Влияние влагозащитной обработки насыщенных водой семян на рост и развитие ячменя

Введение. Здоровые, нормально развитые семена являются залогом высокой урожайности [1, 2, 3]. Однако, попадая при посеве в почву с недостатком влаги в засушливых условиях, семена зачастую испытывают недостаток её, жизненно необходимой им в этот период [7, 9, 10]. Одним из вариантов компенсации этого дефицита является насыщение их влагой (в англоязычной литературе – праймирование). При этом в семени создаётся такой запас воды, который обеспечивает прорастание его с активизацией всех жизненно необходимых процессов [4, 5, 6].

Предшествующими исследованиями установлено, что семена, насыщенные водой, для устранения потерь влаги в иссушённую почву должны быть покрыты тонкой влагозащитной плёнкой, в качестве которой в наших опытах использован легкоплавкий парафин [9, 10, 11]. Такие семена можно сеять весной даже в самые ранние сроки, в том числе при недостатке почвенной влаги в сухую почву. Это обеспечивает ускорение прорастания набухших семян уже при нагреве почвы до 8–10 °С и появление всходов в условиях повышения температуры в почве до 12 °С, тогда как в существующей технологии в это время проводят лишь подготовку к посеву яровых. По этим причинам такое опережение в начале посевной кампании благоприятно может отразиться и на развитии ячменя в дальнейшем: яровые сорта его в условиях многих регионов страны могут дать более высокий урожай [12, 13, 14].

Значительный запас питательных веществ в семени обычно определяет энергичный обмен веществ в нём, а следовательно, и более интенсивный процесс роста при наличии необходимого количества влаги в почве [10, 14].

Если же растения необходимого количества воды в почве не находят, они начинают страдать, из-за водного голодания. В течение 20 дней урожайность ярового ячменя снижается более чем на 30% по сравнению с растениями, в достатке получившими влагу [6, 13].

Не развиваются растения и при отсутствии микроэлементов, которые, как установлено исследованиями, могут дополнительно вноситься в семена при их увлажнении. Поэтому изучение особенностей формирования хозяйственно-ценных признаков и урожайности при насыщении семян водой и нанесении питательных составов является актуальным вопросом и определило цель наших опытов. В задачи исследований входило:

– оценить эффективность посева ячменя увлажнёнными семенами;

– проанализировать биометрические параметры растений ярового ячменя в фазу «колошение – цветение» при различных вариантах его посева;

– изучить хозяйственно-ценные признаки ярового ячменя сорта Леон перед уборкой;

– дать анализ урожайности его в зависимости от варианта опыта по подготовке семян к посеву.

Материалы и методы исследования. Полевые исследования проводили в СЗАО «СКВО» Зерноградского района Ростовской области. Лабораторные анализы осуществляли в Учебной научно-производственной агротехноло-гической лаборатории (УНПАТЛ) Азово-Черноморского инженерного института – филиале ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г. Зернограде.

Подготовка семян ярового ячменя сорта Леон к посеву в производственных условиях производилась в конце марта 2022 года в соответствии с действующими стандартами. Было взято 500 кг ячменя с влажностью 10,2%. При этом сухие семена имели массу 1000 зерен, равную 42,4 г.

Навеска семян была разделена на две партии по 250 кг, одна из них подверглась увлажнению в течение 20 часов до насыщения водой. Увлажнение семян до насыщения водой производилось согласно рекомендациям, изложенным в работах [9, 10]. Наружная сушка и нанесение влагозащитного плёночного покрытия на семена осуществлялись на установке, схема которой представлена на рисунке.

Решётный стан (рисунок) содержит решето с ячейками, которые меньше размера насыщенных влагой семян, механизм привода решета в колебательные движения, бункер для семян, вентилятор, канал воздуховода с заслонками, распылитель, бачок, имеющий нагреватель и ёмкость, насос, трубопровод подачи ма- териала покрытия к распылителю и поддон сбора обработанных семян. Решето имеет подвески. Каналы воздуховода делят решето на зоны А и Б для наружной сушки семян и обработки их нанесением покрытия.

В процессе работы решётного стана увлажнённые семена поступают на колеблющееся решето. В зоне А решета потоком тёплого воздуха от вентилятора семена наружно сушатся. После этого семена проходят далее в зону Б этого решета. В ней они попадают под факел распыления материала влагозащитного покрытия (легкоплавких парафина П-2 или минерального воска). Затем обработанные таким образом семена поступают в поддон для использования на посев. Остатки материала покрытия стекают в полость канала и по трубопроводу попадают в бачок, где снова нагреваются.

