Влияние предпосевной обработки семян градиентными магнитными полями и электроактивированной водой на их стартовые характеристики, развитие растений и урожайность зерновых культур

Введение. Урожайность сельскохозяйственных культур в значительной мере определяется качеством посевного материала. Семя растения – очень сложное образование, содержащее сотни тысяч клеток. Каждая клетка имеет тысячи сенсоров молекулярных размеров. Сенсоры воспринимают все изменения в окружающей среде и дают сигналы: «появилась влага, подходящая температура, пора прорастать, стоп росту, беречь воду» и т.д.

Так объективно появилась потребность исследовать различные стимуляторы роста и развития растений как химической, так и физической природы [1, 2]. Наибольший интерес с точки зрения получения экологически чистой продукции имеют физические факторы воздействия на семена, проростки и взрослые растения на разных фазах развития. В качестве таких факторов исследовались электрические и магнитные поля [3–4], электроактивированная вода [5], коронный разряд [6], токи высоких и сверхвысоких частот и т.д. Итогом этих воздействий является раскрытие генетическо- го и физиологического потенциала семян и растений, выражающегося в повышении урожая и качества продукции. Однако ответная реакция семян на один и тот же воздействующий фактор может быть различна в зависимости от сорта и состояния семени и многих других факторов.

Одна из моделей действия сверхслабых факторов на биологические системы основана на том, что в любой живой системе присутствует межмолекулярная водная среда [7–8], которая имеет два инициатора структурной организации.

• 1.    Структурная организация воды содержит собственные кластеры, построенные вокруг органических и неорганических примесей. Она характерна для воды, присутствующей в живых системах, и является основой проявления действия сверхслабых факторов.

• 2.    Структурная организация воды, прилежащей к биомолекулам, инициируемая процессами переноса энергии в живых системах.

  
  

  Рисунок 1 – Состав молекулы воды

  
  

В состав молекулы воды входит два ядра водорода (протона) и одно ядро кислорода, окутанные электронным облаком. Эти протоны могут иметь в одном случае сонаправленные спины (собственные моменты импульса и магнитные моменты ), в другом – антинаправленные (рисунок 1).

В первом случае их моменты складываются, и получается молекула ортоводы, во втором – возникает разность моментов и образуется паравода. В статистически равновесной фазе воды содержится ¼ часть орто- и ¾ параводы. Установлено, что некоторые физико-химические свойства орто- и параводы отличаются в большей степени, чем полагалось ранее. Некоторые авторы [9] предполагают, что ортовода даже в мизерных концентрациях является активным стимулятором жизни.

• В.П. Бинги в своей работе [10] предполагает, что в биообъектах энергия электромагнитного поля сначала преобразуется в энергию спиновых степеней свободы протонов, а затем в энергию орбитального движения электронов за счёт спин-орбитального взаимодействия. Воздействие магнитного поля на межмо-

• лекулярную водную среду приводит к росту содержания в ней доли ортоводы.

В Азово-Черноморской государственной агро-инженерной академии на кафедре физики разработаны устройства для обработки семян магнитными полями постоянных магнитов [11]. Применение этих устройств в различных хозяйствах Ростовской области показало, что их эффективность при установке на протравителях в 1,5–2 раза выше, чем при установке на зернопогрузчиках. Это можно объяснить влиянием на семена активированной магнитным полем воды.

Была сделана попытка объяснения кратковременного действия магнитных полей при предпосевной активации семян зерновых культур. С этой целью были проведены исследования влияния предпосевной обработки семян зерновых культур электроактивирован-ной водой и градиентным магнитным полем на их стартовые характеристики, развитие растений и урожайность.

Методика исследований. Для проведения экспериментальных исследований был разработан и изготовлен электроактиватор со следующими параметрами (рисунок 2):

220 B

мембрана

катод анод

w У/

Автотрансформатор

Выпрямитель

Рисунок 2 – Электроактиватор

– высота плоского электрода из нержавеющей стали, м – 0,4;

– ширина плоского электрода из нержавеющей стали, м – 0,5;

– расстояние между электродами, м – 0,4.

Для измерения тока и напряжения в цепи постоянного тока использовались мультиметры MY62. Водородный показатель рН измерялся рН-метром РН-009(I).

В эксперименте использовались семена двух культур, которые готовили к посеву по различным методикам. Семена многорядного ярового ячменя сорта Вакула замачивались в воде с различными значениями рН (католит рН=10,3; анолит рН=3,8) и температуры в течение 30 минут. Семена озимой мягкой пшеницы сорта Юка замачивались в щелочной воде (католит рН = 10,3) в течение 3 и 10 часов. Далее семена просушивались и высевались на делянках площадью 33,3 м2 в трехкратной повторности.

Для исследования влияния градиентного магнитного поля вторая часть семян пропускалась через области магнитного поля с магнитной индукцией 75–85 мТл c градиентом магнитной индукции 2,06 Тл/м со скоростью 1,5–2 м/с (рисунок 3) и также высевалась на делянках. В качестве контроля в опыте использовали делянки, засеянные протравленными семенами.

