ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ.

Обеззараживание — является одной из основных операций послеуборочной и предпосевной обработки семян. По данным Всероссийского института защиты растений, потери урожая от болезней в целом по России за последнее десятилетие колебались в среднем в пределах 10%, а в отдельные годы они достигали 25%. Существуют различные способы обеззараживания семян: химические, термические, электрофизические, но на сегодняшний день наиболее эффективным способом обеззараживания по мнению многих учёных является озонированный воздух, содержащий озон и ионы. Озонированный воздух это воздух прошедший через электрический разряд высокого напряжения и насыщенный ионами FT, О\ ОН" и О3 (озон), обладающий обеззараживающим, стимулирующим и влагопоглотительным воздействием на зерновку. Обеззараживающие свойства озонированного воздуха в основном зависят от концентрации озона, влажности, температуры и запылённости окружающего воздуха.
Применением озонированного воздуха в сельскохозяйственном производстве при обеззараживании зерна, животноводческих помещений, яиц перед инкубацией занимались Бородин И.Ф., Троцкая Т.П., Ксёнз Н.В., Кривопишин И.П., Ткачёв Р.В. и другие исследователи. Основываясь на работах ученых [15, 16, 20, 57, 60, 65, 67, 68, 100, 103-106] в области озонных технологий и на свойствах озона, таких как дезинфекция, дезинсекция и стимуляция роста растений предлагается проводить обработку семян пшеницы в подвижном слое озонированным воздухом. Исследования автора в данном направлении проводились в рамках выполнения государственных контрактов с Минее льхозом России РФ № 35.17.2.26.2000 по теме «Провести исследования и разработать систему автоматизированного контроля процессов прогрессивной технологии послеуборочной обработки зерна и семян» и № 1410/26 от 3 октября 2002 г. по теме «Проведение исследований по разработке автоматизированных устройств и приборов, обеспечивающих отбор и длительное хранение биологически ценных семян сельскохозяйственных культур» (Приложение 3) в отделе автоматизации технологических процессов Федерального государственного унитарного предприятия НИИ «Агро- прибор» (г. Москва) совместно с кафедрой ИУС Московского государственного агроинженерного университета имени В.П.Горячкина (МГАУ) и лабораторией биофизики семян Агрофизического научно-исследовательского института (АФИ, г. Санкт-Петербург). Тематика работы входит в перечень приоритетных направлений в решении проблем сельского хозяйства, определенных в апреле 2002 г Президентом России. Цель и задачи исследования: Разработка способа обработки семян пшеницы озонированным воздухом в подвижном слое. В соответствии с целью объектом исследования является система факторов, включающая биологические особенности семян пшеницы и населяющих её насекомых и микрофлоры, способы обеззараживания и технические средства их реализующие, а предметом исследования является обеспечение эффективных режимов воздействия озонированного воздуха при различных концентрациях и времени обработки на семена пшеницы для эффективной дезинфекции и дезинсекции, без потери их посевных качеств.
Для достижения цели в диссертационной работе были поставлены и решены следующие научно-практические задачи: - разработана методика по обеззараживанию озонированным воздухом семян зерновых культур для определения эффективного режима обработки; получена математическая модель, раскрывающая механизм обеззараживания семян пшеницы при изменении концентрации озона и времени обработки; оценено обеззараживающее действие озонированного воздуха на патогенную микрофлору семян зерновых и эктопаразитов при сохранении семенами своих посевных качеств; дано технико-экономическое обоснование обеззараживания семян озонированным воздухом в подвижном слое.
Методы исследования:
по методике Емельянова Ю.М.-Филиппова Ю.В. рассчитывалась площадь разрядных пластин, определены основные конструктивные параметры и изготовлен генератор озона на барьерном разряде, с производительностью по озону до 4 г/ч, способный создавать широкий диапазон рабочих выходных концентраций (до 2 г/м3); математический анализ результатов исследования процесса обеззараживания семян пшеницы проводился путем интерполяции результатов эксперимента по центрированной случайной функции процесса обеззараживания из формул площади Пуассона и преобразований Фурье;
- в ходе исследований для определения концентрации озона использовались анализаторы озона Циклон 5.51 и 5.31;
- для определения температуры и влажности использовался регулятор МПР51, имеющий программируемое реле времени;
- зараженность патогенной микрофлорой определялось методами пассивного эксперимента: биологическим и посевом на питательные среды (ГОСТ12036-66, ГОСТ13496.11-74,ГОСТ13586.4-83);
- посевные качества семян определяли при выращивании их в рулонах фильтровальной бумаги и вегетационных сосудах по всхожести, энергии прорастания и силе роста (ГОСТ 10467-76 и ГОСТ 12038-84).
