Способ обеззараживания семян зерновых культур с применением озонированных масел

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для предпосевной биотехнологической обработки и оздоровления семян культур растительного происхождения. Способ обеззараживания семян зерновых культур с применением озонированных масел заключается в том, что для протравливания семян используют масло-водяную эмульсию 1-го рода. Эмульсию готовят на основе озонированных растительных масел: оливкового, подсолнечного, касторового или рапсового с большим содержанием ненасыщенных углеводородов жирного ряда с содержанием озонидов в концентрации от 3 до 10 % на 1 кг растительного масла, исключающим прогорклость масла. При этом для обеспечения физической стабильности осуществляют механическое перемешивание до однородного содержания масла с добавлением воды при соотношении 1 мл масла на 1 л воды, а также эмульгаторов в рабочих емкостях промышленных устройств гомогенизаторов. Изобретение позволяет повысить эффективность обработки семян. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для предпосевной биотехнологической обработки и оздоровления семян культур растительного происхождения.

По сортовым и посевным качествам семена сельскохозяйственных культур должны соответствовать Национальному стандарту Российской Федерации ГОСТ Р 52325-2005, введенному 01.01.2006 г. По техническим требованиям запрещается использовать для посева семена, в которых обнаружены: сорняки (семена, плоды), вредители и возбудители болезней, имеющие карантинное значение для Российской Федерации согласно перечню, утвержденному в установленном порядке; живые вредители и их личинки, повреждающие семена соответствующей культуры. Поэтому все семена должны пройти биотехнологическую обработку перед посевом.

Существуют различные способы получения озона, например электронной бомбардировкой кислорода [2], путем фотохимических реакций, при электролизе воды или водных (неводных) растворов [6]. Однако наиболее эффективным способом является способ получения озона путем его генерации в барьерном взаимокоронирующем поверхностном разряде между электродами высокочастотными импульсами напряжения электрического разряда с последующей подачей сквозь них потока воздуха [4].

Известна технология предпосевной обработки озоном семян огурца обыкновенного (сорт «Изящный») и овса посевного (сорт неизвестен) [5], где в лабораторных опытах определялось влияние озонообработки семян на их посевные показатели и основной механизм получения озона связан с синтезом его из кислорода или воздуха в неравновесном газовом разряде атмосферного давления. Подготовка семян к обработке состояла в ранжировании их по величине, что уже на предварительном этапе позволяло получить относительно однородный по морфологии и содержанию запасаемых питательных веществ материал. Для эксперимента были взяты семена огурца и овса средней величины (0,70-0,80 см и 1,30-1,40 см соответственно), как наиболее многочисленные среди представленных размерных фракций. Для озонообработки применялся специально разработанный и изготовленный озоногенератор на основе незавершенного поверхностного разряда с рабочей камерой кольцевого типа, который обеспечивал на выходе концентрацию озона около 16,1 мг/м3. При площади выходного сечения рабочей камеры S=6×10-3 м2 и характерной скорости генерируемого потока V~0,1 м/с производительность установки по озону составляла G=S×V=34,8 мг/ч. В первой серии экспериментов семена сначала подвергались воздействию озоновоздушным потоком, во второй - обработка осуществлялась в озонированной дистиллированной воде, для обработки был применен озонатор роторного типа с барьерной короной постоянного тока, а время обработки было сходно со временем обработки семян в воздухе. Проращивание проводили на увлажненной фильтровальной бумаге, обработанной озоном уложенной на дно чашек Петри. Выполненные исследования показали перспективность разработки комбинированных технологий озонаторов с малой концентрацией озона на выходе. Однако, эта технология является малоэффективной для промышленного озонирования зерна.

Известен способ обработки семян сельскохозяйственных культур и устройство для его реализации с помощью озонирования аспирационным методом в условиях лаборатории [6], при котором семена, подлежащие обработке, загружаются в смесительную камеру непосредственно на воздухопроницаемую перегородку, находящуюся в устройстве. Центробежный вентилятор в режиме аспирации создает к камере разряжение и в результате нагретый воздух из воздухонагревателя, озона - из озонатора и влажного воздуха - из увлажнителя поступают в смесительную камеру, где в результате перемешивания воздушно-газовых компонентов образуется озоновоздушный агент. Влажная биомасса насыщается озоном, поступающим из смесительной камеры, и происходит отвод влаги. На первом этапе происходит обеззараживание семян: подавление бактерий, вирусов, вредных насекомых, грибковой микрофлоры и другой патогенной среды, а на втором этапе в смесительную камеру вместе с озоном подается нагретый воздух из воздухонагревателя, обеспечивая оптимальный режим сушки. Основным достоинством этого способа является высокая эффективность лечебной обработки, в течение которой подавляются бактерии, вирусы, грибковая микрофлора и другая патогенная среда, и, одновременно, проводится оздоровление сельскохозяйственной продукции. Однако все заканчивается лабораторными испытаниями, а не натурными, а тем более озонирование семян происходит не в промышленных масштабах.

