Предпосевная стимуляция ультразвуком семян капусты

В современном растениеводстве особого внимания требуют технологические приемы выведения семян и посадочного материала из состояния покоя для получения более ранних дружных и выровненных всходов, закладывающих основу увеличения урожая, получения ранней и высококачественной продукции.

Увеличение урожайности сельскохозяйственных культур – основная задача сельскохозяйственного производства. Повысить урожайность до 35…40% можно путем стимуляции, активации жизнедеятельности растений. Способов предпосевной обработки и активации жизнедеятельности семян достаточно много, к ним относят: сепарацию, скарификацию, воздействие на культуру электромагнитным полем, ультрафиолетовым и инфракрасным излучением, озонирование, применение ультразвуковых колебаний и другое. Различные способы подготовки семян к посеву представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Способы подготовки семян

Анализ известных способов подготовки семян к посеву позволил определить, что существует два основных способа – сепарация и скарификация, при этом сельхозпроизводители предпочитают применять один из указанных способов. Сепарация позволяет выделить полноценные для посева семена. При этом сепарирование семян можно проводить по таким показателям, как аэродинамические свойства, плотность, размеры, состояние поверхности, форма, электропроводность семян. Скарификация предназначена для ускоренного прорастания семян за счет частичного разрушения целостности прочной семенной оболочки растений с целью создания условий для более эффективной активации жизнедеятельности семян на следующих этапах предпосевной обработки [1].

Скарификация позволяет выделить различные виды воздействия, такие как, механический, химический, термический способы, метод высокого давления, методы ультразвукового воздействия. То есть скарификацию поверхности семян с твердым покрытием проводят механическим способом, химическими реагентами, подвергают семена воздействию различной температуры, давления, а также ультразвуковой обработке.

Все они дают увеличение всхожести семян, но при этом обладают рядом недостатков: в большинстве случаев установки стационарны, относительно громоздки, либо, например, при предпосевном воздействии электрическим полем требуется высокое напряжение, то есть предъявляется серьезные требования к технической безопасности.

Ультразвуковые колебания – это упругие, механические колебания с частотой более 20Гц, распространяющиеся в различных материальных средах [2, с. 178-179]. При распространении ультразвуковых колебаний в среде возникают чередования сжатия и разряжения, причем амплитуда сжатия всегда соответствует амплитуде разряжения, а их чередование соответствует частоте колебаний ультразвуковой волны. Это явление называется ультразвуковым давлением.

Ультразвук способен изменять скорость внутренней диффузии. Увеличивая мощность ультразвуковых колебаний при отделении растительных элементов, возможно изменять скорость проводимой диффузии веществ в клетки, а это имеет большой потенциал использования. Клетка после ультразвукового облучения, подвержена морфологическим изменением, это и есть результат действия ультразвука. Одни из изучаемых эффектов увеличение проницаемости и уменьшение мембранного потенциала при действии ультразвукового поля, но как поле перестает действовать, эти значения возвращаются к первоначальному состоянию [3, с. 26-29].

В основном ультразвуковое воздействие переносится клетками живых тканей хорошо, если не пренебрегать облучением и не вызывать кавитацию и нагрев клеток.

При обработке семян ультразвуком в них можно вносить необходимые микроэлементы, уничтожать возбудителей болезней и вредителей, активизировать ферменты, что в конечном итоге повышает энергию прорастания, усиливает активность ферментативной системы.

Ультразвуковое воздействие совместно со стимуляторами роста имеют большой потенциал использования в сельском хозяйстве. Ускорение роста растений, устойчивость их к болезням, повышение урожайности, получение более полезных продуктов за счет уменьшения использования химических удобрений.

Одним из наиболее распространенным стимулятором роста является янтарная кислота. Янтарная кислота активизирует физиолого-биохимические процессы у растений, но её действие происходит при воздействии низкими концентрациями. С помощью янтарной кислоты можно достичь постоянного увеличения урожая, при этом не используя избыток удобрений. Окропление растений янтарной кислотой, увеличивает у них рост новых проростков.

Для акустического воздействия применяются излучатели ультразвука. Существует множество устройств – преобразователей, применяемых для возбуждения ультразвуковых колебаний в воде, газах, жидкостях и твердых телах. Эти устройства преобразуют тепловую, механическую, электрическую или другие виды энергии в энергию ультразвукового поля.

Для проведения опытов была применена установка, предназначенная для обработки растительных объектов в жидких средах. Обработка производилась при мощности облучения 2 Вт, частоте 1,1 МГц. Конструктивной особенностью аппарата является наличие емкости для облучения семян, вверху которой встроен ультразвуковой излучатель. Аппарат позволяет за один прием обработать небольшое количество семян.

Принципиальная схема установки изображена на рисунке 2.

Рис. 2. Принципиальная схема электроустановки

Опыт по влиянию внешнего воздействия на семена капусты проводился на четырех разных сортах. Это антрацит, бразаро, ладора, бирюза. Семена обрабатывались раствором янтарной кислоты концентрации, 0,2 мл/л, так как это оптимальная дозировка для стимуляции семян заявленная производителем. Затем производилось воздействие ультразвуковым излучением. Излучение было дозированным, за основу были взяты временные промежутки: 1, 3, 5, 7 и 10 минут. Контрольные семена не подвергались УЗ воздействию.

Семена находились в растворе янтарной кислоте 5 минут – это время замачивания рекомендовано производителем. Затем на разные группы семян было направленно соответствующее воздействие ультразвука. Контроль времени производился секундомером. Подопытные семена находились на расстоянии 1 см от пьезоизлучателя. В эксперименте определялась лабораторная всхожесть семян ‒ процент семян, давших нормальные всходы, от количества высеянных.

Семена отбираются для трех проб по 10 семян каждого сорта. Семена выбирали сухие, среднего размера, без каких-либо видимых отклонений идентичные друг-другу.

Семена проращивались на ватных дисках, помещенных в пластиковые лотки. Их раскладывали вручную на расстоянии примерно 1 см между собой и постоянно увлажняли подстилку которой являлся ватный диск, сверху так же семена укрывались влажным ватным диском. Температуру воздуха поддерживали в пределах 25±3°С. К всхожим относили нормально проросшие семена. Всхожесть их вычисляли в процентном соотношении. Результаты исследований считали из средних результатов определения всхожести всех проанализированных проб.

Каждые сутки измерялись побеги семян в миллиметрах. За результат анализа принимали средние арифметические значения посчитанные по итогу проведения всех опытов. Схема проведения исследований представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Схема проведения эксперимента

В ходе проведения экспериментов фиксировалась длина ростков семян, мм. И всхожесть семян, измеряемая в %.

Из приведенных данных в были посчитаны средние значения всех опытов. Среднее значение длины ростков определялось по формуле:

, (1)

Где l – длина ростков семян, мм;

n – общее число всех наблюдений.

Всхожесть семян рассчитывалась по формуле:

, (2)

Где f – всхожесть семян, %;

n – общее число всех наблюдений.

По средним значениям всхожести семян капусты получена корреляционная кривая (рис. 4):

y = 0,0823x⁴ – 1,63x³ + 9,2688x² – 11,68x + 33,958

R² = 1

Рис. 4. Влияние режимов воздействия на семена

Из построенного графика видно, что наибольший результат достигнут путем совместного влияния стимулятора роста и воздействием ультразвукового облучения с экспозицией 5 мин. Малое воздействие не даёт существенных результатов, семена развиваются, но делают это более медленно чем при пятиминутном воздействии. При этом стоит отметить, что при долгом воздействии, семена так же медленно прорастают.

Акустическое воздействие ультразвука совместно со стимуляторами роста растений способствует ускорению прорастание семян. Использование этого метода уменьшает необходимость прибегать к высокому использованию химических удобрений и ускоряет прорастание семян и рост растения