Новизна исследований состоит в следующем:
определены параметры и изготовлены технические средства для обеззараживания семенного зерна и получения озонированного воздуха; разработана методика, позволяющая определить режимы эффективного снижения зараженности семян пшеницы при обработке озонированным воздухом в подвижном слое при сохранении биологических и посевных качеств зерновок; получена математическая модель, раскрывающая механизм обеззараживания озонированным воздухом семян пшеницы в зависимости от концентрации озона и времени воздействия.
Подана заявка на изобретение № 2003124151/20 от 05.08.2003 устройство смесителя для обеззараживания зерна в подвижном слое и исследования в области обработки семян зерновых культур озонированным воздухом.
Практическая ценность исследований.
1. Определены условия для разработки способа обработки озонированным воздухом семенного зерна в подвижном слое, который позволяет:
- снизить затраты на предпосевную обработку семян и повысить качество обеззараживания;
- повысить экологичность процесса обработки семян пшеницы озонированным воздухом и снизить загрязненность окружающей среды от использования ядохимикатов;
- снизить зараженность обрабатываемой культуры до допустимого порога с сохранением высокой всхожести.
2. Изготовлены технические средства и определены режимы эффективного обеззараживания семян пшеницы озонированным воздухом.
Достоверность установленных теоретических положений подтверждена экспериментальной проверкой в лабораторных условиях, а также испытаниями в условиях, приближенных к производственным. Апробирование результатов исследований подтверждается соответствующими актами. Исследования по выявлению обеззараживающего воздействия озонированного воздуха и проверка посевных качеств семян пшеницы проводились лабораторией «Биофизики семян» Агрофизического института (г. Санкт-Петербург). На защиту выносится:
1. Способ обеззараживания семян пшеницы озонированным воздухом в подвижном слое, который включает:
- режимы эффективного обеззараживания семян пшеницы озонированным воздухом в подвижном слое при концентрации озона до 1000 мг/м3 и экспозиции обработки до 60 минут
- дезинсекцию амбарного долгоносика при концентрации озона 500 мг/м и экспозиции обработки до 60 минут
2. Технические средства обработки семян в подвижном слое и получения озонированного воздуха.
3. Математическая модель обеззараживания семян пшеницы в подвижном слое с использованием озона.
Экономическая эффективность процесса обеззараживания семян пшеницы озонированным воздухом составляет 525 рублей на тонну зерна, что обеспечивает снижение приведенных затрат в 3,78 раза по сравнению с традиционной химической обработкой.
Реализация результатов исследований.
Определены основные конструктивные параметры и изготовлены барабанная установка-смеситель и генератор озона на барьерном разряде для изучения влияния озонированного воздуха на семена различных сельскохозяйственных культур в НИИ «Агроприбор» (г. Москва).
Апробация работы.
Основные положения и результаты исследований обсуждены и одобрены на второй Международной научно-технической конференции «Энергосбережение в сельском хозяйстве», посвященной 70-летию ВИЭСХ (Москва 2000 г.); на Международном научно-техническом семинаре, «Проблемы разработки автоматизированных технологий и систем автоматического управления сельскохозяйственного производства» (г.Углич 2002 г.), на XI международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России — проблема развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции» ГНУ ВИМ (г. Москва 2002 г.), на II международной научно-практической конференции «Земледельческая механика в растениеводстве» - механизация уборки, послеуборочной обработки и хранения, ГНУ ВИМ (г. Москва 2003 г.), на расширенных заседаниях Учёного Совета НИИ «Агроприбор» (2001-2003г.г.), на международном семинаре РУП БелНИИ пищевых продуктов «Применение озона в пищевой промышленности и сельском хозяйстве» (г. Минск 2004г.)
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 6 опубликованных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 199 страницах машинописного текста, включает 51 рисунок, 21 таблицу, 3 приложения и список литературы из 128 названий, в том числе 10 на иностранных языках.

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНИРОВАННОГО ВОЗДУХА ПРИ ОБРАБОТКЕ СЕМЯН
В главе проведён анализ болезней и вредителей зерна, существующих способов обеззараживания семян, а также рассмотрены возможности использования в этих целях озонированного воздуха, содержащего значительное количество озона и ионов. В главе также сформулированы основные требования к установке, которую предлагается использовать для обеззараживания семян озоном. Для выполнения исследований, определенных целью и поставленными задачами, разработана структурно-логическая схема для изучения воздействия озонированного воздуха на семена зерновых культур.
