Способ предпосевной обработки семян сосны обыкновенной
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может применяться при искусственном лесовосстановлении. Задачей изобретения является нахождение оптимальных характеристик и параметров оптического излучения, предназначенного для стимулирования прорастания семян сосны обыкновенной. Способ предпосевной обработки семян сосны обыкновенной включает обработку семян излучением разрядной ртутной лампой высокого давления через светофильтры или в сочетании с химическими стимуляторами. Обработку проводят на расстоянии 20 см в течение 1-40 с. В качестве светофильтров используют выделяющие ультрафиолетовые и фиолетовые светофильтры и отрезающие бесцветные светофильтры толщиной 1-5 мм. В качестве химических стимуляторов применяют фумар, крезацин и парааминобензойную кислоту. Изобретение позволяет увеличить всхожесть семян и ускорить рост проростков сосны обыкновенной. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл.
Область применения: изобретение относится к способам для обработки семян перед посевом или посадкой.
Изобретение может найти применение при искусственном лесовосстановлении и позволит не допустить на месте вырубок смены лиственными хвойных пород и повышения их доли в составе насаждений.
Изобретение может быть использовано для преодоления трудностей, связанных с интенсивным зарастанием посадок травянистой и малоценной древесно-кустарниковой растительностью.
Задачами изобретения являются повышение всхожести семян сосны обыкновенной; обеспечение эффективного ежегодного лесовосстановления с использованием стимуляторов роста, увеличивающих всхожесть семян и ускоряющих рост проростков, основанных на природных механизмах, не наносящих вреда здоровью людей.
В сельском хозяйстве известны методы стимуляции с использованием полихроматических источников, таких как разрядные лампы, плазмотроны (Гордеев Ю.А., Беляков М.В. Использование оптического излучения для предпосевной обработки семян: Учебное пособие. - Смоленск: ФГОУ ВПО "Смоленский сельскохозяйственный институт", 2005. - 104 с.).
В лесном хозяйстве результаты измерения оптических свойств семян растений (спектральные характеристики отражения, поглощения и люминесценции), исследование влияния спектра излучения на процессы роста растений, а также исследование совместного действия излучения и химических стимуляторов являются пионерными. Полученные с применением изобретения результаты позволят внести существенный вклад в практическое использование стимуляции роста сеянцев древесных растений. Известны способы применения в качестве стимулирующих факторов электромагнитного излучения оптического диапазона, источниками которого являются различные виды разрядных ламп, лазеры.
Обработка ими дает положительный эффект при применении к семенам практически всех сельскохозяйственных культур, а также некоторых древесных растений (Гордеев Ю.А., Беляков М.В. Использование оптического излучения для предпосевной обработки семян: Учебное пособие. - Смоленск: ФГОУ ВПО "Смоленский сельскохозяйственный институт", 2005. - 104 с.; Рыбкина С.В., Беляков М.В. Применение оптического излучения в качестве стимулятора роста древесных растений. - Смоленск: Изд-во "Смоленская городская типография", 2005. - 46 с.).
Заявляемый способ по сравнению с вышеуказанными позволяет улучшить качество и скорость лесовосстановления и имеет экономический эффект, который выражается в сокращении расхода семян при выращивании посадочного материала и получении дополнительного прироста древесины.
Задачей изобретения является нахождение оптимальных характеристик и параметров оптического излучения, предназначенного для стимулирования прорастания семян применяемых в лесовосстановлении древесных растений.
Сущность изобретения.
Способ включает обработку семян непрерывным некоррегированным УФ-излучением ртутной разрядной лампы с определенной дозой облучения (10-26,8 Дж/м2) или излучением разрядной ртутной лампы высокого давления через фильтры на определенном расстоянии (20 см) в определенное время (1-40 с) или излучением разрядной ртутной лампы высокого давления в сочетании с химическими стимуляторами на определенном расстоянии (20 см) в определенное время (1-40 с).
На чертеже представлены спектральные характеристики пропускания фильтров (ГОСТ 9411).
Возможность практического осуществления изобретения подтверждается примерами.
Пример 1
В лесном хозяйстве эффективность применения непрерывного ультрафиолетового излучения была проверена авторами на семенах сосны обыкновенной (Pinus Sylvestris L.). Обработанные и контрольные семена растений проращивали в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 13056.6-97. Всхожесть и энергия прорастания также определяли в соответствии с требованиями данного ГОСТа на Брянской зональной лесосеменной станции. При выполнении анализа применяли аппарат для проращивания семян на свету с автоматическими регуляторами для поддержания переменной или постоянной температуры. Аппарат состоит из металлического корпуса произвольного размера, заполненного водой, внутри которого проходит электрическая спираль для подогрева, сверху корпус накрыт металлическими листами или подносами, на которых размещают ложа для проращивания семян. При проращивании семян обеспечивалось освещение в течение 8 ч.
Оценку и учет проросших семян согласно ГОСТ 13056.6-97 проводили в следующие сроки: энергия прорастания - на 7 сутки, всхожесть - на 15 сутки.
Всхожесть, а также энергию прорастания и другие показатели учитываемых семян вычисляли как среднее арифметическое значение результатов проращивания по четырем отдельным пробам семян.
В ходе экспериментальных исследований определялись дозы, оказывающие стимулирующее действие на посевные качественные показатели семян.
Облученность для рабочего диапазона спектра определяется из закона "квадрата расстояния"
где Iе - сила излучения источника (Вт/ср), h - расстояние от излучателя до облучаемых объектов (м), θ - угол между направлением падения излучения и нормалью к поверхности семян (рад).
Так как семена размещались преимущественно в центре пятна излучения, то θ≈0° и cosθ≈1. Экспозиционная доза облучения (энергетическая экспозиция) в общем случае определяется по формуле
где E(t) - временная зависимость облученности в зоне обработки,
τ - время обработки.
В простейшем случае, когда облученность постоянна в течение времени экспонирования, формула (2) принимает вид
При одинаковой силе излучения и расстоянии от излучателя до семян экспозиционная доза изменялась за счет изменения времени воздействия на объекты. Контрольные образцы семян облучению не подвергали. Источник излучения - ртутная разрядная лампа высокого давления.
Отмечено, что во всех вариантах всхожесть не хуже контроля, а в некоторых - выше на 5…7% (табл.1).
| Таблица 1 | ||||||
| Всхожесть семян сосны (%) при различной облученности и времени обработки | ||||||
| Облученность, Вт/м2 | Время обработки, с | |||||
| 1 | 5 | 10 | 15 | 25 | 40 | |
| 0,60 | 72 | 70 | 65 | 66 | 71 | 65 |
| 1,04 | 66 | 65 | 69 | 67 | 65 | 66 |
| 1,30 | 65 | 67 | 70 | 67 | 68 | 67 |
| 2,13 | 67 | 65 | 67 | 66 | 69 | 68 |
| 2,81 | 67 | 69 | 66 | 65 | 68 | 66 |
Примечание: всхожесть на контроле - 65%. Практически во всех вариантах наблюдается стимулирующий эффект влияния излучения на рост корешков проростков (табл.2). Оптимальными для облучения являются экспозиционные дозы 10…12 Дж/м2 и 26…26,8 Дж/м: превышение длины корешков проростков составляет 40…50%. Указанные дозы получаются, как и для ели, при сравнительно небольшом (несколько секунд) времени обработки, что является существенным достоинством данного метода по сравнению с применением лазеров.
| Таблица 2 | ||||
| Зависимость длины корешков 7-дневных проростков сосны обыкновенной от экспозиционной дозы облучения при различном времени обработки и разной мощности | ||||
| Время обработки, с | Доза облучения, Дж/м2 | Число проростков | Длина корешков проростков, мм | % к контролю |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 0,67 | 220 | 30,1±1,3 | 75,4 |
| 5 | 3,3 | 235 | 52,5±1,9 | 131,6 |
| 10 | 6,7 | 241 | 48,5±1,4 | 121,8 |
| 15 | 10,0 | 226 | 58,5±0,7 | 146,8 |
| 25 | 16,7 | 247 | 44,3±2,0 | 111,3 |
| 40 | 26,8 | 236 | 61,0±0,7 | 153,1 |
| 1 | 0,80 | 238 | 50,5±1,5 | 126,7 |
| 5 | 4,0 | 225 | 51,1±1,4 | 128,1 |
| 10 | 8,0 | 240 | 40,4±0,9 | 101,4 |
| 15 | 12,0 | 245 | 60,1±0,3 | 150,8 |
