Растения в природе живут под солнечным светом. В нём содержатся все необходимые составляющие спектра электромагнитного излучения для их роста и плодоношения. Но при выращивании растений в теплице в зимний период или при выращивании рассады на подоконнике нужно “досвечивать” растения, обеспечивая им нужную длительность светового дня. Для этого используют различные виды искусственных источников света. Давайте разберемся, нужны ли ультрафиолетовые лампы для растений и что они собой представляют.
В основном обработка семян нужна, чтобы улучшить рост растений, уберечь их от болезней и сделать более устойчивыми к холодным температурам и их перепадам. Эти процедуры позволят сохранить большую часть урожая, ведь обычно около половины гибнет из-за различных болезней.
Ультрафиолетовое облучение семян (УФ, фотостимуляция) – современный подход к увеличению урожайности
Ультрафиолетовое облучение семян (УФ, фотостимуляция) относится к «зелёным технологиям» и обеспечивает активацию биологических параметров обрабатываемого материала. Всем известно, что озон обладает обеззараживающим эффектом, способным полностью заменить широко применяемое протравливание посевного материала так как является экологически безопасным веществом и не оказывает вредного воздействия на семена и растения. В основу УФ облучения семян положен известный еще нашим предкам метод предпосевной фотостимуляции под действием солнечного излучения. Только вместо солнечного применяется искусственное УФ излучение. Ультрафиолетовое облучение семян обеспечивает активацию скрытых биологических резервов растений, а это в свою очередь, положительно сказывается на их всхожести и интенсивности прорастания. 
Ультрафиолетовое облучение семян в результатах независимых исследований Для подтверждения эффективности разработанной технологии в Институте биоэнергетических культур и сахарной свеклы Национальной академии аграрных наук Украины по заказу ООО НПП «Зерно и Семена Украины» была проведена независимая экспертная оценка эффективности метода фотостимуляции семян наиболее распространённых на территории Украины сельскохозяйственных культур. Для проведения полевых испытаний были выбраны семена подсолнечника, сахарной свеклы, семена кукурузы, семена ячменя, озимой пшеницы и сои. После проведенных испытаний было установлено, что у растений подсолнечника, выращенных из обработанных семян, наблюдалось: увеличение всхожести на 15,7 … 16%; уменьшение распространение серой и белой гнили в 2,37 … 2,53 раза, формоза в 1,79 … 1,88; урожайность гибридов подсолнечника увеличилась на 11 … 12,6%; масса семян увеличилась соответственно на 4,03% и 4,73% и составила 72,2 и 73,1 г вместо 69,4 и 69,8 г; Аналогичные результаты были достигнуты при обработке семян свеклы, ячменя, сои, озимой пшеницы, кукурузы.
Как видим, ультрафиолетовое облучение семян зерновых культур обеспечивает прибавку урожая при использовании кондиционного посевного материала в пределах 11 … 15%. Это же относится и к овощным культурам. Исследования показали, что прибавка урожая составляет на уровне 22% для корнеплодов и на уровне 29% для зелёной массы.
Ультрафиолетовое облучение семян обладает целым комплексом преимуществ:
- на 7-25% и более увеличение прорастания и всхожести семян;
- значительное снижение потерь урожая из-за недостаточно увлажненной почвы во время высевания;
- увеличение урожайности и, как результат, рост прибыли компании и сокращение площади посева;
- сокращение сроков созревания урожая;
- не высокая себестоимость обработки семян — удельные энергозатраты составляют 2,5 … 5,5 кВт•ч/тонну;
- отказ от применения токсичных химических препаратов и перевод выращивания растений в категорию «зеленых технологий» и органического земледелия. Как результат – повышение спроса на выращиваемую продукцию;
- наращивание экспортного потенциала;
- простота и надёжность эксплуатации.
Зеленые технологии, основанные на применении УФ облучения – основа эффективного выращивания сельскохозяйственных культур. Воспользовавшись нашими разработками, Вы не только значительно увеличиваете прибыльность Вашего предприятия, но и заботитесь о охране окружающей среды.
