализирующиеся на получение так называемой «органической продукции». По прогнозам экспертов в ближайшие годы рост мирового рынка органической продукции будет продолжаться со скоростью 15–16 % в год и составит к 2025 году порядка 20 % от мирового рынка всей сельскохозяйственной продукции1.

Россия, с точки зрения развития данного вида земледелия, имеет высокий потенциал, так как на сегодняшний день наша страна имеет более 30 млн залежных земель, которые длительное время не использовались, а значит, в них не вносились химические удобрения и средства защиты растений.

Однако переход на органическое сельское хозяйство требует решения проблемы обеспечения питания растений при производстве сельскохозяйственной продукции, так как согласно Федеральному закону № 280-ФЗ2, а также ГОСТу Р 56508-20153 запрещено использовать агрохимикаты и пестициды, в том числе минеральные удобрения, синтетические гербициды, фунгициды, инсектициды и т. д., что в свою очередь неизбежно приведет к снижению урожайности возделываемых культур и деградации почв.

Том 30, № 2. 2020

Ввиду этого особый интерес вызывает разработка элементов агротехнологий по использованию почвоулучшающих веществ и регуляторов роста естественного (природного) происхождения, в том числе гуминовых кислот и препаратов на их основе, позволяющих получать более высокие урожаи сельскохозяйственной продукции [1; 2].

Обзор литературы

Гуминовые препараты представляют собой естественные высокомолекулярные стимуляторы роста растений на основе солей гуминовых кислот. Гуминовые кислоты в естественных условиях образуются в почве в результате разложения клетчатки растений и других органических остатков. В настоящее время разработаны промышленные технологии производства гуматов из различных видов органического сырья (торф, бурый уголь, сапропель, биогумус и др.). Включение данных препаратов в технологии возделывания сельскохозяйственных культур позволяет ускорить процессы формирования, развития и роста различных растений [3; 4].

Гуминовые вещества могут вступать в широкий спектр реакций, они образуют водорастворимые и водонерастворимые комплексы с гидроксидами и ионами металлов, взаимодействуют с различными органическими и минеральными соединениями, в том числе с алканами, жирными кислотами, диалкилфталатами, а также пестицидами и т. д. Ввиду этого гуминовые вещества принято использовать в целях рекультивации водных и почвенных сред в качестве детоксикантов природного про- исхождения без риска их вторичного загрязнения [5; 6].

Известно, что гуминовые кислоты занимают важную роль в структуро-образовании почвы, способствуют регулированию геохимических потоков металлов в водных и почвенных экосистемах, накоплению питательных веществ и микроэлементов в доступной для растений форме [4; 7].

Гуминовые вещества обладают ярко выраженной биологической активностью, что дает возможность использовать их в качестве стимуляторов роста растений. По данным исследований, они легко усваиваются растениями, мобилизуют работу их иммунных систем, способствуют поступлению питательных веществ, усиливают обменные процессы, происходящие в растительных клетках, а также стимулируют развитие всех почвенных микроорганизмов, тем самым способствуя восстановлению (образованию) гумуса в почвах4 [8–10].

Применение гуминовых препаратов способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур, особенно при неблагоприятных климатических условиях. Они оказывают поддержку растениям, помогая им справиться с последствиями засухи, заморозков, а также позволяя снизить химический стресс от обработки пестицидами. Гу-маты повышают устойчивость растений к различным заболеваниям, тем самым являясь неспецифическими активаторами иммунной системы [9‒12].

Спектр применения гуминовых препаратов весьма широк и включает практически все сельскохозяйственные культуры, возделываемые как в малых крестьянско-фермерских хозяйствах, так и в крупных аграрных предприятиях [13; 14]. В связи с этим гуминовые препараты используют различными способами: в качестве некорневой подкормки, во время обработки посевного материала и путем внесения в почву в виде растворов, в том числе во время послеуборочной заделки пожнивных остатков [15].

При производстве сельскохозяйственной продукции важным агро-технологическим приемом является предпосевная обработка семян, которая способствует повышению качества посевного материала и увеличению урожайности зерновых культур. На основании исследований ученых установлено, что физические методы обработки семян способствуют повышению всхожести и энергии прорастания. В качестве физического воздействия изучалось влияние электромагнитных волн в микроволновом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также нагрев семян путем низкоинтенсивного локального лазерного излучения. Однако воздействие электромагнитных волн зачастую оценивалось в нагреве семян. Кроме этого, с целью активизации физиологических процессов семян применяют методы естественного воздушного теплового обогрева5 [16].