Известен способ предпосевной обработки семян озоном [8], где основной механизм получения озона связан с синтезом его из кислорода или воздуха в неравновесном газовом разряде атмосферного давления. Озонатор вырабатывает озон из окружающего атмосферного воздуха. Недостатком данного способа являются низкая эффективность обеззараживания из-за малой скорости протекания взаимодействий озона в воздушной фазе с вредной микрофлорой зерна; большая продолжительность процесса; периодичность способа и низкая производительность по обрабатываемому материалу; неравномерность обработки семян в толстом стационарном слое; значительные выбросы озона вместе с отработанным агентом (воздухом) в окружающую среду оказывают отрицательное воздействие на здоровье обслуживающего персонала и экологию [8, 9].

Наиболее близким решением по технической сущности может быть технология, которая осуществляется через устройство для предпосевной обработки семян [5], включающее вентилятор с выходным патрубком и озонатор воздуха, подключенный к высоковольтному источнику постоянного тока, шланговый воздуховод со штанговым воздухораспределителем, причем ионизатор воздуха соединен с выходным патрубком вентилятора и штанговыми воздуховодами. Устройство позволяет обработать семена зерновых культур озоном в определенной емкости или ворохе, провести их обеззараживание, однако оно отличается низкой производительностью, так как штанговые воздуховоды не могут охватить большой объем семян и обеззараживание происходит в пределах 0,1-0,3 м от штанги. В результате проведенных лабораторных исследований было установлено, что обработка сухих семян менее эффективна, чем увлажненных, так как сухие споры возбудителей болезней более устойчивы к протравителям, чем увлажненные, в которых уже начинаются процессы жизнедеятельности.

Анализ изученных источников информации показал перспективность применения озона для обработки семян воздушно-озоновой смесью, а также дистиллированной водой, насыщенной озоном, однако исследования по протравливанию зерна перед посевом с использованием озонированных масел не проводились.

Целью предлагаемого изобретения «Способ обеззараживания семян зерновых культур с применением озонированных масел» является повышение эффективности обработки семян.

Задача, с помощью которой достигается поставленная цель, это создание нового способа обработки семян зерновых культур, представляющего собой комплекс последовательных действий, позволяющих их обеззараживать с помощью озонированных масел, технология которого включает озонирование растительного масла, заключающегося в растворении в нем заданного количества озона путем барботажа с получением озонидов с целью повышения их биологической активности с использованием специально сконструированного озонатора [1] с автоматизированным регулированием концентрации образующихся озонидов и подавлением процессов окисления масла с предотвращением прогорклости, принцип работы которого основан на получении барьерного высоковольтного разряда, осуществляемого при давлении близком к атмосферному в газовой полости между двумя проводящими электродами, из которых хотя бы один покрыт диэлектриком, возникающий распределенный разряд характеризуется сравнительно высокой средней энергией электронов (4÷5 эВ) и низкой средней температурой газа в разрядной зоне, близкой к температуре электродов. Эффективность озонирования повышается с применением редокс-систем с озоном, являющихся источниками радикалов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующих отличиях от приведенного наиболее близкого прототипа [5]:

1) для протравливания семян используется не воздушно-озонная смесь, а масло-водяная эмульсия 1-го рода, приготовленная на основе различных видов озонированных растительных масел: оливкового, подсолнечного, касторового, рапсового и других (в соотношении 1 мл масла на 1 л воды) с большим содержанием ненасыщенных углеводородов жирного ряда с заданным содержанием «озонидов», для обеспечения физической стабильности путем механического перемешивания до однородного содержания с добавлением воды и различных эмульгаторов в нужных пропорциях в рабочих емкостях промышленных устройств гомогенизаторов;

2) процесс насыщения масла озоном автоматически контролируется микропроцессором, что дает возможность получать концентрацию озонидов в масле в широком диапазоне концентраций от 3 до 10% на 1 кг растительного масла;

3) при использовании предлагаемого способа можно достичь высоких степеней озонирования растительного масла в реакторе простой конструкции, включающем в себя емкость с холодильником и крышкой, снабженной барботажной трубкой для соединения с генератором озона и отводящей трубкой для отвода непрореагировавших газов на каталитический разложитель;

4) после доставки потребителю эмульсия разводится до требуемой концентрации при перемешивании в течение 10-20 минут, время которого зависит от объема загружаемого в протравливатель зерна для предпосевной обработки.

