Лазерная обработка семян — результаты полевых испытаний в Удмуртии

Текст: А. Н. Исупов, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр.; О. Н. Крылов, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.; М. М. Киселев, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.; А. Е. Решетников, ученый-агроном, мл. науч. сотр., ООО «НИИ “Агролазер”»

Сегодня в растениеводстве применяются различные способы предпосевной обработки семян зерновых культур. Однако до сих пор в данной области ведутся исследования и внедряются опытные схемы, направленные на увеличение урожайности и сборов.

Метод предпосевной обработки семян зерновых культур оптическим когерентным излучением для повышения продуктивности известен с 80-х годов прошлого века. На базе армейских гелий-неоновых лазеров выпускались промышленные сельскохозяйственные установки. В них использовались дорогостоящие, ненадежные и дефицитные газовые лампы, не позволявшие регулировать мощность излучения. Устройства применялись до выработки короткого ресурса их ламповых лазеров, при этом необходимость в совершенствовании технологии была очевидна.

ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ

В ряде случаев сохранившееся оборудование с гелий-неоновыми лазерами и сегодня задействуется в исследовательских целях, но получаемые результаты часто оказываются крайне нестабильными. Начиная с 90-х годов XX века преподаватели и студенты ФГБОУ ВО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» занимаются изучением технологии предпосевной оптической, или лазерной, обработки семян сельскохозяйственных культур. Задача данной деятельности состоит в подготовке методики и оценке ее эффективности. Кроме того, необходимо устранить проблемы, связанные с ее нестабильностью, подобрать оптимальные режимы, сконструировать оборудование на современной элементной базе, используя в качестве источников когерентного излучения полупроводниковые диоды.

Как результат, в 2018 году на средства инициаторов работ была спроектирована и изготовлена лазерная установка. Осенью того же года были начаты полевые испытания оборудования и технологии. В дальнейшем производственная проверка проводилась на угодьях нескольких хозяйств Удмуртской Республики: ООО «Старозятцинское» Якшур-Бодьинского района вблизи деревни Алгазы в 2018–2019 годах, ООО «Исток» в том же районе в 2019 году, СХК Колхоз «Молодая Гвардия» Алнашского района вблизи с. Нижнее Асаново в 2019 году, СПК «Родина» Малопургинского района в 2020 году, ООО «Экоферма “Дубровское”» Киясовского района в 2020–2021 годах (на фото вверху — работы на опытных делянках в ООО «Экоферма “Дубровское”»), КФХ Снигирев А. В. Ярского района в 2020–2021 годах.

В УСЛОВИЯХ ЗАСУХИ

В сентябре 2018 года на поле хозяйства «Старозятцинское» озимой рожью Фаленская-4 урожая этого же года был засеян опытный участок площадью 4 га. Закладывалось 13 опытных делянок с различными режимами обработки — мощностью излучателя, скоростью ленты транспортера, нормой высева. Кроме того, был предусмотрен один контрольный участок, где использовались семена без предварительной предпосевной подготовки. На всех вариантах применялась одна и та же агротехника выращивания. Наблюдения за развитием растений осуществлялись 9 сентября 2018 года в фазе развития проростков, 19 октября 2018 года — на этапе кущения, 27 мая 2019 года — в начале весенней вегетации.

Необходимо отметить, что период с конца августа до начала сентября 2018 года отличался локальной засухой: стояла ясная погода со среднесуточной температурой днем 15,4°С и ночью 7,4°С при отсутствии атмосферных осадков. Так, на территории с. Старые Зятцы в начале сентября не было дней с осадками. При этом почвенный горизонт от недостатка влаги пересох, и семена высевались в сухую почву. В этих условиях жидкость, необходимая для развития растений, могла быть получена лишь в результате конденсации паров на поверхности поля, чего в большинстве случаев недостаточно для интенсивного развития посевов. В контрольном варианте наблюдалась именно такая ситуация: семенам не хватало влаги для роста проростков, а потому многие из них не демонстрировали признаков появления. Иная картина отмечалась в случае с материалом, прошедшим лазерную предпосевную обработку. Большинство семян через шесть дней после посева даже в условиях засухи имели развитые проростки: на режимах Р1, Р3, Р5, Р7, Р8, Р9 и Р10.

ПОВЫШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

В течение сентября — первой половины октября 2018 года в районе с. Старые Зятцы было зарегистрировано шесть дней с непродолжительными осадками. Соответственно, их количество за этот период не превысило 30 мм. Не только всходы, но и дальнейший рост проходили при существенном дефиците влаги, что было хорошо заметно на контрольной делянке. При этом на 46 день экземпляры, выросшие из семян после лазерной обработки, показали хорошее развитие как корневой системы, так и листового аппарата. Сказанное можно проиллюстрировать данными, полученными 2 октября 2018 года. Так, средняя длина растений и ее стандартное отклонение для ряда режимов составили на варианте Р4 63,5 мм при σ = 5,5, Р6 — 69,9 мм и 12,3, Р8 — 73,1 мм и 4,4, Р11 — 71,1 мм и σ = 6,1 соответственно. На контроле зафиксировано 57,9 мм при σ = 13,5. Хорошо заметно, что длина «лазерных» растений оказалась на 5–15 мм больше. Одновременно стандартное отклонение в вариантах Р4, Р8 и Р11 было в 2–3 раза меньше, нежели на контроле, что свидетельствует о более высокой стабильности роста после предпосевной обработки. Визуально ограничением для их развития, особенно в режиме Р9, являлась нехватка фосфора и калия, однако можно считать, что всходы озимой ржи ушли под зиму более окрепшими и подготовленными.

Осенний темп развития растений после лазерной обработки семян сохранился весной 2019 года после перезимовки. На снимках, сделанных в поле 27 мая 2019 года, можно отметить существенно более мощное их развитие, а также повышенное количество экземпляров на участках, засеянных семенами после обработки, вне зависимости от нормы высева. Следует отметить лучшую перезимовку таких растений. Другой особенностью стало увеличение коэффициента кущения озимой ржи в 1,5–2 раза, что стало особенно заметным в режиме Р12.

Интенсивность развития, заложенная предпосевной обработкой семян осенью 2018 года, сохранилась в течение лета. Условия 2019 года оказались благоприятными. Количество осадков и температура были комфортными: в мае — 76,1 мм и 20,3°С соответственно, июне — 83,2 мм и 19,1°С, июле — 130,8 мм и 23,4°С. Результаты летнего роста были видны на снимках, выполненных непосредственно в поле 11 июня 2019 года. В большинстве вариантов лазерной предпосевной обработки семян ржи в снопах наблюдалось увеличение числа, длины и биологической массы растений. Одновременно хорошо было заметно ускорение формирования колоса опытных экземпляров в сравнении с представленными на контрольных делянках образцами.

ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТА

Уборка на опытных участках проводилась 30 августа 2019 года. В большинстве вариантов обработки семян биологическая урожайность оказалась выше, нежели на контроле. Так, прирост показателя составил от 25,7% при режиме Р10 до 63,1% при Р3. Отдельно необходимо отметить увеличение количества продуктивных стеблей после обработки в 1,2–2 раза, что уже обеспечило повышение биологической урожайности. Данный факт коррелировал с возрастанием коэффициента кущения, зарегистрированным в начале весны 2019 года.

Одной из особенностей лазерной обработки семян является ускорение созревания растений. Примером тому может служить снижение влажности убираемого зерна. Так, на контрольной делянке она составила 18,6%. В случаях предпосевной обработки данный показатель находился в пределах от 14,2% при режиме Р3 до 16,8% при Р8. По сути, до 4,5% жидкости терялось к моменту начала уборки, что позволило экономить до 450 кг печного топлива на каждой тонне полученного зерна. Следующей особенностью рассматриваемой обработки семян выступает увеличение массы 1000 зерен в ряде режимов. В частности, в варианте Р3 оно составило 3,7 г, Р10 — 4,8 г, Р9 — 1,7 г, что также обеспечило повышение урожайности. Кроме того, нужно отметить снижение продуктивности одного колоса с 12 до 40% в сравнении с контрольным значением во всех вариантах обработки, за исключением Р10. Данное явление непосредственно связано с ростом количества продуктивных растений и стеблей. Возрастание плотности экземпляров в поле усиливает их конкуренцию в зоне питания, что уменьшает урожайность одного колоса. Легко заметить, что в данном случае снижение показателя коррелировало с числом продуктивных стеблей в соответствующих режимах обработки.

