Лазерная обработка семян перед посевом в закрытом складе

Обновлено: 05.10.2024

Устройство включает загрузочный бункер, транспортер для перемещения семян, оптический квантовый генератор и призму строчной развертки луча генератора. Устройство снабжено валиком с отстоящими друг от друга призмами для преобразования луча в несколько вертикальных плоскостей. Валик имеет горизонтальную ось вращения. Призма строчной развертки луча генератора имеет вертикальную ось вращения. Валик с призмами установлен с противоположной стороны транспортера относительно расположения призмы строчной развертки луча генератора. Ось вращения валика расположена выше горизонтальной лучевой плоскости развертки указанной призмы для отражения поступающих от нее лучей на плоскость транспортера. Призмы валика выполнены съемными, в количестве от 2 до 12 призм. Призма строчной развертки луча генератора сдвинута относительно линии луча генератора в горизонтальной плоскости. Использование изобретения позволит повысить посевные и продуктивные качества семян при снижении трудоемкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения

1. Устройство для лазерной обработки семян перед посевом, включающее загрузочный бункер, транспортер для перемещения семян, оптический квантовый генератор и призму строчной развертки луча генератора, отличающееся тем, что оно снабжено валиком с отстоящими друг от друга призмами для преобразования луча в несколько вертикальных плоскостей, валик имеет горизонтальную ось вращения, а призма строчной развертки луча генератора имеет вертикальную ось вращения, при этом валик с призмами установлен с противоположной стороны транспортера относительно расположения призмы строчной развертки луча генератора и его ось вращения расположена выше горизонтальной лучевой плоскости развертки указанной призмы для отражения поступающих от нее лучей на плоскость транспортера.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что призмы валика выполнены съемными в количестве от 2 до 12 призм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что призма строчной развертки луча генератора сдвинута относительно линии луча генератора в горизонтальной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к сельскому хозяйству, а именно к растениеводству и семеноводству, и может быть использовано в селекции и генетике.

Известны устройства для светолазерной предпосевной обработки семян [1, рис.6, 7] с движением материала по наклонной плоскости под действием собственного веса. Однако в связи с чрезвычайно малым временем облучения под одним лучом строчной развертки (10 -3 . 10 -6 с), однократная обработка на этих устройствах не обеспечивает эффективной дозы облучения, поэтому рекомендуется 3. 10-кратная обработка семян, то есть эти устройства малопроизводительны и трудоемки.

Известно также устройство для предпосевной лазерной обработки семян, наиболее близкое по цели и техническому решению задачи изобретения [2] - прототип.

С позиций цели предлагаемого изобретения - многократное облучение семян при однократной загрузке для обеспечения эффективной дозы биостимуляции и снижения трудоемкости, прототип имеет следующие недостатки:

1. В устройстве не осуществляется многократное облучение лазерным лучом, так как выполняется только строчная развертка, а кадровая развертка луча отсутствует, то есть не обеспечивается эффективная доза биостимуляции (6. 12-кратного облучения).

2. Расположение призмы строчной развертки по середине ширины транспортера не позволяет облучение всей его ширины, и, следовательно, часть семян на транспортере вообще не попадают под облучение.

3. Наличие ворошителя (пружины) в зоне облучения снизит интенсивность излучения за счет рассеяния лучей, а расположение пружины вне зоны облучения (как показано на фиг.1 прототипа) с целью всестороннего облучения семян вообще не имеет смысла).

Целью изобретения является разработка устройства многократного облучения семян с однократной загрузкой и одноцикловой обработкой для эффективной дозы облучения и снижения трудоемкости и травмированности семян.

Указанная цель достигается введением кадровой развертки лазерного луча дополнительно к строчной развертке, имеющейся в известных конструкциях [1, 2], что обеспечивает 3. 12-кратное облучение слоя семян на движущемся транспортере за одноцикловую загрузку и обработку.

Устройство многократной (одноцикловой) обработки (фиг.1) включает загрузочный бункер 2 с питающим валиком 1, эксценриковый валик 12 для встряхивания семян, электродвигатели 5, 7, 8, редуктор 4, оптическую систему, состоящую из оптического квантового генератора 3 с высоковольтным блоком питания 6, блок первичной 9 и вторичной 10 разверток луча, неоновую лампу 19 длиной волны 630. 650 нм. Также включает каркас 13 с ходовой частью, лотком 17, транспортером 11.

Блок развертки луча состоит из многогранной призмы 9 с вертикальной осью вращения и горизонтального валика 10 со съемными многогранными призмами 14 (до 12 шт.). При этом вертикальная призма 9 сдвинута относительно линии луча лазера в горизонтальной плоскости (фиг.2).

