Способ предпосевной обработки семян

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к способам экологически чистой предпосевной обработки семян зерновых, зернобобовых, крупяных и масличных культур. На семена воздействуют жидкой средой под давлением. Давление равномерно повышают с нулевого значения до величины, равной 1...8000 атм, после чего равномерно снижают до первоначального значения. Длительность набора и снижения давления не превышает 7 минут. Перед снижением давления его выдерживают не более 10...250 с. В качестве жидкой среды могут быть использованы, например, очищенная вода или раствор перманганата марганца в такой воде в концентрации 0,01...0,04%. Изобретение обеспечивает максимальную интенсификацию биологических процессов в семенах. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к способам экологически чистой предпосевной обработки семян зерновых, зернобобовых, крупяных и масличных культур, повышающим всхожесть, стимулирующим высокую энергию прорастания и устойчивость всходов в условиях засушливого климата Юго-Востока Украины.

Известен способ предпосевной обработки семян зерновых, зернобобовых, крупяных и масличных культур, описанный в патенте RU №2224399, МПК: А01С 1/00 и опубликованный 2004.02.27. Способ включает обработку посевного материала раствором природного минерала бишофита. Обработку семян ведут раствором бишофита с концентрацией 15...100 мас.% от исходного рассола и расходом 1-15 л/т семян с учетом типа семянок, их всхожести, энергии прорастания и плотности бишофита. При этом используемый для обработки семян рассол бишофита активируют магнитным полем мощностью 200...450 Э.

Предлагаемый способ предпосевной обработки семян бишофитом способствует повышению полевой всхожести семян и продуктивной кустистости растений. Однако для достижения этих результатов, как это следует из описания патента, необходимо учитывать тип семянок, их всхожесть, энергию прорастания и плотность рассола бишофита. То есть, использование данного способа сопряжено со значительными технологическими трудностями соблюдения указанных параметров и затратами для приобретения приборов их контроля.

Наиболее близким к заявляемому по технической сути и достигаемому результату является способ предпосевной обработки семян, включающий воздействие на семена жидкой средой. Воздействие осуществляют под давлением 1,5...2500 атм в течение 10 мин. Дополнительно положительный эффект получают, используя в качестве жидкой среды растворы солей гуминовых кислот 0,01...0,05%-ной концентрации (см. а.с. СССР №1464926, МКИ: A01C 1/00, бюл. №10, 1989).

Данный способ обеспечивает достаточно высокую всхожесть и энергию прорастания семян. Однако имеет ряд недостатков, к которым относятся низкая эффективность гидростатического воздействия на семена и узкая область применения способа. Низкая эффективность гидростатического воздействия является следствием неудачно выбранных режимов обработки семян, неточным определением параметров воздействия, в результате чего обработку высоким давлением семян ведут в течение 10 мин, что приводит к значительным затратам электроэнергии. Узкая область применения связана с тем, что известный способ был экспериментально проверен только на семенах люцерны и ячменя и поэтому не гарантирует указанный результат для других сельскохозяйственных культур, например озимой пшеницы.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа предпосевной обработки семян путем изменения режимов обработки, что позволит повысить эффективность гидростатического воздействия на семена и расширить область применения способа.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем воздействие на семена жидкой средой под давлением, согласно изобретению давление равномерно повышают с нулевого значения до величины, равной 1...8000 атм, после чего равномерно снижают до первоначального значения.

Кроме того, целесообразно перед снижением давления удерживать его в течение 10-250 с.

Целесообразно, в качестве экологически чистой жидкой среды использовать очищенную воду.

Так же целесообразно, в качестве жидкой среды использовать раствор перманганата марганца 0,01...0,04%-ной концентрации в очищенной воде.

Плавное и равномерное повышение давления до требуемой величины позволяет повысить эффективность насыщения семян жидкой средой. Повышение эффективности объясняется тем, что чем меньше скорость подъема давления жидкой среды на границе пористых тел, которыми являются семена, тем с большим давлением по глубине проникает жидкость в поры и тело этих семян. С ростом же гидростатического давления повышается вязкость жидкой среды и одновременно снижается ее текучесть. В результате этого снижается интенсивность проникновения жидкости в поры и тело семян. Помимо этого равномерное повышение гидростатического давления до заданной величины, а затем его равномерное снижение исключает вероятность возникновения знакопеременных деформаций, которые могут возникнуть при резком изменении направления действия давления или его сброса и тем самым травмировать семена, что способствует их гибели.

Интервал величины давления, равный 1...8000 атм, был выбран в результате проведения анализа экспериментальных данных по определению влажности семян. Установлено, что при давлении, величина которого менее чем 1 атм, не возможно обеспечить максимальную интенсивность протекания биологических процессов в семенах, а при давлении, величина которого выше чем 8000 атм, - клетки семян под влиянием жидкой среды разрушаются.

Дополнительно эффект гидростатического воздействия жидкой среды на семена повышается за счет того, что перед снижением давления осуществляют его выдержку продолжительностью 10...250 с. Эксперименты показали, что приращение влажности семян при максимальном давлении за время менее 10 с недостаточно для интенсификации биохимических процессов в них. Объясняется это тем, что процесс насыщения семян влагой еще не затухает. Удерживание давления продолжительностью более 250 с малоэффективно, так как происходит затухание процесса насыщения семян жидкой средой.

Для исключения насыщения семян вредными неорганическими и органическими веществами в качестве жидкой среды при воздействии на семена давлением используют очищенную воду, что позволяет получать экологически чистый продукт.

Эффект воздействия на семена жидкой средой под давлением повышается, если в качестве жидкой среды использовать раствор перманганата марганца 0,01...0,04%-ной концентрации в очищенной воде. С одной стороны это защищает семена от болезней, а с другой - дополнительно интенсифицирует процесс их прорастания.

Для уточнения механизма гидростатического насыщения семян жидкой средой были проведены эксперименты с помощью установки ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Экспериментальные исследования были проведены на семенах озимой пшеницы (сорт Донецкая 48) и подсолнечника (сорт Харьковский 7). Эксперименты показали, что под воздействием гидростатического давления жидкая среда не только заполняет пустоты и поры, имеющиеся в семенах, но и проникает в структуру тела семян, что обуславливает изменение его влажности. При этом с ростом давления в дальнейшем общая влажность семян повышается в основном за счет изменения влажности структуры тела семян. То есть, в результате воздействия давления на жидкую среду общая влажность семян повышается за счет, во-первых: изменения количества влаги, находящейся в пустотах и порах, во-вторых: проникновения жидкой среды в структуру самого тела семян.

Из анализа экспериментальных исследований следует, что жидкая среда, расположенная в порах и пустотах семян, находится в свободном состоянии и по этой причине не принимает участие в биологических процессах, связанных с их прорастанием. Очевидно, что со временем эта жидкая среда поглощается семенем и используется в биологических процессах. Обычный процесс насыщения семян влагой в естественных условиях, это когда сухие семена высеваются во влажную почву (например, сухие семена озимой пшеницы имеют влажность не более 12%, а семена подсолнечника - 7%). Семена постепенно насыщаются влагой и по достижении некоторой величины влажности (например, для семян озимой пшеницы это примерно 18%, а подсолнечника - 14%) в них включаются биологические процессы, обуславливающие их прорастание. Однако биологические процессы в этом случае протекают не интенсивно, так как скорость поглощения влаги семенами в естественных условиях незначительная, и поэтому длительность прорастания семян составляет примерно 10...12 суток.

Интервал величины давления, равный 1...8000 атм, был выбран в результате проведения анализа экспериментальных данных по определению влажности семян. Установлено, что при давлении менее 1 атм не представляется возможным обеспечить максимальную интенсивность протекания биологических процессов в семенах, а при давлении выше 8000 атм - клетки семян под воздействием жидкой среды разрушаются.

Действие, заключающееся в удержании давления в течение 10 с, не позволяет обеспечить возможность полного насыщения семян жидкой средой, что не способствует максимальной интенсификации биохимических процессов в них, а при воздействии более чем 250 с не представляется возможным увеличить влажность семян, так как они уже насыщены жидкой средой в объеме набухания и по этой причине не могут больше поглощать ее.

В результате этого, за время гидростатического воздействия давлением на жидкую среду, с использованием предложенных параметров заявляемого способа, общая влажность обработанных семян резко увеличивается, например озимой пшеницы в среднем в 2,5...3 раз, что подтверждено изменением влажности с 12%, характерной для сухих семян, до 30...35% и выше, а подсолнечника - с 7%, что соответствует влажности в сухом состоянии, до 50...65% и более.

Проведенные испытания и анализ объясняют причину низкой эффективности известного способа по прототипу. При воздействии высоким гидростатическим давлением на семена резко увеличивается вязкость жидкой среды и уменьшается ее текучесть, поэтому для насыщения семян была увеличена продолжительность процесса насыщения семян влагой за счет поддерживания давления в течение 10 минут.

Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства, например гидравлического пресса, представленного на чертеже.