Полученные результаты позволяют сделать определенные выводы. Лазерная предпосевная обработка повысила устойчивость развития растений в неблагоприятных погодных условиях, полевую всхожесть семян и кущение. Данная методика обеспечила существенное снижение нормы высева семенного материала. В связи с этим возросла урожайность сельскохозяйственных культур и сократились затраты на производство продукции растениеводства.

ТРЕХКРАТНАЯ РАЗНИЦА

Результаты, полученные при работе с озимой рожью сорта Фаленская-4 в ООО «Старозятцинское», были использованы в 2020–2021 годах в КФХ Снигирев А. В. Для воздействия был выбран режим Р3: скорость ленты транспортера составила 1,568 м/с, мощность излучателя — 100 мВт, норма высева — 200 кг/га. В рамках этой схемы наблюдалось лучшее значение урожайности, полученное на поле у деревни Алгазы. Норма высева на контрольных участках соответствовала принятой в хозяйстве — 220 кг/га.

Предпосевная обработка семян и сев выполнялись 24 августа 2020 года. Осень отличалась лучшими агроклиматическими условиям в сравнении с данными за 2018 год. Необходимо отметить существенно более ранние сроки внесения озимой ржи в КФХ Снигирева А. В., нежели в Алгазах. Наблюдения за развитием культуры осуществлялись в фазе кущения 6 октября 2020 года и в начале весенней вегетации 2 мая 2021 года. В обоих случаях регистрировалась значительная разница в массе проб растений и их стеблей, снятых с контрольных и опытных делянок. Так, 6 октября у экземпляров после лазерного воздействия средняя масса образцов стеблей составила 49,5 г, в контрольном варианте — 22 г. Аналогичная разница фиксировалась в отношении показателей средней массы одного стебля и их средней длины. При этом количество растений на делянках практически не различалось, что могло быть непосредственно связано со снижением нормы высева в сравнении с контролем. Подобная ситуация сохранилась и в начале весенней вегетации — 2 мая 2021 года. В частности, отмечалась трехкратная разница в массе проб стеблей: 15,1 г на контроле против 45,6 г у растений после обработки семян. Близкая разница была зафиксирована для массы проб — 23,5 г на контроле против 67,2 г после лазерного воздействия.

СНИЗИТЬ ЗАТРАТЫ

Необходимо также упомянуть об условиях сезона 2021 года. В мае среднее значение температуры воздуха составило днем 20°С, ночью 10°С. Осадки выпадали четыре дня: 1, 21, 22 и 30 числа. Как и осенью 2018 года, наблюдался недостаток влаги. Ситуация усугубилась летом. Осадки в виде слабого дождя в июне выпадали шесть дней, в июле — девять дней. При этом средние дневные температуры в июне достигли 24°С, в июле 23°С. Средние ночные величины в эти же месяцы доходили до 13°С. Таким образом, агроклиматические условия весны и лета 2021 года оказались близки к засухе. С учетом этого уборка экспериментальных участков на полях КФХ Снигирев А. В. выполнялась 28 июля 2021 года.

Для озимой ржи с опытных делянок можно отметить увеличение длины растений, мощности снопа и количества экземпляров в нем. Как и в ООО «Старозятцинское», культура после предпосевной обработки семян существенно лучше перенесла условия засухи. На варианте лазерного воздействия все параметры структуры урожая озимой ржи Фаленская-4 оказались выше, нежели на контроле, причем в ряде случаев — существенно. В частности, у растений, выросших из обработанных семян, наблюдалось увеличение количества продуктивных стеблей в два раза, массы 1000 семян — на 1,2 г, продуктивности одного колоса — на 0,16 г. Кроме того, было зарегистрировано возрастание биологической урожайности зерна с 11,7 до 30,7 ц/га.

