О МЕХАНИЗМЕ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРОРАСТАНИЯ И ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН ПРИ ЭЛЕКТРОКОРОННОЙ ОБРАБОТКЕ

Порсев Е.Г. (СибИМЭ)

Повышение энергии прорастания и всхожести семян позволит сократить норму высева и получить прибавку урожая, вследствие чего сократятся затраты на производство зерна, увеличится прибыль.

Одним из способов обработки посевного материала электромагнитными полями является воздействие на него электрическим током высоковольтного коронного разряда. При такой обработке семян лабораторная энергия прорастания и всхожесть по сравнению с контролем увеличиваются незначительно (на 3...5%), а иногда остаются без изменений. В то же время сила роста и полевая всхожесть превышают контроль до 24%. Эффективность тем выше, чем выше жизнеспособность семян и ниже начальная энергия прорастания. Тем не менее при обработке физиологически невызревших семян возможны и отрицательные результаты.

Проведена разработка теоретической и экспериментальной моделей предпосевной обработки семян в поле коронного разряда, с целью повышения производительности и эксплуатационной надежности установок.

Известно несколько объяснений тому, что в результате воздействия электрического поля происходит повышение энергии прорастания и всхожести семян различных культур. Господствующая гипотеза заключается в том, что при нормальных условиях молекулы воды за счет водородных связей образуют устойчивые ассоциаты, при воздействии же электромагнитных полей эти ассоциаты расшатываются и разрывают водородные связи. Вода становится менее вязкой, более насыщенной ионами, легче усваивается растениями. В то же время имеет место подавление жизнедеятельности паразитических грибов на поверхности семян, что в свою очередь способствует увеличению энергии прорастания и всхожести. Это предположение согласуется с результатами экспериментов A.M. Басова и Э.А. Каменира, обнаруживших, что в некоторые годы эффект от обработки в поле коронного разряда либо минимален, либо отрицателен. Э.А. Каменир это связывает с активностью космических и солнечных излучений. По нашему мнению, коронный разряд подавляет жизнедеятельность паразитических грибов при недостатке космического излучения, выполняющего ту же функцию, что и разряд. Это способствует более эффективному развитию растений при любом состоянии солнца и погодных условий. Предлагаемая гипотеза согласуется с теорией А.Л. Чижевского и нуждается в фундаментальной проверке с целью разработки рекомендаций для производства. Угнетение патогенной мико- и микрофлоры, находящейся в споровидном состоянии на поверхности семян, должно происходить в связи с тем, что силовые линии электрического поля сгущаются в той части пространства, которая заполнена либо электропроводным материалом (живые бактерии, насекомые), либо материалом с большей диэлектрической проницаемостью, чем остальная часть пространства. Кроме того сгущение силовых линий имеет место на границе раздела сред с максимальной кривизной поверхности. Все это приводит к тому, что энергия электрического тока коронного разряда выделяется лишь в объеме спор и производит термический их разогрев и стерилизацию.

Теоретическая модель обеззараживания семян базируется на следующем:

для зажигания тока коронного разряда тип материала

(проводник или диэлектрик) коронирующего электрода не имеет

значения;

массовое количество спор паразитических грибов, на которых выделяется энергия тока коронного разряда, адекватно их массе, нагреваемой током короны до температуры стерилизации;

геометрические форма и размеры спор позволяют току

короны зажигаться раньше и именно на их поверхности. Рассмотрим это подробнее.

Имеет место деформация поля диэлектриком, характеризуемая диэлектрическим моментом (на примере шаровой формы спор)-по следующей формуле:

Me, = а³ * (e-e0)/(e+2e0)*e0*E0 (1)

где: Me - диэлектрический момент;

а - радиус шара;

e0 - диэлектрическая постоянная среды;

e - диэлектрическая постоянная шара;

ео - напряженность электрического поля в среде.

Очевидно, что в предельном случае, когда шар выполнен из проводящего материала, что соответствует £ = оо, диэлектрический момент при напряженности поля внутри шара Е = 0 будет увеличиваться, а уравнение момента (1) будет иметь вид:

Me == a³ * e0 * ео (2) ' Деформация поля при этом максимальна. Поисковые эксперименты показали, что для достижения технологического эффекта достаточна электрическая мощность Р = 0,65 кВт при производительности установки до /7=700 т/ч. Исходя из этого на одно семя приходится энергия:

Р-т

 

где Э/ - энергия приходящаяся на одно семя, для преобразования хромосом;

Р - мощность коронного разряда;

г - время обработки;

П- производительность установки;

n - количество зерен, прошедших обработку за время г. Энергия, приходящаяся на одно семя, составит:

ai = Qr U = 9•10~⁸•10³ = 123,12-Ю'⁵ Дж. (4)

Известно, что энергия элементарных процессов, происходящих на молекулярном уровне, составляет величину порядка 7. ..30 10⁶ эВ или 1,6 -10¹² Дж.