1 – решето; 2 – ячейки; 3 – привод решета; 4 – бункер; 5 – вентилятор; 6 и 7 – каналы воздуховода; 8 и 9 – заслонки; 10 – распылитель; 11 – бачок; 12 – нагреватель; 13 – ёмкость; 14 – насос; 15 – трубопровод; 16 – поддон;

17 и 18 – подвески; 19 – нагреватель; 20 – полость; 21 – наклонная стенка; 22 – решётчатая перегородка;

23 – трубопровод

Схема установки для увлажнения, наружной сушки и нанесения влагозащитного плёночного покрытия на семена

1 – sieve; 2 – cells; 3 – sieve drive; 4 – hopper; 5 – fan; 6 and 7 – air duct channels; 8 and 9 – dampers; 10 – pulverizer; 11 – tank; 12 – heater; 13 – container; 14 – pump; 15 – pipeline; 16 – underpan; 17 and 18 – hanger brackets; 19 – heater;

20 – cavity; 21 – inclined wall; 22 – latticed partition wall; 23 – pipeline Scheme of a humification installation, external drying and applying a moisture-proof film coating on the seeds

Обработка семян под факелом распыления создаёт на поверхности семени плёночное покрытие, толщина которого составляет несколько микрон. Всё это позволяет обеспечить защиту впитавшейся в каждое семя воды после посева от потерь её в почву с недостаточным увлажнением, что способствует активизации в нём процессов, способствующих его прорастанию.

Другая часть семян использовалась в качестве контрольного посева по общепринятой технологии без увлажнения, но также с обработкой растворами защитно-стимулирующих препаратов.

Масса 1000 зерен первой увлажнённой партии составила 57,6 г , а второй 42,4 г . Посев производился по предшественнику «озимая пшеница» 31 марта 2022 г. в СЗАО «СКВО» на отделении № 3 (поле № 1, участок 2). При этом ширина захвата сеялки была равна В = 10,8 м, глубина заделки семян 3–4 см, а засеянная площадь составляла 2,65 га . Норма высева была 211,5 кг/га, а в расчёте на неувлажненное зерно – 188,7 кг/га, что в пересчете на количественный показатель в штуках составило 3,9 млн/га. В контрольном варианте посева не-увлажненными семенами норма высева была равна 4,5 млн/га, или 190 кг/га.

В фазе полной спелости зерна снопы растений доставлялись в лабораторию, где были определены биометрические показатели, выполнен структурный анализ снопов, определена биологическая урожайность, получены показа- тели качества зерна. Уборку производили комбайном Aсros 550.

Высоту растений, длину колоса и анализ элементов структуры урожая проводили в соответствии с «Методикой государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур», а обработку результатов – по методике Б.А. До-спехова с использованием стандартных компьютерных программ.

Результаты исследования и их обсуждение. Оценку вегетации зерновых культур обычно проводят по показателям следующих фаз роста и их развития: всходов, кущения, выхода в трубку, колошения (вымётывания), цветения, налива колоса и, наконец, созревания.

Фазе всходов предшествуют процессы набухания и прорастания семян . Для прорастания семян они должны поглотить влагу до набухания, что зависит от их размеров и состава химических веществ.

В условиях хозяйств нашей страны посеву в оптимальные сроки соответствует температура почвы порядка 10–21 °С. При температуре её более 30–35 °С прорастание семян нарушается и возможна даже их гибель.

Исходя из этого, в процессе исследований нами осуществлялось наблюдение за ростом и развитием растений ячменя на протяжении всего периода вегетации, но особое внимание уделялось более значимым фазам для технологий посева увлажнёнными семенами и обычной сухими семенами.

Таблица 1 – Анализ снопов ячменя в фазу «колошение – цветение» Table 1 – Analysis of barley sheaves at "earing – flowering" stage

Способ подготовки семян Method of seed preparation	Норма высева, млн шт./га Seeding rate, mln pcs/ha	Биометрические показатели     Biometric indicators
		Количество продуктивных стеблей, шт./м2 Number of productive stems, pcs/m 2	Высота растений, см Plant height, cm	Масса, г/м2   Weight, g/m 2			Длина корешка, см Length of a root, cm	Общая кустистость Total bushiness
				сырого снопа raw sheaf	надземной части aboveground part	корневой системы root system
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	4,5	660	28,9	612	548	64	12,35	1,6
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed saturation with moisture and coating	3,9	652	34,5	688	592	96	10,08	2,0

Первый анализ растений ярового ячменя сорта Леон проведён на сноповом материале, отобранном в фазу «колошение – цветение» (таблица 1).

