eng
На основе многолетнего опыта использования лазерных агротехнологий разработаны новые лазерные инструменты и биологические регламенты лазерной обработки семян, адаптированные к производственным условиям. Приведены экспериментально подобранные по основным фазам развития режимы обработки и экспозиции для разных сортов и видов семян.
Теги: agrotechnology laser treatment of plants seeds activation агротехника активация семян лазерная обработка растений
Лазерные устройства в сельскохозяйственном производстве позволяют перейти к автоматизации и программным способам управления. Первые отечественные агротехнологические лазерные системы начали применять в Краснодарском крае еще в 1976 году. Тогда их использовали для управления землеройными и мелиоративными машинами на строительстве инженерных рисовых оросительных систем при планировке рисовых чеков, строительстве каналов и укладке дренажа в зонах осушения и орошения, при строительстве дорог. Многие лазерные системы – модели СКП-1, САУЛ-1, УКЛ-1, УКЛ-2 – были задействованы в мелиоративном строительстве. Для их внедрения организовали обучение лазерным технологиям механизаторов бригад и мастеров на строительных участках эксплуатации лазерных устройств; разработали и внедрили технологические карты и карты трудовых процессов на строительство рисовых чеков с применением лазерных систем СКП-1 и САУЛ-1М; создали лаборатории по ремонту используемых лазерных систем.
В тот же период были начаты поиски возможностей освоения лазера для задач сельского хозяйства при обработке семян риса для повышения урожайности. Изыскания проводились совместно с учеными ВНИИ риса на их полях под научным руководством директора ВНИИ риса академика Е.П.Алешина. Для работы были приобретены пять комплектов He-Ne-лазеров ЛГН-111 (ПО "Полярон", Львов); изготовлены лабораторные устройства для лазерной активации семян, на них отрабатывали режимы обработки семян риса и других культур. Совместно с учеными на полях и в камерах искусственного климата проводили опыты. В процессе лабораторных испытаний исследовали влияние лазерной активации на повышение урожайности и борьбу с болезнями семян риса. Как результат, в 1991 году было получено авторское свидетельство на изобретение №1827744 "Способ борьбы с болезнями риса" (авторы: П.С.Журба, С.А.Дякунчак, М.Б.Попова) и разработаны Протоколы при исследовании лазерного облучения семян риса для повышения всхожести, борьбы с фузариозом, пирикуляриозом, нематодой.
В тот период длительные исследования группы специалистов под руководством профессора В.М.Инюшина позволили установить наиболее эффективные режимы лазерного облучения семян яровой и озимой пшеницы, в результате с их помощью удалось получить 12% добавочного зерна. В Казахстане были разработаны несколько образцов лазерных установок для предпосевной обработки семян: КЛ-11М, КЛ-13, КЛ-14, ЛУО-1 и другие. На базе этих устройств в 1978 году "Полярон" начал серийный выпуск лазерных установок модели "Львов-1. Электроника". Предполагалось, что они будут работать во многих колхозах и совхозах СССР и за рубежом. Однако из-за технического несовершенства лазерного инструмента и отсутствия биологических регламентов по технологии работ практическое применение этих установок оказалось незначительным. Реальные режимы лазерной активации семян невозможно было воспроизвести. Помимо низкой технологичности такого приема семена в процессе многократного пропускания через лазерную установку получали механические повреждения и теряли всхожесть.
Зная об опыте казахстанских ученых, мы приобрели в Казахстане одну небольшую лазерную установку по обработке семян для производственных испытаний (рис.1). Испытания провели в 1991 году в колхозе им.Мичурина Красноармейского района Краснодарского края, обрабатывая перед посевом семяна риса, овощных культур (томаты и огурцы) и сахарной свеклы. По данным производственных испытаний были составлены Протоколы. В них нашли отражение результаты воздействия лазерного излучения на полевую всхожесть, энергию роста, на снижение инфекционной зараженности семян, развитие растений при вегетации и на полученную урожайность. Анализ испытаний, проведенных при обработке семян, показал положительную динамику повышения посевных качеств семян и урожайности при обработке небольших объемов семян (овощных, технических), когда загрузка их в бункер лазерной установки проводилась вручную. При обработке больших объемов (семена риса) загрузка производилась зернопогрузчиком, при этом в рабочей зоне лазера создавалась пыль, которая покрывала зеркало сканирующего устройства лазера. Надо было очищать эти зеркала, периодически выключая лазер для такой операции. Работа зернопогрузчика травмировала семена риса, что снижало их всхожесть.