Работы, выполненные с озимой рожью Фаленская-4 в хозяйствах Якшур-Бодьинского и Ярского районов, также позволили сделать определенные выводы. Режимы предпосевной лазерной обработки сохраняли влияние вне зависимости от состояния обрабатываемых семян и места их происхождения. Рассматриваемая методика оказывала воздействие на протяжении всего периода вегетации. Такие посевы существенно лучше переносили засуху, при этом возрастала их устойчивость к неблагоприятным погодным условиям. Увеличение полевой всхожести семян и кущения растений позволяло значительно снизить норму высева семенного материала и, соответственно, затраты на производство продукции. В результате после данной процедуры повышалась урожайность сельскохозяйственных культур.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПОДХОД

Одновременно с озимыми в ООО «НИИ “Агролазер”» исследовались яровые зерновые. Наибольший объем таких работ в 2020 и 2021 годах был проведен в ООО «Экоферма “Дубровское”». В 2021 году закладывались делянки с ячменем сорта Памяти Чепелева, горохом Усатый кормовой, яровой пшеницей Йолдыз, овсом Яков. Некоторые виды размещались повторно. Часть из них выращивалась на экспериментальных полях и в других хозяйствах Удмуртии. Следует обратить внимание на то, что для обозначенных культур оптимальные режимы обработки не повторялись.

В отношении ячменя сорта Памяти Чепелева производственная проверка выполнялась в течение трех лет в разных хозяйствах. При лазерной обработке семян во всех случаях итоговый результат был представлен приростом биологической урожайности на 15–67%. Однако необходимо отметить некоторые особенности производственного процесса на предприятиях. В СХК Колхоз «Молодая Гвардия» применялась высокая норма высева семян как на контрольных, так и на опытных делянках. В итоге на варианте с лазерной обработкой отмечался прирост количества продуктивных растений на 32%, что привело к загущенности посевов и ухудшению показателей структуры урожая. Тем не менее прибавка биологической урожайности составила 22,9%. В СПК «Родина» на опытном поле норма высева семян была снижена относительно контроля. При этом прирост числа продуктивных растений и загущенность посевов на таких участках практически отсутствовали. Одновременно отмечалось возрастание показателей структуры сбора, биологической и амбарной урожайности.

При возделывании пшеницы сорта Йолдыз в СХК Колхоз «Молодая Гвардия» дополнительный урожай был получен за счет повышения кустистости и продуктивности одного колоса. Необходимо отметить увеличение всех параметров структуры сборов и, как результат, повышение урожайности на 31%. При этом прирост количества продуктивных экземпляров составил не более 8%, а прибавка числа продуктивных стеблей — 16%.

УЧИТЫВАТЬ СПЕЦИФИКУ

В ООО «Экоферма “Дубровское”» при возделывании зерновых минеральные удобрения не применялись. При этом использовались минимально достаточные нормы высева, что хорошо было видно по количеству продуктивных экземпляров. На контроле оно оказалось наименьшим из трех хозяйств, включая СПК «Родина» и СХК Колхоз «Молодая Гвардия». Несмотря на засушливое лето 2021 года в Удмуртии, показатели структуры урожая, снятого с опытных делянок фермы, были лучше, нежели на контроле. Соответственно, прирост урожайности достиг 63–73%. Значительную роль в этом сыграло повышение устойчивости развития растений после лазерной предпосевной обработки семян к неблагоприятным внешним условиям. На предприятии в связи с особенностями агротехники выращивания также применялись уменьшенные нормы высева семян. При этом на опытных делянках в хозяйстве увеличение количества продуктивных растений и стеблей на 20–22% в сравнении с контролем привело к загущенности посевов и снижению продуктивности одного колоса и массы 1000 зерен. В итоге это позволило получить прибавку урожайности лишь на 3–7%.

Полевые работы с семенами овса сорта Яков в течение 2019–2021 годов выполнялись только в ООО «Экоферма “Дубровское”». В данном случае увеличение урожайности произошло прежде всего за счет повышения количества продуктивных растений и стеблей, а также одного колоса. Необходимо отметить снижение массы 1000 зерен. При этом следует учитывать особенности засушливого лета 2021 года.

Таким образом, проведенные практические исследования показали, что предлагаемую методику оптического воздействия на семена целесообразно использовать для зерновых сельскохозяйственных видов. В агротехнологии после посева обработанного материала необходимо учитывать погодные условия и сортовую специфику.