1.1. Обоснование необходимости обеззараживания семян
В любой семенной партии, особенно свежеубранной, имеется значительное количество микроорганизмов, насекомых и клещей [47,102]. Эти вредители способны при определённых благоприятных условиях паразитировать и пагубно влиять на семена, сокращая в них количество сухого вещества, загрязняя, а также отравляя их токсинами своей жизнедеятельности. Ежегодно только на долю гельминтоспориозной пятнистости приходится до 20 % и более потерь урожая зерновых в Центрально-Чернозёмном, Центральном, Поволжском районах [115]. В Волго-Вятском районе развитие красно-бурой пятнистости на овсе доходит до 50 %. На практике показано [117,118], что потерь этих можно избежать. Для предупреждения гибели урожая от вредителей в хозяйствах необходимо проводить мероприятия по своевременной дезинсекции и дезинфекции свежеубранных семян при закладке их на хранение и непосредственно перед высевом. Высокая степень поражения болезнями растений, развивающихся из не прошедших достаточную дезинсекцию и дезинфекцию семян, становится причиной не только снижения урожайности и резкого колебания по годам валовых сборов зерна, но и оказывает отрицательное воздействие на его качество,
Рыночные цены и рентабельность отрасли в целом.
За 2000-2001 годы масштаб заражения в регионах представлен в посевных площадях, пораженных той или иной инфекцией, а то и всеми сразу.

Заражённость зерна вредителями и болезнями сказывается на его дальнейшей переработке в пищевой промышленности.
В результате выборочных проверок качества хлеба и муки во всех областях России Госторгинспекцией установлено, что 21% муки не пригоден для выпечки хлеба. Одной из причин такого заключения явилась зараженность муки амбарными вредителями и картофельной палочкой, которые загрязняют продукцию, способствуют ее увлажнению, понижают содержание клейковины и в целом хлебопекарные свойства.
Хлеб, который получают из такой муки, выходит рыхлым, с залипающимся мякишем, со сладковато-гнилостным запахом. В настоящее время во всём мире существуют ежегодные потери 1...2% сухих веществ семян в результате активной жизнедеятельности в них вредных насекомых, клещей и микроорганизмов (бактерий, патогенных и плесневых грибов) [102]. В современной России эта цифра ещё больше, так как основная территория страны находится в зонах с повышенной влажностью, где убираемый урожай представляет благоприятную среду для развития патогенных грибов и вредителей. Установлено, что даже в относительно сухие годы на тока поступает большое количество семян с влажностью 20...22% и выше [4,23]. У таких семян уже в бункере комбайна начинают активно протекать биохимические процессы, возрастает интенсивность дыхания, что сопровождается выделением большого количества тепла [102]. Всё это ведёт к потере массы зерна и его качества, ухудшению посевных свойств семян и порче их в целом [99].
При разработки новых перспективных конкурентно-способных технологий обеззараживания зерна и семян необходимо учитывать не только экономический эффект, который достигается в процессе их реализации, не только повышение экологичности разработок, но и сохранение продукцией своей биологической ценности, посевных и нативных свойств [99].
В перечень критических технологий на основе законодательных актов Министерства сельского хозяйства Российской Федерации входит производство и переработка сельскохозяйственного сырья [51]. Качественный рост в этой области возможен при проведении ряда мероприятий, где обеззараживание имеет одну из основных ролей.
Поэтому существует необходимость обработки семян и зерна перед закладкой на хранение дезинсецирующими и дезинфекцирующими средствами для снижения уровня их заражённости до минимума [8,9]. Принимая во внимание Информационный бюллетень [51], включающий перечень критических технологий для Российской Федерации, основными приоритетными направлениями в современном сельском хозяйстве являются: безопасность производства сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов; защита растений и животных; системное жизнеобеспечение и защита человека; энергосбережение и повышение экологичности технических процессов.
Актуальность исследований по разработке технологических режимов обеззараживания зерна и семян с помощью озонированного воздуха подтверждена контрактами с Министерством сельского хозяйства РФ выполненных ФГУП НИИ «Агроприбор» № 35.17.2.26.2000 по теме «Провести исследования и разработать систему автоматизированного контроля процессов прогрессивной технологии послеуборочной обработки зерна и семян» и № 1410/26 от 3 октября 2002 г. по теме «Проведение исследований по разработке автоматизированных устройств и приборов, обеспечивающих отбор и длительное хранение биологически ценных семян сельскохозяйственных культур».