Учитывая эти отрицательные качества, конструкцию лазерной установки нельзя было считать удачной. В производственных условиях за короткое время необходимо обрабатывать десятки, а то и сотни тонн посевного материала. В результате через несколько часов работы лазерная установка оказывалась засыпанной семенами риса. Отсутствие механической тяги затрудняло перемещение инструмента по рабочей площадке, обработанные семена необходимо было удалять вручную.
Для устранения этих недостатков было решено разработать новые технологии и биологические регламенты лазерной обработки семян, адаптированные к производственным условиям. Была разработана и запатентована новая лазерная установка, с помощью которой можно производить активацию семян в буртах в автоматическом режиме в закрытом зерноскладе. В основе лежала идея, заимствованная у лазерной установки СКП-1, которая применялась при строительстве рисовых чеков. Установка для лазерной активации семян включала источник лазерного излучения (генератор) со сканирующим устройством, что позволяло с задаваемой частотой сканировать горизонтальную оптическую плоскость. Инструмент был снабжен подъемником для регулирования высоты оптической плоскости в рабочей зоне световодов (рис.2).
Серию световодных устройств установили в разных зонах бурта семян на глубину 1–1,5 метра таким образом, чтобы зеркало каждого световода находилось в плоскости сканирования лазерного луча (рис.3). Отраженный от зеркала луч проходил внутри трубы и попадал на светорассеивающую линзу из оргстекла с вмонтированным в нее фотодиодом. Фотодиод был необходим для контроля попадания лазерного луча на линзу. Электрический сигнал с приемника регистрировался с помощью милливольтметра, что позволяло настраивать световод на рабочее положение. Отраженный зеркалом световой импульс облучал семена вокруг, создавая энергетическую зону.
Работа лазерной установки (4–5 суток) проводилась в закрытом зерноскладе без присутствия людей. Лазерной обработке подвергалась только часть семян, расположенных в зоне световодных устройств. В процессе совместного хранения необлученных и облученных семян происходит энергообмен между семенами посредством вторичного переизлучения уже облученных семян. После лазерной обработки и отлежки семян в общей массе бурта они подвергались лабораторному контролю на всхожесть, энергию прорастания и санитарное состояние (табл.1).
Применение данной лазерной установки при активации семян в буртах по патенту РФ №2072758 в хозяйствах Краснодарского края дало высокий эффект, как биологический, так и экономический. С помощью лазерной установки обработку семян когерентным излучением проводили во многих хозяйствах в Краснодарском крае. Положительные результаты работ отражены в Протоколах и Актах внедрения при проведении производственных испытаний. Но сразу же проявился недостаток этого способа лазерной активации семян в буртах – высокая трудоемкость установки световодных устройств в бурт семян и последующая настройка их в рабочее положение. Трудоемкость процесса настройки требовала двух–трех минут на установку одного световодного устройства, а для всех световодов необходимо было потратить уже три–четыре часа в зависимости от навыка оператора. Лазерное устройство позволяло проводить активацию семян лазером с одной позиции установленных световодов до 200 тонн, вес его конструкции составлял 200 кг, и оно не было предназначено для обработки растений на полях.
Поэтому дальнейшие разработки служили целям технического усовершенствования и механизации применения не только при обработке семян, но и при обработке растений в полях для стимуляции их роста и защиты от болезней. При этом мы учитывали производственные условия: большие объемы семян (бурты семян от 50 до 800 тонн и более) и обширные площади обрабатываемых полей (от 50 до 2000 гектаров). Были разработаны лазерные устройства с расширенными границами облучаемого пространства и упрощенной эксплуатацией в производственных условиях. Благодаря оригинальной конструкции сканирующего устройства в виде одного зеркала, вращающегося одновременно в двух плоскостях, отражаемый от зеркала лазерный луч сканирует окружающее пространство не только в горизонтальной плоскости, но и во всех направлениях.
