Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
Гордеев Юрий Анатольевич
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И АГРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРЕДПОСЕВНОЙ БИОАКТИВАЦИИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
ПОТОКОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
Специальность 06.01.03 - агрофизика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Смоленск 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Смоленская государственная сельскохозяйственная академия (ФГБОУ ВПО Смоленская ГСХА).
Научный консультант:
Прудников Анатолий Дмитриевич
заслуженный работник высшей школы РФ, доктор с.-х. наук, профессор,
заведующий кафедрой Агрономии и экологии ФГБОУ ВПО Смоленская государственная сельскохозяйственная академия.
Официальные оппоненты:
Архипов Михаил Вадимович
доктор биологических наук, профессор,
заведующий лабораторией Биофизики семян ГНУ Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук, заместитель председателя ГНУ Северо-Западный Региональный Научный Центр Российской академии сельскохозяйственных наук.
Гончарова Эльза Андреевна
доктор биологических наук, профессор,
главный научный сотрудник Лаборатории молекулярной и экологической генетики ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова Российской академии сельскохозяйственных наук.
Осипова Галина Степановна
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
заведующая кафедрой Плодоовощеводства и декоративного садоводства ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет.
Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова (ГНУ ВНИИА).
Защита состоится л____ декабря 2012 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.001.01 при Агрофизическом научно-исследовательском институте Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу:
195220, Санкт-Петербург, Гражданский просп., д. 14.
Тел.: (812) 534-13-24; Эл. почта: info@agrophys.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института.
Автореферат разослан л____ _____________ 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор биологических наук ___________________ Е.В. Канаш
Общая характеристика работы
В начале XXI века основные тенденции мирового развития будут определяться ростом населения и поиском принципиально новых подходов при решении продовольственной проблемы, так как дальнейшая интенсификация возделывания сельскохозяйственных культур в традиционном понимании обеспечивает все меньшие прибавки урожая на единицу дополнительно затраченной антропогенной энергии и часто приводит к загрязнению окружающей природной среды. Это позволяет предположить, что только традиционные технологии будут не в состоянии обеспечить рост урожайности, необходимый для обеспечения продовольствием и сырьем всего населения планеты.
Процесс дальнейшей интенсификации технологических приемов выращивания сельскохозяйственных культур становится все более затратным и менее эффективным. Поэтому в последние десятилетия все более активно ведется поиск физиологических, биохимических и биофизических приемов и технологий, направленных на реализацию генетического потенциала, повышения неспецифической устойчивости к различного рода абиотическим и биотическим стрессам, усиления адаптивного потенциала растений с целью роста и стабилизации урожая.
В наступившем новом тысячелетии придется в большей мере учитывать действие изменений климата, его глобальное потепление и другие проблемы, приводящие к новым стрессовым воздействиям на живые организмы. В таких условиях обеспечить высокие темпы роста сельскохозяйственной продукции позволит перевод технологий возделывания сельскохозяйственных культур на качественно новый уровень.
Актуальность работы. По оценкам экспертов в перспективе рост производства продуктов питания и другой сельскохозяйственной продукции в мире будет определяться уровнем применения наукоемких технологий. В настоящее время необходим переход к технологиям, предусматривающим их максимальное согласование с биологическими особенностями культур и экологическими требованиями агроэкосистем.
Проблема предпосевных обработок посадочного материала факторами электромагнитной природы с целью активации ростовых процессов и урожайности имеет свою историю. Достижения ядерной физики открыли широкие возможности для исследования и практического использования действия ионизирующих излучений на живые организмы, в том числе и на растения.
К настоящему времени накоплен многочисленный материал по эффективности физических способов стимулирования роста и развития растений, а целесообразность их применения не вызывает сомнения. Хорошо известны приемы предпосевной обработки семян, с помощью которых можно увеличить всхожесть семян. Ионизирующая радиация в малых дозах, звуковая, ударно-волновая и кратковременная тепловая обработки, экспонирование в электрическом и магнитных полях, лазерное облучение, облучение ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами и другие внешние физические воздействия могут увеличить всхожесть семян и урожайность сельскохозяйственных культур на 15-25%.
Особый вклад в этот вопрос внес советский биохимик и радиобиолог, член-корреспондент АН СССР А.М. Кузин, много лет занимавшийся изучением молекулярных основ действия ионизирующих излучений на живые организмы. Много лет посвятил изучению генетических и физиологических эффектов действия УФ-радиации на высшие растения А.П. Дубров.
По мнению ведущих ученых Агрофизического научно-исследовательского института (С.-Петербург) Н.Ф. Батыгина, В.Н. Савина и др. разнообразные физические факторы, используемые в стимулирующих дозах действуют сходно, а М.В. Архипов приводит данные о том, что обработка электромагнитными полями семян зерновых культур различной репродукции положительно влияет на рост, развитие и созревание растений, повышает урожай и улучшает его качество.
Особое внимание заслуживают работы авторов фоторезонансной гипотезы А.А. Шахова и В.М. Инюшина которые доказали, что семена после обработки имеют больший энергетический потенциал, в них происходят структурно-функциональные перестройки мембранных образований и макромолекул, в результате чего в растениях возникает широкий спектр физиологических изменений, вызванных фотоактивацией.
Следует отметить, что воздействие на семена плазмой близко по своей природе к импульсному концентрированному солнечному свету, а в качестве объекта для плазменной биоактивации могут быть использованы семена, т.е. биологические структуры из которых формируется новый организм.
Именно поэтому в ближайшие годы одним из перспективных способов воздействия на растительный организм будут являться излучения плазмы. Новые плазменные технологии наряду с использованием традиционных способов в дальнейшем станут важнейшим направлением в современном агропромышленном комплексе, так как позволят разработать способы управления активными системами и организмами с применением активаторов метаболизма, таких как физиологически активные вещества, слабые и сверхслабые физические поля и излучения.
Цель работы. Разработка методологических и агробиологических основ предпосевной биоактивации семян сельскохозяйственных культур потоком низкотемпературной плазмы.
Задачи исследований:
1. Обобщить агробиологические особенности действия (биоактивации) электромагнитных излучений различного спектрального диапазона, с точки зрения современной теории влияния внешних стрессоров (неблагоприятных факторов среды) на семена и растения;
2. Проанализировать и обосновать биофизические и физиологические механизмы биоактивации при действии плазменных излучений на семена сельскохозяйственных культур;
3. Создать плазмотроны специального назначения и оценить их конструктивные особенности для решения научных и практических задач агрофизики в современном сельскохозяйственном производстве;
4. Разработать научное обоснование технологий предпосевной биоактивации семян важнейших сельскохозяйственных культур потоком низкотемпературной плазмы;
5. Провести испытания плазменных технологий в лабораторных, полевых и производственных условиях на разных сельскохозяйственных культурах и в разных климатических условиях;
6. Дать агроэкономическую оценку эффективности новых плазменных технологий.
Научная новизна. Несомненной новизной является то, что в результате предпосевной биоактивации семян излучениями плазмы происходит ускорение начального этапа онтогенеза, что позволяет существенно поднять степень использования биофизического потенциала растений. Стимулирующий эффект проявляется в ускорении темпов роста колеоптилей и корешков зародышей, повышении лабораторной всхожести. В дальнейшем на первых этапах развития проростки и, особенно, их корневая система, активнее растут, что повышает их конкурентоспособность с сорняками и повышает устойчивость к поражению вредными организмами.
Семена различных культур и сортов по-разному реагируют на биоактивацию низкотемпературной плазмой и для них свойственны разные области спектра, так впервые было отмечено, что обработанные семена имеют характерные спектры люминисценции, которые затем можно измерить и по их параметрам определить стимулирующий эффект облучения.
Полученными результатами доказано, что одним из основных механизмов биологического эффекта низкотемпературной плазмы является генерация после биоактивации в семенах сельскохозяйственных растений индуцированных свободных радикалов (СР), молекулярная структура которых отличается от исходных (контрольных) семян без облучения.
Низкотемпературная плазма может воздействовать и на ферментативные системы семян, так экспериментами установлено, что значительно повышается активность ферментов: амилазы, каталазы и протолитических ферментов в семенах ячменя, яровой пшеницы, клевера лугового и других культур.
Впервые в обработанных плазмой растениях наблюдается увеличение содержания хлорофилла, при стимулирующих экспозициях обработки семян излучениями плазмы отмечено существенное увеличение интенсивности фотосинтеза и дыхания растений. Быстрый рост интенсивности дыхания, в свою очередь, свидетельствует о том, что увеличиваются затраты энергии растением на поддержание гомеостатических механизмов.
Опытным путем было подтверждено, что семена обработанные плазмой можно хранить в обычных условиях без изоляции от внешнего ЭМП, а эффективность обработки семян плазмой сохраняется в течение 2-3 дней и затем постепенно снижается.
Проведением многолетних лабораторных, полевых и производственных экспериментов доказано, что предпосевная биоактивация семян сельскохозяйственных культур плазмой благоприятно отражается на устойчивости растений к воздействию внешних стрессоров, повышению урожайности и экологической ценности продукции.
Связь работы с научными программами и темами. Эксперименты с низкотемпературной плазмой были начаты в 1994 году на кафедре Земледелия и земельных отношений Смоленского сельскохозяйственного института, где в 1998 году была создана лаборатория биофизики, которая функционировала под руководством автора диссертации до весны 2008 года.
Исследования выполнялись в рамках: Федеральной целевой программы Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы; Федеральной целевой программы Сохранение и восстановление плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения и агроландшафтов как национального достояния России на 2006-2010 годы и на период до 2012 года и Областной целевой программы Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия в Смоленской области на 2008-2012 годы.
Исследования поддерживались: в 2000-2002 годах - договорами с Главным управлением сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Смоленской области; в 2006 году - грантом Роснауки № 01.168.24.016 Разработка технологий использования низкотемпературной плазмы для повышения продуктивности сельскохозяйственных растений и животных и грантом Минсельхоза № 1438/13 Проведение научных исследований по разработке новых высокоэффективных агротехнологий, обеспечивающих максимальное снижение степени зависимости величины и качества урожая от неблагоприятных факторов, на основе исследований с помощью биофизических методов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методологические и агробиологические основы научного и практического применения плазменных технологий в агрофизике и агрономии.
2. Биофизические и физиологические механизмы биоактивации потоком низкотемпературной плазмы первичных процессов прорастания семян обеспечивающие повышение урожайности: ячменя, яровой пшеницы и озимой ржи - в 1,3-1,6; льна - в 1,5-1,7; других культур - в 1,2-1,8 раза.
3. Оценка эффективности рациональных технологических приемов воздействия излучениями низкотемпературной плазмы на посадочный материал в целях обеспечения эффекта стимуляции показателей продуктивности растений на различных этапах онтогенеза.
4. Новый прием улучшения и регулирования экологического качества растениеводческой продукции позволяющий существенно снижать дозы агрохимикатов и уменьшать антропогенную нагрузку на окружающую среду.
5. Разработка плазмотронов сельскохозяйственного назначения (изготовлены экспериментальные лабораторные установки СУПР-М и СУПР-К, создан мобильный комплекс АгроПлаза-М).
6. Агроэкономическая оценка разработанных приемов и технологий предпосевной биоактивации семян потоком низкотемпературной плазмы.
Практическая значимость работы:
- Обоснованы оптимальные режимы плазменной биоактивации семян и посадочного материала для различных сельскохозяйственных культур при реализации разработанных технологий в прецизионных исследованиях и производственных масштабах.
- Разработанные технологии предпосевной биоактивации семян и посадочного материала излучениями низкотемпературной плазмы позволяют повысить урожайность практически всех сельскохозяйственных культур и улучшить качество полученной продукции, технологии прошли производственную проверку на полях хозяйств Смоленской и Ростовской областей и Краснодарского края.
- Созданы плазмотроны сельскохозяйственного назначения для предпосевного облучения семян потоком низкотемпературной плазмы с расходом рабочего газа гелия - 2-3 л/мин, силой тока - 80-120 А, временем импульсного облучения - 0,01-1,00 сек и постоянным 40-60 сек с расстояния 40-80 см.
- Энергосберегающие и экологически безопасные технологии комплексного воздействия на семена плазменного излучения - важное звено в обосновании практического применения новых физических факторов электромагнитной природы (имеющих спектр излучения близкий к солнечному) на биологические объекты в агрономической практике.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на: Международной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения В.В. Докучаева (Смоленск, 1995); Международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию Смоленского сельскохозяйственного института (Смоленск, 1999); Международной научно-практической конференции, посвященной 30-летию со дня основания ФГОУ ВПО Смоленский сельскохозяйственный институт (Смоленск, 2004); Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения залуженного деятеля науки БССР, доктора с.-х. наук, профессора Р.Т. Вильдфлуша Приемы повышения плодородия почв и эффективности удобрений в современных условиях (Горки, 2007); Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию доктора с.-х. наук, профессора, заслуженного деятеля науки Российской Федерации А.М. Гордеева Активизация роли молодых ученых - путь к формированию инновационного потенциала АПК (Смоленск, 2009); ХI Международной научно-практической конференции Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве (Углич, 2010); Ежегодной научно-технической конференции Нанотехнологического общества России (Москва, 2009, 2010, 2011); Международном конгрессе Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине (С.-Петербург, 2000, 2003, 2006, 2009, 2012).
ичный вклад соискателя. Диссертационная работа является обобщением научных исследований автора за последние двадцать лет , в исследованиях также принимали участие ведущие ученые, сотрудники, аспиранты, дипломники ФГБОУ ВПО Смоленская государственная сельскохозяйственная академия и других научных учреждений.
ичный вклад соискателя составляет 75 процентов от всего объема исследований выполненных по данной тематике.
Публикации. Всего автором издано 155 научных публикаций, из них 19 в российских и 11 в белорусских научных журналах рекомендованных ВАК, 40 статей в сборниках международных конференций, 4 коллективных и 1 единоличная монография, 13 учебных и учебно-методических пособий, 14 научных отчетов.
Основные положения диссертации опубликованы в 105 работах, включая 11 публикаций в изданиях рекомендованных ВАК России и 8 ВАК Белоруссии. По теме диссертации издана 1 монография, 3 учебно-методических пособия, 3 научных отчета.
Результаты исследований по теме диссертации были использованы при разработке рекомендаций курса для высших учебных заведений - Агробиофизика.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству. Список литературы включает 397 наименований, из них 31 на иностранных языках. Диссертация изложена на 289 страницах машинописного текста, включает 96 таблиц, 15 рисунков, 76 формул и 31 приложение.
Содержание работы
Глава 1. Аналитический обзор литературы
При разработке теории стимуляции прорастания семян оптическими излучениями, и в частности плазменными, были рассмотрены основы современной теории влияния стресса на растения и семена; действие излучений на биологические системы; проведен анализ литературы по применению электромагнитных и плазменных излучений для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур. На основании данных, представленных в обзоре литературы, можно отметить, что физические факторы, в том числе и излучения, способны оказывать стимулирующие воздействия на биологические процессы прорастающих семян и тем самым на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур.
Предпосевная обработка семян энергетическим потоком плазмы инертных газов - новый эффективный, экологически безопасный способ повышения биоактивации семян, который недостаточно изучен, но представляет несомненный интерес.
Глава 2. Условия, методы и плазмотроны, применявшиеся в экспериментах
Климат. Почвенно-климатические условия Смоленской области позволяют выращивать зерновые культуры, лен, картофель, многолетние и однолетние травы, достаточно широкий ассортимент овощных, плодовых и ягодных культур.
