Влияние слабых неионизирующих нетепловых электромагнитных полей (ЭМП) на биологические процессы в почвах и семенах было выявлено методом газовой хроматографии. Установлены суточные ритмы выделения углекислого газа и поглощения кислорода в герметичных образцах семян и почв в зависимости от влажности и времени обработки. Метод хроматографии является перспективным методом выявления ЭМП-стимуляции почвенных микроорганизмов и оптимизации ЭМП-праймирования семенных культур.

Ключевые слова: биоактивация семян, биостимуляция почвы, электромагнитное поле, ЭМП, Гц, хроматография, потребление кислорода, выделение углекислого газа, выделение водорода, дистанционная ЭМП-обработка

Влияние обработки сельскохозяйственных культур известно давно. Эти исследования подтвердили эффективность ЭМП для улучшения качества растений, увеличения урожая и его сохранности. В настоящее время слабые ЭМП привлекают внимание многих лабораторий, тесно связанных с новыми технологиями в сельском хозяйстве. Авторы настоящего исследования применили дистанционный метод неинвазивной электромагнитной терапии «ТОР» (аппарат «ТОР», сертифицированный Росздравнадзором для лечения больных SarsCov-2 от 29 сентября 2021 г. (№ 2021/15459), успешно показал себя во время пандемии COVID-19 2021-2023 гг. ) в сельскохозяйственных целях.

Эти публикации подтвердили положительный опыт стимулирования роста растений методом ЭМП, что уже наблюдалось в последние три десятилетия разными группами исследователей. Однако есть мало публикаций, касающихся обработки ЭМП сельскохозяйственных почв. Более того, авторам данного исследования не удалось найти надежных исследований по газохроматографическим измерениям концентраций CO2 , NOх и т. д. для изучения семян и почв, обработанных ЭМП. Стоит отметить, что газовая и жидкостная хроматография является признанным методом точных измерений в физике, химии и иных технических исследованиях. В настоящей работе демонстрируются перспективы использования междисциплинарных методов для применения слабых ЭМП в технологиях сельского хозяйства.

Материалы и методы

Обработку семян и почвы проводили аппартом «ТОР»тм (АО «Концерн ГРАНИТ» ). Время воздействия составило 10 мин. Выбраны: частота импульсов ЭМП – 58 Гц, мощность излучателя – 9 Вт, расстояние между излучателем установки «ТОР» и образцами – 5 м. Обработанные и необработанные (контрольные) образцы упаковывали в контейнеры с мембраной объемом 20 мл, обеспечивая герметичность и готовность проб к газовой хроматографии. Анализы основных газообразных продуктов метаболизма сухих семян и почвенной микробиоты проводили на хроматографе ЦВЕТ-800 с детектором теплопроводности по методике, описанной в . Типичная хроматограмма представлена на рис. 1. Были отобраны образцы почвы и семян следующих культур: 1 – горох «Немчиновский 50»; 2 – пшеница «Сократ»; 3 – пшеница «Злата»; 4 – яровой ячмень «Владимир»; 5 – подсолнечник «Кречет»; 6 – почвенный материал из Ненецкого автономного округа Российской Федерации, г. Нарьян-Мар; 7 – почва Московской области, г. Одинцово. Почвы г. Нарьян-Мара: почва супесчаная, окультуренная, слабокислой реакции, не отличается высокими показателями плодородия. Агрохимические характеристики: рНводн. 6,6–6,8; рН солевой 5,8-6,0; С орг. 1,40-1,45 %; Nорг 0,6–0,7 %, Р2 О5 – 0,18–0,21 %. Почвы Московской области (ВНИИССОК, г. Одинцово): почвы опытно-производственной базы ФГБНУ ФНЦО дерново-подзолистые среднесуглинистые. По содержанию гумуса в пахотном слое почвы относятся к слабогумусным, с низкой обогащенностью гумуса азотом и невысоким содержанием лабильного органического вещества. В составе гумуса преобладают фульвокислоты, тип гумуса – гуматнофульватный.

По комплексу физико-химических свойств и составу поглощающего комплекса почвы характеризуются реакцией среды от близкой к нейтральной до нейтральной и не требуют первоочередного известкования. Гидролитическая кислотность очень низкая, сумма поглощенных оснований повышенная. Содержание подвижных форм азота, определяемого по Корнфилду, очень низкое. Подвижный фосфор в изучаемых почвах характеризуется очень высокой обеспеченностью по Кирсанову (более 250 мг/кг почвы). Содержание обменного калия характеризуется обеспеченностью от средней до повышенной. Пробы взяты в осеннее время (сентябрь 2024 г.), после вегетации овощи/картофель (Нарьян-Мар), сидераты (викоовсяная смесь) (Московская область, ВНИИССОК).