По данным этой таблицы количество продуктивных стеблей на 1 м2 в вариантах с насыщенными водой семенами отмечено на уровне контроля, а коэффициент общей кустистости получен выше на 0,4. Это своеобразный резерв снижения производственных затрат на выращивание ярового ячменя за счет экономии семенного материала.

В результате биометрического анализа снопового материала ярового ячменя установлено, что обработка семян увлажнением способствует росту всех показателей. Так, в варианте с насыщением семян ярового ячменя водой и нанесением влагозащитного покрытия растения были устойчивыми к полеганию и бо- лее высокими – 34,5 см при 28,9 см на контроле. Массы сырого снопа и надземной части были также соответственно выше на 76 и 44 г/м2, чем в контрольном варианте. Однако длина корешка в варианте с исследуемой предпосевной обработкой семян была ниже (10,08 см), чем на контроле, хотя общая масса корневой системы была значительно выше и составила 96 г/м2 при 64 г/м2 на контроле.

В фазу полной спелости проведен вторичный анализ с учётом прямой связи высоты исследуемых растений с показателями устойчивости их к полеганию и последующего соотношения побочной и зерновой частей. В условиях 2022 года высота растений и длина колоса на контрольном участке составила 74,4 и 6,4 см соответственно. В варианте с обработкой семян увлажнением эти показатели составили 73,1 и 7,0 см (таблица 2).

Таблица 2 – Влияние обработки семян увлажнением на высоту растений и длину колоса ярового ячменя Леон

Table 2 – Effect of seed treatment with moisture on plant height and ear length of spring barley Leon

Вариант опыта Variant of an experiment	Высота растений, см Plant height, cm	Длина колоса, см Spike length, cm
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	74,4	6,4
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed moisture saturation with coating	73,1	7,0

Таблица 3 – Влияние предпосевной обработки семян влагонасыщением на состояние стеблестоя и продуктивную кустистость ярового ячменя

Table 3 – Effect of presowing treatment of seeds with moisture saturation on the state of the stem and productive bushiness of spring barley

Вариант опыта Variant of an experiment	Количество, шт./м2 Number, pcs/m 2		Продуктивная кустистость Productive bushiness
	растений plants	продуктивных стеблей productive stems
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	331	746	2,3
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed moisture saturation with coating	304	854	2,8

В структуре урожая важны и показатели густоты продуктивного стеблестоя в расчёте на единицу посевной площади. Количество растений на единице площади перед уборкой было выше на контрольном варианте, а наибольшее количество продуктивных стеблей на 1 м2 (854 шт./м2) и продуктивная кустистость (2,8) были установлены в варианте с предпосевным насыщением семян водой и дальнейшим нанесением на семена влагозащитного покрытия (таблица 3). Это свидетельствует о большой отзывчивости ярового ячменя на такую предпосевную обработку.

Наибольшая масса снопа (1788,5 г), масса зерна со снопа (718 г) и биологическая урожайность (7,40 т/га) были получены также в варианте с обработкой семян увлажнением (таблица 4).

Таблица 4 – Влияние обработки семян насыщением водой на элементы структуры и биологическую урожайность ярового ячменя

Table 4 – Effect of seed treatment with water saturation on structural elements and biological yield of spring barley

Вариант опыта Variant of an experiment	Масса снопа, г/м2 Sheaf weight, g/m2	Масса зерна со снопа, г/м2 Weight of grain sheaf, g/m2	Биологическая урожайность, т/га* Biological yield, т/hа*	Уборочный индекс (К хоз ), % Harvest index (Economic index), %
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	1384,6	548	5,48	39,6
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed moisture saturation with coating	1788,5	718	7,40	41,2

*с учетом всей массы зерна со снопа на 1 м2.

Наибольший коэффициент хозяйственного использования всей биомассы или уборочный индекс (К хоз ), характеризуемый отношением ценной для хозяйства биомассы растения к общей надземной её массе и служащий для анализа эффективности аттракции пластических веществ из соломы в зерно, был на опытном варианте посева – 41,2%.

Дальнейшим анализом колосьев в сноповом материале ярового ячменя установлены наибольшие показатели количества зерен в колосе, массы зерна с одного колоса и количества зерен в снопе (таблица 5) в варианте посевов семян с обработкой их насыщением влагой.

Урожайность зерновых культур в значительной степени определяется озернённостью соцветия, массой 1000 зерен и массой зерна с колоса. Предпосевная исследуемая обработка семян обеспечила растения ярового ячменя в этом варианте опыта хорошим стартом, что в итоге обеспечило и формирование этих показателей на достаточно высоком уровне – 19,0 шт., 45,37 и 0,86 г соответственно при 17,8 шт., 40,96 и 0,73 г на контроле.

