Энергоэффективные нанотехнологии при возделывании озимой пшеницы

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 633.11«324»: 631.53.027

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

В.И. Пындак, доктор технических наук, профессор В.В. Гришанов, аспирант

Волгоградский государственный аграрный университет

Предпосевная подготовка семян заключается в их замачивании в энергоэффективном нанорастворе (в опытах использовали несколько разновидностей растворов, включая анолит и католит). Посев семян проводится непосредственно после замачивания - без просушивания. Для этих целей создана гидросеялка с нетрадиционнами сошниками, посев сопровождается подачей в семенное ложе активированной воды. Наибольший эффект достигается после замачивания семян в растворе с ЖКУ. Наночастицы действуют на протяжении всего цикла вегетации и проникают в колосья, подавляя вредителей.

Ключевые слова: активация сред, энергоэффективный раствор, нанотехнология, озимая пшеница, наночастицы, урожайность, подавление вредителей.

Поскольку последние годы в Нижнем Поволжье были острозасушливыми, обострилась проблема качественного и своевременного посева и, в конечном итоге, возделывания озимой пшеницы, в том числе для семенного фонда районированных сортов. Одним из направлений при решении этой проблемы является использование энергоэффективных нанотехнологий.

В многочисленных публикациях, в том числе в [2, 4, 7, 10], описаны особенности технологии предпосевного воздействия на семена озимой пшеницы и ярового ячменя посредством электрохимически активированной воды - католита или анолита. Некоторые исследования являются лабораторными [1], но выполненные полевые опыты подтвердили эффективность новых технологий за счет повышения урожайности названных культур. Однако возможности активации жидких сред реализуются лишь частично: исходным «продуктом» является только вода, а предпосевная подготовка и посев семян не являются объектами исследований.

Комплексное исследование показало, в частности, что после электрохимической активации высокой энергоэффективностью обладает не простая вода, а питательный раствор, включающий концентрат жидкого комплексного удобрения (ЖКУ), добавляемый в исходную воду. В результате этого уменьшается энергоёмкость и время активации, изменяются свойства и показатели получаемого раствора - в католите рН превышает 13 единиц, а в анолите рН может снижаться до 2,1 ед.

Установлено, что не всякий сорт озимой пшеницы подвержен эффективному воздействию раствора; решающее влияние оказывает время замачивания семян; наиболее существенным фактором является технология заделки семян в почву. Предложена и реализована следующая технология [8, 9]: замачивание семян проводится на протяжении 8 часов; посев (заделка семян в почву) осуществляется непосредственно после замачивания семян - без их просушивания; посев сопровождается подачей в семенное ложе активированного энергоэффективного раствора таким образом, чтобы семя находилось в почве во влажной и активной среде. Для реализации этой технологии разработана и изготовлена в экспериментальном образце модернизированная гидросеялка [5, 6].

Сеялка снабжена простой гидросистемой для принудительной подачи (посредством активного раствора - через высевающий аппарат) влажных - набухших и липких - семян. В состав сеялки входят также нетрадиционные сошники полозовидного типа, которые обеспечивают заделку в почву семян вместе с активным раствором.

Схемы и последовательность заделки в почву «активных» семян озимой пшеницы представлены на рисунках, где на рис. а показано семенное ложе в почве, сформированное с помощью нового сошника; клиновидная форма уплотнённого ложе 1 обеспечивает размещение семени на заданной глубине.

Следующие иллюстрации показывают:

б - набухшие «активные» семена 2 посредством сеялки опускают в ложе;

в - посредством трубопровода 3 с жиклёром на конце в ложе под давлением и в распылённом виде подают активированный раствор 4;

г - раствор промачивает боковые плоскости и дно семенного ложе, часть раствора 6 некоторое время остаётся в нижней части ложе, гарантированно смачивая семена 2;

д - за один проход сеялки происходит засыпание семенного ложе (с активной средой) рыхлой почвой, при этом внизу ложе почва 7 с семенами впитывает влагу, сверху почва 8 несколько выступает над дневной поверхностью;

е - ходом той же сеялки почву 9 над семенным ложе и частично в самом ложе прикатывают, сжимая более влажную почву 10, нетронутая влажная почва 11 сохраняется вокруг семени;

ж - после посева «активные» семена находятся во влажной и активной среде 12, быстро и дружно дают ростки 13, которые пробивают незначительный верхний слой 14 почвы.

Известные специалисты по активации жидких сред отмечают, что при хранении в диэлектрической ёмкости и при отсутствии доступа кислорода энергоэффективный раствор неопределённо долго сохраняет свои свойства. В нашем случае набухшие семена и окружающая их среда являются активными и ионизированными. Это вытекает из ионного произведения активированного раствора на основе воды:

рИ=[И+МОИ-]; И20^=Н*0Н,

где И+, ОН - ионы воды - продукты диссоциации воды.