Лазерная облучающая установка работает следующим образом. Через бункер 2 засыпаются семена с помощью высевающего валика 1 на горизонтальный транспортер 11 (фиг.1) и движутся к сканирующему устройству 9-10 (фиг.1 и 2).

Луч лазера из генератора 3 попадает на призму 9 с вертикальной осью вращения и электроприводом 7.

В связи со сдвигом оси призмы 9 относительно линии луча (оси лазера 3) в горизонтальной плоскости происходит отражение луча от граней вращающейся призмы 9 и образование горизонтальной лучевой плоскости, т.е. строчная развертка луча в горизонтальном направлении. Горизонтальная лучевая плоскость попадает на блок вторичной развертки луча - на горизонтальный вращающийся от электропривода 8 валик 10 с закрепленными на нем съемными призмами 14, расположенными с интервалами друг от друга на ширину этих призм. Валик 10 расположен с противоположной стороны транспортера 11 относительно расположения призмы 9 первичной развертки (фиг.2). При этом ось вращения вала 10 расположена с некоторым сдвигом выше горизонтальной лучевой плоскости от развертывающей призмы 9 для отражения горизонтальных лучей от призмы 14 вниз на плоскость транспортера 11. Вращающиеся призмы 14 вторичной развертки луча в результате сдвига оси вала 10 выше горизонтальной лучевой плоскости от первичной развертки луча призмы 9 преобразуют горизонтальную лучевую плоскость в несколько (до 12) вертикальных лучевых плоскостей (по количеству насаженных призм 14), т.е. осуществляется кадровая развертка луча на транспортер 11. Вертикальные лучевые плоскости пересекают движущиеся в один слой на горизонтальном транспортере 11 семена, облучают их последовательно с интервалами времени заданное количество раз в зависимости от дозы (для овощных культур - 3. 6 раз, для зерновых - 6. 10 раз), по числу закрепленных призм 14. Таким образом, происходит регулируемое многократное (многоимпульсное) облучение семян за одну загрузку в бункер 2, что обеспечивает сокращение трудозатрат в 6. 10 раз (соответственно при 2 х . 12 и призмах 14).

Многократность (многоимпульсность) облучения соответствует дискретному поглощению энергии квантов света семенами.

Для равномерного облучения семян со всех сторон под транспортером 11 установлен эксцентриковый валик 12 с приводом от электродвигателя 5 с редуктором 4 и шкивом 16, что обеспечивает встряхивание семян без их травмирования.

Лазерное излучение безопасно для обслуживающего персонала, имеет минимальный удельный расход энергии, интенсифицирует процесс предпосевной обработки, сокращает вегетативные периоды роста растений и повышает качество урожая (витаминов на 5. 10%, моносахаров на 0,5. 15%, клейковины зерновых на 3. 5%).

Не всегда семена – это просто семена. Приходя в садовый центр, мы с удивлением узнаем, что семена бывают плазменные, лазерные, гелевые или с загадочной приставкой "ЭМ". Что все это значит?

Как правило, одно: перед тем как положить семена в конверт, производитель проводил обработку, улучшающую их свойства. Сама идея не нова. Например, дражирование проводили еще в Древнем Египте, используя сок лука, а в Средние века для этой цели брали жидкий навоз и соли хлорной кислоты. Современная наука предлагает более изощренные и эффективные методы обработки семян.

Дражированные семена: гелевые драже, ЭМ-драже, инкрустированные семена и другие

Семена послойно обволакиваются защитной оболочкой и принимают шаровидную форму. В состав оболочки входят питательные вещества, микроэлементы, регуляторы роста. Они обеспечивают всходам нормальное развитие на ранних этапах. Кроме того, оболочки включают и защитные средства, уничтожающие или отпугивающие насекомых-вредителей, подавляющие грибы (например, возбудителей черной ножки).

Дражировать можно все культуры, но чаще это делают с мелкими семенами моркови, петрушки, лука, салата, сельдерея, чтобы проводить более равномерный посев. Среди цветочных культур обычно дражируют семена петунии и бегоний (в 1 г семян бегонии всегдацветущей содержится от 80 до 85 тысяч семян).

Семена-драже можно сеять поштучно, поэтому всходы не нужно прореживать, да и всхожесть их более высокая (дражируют только семена очень высокого качества). У таких семян повышена потребность во влаге (вода растворяет оболочку, и если посевы недостаточно поливать, всхожесть может быть значительно ниже заявленной или даже нулевой), меньший период хранения. Например, необработанные семена капусты хранятся 4–5 лет, дражированные – 2 года, а если хранить их при высокой влажности воздуха, может произойти преждевременное прорастание.