Лазерная установка ЛУ-2 на основе He-Ne-лазера, снабженная этим сканирующим устройством, треногой, блоком питания и управления, весила 16 кг. Ее использовали для обработки когерентным электромагнитным излучением (λ=632,8 нм) семян в бурте и посевов вегетирующих растений в поле. На это лазерное устройство (рис.4) получен патент №2202869, патентообладатель ООО НПФ "Биолазер". Обработка семян выполнялась в автоматическом режиме в закрытом складе без присутствия людей. Объемы семян для обработки были ограничены лишь вместимостью склада.
Благодаря развитию лазерной техники появилась возможность заменить лазерный модуль на основе газоразрядной трубки полупроводниковым лазером. Использование твердотельного излучателя позволило создать надежный лазерный инструмент облегченного типа, менее подверженный разрушительной вибрации при перемещении на тракторе. Это устройство весило 6 кг и излучало на длине волны λ=650 нм (рис.5). Обработка семян, а затем растений по основным фазам их развития обеспечила, наряду с улучшением посевных качеств и стимуляции роста, эффективную защищату их от патогенов, влияющих на экономические параметры. Новое устройство также было нами запатентовано (патент №75530).
Лазерные технологии на базе использования установки ЛУ-2 просты. Обработка с их помощью проводится в два этапа. На первом этапе выполняется активация семян в буртах. По технологическому регламенту активация проводится в автоматическом режиме в закрытом складском помещении в отсутствие людей (рис.6). Результаты показали, что эффект оптимального биорезонансного состояния семян (активации) возникает примерно через 7–10 дней отлежки семян, но исчезает через 100–110 дней после окончания обработки. На диаграмме (рис.7) представлены характерные периоды состояния посевного материала в обработанном бурте в течение этого срока. После лазерной обработки проводится диагностический контроль семян и их фитосанитарный мониторинг. Для осуществления диагностического контроля используется методика проращивания семян в чашках Петри (рис.8).
Второй этап состоял в лазерной обработке растений при вегетации в поле. Для облегчения передвижений лазер крепился на тракторе или автомобиле (рис.9). Сканирующий луч лазера действует на расстоянии 400 метров, поэтому объезд поля по периметру позволяет автоматически осуществить лазерное воздействие на все обрабатываемые растения. Лазерная обработка посевов проводится в темное время суток согласно регламенту. Производительность обработки растений в поле одной лазерной установкой 100 га/ч.
Для работы в теплицах, парниках, питомниках, на садовых участках, на малых участках сельхозугодий разработан и успешно используется вариант ручной лазерной установки ЛУ-3 (рис.10), которая прошла испытание на сельхозугодиях Всероссийского научно-исследовательского института биологической защиты растений (ВНИИБЗР, Краснодар), а также в теплицах частного сектора и лесном питомнике Краснодарского опытного лесхоза. Обработка семян ручной лазерной установкой ЛУ-3 проводилась перед посевом путем воздействия сканирующим лазерным лучом на небольшую партию семян, размещенных тонким слоем в чашке или на площадке. Режим обработки (количество) и экспозиция (длительность цикла) при этом подбирались экспериментально для каждого сорта и вида семян и составляли 3–5 минут за один цикл обработки.
Совместно с учеными проводились полевые исследования по применению лазера для защиты озимой пшеницы от вредителей: твердой головни, ржавчины и пятнистостей листьев. Обработка растений лазером по основным фазам развития приводит к подавлению (на уровне фунгицита Альто супер) стеблевой ржавчины и пятнистостей листьев озимой пшеницы. Обработка лазером подсолнечника в фазу бутонизации перед цветением и в цветение увеличивает диаметр корзинки, повышает урожайность и заменяет химический протравитель. В связи с тем, что обработка растений лазерным излучением проводится с помощью лазерного устройства, закрепленного на движущемся по периметру поля тракторе, удалось довести энергосбережение как минимум до 81,5 %.