Способы и устройства для обработки семян ультрафиолетовыми лучами
Ультрафиолетовые лучи относятся к довольно мощному фактору воздействия на растительный организм. Интерес к ультрафиолетовым лучам, как средству улучшения качества посевного материала, возник в ЗО-е годы XX столетия, когда были проведены исследования, выявившие возможность использования их для улучшения качества посевного материала. Этот интерес был связан с их необычайно высокой реактивностью, намного превосходящей эффективность лучей видимого спектра, необъяснимой простой разницей в величине квантов. Было обнаружено большое количество органических соединений, активно поглощающих ультрафиолетовые лучи и тем самым увеличивающих реакцию организма. Ультрафиолетовое облучение способно вызывать сложнейшие молекулярные перестройки.
Под влиянием ультрафиолетовой радиации происходит изменение митотической активности в меристеме корешков, сказывается ультрафиолетовое облучение на синтез белка и нуклеиновых кислот.
Л. Ходаренко [65] изучал влияние различных доз облучения воздушно -сухих семян огурцов. Отмечено, что при оптимальной дозировке облучения ультрафиолетовая радиация является стимулирующим фактором для биосинтеза белка, в листьях формируется наибольшая фотоактивная поверхность, обеспечивающая наиболее полное использование лучистой энергии.
На основании аналитического анализа биологических эффектов действия ультрафиолетового и других видов электромагнитного излучения А.П. Дубров [23,24] сделал вывод, что они вызывают сходные биологические ответные реакции. Эти реакции включают образование свободных радикалов, изменение проницаемости мембран, увеличение активности ферментов, а также хромосомных изменений, стимулирующих или ингибирующих рост и развитие растений.
Степень воздействия ультрафиолетовой радиации во многом определяется и строением семян. Наибольшим пропусканием в области ультрафиолета обладают оболочки семян ржи и пшеницы, за ними следует овёс и горох. Можно отметить, что оболочки семян кукурузы практически не проницаемы для ультрафиолетовых лучей, так как их коротковолновая граница пропускания лучистого потока определяется участком 370 - 385 нм [25].
Коэффициент пропускания для длинноволновых ультрафиолетовых лучей может составлять у некоторых культур 4 - 10 %, в то время как ультракоротковолновые лучи почти полностью поглощаются семенами. Коротковолновая граница пропускания ультрафиолетовых лучей оболочками семян оканчивается около 300 нм, причём сам коэффициент пропускания наибольший [26].
Семена сельскохозяйственных культур в небольшой степени проницаемы для длинноволновой ультрафиолетовой радиации, хотя она вполне достигает тканей зародыша, эндосперма и способна вызывать активирование жизненных процессов семян. Вся коротковолновая радиация, вплоть до 280 нм, полностью поглощается верхними слоями эндосперма и зародыша, а те функциональные изменения, которые имеют место после воздействия ультрафиолетовых лучей, являются следствием физико-химических процессов, происходящих в них в результате обработки. В данном случае наблюдается эффект действия, складывающийся из двух процессов: непосредственного воздействия длинноволновой радиации на ткань зародыша и эндосперма и радиационного воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации на верхние слои оболочки с образованием продуктов радиационного распада [11].
Одним из хорошо наблюдаемых эффектов после облучения является изменение проницаемости клеточных мембран оболочек, увеличение водопоглощения семян (до 10 %) в течение всего периода прорастания [26]. В результате облучения сильнее происходит распад белка в эндосперме и одновременно его синтез в проростках. В облучённых семенах обнаруживается меньше растворимых форм азота, что указывает на быструю утилизацию в процессе роста. Изменяется процесс разложения углеводов: у облучённых семян он существенно ускоряется, за счёт чего быстрее формируются проростки. У облучённых семян быстрее активизируются ферменты [25].
Э. Жданова отмечает, что ультрафиолетовое облучение не вызывает изменение активности каталазы, пероксидазы, аскорбиновой кислоты у физиологически зрелых семян озимой ржи, но оказывает большое действие на семена с незаконченным процессом послеуборочного дозревания [29].
При облучении семян, даже кратковременном, может возрастать содержание RH групп, что связано с действием лучей на белковые компоненты [30, 31]. Возможной первоначальной причиной фотоактивации является возникновение активных свободных радикалов в различных частях семени [29].
