СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР С ПРИМЕНЕНИЕМ ОЗОНИРОВАННЫХ МАСЕЛ
METHOD FOR DISINFECTION OF GRAIN CROP SEEDS WITH THE USE OF OZONATED OILS

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.