В процессе эксперимента проводили оценку количественных и качественных показателей растений и зерна изучаемых сортов. Учёт урожайности проводили с единицы площади малогабаритным селекционным комбайном «Террион 2010».

1 – магнитные кассеты; 2 и 3 – области однородного магнитного поля;

4 – область неоднородного магнитного поля

Рисунок 3 – Схема магнитной системы для обработки семенного материала

Результаты исследований и их обсуждение. Проведенные исследования показали, что применяемые для предпосевной обработки семян физиче- ские факторы оказывают различное влияние на биометрические и структурные показатели ярового ячменя (таблица 1).

Таблица 1 – Длина колоса и элементы структуры урожайности ярового ячменя Вакула

Вид обработки	Количество продуктивных колосьев, шт./м2	Длина колоса, см	Число зерен в колосе, шт.	Масса 1000 зерен, г	Масса зерна с 1 колоса, г
Контроль (семена протравлены)	217	5,25	35	41,10	1,4
Обработка водой (католит рН=10,3) 0,5 часа + магнит	230	5,55	38	42,12	1,6
Обработка водой (католит рН=10,3) 0,5 часа	189	5,45	38	41,77	1,6
Обработка водой (анолит рН=3,8) 0,5 часа	181	5,73	41	41,48	1,7

Количество продуктивных колосьев на единице площади является важным элементом структуры урожайности. В наших опытах обработка семян ярового ячменя водой с различными значениями рН снижала этот показатель на 30–36 шт./м². Применение дополнительной обработки семян градиентным магнитным полем оказало значительный положительный эффект, увеличив количество продуктивных колосьев до 230 шт./м².

Анализ длины колоса показал, что на контроле она была 5,25 см, что обеспечило формирование 35 зерен. Предпосевная обработка семян католитом способствовала увеличению длины колоса до 5,45 см и его озерненности до 38 штук.

Применение градиентного магнитного поля на фоне обработки католитом незначительно изменило эти показатели – 5,55 см и 38 шт. соответственно.

Наибольшие длина колоса (5,73 см) и количество зерен в колосе (41 шт.) отмечены в варианте с обработкой семян анолитом (рН=3,8).

Масса 1000 зерен является и элементом структуры урожайности, и показателем качества зерна. Нами установлено, что наиболее крупное зерно, в сравнении с контролем и другими вариантами опыта, было получено при совместном применении для обработки семян ярового ячменя щелочной водой и градиентным магнитным полем (масса 1000 зерен составила 42,12 г). Однако наибольшая масса зерна колоса отмечена при использовании кислой воды (анолит рН =3,8) – 1,7 г, чему способствовала лучшая озерненность колоса.

Результаты оценки влияния физических факторов на урожайность и качество зерна ярового ячменя сорта Вакула представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Влияние физических факторов на урожайность и качество зерна ярового ячменя Вакула

Вид обработки	Урожайность, ц/га	Натура зерна, г/л	Содержание белка, %
Контроль (семена протравлены)	30,32	641	11,22
Обработка водой (католит рН=10,3) 0,5 часа + магнит	34,55	653	12,61
Обработка водой (католит рН=10,3) 0,5 часа	30,27	651	11,75
Обработка водой (анолит рН=3,8) 0,5 часа	30,84	647	12,08

Установлено, что предпосевная обработка семян ярового ячменя водой с различными значениями водородного показателя не оказала влияния на уровень урожайности (30,27–30,84 ц/га) в сравнении с контролем (30,32 ц/га). При этом дополнительная магнитная обработка в варианте с католитом позволила получить прибавку к контролю до 4,23 ц/га.

Анализ качественных показателей зерна ярового ячменя показал, что все виды обработок улучшали их в сравнение со стандартом. Так, натура зерна варьировала от 647 до 653 г/л при 641 г/л в контрольном варианте. Содержание белка составило соответственно 11,75–12,61% при 11,22% на контроле. Наибольшие показатели качества зерна отмечены при совместном применении градиентного магнитного поля и щелочной воды.

В опытах с озимой пшеницей нами применялась иная схема предпосевной подготовки семян. В таблице 3 представлен анализ биометрических показателей растений озимой пшеницы сорта Юка в фазе полной спелости.

Таблица 3 – Высота растений и длина колоса озимой пшеницы сорта Юка

Вид обработки	Высота растений, см	Длина колоса, см
Контроль (семена протравлены)	97,7	10,5
Обработка водой (католит рН=10,3) 3 часа	97,8	10,2
Обработка водой (католит рН=10,3) 3 часа + магнит	101,0	10,4
Обработка водой 10 часов	96,5	10,3
Обработка водой (католит рН=10,3) 10 часов	101,6	10,4
Обработка водой (католит рН=10,3) 10 часов + магнит	102,0	9,9

Таблица 4 – Элементы структуры урожайности озимой мягкой пшеницы сорта Юка

Вид обработки	Количество растений, шт./м2	Число зерен в колосе, шт.	Масса 1000 зерен, г	Масса зерна с 1 колоса, г
Контроль (семена протравлены)	290	42,7	39,88	1,70
Обработка водой (католит рН = 10,3) 3 часа	308	39,6	37,19	1,47
Обработка водой (католит рН = 10,3) 3 часа + магнит	330	42,7	40,09	1,71
Обработка водой 10 часов	138	40,1	38,20	1,53
Обработка водой (католит рН = 10,3) 10 часов	203	39,0	37,87	1,47
Обработка водой (католит рН = 10,3) 10 часов + магнит	260	45,1	40,91	1,85

Исследования показали, что обработка семян щелочной водой не оказала влияния на высоту растений (96,5–97,8 см) в сравнении с контрольным вариантом (97,7 см), где семена были обработаны водной суспензией протравителя. Магнитная обработка увеличивала этот показатель до 101,0–102,0 см. Длина колоса при всех изучаемых видах обработки семян была на уровне контроля или несколько ниже.

