Роль и значение лазерного излучения в эффективности овощеводства

Аннотация: В работе рассмотрены методы и технологические приемы лазерного облучения, применяемые при производстве сельскохозяйственной продукции. Выявлены преимущества применения лазерного облучения в овощеводстве. Сделаны выводы, что в результате лазерной обработки семян не только повышается урожайность сельскохозяйственных культур, но и улучшаются их свойства. Достоинства подобной обработки позволяют рекомендовать лазерную технологию при выращивании сельскохозяйственных культур, как в крупных, так и в мелких фермерских хозяйствах. 

В современных условиях решения вопросов продовольственной безопасности ученые аграрии и экономисты активно проводят исследования по применению инновационных, ресурсосберегающих технологий в процессе производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции. Одно из направлений – применение лазерной обработки – представляет наибольший интерес для специалистов, занимающихся вопросами экономики овощеводства. Определенные исследования в этой области уже проведены. Так, специалистами ФГБОУ ВО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия» проведены исследования воздействия лазерного излучения на качество хранения овощных культур, в результате чего на примере столовой моркови установили их положительное влияние на повышение сохранности корнеплодов. В свою очередь ученые Инженерного центра «Садпитомникмаш», созданного на базе ФГБНУ ВНИИ садоводства им. И. В. Мичурина, разработали метод лазерного анализа микроструктуры плодов для обнаружения их механических повреждений.

Большое количество публикаций по лазерной обработке указывает на важность данной проблемы. Представленная в них информация всесторонне освещает состояние вопроса, позволяя выявить как позитивные стороны, так и наиболее важные противоречия и ошибки.

Методы и технологические приемы лазерного облучения растений начали разрабатывать еще в шестидесятые годы. Достаточно быстро они получили широкое распространение в нашей стране и за рубежом.

Применение лазерного воздействия в современной биологии, медицине и сельском хозяйстве можно условно разделить на два направления:

1. Применение лазерного облучения с целью вызвать определенные изменения в биологическом объекте;
2. Применение лазерного облучения с целью получения информации о биологическом объекте при неповреждающем, по возможности, воздействии на него.

В аграрном производстве к первому направлению можно отнести предпосевную обработку семенного и посадочного материала, обработку посевов и посадок в период вегетации и послеуборочную обработку урожая.

Ко второму направлению – методы спектрального анализа, в частности, различные виды абсорбционной молекулярной спектроскопии.

Из первого направления, наибольшее практическое значение имеет предпосевная обработка семенного и посадочного материала.

Как показывают результаты научных исследований, лазерные технологии нашли широкое применение в овощеводстве. Положительную роль сыграли разработанные во ВСХИЗО «Рекомендации по предпосевной лазерной обработке семян овощных культур» (1988).

Погодные условия 2010 года нанесли сельскому хозяйству России катастрофический урон – гибель сельскохозяйственных культур произошла на площади более 13 млн га, или 17 % от общей посевной площади или 30 % от посевной площади зерновых культур в РФ.

Значительно пострадала также кормовая база животноводства, в том числе и посевы трав.

Если предсказания специалистов об аномальной жаре в последующие годы продолжат сбываться, то вопрос получения урожаев в условиях засушливого климата становится первостепенным для отечественных сельхозпроизводителей. В то же время сегодня можно уверенно констатировать, что современная наука имеет в наличии новые, но уже многократно проверенные на практике лазерные биотехнологии, которые в 2…3 раза снижают пагубные последствия засухи и позволяют получать достойные урожаи сельскохозяйственных культур, в том числе в овощеводстве, даже в экстремально аномальных погодных условиях.

Российскими исследователями разработан ряд физических технологий для предпосевной обработки семян и посевов (плазменные, электромагнитные, гамма-технологии и лазерные) и устройства для их осуществления.

Многолетними исследованиями доказано, что лазерная обработка (для этих целей используется низкоинтенсивное красное лазерное излучение с длиной волны 630…670 Нм) чрезвычайно полезна для семян, вегетирующих растений и плодов.

При этом следует подчеркнуть, что такая обработка совершенно безопасна, она полностью исключает генетическую мутацию и не приводит к отложенным опасным последствиям для человеческого организма.

Было установлено, что получаемый эффект зависит от многих факторов: биологических особенностей объектов исследования, вида, дозы, срока, продолжительности облучения, от внешних условий (низкие температуры, засуха, редуцированный режим минерального питания и др.).

При лазерной обработке семян картофеля, свеклы увеличивается плотность корнеплодов, что повышает их устойчивость к механическим повреждениям при уборке и перевозке, способствует лучшей сохранности.

Фунгицидные свойства лазерного луча основаны на активации лазерным светом механизма сверхчувствительности растений, когда в ответ на появление патогенов растение начинает интенсивно продуцировать физиологически активные соединения – активные формы кислорода, этилен, лигнин. Первые разрушают стенки фитопатогенов, а этилен и лигнин способствуют созданию придермального барьера, препятствующего проникновению и развитию патогенов в тканях растений.

Лазерная обработка дает прекрасные результаты при воздействии не только на сами растения, но и на посевной материал (семена, клубни, луковицы), который, как известно, хлорофилла еще не содержит.