По данным ряда ученых, обработка гуминовыми препаратами ослабляет отрицательное значение травматических повреждений семян растений, улучшает посевные качества семян: лабораторную и полевую всхожесть семян, энергию прорастания, стимулирует рост и развитие проростков первичной корневой системы, снижая при этом поражение семян грибными заболеваниями, возникающими в результате внутренней семенной инфекции [17].

Эффективность воздействия гуминовых препаратов в процессе предпосевной обработки в определенной степени зависит от технологии и тех- нических средств, применяемых при ее проведении. В настоящее время в основном используются протравливатели семян с вращающимися форсунками с дисперсностью капель от 30 до 120 мкм. Уменьшение дисперсности капель, активное перемешивание семян, а также тепловое воздействие способно усилить эффект от применения гуминовых препаратов в процессе обработки семян. С этой целью было разработано устройство для обработки семян горячим туманом (рис. 1) [18].

Материалы и методы

С целью определения эффективного способа предпосевной обработки семян гуминовыми препаратами по влиянию на их посевные качества были проведены экспериментальные исследования.

Объектами лабораторных исследований являлись семена ячменя ярового сортов: «Владимир», «Маргрет», гибридная линия «Аннабель × Эльф», «Зазерский 85».

Том 30, № 2. 2020

На фоне контрольного варианта применялось два гуминовых препарата: «Экорост» и «АгроВерм» (табл. 1). Препараты применялись как с использованием традиционного полусухого метода (протравливатель ПС-10), так и с помощью разработанного оборудования для обработки семян горячим туманом. Гуминовые препараты имели разные показатели по содержанию гуминовых веществ и кислотности, дозы брались с учетом рекомендаций производителей. Также использовалась обработка семян горячим туманом.

Проращивание семян осуществлялось между фильтровальной бумагой в лабораторных условиях в соответствии с пунктом 3.8.2. ГОСТа 12038-846. Семена раскладывались в растильнях в четырехкратной повторности по 100 шт между слоями увлажненной фильтровальной бумаги: три слоя на дне растильни, одним слоем прикрывались семена. Данные лабораторных

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

Схема лабораторного опыта Laboratory experiment char

Показатель / Parameter	Контроль / Control	«Экорост»/ “Ecorost”	«АгроВерм» / “AgroVerm”	Пар (вода) / Steam (water)	«Экорост» (пар) / “Ecorost” (steam)	«АгроВерм» (пар) / “AgroVerm” (steam)
Кислотность рН сол., ед. рН / Acidity pH sol., unit pH	–	8,1	8,5	–	8,1	8,5
Содержание гуминовых кислот, г/л / Content of humic acids, g/l	–	30	12	–	30	12
Дозы гуминовых препаратов в расчете на 1т семян, мл / Doses of humic preparations per 1 ton of seeds, ml	–	200	200	–	200	200

Vol. 30, no. 2. 2020 исследований подвергались математической обработке с использованием надстройки к Excel для статистической оценки и анализа результатов полевых и лабораторных опытов АgCSTAT, разработанной ФГБНУ «Ставропольский научно-исследовательский институт сельского хозяйства».

Устройство для обработки семян горячим туманом представлено на рисунке 1 и состоит из бункера для семян 1 , дозирующего аппарата с приводным ребристым валиком 2 и с подвижным днищем 3 , смесительной камеры 4 с наклонными лотками 5 и механизмом регулировки угла лотков 6 , генератора горячего тумана 7 марки BF-150. Разработанное устройство имеет следующие технические характеристики: производительность по зерну до 10 т/ч, расход рабочего раствора до 5 л/ч, расход топлива до 2 л/ч, удельный расход рабочего раствора до 0,5 л/т.