Нами также изучено влияние обработки семян физическими факторами на формирование элементов структуры урожайности озимой мягкой пшеницы Юка (таблица 4).

Установлено, что на контроле этот показатель был на уровне 290 шт./м2, Наибольшее количество растений на 1 м2 отмечено при трехчасовом замачивании семян в воде с (308 шт./м2), еще выше – при дополнительной их магнитной обработке – 330 шт./м2. В этом же варианте опыта отмечаются высокие значения числа зерен в колосе (42,7 шт.), массы 1000 зерен (10,09 г) и массы зерна с одного колоса (1,71 г).

Праймирование семян в течение 10 часов вызвало значительное снижение густоты стояния растений – до 138 шт./м2, что можно объяснить ухудшением сыпучести семян при посеве и снижением их полевой всхожести. Применение градиентных магнитных полей увеличивало густоту стояния растений озимой мягкой пшеницы до 203–260 шт./м2, что все же ниже контроля. При этом необходимо отметить, что применение градиентных магнитных полей на фоне 10-часовой обработки семян щелочной водой обеспечило формирование наивысших показателей элементов структуры озимой мягкой пшеницы в опыте. Так, число зерен в колосе, масса 1000 зерен и масса зерна с одного колоса установлены соответственно – 45,1 шт., 40,91 и 1,85 г.

Урожайность является главным критерием при оценке эффективности применения различных агроприемов. В наших исследованиях наибольшей она была в варианте с трехчасовым праймированием семян с последующей обработкой градиентными магнитными полями – 73,83 ц/га, при 70,21 ц/га в контрольном варианте с протравленными семенами (рисунок 4).

Контроль    Обработка    Обработка    Обработка    Обработка    Обработка

(семена водой рН=10,3    водой    водой 10 часов водой рН=10,3 водой рН=10,3

протравлены)     3 часа     рН=10,3 3 часа                  10 часов      10 часов +

+ магнит                                   магнит

Рисунок 4 – Влияние обработки семян физическими факторами на урожайность озимой мягкой пшеницы

Несколько ниже урожайность отмечена в варианте с увеличением праймирования семян до 10 часов и обязательной магнитной обработкой – 70,26 ц/га. Урожайность озимой мягкой пшеницы в других вариан- тах опыта значительно уступала урожайности на контрольном варианте.

В таблице 5 представлены результаты анализа влияния обработки семян физическими факторами на качество зерна озимой мягкой пшеницы сорта Юка.

Таблица 5 – Качество зерна озимой мягкой пшеницы сорта Юка

Вид обработки	Натура зерна, г/л	Содержание белка, %	Клейковина		Стекловид-ность, %
			содержание, %	ИДК у.ед.
Контроль (семена протравлены)	760	11,45	20,1	80	47
Обработка водой (католит рН=10,3) 3 часа	770	11,53	20,2	81	47
Обработка водой (католит рН=10,3) 3 часа + магнит	776	11,54	20,0	82	47
Обработка водой 10 часов	770	11,88	21,1	81	48
Обработка водой (католит рН=10,3) 10 часов	775	11,82	21,0	80	48
Обработка водой (католит рН=10,3) 10 часов + магнит	798	12,00	21,5	80	48

Нами установлено, что все изученные виды предпосевной обработки семян обеспечивают улучшение качественных показателей зерна озимой мягкой пшеницы в сравнении с контрольным вариантом (протравленные семена). Наилучшие показатели качества зерна отмечены в варианте с применением магнитного поля на фоне 10-часовой обработки семян щелочной водой.

Заключение. Результаты исследований предпосевной обработки семян ярового ячменя и озимой пшеницы электроактивированной водой, градиентным магнитным полем и их комбинированным воздействием показали, что наилучшие биометрические и структурные показатели растений, качество зерна и урожайность отмечены в варианте с комбинированным применением католита с рН =10,3 и градиентного магнитного поля. В результате активизации биологических процессов в семенах и растениях обеспечивается улучшение стартовых характеристик семян и увеличение урожайности (на 13,9%).

Эффект воздействия градиентного магнитного поля на движущиеся в магнитном поле семена можно объяснить следующими факторами:

– изменением структурной организации водной среды в семени;

– увеличением доли ортоводы в водной среде семени;

– преобразованием энергии магнитного поля в энергию орбитального движения электронов за счёт спин-орбитального взаимодействия в живых биообъектах.