СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАПСУЛИРОВАННОГО ПОСЕВНОГО МАТЕРИАЛА
GRANULATED SEEDS PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение в растениеводстве для улучшения качества посевного материала.
При капсулировании благодаря укрупнению и выравниванию поверхности посевного материала создаются благоприятные условия для точного сева, совмещаемого с локальным внесением удобрений, а в силу большего веса и большей поверхности соприкосновения с почвой семена более равномерно заделываются и быстрее поглощают влагу.
Известны различные способы капсулирования семян в виде драже путем нанесения на поверхность искусственных одно- и многослойных оболочек из различных материалов, которые стимулируют прорастание, обогащают растения питательными веществами, предохраняют от поражения болезнями и вредителями (Мухин В.Д. Дражирование семян сельскохозяйственных культур. - М.: Колос. 1971. 95 с.).
Для изготовления драже используют следующие компоненты: наполнитель (в большинстве случаев торф или компост или их смесь), минеральные удобрения, бактериальные удобрения, стимуляторы, ингибиторы, инсектофунгициды и репелленты, клеящие вещества.
Технологический процесс изготовления драже осуществляется в соответствии с одним из следующих трех способов: дражирование наслаиванием, прессование гранул, выдавливание (штамповка) таблеток.
Недостатком известных способов является то, что ни состав ингредиентов, ни технологический процесс изготовления не обеспечивают оптимальных условий для хранения семян, последующего прорастания, роста и развития растений. Так, не представляется возможным оптимизировать водный режим из-за отсутствия таких водосорбентов, которые в отличие от торфа не только хорошо аккумулируют влагу, но также служат эффективным источником водоснабжения. Технологический процесс изготовления также требует улучшения, чтобы исключить возможные повреждения семян в процессе заключения в оболочку или их преждевременное и излишнее увлажнение.
Частично указанные недостатки устранены в известном способе предпосевной обработки семян, согласно которому на поверхность семян или хотя бы на ее часть наносят композиционный состав из связующего и обволакивающего материала (патент РФ №2246194 С1, Кл. A01C 1/00, 18.12.2004 г.). Основную часть композиционной смеси в количестве от 30 до 95% от массы нанесенного на семя слоя составляет органический компонент в виде готового компоста, торфа, биогумуса. Остальное приходится на долю полимерных микрокапсул водосорбентов в количестве от 0,5 до 5%; биогенных микроэлементов (минеральные соли, содержащие катионы и анионы кобальта, бора, молибдена, марганца, цинка, калия, железа, аммония) в количестве от 0,2 до 2%; биологически активных компонентов (мезоинозит и соли гиббереллиновых и хлорфенилоксиуксусной кислот) в количестве от 0,01 до 0,1%.
В качестве связующего материала используют пленкообразователи и клеящие вещества (карбоксиметилцеллюлозу, лигносульфонаты, поливиниловые спирты, карбоксикрахмал, послеспиртовую барду, алюмосиликаты) в количестве от 1 до 15%.
Для нанесения композиционного состава на поверхность семян используют один из следующих приемов: распыление в аппаратах с псевдоожиженным слоем, окатывание в барабанных аппаратах, обволакивание в дисковых аппаратах, гранулирование в экструдерах.
Толщина нанесенного на поверхность семян композиционного состава находится в пределах от 0,1 до 10 эквивалентного диаметра семечка.
После нанесения композиционного состава проводят его подсушивание до конечной влажности 5…15%.
Известный способ применяют для подготовки к посеву семян злаковых, плодоовощных, лекарственных и декоративных растений.
Недостаток известного способа связан с использованием связующего материала, количество которого может доходить до 15% от общей массы, наносимой на семена. Этот компонент создает дополнительное препятствие на пути проникновения влаги и кислорода к семени, особенно тогда, когда семя находится внутри объема, будучи изолировано от окружающей среды достаточно толстой и прочной оболочкой. По этой же причине в композиционном составе ухудшаются условия жизнедеятельности микроорганизмов, которые после посева за счет почвенной влаги начинают бурно расти, но из-за слишком медленного разуплотнения посевного материала в образующихся анаэробных условиях метаболизм микроорганизмов трансформируется, продуцируя токсины и способствуя потере азота из-за денитрификации. Все эти факторы замедляют прорастание и развитие растений.
Другой недостаток связан с тем, что в ходе технологического процесса семя является в той или иной мере объектом воздействия (уплотнения, высушивания и др.). Необходим другой подход, чтобы на этапе предпосевной обработки в максимальной степени уменьшить вероятность сопутствующего негативного влияния на семена. Необходимо инкорпорировать семена уже в заранее изготовленную искусственную оболочку, которая после посева сможет обеспечить благоприятные условия для роста и развития растений.
Способ предпосевной подготовки семян растений в такой операционной последовательности, названный контейнированием, а носитель семени биоконтейнером, описан в патенте РФ №2314666 С1, Кл. A01C 1/06, 28.12.2006 г. По технической сущности он является наиболее близким к заявленному.
Биоконтейнер изготавливается путем прессования из биологически усваиваемого вещества с выдавливанием внутренней глухой полости, в которую помещается семя. Описывается биоконтейнер, изготовленный в форме шара.
В качестве формообразующего вещества используется биокомпост или торф или их смесь в виде сухого порошка (с влажностью не более 12…14%) с размером частиц не более 2,5×2,5 мм. Прессование ведут с 2-4-кратным уменьшением объема формообразующего вещества, а закупорку полости производят тем же, но менее плотным (с 1,5-1,8-кратным уменьшением объема) порошком. Предусматривается возможность размещения в третьей наиболее удаленной от семени части пробки дополнительного количества биологически активных и питательных веществ.
Внутренняя глухая полость биоконтейнера для уменьшения механического воздействия на семя имеет форму усеченного конуса с образующей, расположенной под углом 20…35° к оси конуса, и меньшим основанием, обращенным внутрь биоконтейнера.
Для изготовления биоконтейнеров используется установка роторного типа с горизонтальным поворотным рабочим столом. На столе закреплен цилиндрический стакан с установленной в нем матрицей, имеющей вогнутую рабочую поверхность, соответствующую нижней половине поверхности биоконтейнера. Стакан заполняется сухим формообразующим веществом в объеме, в 2…4 раза превышающем объем биоконтейнера. Затем осуществляется прессование пуансоном, имеющим форму поверхности, соответствующей верхней половине биоконтейнера. Дополнительно эта поверхность содержит выступ, форма которого соответствует форме внутренней глухой полости в биоконтейнере.
В следующей рабочей позиции по направляющей трубке в глухую полость биоконтейнера помещают семя и затем переводят рабочий стол в новую позицию. В этом положении заполняют полость и пространство над ней формообразующим веществом с расчетом, чтобы обеспечить 1,5-1,8-кратное уменьшение его объема при прессовании. Пуансоном с полусферической рабочей поверхностью запрессовывают полость. В результате образуется пробка, препятствующая выпадению семени.
В конце цикла после поворота стола в заключительную позицию производят выталкивание сформированного биоконтейнера из матрицы.
Биоконтейнеры с размещенными внутри семенами хранятся до наступления сезона посадки, затем транспортируются и высаживаются во влажную почву. Материал биоконтейнера быстро набухает, под действием упругих сил увеличивает свой объем и разрушается.
Недостатком известного способа является ограниченный запас питательных веществ в формообразующей смеси, поскольку в основном она состоит из торфа. Дополнительное обогащение обеспечивается только за счет минеральных и биологически активных элементов вещества пробки, которая сама составляет лишь часть в общей массе биоконтейнера.
Порошкообразные частицы торфа за счет прочной «сцепки» между собой, образующейся при прессовании, в основном обеспечивают механическую прочность биоконтейнера. Определенную склеивающую роль может играть также питательная органика, содержащаяся в биокомпосте. Механизм разрушения такого биоконтейнера в почве связан с действием упругих сил, развивающихся под влиянием влаги, проникающей из почвы в торфяную оболочку биоконтейнера. Поскольку частицы торфа сами по себе обладают небольшой механической упругостью, в определенных почвенных условиях из-за недостатка влаги разрушение биоконтейнера без полива может недопустимо задержаться. Но и слишком быстрое разрушение биоконтейнера может иметь негативное последствие из-за возможности выталкивания семени на поверхность почвы.
Еще одним недостатком известного способа является то, что уплотнительная пробка, закрывающая семенную полость, не может достаточно надежно удерживаться в закрываемом отверстии. Главная причина - расширяющееся наружу отверстие.
Была поставлена цель разработать улучшенный способ получения капсулированного посевного материала. В рамках настоящего изобретения улучшенный посевной материал будем называть фитокапсулой. Она представляет собой двухкомпонентный объект, состоящий из семени и посевного гнезда, в которое это семя инкорпорируется. Такое терминологическое уточнение потребовалось ввести из-за того, что в прототипе отсутствует термин, обозначающий собственно высеваемый объект.
Технический результат, достигаемый заявленным способом, получается прессованием посевного гнезда из формообразующей смеси с последующим вклеиванием семени в специальную поверхностную выпрессовку (семенное углубление). При этом благодаря меньшей, по сравнению с прототипом, изоляции семени от окружающей почвенной среды облегчаются условия прорастания семян, а необходимая для них поддержка и подпитка обеспечиваются за счет непосредственного контакта с посевным гнездом.
К числу дополняющих относятся такие факторы, как специально разработанные формы и геометрические пропорции посевного гнезда, а также улучшенный состав формообразующей смеси.
Представлен чертеж подобной фитокапсулы в виде одного из возможных наиболее простых вариантов. Цифрами обозначены следующие части и элементы фитокапсулы:
Н - глубина заделки,
1 - семя,
6 - поверхность почвы,
7 - поверхность ложи.
В целом представленная форма очень близка к цилиндрической. Отклонения имеются только в концевых частях, выполненных в форме шарового сегмента со сравнительно большим радиусом.
Преимущества цилиндрической формы проявляются при посеве. Во-первых, цилиндрические фитокапсулы при выпадении из посевного агрегата в почве займут преимущественно положение, близкое к горизонтальному, как это показано на чертеже, и, следовательно, более однородной по глубине окажется заделка семян. К тому же посевное гнездо при этом будет находиться как бы сбоку от семени, и значит при набухании уменьшится вероятность выталкивания семени на поверхность.
Шаровидный биоконтейнер, описанный в прототипе, в отличие от всех других круглых форм, имеет при равном объеме наименьшую поверхность. Поэтому цилиндрическая форма, имеющая большую поверхность соприкосновения с почвой, является предпочтительной.
Глубина и размеры семенного углубления выбираются разными в зависимости от вида высеваемых растений в соответствии с типичными размерами их семян.
Для приклеивания используются следующие известные материалы: 2% крахмальный клейстер, патока, пектиновый клей с содержанием 15…20% сухих веществ и др. Используются также пленкообразующие вещества: поливиниловый спирт, сульфитноспиртовая барда и др.
Для нанесения клеящего материала используется капельный или аэрозольный метод.
После обработки для предотвращения склеивания с окружающими предметами место приклеивания присыпается порошком золы, благодаря чему достигается также сохранение всходов от повреждений птицами и грызунами.
В заявленном способе используется улучшенный состав формообразующей смеси за счет того, что дополнительно включаются такие мелкодисперсные компоненты с размерами частиц не более 2,5×2,5 мм, как опилки и стружки из древесных материалов лиственных пород и солома, но в таком количестве, чтобы их общая вместе с торфом и биокомпостом масса составляла не более 80…85 мас.%.
Увеличенный разрушающий эффект у такой смеси обеспечивается за счет большей упругости опилок, стружек и соломы по сравнению с торфом.
Формообразующая смесь обогащается также рядом полезных для жизнедеятельности растений веществ: комплексным макро- и микроминеральным удобрением пролонгированного действия - 7,5…8 мас.%, вермикулитом - 3 мас.%, диазипаном - 2…4 мас.%, фитоспарином - 1 мас.%.
Заявленный способ осуществляют следующим способом.
Формообразующая смесь, предварительно доведенная до нужных кондиций по однородности, составу и массовой доле компонентов, размеру частиц и влажности, загружается в накопитель. Из него смесь дозированно подается на горизонтальный поворотный рабочий стол, которым оборудован пресс с вертикальным ходом пуансона. Объем дозы в 2…4 раза превышает объем посевного гнезда. На поворотном рабочем столе закреплен цилиндрический стакан с установленной в нем матрицей, имеющей вогнутую поверхность в виде шарового сегмента. Эта поверхность в центре имеет выступ, форма и размеры которого соответствуют семенному углублению. Таким образом, за один ход пуансона получено посевное гнездо, имеющее требуемую внешнюю форму и поверхностное семенное углубление.
В следующей позиции после поворота рабочего стола последовательно выполняют следующие операции: по направляющей трубке в семенное углубление помещают семя, туда же наносят клеящее вещество и присыпают порошком золы.
Производят поворот рабочего стола и выталкивают фитокапсулу из матрицы.
Полученные описанным способом фитокапсулы хранят на складе в условиях, обеспечивающих оптимальную сохранность семян.
Посев осуществляют ручным или машинным способом.