В любом состоянии воды и водных растворов в них всегда присутствуют ионы И и ОИ-. Это лишний раз подтверждает многовариантное состояние воды, и молекула И2О - это не единственное состояние воды. В процессе активации равновесие ионов И+ и ОИ нарушается и изменяется показатель рИ. При наличии в исходной воде ЖКУ процесс активации интенсифицируется, при этом происходит множество реакций и преобразований, которые здесь не приводятся, - раствор насыщается активными и заряженными наночастицами.

1 1

д в ж

Рисунок - Схемы и последовательность заделки семян в почву с активной средой

После активации проявляется аномальная реакционная способность получаемых католита и анолита (без ЖКУ и с ним) и их высокая биологическая и физикохимическая активность на границе раздела фаз. После этого энергоэффективный раствор становится - наряду с другими свойствами - носителем информации; раствор является также носителем активных микрочастиц, а способы его использования относятся к числу нанотехнологий.

Таким образом, в предлагаемой технологии предпосевная подготовка семян озимой пшеницы - это не протравливание в химикатах, а экологическое замачивание в активной среде. Семена поступают в почву с «набором» наночастиц, а находящийся в почве - без доступа кислорода - активный раствор (при посеве использовали католит) действует на семена и на почвенную микрофлору, а затем и на корни растений - на протяжении всего жизненного цикла озимой пшеницы, включая её перезимовку. При этом семя и его зародыш на этапе всходов находятся под действием активных наночастиц, проникших внутрь семени на протяжении длительного замачивания. Именно этим объясняется недопустимость сушки семян после замачивания.

После серии поисковых опытов полевые исследования по возделыванию озимой пшеницы с использованием энергоэффективных растворов были многофакторными:

1) основную (зяблевую) обработку светло-каштановой почвы проводили двумя способами - традиционная отвальная вспашка с помощью лемешного плуга на глубину 26-27 см и глубокое объёмное рыхление чизельным орудием на глубину 38-40 см;

2) после каждого вида обработки почвы посев семян проводили после замачивания в средах - анолит, католит с ЖКУ и бех него, предусматривался также контроль (без замачивания);

3) в каждом варианте (включая контроль) в почву - перед пахотой - вносили перепревший куриный помёт из расчёта 20 т/га.

Некоторые результаты снопового анализа озимой пшеницы (высевали сорт «Донской сюрприз») сведены в таблицу 1, из которой, в частности, следует, что исключительно высокая урожайность (для условий Нижнего Поволжья, на светлокаштановой почве) достигнута после предпосевного замачивания семян в анолите с ЖКУ и после глубокого чизельного рыхления почвы - 8,4 т/га [3]. Остальные показатели урожая - масса 1000 зёрен, средняя высота стеблей, масса растительных остатков и др. - в этом варианте также привалируют.

Таблица 1 - Результаты снопового анализа озимой пшеницы «Донской сюрприз»

Вид основной обработки почвы, варианты

Отвальная вспашка Чизелевание

Показатели Контроль Анолит Католит Анолит с ЖКУ с ти У ч ^ о Э оат Ж аК Контроль Анолит Католит с ит У Ч ь*н о нЖ А с ти У ч ^ о Э оат Ж аК

Ср. высота стеблей, см 71 75 73 79 76 74 81 79 87 79

Количество зёрен в колосе, шт 37,7 38,5 36,3 40,1 39,2 36,6 37,7 34,1 32,8 45,1

Масса растительных остатков, г/м2 300 800 810 870 830 640 1000 950 1110 1000

Масса 1000 зёрен, г 40,4 40,0 43,7 44,5 43,9 39,7 44,0 40,7 47,7 44,5

Урожайность, т/га 2,72 4,48 4,88 5,2 5,36 3,84 7,36 7,04 8,4 8,0

На участке с отвальной вспашкой максимум урожайности получен после замачивания семян в католите с ЖКУ, но фактическое значение на 57 % меньше названной урожайности. Имеется множество публикаций, в том числе учёных ВолГАУ, где показано стимулирующее воздействие на урожай зерновых колосовых культур глубокого чизелевания почвы. В наших опытах чизелевание сопровождалось оборотом верхнего (взрыхлённого) слоя почвы на глубину 15-20 см - с заделкой на эту оптимальную глубину помёта. По сравнению с отвальной пахотой, чизелевание почвы даёт прибавку урожая примерно на 50 % (в среднем по вариантам опытов).

Заметный эффект достигается также за счёт давно известного приёма - внесения перепревшего куриного помёта, о чём в «чистом» виде свидетельствует урожайность в контроле. Сочетание трёх технологических приёмов - чизелевания почвы (с оборотом верхнего слоя), внесения помёта и посева активированными (с ЖКУ) семенами - приводит к скачкообразному увеличению урожайности.

