способ предпосевной обработки семян

Формула изобретения

Способ предпосевной обработки семян путем воздействия импульсным светом, отличающийся тем, что обработку ведут импульсным светом электрического разряда мощностью от 100 МВт и выше микросекундного диапазона длительностей (от единиц микросекунд и более), а разряд осуществляют в воздухе при атмосферном давлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к предпосевной обработке семян.

Известны различные способы предпосевной обработки семян как с помощью воздействия одного из факторов, например, магнитного поля, концентрированного солнечного или электрического света, лазерного излучения и других, так и комплексного воздействия двух и более факторов. Например, известны способы, основанные на одновременном воздействии на семена магнитного поля и лазерного излучения, концентрированного солнечного света и вибрации и т.п.

Известен способ предпосевной обработки семян (а.с. СССР N 1782384, кл. A 01 C 1/00, опублик. 1992). Способ заключается в комплексном воздействии на семена лазерным излучением, красным светом некогерентного излучения и циклической вибрацией при определенных режимах воздействия каждого из этих факторов.

Недостатками данного способа являются ограниченное количество одновременно обрабатываемых семян, связанное с малыми размерами облучаемой площади, определяемой размером фокусного пятна лазерного излучения, большое время обработки семян и ограничение области применения способа, связанное с использованием дорогостоящего оборудования.

Наиболее близким к заявляемому является способ предпосевной обработки семян путем воздействия импульсным светом [1].

Семена облучали алюминиевым рефлектором - концентратором, увеличивающим мощность солнечного и искусственного света в 10-12 раз. Источником искусственного света была лампа накаливания мощностью 1 кВт. Средний диаметр фокального пятна составлял 28 мм. Облучение семян проводили в центрифуге со специальными вентиляционными устройствами для охлаждения, вращающейся со скоростью 120 об/мин. Расчетная длительность импульса света составляла 0,012 с. Продолжительность времени обработки семян составляла 20-40 мин.

Недостатками способа предпосевной обработки семян по прототипу являются ограничения в его практическом применении, например географические, а также связанные с малыми количествами одновременно обрабатываемых семян, помещаемых на площади с диаметром фокального пятна рефлектора-концентратора, большой продолжительностью во времени процесса облучения, а также необходимостью принятия мер, исключающих тепловой перегрев обрабатываемых семян.

При создании изобретения решалась задача создания высокопроизводительного способа, который мог бы найти широкое применение в сельском хозяйстве.

Техническим результатом при решении данной задачи является расширение области применения, увеличение объема одновременно обрабатываемых семян, сокращение продолжительности во времени процесса предпосевной обработки семян, исключение возможности теплового перегрева семян.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом предпосевной обработки семян путем воздействия импульсным светом, новым является то, что обработку ведут мощным импульсным светом электрического разряда микросекундного диапазона длительностей (от единиц микросекунд и более), а разряд осуществляют в воздухе при атмосферном давлении.

В основу теории, описывающей влияние импульсного света на растения, положено электронное взаимодействие света и вещества. Это взаимодействие, как известно, сводится к действию переменного электрического поля световой длины волны на атомы и молекулы вещества. Первичный механизм, связанный с поглощением молекулами фотонов импульсного света, также реализуется на электронном уровне. Растительный объект: семя, лист, пыльца и т. д., облученный высокоэнергетичным импульсным светом, является системой с большим запасом электронной энергии. В ней сумма кинетической и потенциальной энергий взаимодействия электронов с электронами, электронов с ядрами становится больше. При сильном светоимпульсном облучении и высокой плотности возбужденных состояний происходит частичное высвечивание энергии, интенсивность которого определяется величиной импульсной нагрузки, что приводит к увеличению скорости фотохимической реакции.

Предполагается также, что при светоимпульсном облучении в результате высокой плотности энергии в облучающем световом пучке могут возникнуть двухступенчатые процессы последовательного поглощения двух фотонов, приводящие к высоким энергетическим состояниям и реакциям, недоступным однократно фотоактивированным молекулам. Фотореакции такого типа отличаются от обычных тем, что их начальная скорость пропорциональна квадрату интенсивности действующего света. Для осуществления двухфотонных процессов необходимо, чтобы промежуточный продукт действия первого фотона имел длительность существования, достаточную для восприятия второго фотона. Суммирование разновременно подведенных порций энергии приводит к аномальной пропорциональности скорости фотохимической реакции квадрату интенсивности света вместо обычной линейной зависимости. Под влиянием предпосевного облучения семян импульсным светом происходит перестройка фотосинтетического аппарата, изменяется отношение растений к свету.

Таким образом, в настоящее время имеются теоретические предпосылки и накоплены некоторые экспериментальные данные, свидетельствующие о влиянии светоимпульсного облучения семян на ускорение всхожести и темпов роста растений, сокращение сроков их созревания и повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Отличительной особенностью заявляемого способа является светоимпульсное воздействие на обрабатываемые семена мощных электрических разрядов, осуществляемых в воздухе при атмосферном давлении. При инициировании разрядного воздушного промежутка и последующем вводе в него электрической энергии генерируется световой импульс в видимой части спектрального диапазона длин волн, сопровождаемый акустическим импульсом.