Гелевые драже содержат специальный гель, который, набухая в почве, долго удерживает влагу. Даже если вы не смогли приехать на участок в очередные выходные, семена не погибнут в течение 2–3 недель. Такие семена имеют более высокую всхожесть и энергию прорастания.

ЭМ-драже содержат в оболочке полезные микроорганизмы, которые значительно повышают их устойчивость и урожайность.

Семена огурцов, специально обработанные для посева

Инкрустированные семена имеют тонкую водорастворимую оболочку, обогащенную росторегулирующими и обеззараживающими веществами. В отличие от дражированных инкрустированные семена сохраняют натуральную величину, только окрашиваются в различные цвета. Инкрустация семян повышает всхожесть, сеянцы получаются более крепкими и устойчивыми.

Семена-спринтеры

Путем специальной обработки проростки внутри семян приводят в состояние пробуждения и в таком виде консервируют до посева. При благоприятных условиях семена мгновенно трогаются в рост, всходы появляются раньше и дружнее. Однако следует помнить, что семена-спринтеры нельзя высевать под зиму (даже небольшая оттепель вызывает их прорастание и гибель).

Как правильно сеять дражированные, инкрустированные и пророщенные семена?

Дражированные, инкрустированные и пророщенные семена нельзя перед посевом замачивать, их сеют сухими. Иначе защитная оболочка полностью смывается и семена превращаются в обычные, необработанные. И стоит еще раз подчеркнуть, что все эти семена хранятся недолго. Специалисты считают, что не больше года.

Часто в продаже встречаются семена на ленте. Кто-то и сам подготавливает семена к посеву таким способом. Для облегчения прорастания семян через бумагу рекомендуют укладывать полоску в посевной ряд ребром, а не плашмя. И, конечно же, семена на ленте также требуют более частого полива – для размягчения бумажного слоя.

Плазменные и лазерные семена

Перед посевом семена могут подвергаться воздействию не только химических веществ, но и физических методов. В этом случае говорят о лазерных или даже плазменных семенах. Однако, по сведениям специалистов, лазером семена лучше обрабатывать за 10 дней до посева, то есть заранее их покупать не стоит.

Плазменные семена проходят специальную обработку в газовой среде при пониженном давлении. Есть сведения, что семена можно также обрабатывать ультразвуком, рентгеновскими и гамма-лучами, импульсным концентрированным солнечным светом. Все эти способы повышают всхожесть, устойчивость всходов к грибным заболеваниям. Однако многие из них еще находятся в стадии исследований и требуют серьезных испытаний.

1 Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра Российской академии наук

1. Бельский А.И. Квантовая обработка лазерным облучением в магнитном поле в технологии годичного выращивания древесных саженцев плодовых культур // Растениводство: Мат-лы конференций СНАУ. г. Сумы, Украина. 2 фев. – 2007. – С. 18–22.

2. Действие лазерного облучения на некоторые зерновые культуры / Илюшкин и др. // Применение лазеров в науке и технике: тез. докл. V нач.-практ. конф. – Омск, 1988. – С. 105–106.

3. Дворенко Н.И. Предпосевная лазерная обработка семян зерновых и овощных культур // Вестник КСХИ. – Кемерово, 1995. – С. 34–36.

4. Колесников Г.И. Применение лазеров для повышения урожайности зерновых и овощных культур. Сб. Тр. КСХИ. Вып. 7. – Кемерово, 2000. – С. 30–33.

5. Кузин А.М. Предпосевное облучение семян сельскохозяйственных культур. – М.: АН СССР, 1963. – 175 с.

6. Некоторые закономерности воздействия магнитного поля на семена злаков // Сб. трудов РАСХН н Агрофизического НИИ. – 1993. – 140 с.

8. Щербаков И.А., Конов В.И., Осико В.В. Возможности применения фундаментальных достижений физики в разработке новых лечебно-диагностических методов // Труды IV Международной конференции по реабилитологии. – М., 4–6 октября. 2002. – С. 65–70.

9. Mackay D.B., Tonkin J.H. 1965. Studies in the laboratory germination and field emergence of sugar, beet seed. Proc. Int. Seed test. Ass. – 1965, 30. – Р. 661–676.

10. Black M. Light-controlled germination of seeds. – Symp. Soc. Exp. Boil, 1969. – № 23. – Р. 193–217.

Ионизирующие излучения являются мощным малоизученным фактором, при котором возникают разнообразные изменения в растениях; зная закономерности этого действия, можно управлять ростом и развитием растений. Изучение факторов, модифицирующих стимулирующее действие гамма-излучений, и учет влияния этих факторов позволили повысить повторность эффектов оптимальных стимулирующих доз. За истекшие годы накоплен материал по изучению влияния ионизирующего излучения на основные сельскохозяйственные культуры [1–6, 9, 10].

Процесс, основанный на методах квантовой терапии, использует воздействие низкоэнергетических, безопасных, электромагнитных излучений, оказывающих благотворное влияние на внутриклеточные и межклеточные процессы в организме. Включение такого дополнительного фактора, как концентрированный лазерный луч, способствует преобразованию световой энергии в химическую без участия хлорофилла за счет белка родопсина.

А.М. Кузиным были разработаны теоретические основы приема предпосевного облучения, объясняющие с физико-химических позиций действие стимулирующих доз радиации [5]. Согласно этой теории, при гамма-облучении воздушно-сухих семян в них образуются длительно живущие свободно радикальные центры, аккумулирующие поглощенную энергию фотонов. Мигрируя в упорядоченных белковых системах облученного организма, эта энергия проявляется в наиболее реактивных центрах.

В зародыше, как в наиболее увлажненной части семени, происходит быстрое рассеивание энергии, поэтому он менее подвержен действию радиации. Радикалы, образующиеся под влиянием облучения, дают начало радиохимическим процессам, которые вызывают в семени образование сильно окисленных веществ типа перекисей и веществ, относящихся к группе хинонов-радиотоксинов. Отличаясь высокой реакционной способностью, радиотоксины активизируют ряд окислительных ферментов: пероксидазу, полифенолксидазу, аскорбиносидазу, каталазу и другие на самых начальных этапах пробуждения облученных семян. Усиление окислительных процессов, вызывает более быструю мобилизацию запасных питательных веществ семени, что подтверждено большим количеством экспериментов. Почти во всех экспериментах отмечается повышение энергии прорастания семян под влиянием облучения.

Закономерно, повторяющееся усиление окислительных процессов при предпосевном облучении семян можно рассматривать, как один из факторов, обуславливающих стимуляцию прорастания, роста и развития растений на протяжении всего вегетационного периода. Повышение окислительных процессов, учтенное по накоплению в облученных семенах перекисных соединений и по активности окислительных ферментов при гамма-облучении, происходит неравномерно в разных частях семени. В щитке эти процессы активизируются сильнее, чем в эндосперме и зародыше, что создает гетерогенность в облученных семенах. Это явление рассматривается как один из факторов, способных вызвать стимуляцию роста и развития растений подобно гетерозису гибридов [5, 7].

Образование при облучении высоко-окисленных продуктов метаболизма с высокой реакционной способностью сказывается в виде отдаленного последствия на всех обменных процессах, которые идут в растениях, выращенных из облученных семян. При этом возникает цепь последовательно развивающихся биохимических изменений, в том числе и хозяйственно ценных.

Все биохимические изменения идут, однако, по пути накопления тех веществ, синтез которых свойственен данному виду растений, и пока нет примеров образования каких-либо метаболитов. В овощах, плодах и фруктах повышается содержание витаминов и сахаров. В растениях кукурузы и других зерновых повышается содержание белков, жиров и углеводов.

Возникшие биохимические изменения влекут за собой разнообразные морфологические отклонения от нормы. Некоторые из них обуславливают повышение урожая, образование дополнительных початков у кукурузы, дополнительных стеблей у картофеля, гречихи и текстильных растений.

Наряду с полезными морфологическими отклонениями возникают такие, которые приводят к гибели растений, например изменения в строении сосудистых пучков, при высоких дозах радиации заполняющихся соединительной тканью.

А.М. Кузин [5] рассматривает последовательно наступающие изменения под влиянием ионизирующей радиации на молекулярном, структурном, клеточном и тканевом уровнях. Однако до настоящего времени не определена четкая корреляция между частотой, экспозицией и биоактивацией у растений. Недостаточно выясненным остается механизм действия низкоинтенсивного лазера на биообъекты [6].

Материалы и методы исследований

Результаты исследований и их обсуждение

Почвенно-климатические условия проращивания также резко изменяют радиочувствительность растений: оптимальные дозы для южных районов возделывания с интенсивной инсоляцией и высокой температурой должны быть значительно выше, чем для северных районов.

Накоплен научный материал по изучению факторов, модифицирующих стимулирующее действие гамма-излучений на основные сельскохозяйственные культуры, и учет влияния этих факторов позволил повысить повторность эффектов оптимальных стимулирующих доз. Простое испытание всхожести семян (процессы прорастания, начинающиеся с набухания и заканчивающиеся выходом зародышевого корешка) служит показателем потенциальной урожайности, выживших семян данного вида. Авторами исследований [9, 10] выявлено, что между лабораторной и полевой всхожестью семян озимой и яровой пшеницы наблюдается высокая корреляция и уменьшение скорости прорастания происходит, когда жизнеспособность семян составляет менее 60 %.

Как правило, предпосевная обработка семян направлена на улучшение биологических свойств, стимуляцию развития, защиту от болезней и вредителей, повышение стойкости растений к стрессовым условиям. Улучшение посевных качеств семян возможно различными приемами, в частности это могут быть физические, биологические, химические методы обработки, способствующие улучшению качества семян.

В сельскохозяйственном производстве для повышения урожайности семян традиционно применяют химические средства. Для борьбы с семенной инфекцией и болезнями вегетирующих растений могут быть использованы фунгициды, регуляторы роста, соли микроэлементов, микроудобрения. Однако к недостаткам химической предпосевной обработки следует отнести низкую экологическую чистоту препаратов, накопление их в биомассе растений и, в ряде случаев, влияние на генетическую структуру. Отдельные фунгициды и стимуляторы содержат соли тяжёлых металлов, не разлагающиеся в природных условиях и попадающих в организм человека и животных, что может приводить к интоксикации организма и хроническим заболеваниям.

К биологическим методам стимуляции роста растений следует отнести обработку семян и растений препаратами, изготовленными на основе продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, грибов, суспензий, бактерий. Нужно отметить, что бактериальные препараты в меньшей степени воздействуют на окружающую среду и быстрее инактивируются, чем химические. Однако к числу недостатков таких препаратов следует отнести трудности в определении рациональных доз, как для посевного материала, так и для опрыскивания вегетирующих растений. Кроме того, биологические препараты имеют короткие сроки хранения и требуют строгое соблюдение температурного режима хранения.

Для химических и биологических методов предпосевной обработки семян разработано и выпускается значительное количество типов протравливателей. Однако использование таких установок требует, как специальной подготовки, так и использования средств индивидуальной защиты персонала, работающего на этих установках.

Существенно меньший экологический вред имеют физические методы воздействия на семена. К таким методам относят обработку ультразвуком, ионизирующими излучениями, электромагнитными полями, термическую обработку, фотоэнергетическое или оптическое воздействие, в том числе когерентными излучениями. Но главным недостатком термического метода воздействия является длительность обработки посевного материала и, как правило, низкая производительность машин такого типа. Значительная стоимость оборудования и источников ультразвуковых колебаний, неоднозначность влияния звуковых колебаний на внутриклеточные процессы растений существенно ограничивают использование ультразвуковых установок для предпосевной обработки семян. Установки на основе ионизирующих излучений не нашли применения в практике сельскохозяйственного производства и используются в основном в исследовательских целях. Причина тому – как невысокая производительность, так и возможность размещения их лишь в специально оборудованных помещениях.

Значительным недостатком названных установок явилось использование в качестве излучателя газовых гелий-неоновых лазеров, у которых ресурс ламп накачки не превышал 500 часов. По существу все описанные лазерные установки на сегодняшний день вышли из строя из-за отказа, прежде всего, ламп накачки. Замена их оказалась невозможна, поскольку заводы, изготавливавшие такие лампы, остановлены в 90-е годы прошлого века. Одновременно газовые лазеры не имеют возможности изменять в широком диапазоне мощность излучения, меняя соответственно параметры обработки семян.

Тем не менее, наиболее перспективным направлением предпосевной обработки семян следует считать технологии, основанные на фотоэнергетическом воздействии на семена растений когерентным оптическим излучением. Ресурс современных лазерных установок может быть увеличен за счет замены газовых гелий-неоновых лазеров современными полупроводниковыми лазерными диодами, имеющими аналогичный спектр излучения. В этом случае конкурентными преимуществами установки и технологии оптической предпосевной обработки семян будут следующие:

отсутствие экологического загрязнения окружающей среды и растений;
отсутствие необходимости специальной подготовки и средств индивидуальной защиты персонала;
существенный (до 30%) рост урожайности сельскохозяйственных культур;
сокращение в ряде случаев расхода семенного материала при посеве (за счет увеличения полевой всхожести);
окупаемость в течение первого года эксплуатации.

Читайте также: