Влияние обработки лазером на посевные качества семян и урожай томата

Высокий урожай сельскохозяйственных культур зависит от качества семенного материала. Семе- на, произведенные научно-исследовательскими учреждениями и специализированными элитопризводящими хозяйствами, как правило, отличаются высокой всхожестью и энергией прорастания и не заражены болезнями.

Однако первичное семеноводство по объёмам производства высококачественных семян ограничено и чрезвычайно затратно. Обычно в товарных и особенно в личных подсобных хо- зяйствах используются семена первой и последующих репродукций, в которых с годами накапливаются вирусные, бактериальные, грибные и другие заболевания. Растения, выращенные из таких семян, обладают слабым иммунитетом, дают низкий урожай. Для повышения всхожести и жизнеспособности посадочный материал подвергают различным видам предпосевной обработки. Наиболее распространены в практике замачивание, термообработки, химическое протравливание, обработка биопрепаратами.

В последние годы все больший интерес наука и практика проявляют к физическим методам обработки семян. В настоящее время применяют более 40 физических способов воздействия на семена: это гамма лучи, ультразвук, водородно-плазменная обработка, рентгеновские лучи, магнитные поля и другие. Как указывает Р.С. Старухин [1] согласно исследованиям, проведённым в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне (Россия), биологические эффекты действия магнитного поля обуславливаются не только величиной его напряжённости, но и экспозицией.

В результате действия внешнего электромагнитного поля происходят структурные изменения на уровне клеточных мембран. Каждая клетка представляет собой микроэлектро-химическую систему с мембранами-электродами и электролитом – внутриклеточной жидкостью. Протекание внешнего тока сопровождается электролизом. В системе происходит концентрационная поляризация свободных зарядов – накопление разноимённых ионов на противоположных сторонах мембраны, ориентационная и активационная поляризация связанных зарядов вещества мембраны. До определённой плотности поляризующегося тока происходит, активация клеток и повыше-

ние их жизнедеятельности в результате интенсификации обменных и других процессов.

В ходе физических воздействий семена отличаются повышенной энергией прорастания и всхожестью.

Растения, выросшие из облученных семян, дают значительную прибавку урожая. Так в исследованиях, проведённых в овощеводческих хозяйствах Московской области, лазерное облучение семян на 15-27 % увеличило урожайность ранних помидоров и огурцов. В них содержалось больше витаминов, сахаров, белка и других ценных веществ. Выросла урожайность редиса, гороха, сои, кукурузы, льна-долгунца [2].

Лазерная стимуляция существенно влияет на динамику роста растений. Так по данным исследований И.Ю. Чазовой [3] при посадке семян огурца в некачественный торфяной субстрат необработанные лазером семена дали ослабленные проростки, и растения погибли. Обработанные лазером семена успешно развивались, и при пересадке рассады в грунт из 3456 растений было отбраковано всего 143. На высокий эффект светолазерной обработки указывают в своих работах Акимов В.И. [4], Крылов О.Н.

[5], Лекомцев П.Л. [6] и др.

Почвенно-климатические условия Нижнего Амура вполне удовлетворяют требованиям такой теплолюбивой культуре как томат. Безморозный период в зоне составляет 157-176 суток. Сумма положительных температур – 2100-2400°C, количество осадков 475-625 мм, основная часть которых (84%) выпадает в летний период. Большое количество солнечных дней обеспечивает полное созревание плодов томата в полевых условиях. Однако обильные осадки, вызываемые приходом Тихоокеанского муссона, обуславливают мощное развитие патогенной микрофлоры (грибных, бактериальных и вирусных заболеваний). Система химических и биологических методов борьбы с болезнями и вредителями в значительной мере снижают уровень экологичности сельскохозяйственной продукции. Физические методы обработки растений и их семян, которые отличаются большей эффективностью по сравнению с другими методами в условиях Нижнего Амура, ранее не проводили.

Методика проведения исследований

В этой связи нами в 2011 году были начаты исследования влияния лазерной обработки семян томата на их энергию прорастания, всхожесть, а также урожайность плодов. Предпосевная обработка семян осуществлялась при помощи лазерно-оптического устройства.

Технико-эксплуатационные параметры лазерно-оптического устройства:

– длина волны излучения, λ, мкм 0,645

– плотность энергии излучения, ρ, мВт/см2 2,5; 1,25; 0,625

– время экспозиции, t, мин 0,5; 1,0;

3,0; 5,0

Опыты проводили с двумя районированными для зоны Нижнего Амура сортами томата, отличающимися по времени созревания: раннеспелым сортом Заря Востока и среднеспелым сортом Амурский утес. Облучение семян проводили портативным лазерным устройством, изготовленным к.т.н., доцентом Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета Зайковым В.И. Устройство компактное, рассчитано на обработку небольших партий семян. Семена томата обрабатывали за 15

• 1.    Влияние обработки лазером на энергию прорастания (%) семян томата сортов Заря Востока и Амурский утес (среднее за 2011-2012 годы)

  №	Вариант		Заря Востока		Амурский утес
  п/п	Плотность энергии мВт/см2	Экспозиция, мин	%	Отклонение от контроля (+)(-) %	%	Отклонение от контроля (+)(-) %
  0	контроль	Без обработки	40,0	0	45,0	0
  1	2.5	0,5	35,0	- 5,0	27,5	- 17,5
  2		1,0	62,5	+ 22,5	32,5	- 2,5
  3		3,0	52,5	+ 12,5	55,0	+ 10,0
  4		5,0	62,5	+ 22,5	50,0	+ 5,0
  5	1,25	0,5	35,0	- 5,0	40,0	- 5,0
  6		1,0	55,0	+ 15,0	52,5	+ 7,5
  7		3,0	35,0	- 5,0	50,0	+ 0,5
  8		5,0	30,0	-10,0	52,5	+ 7,5
  9	0,625	0,5	35,0	- 5,0	40,0	- 5,0
  10		1,0	70,0	+ 30,0	55,0	+10,0
  11		3,0	70,0	+ 30,0	65,0	+20,0
  12		5,0	70,0	+ 30,0	70,0	+25,0

• 2.    Влияние обработки лазером на всхожесть (%) семян томата сортов Заря Востока и Амурский утес (среднее за 2011-2012 годы)

  	№ п/п	Вариант Пэлноетрнгоисить       Экспозиция, мВт/см2           мин		Заря Востока Отклонение от %            контроля (+)(-) %		Амурский утес Отклонение от %            контроля (+)(-) %
  	0	контроль	Без обработки	75	-	60	-
  	1	2.5	0,5	50	-25	75	+15
  	2		1,0	60	-15	90	+30
  	3		3,0	75	0	75	+15
  	4		5,0	75	0	85	+25
  	5	1,25	0,5	80	+5	75	+15
  	6		1,0	92	+17	95	+35
  	7		3,0	100	+25	65	+5
  	8		5,0	90	+15	45	-15
  	9	0,625	0,5	90	+15	45	-15
  	10		1,0	90	+15	90	+30
  	11		3,0	87	+12	85	+25
  	12		5,0	72	-3	80	+20
  	научно-практический журнал        [ 44 ]           овощи россии № 2 (19) 2013

• 3.    Влияние обработки лазером семян томата на урожай плодов сортов Заря Востока и Амурский утес (среднее за 2011-2012 годы)

  № п/п	Вариант Плотность   Экспозиция, энергии        мин мВт/см2		Среднее за 2 года	Заря Востока Прибавка ц/га            %		Среднее за 2 года	Амурский утес Прибавка ц/га           %
  0	контроль	Без обработки	252	-	100	212,5	-	100
  1	2,5	0,5	318	+ 66	26,2	279,5	+67	31,5
  2		1,0	433,5	+181,5	72	345	+132,5	62,4
  3		3,0	373	+121	48	181	-31,5	-
  4		5,0	1012	+760	301,6	392	+180	85
  5	1,25	0,5	367,5	+115,5	45,8	277,5	+65	30,6
  6		1,0	273,5	+21,5	8,5	304	+91,5	43,1
  7		3,0	465	+213	84,5	159	-53,5	-
  8		5,0	540,5	+288,5	14,5	205	-7,5	-
  9	0,625	0,5	482	+230	91	168	-44,5	-
  10		1,0	409	+157	62	199	-13,5	-
  11		3,0	647,5	+395,5	157	259	+46,5	21,9
  12		5,0	518,5	+266,5	105,7	174	-38,5	-
  	НСР 0,5 ц/га 2011		58,1			216,4
  	НСР 0,5 ц/га 2012		171,3			35,5

суток до посева в рассадник. Условия выращивания рассады и агротехника возделывания томата в открытом грунте общепринятая для зоны.

Агроклиматические условия за годы исследований (2011-2012) были близки к среднемноголетним показателям.

Результаты исследований

Результаты двулетних (20112012) исследований приведены в таблицах №1-3.

В результате исследований установлено, что энергия прорастания семян среднеспелого сорта Амурский утес наибольшей была при плотности энергии облучения 0,625 мВт/см2 и экспозиции 5,0 минут и составила 70%, что на 25% больше контрольного варианта. Достаточно высокий прирост энергии прорастания наблюдался при этой плотности и в вариантах с экспозицией 3 и 1 минута соответственно

65 и 55%.

По мере возрастания плотности облучения энергия прорастания снижалась. При этом в большей степени снижение просматривалось в условиях укороченных экспозиций.

Во всех вариантах плотности энергия прорастания была ниже контроля при экспозиции 0,5 минуты. Снижение при этом составляло от 5 до 17,5%.

Энергия прорастания семян раннего сорта Заря Востока также была наибольшей при плотности энергии облучения лазером 0,625 мВт/см2 при экспозиции выше 1 мин и составила 70%, отклонение от контроля при этом было 30%.

Кратковременное облучение в 0,5 минуты обусловило во всех вариантах плотности снижение энергии прорастания в пределах 5%.

Обработка лазером оказала определенное влияние на всхожесть семян томата (табл.2). При этом не- обходимо отметить при определенных условиях и отрицательное воздействие лазерного облучения на их всхожесть.

В партии основная часть семян, используемых в опыте, была жизнеспособной. Различные варианты, изучаемые в опыте, обеспечивали изменение показателей всхожести от 25 до 100%, что говорит о действенности лазерных лучей на природу семян, их пластичности и отзывчивости на изменение условий при прорастании.

В пределах изучаемых вариантов облучения семена раннего сорта Заря Востока при относительно высокой стартовой всхожести (контроль без обработки) 75% дали невысокое отклонение. Лучший вариант отмечался при плотности энергии луча 1,25 мВт/см2. В этом варианте при экспозиции 3 минуты взошли все семена, и по варианту колебания всхожести были в пределах 80-100%. В то же время высокая плотность облуче-

ния – 2,5 мВт/см2 не дала положительного эффекта, более того, кратковременное облучение (0,5-1 мин) снижало всхожесть на 15-25%.

При облучении семян среднеспелого сорта Амурский утес наибольший эффект был зарегистрирован в варианте с плотностью луча 0,625 мВт/см2 и экспозиции 1-5 минут, всхожесть семян при этом возросла на 20-30% и составила 80-90%.

При анализе результатов оценки энергии прорастания и всхожести семян четко видна зависимость этих показателей от плотности энергии облучения и экспозиции.

Лазерная обработка семян томата в значительной мере повлияла на урожайность обоих исследуемых сортов.

Сорта Амурский утес и Заря Востока, выращенные из семян, обработанных лучом лазера плотностью 2,5 мВт/см2 при экспозиции 5 минут, в среднем за два года исследований дали наибольший урожай 392 и 1012 ц/га соответственно, что в 1,5-4 раза выше чем в контрольных вариантах, семена которых не были обработаны

(табл.3).

При этом необходимо отметить, что среднеспелый сорт Амурский утес в меньшей степени реагировал на лазерную обработку, максимальная прибавка урожая не превышала 180 ц/га, более того в целом ряде вариантов наблюдалось отрицательное воздействие лазерной обработки, что привело к снижению урожая. При плотности энергии облучения 0,625 мВт/см2 только в одном случае при экспозиции 3 минуты сорт Амурский утес дал незначительную прибавку 21,9%, другие экспозиции обусловили снижение урожая по сравнению с контролем. Все варианты по плотности энергии и экспозициям дали положительный результат и обеспечили прибавку урожая от 66 до 760 ц/га.

Многие авторы отмечают улучшение качества продукции при обработке семян лазерными лучами: Стародубцева Г.П.[7], Петров Е.П.[8], Данилов Д.В. [9], Толокнов Н.А.[10].

Помимо влияния облучения семян на урожай томата, было изучено влияние этого приема на качество плодов. Основной показатель качества плодов томата – это выход товарной продукции и содержание в них питательных веществ.

Наибольшая товарность плодов – 80-84% у сорта Амурский утес отмечалась в варианте с плотностью энергии луча 1,25 мВт/см2 и экспозиции 1-5 минут, а у сорта Заря Востока в варианте с плотностью энергии луча 2,5 мВт/см2 и экспозиции 35 минут и составила 72-77%. Содержание сухого вещества в плодах зависело от сортовых особенностей томата. У сорта Амурский утес содержание сухого вещества по всем вариантам было практически одинаково, а у сорта Заря Востока отклонение от контроля по вариантам составило 5-10%.

Таким образом, в условиях Нижнего Амура физические методы обработки семян обуславливают повышение энергии прорастания семян, их всхожесть. Растения томата, выращенные из облученных лазером семян, дают значительную прибавку урожая, улучшается качество продукции.