Способ предпосевной обработки семян рапса электромагнитным полем сверхвысокой частоты

Изобретение относится к сельскому хозяйству в области растениеводства и представляет собой способ предпосевной обработки семян рапса электромагнитным полем сверхвысокой частоты. Способ включает предварительное увлажнение семян в течение 3 минут до влажности 14% и обработку их электромагнитным полем сверхвысокой частоты с удельной мощностью 509 Вт/дм³ и экспозицией обработки 90 секунд до конечной температуры нагрева семян 31,25°С. Изобретение позволяет повысить посевные качества семян рапса и обеззаразить их от семенных инфекций. 4 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству в области растениеводства, в частности к способам предпосевной обработки семян электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) масленичных культур, например семян рапса.

Известен способ предпосевной обработки семян (патент РФ № 2304372 А01С 1/00, 20.07.2008), включающий увлажнение семян и их обработку в электромагнитном поле, притом семена увлажняют водой с температурой 24°С в течение 10 минут при соотношении семена: вода = 4:1 соответственно, затем семена обрабатывают в СВЧ-поле с мощностью 540 Вт, экспозиции 60-90 секунд при конечной температуре семян 46,5…52,3°С (прототип).

Недостатком данного способа является недостаточно высокая степень обеззараживания семян от семенных инфекций.

Задача изобретения - повышение посевных качеств семян и их обеззараживания от семенных инфекций.

Технический результат, в отличие от прототипа, достигается тем, что проводят предварительное увлажнение и обработку семян электромагнитным полем сверхвысокой частоты, притом семена увлажняют до влажности 14% в течение 3 минут, а затем обрабатывают электромагнитным полем сверхвысокой частоты с удельной мощностью 509 Вт/дм³, экспозицией обработки 90 секунд до конечной температуры нагрева семян 31,25°С.

Семенные инфекции представляют чрезвычайную опасность для семян рапса. Если не вести с ними борьбу, они способны на 20-50% снизить урожай семян, а в годы эпифитотий - полностью его уничтожить, нанося огромный экономический ущерб. Отдельные виды фузариозов способны выделять вредные для здоровья человека и домашних животных токсины. Пораженные ими семена совершенно не пригодны для использования в продовольственных и фуражных целях.

Согласно идее тепловой стимуляции, для улучшения посевных качеств семян их необходимо нагреть на определенную (допустимую) температуру за определенное время. Предварительные исследования показывают, что на посевные качества, обеззараживание от семенных инфекций и урожайность семян оказывают влияние такие показатели, как удельная мощность ЭМПСВЧ, экспозиция (время) нагрева семян, конечная температура семян, обработанных в СВЧ-поле.

Закладка лабораторных опытов: перед обработкой в ЭМПСВЧ семена увлажнялись в течение трех минут до влажности 14,0%. Предварительно увлажненные семена рапса помещались в камеру микроволновой печи, где при разных режимах производилось прогревание и обеззараживание семян от семенной инфекций. Анализ семян на определение биологической эффективности параметров СВЧ-поля и посевных качеств проводили с помощью биологического метода (метод влажных камер) в чашках Петри, в которые предварительно укладывались 2 слоя фильтровальной бумаги, смоченной до уровня наименьшей влагоемкости, на нее укладывалось по 100 семян, прошедших обработку в СВЧ-поле при разных режимах, затем чашки Петри помещались в термостат. Учеты проводились через 7 суток. Устанавливалась лабораторная всхожесть семян и их зараженность семенной инфекцией. В процессе экспериментов определяли конечную температуру семян после их обработки в СВЧ-поле.

В соответствии с допустимой температурой нагрева семян выбиралось сочетание диапазона и удельной мощности Р_уд (Вт/дм³) ЭМПСВЧ, за время, равное 30…90 с, при различных сочетаниях мощностей семена нагреваются до температуры t=20…80°C, допустимая влажность для нагрева поверхности семян 14%.

Таким образом, вышеизложенное позволяет выделить два основных фактора воздействия на конечную температуру семян и принять следующие пределы их изменения:

x₁ (τ) - 30-90 - экспозиция обработки, с;

x₂ (Р_уд) - 509-2548 - удельная мощность ЭМПСВЧ, Вт/дм³.

Для определения всхожести семян рапса, подвергнутые воздействию ЭМПСВЧ, семена закладывались на проращивание в день обработки. Опыт по определению влияния ЭМПСВЧ на лабораторную всхожесть семян рапса проводился согласно матрицы планирования Кона (Ко2) и состоял он из девяти вариантов и десятого контроля (семена не обрабатывались в поле сверхвысокой частоты). Полученные результаты приведены в таблице.

Из таблицы следует, что при Р_уд=509 Вт/дм³ и экспозиции обработки 30 секунд (вариант 4) наблюдается высокая всхожесть семян 88,5%, конечная температура нагрева семян составляет 26,5°С, при этом происходит обеззараживание семян рапса от бактериоза на 100%, идет стимуляция роста альтернариоза и фузариоза и Р. Penicillium по сравнению с контролем, т.е. отрицательные показатели по обеззараживанию семян рапса от семенных инфекциий.

При Р_уд=509 Вт/дм³ и экспозиции 60 секунд (вариант 6) сохраняется высокая всхожесть семян рапса 88,5%, конечная температура семян составляет 30,75°С, при этом обеззараживание семян от фузариоза происходит 100%, но наблюдается резкая стимуляция роста бактериоза, альтернариоза и Р. Penicillium по сравнению с контролем, т.е. получены отрицательные показатели по трем видам семенной инфекции семян рапса.