Обработка грунтов Аппаратом «ТОР» проводилась 16 января 2024 г., влажность грунтов при обработке: 9 %. Вес семян и почвы во всех емкостях составил 5 г. Упакованные образцы хранились в герметичных емкостях с мембраной при комнатной температуре в течение семи суток, после чего отбирались и анализировались пробы газовой фазы.

Результаты и их обсуждение

Результаты представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, имеются заметные различия между количеством кислорода и углекислого газа в контрольных и ЭМП-обработанных образцах.

Во всех контрольных образцах уровень кислорода практически не изменился и соответствует его примерному содержанию в атмосфере. Однако в ЭМП-обработанных образцах заметно потребление кислорода с одновременным увеличением содержания СО2 .

Таким образом, слабое неонизирующее нетепловое ЭМП активировало биологические процессы как в семенах, так и в почве. Это особенно заметно для образцов 1, 2, 5 и 6. На примере образцов «1-обработанный» и «1-контроль» решалась следующая задача: проследить за изменением состава газовой фазы в контейнерах с семенами гороха со временем. Для этого в контейнеры сначала вносили воду (1 мл ежедневно), затем по мере снижения содержания кислорода вместе с водой вводили воздух (от 2 до 4 мл, каждые восьмые сутки).

Таблица 1
Результаты газовой хроматографии образцов сухих семян и почв, обработанных аппаратом «ТОР» в течение 10 мин. с расстояния 5 м, проведенной через семь суток с момента обработки.

Было установлено, что содержание кислорода при всех сроках воздействия для ЭМП-обработанного образца заметно ниже, чем у контрольного образца (рис. 2). Следует отметить, что кривые для обоих образцов идентичны. Очевидно, что процессы прорастания семян следуют одному и тому же механизму, заметная разница заключается только в скорости процессов. В связи с уменьшением количества кислорода практически до нуля для предотвращения гибели семян на восьмые сутки процесса в контейнеры кроме воды был добавлен воздух (резкое увеличение кислорода на графике).

 Из рис. 2 следует, что ЭМП-обработанный образец оказался более активным. Ход кривых образования углекислого газа подтверждает положительное влияние ЭМП-воздействия на метаболизм семян (рис. 3). Снижение содержания СО2 после восьми суток также связано с введением воздуха в контейнеры. Появление водорода, достигающего максимума к 8-10 суткам (рис. 4), очевидно, связано с расходованием собственных запасов АТФ клетками семян. Здесь стоит отметить, что общее количество молекулярного водорода составляет около 30 % от общей газовой фазы (объемные проценты).

Рисунок 2. Кинетические графики изменения содержания кислорода

Возникает естественный вопрос: являются ли указанные выше эффекты биостимуляции универсальными или связаны со спецификой дистанционного воздействия импульсными ЭМП со сверхширокополосными спектрами? Биостимулирующие эффекты дистанционной ЭМП-обработки были надежно обнаружены на расстояниях до 900 м. Для ответа на поставленный вопрос авторы сконструировали плоский конденсатор (две металлические параллельные пластины 100×100 мм на расстоянии 60 мм, аналогичные использованным в работе),

в котором обрабатывали почвы и семена в течение 10 мин прямоугольными импульсами с частотой 58 Гц и с той же скважностью импульсов, что и в статье.

Рисунок 3. Кинетические графики образования углекислого газа.

Результаты ЭМП-обработки семян и почв конденсатором не были столь выражены и «оркестрированы», как под воздействием аппарата «ТОР» (табл. 1), но тем не менее влияние ЭМП было ощутимо уже через 48 ч после обработки (табл. 2). Из табл. 2 отчетливо видно, что микробиота почвы менее чувствительна к ЭМП конденсатора, чем семена, и в целом более чувствительна к ЭМП Аппарата «TOР». Для лучшей воспроизводимости результатов методом газовой хроматографии необходимо учитывать внутрисуточные и циркадные ритмы метаболизма биостимулированных семян и микробиоты почвы.

Рисунок 4. Кинетические графики образования водорода.

Таблица 2. Результаты газовой хроматографии сухих семян и почв, обработанных конденсатором,
через двое суток после 10-минутной экспозиции

Выводы

 1. Разработан междисциплинарный метод изучения влияния слабого неионизирующего нетеплового электромагнитного поля (ЭМП) на семена и почвы с помощью метода газовой хроматографии.

2. Установлено влияние ЭМП на биостимуляцию семян и почв путем обнаружения заметных количеств эманаций водорода, углекислого газа и потребляемого кислорода в герметичных образцах ЭМП-обработанных семян и почв.

3. Технология «TOР» имеет потенциал для непосредственной биоактивации как засеянных, так и находящихся под паром сельскохозяйственных угодий больших площадей.