Сельское хозяйство. 5.Растениеводство, селекция и семеноводство.

Сазыкин В. Г., Кудряков А. Г.

Кубанский государственный аграрный университет, Россия

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ

Одним из коренных отличий живых тел от неживых является их способность приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям существования. Изменение условий существования осуществляется через определенные реакции организмов на изменение внешней среды благодаря свойству раздражимости, присущему живой материи.

Раздражимость растения рассматривается, как способность организма вплоть до мельчайших частей реагировать на воздействие внешних факторов. Характер этой реакции различен не только у разных растительных объектов, но и на протяжении органогенеза одного и того же растения.

Из обмена веществ, являющегося существенной функцией организма и из свойственной белку пластичности вытекают все остальные свойства живого организма: самовозобновление и самовоспроизведение, раздражимость и способность к росту и размножению.

Белки, непосредственно участвуя в обмене веществ, в ответ на воздействие факторов внешней среды меняют свою структуру и молекулярно-физические свойства. При этом происходит изменение накопленной в процессе обмена энергии, ее превращения в другие формы (механическую, электрическую и др.).

Взаимодействия растений со средой и приспособление их к условиям непрерывно меняющейся среды осуществляется при посредстве раздражимости и выделении ауксинов.

При выделении ауксинов у растений главную роль играет не раздражение, а возбуждение, вызванное вследствие раздражения [10].

Существуют разные методы как естественные, так и искусственные, с помощью которых можно вызвать раздражение растений. Одним из таких методов является электрический ток.

В связи с большим разнообразием приемов воздействия электричества на растения [1–3] назрела необходимость систематизации в этой части электротехнологии. К тому же бессистемное разнообразие используемых методов не способствует выявлению механизма форм ответных реакций растений, который до сих пор во многом не изучен.

Объединение воздействий в родственные группы облегчает исследование управления жизнедеятельностью растений и направляет поиск неиспользованных возможностей электричества.

Приведенная на рисунке классификация охватывает основные [1–8] формы воздействия электричества на растения.

В основу классификации воздействия электричества на растения положены следующие признаки: способ воздействия, время воздействия в агротехнологическом цикле, растительные органы, на которые осуществляется воздействие (в скобках показан вид воздействия), и характер ответной реакции растения.

Морфологический и физиологический характер проявления ответных реакций на воздействие зависит от дозы и его можно разделить на три группы: стимуляцию, угнетение функциональной активности и разрушение клеточной структуры. В настоящее время установлена принципиальная возможность использования обработки растительных объектов электрическим током с целью стимулирования корнеобразования и приживаемости прививок винограда и плодовых культур, увеличение урожайности зерновых и овощных культур. При стимуляции ускоряется прорастание семян, черенков и клубней, активируются процессы жизнедеятельности, повышается урожайность, сокращаются сроки созревания и т. д. [3, 6-8]. Такая обработка отличается незначительными энергетическими затратами; возможностью широкого варьирования режимами и точностью дозирования интенсивности воздействия; малой экспозицией,

необходимой для получения требующегося эффекта, а следовательно, высокой производительностью; экологической чистотой. Во всех известных способах обработки воздействию электрического тока подвергается живая растительная ткань.

Угнетение растений и его признаки противоположны стимуляции. Разрушение клеточной структуры приводит к отмиранию растения или отдельных его органов.

Рассмотрим более подробно каждый из способов воздействия.

Прямое воздействие электричества происходит при непосредственном действии электрического тока и его полей целиком на растение или на отдельные его органы с целью стимуляции, угнетения или разрушения клеточной структуры.

В предпосевную фазу агротехнического цикла широко используются электрические, магнитные и электромагнитные поля для стимуляции семян и вегетативных органов (клубней, черенков и т. д.). При этом всхожесть, рост и последующее развитие растений тем сильнее, чем ниже качество обрабатываемого материала [2, 3, 6-8]. Обработка семян в вышеназванных полях усиливает действие ферментов, вызывает интенсивный обмен веществ в прорастающем семени, ускоряет рост и развитие растений и повышает их продуктивность.

В период онтогенеза используется подача отрицательного потенциала на концы побегов для ускорения сокодвижения под влиянием электроосмоса, который применяется и для изменения направления движения соков в предуборочную фазу, чтобы ускорить опадание созревших плодов или листьев деревьев перед снегопадами. Электроосмос при положительном потенциале веток задерживает пробуждение растений ранней весной.

В период онтогенеза возможно управление ходом развития растений с помощью электрических полей. Широко известны случаи положительного влияния электромагнитных полей линий электропередачи на растения. Для искусственного стимулирования в сельскохозяйственном производстве используются специальные устройства [2], с помощью которых электрические поля действуют на растения как в защищенном, так и открытом грунте. Наряду со стимулирующим действием электрические поля при соответствующих режимах могут оказывать и- угнетающее воздействие, что также используется для активного электро- физиологического управления жизнедеятельностью растений.

В предуборочную фазу изменением параметров полей и электрического тока, которые при онтогенезе приводили к стимуляции, добиваются угнетения, замедления сокодвижения и т. д. для равномерного и одновременного созревания плодов с тем, чтобы повысить эффективность механизированной уборки урожая. Воздействуя электрическими разрядами на стебли, например, табака и подсолнечника, осуществляют кольцевание небольшого участка, прерывая сокодвижение. В результате наступает режим голодного обмена веществ и равномерное созревание головок подсолнечника или листьев табака. Это также повышает качество последующей механизированной уборки.

В послеуборочный период для интенсификации сушки растений, например, кормовых и табака, осуществляют селективную электроискровую обработку средних и наиболее крупных жилок листьев, а также стеблей. Воздействуя электрическими разрядами, ведут обмолот зерновых культур и увеличивают выход сока из винограда [1, 2].

С помощью полей ВЧ и СВЧ, действия постоянного и переменного тока проводят интенсивную сушку растений, что позволяет сохранить в них большое количество питательных веществ и получить в результате равномерного прогрева зеленой массы высококачественную продукцию.

При косвенном воздействии растение не испытывает непосредственного действия внешних электрических полей или тока. В этом случае с помощью электричества активируют воду или ионизируют воздух. Их используют как составляющие микроклимата при онтогенезе или хранении.

Полив и опрыскивание водой, обработанной в магнитном поле, дает стимулирующий эффект. Аналогичный эффект дает вода, взятая из прикатодной области электролитических аппаратов, а вода из прианодной области, наоборот, действует угнетающе.

Получаемые в результате высоковольтного электрического разряда в воздухе положительно и отрицательно заряженные аэроионы, а также различные химически активные вещества, например, озон, оказывают влияние на растения как при онтогенезе, так и при их хранении. Причем возможно получение как стимулирующего, так и угнетающего действия этих факторов.

Связанное действие состоит в том, что при использовании электричества в технологических процессах обработки растений или их органов в дальнейшем проявляются ответные реакции, характерные прямому воздействию. Связанное воздействие возникает в тех процессах, когда электроэнергия сама является рабочим органом, например, при электросепарации зерна, его электроискровом обмолоте и др. В этих случаях невозможно изолировать влияние электрических явлений на физиологию растений.

При сепарации семян в поле коронного разряда отмечено возрастание интенсивности поглощения ими воды, интенсивности дыхания, повышение активности каталазы и пероксидазы [2, 3]. Стимулирующее воздействие наблюдается также и при сепарации пыльцы отцовского компонента на положительно и отрицательно заряженные фракции микроспор [4]. Аналогичные факты замечены при использовании магнитного поля для очистки семян культурных растений от семян сорняков и металлических предметов. Управление высевом под действием электрического поля на семена вызывает проявление электрофизиологических эффектов в дальнейшем процессе онтогенеза.

Связанный характер проявляется и при действии электричества на компоненты биоценоза.

Еще И. В. Мичурин указывал на благоприятное влияние пропускаемого электрического тока через почву – «электризации почвы» – на развитие растений. При этом улучшается не только интенсивность фотосинтеза и других факторов, но и при соответствующих условиях стимулируется развитие азотофиксирующих бактерий, преобразующих атмосферный азот в питательные для растения соединения. Однако при стимуляции (с последующим уничтожением) или угнетении семян сорняков в почве с помощью СВЧ полей не только улучшается развитие культурных растений, но может произойти и их угнетение от неизбежного подавления микроорганизмов – редуцентов. Подобная картина наблюдается и при борьбе с подземной частью сорняков методом электроплазмолиза. Таким образом, превышение установленных режимов приводит к угнетению компонентов биоценоза, что, например, используется с целью обеззараживания почвы в сооружениях защищенного грунта.

Использование воздействия электричества на растения возможно на всех стадиях жизнедеятельности. Следовательно, можно с уверенностью говорить об электрокультуре растений, то есть об агротехнологическом направлении, способствующем дальнейшей интенсификации сельского хозяйства.

