ОБОСНОВАНИЕ АГРОЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО И ПОЭТАПНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СЕМЕНА, ПОЧВУ И РАСТЕНИЕ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КУКУРУЗЫ

АННОТАЦИЯ

В данной статье семена кукурузы на первом этапе были облучены ультрафиолетовым излучением (УФИ) с длиной волны 253,7 и 300 нм, в период вегетации растения подвергались трёхкратной УФ-обработке и поливались электроактивированной водой (католитом и анолитом). Эксперименты проводились в 2023–2024 годах в Ферганской и Наманганской областях на сортах кукурузы «Узбекистан 601» и «Узбекистан 300». Согласно результатам, в третьем варианте (комплексная обработка УФИ и электроактивированной водой) урожайность зерна составила 64 ц/га, а урожайность силоса – 441,35 ц/га, что на 27 % и 40 % выше по сравнению с контрольной группой. Результаты исследования показали, что электротехнологические и ультрафиолетовые методы обладают высокой агробиологической эффективностью, и их широкое внедрение в сельское хозяйство представляет собой перспективное направление для повышения продуктивности растениеводства.

ABSTRACT

In this study, maize seeds were initially irradiated with ultraviolet light (UVL) at wavelengths of 253.7 and 300 nm. During the vegetation period, the plants underwent three additional UVL treatments and were irrigated with electro-activated water (catholyte and anolyte). The experiments were conducted in the Fergana and Namangan regions during 2023–2024 on two maize varieties: “Uzbekistan 601” and “Uzbekistan 300”. According to the results, the third variant (a combination of UVL and electro-activated water) yielded 64 centners per hectare of grain and 441.35 centners per hectare of silage, which is 27 % and 40 % higher, respectively, than the control group. The findings indicate that the application of electro-technological and ultraviolet methods in agriculture offers high agrobiological efficiency and is a promising approach for increasing crop productivity.

Ключевые слова: кукуруза, семена, почва, растение, ультрафиолетовое излучение, электроактивированная вода, биометрические показатели.

Keywords: maize, seed, soil, plant, ultraviolet radiation, electroactivated water, biometric indicators.

Введение

Как известно, в соответствии с Указом Президента Республики Узбекистан № ПФ-5853, в Стратегии развития сельского хозяйства Республики Узбекистан на 2020–2030 годы предусмотрены задачи, такие как: «...внедрение механизмов по снижению участия государства в отрасли и повышению инвестиционной привлекательности, предполагающих увеличение притока частного инвестиционного капитала для модернизации, диверсификации и устойчивого роста аграрного и продовольственного сектора, рациональное использование земельных и водных ресурсов, повышение производительности труда в фермерских хозяйствах, улучшение качества продукции» [3].

А.А. Шевченко провёл наиболее эффективный эксперимент по определению воздействия озонно-воздушной смеси на семена кукурузы. На основе результатов эксперимента можно утверждать, что положительное влияние озонно-воздушной смеси на семена кукурузы наблюдается при экспозиции от 3 до 9 минут с различными концентрациями. Поэтому было принято решение провести полный факторный эксперимент, в котором изучалось влияние озонно-воздушной смеси на энергию прорастания, всхожесть и силу роста семян кукурузы. Полный факторный эксперимент был проведён в оптимальной области по четвёртой схеме, где уровень концентрации варьировался на четырёх временных уровнях. Таким образом, при выдержке в течение одного дня и обработке в течение 7 минут при концентрации 24 мг/м³, энергия прорастания увеличилась примерно на 2 %; через 10 дней – на 4,5%; ещё через 10 дней уровень повысился до 10,5 %, и спустя ещё 10 дней началось снижение, достигнув 9 %. На основании этого можно сказать, что озон полностью поглощается и активизирует внутренние процессы в течение 20 дней [6].

Исследования А.М. Кузиной, Н.М. Березкиной и других по воздействию излучения на семена перед посевом показали [1], что это сокращает срок созревания растений, способствует увеличению урожайности и улучшает качество урожая – в частности, наблюдается повышение содержания сахаров, витамина C и каротина в собранных овощах. Результаты исследований М.М. Цимбала и В.М. Чижа позволили рекомендовать использование ионизирующего излучения радиоактивных изотопов [5].

В настоящее время основными проблемами в выращивании кукурузы являются изменения климата, ограниченность водных ресурсов, биологические угрозы, деградация почв и увеличение распространённости заболеваний. Для решения этих проблем в сельском хозяйстве широко применяются различные химические методы борьбы с болезнями и повышения урожайности. Однако в последнее время растет спрос на экологически чистую продукцию.

В проводимом научном исследовании предлагается комплексная и поэтапная электромеханическая обработка семян, почвы и растений перед посевом кукурузы. Суть технологии заключается в следующем:

Обработка семян: электрообработка семян с использованием электрических полей способствует улучшению развития корневой системы. Электрический ток может ускорить процессы прорастания семян. Обработка семян в электрических полях позволяет их обеззараживать и повысить потенциал урожайности.

Электрообработка почвы: электротерапия почвы улучшает её качество и стимулирует активность микроорганизмов. Эта технология способствует увеличению числа полезных бактерий в почве, а также обогащению почвы питательными веществами. Электрические поля способствуют лучшему удержанию влаги в почве и повышают эффективность её использования.

Электротехнологическая обработка растений: электротехнологическое воздействие на растения способствует улучшению фотосинтеза и обмена веществ. Контролируемое воздействие ультрафиолетового излучения повышает устойчивость растений к стрессовым условиям. Кроме того, электрические поля улучшают поглощение влаги и питательных веществ растениями.

Материалы и методы исследования

Ниже приведена классификация данной агроэлектротехнологии. Согласно технологии выращивания кукурузы в сельском хозяйстве, весной и осенью осуществляется обработка участка под посев, после чего производится подготовка почвы к посеву семян и их высев с помощью техники.

В агроэлектротехнологическом методе, до посева кукурузных семян в поле, они подвергаются электромеханической обработке. Перед посевом семена облучаются ультрафиолетовым излучением (УФИ). После облучения семена высеваются в почву, и в период перехода от первой стадии к второй, когда семена уже проросли, растения вновь облучаются УФИ и поливаются электроактивированной водой. Наряду с этим агротехническим процессом, также осуществляется электромеханическое воздействие на растения и почву [2].

Рисунок 1. Облучение семян кукурузы ультрафиолетовым излучением (УФИ) перед посадкой и определение биометрических показателей в период вегетации

Перед посевом семена были подвергнуты электромеханической обработке и посеяны в землю 14 апреля. В течение вегетационного периода также проводились агроэлектротехнологические обработки растений и почвы.

Результаты исследований

Сравнительные исследования данной агроэлектротехнологии с традиционной агротехнологией выращивания кукурузы в производственных условиях показали, что электромеханическое воздействие на семена, почву и растение оказывает значительное влияние на режимные процессы роста в условиях трёхфакторного экспериментального исследования.

Ниже представлены методика проведения эксперимента и полученные результаты.

Исследования проводились в 2023–2024 годах на полях фермерских хозяйств и научно-исследовательских станций в Наманганской и Ферганской областях.

Основной эксперимент был проведён на сортах кукурузы «Узбекистан 601» и «Узбекистан 300» на базе Ферганской научно-исследовательской станции Института зерновых и бобовых культур (Бешарыкский район, Ферганская область).

Анализы проводились в научно-исследовательских лабораториях кафедр «Электротехнологии» и «Химическая технология» Кокандского филиала Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова [8].

В ходе исследований вместо традиционных химических методов борьбы с болезнями применялась комплексная агроэлектротехнология:

На первом этапе – облучение семян ультрафиолетовым излучением (УФИ),

Затем обработка водой, активированной постоянным электрическим током (электроактивированная вода, ЭАВ), с разделением на анолит и католит.

Методика эксперимента

Площадь опытного участка составляла 0,4 га. Исследования проводились на двух сортах: «Узбекистан 601» и «Узбекистан 300». Опыт был разделён на 3 части, каждая из которых повторялась 3 раза.

В каждом участке были реализованы 3 варианта обработки:

1 вариант (контроль): традиционная технология без применения УФИ и ЭАВ;

2 вариант: обработка семян УФ-излучением с длиной волны 253,7 нм и 300 нм перед посевом;

3 вариант:

– обработка семян УФ-излучением (253,7 нм и 300 нм);

– в течение вегетации — трёхкратное облучение растений тем же УФИ (до 4-й стадии развития кукурузы);

– полив католитом (pH 9–11) и анолитом (pH 3–4).

Контрольные растения не подвергались облучению УФ-излучением в период вегетации.

Электрохимическая активация проводилась в диафрагменных электролизёрах. Диафрагма изготовлена из брезентового материала. Анод – из кислотостойкого материала; катод – из щелочестойкого материала. При подаче постоянного тока: положительно заряженные катионы движутся к катоду, отрицательно заряженные анионы – к аноду. На катоде происходят восстановительные процессы с образованием водорода и гидроксидов, что повышает щелочность среды. На аноде происходит окисление, при этом образуются кислые компоненты.

Используемое оборудование: для облучения использовались устройства, способные генерировать УФ-излучение в диапазонах A (253.7 нм) и B (280–320 нм) при напряжении 220 В переменного тока. Устройства начинают генерировать излучение нужного диапазона через 2 минуты после включения. Облучатель регулируется по расстоянию, эффективно воздействует на растения с дистанции 15 см.

Измерение спектра излучения: определяется как сумма спектральной энергий освещённости от всех ближайших источников света (N), влияющих на обрабатываемую рабочую поверхность. Формула включает параметры общей и локальной освещённости.

=)/+

Здесь:

(λ)/ – пространственная спектральная плотность излучения в направлении от рабочего источника до расчетной точки, Вт/ср (ватт на стерадиан);

 – высота подвеса рабочего источника над обрабатываемой поверхностью, м;

 – расстояние от рабочего источника до расчетной точки в проекции на горизонтальную плоскость, м [4].

При проведении эксперимента в трёхкратной повторности, при длине каждого повторения 20 метров, урожай с одного погонного метра рядка составил 2,34 кг.

Эксперименты были проведены в 2023–2024 годах на опытных полях Ферганской научно-исследовательской станции Института зерновых и бобовых культур (Бешарыкский район, Ферганская область), на орошаемых лугово-лувисольных почвах [7; 9; 10].

Схема эксперимента: опыт состоял из трёх вариантов, каждый из которых проводился в четырёхкратной повторности и четырёх ярусах, с размещением вариантов по методу рандомизации. Ширина междурядий: 60 см, длина делянки: 50 м, площадь одной делянки: 240 м², учётная площадь: 120 м², общая площадь эксперимента: 0,576 га.

В опыте использовались внесённые в Государственный реестр сорта кукурузы «Узбекистан 601» и «Узбекистан 300».

Норма высева:

Сорт: «Узбекистан 601» масса 1000 семян: 320–340 г, в среднем – 330 г,схема посева: 60 × 20 × 1,количество растений на гектар: 83 000,расчёт: 330 × 83 000 = 27 390 000 : 1000 = 27,4 кг/га, на одну делянку использовано: 0,66 кг (660 г), всего на 4 повторения: 7,92 кг

Сорт: «Узбекистан 300» масса 1000 семян: 300–320 г, в среднем – 310 г, схема посева: 60 × 20 × 1, количество растений на гектар: 83 000, расчёт: 310 × 83 000 = 25 730 000 : 1000 = 25,73 кг/га, на одну делянку использовано: 0,62 кг (620 г), всего на 4 повторения: 7,44 кг

14 апреля 2024 года на поле «Ферганской научно-исследовательской станции Института зерновых и бобовых культур» были посеяны оба сорта – «Узбекистан 601» и «Узбекистан 300» – в полевых условиях.

Таблица 1.

Влияние использования ультрафиолетового излучения на биометрические показатели при выращивании кукурузы

Воздействие электротехнологической обработки семян кукурузы на их биометрические показатели представлено в таблице 1, а результаты урожайности в таблице 2.

Таблица 2.

Эффективность применения ультрафиолетового излучения на урожайность зерна и силоса 

По результатам, приведённым в таблице, наивысшая средняя урожайность была зафиксирована в варианте 3 и составила 64 центнера с гектара.

Поле, выделенное для проведения эксперимента, было засеяно по вариантам, указанным во 2-й таблице.

Семена кукурузы подвергались ультрафиолетовой (УФ) обработке перед посевом с помощью облучателя, оснащённого бактерицидными лампами P₂₅₄+P₃₀₀ мощностью по 60 Вт, с интенсивностью обработки 0,5 м/сек.

После этого семена высевались механическим способом. Во время вегетации растения и почва подвергались тройному УФ-облучению с теми же облучателями перед каждым поливом. Таким образом, был организован трёхфакторный эксперимент.

Урожай был собран 25 июля. Из каждого варианта и контроля отбиралось по 5 растений, у которых определялась масса початков.

Выводы

На основе результатов трёхфакторного эксперимента, проведённого в 2023–2024 годах в Наманганской и Ферганской областях, были получены следующие научно-практические результаты:

• улучшение биометрических показателей: в вариантах с применением УФ-облучения (УФО) высота растений, количество початков и масса 1000 зёрен были значительно выше по сравнению с контрольной группой. У сорта «Узбекистан 601» высота растений достигла 318 см, у сорта «Узбекистан 300» – 288 см, что на 14–16 % больше, чем в контроле.
• повышение урожайности зерна и силоса: наивысшая урожайность зерна (64 ц/га у сорта «Узбекистан 601») и силоса (441,35 ц/га) была зафиксирована в третьем варианте – при применении УФО как перед посевом, так и в период вегетации. По сравнению с контролем, урожайность зерна увеличилась на 15–27 %, а силоса – на 25–40 %. Сорт «Узбекистан 601» был признан наиболее результативным по биометрическим и урожайным показателям.

Рекомендации

В результате проведённого научно-практического исследования была достигнута высокая эффективность за счёт чисто электротехнологической обработки семян и стебля кукурузы.

Список литературы:

1. Кузин А.М.,  Березкина Н.М., Каушанский Д.А.  Предпосевное гамма-облучение семян сельскохозяйственных культур: разработка и внедрение метода предпосевного гамма-облучения семян с.-х. культур и произв. гамма- установки «Колос» в с.-х. практику. – М.: Атомиздат, 1976. – 151 с.
2. Мухаммадиев А., Юсупов Д., Отахонов Х. Электротехнология предпосевной обработки семян кукурузы ультрафиолетом // AGRO ILM. – № 3 [100]. – 2024.
3. Указ Президента Республики Узбекистан от 23 октября 2019 года № УФ-5853 «Об утверждении Стратегии развития сельского хозяйства Республики Узбекистан на 2020-2030 годы» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://lex.uz/ru/docs/4567337 (дата обращения: 07.06.2025).
4. Усмонов И.И. Обоснование параметров поэтапной электротехнологической обработки семян дыни: дис. ... канд. техн. наук. – Гульбахор, 2022.
5. Цымбал М.М., Чиж В. Использование ионизирующих излучений Со⁶⁰ для повышения устойчивости озимой пшеницы к твердой головне // Материалы симпозиума по применению биофизики в области защиты растений. – Л., 1961. – С. 22–23.
6. Шевченко А.А. Параметры электроозонирования для предпосевной обработки семян кукурузы : автореф. дис. ... канд. техн. наук. – Краснодар – 2005.
7. Юсупов Д.Р., Отахонов Х.Р. Технология электрификации повышения урожайности кукурузы // Научный журнал механики и технологий. – 2023. – № 3(12). – С. 165–170.
8. Юсупов Д.Р., Отахонов Х.Р. Электротехнологическая обработка семян для повышения урожайности кукурузы // Инновации в технологиях и естественном образовании. – 2023. – 1486–1492b.
9. Юсупов Д.Р., Отахонов Х.Р. Электротехнология борьбы с вредителями кукурузы // Коммерциализация результатов образования, науки, инноваций и научных исследований в высших учебных заведениях: проблемы и решения: сб. науч. ст. Республ. науч.-техн. конф. – 2023. – 319–322 б.
10. Юсупов Д.Р., Отахонов Х.Р. Электротехнология повышения плодородия кукурузы перед посевом // Проблемы и перспективы инновационной техники и технологий в агропродовольственном комплексе: сб. науч. ст. III Междунар. науч.-техн. конф. –  2023. – 402–404б.