Климат Смоленской области умеренно-континентальный с умеренно теплым летом; среднегодовой температурой воздуха 4о-4,5оС; суммой активных температур 2000-2100оС; среднегодовым количеством осадков - 625 мм, в т.ч. за вегетационный период - 345 мм и гидротермическим коэффициентом - 1,5-1,6.
Основные эксперименты проводились на опытном поле ФГБОУ ВПО Смоленская ГСХА, на дерново-подзолистой, среднесуглинистой, слабоокультуренной почве на лессовидном суглинке.
Агрохимические показатели Апах (0-21 см) почвы опытного участка следующие: рНсол - 5,4-6,3; Нг - 2,2-3,8 мэкв/100 г почвы, содержание гумуса - 1,83-2,01%; подвижного фосфора - 79-203 мг/кг и обменного калия - 87-149 мг/кг.
Плотность почвы - 1,24 г/см3, общая порозность - 52,5%, НВ - 26,3%.
Почва опытного участка типична для почвенного покрова региона.
В опытах с низкотемпературной плазмой проводились следующие учеты, анализы и наблюдения.
Почвенных образцов: определение pH - по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); гидролитической кислотности - по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-91); содержания гумуса - по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 23740-79); подвижный фосфор и обменный калий - из одной вытяжки по А.Г. Кирсанову, фосфор - на ФЭК-КФК-3, калий - на пламенном фотометре; нитратный азот - с помощью ионселективных электродов; сумма поглощенных оснований - по Каппену-Гильковицу; определение влажности почвы - термостатно-весовым методом послойно (через 10 см) до глубины 0,4 м через 10 дней на протяжении вегетационного периода; наименьшая влагоемкость почвы - методом заливных площадок; плотность почвы, запасы доступной и недоступной влаги методом насыщения в цилиндрах в образцах с ненарушенным сложением, плотность твердой фазы - пикномектрическим, максимальную гигроскопическую влажность по Николаеву, влажность завядания - расчетным методом; гранулометрический состав - по Качинскому, А.Ф. Вадюниной.
Растительных образцов: мокрое озоление растений - по методу К. Гинзбурга; определение фосфора с применением аскорбиновой кислоты - по методу Мерфи и Райли; калия в растениях после озоления - пламенно-фотометрическим методом по Гинзбургу; клетчатки в кормах по методу Кюршнера и Ганека в модификации А.В. Петербургского; активности амилаз - по остаточному количеству негидролизованного крахмала; активности протеиназ - методом автолиза; активности каталазы - газометрическим методом; высоту растений, длину побегов и корешков - в 20-ти кратной повторности; массу 1000 семян - по ГОСТ 10842-89; определение всхожести семян в рулонах - по (ГОСТ 12038-84); урожайность - сплошным методом или методом учетных площадок; определение питательной ценности корма - на ИК-анализаторе кормов NIR-4250; запасы корневой массы - методом монолитов по десятисантиметровым слоям почвы до глубины 40 см по Н.З. Станкову; динамику накопления сухой биомассы растений определяли по фазам развития, начиная с фазы всходов по Ф.А. Юдину; сухое вещество в зеленой массе весовым методом.
Семян: определение частоты (ГОСТ 12037-81); всхожести (ГОСТ 12038-84); посевных качеств (ГОСТ - 12388-76); силы роста (ГОСТ 10840-84); энергии прорастания (ГОСТ 10968-88).
Химический анализ семян: сырая клетчатка, сырой жир, сырой протеин, сырая зола, фосфор, калий, магний, кальций, цинк, кобальт, медь, марганец - на ИК-анализаторе кормов NIR-4250.
Технологические качества зерна: натура зерна (ГОСТ 10840-64); стекловидность (ГОСТ 10987-76); количество и качество клейковины в муке (ГОСТ 13586.1-68); содержание белка в зерне (ГОСТ 10846-74); экстрактивность (ГОСТ 12136-77); содержание крахмала (ГОСТ 10845-76).
Фенологические наблюдения: наблюдения за развитием культур - по методикам Госсортосети; площадь листовой поверхности - методом высечек; чистую продуктивность фотосинтеза - по формуле Кидда, Веста и Бриггса; фотосинтетический потенциал посева - по методике, предложенной А.А. Ничипоровичем; интенсивность транспирации - весовым методом по В.П. Иванову; интенсивность дыхания - на приборе Варбурга; засоренность посевов - количественным методом; контроль за развитием и распространенностью болезней, видами и количеством вредителей - по методикам И.Я. Полякова, Н.П. Персова и В.А. Смирнова.
Статистическая обработка: статистическая обработка данных выполнена с использованием статистического пакета Stadia 7.0 для персонального компьютера. Использовали дисперсионный и корреляционный анализы.
Плазмотроны, применявшиеся в экспериментах. На основе промышленных плазмотронов Мультиплаз-2500М, Плазар-АПО22 были созданы лабораторные плазмотроны сельскохозяйственного назначения СУПР-М м СУПР-К (рис. 1), а затем и мобильный комплекс, обеспечивающий плазменную предпосевную обработку семян с производительностью до 2 тонн в час АгроПлаза-М.
Плазмотрон СУПР-М | Плазмотрон СУПР-К | Мобильная плазменная установка АгроПлаза-М |
Рисунок 1. - Внешний вид специализированных плазмотронов сельскохозяйственного назначения
В состав комплекса АгроПлаза-М входят: А) Агрегат АгроПлаза-М-01, предназначенный для приема семян из бурта (или склада), формирования потока семян для их обработки излучениями плазмой и погрузки обработанного посевного материала на автотранспорт либо его временного затаривания. Обработка семян проводится на ленте транспортера излучением плазмотрона с устройствами, позволяющими регулировать параметрами плазмы. В АгроПлаза-М-03 имеется система охлаждения плазмотронов.
В штатном режиме эксплуатация и обслуживание комплекса осуществляются бригадой специалистов, состоящей из трех человек - одного инженера и двух операторов. Для работы комплекса АгроПлаза-М требуется только наличие электропитания - 380 Вт.
Глава 3. Биофизические основы воздействий плазменных излучений на семена
Плазмой называют ионизованный газ, содержащий свободные положительно и отрицательно заряженные частицы, в котором суммарный заряд в каждой единице объема стремится к нулю, то есть плазма представляет собой электрически нейтральную среду.
Если любое вещество нагреть до очень высокой температуры или пропускать через него сильный электрический ток, его электроны начинают отрываться от атомов. Процесс отрыва электронов от атомов называется ионизацией, в результате которой получается смесь свободных частиц с положительными и отрицательными зарядами. Важной характеристикой плазмы считается степень ионизации, которое показывает отношение числа ионов пе (или) в единице объема плазмы к полному числу частиц n в этом же объеме.
Плазма - квазинейтральный газ, что означает, что суммарный заряд каждой единицы объема плазмы стремится к нулю. В зависимости от условий, в которых образована и находится плазма, различают низкотемпературною и высокотемпературную плазму. В низкотемпературной плазме температура близка к температуре окружающей среды и составляет порядка 300400 К, она образуется в электрическом разряде в газах (дуговой и искровой разряды). В плазмотронах сельскохозяйственного назначения используют низкотемпературную плазму, которая возникает при создании электрического разряда в газе.
На биологические объекты можно воздействовать как непосредственно плазменным факелом (при рассечении ткани), так и с некоторого расстояния, используя комплекс физических факторов, входящих в ее состав: тепло, световая энергия различных длин волн, ионизированные частицы, озон, электромагнитное поле. Каждый их этих факторов в отдельности обладает биологической активностью. Низкотемпературная гелиевая плазма является одной из самых простых по составу, в ней присутствуют только атомы гелия и электроны (рис. 2). Основными процессами в низкотемпературной плазме являются элементарные процессы возбуждения и ионизации газа, рекомбинации заряженных частиц и другие процессы переноса заряженных и возбуждённых частиц, а также процессы переноса энергии за счёт теплопроводности и конвекции. Число типов элементарных процессов в низкотемпературной плазме достигает нескольких десятков.
Биологическая активность низкотемпературной плазмы является результатом комплексного воздействия процессов происходящих при облучении биологических объектов. К основным биологически активным компонентам НТП относятся: 1) гелий, находящийся в метастабильном (то есть долгоживущем) возбужденном состоянии, обладающий избытком энергии, которая может быть передана облучаемому биологическому объекту; 2) свободные электроны, свободные атомы и радикалы, спиновая релаксация, возбужденные частицы, УФ-излучение, электромагнитные поля; 3) образование порфиринов, С=О групп и монооксидов азота, возникающих при контакте плазмы с атмосферным воздухом.
Типичный спектр излучения изучаемых опытных плазмотронов сельскохозяйственного назначения СУПР-М и СУПР-К приведен на рис. 3. При применении гелия в качестве рабочего газа плазматрона максимум сплошной составляющей находится примерно на участке длин волн 680-700 нм, что согласно закону смещения для теплового излучения соответствует температуре 4140-4262 К, а наиболее яркие линии излучения гелия Ч на длинах волн 294,5, 318,7, 388,9, 402,6, 447,1, 471,3, 492,2, 501,6, 587,6, 655,5, 667,8, 706,5 нм.
Очевидно, что в длинноволновой области спектра испускается, в основном, тепловое излучение, а в коротковолновой - излучение люминесценции атомов гелия и различных примесей. Следовательно, плазмотрон СУПР-М характеризуется спектром излучения близким к спектру весеннего Солнца, особенно в областях 460-400 нм (рис. 4).
Важной оптической характеристикой биообъекта является спектр эффективного поглощения и люминесценции. Он определялся на спектрофлюориметре Флюорат-02-Панорама, серийно изготавливаемом С-Петербургской фирмой "Люмэкс".
Результаты измерений спектральных зависимостей отражения семян наиболее распространённых сельскохозяйственных культур: яровой пшеницы (сорт Энита), ржи (сорт Пурга), ячменя (сорт Приазовский 9), льна (сорт Союз), ярового рапса (сорт Форум), проса (сорт Саратовская 8), кукурузы (сорт Поволжский 89) представлены на рис. 5.
Рисунок 3. - Спектр излучения лабораторного плазмотрона сельскохозяйственного назначения СУПР-М (рабочий газ - гелий), приведенный к максимальному значению на длине волны 587,6 нм
Рисунок 4. - Сравнение спектров Солнца и гелиевой плазмы
Рисунок 5. - Спектральные зависимости отражения семян
Очевидно, что семена разных культур имеют схожие спектральные характеристики отражения в видимой и ближних УФ и ИК областях спектра. В коротковолновой УФ области доля отражённого излучения падает с 35% до 15% у кукурузы и пшеницы и в меньшей степени - для остальных культур. Затем следует "полка" минимума отражения, где коэффициенты составляют от 14-16% у кукурузы и ржи до 8-9% у рапса и проса. Положение минимума для семян разных культур различно: от 370 нм для кукурузы до 550 нм для рапса. Далее с увеличением длины волны увеличивается и доля отражённого излучения.
В длинноволновой области спектра становится более заметным количественное различие коэффициентов отражения. При этом вполне прогнозируемо проявляется зависимость отражения от цвета поверхности семян: для тёмных семян рапса и льна кривые спектра отражения находятся значительно ниже, чем для светлых семян кукурузы и ячменя. Например, на длине волны 650 нм кукуруза отражает около половины падающего излучения, а рапс - только 10%.
При измерении люминесценции в качестве опытных образцов использовались семена яровой пшеницы сортов Энита и Кинельская 60, а также кукурузы гибрида Поволжский 89. Влажность семян составляла 12-16%.
Спектры возбуждения и люминесценции семян пшеницы обеих сортов качественно не отличаются друг от друга. Их общий вид для сорта Энита представлен на рис. 6. Спектры возбуждения и люминесценции семян кукурузы представлены на рис. 7.
Рисунок 6. - Спектры возбуждения и люминесценции семян пшеницы
Рисунок 7. - Спектры возбуждения и люминесценции семян кукурузы
Установлено, что люминесценция возбуждается коротковолновым излучением (λ<180 нм) и его максимум находится примерно на длине волны 231 нм. Второй пик возбуждается излучением ближней УФ области (максимум примерно на λ=350-380 нм) и его максимум находится в сине-фиолетовой области видимого диапазона излучения (λ=430-450 нм). Отмечено также, что коротковолновый пик люминесценции выражен более ярко и является наименее расплывчатым.
Зависимости для кукурузы качественно практически не отличаются от пшеницы: два максимума люминесценции, из которых первый возбуждается коротковолновым излучением с длиной волны короче 180 нм, а его максимум приходится примерно на 231 нм. Отличием является незначительное смещение вправо второго максимума люминесценции (с 425-435 нм для пшеницы на 435-440 нм для кукурузы) и возбуждающего его излучения (с 365-370 нм для пшеницы, на 375-385 для кукурузы).
Следовательно, в спектральном диапазоне 360-400 нм находится максимум поглощения излучения кукурузы, ячменя, ржи. Для остальных культур доля поглощения в этом диапазоне также весьма значительна. Кроме того, второй максимум возбуждения люминесценции также находится в диапазоне 360-400 нм. Следовательно, вышеуказанный диапазон является интересным для изучения биологической эффективности излучения.
Опыт в более широком спектральном интервале проводился с семенами льна Союз, в котором в качестве источника излучения также использовался плазмотрон СУПР-М. Результаты опыта представлены в табл. 1.
Таблица 1. - Зависимость первичных параметров прорастания семян льна Союз от спектра излучения гелиевого плазмотрона
Вариант, Х1 | Поток излучения (Ф), о. е., Х2 | Всхожесть, % Ув | % к контролю | Средняя длина проростков, см Уд | % к контролю |
Контроль 280 300 350 370 400 450 500 550 600 | - 0,50 0,47 0,83 1,50 2,22 3,91 5,48 3,76 4,99 | 92,5 87,5 95,0 97,5 100,0 90,0 90,0 90,0 97,5 95,0 | - 95 103 105 108 97 97 97 105 103 | 10,10,9 9,61,5 11,21,1 11,20,7 12,00,8 10,51,3 9,81,2 6,60,9 10,01,1 7,70,9 | - 95 112 111 120 104 98 66 99 77 |
Регрессионный анализ показал, что зависимости между длиной излучения нет (R = 0,151), хотя стимулирующий эффект проявлялся при 350-370 нм. Если дополнительно учитывать поток излучения (Х2), то такая зависимость проявится:
Ув = 89,9 0,0191Х1 - 1,545Х2, при R = 0,44 0,126 [1]
Выявлена связь средней силы между длиной волны (Х1) и длиной проростков (Уд):
Уд = 10,05 + 0,00962Х1 - 0,00002253Х12, при R = 0,659 0,135 [2]
Если учесть и поток излучения, то связь становится тесной:
Уд = 9,906 0,006583Х1 - 1,702Х2, при R = 0,839 0,014 [3]
Полученные уравнения показывают, что увеличение потока излучения оказывает угнетающе действие на скорость ростовых процессов.
На всхожесть семян больший стимулирующий эффект получен при длине волны 350-370 нм, которое возбуждает и люминесценцию. Почти такая же зависимость наблюдается и в отношении длины проростков (максимальная прибавка составляет 11-20%). В данном опыте чётко прослеживается зависимость эффекта от дозы обработки. Если при экспозиционной дозе около 40-80 о.е. Н (Ф=1-2 о.е. Ф) имеет место прибавка, то при увеличении до 140-160 о.е. Н прибавка уменьшается практически до нуля, а дальнейшее увеличение дозы свыше 160-200 о.е. Н (свыше 4-5 о.е. Ф) ведёт к ингибированию (рис. 8).