Пресс состоит из корпуса 1, включающего опоры 2, гидравлическую систему 3, снабженную цилиндрическим штоком 4, который выполнен с возможностью вертикального перемещения и удлинения. Между опорами 2 расположен стол 5, оборудованный герметичной цилиндрической камерой 6, выполненной с возможностью размещения штока 4 и его герметизации в устье камеры 6 при перемещении, а также перфорированной корзины 7. В корзине 7 размещена герметичная емкость 8, изготовленная из эластичного материала, например резины. Емкость 8 выполнена с возможностью ее герметизации, например, специальной пробкой (не показана) и заполнения жидкой средой и семенами. Камера 6 заполнена рабочей жидкостью (не показана), например техническим маслом.

Способ реализуется следующим образом.

Сначала в емкость 8 засыпают семена, затем заливают жидкую среду, например очищенную воду (не показано). При этом количество залитой воды превышает примерно на 15...25% объем, занимаемый семенами. Емкость 8 герметизируют и помещают в корзину 7, которую затем размещают в камере 6 и одновременно погружают в рабочую жидкость. Таким образом, установка подготовлена к проведению предпосевной обработки семян. После этого включают гидравлическую систему 3, в результате чего цилиндрический шток 4 удлиняется и перемещается в направлении камеры 6. В устье камеры 6 шток 4 герметизируется и в процессе дальнейшего перемещения воздействует на рабочую жидкость и сжимает ее. В результате давление в рабочей жидкости возрастает. Давление рабочей жидкости в свою очередь передается на внешнюю поверхность емкости 8, в результате чего жидкая среда деформируется и семена подвергаются гидростатическому воздействию. В процессе перемещения штока 4 гидростатическое давление плавно и равномерно увеличивается и жидкая среда постепенно заполняет пустоты и поры, имеющиеся в семенах. В результате семена насыщаются жидкой средой до максимальной величины, после чего их извлекают из емкости 8 и высевают в почву.

Как показали эксперименты, длительность описанного технологического процесса, который начинается с момента заполнения емкости 8 жидкой средой и заканчивается извлечением семян из нее, не превышает 3...7 мин. Этот промежуток времени учитывает и длительность самого процесса гидростатического воздействия жидкой средой на семена, который во всех экспериментах не превышал 250 с.

Из сказанного следует, что при равных затратах времени на подготовительно-заключительные операции по осуществлению гидростатического воздействия на семена в заявляемом способе удалось сократить длительность выполнения основной технологической операции более чем в 2,5...8 раз по сравнению со способом-прототипом. Однако этого промежутка времени оказалось достаточно для насыщения семян до максимальной влажности и, как следствие, интенсификации биологических процессов в них, обеспечивающих при высевании этих семян в почву прорастание на поверхность в 2...3 раза быстрее по сравнению с технологией, которая применяется в сельском хозяйстве в настоящее время. Кроме того заявляемый способ за счет сокращения времени гидростатического воздействия на семена позволяет существенно снизить затраты электроэнергии на его осуществление.

Результаты испытаний семян озимой пшеницы и подсолнечника, обработанные предложенным способом, представлены в таблице. Из анализа представленных экспериментальных данных видно, что семена, которые не подвергались воздействию гидростатическим давлением (контрольный вариант), после прорастания имеют более низкие показатели по всхожести и общей биомассе 100 растений по сравнению с показателями, характеризующими семена озимой пшеницы (сорт Донецкий-48) и подсолнечника (сорт Харьковский- 7), обработанные заявляемым способом.

Из приведенного можно заключить, что заявляемый способ повышает эффективность гидростатического воздействия на семена, исключает перерасход электроэнергии при предпосевной обработке семян и одновременно с этим максимально интенсифицирует биологические процессы в семенах.

ТАБЛИЦА
Способ предпосевной обработки семян
Вид семян	Способ предпосевной обработки	Давление, атм	Всхожесть,%	Вес биомассы 100 растений, г
Озимая пшеница сорт Донецкая-48	Контрольный	-	79	53,6
То же	Предлагаемый способ	1	80	54,8
		100	81	56,7
		800	82	58,0
		1000	85	62,0
		1500	86	58,9
		2000	86	65,3
		8000	83	57,2
Подсолнечник сорт Харьковский-7	Контрольный	-	84	13,6
То же	Предлагаемый способ	1	85	13,8
		100	87	14,6
		800	89	15,4
		1000	96	17,6
		1500	98	14,8
		2000	94	15,6
		8000	98	16,8

1. Способ предпосевной обработки семян, включающий воздействие на семена жидкой средой под давлением, отличающийся тем, что давление равномерно повышают с нулевого значения до величины, равной 1...8000 атм, а затем равномерно снижают до первоначального значения, при этом длительность набора и снижения давления не превышает 7 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед снижением давления его выдерживают продолжительностью не более 10...250 с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой среды используют очищенную воду.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой среды используют раствор перманганата марганца 0,01...0,04%-ной концентрации в очищенной воде.