Научные исследования по изучению действия лазера на семена и растения различных сельскохозяйственных культур – пшеницы, подсолнечника, сои, овощных (томатов, огурцов) – проведились в творческом сотрудничестве сельскохозяйственных научных коллективов: ООО НПФ "Биолазер", ВНИИБЗР, ВНИИ масличных культур, КНИИСХ им.Лукъяненко, Краснодарского опытного лесхоза. Институты продолжили исследования влияния лазерной активации на семена и растения различных сельскохозяйственных и лесных культур. Одновременно работы по внедрению лазера при обработке семян и растений шли в хозяйствах Краснодарского края и Ростовской области по договорам на коммерческой основе. Всего за последние годы в эксперименте приняли участие более 50 хозяйств на площади свыше 80000 га. Результаты подтвердили устойчивое повышение урожайности зерновых культур на 5–10 ц/га за счет роста полевой всхожести и энергии прорастания, увеличения количества продуктивных колосьев и массы из расчета 1000 зерен (см. табл.2–4).
Анализ полученных результатов подтвердил правильность выбранной процедуры предпосевной обработки семян и вегетирующих растений лазерным лучом низкой интенсивности. Данные свидетельствуют о повышении урожайности и эффективном ингибировании комплекса грибных патогенов.
Интерес представляет опыт выращивания томатов с применением лазерной технологии на Кубани в Краснодарском крае в ООО "Кубань продукт" Белореченского района в 2012 году (табл.5). С участием производителя был организован производственный опыт при выращивании в открытом грунте томата гибрида "Солероссо" голландской селекции.
Согласно регламенту, лазерная обработка растений томатов проводилась при движении трактора с работающей лазерной установкой ЛУ-2 по технологической колее в темное время суток (после 21.00 часа). Уборка урожая проводилась вручную по мере созревания: первая уборка – 10.08.2012; вторая уборка – 17.08.2012; третья уборка – 24.08.2012; четвертая уборка – 31.08.2012. Итоги эффективности опыта приведены в табл.6. В процессе лазерной обработки под действием красного света (λ=650 нм) в растительном организме семян и растений происходят процессы, приводящие к ускорению роста и развития, повышению урожайности и качества продукции. Опираясь на результаты работы ООО "Кубань продукт", мы справедливо считаем использование лазерной технологии при выращивании томатов эффективным.
Конечно, при облучении семян и растений важную роль играет способ сканирования лазерного луча. Применение импульсного излучения при сканировании с помощью вращающейся зеркальной призмы усиливает плотность света на облучаемый материал, сильнее возбуждает пигменты семян при их обработке и хлорофилл растений при активации посевов [1]. Эффект связан с механизмом действия облучения – активацией электронного комплекса молекул, составляющих семя, с ионизацией этих молекул, то есть переходом молекул в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии молекулы существуют доли секунды. И при сканировании лазерным лучом этого времени оказывается достаточно для усиления работы ферментных систем, контролирующих прорастание семян [2].
Операцию предпосевной лазерной активации семян в бурте проводят путем облучения его поверхности сканирующим лазерным лучом особым способом, который повышает эффективность насыщения семян биоэнергией и упрощает техническое выполнение этой операции. Для яровых культур (зерновых) отлежка должна составлять не меньше 10 суток, но не превышать 50 суток. Дальнейшее увеличение отлежки снижает эффект. Для семян озимых зерновых культур время отлежки – до 13 суток. Отежка связана с тем, что пигмент фитохром проявляет различную чуствительность к перепаду температур окружающей среды. При посеве яровых в весеннюю холодную почву у семян, которые мало накопили биоэнергии, фитохром начинает перерождаться в пассивную форму. Посев озимых семян зерновых культур производится в теплую почву, и фитохром своих свойств не изменяет. Энергии, которую получила клетка от лазера, достаточно чтобы активизировать процессы, связанные с накоплением дополнительного урожая [1].
Лазерные устройства и технология неоднократно экспонировались на региональных и международных выставках в Краснодаре, Москве, Ганновере (Германия), Ухань и Чанша (Китай). НПФ "Биолазер", обладая многолетним опытом по внедрению в сельское хозяйство лазерных технологий, участвует в инновационной программе "Старт", финансируемой через "Фонд содействия Бортника", а также через региональный венчурный фонд инвестиций в малые предприятия.
Литература
Якобенчук В.Ф. Эффективность светолазерного облучения семян. – Вестник сельхоз науки, 1989, №4 (392).
Тютерев С.Л. Роль и место физических методов обеззараживании семян. – Защита и карантин растений, 2001, №2.
В тот же период были начаты поиски возможностей освоения лазера для задач сельского хозяйства при обработке семян риса для повышения урожайности. Изыскания проводились совместно с учеными ВНИИ риса на их полях под научным руководством директора ВНИИ риса академика Е.П.Алешина. Для работы были приобретены пять комплектов He-Ne-лазеров ЛГН-111 (ПО "Полярон", Львов); изготовлены лабораторные устройства для лазерной активации семян, на них отрабатывали режимы обработки семян риса и других культур. Совместно с учеными на полях и в камерах искусственного климата проводили опыты. В процессе лабораторных испытаний исследовали влияние лазерной активации на повышение урожайности и борьбу с болезнями семян риса. Как результат, в 1991 году было получено авторское свидетельство на изобретение №1827744 "Способ борьбы с болезнями риса" (авторы: П.С.Журба, С.А.Дякунчак, М.Б.Попова) и разработаны Протоколы при исследовании лазерного облучения семян риса для повышения всхожести, борьбы с фузариозом, пирикуляриозом, нематодой.
В тот период длительные исследования группы специалистов под руководством профессора В.М.Инюшина позволили установить наиболее эффективные режимы лазерного облучения семян яровой и озимой пшеницы, в результате с их помощью удалось получить 12% добавочного зерна. В Казахстане были разработаны несколько образцов лазерных установок для предпосевной обработки семян: КЛ-11М, КЛ-13, КЛ-14, ЛУО-1 и другие. На базе этих устройств в 1978 году "Полярон" начал серийный выпуск лазерных установок модели "Львов-1. Электроника". Предполагалось, что они будут работать во многих колхозах и совхозах СССР и за рубежом. Однако из-за технического несовершенства лазерного инструмента и отсутствия биологических регламентов по технологии работ практическое применение этих установок оказалось незначительным. Реальные режимы лазерной активации семян невозможно было воспроизвести. Помимо низкой технологичности такого приема семена в процессе многократного пропускания через лазерную установку получали механические повреждения и теряли всхожесть.
Зная об опыте казахстанских ученых, мы приобрели в Казахстане одну небольшую лазерную установку по обработке семян для производственных испытаний (рис.1). Испытания провели в 1991 году в колхозе им.Мичурина Красноармейского района Краснодарского края, обрабатывая перед посевом семяна риса, овощных культур (томаты и огурцы) и сахарной свеклы. По данным производственных испытаний были составлены Протоколы. В них нашли отражение результаты воздействия лазерного излучения на полевую всхожесть, энергию роста, на снижение инфекционной зараженности семян, развитие растений при вегетации и на полученную урожайность. Анализ испытаний, проведенных при обработке семян, показал положительную динамику повышения посевных качеств семян и урожайности при обработке небольших объемов семян (овощных, технических), когда загрузка их в бункер лазерной установки проводилась вручную. При обработке больших объемов (семена риса) загрузка производилась зернопогрузчиком, при этом в рабочей зоне лазера создавалась пыль, которая покрывала зеркало сканирующего устройства лазера. Надо было очищать эти зеркала, периодически выключая лазер для такой операции. Работа зернопогрузчика травмировала семена риса, что снижало их всхожесть.
Учитывая эти отрицательные качества, конструкцию лазерной установки нельзя было считать удачной. В производственных условиях за короткое время необходимо обрабатывать десятки, а то и сотни тонн посевного материала. В результате через несколько часов работы лазерная установка оказывалась засыпанной семенами риса. Отсутствие механической тяги затрудняло перемещение инструмента по рабочей площадке, обработанные семена необходимо было удалять вручную.
Для устранения этих недостатков было решено разработать новые технологии и биологические регламенты лазерной обработки семян, адаптированные к производственным условиям. Была разработана и запатентована новая лазерная установка, с помощью которой можно производить активацию семян в буртах в автоматическом режиме в закрытом зерноскладе. В основе лежала идея, заимствованная у лазерной установки СКП-1, которая применялась при строительстве рисовых чеков. Установка для лазерной активации семян включала источник лазерного излучения (генератор) со сканирующим устройством, что позволяло с задаваемой частотой сканировать горизонтальную оптическую плоскость. Инструмент был снабжен подъемником для регулирования высоты оптической плоскости в рабочей зоне световодов (рис.2).
Серию световодных устройств установили в разных зонах бурта семян на глубину 1–1,5 метра таким образом, чтобы зеркало каждого световода находилось в плоскости сканирования лазерного луча (рис.3). Отраженный от зеркала луч проходил внутри трубы и попадал на светорассеивающую линзу из оргстекла с вмонтированным в нее фотодиодом. Фотодиод был необходим для контроля попадания лазерного луча на линзу. Электрический сигнал с приемника регистрировался с помощью милливольтметра, что позволяло настраивать световод на рабочее положение. Отраженный зеркалом световой импульс облучал семена вокруг, создавая энергетическую зону.
Работа лазерной установки (4–5 суток) проводилась в закрытом зерноскладе без присутствия людей. Лазерной обработке подвергалась только часть семян, расположенных в зоне световодных устройств. В процессе совместного хранения необлученных и облученных семян происходит энергообмен между семенами посредством вторичного переизлучения уже облученных семян. После лазерной обработки и отлежки семян в общей массе бурта они подвергались лабораторному контролю на всхожесть, энергию прорастания и санитарное состояние (табл.1).
Применение данной лазерной установки при активации семян в буртах по патенту РФ №2072758 в хозяйствах Краснодарского края дало высокий эффект, как биологический, так и экономический. С помощью лазерной установки обработку семян когерентным излучением проводили во многих хозяйствах в Краснодарском крае. Положительные результаты работ отражены в Протоколах и Актах внедрения при проведении производственных испытаний. Но сразу же проявился недостаток этого способа лазерной активации семян в буртах – высокая трудоемкость установки световодных устройств в бурт семян и последующая настройка их в рабочее положение. Трудоемкость процесса настройки требовала двух–трех минут на установку одного световодного устройства, а для всех световодов необходимо было потратить уже три–четыре часа в зависимости от навыка оператора. Лазерное устройство позволяло проводить активацию семян лазером с одной позиции установленных световодов до 200 тонн, вес его конструкции составлял 200 кг, и оно не было предназначено для обработки растений на полях.
Поэтому дальнейшие разработки служили целям технического усовершенствования и механизации применения не только при обработке семян, но и при обработке растений в полях для стимуляции их роста и защиты от болезней. При этом мы учитывали производственные условия: большие объемы семян (бурты семян от 50 до 800 тонн и более) и обширные площади обрабатываемых полей (от 50 до 2000 гектаров). Были разработаны лазерные устройства с расширенными границами облучаемого пространства и упрощенной эксплуатацией в производственных условиях. Благодаря оригинальной конструкции сканирующего устройства в виде одного зеркала, вращающегося одновременно в двух плоскостях, отражаемый от зеркала лазерный луч сканирует окружающее пространство не только в горизонтальной плоскости, но и во всех направлениях.
Лазерная установка ЛУ-2 на основе He-Ne-лазера, снабженная этим сканирующим устройством, треногой, блоком питания и управления, весила 16 кг. Ее использовали для обработки когерентным электромагнитным излучением (λ=632,8 нм) семян в бурте и посевов вегетирующих растений в поле. На это лазерное устройство (рис.4) получен патент №2202869, патентообладатель ООО НПФ "Биолазер". Обработка семян выполнялась в автоматическом режиме в закрытом складе без присутствия людей. Объемы семян для обработки были ограничены лишь вместимостью склада.
Благодаря развитию лазерной техники появилась возможность заменить лазерный модуль на основе газоразрядной трубки полупроводниковым лазером. Использование твердотельного излучателя позволило создать надежный лазерный инструмент облегченного типа, менее подверженный разрушительной вибрации при перемещении на тракторе. Это устройство весило 6 кг и излучало на длине волны λ=650 нм (рис.5). Обработка семян, а затем растений по основным фазам их развития обеспечила, наряду с улучшением посевных качеств и стимуляции роста, эффективную защищату их от патогенов, влияющих на экономические параметры. Новое устройство также было нами запатентовано (патент №75530).
Лазерные технологии на базе использования установки ЛУ-2 просты. Обработка с их помощью проводится в два этапа. На первом этапе выполняется активация семян в буртах. По технологическому регламенту активация проводится в автоматическом режиме в закрытом складском помещении в отсутствие людей (рис.6). Результаты показали, что эффект оптимального биорезонансного состояния семян (активации) возникает примерно через 7–10 дней отлежки семян, но исчезает через 100–110 дней после окончания обработки. На диаграмме (рис.7) представлены характерные периоды состояния посевного материала в обработанном бурте в течение этого срока. После лазерной обработки проводится диагностический контроль семян и их фитосанитарный мониторинг. Для осуществления диагностического контроля используется методика проращивания семян в чашках Петри (рис.8).
Второй этап состоял в лазерной обработке растений при вегетации в поле. Для облегчения передвижений лазер крепился на тракторе или автомобиле (рис.9). Сканирующий луч лазера действует на расстоянии 400 метров, поэтому объезд поля по периметру позволяет автоматически осуществить лазерное воздействие на все обрабатываемые растения. Лазерная обработка посевов проводится в темное время суток согласно регламенту. Производительность обработки растений в поле одной лазерной установкой 100 га/ч.
Для работы в теплицах, парниках, питомниках, на садовых участках, на малых участках сельхозугодий разработан и успешно используется вариант ручной лазерной установки ЛУ-3 (рис.10), которая прошла испытание на сельхозугодиях Всероссийского научно-исследовательского института биологической защиты растений (ВНИИБЗР, Краснодар), а также в теплицах частного сектора и лесном питомнике Краснодарского опытного лесхоза. Обработка семян ручной лазерной установкой ЛУ-3 проводилась перед посевом путем воздействия сканирующим лазерным лучом на небольшую партию семян, размещенных тонким слоем в чашке или на площадке. Режим обработки (количество) и экспозиция (длительность цикла) при этом подбирались экспериментально для каждого сорта и вида семян и составляли 3–5 минут за один цикл обработки.
Совместно с учеными проводились полевые исследования по применению лазера для защиты озимой пшеницы от вредителей: твердой головни, ржавчины и пятнистостей листьев. Обработка растений лазером по основным фазам развития приводит к подавлению (на уровне фунгицита Альто супер) стеблевой ржавчины и пятнистостей листьев озимой пшеницы. Обработка лазером подсолнечника в фазу бутонизации перед цветением и в цветение увеличивает диаметр корзинки, повышает урожайность и заменяет химический протравитель. В связи с тем, что обработка растений лазерным излучением проводится с помощью лазерного устройства, закрепленного на движущемся по периметру поля тракторе, удалось довести энергосбережение как минимум до 81,5 %.
Научные исследования по изучению действия лазера на семена и растения различных сельскохозяйственных культур – пшеницы, подсолнечника, сои, овощных (томатов, огурцов) – проведились в творческом сотрудничестве сельскохозяйственных научных коллективов: ООО НПФ "Биолазер", ВНИИБЗР, ВНИИ масличных культур, КНИИСХ им.Лукъяненко, Краснодарского опытного лесхоза. Институты продолжили исследования влияния лазерной активации на семена и растения различных сельскохозяйственных и лесных культур. Одновременно работы по внедрению лазера при обработке семян и растений шли в хозяйствах Краснодарского края и Ростовской области по договорам на коммерческой основе. Всего за последние годы в эксперименте приняли участие более 50 хозяйств на площади свыше 80000 га. Результаты подтвердили устойчивое повышение урожайности зерновых культур на 5–10 ц/га за счет роста полевой всхожести и энергии прорастания, увеличения количества продуктивных колосьев и массы из расчета 1000 зерен (см. табл.2–4).
Анализ полученных результатов подтвердил правильность выбранной процедуры предпосевной обработки семян и вегетирующих растений лазерным лучом низкой интенсивности. Данные свидетельствуют о повышении урожайности и эффективном ингибировании комплекса грибных патогенов.
Интерес представляет опыт выращивания томатов с применением лазерной технологии на Кубани в Краснодарском крае в ООО "Кубань продукт" Белореченского района в 2012 году (табл.5). С участием производителя был организован производственный опыт при выращивании в открытом грунте томата гибрида "Солероссо" голландской селекции.
Согласно регламенту, лазерная обработка растений томатов проводилась при движении трактора с работающей лазерной установкой ЛУ-2 по технологической колее в темное время суток (после 21.00 часа). Уборка урожая проводилась вручную по мере созревания: первая уборка – 10.08.2012; вторая уборка – 17.08.2012; третья уборка – 24.08.2012; четвертая уборка – 31.08.2012. Итоги эффективности опыта приведены в табл.6. В процессе лазерной обработки под действием красного света (λ=650 нм) в растительном организме семян и растений происходят процессы, приводящие к ускорению роста и развития, повышению урожайности и качества продукции. Опираясь на результаты работы ООО "Кубань продукт", мы справедливо считаем использование лазерной технологии при выращивании томатов эффективным.
Конечно, при облучении семян и растений важную роль играет способ сканирования лазерного луча. Применение импульсного излучения при сканировании с помощью вращающейся зеркальной призмы усиливает плотность света на облучаемый материал, сильнее возбуждает пигменты семян при их обработке и хлорофилл растений при активации посевов [1]. Эффект связан с механизмом действия облучения – активацией электронного комплекса молекул, составляющих семя, с ионизацией этих молекул, то есть переходом молекул в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии молекулы существуют доли секунды. И при сканировании лазерным лучом этого времени оказывается достаточно для усиления работы ферментных систем, контролирующих прорастание семян [2].
Операцию предпосевной лазерной активации семян в бурте проводят путем облучения его поверхности сканирующим лазерным лучом особым способом, который повышает эффективность насыщения семян биоэнергией и упрощает техническое выполнение этой операции. Для яровых культур (зерновых) отлежка должна составлять не меньше 10 суток, но не превышать 50 суток. Дальнейшее увеличение отлежки снижает эффект. Для семян озимых зерновых культур время отлежки – до 13 суток. Отежка связана с тем, что пигмент фитохром проявляет различную чуствительность к перепаду температур окружающей среды. При посеве яровых в весеннюю холодную почву у семян, которые мало накопили биоэнергии, фитохром начинает перерождаться в пассивную форму. Посев озимых семян зерновых культур производится в теплую почву, и фитохром своих свойств не изменяет. Энергии, которую получила клетка от лазера, достаточно чтобы активизировать процессы, связанные с накоплением дополнительного урожая [1].
Лазерные устройства и технология неоднократно экспонировались на региональных и международных выставках в Краснодаре, Москве, Ганновере (Германия), Ухань и Чанша (Китай). НПФ "Биолазер", обладая многолетним опытом по внедрению в сельское хозяйство лазерных технологий, участвует в инновационной программе "Старт", финансируемой через "Фонд содействия Бортника", а также через региональный венчурный фонд инвестиций в малые предприятия.
Литература
Якобенчук В.Ф. Эффективность светолазерного облучения семян. – Вестник сельхоз науки, 1989, №4 (392).
Тютерев С.Л. Роль и место физических методов обеззараживании семян. – Защита и карантин растений, 2001, №2.
Отзывы читателей
