Лазерный мир

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”»

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 сеТекст: 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”»
мян 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.

Полное содержание статьи: https://agbz.ru/articles/lazernaya-obrabotka-semyan-rezultaty-polevykh-ispytaniy-v-udmurtii/