| 25 | 20,0 | 231 | 50,6±0,3 | 126,9 |
| 40 | 32,1 | 237 | 34,6±1,4 | 86,7 |
| 1 | 1,2 | 242 | 56,4±0,7 | 141,6 |
| 5 | 6,0 | 235 | 41,5±0,8 | 104,2 |
| 10 | 12,1 | 229 | 47,6±1,3 | 119,3 |
| 15 | 18,1 | 240 | 40,4±1,0 | 101,5 |
| 25 | 30,2 | 233 | 49,3±0,4 | 123,8 |
| 40 | 48,3 | 243 | 47,6±1,4 | 119,5 |
| Контроль | 0 | 219 | 39,9±0,6 | - |
Пример 2
В вышеуказанных опытах источники излучения использовались без оптимизации их спектра (некоррегированное излучение) и учета оптических свойств семян. Вместе с тем при применении широкополосных полихроматических источников, излучающих в достаточно обширной области спектра, можно предположить, что использование излучения некоторых длин волн (или участков спектра) дает стимулирующий эффект, некоторых - нейтральный, а некоторых - ингибирующий. Следовательно, полихроматические источники излучения требуют оптимизации по спектру с учетом оптических спектральных свойств семян: в качестве источника непрерывного ультрафиолетового излучения, источника некоррегированного излучения используют источник полихроматического излучения со спектральным диапазоном, включающим излучение от ближнего УФ-спектра до границы инфракрасной (ИК) области. Для изучения влияния спектра излучения на параметры прорастания семян при их предпосевной обработке был проведен следующий опыт: семена обрабатывали некоррегированным излучением (полный спектр), а также излучением, пропущенным через выделяющие (УФС8, ФС6, ФС1) и отрезающий (БС3) светофильтры. Толщина светофильтров УФС8 и ФС6 составляла 3 мм, ФС1 и БС3 - 1 мм. Характеристики пропускания данных фильтров (ГОСТ 9411) представлены на чертеже. Результаты представлены в табл.3.
| Таблица 3 | ||||
| Зависимость длины корешков 7-дневных проростков сосны обыкновенной от спектра излучения | ||||
| Вариант облучения | Число проростков | Длина корешков проростков, мм | % к контролю | % к полному спектру |
| УФС8 | 201 | 55,8±0,3 | 181,8 | 110,7 |
| ФС6 | 210 | 61,6±0,5 | 200,7 | 122,2 |
| ФС1 | 198 | 65,6±0,3 | 213,7 | 130,2 |
| БС3 | 200 | 59,0±0,7 | 192,2 | 117,1 |
| Полный спектр | 209 | 50,4±1,1 | 164,2 | 100,0 |
| Контроль | 207 | 30,7±0,6 | 100,0 | - |
Очевидно, что все варианты предпосевной обработки семян излучением для всех вариантов благотворно воздействует на прорастание. Применение облучения семян излучением совместно со светофильтром УФС8 позволило ускорить рост корешков проростков. Для сосны наилучшее влияние на результаты оказали фиолетовые стекла - ФС1 и ФС6.
В целом можно сказать, что применение коротковолновых светофильтров, снижающих облученность и корректирующих спектр, позволяет увеличить эффективность обработки. В другом опыте в качестве опорного источника излучения применялась разрядная ртутная лампа высокого давления ДРТ230. Семена сосны обыкновенной обрабатывались излучением ДРТ230, пропущенным через светофильтры (выделяющие ультрафиолетовые и фиолетовые и отрезающие бесцветные толщиной 1-5 мм) с расстояния 20 см в течение 5, 15 и 40 с соответственно, после чего в установленные ГОСТ сроки определялась их энергия прорастания и всхожесть. Результаты представлены в табл.4.
| Таблица 4 | ||||||
| Энергия прорастания и всхожесть семян сосны обыкновенной, обработанных излучением лампы ДРТ230, пропущенным через светофильтры | ||||||
| Вариант | Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | Из непроросших оказалось | Класс по ГОСТ 14161-86 | ||
| загнивших | пустых | заражено вредителями | ||||
| Контроль | 75 | 86 | 9 | 5 | - | II |
| Полный спектр | 74 | 90 | 6 | 4 | - | II |
| УФС8 | 78 | 87 | 10 | 3 | - | II |
| ФС6 | 79 | 90 | 7 | 3 | - | II |
| ФС1 | 80 | 91 | 7 | 2 | - | II |
| БС3 | 86 | 94 | 4 | 2 | - | II |
Для сосны предпосевная подготовка хотя и не изменяет класс качества, но все же налицо явное улучшение посевных качеств: энергии прорастания - на 3…11%, всхожести - на 1…7%. Но в данном случае полноспектральная обработка и светофильтр УФС8 показали себя несколько хуже, чем другие варианты обработки.
Пример 3
Наиболее перспективными являются методики стимуляции прорастания, сочетающие в себе как физические, так и химические факторы. В связи с этим был проведен опыт по изучению совместного влияний излучения лампы ДРТ230 и современных химических стимуляторов (фумар, крезацин, парааминобензойная кислота) различной концентрации на процессы прорастания семян ели, сосны и лиственницы. Результаты представлены в табл.5.
| Таблица 5 | ||||
| Зависимость длины корешков 7-дневных проростков сосны обыкновенной от вида и концентрации стимулятора роста при облучении семян излучением лампы ДРТ230 (время обработки 15 с, расстояние 20 см) | ||||
| Вариант, концентрация | Число проростков | Длина корешков проростков, мм | % к контролю | |
| Фумар (мл/л) | 0,00001 | 194 | 45,7±0,4 | 133,4 |
| 0,0001 | 197 | 39,5±0,9 | 115,3 | |
| 0,001 | 205 | 39,2±1,3 | 114,3 | |
| Крезацин (г/л) | 0,01 | 201 | 47,8±1,9 | 139,6 |
| 0,1 | 188 | 38,1±1,6 | 111,3 | |
| 1 | 196 | 43,4±0,4 | 126,6 | |
| ПАБК (г/л) | 0,01 | 192 | 40,0±1,6 | 116,6 |
| 0,1 | 190 | 45,6±1,7 | 133,2 | |
| 1 | 186 | 40,9±1,3 | 119,3 | |
| Контроль | - | 182 | 34,3±1,5 | - |
Здесь также имеется превышение над контролем для всех вариантов на 11…39%, а применение излучения позволяет снизить концентрацию не только для крезацина, но и для фумара.
Полевые опыты с совместным влиянием оптического излучения и химических факторов проводились авторами в 2003-2005 годах в питомниках Ярцевского, Вяземского и Краснинского лесхозов. Результаты опытов представлены в табл.6.
| Таблица 6 | ||||||
| Результаты полевого опыта с сеянцами сосны обыкновенной | ||||||
| Вариант, концентрация | Число проростков | Длина надземной части, мм | % к контролю | Длина главного корня, мм | % к контролю | |
| Фумар (мл/л) | 0,00001 | 194 | 49,7±1,6 | 113,1 | 127,1±8,9 | 107,0 |
| 0,0001 | 197 | 49,1±1,3 | 111,8 | 121,8±1,4 | 102,6 | |
| 0,001 | 205 | 46,1±3,0 | 105,0 | 121,1±1,2 | 102,0 | |
| Крезацин (г/л) | 0,01 | 201 | 48,6±2,9 | 110,8 | 209,1±6,9 | 176,1 |
| 0,1 | 188 | 48,1±1,9 | 109,5 | 201,2±4,3 | 169,4 | |
| 1 | 196 | 48,1±1,1 | 109,5 | 126,9±4,9 | 106,8 | |
| ПАБК (г/л) | 0,01 | 192 | 58,2±2,6 | 132,6 | 215,6±8,9 | 181,5 |
| 0,1 | 190 | 50,8±1,0 | 115,8 | 154,0±2,5 | 129,7 | |
| 1 | 186 | 46,1±0,9 | 105,1 | 179,2±5,7 | 150,9 | |
| Контроль | - | 182 | 43,9±3,5 | - | 118,8±2,1 | - |
Применение излучения совместно с химическими стимуляторами дает существенную прибавку: по длине надземной части - до 32%, по длине главного корня - свыше 80%. Отмечено также, что, как и в лабораторных опытах, применение излучения позволяет сэкономить дорогостоящие препараты, снизив их дозу.
Итогом вышеприведенных опытов стала разработка методики предпосевной обработки семян оптическим излучением, которая включает в себя оптимальные параметры, технологию обработки и проверку ее эффективности.
1. Способ предпосевной обработки семян сосны обыкновенной, включающий обработку семян сосны обыкновенной излучением разрядной ртутной лампы высокого давления через светофильтры на расстоянии 20 см в течение 1-40 с или излучением разрядной ртутной лампы высокого давления в сочетании с химическими стимуляторами на расстоянии 20 см в течение 1-40 с.
2. Способ по п.1, при котором обрабатывают семена излучением разрядной ртутной лампы высокого давления через выделяющие ультрафиолетовые и фиолетовые светофильтры и отрезающие бесцветные светофильтры толщиной 1-5 мм.
