СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
METHOD FOR PLASMA PRE-SOWING TREATMENT OF GRAIN CROP SEEDS

-3
-3
3
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к средствам стимулирования прорастания семян сельскохозяйственных культур, и может быть использовано для предпосевной обработки семян зерновых культур. Сущность изобретения: способ предпосевной обработки семян зерновых культур, предусматривает воздействие на семена низкотемпературной (холодной) неравновесной аргоновой плазмы при атмосферном давлении при мощности 1,4⋅10-1,6⋅10 Вт/см в течение 30-240 секунд. Использование изобретения позволяет ускорить процесс прорастания семян, увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур и снизить удельные энергозатраты при проведении плазменного воздействия на семена.
Известен способ повышения урожайности растений (см. патент Великобритании № 2145317, МПК А01К 29/00, опубликован 27.03.1985 г.), состоящий в том, что растения подвергают эффективному облучению магнитными импульсами переменной полярности, форма которых аналогична форме двухфазного потенциала с частотой следования 0,01-1,00 с и шириной импульсов 0,002 с. Известный способ обеспечивает незначительное повышение всхожести семян растений. Применение известного способа не обеспечивает подсушивание семян и не оказывает бактерицидного или фунгистатического воздействия на семена.
Известен способ обработки семян (см. патент РФ № 2175826, МПК А01С 1/00, опубликован 20.11.2001 г.), включающий воздействие перед посевом на обрабатываемые семена электромагнитным полем, амплитудно-модулированным колебаниями крайне низкочастотного диапазона, в течение 40-60 минут при напряженности поля 120-1400 А/м. Известный способ обеспечивает увеличение всхожести семян, однако процесс обработки чрезмерно длителен, что негативно сказывается на его производительности, воздействие известным способом не оказывает бактерицидного или фунгистатического воздействия на семена.
Известен способ предпосевной обработки семян (см. патент РФ № 2109429, МПК А01С 1/00, опубликован 27.04.1998 г.), при котором обработку ведут импульсном светом электрического разряда мощностью от 100 МВт и выше микросекундного диапазона длительностей от единиц мкс и более, а разряд осуществляют в воздухе при атмосферном давлении. Время облучения одной партии зерна составляет 20-40 минут. Светоимпульсное облучение семян ускоряет всхожесть и темп роста растений, однако процесс обработки весьма длителен. Кроме того, такое воздействие по биологическим меркам является резким, «ударным» воздействием, что может привести к неконтролируемым биологически (генным) изменениям в семенах.
Известен способ обработки семян (см. патент РФ № 2185714, МПК А01С 1/00, опубликован 20.10.2002 г.), заключающийся в облучении семян электромагнитным сверхвысокочастотным полем миллиметрового диапазона волн циклическими периодами во взвешенном состоянии семян при их турбулентном перемешивании в объемном резонаторе с принудительной вентиляцией в течение 10 минут. Известный способ повышает стойкость проростков семян древесных пород к инфекционному полеганию на ранних стадиях развития, однако процесс обработки длителен и осуществляется отдельными циклами, что значительно снижает его производительность, воздействие известным способом не оказывает бактерицидного или фунгистатического воздействия на семена.
Известен способ обработки семян растений (см. патент Китая № 1067350, МПК А01С 1/00, опубликован 30.12.1992 г.), включающий помещение семян в камеру и ее вакуумирование, создание в камере газового разряда в форме плазмы, выдержку семян в плазме 1-160 минут при температуре от -20°С до -60°С.Недостатками известного способа обработки семян являются значительная длительность процесса обработки и необходимость создания в камере низких температур.
3
3
Известен способ предпосевной обработки семян растений плазмой газового разряда (см. патент США № 5281315, МПК H05F 3/00, опубликован 25.01.1994 г.), включающий размещение семян растений в камере между электродами, напуск в камеру неорганического газа или смеси неорганических газов до давления от 0,05 Торр до 5,0 Торр, создание в камере низкотемпературной плазмы газового разряда при приложении к электродам высокочастотного напряжения частотой 1-40 МГц и мощности электрического разряда от 0,003 Вт/см до 1,5 Вт/см и воздействие на семена плазмой газового разряда в течение 5-500 с. Известный способ не позволяет определить оптимальные режимы обработки для семян различных растений. В то же время семена овощных, зерновых, кормовых, цветочных, декоративных, лекарственных растений, клубни, луковицы, семена древесных растений различаются размерами, массой, структурой и жесткостью (прочностью) защитной оболочки, периодом покоя. Все эти параметры влияют на выбор режимов плазменной обработки, от которых зависит эффективность биологически активного воздействия на обрабатываемые семена.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обработки семян холодной плазмой импульсного газового разряда (см. патент США № 6543460, МПК В08В 7/04, опубликован 08.04.2003 г.) частотой 3,56-13,56 МГц в течение 15-30 минут при их интенсивном перемешивании. Известный способ обеспечивает протравливание поверхности семян для удаления с нее фунгицидов и инсектицидов, но не оказывает на семена биологически активного воздействия. В известном способе при длительном воздействии на семена плазмой может происходить разрушение наружной защитной оболочки семян, что приводит к потере посевных качеств семян, семена легко заражаются различными инфекциями, происходит загнивание семян при хранении, и сокращаются сроки сохранности семян после такой обработки.
Задачей предлагаемого изобретения являлась разработка способа предпосевной обработки семян, который обеспечивает сбалансированное, неразрушающее и биологически активное воздействие на семена зерновых культур. Технический результат от решения поставленной задачи заключается в ускорении произрастания семян сельскохозяйственных растений, сокращении вегетационного периода, что важно в зоне рискованного земледелия, и повышении их урожайности.
-4
-3
3
Поставленная задача решается тем, что в способе предпосевной обработки семян растений, включающем воздействие низкотемпературной (холодной) неравновесной аргоновой плазмы при атмосферном давлении при мощности электрического разряда 1,4⋅10-4,0⋅10 Вт/см, семена зерновых культур обрабатывают холодной плазмой в течение 30-240 секунд.
Проведенные авторами исследования показали: существует зависимость между режимами плазменной обработки семян и энергией их прорастания. Обнаруженная авторами зависимость и положена в основу предлагаемого способа. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Для плазменной обработки семян использовался источник объемной холодной аргоновой плазмы на основе тлеющего разряда атмосферного давления (ТРАД) [Балданов Б.Б., Норбоев Ч.Н. // Прикладная физика, 2009. №3. С. 93, Балданов Б.Б., Ранжуров Ц.В. // ЖТФ, 2014. Т. 84. Вып. 4. С. 152]. Схематическое изображение экспериментальной установки и системы электродов ТРАД показано на фиг. 1.
-5
Разряд создавался в специальной электродной конструкции с многоострийным секционированным катодом 1 и плоским металлическим анодом 2. Для ввода и вывода аргона разрядная камера снабжена двумя штуцерами с внутренним диаметром d=4 мм, ориентированными перпендикулярно направлению тока разряда. Расход аргона G измеряется с помощью ротаметра РМ - А - 0,16 ГУЗ до 5⋅10 кг/с.
Обработке подвергались семена яровой пшеницы сорта Бурятская остистая, селекции Бурятского НИИСХ. Были подготовлены две партии семян, каждая партия содержала 100 семян. Первая контрольная партия высевалась без плазменной обработки. Вторая партия семян обрабатывалась способом-прототипом без разделения на группы по срокам проверки энергии прорастания и всхожести.
Семена, предварительно очищенные обычными известными способами от посторонних включений, примесей семян других сортов, высушивают до своей естественной влажности (7-13%), и загружают в технологическую камеру для плазменной обработки. Семена 4 равномерно распределялись по поверхности плоского анода 2, при этом семена не касались друг друга (Фиг. 2.), и подвергались воздействию плазмы 3 с различной экспозицией.
-4
3
-3
3
Влияние плазменной обработки на скорость прорастания семян пшеницы проиллюстрировано на фиг. 3. Справа находится необработанная партия семян 5, в середине 6 и справа 7 обработанные плазмой семена с экспозицией 30 с, при объемной мощности разряда 2,6⋅10 Вт/см и 4,1⋅10 Вт/см, соответственно.
Воздействие неравновесной аргоновой плазмы атмосферного давления оказывает положительный биостимулирующий эффект на начальных этапах онтогенеза яровой пшеницы, значительно увеличивается всхожесть семян и стимулируется рост растений. Под воздействием низкотемпературной (холодной) неравновесной аргоновой плазмы, стимулируется не только скорость прорастания семян, но и достигается значительное увеличение биомассы по сравнению с контрольными проростками.
Причина низкой скорости прорастания семян различных видов растений, часто связана с загрязнением семян различными микроорганизмами [ M.,  II Plasma Chem. Plasma Process, 2016. Vol. 36. P. 397.]. В предложенном способе, как показывают экспериментальные исследования, обработка семян в низкотемпературной (холодной) неравновесной аргоновой плазме значительно снижает микробную обсемененность семян (Фиг. 4). Необработанная контрольная партия семян 8 показана справа, а обработанная плазмой 9 с экспозицией 30 с - слева.
-3
-3
3
-4
-4
3
-3
-3
3
-3
-3
3
Режимы плазменной обработки и результаты, полученные после обработки семян яровой пшеницы, представлены в таблице 1. Наибольший эффект отмечался при мощности 1,4⋅10-1,6⋅10 Вт/см и времени обработки 30 и 240 секунд. Низкая мощность и малое время обработки (1,2⋅10-1,4⋅10 Вт/см, 30 секунд) не оказали стимулирующего эффекта, наоборот энергия и всхожесть были ниже по отношению к контролю. С повышением мощности до 4,0⋅10-4,2⋅10 Вт/см не происходит значительного увеличения энергии прорастания, по сравнению с режимом обработки 1,4⋅10-1,6⋅10 Вт/см. Предлагаемый способ обработки семян яровой пшеницы обеспечил увеличение энергии прорастания на 26,1-28,9% и всхожести на 16,0-22,7% по сравнению с необработанными семенами.