В процессе работы устройства для обработки семян горячим туманом семена из бункера 1 попадают в пространство между ребристым валиком 2 и подвижным днищем 3 . Дозированные семена поступают в камеру обработки 4 , где движутся по наклонным лоткам 5 , образуя нисходящий поток, увлекая за собой теплый поток аэрозоля гуминовых препаратов температурой 50–60 °C, подаваемый генератором горячего тумана 7 через сопло 8 . При движении зерна в камере 4 для обработки семян горячим туманом зерно под действием силы тяжести многократно пересыпается с одного наклонного лотка 5 на другой, проводя некоторое время в свободном полете. Благодаря такой схеме подачи семян, многократному их перемешиванию и контакту с аэрозолем гуминовых препаратов при пересыпании с лотка на лоток эффективность обработки возрастает. В ре-

Р и с. 1. Модель устройства для обработки семян горячим туманом: 1 – бункер;

2 – приводной ребристый валик; 3 – подвижное днище бункера; 4 – смесительная камера;

• 5 – наклонные лотки; 6 – механизм регулировки угла лотков; 7 – генератор горячего тумана;

8 – сопло генератора

F i g. 1. Model of the device for treating seeds with hot mist: 1 – bin; 2 – driving ribbed roll; 3 – moving bin bottom; 4 – mixing chamber; 5 – inclined trays; 6 – tray angle adjustment mechanism;

• 7 – hot mist generator; 8 – generator nozzle

зультате разницы температур холодных семян (≈12 °C) и аэрозоля (более 50 °C) происходит фазовый переход аэрозоля в жидкость, что способствует образованию на поверхности семян тонкой пленки гуминовых препаратов. Высокая температура аэрозоля обеспечивает тепловую обработку семян и способствует активации физиологических процессов зерна.

В связи с тем, что эффективность аэрозольной обработки семян рабочим раствором гуминовых препаратов зависит от интенсивности теплообменных процессов, проходящих в смесительной камере протравливания установки в процессе обработки семян, оценивались скорость и температура аэрозоля рабочего раствора гуминовых препаратов при помощи термоанемометра марки ИСП–МГ4 (рис. 2).

Качество обработки семян аэрозолем рабочего раствора гуминовых пре- паратов определялось путем исследования температуры и влажности зерна на выходе из смесительной камеры. Для контроля температуры зерна и аэрозоля гуминовых препаратов применялся тепловизор марки RGK TL-80, определение влажности проводилось при помощи влагомера зерна WILE 55.

Результаты исследования

Экспериментальные исследования проводились при температуре окружающего воздуха около +12 °С, влажность воздуха составляла около 62 %, зерно имело начальную температуру +12 °C, влажность составляла 13,5 %. Установка для обработки семян горячим туманом работала с производительностью около 10 т/ч, расход топлива генератора горячего тумана составлял 40 г/мин, дозирование водного раствора гуминовых препаратов осуществлялось изменением подачи раствора в форсунку.

Р и с. 2. Исследование параметров горячего тумана на различных участках камеры обработки устройства

F i g. 2. Investigation of the parameters of hot mist at different areas of the device processing chamber

Т а б л и ц а 2

T a b l e 2

Q° и

оо N О N оо >s S р р со

pf

pf

oo

1 75 > Ph p 5 m

oo

oo

ад Ph gn 1

o'

pf

xo

Ш X V 1 о p m X VO p ^ 1

Pl °\

Ox

OO

и Ч 5 о ™go2

ОО оо

OX

ox Ox

ox

xo xo

Ox

o'

Ox

OX OX

R

Н 'То'^ ^ О g S 6" о р g 2 о 5 Q д^^

Ох

XO Ox

о

Ox

oo Ox

oo xo

OO Ox

Ox °4

Ox

О

s

5 н 8 5^6 &&S5 <a|s

S

3 Ox

oo

ox

о

O'

o'

Ox oo

OX

Ox oo^

ffl s^s &.“■ 60 — P ^

(М оо

OX

Ox

oo oo

OX

xo

Ox

ox

xo

OX

о

О О 9^85 ^ffwd

OX

Ox oo^ Ox

Ox oo

OX

Ox

Sx

ox

O'

OO Ox

о

И О о о ЯЬ * g о

Ох

oo oo

Ox Ox

Pl OX

Pl

Ox oo

Pl Ox

Pl

Ox

xo Ox

о

Р Он р о С

1^ Рн V rH Щ ^ m

'5 p S

o p “a ff & § ab 5 °l sli 3 о

Iff a ff ad w 9 Ph (L> rH Щ ^ m

'5 p S

m 75 о 2 5 s Рн^ ад О (L> ЛД « роад <5 ^м .5 H o ^ 3 ff g 2 ? Рк^ 3 О

Iff a ff ad w 9 Рн V О rH p ^ m

'5 p S

ад о ад р~ S 9 ^ 5 g р о &^ и

я ff h 8 а О Рн 0> о гп К U m

1 '5 p S

ад ад m-S 9^ £^75 51 5 g P о p ^ о ^

В ходе проведения контрольных измерений температуры зерна тепловизором RGK TL-80 установлено, что температура зерна после обработки составила 14 °C, влажность зерна составляла 13,8 %.