Во время электрической обработки растение вследствие электрического раздражения, получает возбуждение. Время жизни возбужденных молекул и радикалов очень мало (микросекунда), однако высокая химическая активность в них вызывает существенные вторичные процессы: рекомбинацию ионов и радикалов, разрядку возбужденных молекул, перераспределение энергии вдоль молекулярных цепей, химические реакции, приводящие к образованию перекисей в растительном организме и в окружающей его среде, состоящей из органических и неорганических соединений. Взаимодействие активных радикалов с высокомолекулярными комплектами растения ведет к деполимеризации и денатуризации белков, а иногда к появлению в растении токсичных для него продуктов распада.

На все эти изменения организм отвечает сложной физиологической реакцией и в процессе вегетации, в зависимости от внешней среды, приводит к определенным морфологическим и биохимическим явлениям.

Таким образом, в обрабатываемых растительных объектах должны происходить изменения, которые можно будет разбить на три стадии.

Первичные - вследствие электрического воздействия происходит раздражение - возбуждение клеток; электрическая поляризация клеток, химическое воздействие, сопровождающее электрическое воздействие (озон, окись азота).

Вторичные - первичные акты воздействия вызывают активизацию физиологических процессов, изменение ферментов и специфические изменения в протекании физико-химических реакций в растительных объектах, в следствии чего происходит либо стимуляция, либо угнетение жизненных процессов.

Мы уже привыкли к выращиванию растений в условиях искусственного микроклимата: на защищенном грунте, без грунта – гидропонике и аэропонике, в условиях светокультуры – с применением искусственного освещения, но положительный опыт использования электричества в физиологии растений еще не получил должного широкого распространения в практике. Действие электричества носит направленный и управляемый характер, электричество сильно влияет на жизнедеятельность растений, помогая использовать не только скрытые резервы живого организма, но и повысить эффективность агро- и технологических приемов возделывания, хранения и обработки растений. Поэтому на основе предложенной классификации воздействия возможно перейти к комплексному исследованию и внедрению прогрессивной технологии электрокультуры растений [9].

Литература:

1. Бородин И. Ф. Развитие злектротехнологии в сельскохозяйственном производстве // Мех. и электр. сел. хоз-ва, 1983, № 6.

2. Живописцев Е. Н. Электротехнология в сельскохозяйственном производстве. М.: ВНИИТЭИСХ, 1978.

3. Пилюгина В. В. Регуш А. В. Электромагнитная стимуляция в растениеводстве. М.: ВНИИТЭИСХ, 1980.

4. Духовный А. И. Электричество в жизни цветка. – Кишинев: Штиинца, 1980.

5. Сазыкин В. Г. Классификация воздействий электричества на растения / В. Г. Сазыкин //В кн.: Электропривод и источники автономного питания для механизации трудоемких процессов в растениеводстве. Труды Кубанского СХИ. – Краснодар, 1985, вып. 249. – С. 60–65.

6. Перекотий Г. П. Стимулирующее действие электрического тока на корнеобразование посадочного материала винограда / Г. П. Перекотий, А. Г. Кудряков, А. В. Винников //Электрификация сельскохозяйственного производства. -(Тр./Куб. ГАУ; Вып. 346 (374). -Краснодар, 1995. -с.153 -158.

7. Кудряков А. Г. Применение электрического тока для увеличения корнеобразования виноградных черенков / А. Г. Кудряков, Г. П. Перекотий, П. П. Радчевский /Совершенствование сортимента, производство посадочного материала винограда/Сб. тр. Кубанского аграрного ун-та. Краснодар, 2002. с. 137-141.

8. Кудряков А. Г. Повышение способности корнеобразования виноградных черенков с помощью электрического тока / А. Г. Кудряков, Г. П. Перекотий, П. П. Радчевский, А. С. Лыков, С. Ю. Безлер // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 8. с. 16a-17.

9. Nelson R. A. Electro-Culture (The Electrical Tickle). Режим доступа: http://thebirdman.org/Index/Others/Others-Doc-Environment&Ecology/+ Doc-Environment & Ecology- FoodMatters/ StimulatingPlantGrowthWithElectricity&Magnetism&Sound.htm. Загл. с экрана.

10. Гунар И. И. Проблема раздражимости растений и дальнейшее развитие физиологии растений. Извест. Тимирязевской с. х. академии, вып. 2, 1953.