Таким образом, на первый взгляд, энергия, приходящаяся на одно семя, достаточна для мутагенеза, если не учитывать тот факт, что поток электронов не может проникнуть через эпидермис зерновки, а процесс перестройки хромосом возможен только за счет энергии тока смещения. При наличии потерь на частицах грязи и пыли (учесть которые весьма сложно), “хромосомная” гипотеза стимуляции семян а поле коронного разряда (ПКР) становится еще менее вероятной.

На поверхности зерновок чаще всего встречаются споры следующих паразитических грибов: Bipolaris sorokiniana, Fusarium sp., Alternatia sp. (Tenius), Penicillium sp. (табл.1).

Таблица 1 Характеристики спор паразитических грибов, обитающих на семенах ячменя.

Характеристики	Грибы
	Fusarium	Alternatia	Penicillium	Bipolaris
Размеры спор, нм: диаметр длина Форма	29...36 Шар	1,5...7,5 Шар	2...3 3...4 Эллипсоид	6,0 .,..8,5 85...150 Цилиндр
Количество спор на семени,проросших в эксперименте	5...10	2...5	5...6	2...5

 

Общее количество спор на 100 т семян,*1010шт	0,95...1,9	0,38...0,95	0,95.-.1,14	0,4... 0,95
Общий объем спор	16300	9,7	2,7	930
Общая масса спор на 100 т семян	8200	4,8	1,85	460

 

 

Очевидно, что энергия, необходимая для термической стерилизации этого количества биологического вещества потребуется незначительная, порядка 3*10'⁵ Дж. Кроме того сгущение силовых линий на поверхности раздела сред с различным значением, имеющей большую кривизну приводит к снижению критического напряжения коронного разряда и заставляет выделяться энергию разряда избирательно в объеме спор. Так, критическое напряжение для спор Fusarium составит: примерно 13,1 В

Таким образом, коронный разряд на спорах начинается гораздо раньше, чем на основных коронирующих электродах, но приборы не фиксируют столь малый ток короны, хотя стерилизация уже происходит.

Экспериментальная проверка проводилась на семенах ячменя сорта Одесский-100. Анализ экспериментальных данных, полученных в опытах с проращиванием обработанных семян ячменя в рулонах по стандартной методике, для установления числовых коэффициентов эмпирического уравнения зависимости прироста всхожести семян ячменя от ряда факторов, включая и жизнеспособность патогенной микрофлоры, позволил после уточнения и удаления незначимых факторов получить уравнение регрессий:

Bi = 0,01061 Е- 0,022247то- 0,2838Во+ 0,005562Egi+

0,02969Eg4 - 0,009935W^ + 0,27526 ±0,18003 , (6) где б] - прирост всхожести, о.ед.;

Е - напряженность электрического поля, кВ/м;

То - время отлежки, сут.;

Во - начальная всхожесть, о.ед.;

Egi , степень подавления жизнеспособности грибков вида Fusarium, о.ед.;

Eg4 - степень подавления жизнеспособности грибков Penicillium, о.ед.;

w^m ~ количество электрической энергии, рассеянной в разрядном промежутке, кВт*ч.

Аналогично проведен анализ зависимостей подавления жизнеспособности патогенных грибов (по видам) от характеристик ПКР. Основной вклад в подавление жизнеспособности патогенной микофлоры вносят факторы, характеризующие электрофизические свойства разряда. Гелиокосмический фактор заметного влияния не оказывает. Это дает возможность связать эффект подавления жизнеспособности спор с их геометрическими размерами (табл. 2).

Таблица2

Влияние параметров обработки на подавление жизнеспособности патогенных грибов.

Характеристики	Грибы
	Fusarium	Alternatia	Penicillium	Bipolaris
Е	0,2128	0,1021	0,3004	-
1э	0,1138	0,3561	-0,1780	-
W	0,6318	-	-	-0,271
Е*le*l0	-	-	0,2328	0,7118
Fк	0,0747	0,0317	-	-

 

 

Примечание: I, -экспозиция:

Fk - полярность короны.

Анализ полученных данных позволяет утверждать, что гипотеза о происхождении эффекта повышения энергии прорастания и всхожести семян зерновых культур при предпосевной обработке в ПКР за счет подавления жизнеспособности патогенной микофлоры имеет право на существование.