Обработка семян зерновых культур ультрафиолетовыми лучами позволяет повысить их посевные качества, о чём свидетельствуют научные данные, полученные многими исследователями [31]. Повышение лабораторной всхожести семян зерновых культур колеблется от 2 до 10 %. Обнаружена возможность повысить не только лабораторную всхожесть семян, но и улучшить срок, в течение которого сохраняется кондиционность [54].
А.Н. Юрченко [72] отмечает положительное действие ультрафиолетовой радиации: на 15 - 29 % увеличивается энергия прорастания, на 15 - 20 % повышается всхожесть. Всходы из облучённых семян яровой пшеницы появились на 2 - 3 дня раньше и были более выровненными.
Облучались семена моркови сорта Шантанэ 2461 перед посевом. Для обработки использовались лампы ДРТ - 375. Прибавка урожайности составила 6,1 и 6,7 т с 1 га. Семена сахарной свёклы сорта Уладовская 752 облучались лампой ДРТ - 1000. За два года исследований урожайность в среднем увеличилась на 0,26 - 0,28 т с 1 га по сравнению с контрольной группой. Высокие дозы облучения семян кормовой свёклы лампой ДРТ - 1000 не оказали отрицательного влияния на всхожесть и урожайность. Обрабатывать семена данных культур можно в любое время - зимой, весной [11, 70].
Наряду с экспериментами, отмечающими повышение лабораторной всхожести семян за счёт предпосевного облучения, встречаются исследования, подтверждающие слабую ответную реакцию обработки семян [69].
За счёт облучения ускоряются метаболические процессы, благоприятно сказывающиеся впоследствии на растениях, выросших из обработанных семян. Обработка семян ультрафиолетовыми лучами способствовала появлению более ранних и крепких всходов, помогая растениям в большей степени реализовать присущий им уровень продуктивности или, как принято говорить, создать прибавку урожайности на данном агротехническом фоне. Одновременно отмечалось, что у опытных растений водный дефицит уменьшается, что указывает на повышение засухоустойчивости растений [67].
Запорожским филиалом ВИЭСХ проводились исследования по физиологии растений из облучённых и необлучённых семян. Исследованиями установлено, что в результате облучения активизировалась деятельность ферментов, приводившая к увеличению накопления сахаров в растениях. Повышалось содержание хлорофилла в листьях, на 15 - 20 %, увеличивался фотосинтез. Площадь листового аппарата у кукурузы с обработкой семян выше на 8 - 10 %, чем у контрольной группы [51].
Работами В.А. Чумаченко установлено, что прибавка урожая является суммарным результатом действия ряда факторов: большей густоты стояния растений, большей продуктивной кустистости, большего размера колоса и его массы. В среднем, по его данным, облучение ультрафиолетовыми лучами семян зерновых культур повышает урожайность на 10 % и существенно улучшает её качество.
Неоднократно проводились широкомасштабные опыты в колхозах и совхозах с обработкой семян ультрафиолетовыми лучами. По данным В. А. Чумаченко, в 1969 году в Московской области проведено 20 производственных опытов с обработкой семян кукурузы. По двум опытам получены отрицательные результаты, по остальным средняя прибавка зелёной массы кукурузы составила в среднем 9 %. Из 20 производственных опытов в Запорожской области только в одном случае получены отрицательные результаты. Средняя прибавка урожайности кукурузы в початках составила 0,3 т с 1 га или 9 % к контролю [68].
Для практического использования ультрафиолетовых лучей предлагают учитывать некоторые специфические особенности их действия на семена. Облучение семян высокого класса заметного положительного влияния обычно не оказывает: энергия прорастания и их всхожесть остаются на уровне контроля. Но и в таких семенах обработка ультрафиолетовыми лучами не проходит бесследно. Лучше развивается вегетативная масса, ускоряется рост растений. Ультрафиолетовое облучение должно применяться к семенам второго и третьего класса и может оказаться весьма действенным способом повышения всхожести и энергии прорастания. В частности, облучение может иметь большое значение для сельского хозяйства восточных областей России, где остро стоит вопрос решения проблемы низкой всхожести семян [38, 40].
В практике сельскохозяйственного производства для облучения семян очень эффективны ультрафиолетовые лучи. Ультрафиолетовое облучение, наряду с повышением всхожести и энергией прорастания, приводит к стерилизации поверхности семян, а при некоторых режимах обработки приводит к гибели заразных начал внутри зерна [49].
Ультрафиолетовые лучи, обладающие довольно мощным воздействием на живой организм, можно использовать для защиты от патогенных грибов или насекомых - вредителей. В ряде работ отмечается благотворное влияние облучения в снижении заболеваемости растений [16, 15].
На значение горного света в жизни растений указывается во многих исследованиях как в нашей стране, так и за рубежом [60]. Известно, что солнечный свет в горах более богат ультрафиолетовым (УФ) излучением, благодаря чему горные растения отличаются более мощным ростом, развитием, высокой плодовитостью, урожайностью, лучшим качеством, лекарственными свойствами и другими биологическими особенностями.
С 1980 г. в горных и высокогорных зонах Киргизии проводятся научные исследования по изучению действия на растения коротковолнового УФ с длиной волны 254 - 280 нм. В этих целях вегетирующие растения в полевых условиях подвергаются УФ облучению от ртутно- кварцевой лампы ДРТ - 400, установленной на высоте 5 метров над землёй. Лучевая обработка посева проводится по 6 - 7 часов в день в течение всего вегетационного периода.
В результате этих исследований установлено, что при стимулирующих дозах УФ облучения повышается урожайность сельскохозяйственных культур, улучшается качество их продукции. Растения, выращенные в условиях УФ радиации, дают высокосортный семенной материал. Например, люцерна, выращенная в зоне лучевого воздействия, дала семена с абсолютной массой 2,45 г, которые были крупнее контрольных семян на 0,18 г или 8 %.
Такие семена характеризовались большой энергией прорастания и всхожестью. У семян люцерны, подвергавшихся УФ облучению в 1984 г, энергия прорастания была равна 70 % против контроля - 65 % , всхожесть, соответственно, 86-81 %. В дальнейшем из таких семян прорастают более мощные растения. Так, длина десятидневных проростков опытного ячменя была на 1,7 - 3,6 см больше, чем у контрольного варианта. По длине корней такое превышение составило 1,3 - 3,7 см. У овса, выращенного в условиях УФ облучения, десятидневные проростки имели длину 13,7 - 14,5 см, что превышало контрольные растения на 1,5 - 2,3 см, длина корней соответственно 12,2 - 13,2 см и 2,1 - 3,1 см.
Таким образом, УФ облучение вегетирующих растений в горных зонах в сочетании с мощным солнечным освещением позволяет выращивать высокосортный семенной материал с хорошими посевными качествами.
К настоящему времени разработаны различные способы стимуляции семян, так В.И. Бассараба [82] предлагает для обработки посевного материала создавать электромагнитное излучение путем пропускания света через оптический селективный фильтр. Длина волны излучения - 0,40 - 0,79 мкм, для этих целей могут использоваться ксеноновые лампы. Большое внимание уделяется созданию устройств для предпосевного облучения семян с использованием пластин из кварцевого стекла [74J, зеркальных отражателей [75]. Наиболее распространенный вариант устройств, когда обработка семян ультрафиолетовыми лучами осуществляется при перемещении продукта . Для этих целей И.В. Забоштина [93] создала устройство, содержащее роликовый транспортер, над которым смонтированы распылители и облучатели в виде ламп.
Разработано устройство для предпосевной обработки семян. Наиболее близким решением по технической сущности к предложенному является устройство для предпосевной обработки семян, содержащее ленточный транспортер и источники излучения (патент Великобритании №1422366, кл. А 2Q. 1976).
Недостатком известного устройства является его малоэффективность, вследствие того что семена, лежащие неподвижно на транспортере обрабатываются лишь со стороны действия источника излучения. Семена, расположенные под слоем других семян, не облучаются.
Целью изобретения является повышение эффективности обработки семян зерновых культур.
На рисунке 12 изображено предлагаемое устройство, которое содержит наклонный транспортер 1, источники 2 излучения, установленные между дополнительным ленточным перфорированным транспортером 4 на одинаковом расстоянии от рабочих ветвей транспортеров. Внутри транспортера 3 установлены черед - чередующиеся вентиляционные короба 7 и заглушки 8, причем последние смещены относительно заглушек 6 на половину длины коробов, а длина последних в два раза больше длины заглушек. Короба 5 снабжены всасывающими воздуховодами 9, а короба 7 - нагнетательными воздуховодами 10.