Из таблицы видно, что при Р_уд=509 Вт/дм³ и экспозиции обработки τ=90 секунд конечная температура нагрева семян достигает 31,25°С (вариант опыта 2 и фиг.1) и лабораторная всхожесть составляет 95,5%, т.е. повышается по сравнению с контролем на 16%. Это объясняется тем, что температура нагрева семян в данном временном диапазоне не превышает допустимых значений, тем самым стимулируя рост. При этом наблюдается обеззараживание семян рапса от бактериоза на 100%, от альтернариоза - на 100%, от фузариоза - на 100%, от Penicillium - на 60%. Следовательно, что касается режимов при Р_уд=509 Вт/дм³, то с понижением экспозиции нагрева семян с 60 до 30 с мы наблюдаем повышение процента зараженности семян рапса по альтернариозу, фузариозу и Penicillium (варианты 4 и 6), так как за 30-60 секунд обработки семян в СВЧ-поле происходит стимулирование роста возбудителей семенной инфекции, хотя всхожесть семян высока и составляет 88,5%.

При удельной мощности 1529 Вт/дм³ и экспозиции от 30, 60 и 90 секунд, конечной температуре нагрева семян 34°С, 42,5°С, 54,5°С (соответственно) сохраняется высокая всхожесть семян рапса 92,5, 94,5 и 88,5 соответственно (варианты 7-9) по сравнению с контролем, но при этом наблюдается низкий процент обеззараживания семян рапса от бактериоза 22%, 67%, 78% соответственно; от альтернариоза 57%, 71%, 86% соответственно; от фузариоза - высокие показатели обеззараживания 90%, 100%, 100% соответственно; от Р. Penicillium - наоборот, идет стимуляция роста возбудителей семенной инфекции.

Ухудшение качественных показателей семян происходит при удельной мощности Р_уд=2548 Вт/дм³ и экспозиции обработки τ=60-90 секунд (варианты 5, 1), конечная температура нагрева семян достигает 63,25°С и 72,75°С соответственно, при этом лабораторная всхожесть составляет 48,0%, 35,0% соответственно, так как семена под действием высокой температуры гибнут. При экспозиции 30 секунд (вариант 3) и удельной мощности 2548 Вт/дм³ конечная температура семян составляет 46,5°С, лабораторная всхожесть семян рапса - 81,5%, но наблюдается резкая стимуляция Penicillium, т.е. рост возбудителей семенной инфекции.

Лабораторная всхожесть семян, обработанных в ЭМПСВЧ, изменяется аналогично энергии прорастания. Анализ лабораторной всхожести и получение поверхности отклика (фиг.2) показывают, что изменение лабораторной всхожести также связано с изменением двух изучаемых факторов воздействия: экспозиция обработки, удельная мощность ЭМПСВЧ.

Полученная модель и фиг.2, описывающие нагрев семян рапса в ЭМПСВЧ, позволяют рассчитать и подобрать предельно допустимую температуру нагрева семян.

В семенах в начальный период нагрева происходят обмен веществ, дыхание и т.д. Семена, как биологические объекты, содержат связанную влагу, необходимую для обеспечения их нормальной жизнедеятельности. Перед обработкой в ЭМПСВЧ семена увлажняются в течение трех минут, при этом их влажность увеличивается до 14%. Таким образом, в семенах появляется свободная влага, которая не является необходимой для жизнедеятельности растительного материала и они эту влагу при нагреве отдают без витального сопротивления. В начальный период обработки происходит нагрев пленки воды, семена при этом нагреваются незначительно. Так при нагреве семян до 53°С влага перемещается внутри семени благодаря градиенту влажности (влагопроводность), а градиент температуры (термовлагопроводность) служит дополнительным сопротивлением для перемещения влаги. Поэтому температурный градиент и его тормозящее действие для перемещения влаги из внутренних слоев семян к наружному не велико.

При дальнейшем повышении удельной мощности и экспозиции температура нагрева семян достигает 63…72,75°С, происходит снижение влагосодержания до гигроскопической, связь влаги с семенем увеличивается, а поток влаги из внутренних слоев семян уменьшается. Таким образом, возникает дефицит влаги на поверхности семени, с этого момента зона испарения углубляется, температура внутри семян резко возрастает. В результате нарушается связь воды со скелетом твердого тела, происходят процессы умертвляющие жизнь клеток. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что на режимах обработки при Р_уд=2548 Вт/дм³ и τ=90 с; Р_уд=2548 Вт/дм³ и τ=60 с происходит губительный нагрев семян.

По экспериментальным данным получены уравнения регрессии по основным заболеваниям рапса - фузариозу, бактериозу, альтернариозу и P.Penicillum. На основании полученных уравнений регрессии построены поверхности отклика (фиг.3…5) для нахождения режимных параметров обеззараживания семян в ЭМПСВЧ.

Экспериментальный материал и полученные поверхности отклика (фиг.3-5) показывают, что наиболее эффективным являются режим при Р_уд=509 Вт/дм³ и τ=90 с.Так как на этом режиме обработки полностью снимаются такие инфекции, как альтернариоз, фузариоз и бактериоз и на 60% происходит обеззараживание семян рапса от P.Penicillum.

Таким образом, по опытным данным и полученным поверхностям отклика, для предпосевной обработки семян рапса в ЭМПСВЧ можно рекомендовать следующий вариант обработки: τ=90 с, Р_уд=509 Вт/дм³, конечная температура нагрева семян рапса 31,25°С.

Предлагаемый способ легко осуществим в сельскохозяйственном производстве.

Способ предпосевной обработки семян рапса электромагнитным полем сверхвысокой частоты, включающий предварительное увлажнение и обработку семян электромагнитным полем сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что семена увлажняют в течение 3-х мин до влажности 14%, а затем обрабатывают электромагнитным полем сверхвысокой частоты с удельной мощностью 509 Вт/дм³, экспозицией обработки 90 с, до конечной температуры нагрева семян 31,25°С.