Рисунок 8. - Кривая "доза-эффект" для льна
Указанная зависимость согласуется с данными Ю.В. Готовского и Ю.Ф. Перова (2000). Факт снижения эффекта также необходимо учитывать при выборе экспозиционной дозы и режимов обработки биообъектов.
Следовательно, влияние излучений на различные культуры и сорта не является однозначным. В полном спектре излучений можно выделить как УстимулирующиеФ излучения, так и УингибирующиеФ. Наиболее эффективным оказался диапазон волн с длиной волны 260-380 нм.
Изучение спектров люминесценции позволяет определить спектральный состав света, вызывающего переход органических молекул в возбужденное состояние, качественно проанализировать вероятность появления молекул с парамагнитными свойствами. Это может служить важным методическим приемом оценки эффективности плазменных излучений.
В эксперименте осуществлялась качественная оценка люминесценции, возникающей в семенах различных культур при освещении их в ультрафиолетовом и видимом диапазонах света (от 210 нм до 670 нм). Параллельно оценивалась кинетика люминесценции. Для проведения эксперимента использовался прибор "Флюорат-02-Панорама" производства НПФ АП Люмэкс.
В качестве источника света в приборе используется ксеноновая дуговая лампа, работающая в импульсном режиме искрового разряда с длительностью вспышки 1-3 мкс. Монохроматоры построены на дифракционных решетках, совмещенных с оптоволокном. В качестве приемника излучения используется фотоэлектронный умножитель с перестраиваемой чувствительностью.
Таким образом, снимая спектры возбуждения для различных фиксированных длин волн регистрации люминесценции можно определить спектральный состав света, который будет вызывать люминесценцию одной, либо другой интенсивности, а значит гарантированно переводить органические молекулы в возбужденное состояние.
Результаты эксперимента, представлены на рисунке 9. Анализ показал, что метод может быть использован для оценки влияния плазменной обработки на технологические свойства семян.
Рисунок 9. - Спектры возбуждения и регистрации люминесценции семян
Спектры ЭПР исходных семян существенно отличаются по интенсивности и параметрам: ширине сигнала АН и g-фактору. Последнее свидетельствует о различной молекулярной структуре свободных радикалов (СР). Исследованные спектры ЭПР легко насыщаются СВЧ-мощностью, что характерно для органических структур (табл. 2).
Обработка плазмой приводит к повышению концентрации СР, но при хранении наблюдается спад сигнала ЭПР, сопровождающийся изменением его параметров. Представленные результаты свидетельствуют об отличиях в молекулярной структуре темновых и индуцированных СР. При фотооблучении семян сельскохозяйственных культур также наблюдалось отличие параметров сигналов исходных и индуцированных СР. При облучении плазмой отмечалась более высокая концентрация СР в метаболически активных частях семян, что и привело к появлению сигнала ЭПР в зародышах и пленке.
Таким образом, облучение низкотемпературной плазмой приводит к генерации свободных радикалов в семенах сельскохозяйственных растений. Молекулярная структура индуцированных СР отличается от исходных. Полученный результат свидетельствует, что низкотемпературная плазма не затрагивает генетический аппарат семян, поскольку при жестком облучении, приводящем к необратимому изменению молекулярной структуры, концентрация свободных радикалов при хранении не падает.
Вследствие общепринятых в мировой литературе представлений о протекании основных метаболических реакций через свободнорадикальные состояния полученные результаты свидетельствуют, что одним из основных механизмов биологического эффекта низкотемпературной плазмы является генерация свободных радикалов. Низкотемпературная плазма может воздействовать и на ферментативные системы семян.
Таблица 2. - Параметры спектров ЭПР семян различных культур
Образец | ΔН, Гс | g-фактор | I, 1016 ср/г |
Подсолнечник | |||
Исходные (не облученные) Сразу после облучения Через 8 суток после облучения Через 14 суток после облучения | 7,0 7,5 7,5 7,8 | 2,0029 2,0029 2,0028 2,0029 | 16,2 28,3 24,5 22,7 |
ен-долгунец | |||
Исходные (не облученные) Сразу после облучения Через 8 суток после облучения Через 14 суток после облучения | 5,7 8,5 8,0 7,1 | 2,0055 2,0037 2,0040 2,0057 | 0,5 3,1 2,1 1,4 |
Рапс | |||
Исходные (не облученные) Сразу после облучения Через 8 суток после облучения Через 14 суток после облучения | 5,3 6,7 6,1 6,5 | 2,0052 2,0045 2,0048 2,0049 | 1,2 2,7 2,2 1,9 |
Кукуруза | |||
Цельное зерно | Сигнал не регистрируется | ||
Оболочка | 5,8 | 2,0035 | 2,1 |
Через 5 суток после облучения Через 13 суток после облучения Облученное + пророщенное через 4 суток после облучения Облученное + пророщенное через 13 суток после облучения | 6,4 6,7 6,5 5,0 | 2,0039 2,0037 2,0040 2,0041 | 1,50 0,96 2,80 1,40 |
Зародыш | 9,2 | 2,0047 | 9,3 |
Через 5 суток после облучения Через 13 суток после облучения Облученное + пророщенное через 4 суток после облучения Облученное + пророщенное через 13 суток после облучения | 8,4 7,5 6,8 7,5 | 2,0045 2,0048 2,0042 2,0036 | 6,90 2,20 10,2 3,00 |
Рожь | |||
Через 4 суток после облучения Через 13 суток после облучения | 7,8 6,2 | 2,0038 2,0045 | 3,5 1,7 |
Глава 4. Разработка технологий
применения излучений плазмы в сельском хозяйстве
При разработке технологии использования физических факторов применительно к биологическим объектам - семенам растений - возникает вопрос об экспозиции (времени) воздействия изучаемого фактора. Интерес к малым длительностям обработки семян не случаен, так как при таких длительностях обработки можно наладить непрерывный технологический процесс обработки.
Обработка семян в течение 40, 60 и более секунд, несмотря на их эффективность, не устраивают с технологической точки зрения. Производственная установка для плазменной обработки семян должна быть и эффективной и производительной.
В этой связи, основываясь на резонансной теории действия слабых и сверхслабых электромагнитных излучений на биологические объекты, было решено использовать импульсную обработку семян. Для этого применили дисковый прерыватель (обтюратор), позволяющий задавать различную скважность облучения.
Импульсы излучения формируются путем перекрывания оптического канала металлическими дисками. Система содержит два алюминиевых диска с прорезями, привод вращения диска и систему управления приводом. Вид дисков с приводом показан на рисунке 10. Система управления приводом обеспечивает регулирование и стабилизацию частоты вращения дисков. Минимальное время засветки и затемнения ограничено максимальной частотой вращения привода и составляет 0,005 с, а скважность (отношение длительности импульсов к периоду их следования) устанавливается шириной щели и может меняться от 0,5 до 0 для импульсов засветки. Заданные длительность импульсов засветки и скважность устанавливаются оператором.
В опытах с семенами различных культур была выявлена высокая эффективность прерывистого (импульсного) облучения в течение 0,01 сек, при общем времени нахождения семян под плазмотроном 1 сек. В таблице 3 приводятся результаты изучения различных режимов предпосевной обработки семян зерновых культур.
Рисунок 10. - Схема работы обтюратора для получения импульсного облучения
Таблица 3. - Результаты импульсного облучения семян различных культур
Время импульсного облучения | Длина ростков | Длина корешков | Всхожесть | |||
см | % к контр. | см | % к контр. | % | ± к контр. | |
Озимая рожь | ||||||
Сила тока 80 А | ||||||
Контроль 10 сек 1 сек 0,01 сек | 9,1 9,6 10,5 11,3 | - 105 115 124 | 48,2 51,9 49,7 51,8 | - 108 103 107 | 85 90 70 65 | - +6 -18 -24 |
Сила тока 120 А | ||||||
Контроль 10 сек 1 сек 0,01 сек | 9,4 9,5 8,8 10,4 | - 101 94 111 | 50,1 50,6 45,4 50,2 | - 101 91 100 | 87 90 68 70 | - +3 -22 -20 |
Яровая пшеница | ||||||
Сила тока 60 А | ||||||
Контроль 10 1 0,01 | 3,44 4,29 4,83 5,36 | Ц 125 140 156 | 3,65 4,96 4,40 5,83 | Ц 136 120 160 | 66,5 67,5 70,0 75,0 | Ц +1 +3 +8 |
Сила тока 120 А | ||||||
Контроль 10 сек 1 сек 0,01 сек | 2,88 4,29 3,88 4,36 | - 149 135 151 | 2,92 4,96 4,40 4,64 | - 170 151 159 | 55,0 67,5 70,0 75,0 | - +13 +15 +20 |
Овес | ||||||
Сила тока 120 А | ||||||
Контроль 10 сек 1 сек 0,01 сек | 5,32 5,03 5,52 6,57 | - 95 104 123 | 5,31 4,63 4,92 6,55 | - 87 93 123 | 70 60 73 80 | - -14 +4 +14 |
По стимулирующему эффекту импульсное облучение в течение 0,01сек превосходило другие экспозиции обработки, при этом при обработке семян озимой ржи, яровой пшеницы, овса и других культур, ускорялся рост колеоптиле и зародышевых корешков в 1,2-1,5 раза и повышалась всхожесть семян.
Изучение влияния плазменных излучений на активность ферментативных систем прорастающих семян зерновых культур показало, что на начальном этапе онтогенеза растительного организма, когда еще не появляются признаки видимого роста, под влиянием обработки семян плазмой происходит активация ферментативных систем.
В 2001-2002 годах были проведены исследования по влиянию излучений гелиевой плазмы на активность различных ферментов в прорастающих семенах.
Определение суммарной ферментативной активности. Согласно данным, приведенным в таблице 4, можно утверждать, что после обработки семян излучениями плазмы чаще всего наблюдается активации суммарной ферментативной активности. Более однозначное влияние, проявляющееся в усилении ферментативной активности, характерно для импульсного излучения длительностью 0,01 сек для семян различных сортов и репродукций яровой пшеницы.
Для пленчатых семян ячменя сорта Гонар не получено однозначных результатов. Для семян массовой репродукции отмечено некоторое уменьшение ферментативной активности, для семян 1 репродукции отмечено увеличение ферментативной активности, причем в большей мере оно проявлялось при импульсном воздействии в течение 10 секунд.
Анализ ферментативной активности, проведенный через 9 дней после обработки семян излучениями плазмы, показал ее снижение, как у пшеницы, так и ячменя при всех экспозициях обработки.
Таблица 4. - Влияние времени обработки семян яровой пшеницы и ячменя плазмой гелия и отлежки семян на суммарную ферментативную активность, семена обработаны 10.10.2001
Культура, сорт | Анализ в день обработки семян (10 октября 2001) | Анализ через 9 дней после обработки семян (19 октября 2001) | ||||||
Экспозиция (Х1) | ||||||||
контроль | 0,01 сек (импульсно) | 10 сек (импульсно) | 10 сек (постоянно) | контроль | 0,01 сек (импульсно) | 10 сек (импульсно) | 10 сек (постоянно) | |
Яровая пшеница, Энита (У1) (суперэлита) | 715 | 835 | 814 | 794 | 832 | 811 | 822 | 801 |
Яровая пшеница, Энита (массовая репродукция) (У2) | 740 | 870 | 850 | 929 | 850 | 715 | 734 | 770 |
Яровая пшеница Иволга (массовая репродукция) (У3) | 1069 | 1155 | 877 | 1105 | 962 | 939 | 930 | 932 |
Ячмень (У4) Гонар (массовая репродукция) | 817 | 770 | 770 | 760 | 610 | 582 | 604 | 592 |
Ячмень (У5) Гонар (первая репродукция) | 633 | 681 | 728 | 696 | 325 | 354 | 388 | 451 |
Регрессионный анализ показал, что между экспозицией обработки (Х1), длительностью отлежки (Х2) и суммарной ферментативной активностью выявлены зависимости для суперэлиты и для массовой репродукции семян:
У1 = 787,7 - 0,563Х1 + 3,375Х2, при R = 0,383 0,107 и R2 = 0,147 [4]
У2 = 841,4 + 5,912Х1 - 10Х2, при R = 0,644 0,062 и R2 = 0,414 [5]
У3 = 1060 + 1,862Х1 - 13,84Х2, при R = 0,60 0,078 и R2 = 0,36 [6]
У4 = 806,8 - 1,733Х1 - 22,78Х2, при R = 0,985 0,005 и R2 = 0,97 [7]
У5 = 705,5 + 6,236Х1 - 38,13Х2, при R = 0,980 0,099 и R2 = 0,96 [8]
Наибольший эффект получен при обработке семян ячменя, так как 97 и 96% изменений суммарной ферментативной активности определялись указанными факторами. Увеличение длительности экспозиции и срока отлежки снижало ее, причем в большей мере это относится к длительности отлежки.
Изучение этих показателей у двух сортов яровой пшеницы показало, что меньшее влияние обработка семян оказывала на семена элиты и большее - на семена массовой репродукции. При этом снижение ферментативной активности при отлежке у элиты не наблюдалось.
Определение амилолитических ферментов. В таблице 5 приведены данные по изучению импульсного облучения гелиевой плазмой на семена яровой пшеницы сортов Иволга и Энита и ярового ячменя Гонар различных репродукций.
Таблица 5. - Активность амилолитических ферментов (мг крахмала на 1 г семян в час) в набухших семенах и проростках ячменя и яровой пшеницы в зависимости от экспозиции и сроков обработки семян плазмой
Экспозиция | Анализ набухших семян 11.10.02 г | Обработано 10.10.2002 года | ||
2 дня 12.10.02 | 8 дней 18.10.02 | 12 дней 22.10.02 | ||
Яровая пшеница Иволга (массовая репродукция) (У6) | ||||
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) | 984 1051 1100 1100 | 930 956 975 980 | 1188 1177 1177 1177 | 1091 1143 1151 1193 |
Яровая пшеница Энита (суперэлита) (У7) | ||||
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) | 816 896 743 806 | 971 962 914 978 | 1165 1100 1096 1186 | 1145 1172 1051 1172 |
Яровая пшеница Энита (массовая репродукция) (У8) | ||||
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) | 864 982 854 870 | 970 950 960 950 | 1197 1143 1141 1162 | 1179 1179 1181 1172 |
Ячмень Гонар (первая репродукция) (У9) | ||||
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) | 297 335 287 283 | 704 644 690 660 | 882 772 827 792 | 900 876 892 846 |
Ячмень Гонар (массовая репродукция) (У10) | ||||
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) | 569 629 500 546 | 845 799 896 802 | 1014 958 1073 1008 | 1067 978 1079 663 |
При обработке набухших семян пшеницы получено в основном увеличение активности амилолитических ферментов, но наибольший стимулирующий эффект отмечен при экспозициях 0,01 и 10 с при импульсном облучении. При анализе активности ферментов через 2, 8 и 12 дней после обработки не выявлено увеличение активности амилолитических ферментов за исключением семян массовой репродукции при экспозиции 10 с импульсно.