В этом случае световая энергия не тратится на процесс фотосинтеза, а, преобразуясь в фотохимическую, запасается и затем расходуется во время прорастания и на всех стадиях вегетации. Семена быстрее и дружнее всходят, у проростков раньше образуются корни, площадь листьев оказывается большей, а корневая система — разветвленнее. В большем количестве и раньше созревают плоды.

Полевые испытания показали высокую адаптацию лазерной технологии к условиям промышленного сельского хозяйства. Лазерная установка ЛУ-2 эффективна как при облучении больших объемов семян, так и посевов на полях, достаточно проста в эксплуатации.

С 1991 года в странах ЕЭС проводятся реформы, направленные на ограничение использования химических средств и, в первую очередь, фунгицидов при возделывании зерновых культур. Перспективной альтернативой химическим методам является разработка и внедрение лазерных технологий, включающих предпосевную обработку семян как зерновых, технических, так и овощных культур для их обеззараживания, стимуляции роста и развития растений при их обработке на полях и индукции устойчивости к ряду болезней в процессе вегетации. Приемы лазерной агротехники используются в комплексе с другими традиционными агротехническими мероприятиями и с минимальными затратами вписываются в существующий порядок сельскохозяйственных работ.

Применяемый лазерный луч в видимой красной области спектра длиной волны λ = 632…670 Нм – это часть энергии солнечного спектра, которую улавливают зеленые пигменты растений и осуществляют фотосинтез. Эта часть спектра визуально контролируется при обработке семян в зернохранилище и растений на полях. Из литературы известно, что лазерное излучение как источник когерентных фотонов вызывает энергетическую накачку биологических объектов. Такие свойства лазерного луча, как монохроматичность, когерентность и поляризация, позволяют воздействовать избирательно на определенные структуры живых клеток, оказывают резонансное действие, ведущее к интенсификации физиологических процессов, т. е. открывают путь к практическому применению лазера для стимуляции роста и развития растений, повышению продуктивности и качества, а также индукции устойчивости растений к болезням.

Кроме того, открытое явление самовозбуждения на основе биоэнергетического взаимодействия позволяет проводить обработку только части объема семян в бурте, что резко снижает трудоемкость процесса лазерной активации и выгодно отличает ее от других физических способов обработки семян (магнитной, электромагнитной, ультразвуковой и др.). Физика распространения энергии в бурте семян – одна из малоизученных областей знаний. Это целая взаимосвязанная цепочка, начиная с физических явлений и заканчивая биологическими. То есть речь идет о молекулярном уровне воздействия на нижележащие слои трансформацией энергии. В клетках зародыша и эндоспермы при лазерной обработке семян наряду с процессом поглощения индуцируется слабое вторичное излучение, за счет которого обеспечивается энергообмен между семенами. На базе лазерных генераторов в мировой практике разработан ряд специализированных установок, имеющих главный недостаток, из-за которого они не получили широкого распространения в сельскохозяйственном производстве. Установки недостаточно адаптированы к промышленному сельскохозяйственному производству, где требуется перед посевом обработать несколько сотен тонн семян.

Кроме того, внедрение данной технологии дает возможность стабилизации экологической обстановки на сельскохозяйственных угодьях, поскольку лазерная технология является экологически чистой и позволяет добиться результата без применения химических средств защиты растений или при значительном снижении объема их использования (варианта интегрированного применения лазерной обработки и (в ограниченном объеме) химических средств).

В результате лазерной обработки семян не только повышается урожайность сельскохозяйственных культур, но и улучшаются их свойства. Все эти положительные достоинства позволяют рекомендовать лазерную технологию при выращивании сельхозкультур как в крупных, так и в мелких фермерских хозяйствах.

Список литературы

1. Коротких Ю. С. Меры поддержки технической и технологической модернизации сельского хозяйства Российской Федерации // Наука без границ. - 2016. - № 4 (4). - С. 14-18.
2. Коротких Ю. С. Современные проблемы и пути развития машинно-технологических станций в Российской Федерации // Наука без границ. - 2017. - № 8. - С. 5-8.
3. Коротких Ю. С., Чутчева Ю. В. Современное состояние машинно-тракторного парка в Российской Федерации: основные тенденции и перспективы развития // Международный технико-экономический журнал. - 2016. - № 6. - С. 25-29.
4. Коротких Ю. С. К вопросу о развитии машинно-технологических станций // Актуальные проблемы в современной науке и пути их решения : сб. статей по материала Международной научно-практической конференции (Москва. 31 октября 2017). - М. : УМЦ «Триада», 2017. - С. 72-78.
5. Полевой Д. И., Чутчева Ю. В. Современное состояние и перспективы развития рынка овощной продукции : монография. - М. : ООО «УМЦ «ТРИАДА», 2014. - 173 с.
6. Эффективность отечественного овощеводства / С. С. Литвинов, Ю. В. Чутчева, М. В. Шатилов, А. В. Башкиров // Экономика сельского хозяйства России. - 2016. - № 6. - С. 37-43.
7. Чутчева Ю. В., Залтан Е. И. Актуальность производства продукции овощеводства в решении вопросов продовольственной безопасности на материалах Московской области // Международный технико-экономический журнал. – 2015. - № 5. - С. 45-49.

 

Материал поступил в редакцию 04.05.2018
© Чижиков М. С., Залтан Е. И., 2018