На фигуре 1 представлена блок-схема, на которой показана последовательность выполнения операций по обеззараживанию семян зерновых культур: с помощью генератора озона 1 осуществляется получение озоно-кислородной смеси, которая пропускается через барботер 2 с растительным маслом до получения озонированного масла с заданной концентрацией озонидов 3, с помощью гомогенизоторов или механическим путем приготавливается эмульсия 1-го рода 4, перед посевом которой протравливаются семена зерновых культур с использованием протравливателей 5.

Для проверки возможности применения технологии предпосевной обработки семян была приготовлена масло-водяная эмульсия с нормой расхода из расчета 100 мл. на 1 гектар, которой перед посевом обработаны зерна яровой мягкой пшеницы «Злата». Посев был произведен в мае 2019 года на опытном поле ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Немчиновка».

На фотографии (фигура 2), приведены результаты всходов пшеницы «Злата», обработанных эмульсией в сентябре 2019 года (а) и контрольного образца без обработки (б).

В таблице 1 представлены результаты исследований всходов зерен урожая по комплексу показателей [7].

Анализируя фотографии, представленные на фигуре 2, и данные таблицы 1, видно, что у семян пшеницы, обработанных озонированной эмульсией, практически все показатели выше, чем на контрольном участке с необработанными семенами. Особенно различаются процентные показатели поражения септориозом, которые в 5 раз ниже, чем у контрольного образца.

Результаты натурного эксперимента показали, что при использовании предлагаемого способа обеззараживания семян зерновых культур с применением озонированных масел перед посевом имеет место положительный эффект, проявляющийся в трех сферах:

1. Экономическая:

- повышение темпов роста и развития ростков озонированных семян на 10-20% по сравнению с контрольными растениями, соотношение длины корня к длине ростка у озонированных растений увеличилось до 20-25%, а по внешнему виду исследуемые ростки отвечали сортовым признакам;

- повышение урожайности зерновых культур за счет обеспечения длительной защиты семян в процессе всего вегетативного периода прорастания и развития растения;

- повышение качества с.-х. культур за счет решения прямой задачи борьбы с грибковыми и бактериальными культурами;

2. Экологическая:

- оздоровление сельскохозяйственной продукции за счет процесса обеззараживания семян от вредителей и возбудителей болезней без применения пестицидов;

- сохранение и воспроизводство плодородия почв за счет снижения содержания пестицидов;

3. Социальная:

- увеличение продолжительности жизни людей и животных за счет снижение загрязнения биосферы стойкими органическими загрязнителями.

Источники информации

1. Патент RU №2630312.

2. Патент USA №4095115.

3. Патент RU №2064890.

4. Патент RU №2369062.

5. Еншина А.Н. Влияние регулярных обработок озоном на химический состав картофеля и овощей // Вопросы питания, 1989, №6, с 61-64.

6. Морозов А.П., Коптев А.П., Семкин И.Г., Марченко А.В. Энергетика и защита окружающей среды. Свойства и применение озона. Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2002, 304 с.

7. Инновационные разработки по селекции и технологии возделывания сельскохозяйственных структур // ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр «Немчиновка», Москва, 2018.

8. Стрельников А.Ю. Комбинированная технология и результаты озонообработки семян // Молодой ученый. 2010, №6, с. 37-41.

9. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров, врачей / Под ред.: Н.В. Лазарева и И.Д. Гадаскиной // В 3-х томах. Т. 3: Неорганические и элементорганические соединения. - Изд. 7-е, пер. и доп. - Л.: Химия, 1977. - С. 16-17.

1. Способ обеззараживания семян зерновых культур с применением озонированных масел, заключающийся в том, что для протравливания семян используют масло-водяную эмульсию 1-го рода, приготовленную на основе озонированных растительных масел: оливкового, подсолнечного, касторового или рапсового, с большим содержанием ненасыщенных углеводородов жирного ряда с содержанием озонидов в концентрации от 3 до 10 % на 1 кг растительного масла, исключающим прогорклость масла, при этом для обеспечения физической стабильности осуществляют механическое перемешивание до однородного содержания масла с добавлением воды при соотношении 1 мл масла на 1 л воды, а также эмульгаторов в рабочих емкостях промышленных устройств гомогенизаторов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс насыщения масла озоном автоматически контролируется микропроцессором.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что озонирование растительного масла осуществляют в реакторе простой конструкции, включающем в себя емкость с холодильником и крышкой, снабженной барботажной трубкой для соединения с генератором озона и отводящей трубкой для отвода непрореагировавших газов на каталитический разложитель.