Эти зависимости описывались уравнениями У6 - У10:
У6 = 991+ 3,986Х1 + 14,58Х2, при R = 0,747 0,005 и R2 = 0,599 [9]
У7 = 847,4 + 2,649Х1 + 27,16Х2, при R = 0,866 0,003 и R2 = 0,75 [10]
У8 = 898,4 - 1,403Х1 + 26,53Х2, при R = 0,935 0,002 и R2 = 0,874 [11]
У9 = 436,2 - 3,125Х1 + 41,79Х2, при R = 0,831 0,007 и R2 = 0,691 [12]
У10 = 699,3 - 11,26Х1 + 29,71Х2, при R = 0,724 0,008 и R2 = 0,524 [13]
Определение активности каталазы. В таблице 6 приводятся данные по активности каталазы в зависимости от календарных сроков обработки плазмой гелия.
Таблица 6. - Активность каталазы (мл О2 в 1 г семян в час) в сухих семенах разных сортов яр. пшеницы в зависимости от календарных сроков обработки плазмой, 2002 г
Экспозиция | Энита | Иволга | ||||||||||
календарные сроки | ||||||||||||
12.02 | 21.02 | 28.02 | 4.04 | 19.04 | 7.10 | 12.02 | 21.02 | 28.02 | 4.04 | 19.04 | 7.10 | |
Контроль | 1310 | 700 | 840 | 750 | 1100 | 980 | 760 | 615 | 580 | 920 | 790 | 720 |
0,01 сек (импульсно) % к контролю | 850 64,9 | 350 50,0 | 710 84,5 | 700 93,3 | 1440 130,9 | 760 77,6 | 840 110,5 | 690 112,2 | 740 127,6 | 860 93,5 | 1000 126,6 | 760 105,6 |
10 сек (импульсно) % к контролю | 1130 86,2 | 610 87,1 | 810 96,4 | 700 93,3 | 1650 150,0 | 810 82,7 | 860 113,2 | 723 117,6 | 820 141,4 | 910 98,9 | 1150 145,6 | 830 115,3 |
10 сек (постоянно) % к контролю | 1300 99,2 | 670 95,7 | 810 96,4 | 680 90,7 | 1600 145,5 | 760 77,6 | 856 112,6 | 612 99,5 | 820 141,4 | 970 105,4 | 1180 149,4 | 700 97,2 |
40 сек (постоянно) % к контролю | 1070 81,7 | 640 91,4 | 740 88,1 | 740 98,7 | 1680 152,7 | 760 77,6 | 770 101,3 | 584 95,0 | 610 105,2 | 800 86,9 | 1260 1595 | 710 98,6 |
Для сорта Энита получены данные, согласно которым активность каталазы возрастала, если обработка проводилась 19 апреля, т.е. в период, предшествующий оптимальному сроку высева. При проведении обработки в другие сроки активность каталазы при проведении обработок уменьшалась. Это можно объяснить тем, что активация биологических систем семени должна проводиться в те периоды (те точки бифуркаций), которые совпадают с биологическими ритмами семени.
Изучение активности каталазы в сухих семенах ячменя сорта Гонар показало несколько иную картину (табл. 7).
Таблица 7. - Активность каталазы (мл О2 в 1 г семян в час) в сухих семенах ячменя сорта Гонар в зависимости от календарных сроков обработки плазмой, 2002 г
Экспозиция | Календарные сроки | ||||
12.02 (У11) | 21.02 | 28.02 | 4.04 | 19.04 (У12) | |
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) 40 сек (постоянно) | 376 370 432 360 393 | 340 520 490 500 510 | 320 580 610 610 630 | 380 380 450 410 450 | 420 410 540 510 610 |
Активация фермента каталазы наблюдалась практически при всех сроках обработки, но наибольшее увеличение отмечено при экспозиции 10 с импульсно.
Зависимости описывались следующими уравнениями:
У11 = 392,1 - 3,3,532Х + 0,08869Х2, при R = 0,411 0,129 [14]
У12 = 457,9 + 3,931Х, при R = 0,803 0,011 [15]
В таблице 8 приведены данные по активности каталазы в проросших семенах разных сортов яровой пшеницы после обработки их плазмой гелия при проведении обработки в феврале. Реакция разных сортов неодинаковая. У сорта Энита отмечалась более высокая ферментативная активность каталазы и отсутствие положительной реакции на различные режимы и экспозиции обработки.
Таблица 8. - Активность каталазы (мл О2 в 1 г семян в час) в проросших семенах разных сортов яровой пшеницы после обработки их плазмой, (обработка 21.02, анализ 24.02.2002 года)
Экспозиция | Сорта | |
Энита | Иволга | |
Контроль 0,01 сек (импульсно) 10 сек (импульсно) 10 сек (постоянно) 40 сек (постоянно) | 1624 1290 1410 1500 1120 | 1010 1150 1200 1110 990 |
У сорта Иволга наблюдалось увеличение ферментативная активность каталазы при экспозициях от 0,01 до 10 секунд. При большей продолжительности обработки отмечено снижение активности фермента.
Изучение ферментативной активности в семенах клевера лугового после обработки излучением низкотемпературной гелиевой плазмы показало, что обработка оказывает неоднозначное влияние на активность фермента в сухих и проросших семенах.
Изучение активности каталазы (табл. 9), проводили в сухих семенах клевера лугового сорта Смоленской 29 (в день обработки) и в набухших семенах (на второй и шестой день после обработки).
Таблица 9. - Активность каталазы в семенах клевера лугового, (мл. О2/1ч)
Вариант | 1-й день | 2-й день | 6-й день (сух. сем). | |||
сухие семена | % к контролю | проросшие семена | % к контролю | проросшие семена | % к контролю | |
Контроль 15 сек. 30 сек. 60 сек. 90 сек. 120 сек. | 16,3 17,5 28,9 22,7 14,7 13,9 | - 107,4 177,3 139,3 90,2 85,6 | 375,6 370,0 363,0 393,0 432,5 425,0 | - 98,3 96,4 104,4 114,9 112,9 | 149,0 231,0 283,0 275,0 284,0 279,0 | - 155,0 189,9 184,6 190,6 187,2 |
Данные таблицы показывают, что обработка семян клевера лугового излучением низкотемпературной гелиевой плазмы оказала не однозначное влияние на активность каталазы в сухих и проросших семенах. Она характеризовалась слабой связью и описывалась следующим уравнением:
У = 129 + 0,4455Х1 + 22,81Х2, при R = 0,335 0,127 [16]
В день обработки в сухих семенах активность данного фермента показывает, что семена, подвергшиеся излучению плазмой, имеют более высокую активность каталазы по сравнению с контролем (в 1,7-2 раза), исключение составляют варианты 90 и 120 с, в которых наблюдается заметное снижение активности изучаемого фермента (в 1,1-1,2 раза). Низкую активность каталазы можно объяснить тем, что для сухих семян характерна низкая активность окислительно-восстановительных процессов, то есть семена находятся в состоянии покоя и имеют низкий обмен веществ.
Реакция активности окислительно-восстановительных процессов на воздействие излучением гелиевой плазмы в набухших семенах была иной, чем в сухих. Активность каталазы в вариантах 90 и 120 с возрастала в 1,2 раза по сравнению с контролем. В вариантах с экспозициями 15 и 30 с отмечено снижение активности каталазы, она составляет 98,3 и 96,4% от контроля соответственно.
На шестой день отлежки семян также наблюдалось повышение активности фермента по сравнению с контролем, оно составило 55,0-90,6%, наибольшей она была в вариантах 30 и 90 сек. Следует отметить, что по мере отлежки семян после обработки излучением низкотемпературной гелиевой плазмы происходит снижение активности фермента по всем исследуемым вариантам опыта, особенно сильно это происходит в семенах обработанных излучением плазмы в течение 90 и 120 сек.
Следует отметить, что различия в активности каталазы в прорастающих семенах через шесть дней после воздействия излучения гелиевой плазмы по вариантам опыта становятся более выраженными. Если в первый день разница между крайними значениями составляла 69,5, то на шестой день - 135 мл О2/час.
Определение активности амилазы. Расщепление крахмала происходит как внутри клетки, так и внеклеточным путем. Внутриклеточное начинается уже в первые часы набухания семян, затем начинает снижаться уже на четвертый день.
Определение ферментов амилолитического комплекса в семенах клевера лугового проводилось в день обработки и на третий день прорастания (четвертый день после обработки) (табл. 10).
Таблица 10. - Активность амилазы в семенах клевера лугового
(в мл гидролизованного крахмала за 1ч на 1г семян)
Вариант | 1-й день | 4-й день | ||
сухие семена | % к контролю | проросшие семена | % к контролю | |
Контроль 15 сек. 30 сек. 60 сек. 90 сек. 120 сек. | 0,185 0,15 0,006 0,006 0,006 0,04 | - 81,1 3,2 3,2 3,2 21,6 | 0,0125 0,028 0,07 0,084 0,098 0,088 | - 224 560 672 784 704 |
Данные таблицы показывают, что при облучении плазмой сухих семян активность амилазы была незначительной, не было выявлено зависимости от экспозиции обработки.
В проросших семенах отмечено увеличение активности амилазы при увеличении экспозиции обработки. Эта зависимость имела явный характер и описывалась следующим уравнением:
У = 0,0292 + 0,0006516Х, при R = 0,861 0,001 и R2 = 0,742 [17]
По мере прорастания семян происходит увеличение общей ферментативной активности, в том числе и увеличение активности амилаз. Следует отметить, что стимулирующее действие обработки семян излучение гелиевой плазмой получено при обработке семян по всем вариантам опыта. Активность амилаз повышается по отношению к контролю в данных вариантах в 2,2-7,8 раза. В вариантах с более высокой активностью амилаз отмечается более высокая энергия прорастания семян и силы роста, это говорит о лучшей мобилизации пластических веществ и доступности энергии для развития пророст ков, о более высокой активности ферментов амилолитического комплекса.
Определение активности протеолитических ферментов. Одним из запасных веществ семени являются белки. Распад белков в семенах начинается почти сразу же после набухания и осуществляется несколькими группами протеиназ.
Различают три стадии протеолиза запасных белков при прорастании. На первой стадии идет лишь ограниченный протеолиз основной массы запасных белков. Альбумины и глобулины распадаются, они локализуются в осевых органах зародыша в алейроновых зернах алейронового слоя. Повышается подвижность и растворимость белков.
На этой стадии образуются аминокислоты, необходимые для синтеза новых ферментативных белков. На второй стадии, которая длится 10-15 дней, белки в запасных органах быстро распадаются до аминокислот, которые транспортируются к растительному зародышу, обеспечивая его гетеротрофное питание.
Активность протеолитических ферментов определялись нами в семенах клевера лугового на второй, третий и пятый день после обработки излучением гелиевой плазмой (табл. 11).
Таблица 11. - Активность протеолитических ферментов в семенах
клевера лугового (мг амидного азота / 1ч)
Вариант | 1-й день | 2-й день | 5-й день | |||
проросшие семена | % к контролю | проросшие семена | % к контролю | проросшие семена | % к контролю | |
Контроль 15 сек. 30 сек. 60 сек. 90 сек. 120 сек. | 1,0 1,4 1,4 1,3 1,3 1,7 | - 140 140 130 130 170 | 1,3 1,9 1,8 3,5 2,8 2,1 | - 146 138 269 215 162 | 3,4 2,8 4,1 3,6 4,8 2,5 | - 82 121 106 141 74 |
Данные таблицы показывают, что обработка семян клевера лугового излучением низкотемпературной гелиевой плазмой повышала активность ферментов по всем вариантам опыта по сравнению с контролем. Наибольшая активность протеиназ отмечается в варианте (90с), на пятый день она составляет 4,8 мг амидного азота.
Как известно, активный распад белков в проросших семенах начинается на пятый день прорастания. Такая же закономерность наблюдается и в данном опыте, то есть самая высокая активность протеолитических ферментов отмечается на пятый день прорастания семян.
В зависимости от варианта опыта активность протеиназ по сравнению с предыдущими определениями возросла в 1,2-2,4 раза.
Данное явление объясняется тем, что активный распад белков в прорастающих семенах начинается на 4-5 день прорастания. Таким образом, можно сделать вывод, что обработка семян клевера лугового излучением низкотемпературной гелиевой плазмой оказала неоднозначное влияние на активность ферментов в семенах. В зависимости от времени экспозиции наблюдается как стимуляция, так и ингибирование активности ферментов.
Определение интенсивности фотосинтеза и содержания хлорофилла. Продуктивность сельскохозяйственных культур в значительной мере зависит от интенсивности фотосинтеза. Этот показатель изменяется под воздействием факторов внешней среды, важнейшими из которых считаются интенсивность освещения, спектральный состав света, концентрация СО2 и О2, температура, водный режим и др. Важнейшим фактором, отражающим интенсивность фотосинтеза, является количество поглощенной хлорофиллом ФАР. Хотя прямой зависимости между содержанием хлорофилла и продуктивностью культур нет, однако при повышении его содержания увеличивается количество поглощенной ФАР.
В наших исследованиях, проведенных в производственных опытах колхоза Правда определялось содержание хлорофилла в фазу молочно-восковой спелости при проведении обработки семян плазмой и без обработки.
При обработке семян излучениями гелиевой плазмы в течение 0,1 с содержание хлорофилла составило 6,89 мг/л, в то время как на контроле - 3,93 мг/л или в 1,8 раза больше (табл. 12).
В опытах в КХ Стригино в варианте с обработкой семян плазмой, где семена высевались через день после обработки не было выявлено достоверной разницы между контролем - 3,48 мг/л и облученными семенами - 3,72 мг/л.
Таблица 12. - Содержание хлорофилла в растениях яровой пшеницы, мг/л
Хозяйство, вариант | Хлорофилл | % к контролю | ||
А | В | А + В | ||
Колхоз Правда | ||||
Контроль Плазма, 0,1 сек | 3,1967 5,4622 | 0,7358 1,4305 | 3,9325 6,8927 | Ц 175 |
КХ Стригино | ||||
Контроль Плазма, 0,1 сек | 2,7641 2,9743 | 0,7195 0,7461 | 3,4836 3,7204 | Ц 107 |
В таблице 17 приводится динамика интенсивности фотосинтеза сортов яровой пшеницы Лада и Энита в фазу выхода в трубку. При обработке семян излучениями плазмы сорт Лада аккумулировал значительно больше СО2, чем без обработки.
Таблица 17. - Динамика интенсивности фотосинтеза яровой пшеницы, мг СО2/дм2
Сорт | Фон | 25.06.2002 г | 26.06.2002 г | |||
900 | 1200 | 945 | 1040 | 1200 | ||
ада | Контроль Плазма, 0,1 сек | 4,44 8,32 | 49,13 79,47 | 7,09 9,54 | 8,99 11,16 | 45,00 98,60 |
Энита | Контроль Плазма, 0,1 сек | 3,86 6,84 | 32,90 37,36 | 5,87 7,55 | 6,86 11,46 | 33,90 34,92 |
Пик интенсивности фотосинтеза наблюдался в 12 часов дня и достиг у сорта Лада на контроле 49,13 мг, а в варианте с плазмой 79,47 СО2/дм2. У сорта Энита эти показатели составили соответственно 32,9 и 37,36 СО2/дм2. Подобное же соотношение было отмечено и во второй день наблюдений, когда перечисленные показатели на то же время наблюдений были у первого сорта на контроле 45,00 и в варианте с плазмой 98,60 дм2, а у второго 33,90 и 34,92 СО2/дм2, соответственно. Таким образом, по сорту Лада отмечается существенное увеличение интенсивности фотосинтеза, а у сорта Энита отмечен сравнительно небольшой рост.
Указанное соотношение интенсивности фотосинтеза наблюдалось и в утренние часы, когда напряженность процесса была более слабой, но соотношение величин практически не изменялось. Наличие определенной зависимости интенсивности фотосинтеза от обработки семян излучениями плазмы дает основания использовать этот прием как один из способов регулирования продукционного процесса.