Показатели качества зерна из снопового материала приведены в таблице 6.

Среди приведенных в этой таблице показателей качества весьма важным является содержание в зерне сырого протеина. Более высоким этот показатель был в варианте с исследуемой предпосевной обработкой семян – 12,75%.

Таблица 5 – Анализ колоса ярового ячменя сорта Леон Table 5 – Analysis of the ear of spring barley variety Leon

Вариант опыта Variant of an experiment	Биометрические показатели колоса Biometric indicators of the ear		Количество зерен в снопе, шт./м2 Number of grains in a sheaf, pieces/m2	Масса 1000 зерен, г Weight of 1000 grains, g
	количество зерен, шт. number of grains, pcs.	масса зерна с колоса, г weight of grain per ear, g
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	17,8	0,73	13308	40,96
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed moisture saturation with coating	19,0	0,86	16365	45,37

Таблица 6 – Качество зерна ярового ячменя на опытных участках Table 6 – Grain quality of spring barley on experimental plots

Вариант опыта Variant of an experiment	Содержание протеина, % Protein content, %	Содержание клетчатки, % Fiber content, %	Влажность, % Humidity, %
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	11,14	4,45	11,0
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed moisture saturation with coating	12,75	4,39	10,9

*оценку качества зерна осуществляли на анализаторе Ифралюм ФТ-10.

По результатам уборки урожайность в варианте с предложенной технологией предпосевной обработки семян получена на 1,4 ц/га выше, чем на контрольном участке (таблица 7).

После уборки опытного участка был отобран образец из бункера комбайна для дополнительного анализа специализированной лаборатории Азово-Черноморского инженерного института качества зерна, результаты которого представлены в таблице 8.

По этим данным натура зерна составила 679 г/л, масса 1000 зерен – 43,65 г, а содержание протеина – 12,10%, что в совокупности с приведенными выше результатами исследований свидетельствует об улучшении роста и развития ячменя.

По полученным данным направление совершенствования технологии подготовки семян ярового ячменя насыщением их водой и последующими операциями наружной сушки и покрытия влагозащитной плёнкой перед посевом представляется достаточно перспективным в наступивших условиях аридизации климата. Оно обеспечивает улучшение условий развития растений при посеве ячменя в почву с недостатком влаги и повышение урожайности.

Таблица 7 – Анализ результатов уборки ячменя Леон в СЗАО «СКВО» по предшественнику озимая пшеница Table 7 – Analysis of the results of harvesting barley Leon in Agricultural closed joint stock company "SKVO" with winter wheat as a predecessor

Способ подготовки семян Method of seed preparation	Норма высева, млн шт./га Seeding rate, mln pcs/ha	Урожайность, ц/га  Yield, c/ha
		С зачетного участка площадью 100 м2, кг From the studied plot of 100 m2, kg	Расчетная урожайность с площади в 1 га, ц/га Estimated yield from an area of 1 ha, c/ha	Урожайность в полевых условиях, ц/га Crop yield in field conditions, c/ha
Контроль (сухие протравленные семена) Control (dry treated seeds)	4,5	43,2	43,2	43,2
Исследуемый вариант насыщения семян влагой с нанесением покрытия Studied variant for seed moisture saturation with coating	3,2	44,6	44,6	44,6

Таблица 8 – Показатели качества зерна, отобранного из бункера комбайна после уборки Table 8 – Indicators of quality of grain selected from the hopper of a combine harvester after harvesting

Сорт Леон Variety Leon	Натура, г/л Grain unit, g/l	Масса 1000 зерен, г Weight 1000 grains, g	Содержание протеина, % Protein content, %	Влажность, % Humification, %	Содержание клетчатки, % Fiber content, %
	679	43,65	12,10	10,9	4,15

Выводы. Предварительная обработка семян ярового ячменя обильным увлажнением с покрытием их защитной микроплёнкой перед посевом в почву с недостаточным содержанием влаги по данным проведённого эксперимента существенно улучшает все показатели их роста и развития, обеспечивая повышение его урожайности не менее чем на 1,4 ц/га.

Установлено, что предпосевная обработка семян ярового ячменя, насыщение водой с последующим покрытием их влагозащитной пленкой обеспечивает получение более высоких, устойчивых к полеганию растений. Масса корневой системы их повышается на 50% в сравнении с растениями контрольного посева по общепринятой технологии. Повышается количество продуктивных стеблей на 1 м2 посева и их кустистость.

Исследования показали перспективность этого направления в дальнейшем совершенствовании технологии и технических средств подготовки и других семян сельскохозяйственных культур к посеву их в засушливых условиях.