При созревании посевов озимой пшеницы впервые выявлено неожиданное и приятное явление: во всех вариантах опытов, в которых посев осуществляли после замачивания семян в указанных средах - с подачей католита в почвенное ложе, вредите-

ли практически отсутствовали - их количество не превышало допустимых пределов. В контроле, расположенном рядом с «активными» посевами, вредители были в количествах, требующих уничтожения.

На обычных посевах озимой пшеницы - на поле, удалённом на 800 м от контроля, количество вредителей на 1 м2 составляло запредельную величину (см. таблицу 2). В качестве вредителей наблюдались жук-кузька (Anisoplia austraica), личинки и созревшие особи клопа-черепашки (Eurygaster integriceps). Обычное пшеничное поле можно трактовать как своеобразную базу сравнения. В контроле (рядом с объектами исследований) количество вредителей было в 2,85 раза меньше по сравнению с «базой сравнения».

Таблица 2 - Результаты подсчёта населения насекомых-вредителей в посевах озимой пшеницы

Количество (шт.) на 1 м2 по вариантам

Вредители Контроль

Жук-кузька 23,2 4,8 3,2 1,6 6,4 (влияние соседнего поля) Не определяли

Клоп-черепашка 2,67 1,87 0,80 0,40 0,53 7,60

По мере удаления опытных делянок от контроля количество вредителей снижоласть. Это явление можно трактовать по-другому: «активные» посевы не допускают вредителей у себя и стимулируют снижение вредителей на расположенных рядом полях, посеянных традиционным способом.

Описанное явление подтверждает комплексный характер и высокую эффективность нанотехнологий (на примере возделывания озимой пшеницы): биогенные наночастицы, первоначально «внедрённые» в семя и в почву, способны мигрировать в корневую систему и далее - в стебли и колосья, создавая особую ауру вокруг растений. В этом «активном» микромире активизируется жизнедеятельность и воздействие на корни почвенной микрофлоры.

Изложенные результаты исследований являются предварительными, но можно утверждать: энергоэффективные нанотехнологии в растениеводстве можно отнести к числу приорететных.

Библиографический список

1. Брыкалов, А.В. Получение и исследование влияния электрохимически активированной воды на прорастание семян озимой пшеницы [Текст] /А.В. Брыкалов, Е.В. Плющ // Проблемы экологии и защиты растений в сельском хозяйстве/ СтавГАУ. - Ставрополь, 2004. -С.98-102.

2. Использование электрохимически активированной воды при возделывании ярового ячменя [Текст] / И.М. Осадченко, И.Ф. Горлов и др. // Кормопроизводство. - 2007. - №8. -С. 26-28.

3. Овчинников, А.С. Повышение урожайности озимой пшеницы [Текст]/ А.С. Овчинников, В.И. Пындак // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2008. - № 1. -

С. 30-31.

4. Осадченко, И.М. Стимуляция проращивания семян некоторых сельскохозяйственных растений с помощью электрохимически активированной воды [Текст]/ И.М. Осадченко, О.В. Харченко, В.Н. Чурзин // Альманах - 2009. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2009. - С. 181-185.

5. Пындак, В.И. Гидросеялка для активированных семян [Текст] / В.И. Пындак, В.В. Гришанов, И.Б. Борисенко // Техника и оборудование для села. - 2008. - № 5. - С. 22-23.

6. Пындак, В.И. Зерновая сеялка для активированных семян [Текст]/ В.И. Пындак, В.В. Гришанов //Тракторы и сельхозмашины. - 2009. - №1. - С. 14-15.

7. Способ предпосевной обработки семян зерновых культур [Текст]: патент № 2263432 РФ, МПК7 01С 1/00. / О.В. Харченко, И.Ф. Горлов, И.М. Осадченко и др. - Опубл. 2005. - 6 с.

8. Способ возделывания озимой пшеницы [Текст] : патент № 2331998 РФ МПК 01С 1/00 (2006.01) / В.И. Пындак, И.Б. Борисенко, В.В. Гришанов. - Опубл. 2008. - 7 с.

9. Способ посева семян [Текст] : патент № 2368113 РФ, МПК 01С 1/00 (2006.01). / В.И. Пындак, И.Б. Борисенко, В.В. Гришанов. - Опубл. 2009. - 7 с.

10. Харченко, О.В. Влияние электрохимически активированной воды на посевные качества семян зерновых и бобовых культур и на продуктивность ярового ячменя на светлокаштановых почвах Волгоградской области [Текст]: автореф. дис. ...к.с.-х.н. / О.В. Харченко. -Волгоград, 2008. - 24 с.

E-mail: mshaprov@bk.ru