Поскольку обработка семян излучениями плазмы ускоряет ростовые процессы в семенах на начальных этапах, должна повышаться и активность пероксидазы. Однако химический контроль за окислительно-восстановительными процессами довольно сложен и длителен, вследствие чего не может быть достаточно достоверным.
Действие гелиевой плазмы на процесс дыхания семян. Базируясь на результатах, полученных другими исследователями, было решено использовать для контроля окислительно-восстановительных процессов (ОВП) приборы, способные с достаточной точностью определять содержание кислорода и углекислого газа в малых объемах воздуха.
Результаты первых измерений показали обнадеживающие результаты. Так при облучении семян яровой пшеницы и кукурузы плазмой поглощение кислорода через 4 часа после помещения их во влажную среду и термошкаф увеличивалось на 65Ц70%, а выделение углекислого газа возрастало примерно на столько же.
Следовательно, указанный метод можно использовать для контроля эффективности обработки посевного материала излучениями плазмы и другими физическими методами.
Изучение сроков отлежки. При разработке технологий применения излучений плазмы в производственных масштабах неизбежно возникает вопрос, как долго сохраняется стимулирующий эффект.
Поэтому вопрос продолжительности хранения семян после обработки излучениями плазмы (отлежки) крайне важен, так как не всегда удается сразу после обработки произвести их посев. При более продолжительном сохранении эффекта от облучения семян возможно увеличение времени работы установки.
Для того, чтобы исключить влияние на обработанные семена внешних электромагнитных полей был испытан метод хранения их в так называемой клетке Фарадея. Она представляет собой замкнутое пространство со всех сторон окруженное заземленной металлической сеткой или решеткой. Данные, полученные при проведении долгосрочного лабораторного опыта с семенами яровой пшеницы сорта Иволга, проращивание семян в котором производилось на 6, 12, 18 и 24 день после облучения, представлены в таблице 14.
Регрессионный анализ показал, что с увеличением длительности обработки (Х1) длина ростков снижалась, а увеличение продолжительности отлежки (Х2) увеличивало длину ростков. Она имела вид:
Ур = 2,82 - 0,0868Х1 + 0,04344Х2, при R = 0,354 0,143 [18]
В отношении длины корешков указанные факторы не оказали значительного действия (R = 0,243). То же можно отметить и в отношении всхожести (R = 0,124).
Сравнение параметров семян, хранящихся в клетке Фарадея и обыкновенных условиях показало, что различия по всем показателям крайне незначительные, то есть обработанные плазмой семена можно хранить в обычных условиях.
Таблица 14. - Влияние сроков хранения (отлежки) семян при различных
режимах облучения на величину проростков яровой пшеницы
Варианты * | Сроки постановки на проращивание после облучения | ||||||||||||
6 день | 12 день | 18 день | 24 день | ||||||||||
ростки, см | корешки, см | всхожесть, % | ростки, см | корешки, см | всхожесть, % | ростки, см | корешки, см | всхожесть, % | ростки, см | корешки, см | всхожесть, % | ||
Контроль | 4,89 | 5,86 | 88 | 1,79 | 3,29 | 68 | 2,15 | 2,82 | 63 | 4,00 | 5,10 | 73 | |
10 5 1 0,5 0,1 0,01 0,01 ** | 2,71 3,20 4,11 4,71 3,27 4,32 4,17 | 3,39 4,12 4,75 5,52 4,27 6,17 5,83 | 75 70 65 80 73 88 86 | 1,63 0,68 1,88 1,57 2,27 1,09 1,15 | 3,02 1,35 3,13 2,33 3,71 1,88 2,12 | 68 60 58 43 60 65 70 | 3,87 1,57 3,05 2,30 2,70 4,35 4,01 | 4,39 2,41 3,70 2,95 3,15 4,42 4,18 | 70 60 68 63 80 70 70 | 4,93 4,40 4,61 4,17 4,35 3,74 3,35 | 6,09 5,17 5,95 5,02 5,49 4,24 4,00 | 80 73 85 70 65 73 75 | |
* - семена обработаны при расстоянии от сопла плазмотрона до семян 80 см.
** - контрольный вариант, в котором отлежка происходила в обычных условиях.
Важным выводом из проведенного опыта является то, что установлена закономерная ритмика в эффективности облучения в процессе различных сроков хранения семян. Как видно из таблицы 14 во всех испытываемых режимах облучения происходит активизация процесса прорастания до 6-го дня, затем к 12-14 дням эта активность резко снижается и вновь постепенно повышается к 24 дню хранения.
Эти закономерности должны быть определены для различных по качеству семян и культур и строго учитываться на практике. Очевидно, это связано со временем сохранения свободных радикалов в парамагнитных центрах и их преобразованием.
Изучение отзывчивости на биоактивацию сортов и репродукций культур. При изучении влияния обработки семян излучением гелиевой плазмы важно отметить сортовую специфику действия данного фактора, определяемую специфическим генотипом растений.
Нами была проведена сравнительная оценка разных сортов и репродукций яровой пшеницы по биометрическим показателям (Амир, Иволга, Лада, Энита). Можно также отметить, что при обработке семян массовых репродукций излучениями гелиевой плазмой, отмечается увеличение всхожести семян в среднем с 83-90% до 94%. Были испытаны четыре сорта яровой мягкой пшеницы. В опыте изучали действия излучения гелиевой плазмы, доз и способов внесения минеральных удобрений при возделывании яровой пшеницы.
В процессе вегетации растений оценивались различные физиологические показатели с целью выяснения характера действия на ростовые, формообразовательные и функциональные процессы растений.
В таблице 15 представлены биометрические показатели яровой пшеницы.
При обработке семян гелиевой плазмой отмечено некоторое снижение высоты растений яровой пшеницы в фазу кущения - начала выхода в трубку. В то же время площадь листовой поверхности после обработки излучением плазмы возрастает. Если у сорта Лада на контроле площадь листьев составляла 4,55 см2, а у сорта Амир - 4,54, то при обработке семян гелиевой плазмой эти показатели составляли соответственно 4,87 и 4,83 см2.
На первых этапах онтогенеза в листьях пшеницы увеличивалось содержание зеленых пигментов. Реакция сорта Амир проявлялась сильнее, чем сорта Лада.
Таблица 15. - Биометрические показатели растений яровой мягкой пшеницы
(фаза кущения - начала выхода в трубку)
Сорт | Обработка | Высота растений, см | Площадь листьев, см2 |
ада | контроль плазма | 24,5 22,6 | 4,55 4,87 |
Амир | контроль плазма | 21,9 20,8 | 4,53 4,83 |
В таблице 16 показано влияние излучения гелиевой плазмы на морфологические показатели проростков сортов яровой мягкой пшеницы, внесенных в Государственный реестр селекционных достижений.
Таблица 16. - Реакция сортов яровой мягкой пшеницы на обработку семян
излучением гелиевой плазмы с экспозицией 40 сек
Сорт | Фон | Длина, мм | Масса проростков, мг | Объем корней, см3 | |
колеоптиле | корней | ||||
Амир | контроль плазма | 11,4 36,2 | 20,8 56,7 | 131 384 | 0,55 1,30 |
Иволга | контроль плазма | 21,8 52,0 | 37,7 71,6 | 298 950 | 0,95 1,80 |
ада | контроль плазма | 28,0 58,6 | 40,0 74,7 | 257 739 | 1,00 2,10 |
Энита | контроль плазма | 13,3 65,7 | 21,0 80,1 | 175 830 | 0,95 2,15 |
Данные таблицы свидетельствуют о том, что все изученные в опыте сорта положительно реагировали на обработку семян гелиевой плазмой. Показатели первоначального роста в опытном варианте оказались существенно выше, чем на контроле. Максимальные прибавки по всем показателям, за исключением общего объема корней, отмечены у сорта Энита. Наиболее значительный показатель - длина колеоптиле, характеризующая силу роста после обработки излучением плазмы увеличилось у этого сорта на 334%, по сравнению с контролем, длина корней - на 281%, масса проростков - на 374%. У сорта Лада прибавки были следующими: длина колиоптиле - 109%, длина корней - 87%, масса проростков - 187%, объем корней - 110%. Названный сорт слабее остальных реагировал на использованную в опыте обработку. Примерно на таком же уровне по всем изученным показателям находился и сорт Иволга. Сорт Амир занимал промежуточное положение. Таким образом, средняя прибавка по четырем проанализированным параметрам составила у сорта Амир - 280%, Иволга - 234%, Лада - 223%, Энита - 379%.
Изученные сорта несколько различались по чувствительности к воздействию излучения плазмы на показатели начального роста. По отношению к контрольными вариантами в опытных масса проростков увеличилась в 3,43 раза, длине колеоптиле - в 3 раза, длине корней - в 2,58 раза, объем корней - в 2,15 раза. Таким образом, в первые 7-10 дней развития проростков наблюдалось двух и трехкратное увеличение морфологических характеристик проростков яровой пшеницы.
Поскольку онтогенез является процессом неразрывной связи последовательных изменений в жизнедеятельности растительного организма, все процессы от образования зиготы до отмирания растений связаны друг с другом и влияют на образование тканей и органов. Изменение начальных этапов роста приводят в конечном итоге к изменению продуктивности растений.
Глава 5. Влияние предпосевной биоактивации семян излучениями плазмы на рост, развитие и качество продукции сельскохозяйственных культур
В течение 1996-2005 гг. проводились мелкоделяночные и полевые опыты с различными культурами, в которых изучалось влияние предпосевного облучения семян на формирование агрорценозов и урожайность яровой и озимой пшеницы, озимой ржи, ячменя, овса, гороха, сои, картофеля, клевера, люцерны, тимофеевки, томата и огурца, зеленных культур. В опытах выявлено, что стимуляция ростовых процессов на начальных этапах онтогенеза растений обеспечивала формирование более мощных растений, формирующих в конечном итоге более высокий результат.
Однако выявлено, что для разных культур наибольший стимулирующий эффект проявляется при разных экспозициях обработки, и он тем выше, чем менее благоприятными были условия выращивания.
За годы экспериментов (1994-2006 гг.) от применения плазменных технологий прибавка урожая разных сельскохозяйственных культур составляла от 2,5 до 65%.
В виду невозможности привести данные опытов со всеми культурами, приводим результаты опытов с яровой пшеницей, картофелем и козлятником восточным.
Результаты опытов с яровой пшеницей. В полевом опыте, проведенном в 2001 году на опытном поле Смоленской ГСХА с яровой пшеницей сорта Энита изучалась эффективность обработки семян излучениями гелиевой плазмы при силе тока 60 А и расстоянии от сопла плазмотрона 80 см.
Опыт проводили на хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве на фоне удобрений - N45P45K45.
Измерения высоты растений пшеницы показало (табл. 17), что интенсивность роста растений яровой пшеницы в течение вегетационного периода зависела от срока облучения семян. Посев семенами, обработанными излучениями плазмы в день обработки, увеличивал высоту растений, а при посеве через сутки высота растений пшеницы уменьшалась.
Изучение густоты стояния побегов показало (табл. 18), что плазменная обработка семян пшеницы в день посева повышала интенсивность кущения и сохранность побегов к уборке. Посев семенами, обработанными излучениями плазмы через сутки, снижал эффективность ее действия.
При обработке семян излучениями плазмы в день сева отмечено положительное влияние на общую и продуктивную кустистость (табл. 19).
Анализ площади листьев перед уборкой показывает (табл. 20), что применение плазменной обработки привело к формированию более мощного листового аппарата у растений яровой пшеницы и более длительному его функционированию.
Таблица 17. - Высота растений яровой пшеницы Энита
Варианты | Дата посева | 25.06 | 10.08 | 16.09 | |||
см | % к контр. | см | % к контр. | см | % к контр. | ||
Контроль - без обработки Посев в день обработки (1-0,01) Посев через сутки (15-10) Посев через сутки (1-0,01) | 9 мая 9 мая 10 мая 10 мая | 60,7 60,8 59,2 57,6 | Ц 100,2 97,5 94,9 | 63,4 68,7 62,6 57,9 | Ц 108,4 98,7 91,3 | 65,2 69,3 62,7 58,2 | Ц 106,3 96,2 89,3 |
Таблица 18. - Густота стояния растений
Варианты | Дата посева | Полные всходы | Перед уборкой | ||
шт/м2 | % к контр. | шт/м2 | % к контр. | ||
Контроль - без обработки Посев в день обработки (1-0,01) Посев через сутки (15-10) Посев через сутки (1-0,01) | 9 мая 9 мая 10 мая 10 мая | 334 308 250 268 | Ц 92,2 75,0 80,2 | 343 375 297 316 | Ц 109,3 86,6 92,1 |
Таблица 19. - Кустистость растений яровой пшеницы Энита
Варианты | Количество растений, шт/м2 | Количество стеблей, шт/м2 | Количество колосьев, шт/м2 | Кустистость общая, шт | Кустистость продуктивная, шт | |
полные всходы | перед уборкой | |||||
Контроль - без обработки Посев в день обработки (1-0,01) Посев через сутки (15-10) Посев через сутки (1-0,01) | 334 308 250 268 | 342,9 375,2 296,5 315,8 | 397 432 375 344 | 377 406 364 318 | 1,16 1,27 1,20 1,08 | 1,10 1,24 1,13 1,01 |
Таблица 20. - Площадь листовой поверхности яровой пшеницы Энита
Варианты | Дата посева | Площадь листьев в фазу колошения | |||
см2/раст. | % к контр. | м2/га | % к контр. | ||
Контроль - без обработки Посев в день обработки (1-0,01) Посев через сутки (15-10) Посев через сутки (1-0,01) | 9 мая 9 мая 10 мая 10 мая | 32,89 42,30 35,73 39,66 | Ц 128,6 108,6 120,6 | 13070,5 17133,1 13386,2 14568,1 | Ц 131,1 102,4 111,5 |
Таким образом, обработка семян излучениями плазмы может оказывать влияние не только на размеры ассимиляционного аппарата яровой пшеницы, но и на продолжительность его функционирования, при этом больший положительный эффект обеспечивает применение плазменной обработки в день посева.
Анализ структуры урожая и урожайности яровой пшеницы (табл. 21) показал, что предпосевная обработка семян излучениями плазмы оказывала положительное действие на показатели структуры урожая, а именно на длину колоса, массу 1000 зерен и массу зерна в одном колосе.
При посеве через сутки после обработки семян получены прибавки урожая зерна на 0,81 т/га.
Таблица 21. - Элементы структуры урожайности яровой пшеницы Энита
Варианты | Длина колоса, см | Кол-во зерен в колосе, шт | Масса зерна с колоса, г | Урожайность, т/га |
Контроль - без обработки Посев в день обработки (1-0,01) Посев через сутки (15-10) Посев через сутки (1-0,01) | 6,4 7,3 6,4 7,2 | 21,4 22,0 18,1 20,6 | 0,58 0,85 0,71 0,73 | 2,22 3,03 2,84 2,98 |
НСР 05 | 0,19 | |||
Результаты опытов с картофелем. При обработке семян зерновых и овощных культур отмечено усиление темпов начального роста. Этот эффект действия плазмы представляет интерес и для картофеля. С этой целью в 2003-2006 годах была проведена серия опытов.
Для обработки клубней использовался генератор плазмы СУПР-М. Клубни картофеля имеют значительно большую массу, поэтому изучались экспозиции 60-300 с. Почва опытного участка дерново-подзолистая, с содержанием гумуса 1,96%, рНKHL - 6,2. Содержание подвижного фосфора 177 и обменного калия 220 мг/кг.
В 2006 году изучалась обработка клубней плазмой для сортов: раннеспелый Жуковский, поздний Скарб и среднеранний Елизавета. Фон - N60P75K90 - создан внесением азофоски, сульфата калия и двойного суперфосфата. Удобрения вносили на дно борозды и перемешивали с почвой, затем на дно борозды раскладывали клубни и закрывали почвой. Схема посадки 30х70 см. Посадка гладкая, повторность 4-кратная. Густота посадки 47,6 тыс./га клубней. За период вегетации проведены две некорневые подкормки комплексом микроэлементов содержавшим молибдат аммония, борную кислоту, сульфат кобальта и медный купорос в количестве 0,01% каждого микроудобрения.
Перед высадкой клубни были облучены плазмой по следующей схеме: 1) контроль; 2) постоянное облучение плазмой в течении 2 мин; 3) постоянное облучение плазмой в течении 4 мин; 4) импульсное облучение плазмой в течении 1,5 сек.
Расстояние от плазмотрона - 75 см, расход газа 4,3 л/мин, сила тока - 63 А.
Облучение посадочного материала плазмой достоверно повысило урожайность клубней картофеля Жуковский и Елизавета (табл. 22).
Таблица 22. - Урожайность клубней картофеля в зависимости
от сорта и режима облучения посадочного материала плазмой, т/га
Варианты | Сорт | ||
Жуковский | Скарб | Елизавета | |
Контроль (без облучения) Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 20,8 24,6 24,4 24,0 | 26,0 22,0 22,4 26,8 | 25,1 31,4 33,8 30,0 |
НСР05 | 2,9 | 3,5 | 2,6 |
Различия в урожайности клубней между вариантами с облучением плазмой не проявилось, вероятно, из-за скороспелости этого сорта и засушливой погоды в первой половине лета. По сорту Елизавета наибольшая урожайность получена от облучения плазмой в течение 4 минут. Такое различие выявилось, благодаря меньшей скороспелости сорта Елизавета по сравнению с Жуковским. Картофель сорта Скарб из-за позднего срока посадки не проявил своих потенциальных возможностей, хотя образовал большое количество клубней, но нестандартных по размеру.
Наибольший выход стандартной продукции был у картофеля сорта Елизавета - 79-90% (табл. 23). Доля стандартных клубней у картофеля сорта Жуковский составила 62-72%, у картофеля сорта Скарб - 32-33 и 74%, причем количество стандартных клубней повысилось в 2 раза от облучения плазмой в 4-м варианте.
Облучение плазмой посадочного материала повышало среднюю массу клубней в урожае сорта Жуковский на 20Ц59%, у сорта Скарб средняя масса клубней составила 70Ц71 г, кроме клубней 4-го варианта, масса которых была 115 г. Сорт Елизавета повысил урожайность в вариантах с облучением плазмой за счет образования большего количества клубней на растениях.
Таблица 23. - Выход стандартной товарной фракции и средняя масса одного клубня в зависимости от сорта и режима облучения посадочного материала плазмой
Сорт | Варианты | Стандарт, % | Нестан-дарт, % | Отход, % | Средняя масса одного клубня, г |
Жуковский | Контроль Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 69 59 76 62 | 28 31 18 36 | 3 10 6 2 | 87 104 138 113 |
Скарб | Контроль Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 32 33 32 74 | 50 54 53 24 | 18 13 15 2 | 70 70 71 115 |
Елизавета | Контроль Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 90 79 87 85 | 5 7 8 10 | 4 13 3 4 | 190 124 127 160 |
В опыте варьировалось содержание в клубнях сухого вещества и крахмала (табл. 24). Для сорта Жуковский прослеживается тенденция повышения содержания сухого вещества и крахмала в 3 и 4-м вариантах. Содержание аскорбиновой кислоты в пределах каждого сорта по вариантам опыта было практически одинаковым. Более высокое содержание аскорбиновой кислоты у сорта Елизавета.
Таблица 24. - Биохимические показатели качества клубней картофеля (на сырую массу) в зависимости от сорта и режима облучения посадочного материала плазмой
Сорт | Варианты | Сухое вещество, % | Крахмал, % | Аскорб. к-та, % | Общая кисл., % ябл. к-ты | NO3, мг/кг |
| Жуковский | Контроль Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 16,3 16,3 17,5 18,8 | 10,0 10,0 11,1 12,2 | 8 7 8 8 | 0,32 0,35 0,32 0,32 | 160 200 160 185 |
| Скарб | Контроль Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 22,5 21,3 21,3 21,3 | 15,9 14,6 14,6 14,6 | 7 6 6 6 | 0,33 0,34 0,34 0,34 | 65 90 55 50 |
| Елизавета | Контроль Плазма, 2 мин. постоянно Плазма, 4 мин. постоянно Плазма, 1,5 сек. импульсно | 21,8 21,3 21,3 20,0 | 15,2 14,6 14,6 13,5 | 10 10 10 10 | 0,25 0,24 0,26 0,26 | 200 90 30 65 |
Концентрация нитратов во всех вариантах опыта не превысила ПДК=250 мг/кг. У сорта Жуковский содержание NO3 было выше, чем у сортов Скарб и Елизавета, по-видимому, из-за его биологических особенностей. У клубней картофеля сорта Елизавета от облучения посадочного материала содержание нитратов снизилось в 2Ц6 раз.
Облучение посадочного материала заметно улучшило структуру урожая сухого вещества у картофеля сорта Жуковский и практически не сказалось на этом показателе у сортов Скарб и Елизавета. Это объясняется равным влиянием облучения на рост ботвы и клубней у более позднеспелых, чем Жуковский, сортов картофеля.
Таким образом, от облучения посадочного материала плазмой гелия существенно повысились урожайность и качество клубней у картофеля сортов Жуковский ранний и Елизавета. Наибольшая в опыте урожайность получена у картофеля сорта Елизавета при непрерывном режиме облучения в течение 4 мин.
Результаты опытов с бобовыми культурами. Специфика многолетней бобовой культуры - козлятника восточного - состоит в том, что полноценный урожай они начинают формировать на второй год жизни и, вследствие этого, сложнее проследить ответную реакцию на воздействие, произведенное на посевной материал.
В 2003-2006 гг. на опытном поле Смоленской ГСХА проводился опыт, в котором изучались различные приемы обработки семян козлятника восточного сорта Гале. Изучали следующие варианты: 1) контроль (без обработок); 2) скарификация семян; 3) инокуляция семян ризоторфином; 4) обработка излучением плазмы 120 с; 5) скарификация + инокуляция; 6) инокуляция + плазма; 7) скарификация + плазма; 8) скарификация + инокуляция + плазма.
Опыт заложен в конце мая 2003 г путем беспокровного посева. Высевалось 4 млн. всхожих семян на 1 га. Площадь учетной делянки 10 м2.
Опыт заложен на дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой почве. В пахотном горизонте почва характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса - 2,01%, рНKCl -5.3, содержание подвижного фосфора 114 и обменного калия 109 мг/кг.
В год закладки опыта козлятник развивался очень медленно, несмотря на благоприятные условия увлажнения в 2003 году. Для борьбы с сорной растительностью было проведено два подкашивания на высоте 6 и 12 см в конце июня и начале августа. В сентябре проведен учет густоты стояния и внесены фосфорно-калийные удобрения из расчета 30 и 60 кг/га действующего вещества соответственно. Фосфорно-калийные удобрения вносили также осенью 2004 и 2005.
На формирование травостоя козлятника восточного заметное влияние оказали изучаемые способы обработки семян (табл. 25).
Таблица 25. - Влияние приемов обработки семян козлятника восточного Гале на густоту стояния, шт растений на 1 м2
Варианты | 2003 осень | 2004 | 2005 | 2006 весна | ||
весна | осень | весна | осень | |||
Без обработок Скарификация (С) Инокуляция (И) Излучения плазмы (П) С + И П + И С + П С + П + И | 6 87 11 25 83 31 84 112 | 9 89 15 27 85 33 88 107 | 38 92 67 87 94 91 93 121 | 47 87 74 81 99 97 86 119 | 54 84 82 84 112 109 83 114 | 63 81 97 79 127 124 87 132 |
Наибольшие отличия наблюдались в год закладки травостоя. В варианте без обработки всходы появились на 10-12 дней позже, чем при проведении скарификации и обработке семян излучениями плазмы. Растения имели бледно-зеленую окраску, которая обычно свидетельствует о недостаточной обеспеченности растений азотом.
При поведении скарификации всхожесть возрастала почти в 15 раз, однако проявлялись признаки недостаточной обеспеченности растений азотом.
Обработка семян козлятника ризоторфином несколько увеличила количество взошедших в год посева семян, но было явно недостаточным для формирования сомкнутого травостоя. Вместе с тем в этом варианте растения имели традиционную для вида зеленую окраску, что позволяло сделать предположение о начале работы клубеньковых бактерий.
Обработка семян излучениями гелиевой плазмы увеличивала в 4 раза количество проросших семян, однако всходы развивались хуже, чем при проведении инокуляции.
Последовательная обработка семян излучением плазмы, а затем ризоторфином несколько повысила всхожесть растений в год посева.
учший результат получен при последовательно проведенных: скарификации, обработки излучениями плазмы и инокуляции.
Во второй-третий годы жизни различия в густоте были очень существенными, но постепенно уменьшались, что и сказалось на величине урожая (табл. 26).
Таблица 26. - Урожайность сухого вещества агроценозов козлятника восточного Гале в зависимости от приемов обработки семян, т/га
Варианты | 2004 | 2005 | 2006 | В сумме за 3 года | В среднем |
Без обработок Скарификация Инокуляция Излучения плазмы С + И П + И С + П С + П + И | 2,04 3,87 3,54 3,22 8,75 4,07 3,64 9,76 | 1,97 2,53 6,74 2,89 9,04 8,21 3,21 9,43 | 3,17 3,57 9,37 3,86 12,24 11,96 4,02 12,49 | 7,18 9,97 19,65 9,97 30,03 24,24 10,87 31,65 | 2,39 3,32 6,55 3,32 10,01 8,08 3,62 10,55 |
НСР05 | 0,83 | 0,79 | 0,85 |
Анализ полученных данных показал, что наибольшее влияние на формирование агроценоза и его продуктивность оказывает совместное проведение скарификации и инокуляции. Однако дополнительное проведение обработки семян излучениями гелиевой плазмы позволяет увеличить продуктивность в первый год использования на 11,54%, второй год - на 4,31%, на третий год - 2,04%.
Исследование обработки семян клевера лугового излучениями гелиевой плазмы показало, что достигается положительный эффект: урожайность во второй год жизни возрастала на 11,2-34,5% при экспозиции 120 с. Больший эффект отмечен, если обрабатывали семена с пониженной всхожестью и при неблагоприятных погодных условиях в период прорастания семян.
Глава 6. Результаты производственных испытаний
эффективности плазменных технологий
Производственные испытания проводились лабораторией биофизики с участием специалистов хозяйств, аспирантов и студентов Смоленской ГСХА в АО "Пригорье", ПСХК "Катынь", ТСО "Балтутино", СПК Стригино, колхозах Правда и Заря, а так же в ряде других хозяйств Смоленской области, а также в Ростовской области и Краснодарском крае.
Обработка посадочного материала производилась на установках СУПР-М, СУПР-К, АгроПлаза-М. Параметры облучения во все годы экспериментов были различными и зависели от модификации установок и целей экспериментов.
Обобщенные результаты производственных опытов в хозяйствах Смоленской области приведены в табл. 27.
Таблица 27. - Эффективность предпосевной обработки семян с-х культур
излучениями гелиевой плазмы
Культура, вид продукции, год | Варианты | Урожайность, ц/га | Прибавка к контролю | Место проведения | |
ц/га | % | ||||
1997 год ячмень (зерно) | контроль плазма | 23,4 38,5 | 15,1 | 65 | АО Пригорское |
1999-2000 годы огурцы защ. грунта | контроль плазма | 5,2 кг/м3 7,3 кг/м3 | 2,1 | 40 | ТХ Козинское |
2000 год ячмень (зерно) | контроль плазма | 12,2 17,8 | 5,6 | 46 | КХ Катынь |
2000 год оз. пшеница (зерно) | контроль плазма | 22,1 27,6 | 5,5 | 23 | КХ Катынь |
2000 год яр. пшеница (зерно) | контроль плазма | 19,1 26,3 | 7,2 | 38 | КХ Катынь |
2001 год яр. пшеница (зерно) | контроль плазма | 18,2 28,4 | 10,2 | 56 | колхоз Правда |
2002 год яр. пшеница | контроль плазма | 23,3 39,2 | 15,9 | 68 | колхоз Правда |
2002 год яр. пшеница | контроль плазма | 10,6 16,0 | 5,4 | 51 | СПК Стригино |
2002 год оз. рожь | контроль плазма | 27,1 39,5 | 12,4 | 46 | колхоз Правда |
2002 год оз. рожь | контроль плазма | 18,8 28,7 | 9,9 | 53 | СПК Стригино |
2003 год оз. рожь | контроль плазма | 21,4 36,6 | 15,2 | 71 | колхоз Правда |
2003 год оз. рожь | контроль плазма | 25,5 46,0 | 20,4 | 80 | СПК Стригино |
2003 год овес | контроль плазма | 34,0 42,4 | 8,4 | 25 | Т на В Заря -Игнатенков |
2003 год ячмень | контроль плазма | 10,0 12,3 | 2,3 | 23 | КХ Прудки |
2005 год огурцы защ. грунта | контроль плазма | 4,7 кг/м3 7,7 кг/м3 | 3,0 | 64 | СПК Козинский тепличный комбинат |
2005 год томаты защ. грунта | контроль плазма | 4,4 кг/м3 7,7 кг/м3 | 3,3 | 75 | СПК Козинский тепличный комбинат |
Во всех производственных опытах, где культуры высевались на площади 3 га и более (до 30) получены существенные прибавки и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур в 1,23- 1,8 раза.
Важные результаты получены в производственных условиях южных регионов России. В Краснодарском эффективность плазменных технологий оценивалась в ЗАО Колос на площади 320 га. Урожай зерна кукурузы (гибрид ЗПСК-360) на контроле составил 3,55 т/га, а при обработке семян импульсными излучениями плазмы в течение 1,5 сек - 4,03 т/га (на 13,5% больше), зеленой массы соответственно 39,29 и 40,38 т/га (на 3% больше) на площади по 160 гектаров. Урожай сои (сорт Дельта) повысился при применении плазмы с 1,9 до 2,0 т/га (на 5,3%).
В Ростовской области обрабатывались импульсными излучениями в течение 15 сек семена подсолнечника в СПК Целинский на площадях 510 га в трех отделениях. В первом отделении прибавка урожая семян составила 29,8%, во втором - 7,36 и в третьем - 6,2%.
К сожалению, в последние годы интерес к применению технологий обработки семян излучениями плазмы снизился, что в значительной степени зависит от экономического состояния хозяйств и их недостаточной технической оснащенности.
7. Экономическая и энергетическая эффективность плазменных технологий
Проведенная технико-экономическая оценка эффективности предпосевной обработки семян излучениями гелиевой плазмы показывает (табл. 28), что говорить при стоимости 1 тонны ячменя 5000 рублей и затратах на обработку плазмой 620 рублей, получается достаточно высокая прибыль и рентабельность.
Таблица 28. - Экономическая эффективность применения гелиевой плазмы
при возделывании ячменя
Показатели | Варианты | |
N90P90K90 без плазмы | N90P90K90 + плазма | |
Урожайность, т/га Стоимость произведенной продукции, руб. Затраты на 1 га, руб. Себестоимость 1 т, руб. Чистый доход, руб. Рентабельность, % | 2,50 12500 7998,5 3199.4 4501.5 56.2 | 3,64 18200 8818,5 2422.7 9381.5 106.4 |
При урожайности 2,5 т/га на фоне N90P90K90 в варианте без плазмы, стоимость продукции составляет 12500 руб., затраты на 1 га - 7998,5 руб., себестоимость 1 т продукции (зерна) - 3199 руб., чистый доход составлял 4501,5 руб., а рентабельность - 56,2%. Следовательно, при существующих ныне ценах на топливо и агрохимикаты, семена и электроэнергию урожайность зерновых в 2,5 т/га обеспечивает достаточную прибыль и средний уровень рентабельности только при достаточно высокой цене на зерно, которая сложилась в 2011 году.
В то же время на том же фоне N90P90K90, но с применением облучения семян плазмой гелия, урожайность составила 36,4 ц/га, стоимость произведенной продукции (зерна) стала 18020 руб. при затратах на 1 га 8818,5 руб. и себестоимости продукции 2422,7 руб/т. Чистый доход в этом варианте возрос до 9381,5 руб., а рентабельность - до 106,4%. Следовательно, обработка семян ячменя излучениями гелиевой плазмы способно значительно повысить эффективность возделывания этой культуры, даже при использовании ее на фураж.
Экономическая оценка эффективности предпосевной обработки семян плазмой на посевах яровой пшеницы Энита показала (табл. 29), что прибавка урожая составляет 0,81 т/га при проведении обработки излучениями плазмой экспозицией 0,1 сек и при посеве свежеобработанными семенами в день обработки. При такой обработке получен неплохой чистый доход - 6728,8 руб. при цене зерна 5 руб. за 1 кг. Такая цена может быть получена, если удалось произвести достаточно качественное зерно, пригодное для получения муки.
При посеве обработанными семенами на следующий день прибавка урожая снижалась, и вследствие этого уменьшался чистый доход с 1 га и рентабельность с 88,0 до 72,3%.
Экономическая оценка эффективности обработки излучениями плазмы клубней трех сортов картофеля: Жуковский ранний, Скарб и Елизавета - приведена в табл. 30.
Таблица 29. - Экономическая эффективность применения гелиевой плазмы
при возделывании яровой пшеницы
Показатель | Варианты | |||
Контроль | Обработка 0,1 сек, в день обработки | Обработка 15 сек, через день | Обработка 0,1 сек, через день | |
Урожайность, т/га Стоимость произведенной продукции, руб. Затраты на 1 га, руб. Себестоимость 1 т, руб. Чистый доход, руб. Рентабельность, % | 2,22 11100 7547,6 3399,8 3552,4 84,8 | 3,03 15150 8421,2 2779,3 6728,8 88,0 | 2,84 14200 8387,5 2953,3 5812,5 69,3 | 2,88 14400 8355,6 2901,3 6044,4 72,3 |
Таблица 30. - Экономическая эффективность применения гелиевой плазмы при возделывании картофеля
Сорт | Экспозиция обработки, сек | Стоимость произведенной продукции, руб. | Затраты на 1 га, руб. | Чистый доход, руб. | Рента-бельность, % |
Жуковский ранний | Без обработки 0 2 мин постоянно 4 мин постоянно 1,5 с импульсно | 208000 246000 244000 240000 | 154480,55 158241,95 159211,45 155220,32 | 53519,45 87758,05 84788,55 83779,68 | 35 55 53 54 |
Елизавета | Без обработки 0 2 мин постоянно 4 мин постоянно 1,5 с импульсно | 251000 314000 338000 300000 | 156453,47 161917,45 164559,80 159223,58 | 94546,53 152082,55 173440,20 140776,42 | 60 94 105 89 |
Скарб | Без обработки 0 2 мин постоянно 4 мин постоянно 1,5 с импульсно | 238000 198000 199200 240000 | 156980,45 155417,23 157380,00 158127,45 | 81019,55 45582,77 41820,00 81872,45 | 52 27 26 52 |
Анализ полученных данных показывает, что обработка посадочного материала картофеля излучениями плазмы по-разному изменяла экономические показатели в зависимости от сорта. При урожайности свыше 20 т/га картофель обеспечивает получение стабильной прибыли. Обработка плазмой увеличивает производственные затраты на 2-5 тыс. руб. в расчете на 1 га. Однако в большинстве случаев получена достоверная прибавка урожая и улучшение экономических показателей.
Для сорта Жуковский ранний наибольшая прибыль и рентабельность получена при экспозиции обработки 2 минуты. Удлинение периода обработки в 2 раза не изменила величину урожая, но привела к увеличению затрат на обработку почти вдвое, что привело к снижению чистого дохода и рентабельности.
Для среднераннего сорта Елизавета лучшие показатели получены при экспозиции обработки 4 минуты, однако и при других экспозициях обработки клубней была получена значительная дополнительная прибыль и имел место высокий уровень рентабельности.
Для среднепозднего сорта Скарб при экспозициях 2 и 4 минуты было отмечено увеличение мощности и габитуса надземных органов растений, однако при практически одновременной с другими сортами уборке растения не успели направить накопленные в надземной массе пластические вещества на формирование клубней, и поэтому при обработке клубней излучениями гелиевой плазмы имело место заметное ухудшение экономических показателей. Исключение составил режим импульсной обработки, который хотя и не увеличил, но инее уменьшил чистый доход и рентабельность.
Энергетическая оценка проведена для яровой пшеницы сорта Энита (табл. 31).
Таблица 31. - Энергетическая оценка эффективности возделывания яровой пшеницы Энита в зависимости от уровней применения удобрений и обработки семян плазмой
Уровни применения удобрений | Сорта | Затраты энергии на возделывание | Получено энергии с урожаем | Чистый энергетический доход | Коэффициент энергетической эффективности |
ГДж на 1 га | |||||
Нулевой | Контроль | 18,8 | 56,1 | 37,3 | 2,98 |
Плазма | 19,3 | 76,8 | 57,5 | 3,98 | |
Умеренный N45Р45К45 | Контроль | 34,3 | 72,7 | 38,4 | 2,10 |
Плазма | 34,9 | 83,9 | 49,0 | 2,40 | |
Органический | Контроль | 49,7 | 83,9 | 34,2 | 1,69 |
Плазма | 50,6 | 113,7 | 63,1 | 2,25 | |
При сравнительно небольших дополнительных энергетических затратах 0,5 ГДж на 1 га чистый энергетический доход возрос 20,2 ГДж на 1 га. Отмечен рост коэффициента энергетической эффективности при всех уровнях применения удобрений, однако этот коэффициент снижался при увеличении энегозатрат на удобрения.
ВЫВОДЫ
1. Теоретическое обоснование и научно-практические исследования проблемы предпосевной плазменной биоактивации семян и посадочного материала различных сельскохозяйственных культур позволило разработать методологические и агробиологические основы биологического действия излучений низкотемпературной плазмы (в сочетании с действием УФ видимой и ИК области спектра) на биообъекты.
2. Исследованы механизмы влияния излучений низкотемпературной плазмы на стартовые этапы прорастания семян и начальные фазы онтогенеза растений, дана оценка спектров эффективного поглощения плазмы и люминесценции семян различных сельскохозяйственных культур после их облучения.
С помощью ЭПР показано, что воздействие плазмы приводит к генерации свободных радикалов, молекулярная структура которых отличается от контроля. Выявлены параметры характерных спектров люминесценции облученных семян, позволяющие оценить наличие эффекта биостимуляции на начальных этапах прорастания семян.
Установлено, что облучение семян ячменя, яровой пшеницы, клевера лугового и других культур в стимулирующих экспозициях приводит к повышению ферментативной активности каталазы (по сравнению с контролем) в 1,7-2,0 раза, амилазы - 2,0 и более раз, протолитических ферментов - в 1,2-2,4 раза.
Показано также, что обработка семян при стимулирующих экспозициях увеличивает интенсивность фотосинтеза более чем в 1,8 раза, а дыхания растений на 65-70%.
3. Установлено наличие стимулирующего эффекта плазменных обработок семян на темпы роста колеоптилей и зародышевых корней, а также показателей лабораторной всхожести семян.
Показано, что для семян различных культур и сортов стимулирующий эффект помимо экспозиции зависит и от спектрального состава плазмы и максимально проявляется в диапазоне 360-400 нм.
4. Разработаны плазмотроны сельскохозяйственного назначения, изготовлены экспериментальные лабораторные установки СУПР-М и СУПР-К, исследованы параметры их спектрального состава и потока излучения плазмы, оптимальные для проявления эффекта стимуляции потенциальной продуктивности семян и урожайности для различных сельскохозяйственных культур.
Создан специализированный мобильный комплекс Агро-Плаза-М для обработки потоком плазмы производственных партий семян зерновых культур.
5. Установлено:
- при постоянном облучении плазмой большинства видов и сортов растений эффект стимуляции показателей продуктивности достигается при экспозициях в диапазоне 40-60 с. При этом урожайность ячменя, яровой пшеницы и ржи повышается в 1,3-1,6 раза, льна в 1,5-1,7 раза, а для других культур возрастает в 1,2-1,8 раза;
- при импульсной обработке семян различных культур эффект стимуляции проявляется при экспозиции в течение 0,01 сек. Данная экспозиция, при использовании для импульсного воздействия специально сконструированного абтюратора, оказалась наиболее оптимальной при разработке высокопроизводительной предпосевной производственной технологии.
6. Выявлена зависимость эффекта стимуляции от сроков хранения семян после плазменной предпосевной обработки.
Показано, что семена, после воздействия плазмы, сохраняют эффект стимуляции по показателям их потенциальной продуктивности в течение 2-3 дней, затем наблюдается некоторое снижение эффекта, которое частично восстанавливается на 21-23 день после облучения.
Установлено, что семена после обработки плазмой можно хранить в обычных условиях без изоляции от внешнего ЭМП.
7. На основе разработанных технологий предпосевной плазменной обработки семян и посадочного материала предложены приемы регулирования показателей структуры урожая различных сельскохозяйственных культур за счет стимуляции темпов роста растений и их корневых систем, увеличения полевой всхожести и выживаемости растений.
В результате обеспечивается не только увеличение урожайности, но и улучшение фитосанитарного состояния посевов, качества растительной продукции, повышение ее устойчивости к болезням.
Это позволяет, используя плазменные технологии, снижать дозы агрохимикатов и тем самым уменьшать антропогенную нагрузку на окружающую среду.
Выявленные закономерности позволили установить:
а) для зерновых культур применение импульсного облучения плазмой в экспозиции 0,01 сек обеспечивает рост урожайности на 10-47% и улучшает качество выращенной растительной продукции;
б) для семян многолетних бобовых трав (козлятника восточного и клевера лугового) импульсная обработка в экспозиции 0,01 сек приводит к увеличению урожайности во второй год жизни на 11,2-34,5%, при неблагоприятных погодных условиях эффект стимуляции выражен более отчетливо;
в) для семян льна предпосевная обработка плазмой оказывает достоверное положительное влияние на урожайность семян и волокна, а также на его качество. Применение факторного анализа позволило выявить степень влияния параметров облучения на эффект стимуляции, а именно: экспозиция определяет увеличение высоты растений на 12,7%, расстояние от сопла - на 10,4%, а электромагнитное поле на 49,3%.
Наибольший стимуляционный эффект получен при импульсном облучении с экспозицией 1 сек и расстоянием от сопла 10 см. При этом показатели густоты стояния растений возрастают на 31-36%, высоты на 11-13%, технической длины стебля на 15-16%;
г) для семян гороха плазменная обработка ускоряет рост стебля в высоту и толщину, увеличивает количество семян с растения, урожайность увеличивается на 17% и составляет 2,94 т/га;
д) для семян тепличных культур огурца и томата предпосевная обработка плазмой при экспозицией 30 сек повышает урожайность по сравнению с контролем в 1,6 раза, а количество нестандартной продукции не превышает 8%. Количество нитратов в продукции при этом снижается с 707,6 до 235,6 мг/кг;
е) для клубней картофеля предпосевная обработка приводит к росту урожая картофеля, повышению содержания в клубнях сухого вещества и крахмала, увеличению до 91% доли товарных клубней. Максимальный эффект прибавки урожая получен при экспозиции 180 сек и составил 10,2 т/га.
8. Сравнительная оценка стимулирующих экспозиций и режимов обработки посевного и посадочного материала для различных сельскохозяйственных культур показала, что специфика действий излучения плазмы зависит от морфологии и размеров семян, состава запасных веществ и отражательной способности семян и клубней.
9. Установлена высокая эффективность плазменной обработки в производственных условиях больших партий семян зерновых культур на мобильной плазменной установке АгроПлаза-М:
- для семян ячменя, пшеницы и овса прибавка урожая варьировала в диапазоне от 22 до 80%, для семян кукурузы составила 13,5%, для семян сои - 5,3% и для семян подсолнечника варьировала от 6,2 до 29,8%.
10. Оценка экономической эффективности приема предпосевной плазменной обработки семян зерновых культур позволяет говорить о том, что затраты в структуре себестоимости 1 тонны составляют порядка 50 рублей при приросте финансового результата как минимум на 2000-2500 рублей.
При применении плазмы чистый доход увеличился в 1,92 раза, а рентабельность с 87,6% на контроле без обработки до 160,5%.
При обработке семян плазмой чистый энергетический доход возрос в 1,54 раза в варианте без удобрений, в 1,28 раза - на умеренном фоне минеральных удобрений и 1,84 раза - на органическом фоне.
Рекомендации производству
1. Предпосевная обработка семян сельскохозяйственных культур излучениями низкотемпературной гелиевой плазмы обеспечивает формирование более устойчивых и продуктивных агроценозов. Для обработки семян зерновых культур наиболее эффективным является импульсное облучение в течение 0,01 секунд, для клубней картофеля - 2-4 минуты.
2. Созданная установка АгроПлаза-М обеспечивает возможность обработки крупных партий семян зерновых культур.
3. Посев семенами, обработанными излучениями плазмы, необходимо проводить стандартными способами в течение суток со дня обработки.
Список основных работ по теме диссертации
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России
- Вьюгин, С.М., Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Бадекина, Н.Б. Пути экологизации земледелия Центрального района Нечерноземной зоны [текст] / С.М. Вьюгин, А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, Н.Б. Бадекина // Земледелие. - Москва: 1994. - № 5. - С. 19.
- адонин, В.Ф., Вьюгин, С.М., Гордеев, Ю.А. Оптимизация применения средств химизации в земледелии биологической направленности [текст] / В.Ф. Ладонин, С.М. Вьюгин, Ю.А. Гордеев // Агрохимия. - Москва: 1996. - № 2. - С. 31-37.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Захарин, А.А., Паничкин, Л.А. Протонный барьер как феномен водно-солевого обмена растений [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.А. Захарин, Л.А. Паничкин // Известия ТСХА. - Москва: 2005. - Вып. 1. - С. 63-73.
- адонин, В.Ф., Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А. Физико-химический аспект эффективности локального внесения минеральных удобрений [текст] / В.Ф. Ладонин, А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев // Агрохимия. - Москва: 2005. - № 5. - С. 49-54.