При реально существующих источниках электрической энергии (единицы кДж и выше) и временах ее преобразования в световую (единицы мкс и более) реализуются возможности формирования высокоинтенсивных световых потоков и облучения больших площадей по сравнению с известными способами светоимпульсного облучения.

Формирование электрических разрядов в воздухе при атмосферном давлении позволяет создавать протяженные многоканальные источники светового излучения, что также способствует увеличению размеров облучаемых площадей с заданной интенсивностью в телесном угле 4 стерадиан.

Высокая скважность следования и ограниченное число воздействующих световых импульсов исключают тепловой перегрев обрабатываемых семян.

Обработка семян проводится одиночными импульсами или последовательностью импульсов, генерируемых в частотном режиме. Оптимальный режим обработки (мощность источника, количество импульсов и расстояние от источника до обрабатываемого образца) выбираются в зависимости от ботанической и сортовой принадлежности культуры, качества семян и т.п.

При обработке семян данным способом достигается благотворное биологическое воздействие на семена растений, приводящее к увеличению всхожести семян, повышению темпов роста, развития и урожайности растений, а использование заявляемого способа позволяет расширить область его применения, сократить продолжительность обработки и увеличить количество одновременно облучаемых семян.

Заявляемый способ предпосевной обработки семян осуществляют следующим образом.

Обработку семян ведут импульсным светом электрического разряда микросекундного диапазона длительностей (от единиц микросекунд и выше). Разряд осуществляется в воздухе при атмосферном давлении. К электродам разрядного промежутка подводится импульсное напряжение от емкостного или индуктивного накопителя энергии. При инициировании электрического разряда воздушный промежуток пробивается и энергия от накопителя электрической энергии вводится в канал разряда. Последний по мере нарастания тока разряда нагревается до высоких температур (десятки тысяч К) и газоразрядная плазма начинает светиться. Для инициирования каналов разряда в атмосфере воздуха могут использоваться явления электрического взрыва проводников, формирования скользящего разряда вдоль диэлектрической подложки и т. п.

Влияние мощного светоимпульсного облучения на развитие некоторых сельскохозяйственных культур проверялось экспериментально путем сравнения растений, выращиваемых из контрольных (не подверженных какому-либо воздействию) и обработанных различными дозами света семян. Экспериментальная информация вносилась в таблицу, включающую:

- название исследуемой культуры растений;

- режимы проведения обработки (N - число импульсов, W - суммарная электрическая энергия, введенная в каналы разрядов при обработке партии семян);

- результаты наблюдений за развитием растений (приведены в процентах по отношению к контрольным образцам);

- вес биомассы (для салата и кабачков) и плода (для томатов), выраженный в процентах по отношению к контрольным

На фиг. 1 приведен фотоснимок растений салата, где 1 - контрольный образец; 2 - образец, выращенный из семян, облученных 20 импульсами света; 3 - образец, выращенный из семян, облученных 40 импульсами света.

Как видно из таблицы, вес биомассы растений, выращенных из обработанных семян, по сравнению с контрольными увеличен на 26 и 102% соответственно для образцов 2 и 3,

В результате облучения семян кабачков 20 и 40 импульсами света имел место прирост биомассы их проростков соответственно на 15 и 37% по сравнению с проростками, выращенными из необлученных семян (см. таблицу).

На фиг. 2 представлен фотоснимок рассады томатов перед высадкой в теплицу, где 1 - контрольный образец; 2 - образец, выращенный из семян после обработки 10 импульсами света; 3 - образец, выращенный из семян после обработки 20 импульсами света.

При сравнении данных, приведенных в таблице и на фиг. 2, видно, что темпы роста и развития рассады томатов зависят от величины дозы светоимпульсного облучения. Образцы, выращенные из семян, облученных светом с большей дозой, опережали в своем развитии растения, выращенные из семян, обработанных светом с меньшей дозой. Рассада томатов, выращенная из обработанных светом семян, опережает в развитии растения, выращенные из контрольных семян. Тенденция опережающего развития растений, выращенных из семян с большей дозой облучения, сохранялась вплоть до сбора раннего урожая плодов.

Отличительной особенностью заявляемого способа обработки семян является то, что воздействие является "короткоимпульсным", поскольку минимальная длительность световых импульсов, для которых обнаружен положительный эффект, составляет единицы микросекунд. При запасенной электрической энергии, равной 4,5 кДж, и коэффициенте преобразования электрической энергии в световую, близком к 30%, мощность светового импульса достигает 150 МВт. Обрабатываемая площадь семян, рассыпанных в один слой, занимала около 3 м². В процессе обработки расстояние от источника светового излучения до облучаемых семян составляло 100 см. Количество световых воздействий в каждой серии составляло 10, 20, 40 импульсов, генерируемых с интервалами через 10 с.

По прототипу для принятых допущений расчетная мощность светового импульса при использовании ламп накаливания мощностью 1 кВт составляла 300 Вт, облучаемая площадь занимала 610^-4 м², время облучения одной партии зерна 20 - 40 мин.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый способ предпосевной обработки семян позволяет расширить область его применения, сократить продолжительность обработки семян и увеличить количество одновременно облучаемых семян.