Таким образом, разрабатываемые технологические режимы обеззараживания зерна и семян озонированным воздухом основываются на объективно существующих закономерностях биологических процессов, протекающих в зернопродукции, а также на последних достижениях современной науки и техники.
В данном параграфе выявлена необходимость обеззараживания семенного зерна, обусловленная потерей его качества за счет жизнедеятельности микроорганизмов и эктопаразитов. В следующем парафафе рассмотрены основные болезни зерновых культур и насекомые вредители, которые повреждают зерно, ухудшая его продовольственное и посевное качество.
1.2 Болезни и вредители зерна
Убираемый урожай представляет также благоприятную среду для развития сапрофитной и эпифитной микрофлоры, неминуемо приводящей к снижению посевных качеств семян. Основной вред, наносимый микроорганизмами семенам и зерну, заключается в том, что они способствуют процессам его самосогревания [85].

Семенами передается свыше 60% возбудителей болезней, опасных для сельскохозяйственных культур. Они снижают посевные качества семян (всхожесть, энергию прорастания, силу роста). Семена богатые углеводами, белками и минеральными веществами представляют хороший питательный субстрат для жизнедеятельности и сохранения патогенных грибов, вирусов и бактерий. Основные возбудители болезней приведены в таблице 1.2 [58].
Видовой состав бактерий весьма разнообразен и представлен различными серотипами паразитирующими как на вегетативной части растений так и на зерне. Особую опасность представляют спорообразующий бактерии, которые способны к длительному сохранению в почве, на зерне и достаточно устойчивы к средствам защиты растений [112]. Но наиболее опасны для зерна патогенные грибки.

Опасными для семенного зерна являются как низшие так и высшие грибы. Видовой состав грибов, наиболее часто встречающийся, в основном представлен грибами родов Alternaria, Helminthosporium, Fusarium, Mucor, Aspergillus и другие [112].
Все виды грибов из рода Helminthosporium являются паразитами и вызывают на злаках разнообразные поражения, которые могут быть сведены к образованию полосатой пятнистости на листьях, к явлениям корневой гнили (вид Bipolaris sororiniana), к проявлению черного зародыша, побурение и перелом стеблей, белоколосость. Все виды этого рода развиваются на семенах [108]. Мицелий грибов зимует внутри семян. В зараженных семенах мицелий находится в оболочках, или глубже в эндосперме или в тканях зародыша. При залегании грибницы в оболочке зерна (когда заражение семян происходит в фазу молочной или восковой спелости) всхожесть семян не снижается, семена прорастают нормально, т.е. дают росток и три здоровых корешка, но к концу проращивания, вследствие перехода грибницы с внутренней стороны оболочки семени на проросток, может проявиться в виде побурения колеоптиля. В дальнейшем может произойти замедление роста растений, грибница диффузно может по стеблю проникнуть в листья и вызвать их пятнистость [35,50,54,62,64]. Глубокое поражение семян (заражение происходит в фазу формирования семени), когда грибница локализуется вблизи зоны зародыша - проявляется в виде ненормального прорастания, а именно:
1) у проросших семян развивается только росток, и совсем не развиваются ко- решки;
2) вместо обычных трех корешков выходят один-два недоразвитых;
3) росток и корешки загнивают в самом начале прорастания.
Грибы из рода Alternaria относятся к сапрофитным грибам, которые самостоятельно не могут повреждать семена, они могут повреждать только ослабленные всходы уже поврежденные грибами более агрессивных видов (родов Helminthosporium или Fusarium) [108].
Черный зародыш у злаковых культур — одна из форм проявления повреждения грибами из родов Helminthosporium и Altepnaric. Повреждения зерна злаков, главным образом пшеницы, характеризуются вдавленной и почерневшей зародышевой частью, в которой паразитируют грибы. Заражение семени происходит в поле в период молочной или восковой спелости. В наиболее типичных случаях всхожесть пораженных семян падает до нуля, но в ряде случаев наблюдается не столь глубокое воздействие грибов на зародыш, при котором семя прорастает либо вполне нормально, либо с образованием уродливо развившихся ростка и корешка [101,102].
Установлена зависимость всхожести семян пшеницы, поврежденных черным зародышем, от степени изменения окраски их зародыша [108].
Семена пшеницы, пораженные черным зародышем, можно разделить на 3 фракции:
1 - зародыш и зародышевые углубления зерна полностью окрашены - всхожесть снижается на 37%;
2 - окрашены половина зародыша и часть зерна за его пределами - всхожесть снижается на 63%;
3 — чернота по всему зерну - всхожесть снижается на 84%.
И следующие грибы из рода Fusarium вызывают болезни зерновых, объединяемые под именем фузариозы [108].
Фузариозы зерновых культур проявляются различным образом как — гибель всходов, белостебельность, отмирание продуктивных стеблей, бесплодие колоса (белоколосость), грибы из рода Fusarium участвуют в явлениях выпре-вания озимых, полегания хлебов, ведут к получению щуплого, легковесного зерна, вызывают отравления под названием «пьяный хлеб» [56,92]. В зависимости от условий и сроков заражения внешние признаки заболевания могут быть различными или совсем отсутствовать. Заражение семян видами Fusarium происходит во время вегетации растений и может прогрессировать при хранении семян [92].
Различают две формы поражения семян фузариозами: явно фузариозное (глубокое поражение семян), заметное по наружным признакам, и скрытое (неглубокое поражение семян), неразличимое по наружным признакам. Форма глубокого поражения семян возникает в результате раннего поражения колосьев в поле, а именно в фазу молочной и в начале восковой спелости зерна. Грибница фузариума пронизывает все зерно целиком, и явно фузариозные зерна щуплые и обычно нежизнеспособные [92].

Скрытая форма фузариозного поражения семян возникает в случае позднего или слабого раннего заражения на корню, а так же при заражении семян в условиях повышенной влажности при уборке или при хранении семян. Грибница фузариума находится в наружных слоях зерновки - в перикарпие или в семенной оболочке [92].
В момент прорастания семян в условиях повышенной влажности грибница тоже трогается в рост и проникает глубже в область зародыша. В таком случае фузариозное поражение семян вызывает ненормальное прорастание, гибель семян в момент прорастания или загнивание и выпад всходов [108].
К косвенным признакам фузариозного поражения семян можно отнести легковесные семена с матово-серой или розовой оболочкой [92].
Источниками инфекции являются почва, растительные остатки и семена. При высеве зараженных семян различают три основных типа заболеваний: гибель всходов, отмирание продуктивных стеблей, поражение колоса и зерна [116]. Из-за поражения грибом сосудистой системы прекращается подача воды и питательных веществ в растения. Если это происходит в момент всходов -проростки погибают, если в период налива зерна - в колосьях образуются щуплые зерна [70].
При сильном заражении зерновок, когда грибница пронизывает все зерно, употреблять такое зерно в пищу нельзя - происходит отравление людей и животных. Болезнь известна под названием «пьяный хлеб» [56].
Однако заражение растений в полевых условиях зависит от многих факторов. На прорастание спор практическое значение имеет погода, особенно t° и влажность воздуха и почвы. При оптимальной температуре для прорастания спор заражение происходит быстрее, а при высокой или низкой t° наоборот замедляется. Решающим в данном случае является и то, что для прорастания спор необходимо наличие капельной влаги в течение определенного времени [108].
Больные семена могут служить местом сохранения инфекции, источником возобновления ее на следующие годы и в новые районы. При сильном заражении семена становятся невсхожими и теряют свое качество как семенной материал. При слабом поражении снижается энергия прорастания, задерживается появление всходов, посевы изнеживаются, растения ослабевают, в связи с чем, резко уменьшается урожай [92].
Иногда зараженные грибковыми болезнями семена имеют высокую всхожесть, жизнеспособность, но несут в себе возбудителя, который, не влияя непосредственно на качество семян, может впоследствии поражать посевы и вызывать значительные потери урожая (пыльная и твердая головня многих с.-х. культур). Возбудители болезней заносятся с семенами в почву, накапливаются в ней и в дальнейшем служат источником инфекции, даже в том случае, когда высеваются здоровые семена [92].
При неблагоприятных условиях уборки и неправильном режиме хранения семенного материала сапрофитные микроорганизмы снижают посевные качества семян [18]. Поэтому для посева семенной материал должен проходить предварительную проверку в целях определения их посевных качеств. Одновременно их необходимо исследовать на зараженность грибами [108].
Качество семян составляет успех нового урожая [47]. Переносимое семенами заразное начало (инфекцию) может вызвать прогрессирующие развитие болезни в полевых условиях и снизить впоследствии товарную ценность урожая. С импортными партиями семян болезни могут быть завезены в новые районы [12]. Поэтому при высеве семян и закладке их и зерна на хранение необходимо знать инфекционную нагрузку и загрязненность насекомыми. Это позволит принимать объективные решения для сохранности семян в хранилищах и зерноскладах и получить высокие урожаи в полевых условиях.