При анализе таблицы 2 установлено, что на всех вариантах опыта, кроме обработки семян водяным паром, полученные данные статистически значительно превосходили контроль.

Наблюдения показали, что по вариантам опыта наблюдается разная динамика темпов прорастания семян. Полученные результаты свидетельствуют, что в целом обработка семян гуматами способствовала повышению посевных качеств независимо от способа обработки семян. Отмечена тенденция сортовой отзывчивости на обработку семян гуминовыми препаратами. Однако наиболее высокие показатели были отмечены при использовании аэрозоля гумата «Экорост». Применение обработки семян ячменя аэрозолем «Экорост» позволило повысить энергию прорастания и всхожесть сорта «Зазерский 85» относительно контроля на 15,2 % и 9,1 %, сорта «Владимир» – на 12,0 % и 6,5 %, сорта «Маргрет» – на 5,6 % и 6,5 %, гибридной линии «Аннабель × Эльф» – на 4,4 % и 4,2 % соответственно. Несколько уступала ему обработка семян аэрозолем гума-та «АгроВерм», что можно объяснить более низким содержанием гуминовых кислот в препарате («Экорост» – 30 г/л, «АгроВерм» – 12 г/л).

Сравнительный анализ эффективности применения гуминовых препаратов при предпосевной обработке семян тест-культуры аэрозолем и традиционным полусухим методом показал, что использование разработанного оборудования позволило повысить эффективность предпосевной обработки семян. Применение гумата «Экорост» в форме аэрозоля в среднем по сортам ячменя ярового позволило повысить энергию прорастания семян относительно тра-

Том 30, № 2. 2020

диционного способа на 2,9 %, всхожесть – на 2,4 %, применение аэрозоля гумата «Агроверм» – на 2,7 % и 2,2 % соответственно.

Результаты исследований показывают, что использование гуминовых препаратов в форме аэрозольных паров усиливает их биологическую активность, что проявляется в увеличении силы роста и биометрических показателей проростков. Сырая масса ста проростков на вариантах с применением пара гуминовых препаратов существенно превосходила как контроль, так и варианты с использованием гуматов в традиционном способе обработки семян. На сорте «Зазерский 85» применение аэрозоля гумата «Экорост» повысило данный показатель относительно контроля на 5,32 %, на сорте «Владимир» – на 5,53 %, на сорте «Маргрет» – на 5,52 %, на гибридной линии «Аннабель × Эльф» ‒ на 2,00 %.

Данный эффект очень важен при возделывании сельскохозяйственных культур, особенно при экстремальных условиях в весенний период, так как он обеспечивает интенсивное развитие всходов растений после посева.

Проведение предпосевной обработки семян горячим туманом гуминовых препаратов способствует интенсивному накоплению массы ростков и улучшает интенсивность и направленность обмена веществ. Усиление процессов развития на ранних этапах вегетации оказывает решающее влияние на дальнейшие стадии развития растений.

Таким образом, анализ результатов экспериментальных исследований показал, что прорастание семян тест-культуры свидетельствует об эффективности использования аэрозольного способа предпосевной обработки семян и разрабатываемого оборудования.

Обсуждение и заключение

В ходе проведения лабораторных исследований установлено, что обработка семян ячменя ярового гуминовыми препаратами оказывает положитель- ный эффект как на посевные, так и на урожайные качества семенного материала. Наилучший результат был получен при обработке семенного материала с низкими посевными качествами, которые получают при уборке семенных участков в годы с неблагоприятными условиями: при дефиците тепла, обильных осадках, а также при нарушении технологий уборки и подготовки семян.

Применение разработанного устройства для обработки семян горячим туманом позволяет снизить энергетические затраты (в стоимостном выражении на 18,6 % в сравнении с протравливателем

ПС-10) на обработку семян и увеличить ее эффективность за счет использования высокодисперсного горячего тумана гуминовых препаратов. Кроме того, устройство имеет высокую надежность из-за небольшого количества движущихся деталей.

В ходе проведения лабораторных исследований было установлено, что применение разработанного устройства позволило активизировать продукционные процессы тест-культуры на ранних фазах онтогенеза: повысились посевные и урожайные качества семян, сохранность растений.

Поступила 08.10.2019; принята к публикации 18.11.2019; опубликована онлайн 30.06.2020

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.