- Гордеев, A.M., Гордеев, Ю.А. Использование биофизических методов в агротехнологиях [текст] / A.M. Гордеев, Ю.А. Гордеев // Земледелие. - Москва: 2005. Ц№ 3. - С. 16-17.
- Гордеев, Ю.А., Шмырева, Н.Я. Механизм действия предпосевного импульсного облучения семян ионизированным потоком плазмы [текст] / Ю.А. Гордеев, Н.Я. Шмырева // Плодородие. - Москва: 2009. - № 5. - С. 26-27.
- Гордеев, Ю.А. Действие биологически активных излучений низкотемпературной гелиевой плазмы на семена клевера [текст] / Ю.А. Гордеев // Плодородие. ЦМосква: 2009. - № 5. - С. 27-29.
- Гордеев, Ю.А., Макаров, Н.Б. Предпосадочное облучение клубней картофеля низкотемпературной плазмой гелия [текст] / Ю.А. Гордеев, Н.Б. Макаров // Плодородие. - Москва: 2009. - № 6. - С. 18-19.
- Гордеев, Ю.А. Применение плазменных нанотехнологий для получения чистой, инфекционно безопасной, структурированной питьевой воды [текст] / Ю.А. Гордеев // Водоочистка. - Москва: 2010. - № 7. - С. 38-42.
- Гордеев, Ю.А. Применение плазменных нанотехнологий для получения чистой, инфекционно безопасной структурированной питьевой воды [текст] / Ю.А. Гордеев // Водоочистка. - Москва: 2011. - № 1. - С. 23-26.
- Гордеев, Ю.А. Семена проросли в космосе [текст] / Ю.А. Гордеев // Сельский механизатор. - Москва: 2011. - № 4. - С. 16-17.
- Гордеев, Ю.А., Прудников, А.Д. Семена отзывчивы на плазменные нанотехнологии Ю.А. Гордеев, А.Д. Прудников // Сельский механизатор. - Москва: 2011. - № 6. - С. 14-15.
- Башилов, А.М.,а Беляков, М.В., Широких, Т.В.,аГордеев, Ю.А. Светодиод увеличивает всхожесть [текст] / А.М. Башилов,аМ.В. Беляков, Т.В. Широких,аЮ.А. Гордеев // Сельский механизатор. - Москва: 2011. - № 10. - С. 32-33, 37.а
- Гордеев, Ю.А. Генераторы плазмы, применяемые для предпосевной биоактивации семян [текст] / Ю.А. Гордеев // Сельский механизатор. - Москва: 2011. Ц № 11. - С. 18-19.
- Гордеев, Ю.А., Юлдашев, Р.З. Плазменные технологии в сельском хозяйстве - основа рационального природопользования [текст] / Ю.А. Гордеев, Р.З. Юлдашев // Вестник Таджикского технического университета (ТТУ). - Душанбе: 2011. Ц № 6. - С. 56-61.
- Гордеев, Ю.А., Юлдашев Р.З. Биоактивация семян культурных растений ультрафиолетовыми и плазменными излучениями [текст] / Ю.А. Гордеев, Р.З. Юлдашев // Известия С.-Петербургского государственного аграрного университета (СПбГАУ). - С.-Петербург: 2011. - № 24. - С. 343-348.
- Гордеев, Ю.А. Основные принципы формирования базовых плазменных технологий возделывания с.-х. культур [текст] / Ю.А. Гордеев // Плодородие. - Москва: 2011. - № 6. - С. 5-7.
- Гордеев, Ю.А., Юлдашев, Р.З. Основные принципы работы и компоненты облучательных установок, предназначенных для предпосевной биоактивации семян [текст] / Ю.А. Гордеев, Р.З. Юлдашев // Известия международной академии аграрного образования (МААО). - С.-Петербург: 2012. - Вып. 13, Т. 2. - С. 23-26.
- Гордеев, Ю.А., Прудников, А.Д. Синергетическая основа эффекта обработки семян культурных растений излучениями плазмы [текст] / Ю.А. Гордеев, А.Д. Прудников // Нелинейный мир. - Москва: 2012. - № 1. Том 10. - С. 61-67.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Белоруссии
- Цыганов, А.Р., Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А. Физико-химические основы эффективности локализации удобрений [текст] / А.Р. Цыганов, А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии (БГСХА). - Горки: 2006. - № 3. - С. 44-48.
- Гордеев, Ю.А.аКонцепция обеспечения производства экологически безопасной продукции земледелия в Смоленской области [текст] / Ю.А.аГордеев // Земляробства i ахова раслiн. - Минск: 2006. - № 6 (49). - С. 11-12.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А. Активация трансмембранного переноса молекул воды в корневых клетках слабым эклектическим полем [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев // Известия национальной академии наук Беларуси (НАНБ), Серия биологических наук Белорусская наука. - Минск: 2007. - № 4. - С. 32-36.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В., Ковалева, И.В. Особенности минерального питания зерновых культур при предпосевной обработке семян излучениями плазмы [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная, И.В. Ковалева // Вестник белорусской государственной сельскохозяйственной академии (БГСХА). - Горки: 2009. - № 2. - С. 59-62.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В. Эффективность применения импульсного облучения плазмой [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная // Вестник белорусской государственной сельскохозяйственной академии (БГСХА). - Горки: 2009. - № 2. - С. 95-99.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В. Эффективность обработки семян амаранта в энергетическом потоке низкотемпературной плазмы [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная // Земляробства i ахова раслiн. - Минск: 2009. - № 4. - С. 15-17.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В. Влияние излучений плазмы на сорные растения [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная // Защита растений: сборник научных трудов. РУП "Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию", Республиканское научное дочернее унитарное предприятие "Институт защиты растений". - Минск: 2009. - Вып. 33. - С. 108-113.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В., Ковалева, И.В. Разработка экспресс-метода оценки влияния излучений плазмы на семена с помощью датчиков О2 и СО2 [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная, И.В. Ковалева // Почвоведение и агрохимия. - Минск: 2009. - № 2(43). - С. 269-273.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В., Поддубный, О.А., Ковалева, И.В. Изучение эффективности предпосевного облучения семян гелиевой плазмы на рост и развитие льна [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная, О.А. Поддубный, И.В. Ковалева // Почвоведение и Агрохимия. - Минск: 2009. - № 2 (43). - С. 273-281.
- Цыганов А.Р., Гордеев Ю.А., Поддубная О.В., Поддубный О.А., Ковалева И.В. Научные основы новейших плазменных технологий в сельскохозяйственном производстве Смоленской области [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная, О.А. Поддубный, И.В. Ковалева // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии (БГСХА). - Горки: 2009. - № 4. - С. 58-61.
- Цыганов, А.Р., Гордеев, Ю.А., Поддубная, О.В., Поддубный, О.А., Ковалева, И.В. Изучение процесса образования свободных радикалов в семенах, облученных плазмой при помощи спектров электронно-парамагнитного резонанса [текст] / А.Р. Цыганов, Ю.А. Гордеев, О.В. Поддубная, О.А. Поддубный, И.В. Ковалева // Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии (БГСХА). - Горки: 2009. - № 4. - С. 74-79.
Монографии
- Гордеев, А.М., Вьюгин, С.М., Гордеев, Ю.А., Дементьев, Н.А., Исянов, Р.А. и др. Агроэкологический мониторинг в Смоленской области [текст] / А.М. Гордеев, С.М. Вьюгин, Ю.А. Гордеев, Н.А. Дементьев, Р.А. Исянов и др. // Монография. - Смоленск: 2001. - 244 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Костюченков, В.Н., Кремень, А.С. Сокровищница земли Смоленской (Особо охраняемые природные территории и святыни края) [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, В.Н. Костюченков, А.С. Кремень // Монография. - Смоленск: 2003. - 64 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Боханов, В.Н., Евдокимов, М.Ю., Прудников, А.Д. и др. Природные и историко-культурные памятники ландшафтов Смоленской области [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, В.Н. Боханов, М.Ю. Евдокимов, А.Д. Прудников и др. // Монография. - Смоленск: 2004. - 240 стр.
- Гордеев, А.М., Цыганов, А.Р., Орсик, Л.С., Вьюгин, С.М., Гордеев, Ю.А., Белокопытов, В.Н. Оптимизация функционирования адаптивных механизмов корневых клеток локализацией минеральных удобрений [текст] / А.М. Гордеев, А.Р. Цыганов, Л.С. Орсик, С.М. Вьюгин, Ю.А. Гордеев, В.Н. Белокопытов // Монография. - Москва: ТСХА, 2006. - 282 стр.
- Гордеев, Ю.А. Стимулирование биологических процессов в семенах растений излучениями низкотемпературной плазмы [текст] / Ю.А. Гордеев // Монография. - Смоленск: 2008. - 196 стр.
Учебные и учебно-методические пособия
- Гордеев, А.М., Вьюгин, С.М., Гордеев, Ю.А. Экологизация земледелия Нечерноземной зоны (с основами агробиофизики) [текст] / А.М. Гордеев, С.М. Вьюгин, Ю.А. Гордеев // Учебное пособие рекомендовано УМО вузов РФ по агрономическому образованию. - Смоленск: Изд-во ГПУ. - 2000. - 135 стр.
- Гордеев, А.М., Вьюгин, С.М., Гордеев, Ю.А. Земледелие [текст] / А.М. Гордеев, С.М. Вьюгин, Ю.А. Гордеев // Рабочая тетрадь для лабораторно-практических занятий. - Смоленск: 2001. - 44 стр.
- Вьюгин, С.М., Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Прудникова, А.Г. Системы земледелия [текст] / С.М. Вьюгин, А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.Г. Прудникова // Рабочая тетрадь для лабораторно-практических занятий. - Смоленск: 2002. - 62 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Башмаков, А.А., Беляков, М.В. Агробиофизика [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.А. Башмаков, М.В. Беляков // Учебное пособие с грифом УМО. - Смоленск: 2004. - 116 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Савченков, В.И., Боханов, В.Н. Экология [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, В.И. Савченков, В.Н. Боханов // Учебное пособие. - Москва: 2004. - 227 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Паничкин, Л.А. Агробиофизика [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, Л.А. Паничкин // Примерная программа. - Смоленск: 2005. - 24 стр.
- Гордеев, Ю.А., Беляков, М.В. Использование оптического излучения для предпосевной обработки семян [текст] / Ю.А. Гордеев, М.В. Беляков // Учебное пособие. - Смоленск: 2005. - 104 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Вьюгин, С.М., Рассохина, В.В., Селютин, А.Ф. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, С.М. Вьюгин, В.В. Рассохина, А.Ф. Селютин // Пособие по выполнению лабораторно-практических занятий и самостоятельных работ для студентов обучающихся по специальности 311200 - Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции. - Смоленск: 2005. - 100 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Камошенков, А.Р., Довгань, С.П. Примерный учебный план экологического образования сельского населения [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.Р. Камошенков, С.П. Довгань. - Смоленск: 2005. - 12 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Камошенков, А.Р., Довгань, С.П. Примерный учебный план экологического образования сельской молодежи [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.Р. Камошенков, С.П. Довгань. - Смоленск: 2005. - 8 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Камошенков, А.Р., Довгань, С.П. Примерный учебный план экологического образования учащихся с.-х. учебных заведений [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.Р. Камошенков, С.П. Довгань. - Смоленск: 2005. - 16 стр.
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Вьюгин, С.М., Прудникова, А.Г. Земледелие [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, С.М. Вьюгин, А.Г. Прудникова // Методические указания и индивидуальные задания для курсовой работы по земледелию для студентов обучающихся по специальности 311200 - Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции. - Смоленск: 2006. - 44 стр.
- Гордеев, Ю.А. Экология и экологическое образование [текст] / Ю.А. Гордеев // Комплексное учебно-методологическое пособие для специалистов, преподавателей, студентов и учащихся старших классов. - Saarbrcken: LAP LAMBERT Academic Publishing AG & Co. KG. - 2012. - 655 стр.
Научные труды в зарубежных изданиях
- Гордеев, А.М., Гордеев, Ю.А., Кульков, А.А. Биофизический подход к нанотехнологиям повышения плодородия почв [текст] / А.М. Гордеев, Ю.А. Гордеев, А.А. Кульков // Материалы международной науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения залуженного деятеля науки БССР, доктора с.-х. наук, профессора Р.Т. Вильдфлуша Приемы повышения плодородия почв и эффективности удобрений в современных условиях. - Минск: 2007. - С. 42-46.
- Гордеев, Ю.А. Биофизические основы нового поколения агротехнологий [текст] / Ю.А. Гордеев // Материалы международной науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения залуженного деятеля науки БССР, доктора с.-х. наук, профессора Р.Т. Вильдфлуша Приемы повышения плодородия почв и эффективности удобрений в современных условиях. - Минск: 2007. - С. 46-49.
- Гордеев, Ю.А. Изменение содержания нитратного азота в почве, в зависимости от некоторых приемов биологизации земледелия [текст] / Ю.А. Гордеев // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 130-летию со дня рождения академика Я.Н. Афанасьева - основателя и первого заведующего кафедрой почвоведения БГСХА. - Горки: 2007. - С. 96-98.
- Гордеев, Ю.А. Внедрение на полях России биофизически обоснованных агронанотехнологий [текст] / Ю.А. Гордеев // Материалы международного форума Инновации и высокие технологии. - Киев: 2010. - С. 10.
- Гордеев, Ю.А. Системы очистки питьевой воды, основанные на современных достижениях нанотехнологий [текст] / Ю.А. Гордеев // Материалы международного форума Инновации и высокие технологии. - Киев: 2010. - С. 11 стр.
- Гордеев, Ю.А. Высокоэффективное водообеспечение растений в стрессовых условиях глобального экологического кризиса [текст] / Ю.А. Гордеев // Сборник материалов 2-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2010. - С. 146-150.
- Гордеев, Ю.А. Межгосударственный научно-производственный центр Биофизических нанотехнологий [текст] / Ю.А. Гордеев // Сборник материалов 2-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2010. - С. 164-168.
- Гордеев, Ю.А., Прудников, А.Д. Инновационные агронанотехнологии - основа рационального природопользования днепровского Бассейна [текст] / Ю.А. Гордеев, А.Д. Прудников // Сборник материалов 2-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2010. - С. 156-160.
- Гордеев, Ю.А. Технология очистки воды, основанная на применении генераторов плазмы [текст] / Ю.А. Гордеев // Сборник материалов 2-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2010. - С. 67-71.
- Гордеев, Ю.А., Прудников, А.Д. Эколого-экономическая концепция земледелия водоохранных зон и ООПТ, расположенных в зоне Бассейна верхнего Днепра [текст] / Ю.А. Гордеев, А.Д. Прудников // Сборник материалов 2-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2010. - С. 26-29.
- Гордеев, Ю.А., Прудников, А.Д. Прогностические модели для оценки уровня антропогенного воздействия и их использование для устойчивого функционирования биогеоценозов особо охраняемых природных территорий [текст] / Ю.А. Гордеев, А.Д. Прудников // Сборник материалов 3-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2011. - С. 253-261.
- Гордеев, Ю.А. Проект создания на территории Смоленской области экологического образовательного центра [текст] / Ю.А. Гордеев // Сборник материалов 3-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2011. - С. 261-268.
- Гордеев, Ю.А. Сохранение биоразнообразия - основа экологической безопасности государства [текст] / Ю.А. Гордеев // Сборник материалов 3-го международного экологического форума Чистый город, чистая река, чистая планета. - Херсон: 2011. - С. 268-275.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству