Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Москва, Россия 6 Федеральный научный центр овощеводства, Московская область, ВНИИССОК, Россия 7 Кабардино-Балкарский государственный университет имени Х. М. Бербекова, Нальчик, Россия
Реферат. Внедрение беспилотных авиационных технологий в сельскохозяйственную практику является перспективным для развития отрасли, а использование обработки аппаратом «ТОР» с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА) – эффективный способ биостимулирования посевов, благодаря более точным техническим возможностям, позволяющим получить увеличение всхожести и качества посевов. Цель исследования – изучение использования беспилотных авиационных технологий для дистанционного биостимулирования посевов зерновых культур. Для данного исследования использовали: семена и проростки озимой пшеницы сорта Сократ селекции АО «Щелково Агрохим»; аппарат электромагнитного излучения (ЭМИ) «ТОР», установленный на БПЛА «Ось-25» производства АО «Концерн ГРАНИТ». Аппарат генерирует электромагнитное излучение с частотой импульсов до 150 Гц и имеет регистрационное удостоверение в Росздравнадзоре. Эксперименты проводились с использованием сухих семян и посевов в грунт. Семена подвергались воздействию электромагнитного излучения с высоты 300 и 600 метров. Посевы обрабатывались с высоты 200 и 350 метров. При этом контрольные образцы не подвергались обработке. Повторность экспериментов составила семь раз, с использованием по 50 семян на каждую повторность. В результате воздействия электромагнитным излучением с беспилотного летательного аппарата на семена и проростки с высоты 300 и 600 метров активировались метаболические процессы, и усилилось клеточное дыхание в них. Обработка с высоты 200 метров показала более выраженный эффект, предположительно из-за меньшего рассеивания сигнала. В результате обработки проростков пшеницы с помощью аппарата «ТОР» их средняя масса увеличилась примерно на 30% по сравнению с контрольной группой. Предварительная обработка семян пшеницы аппаратом «ТОР» с использованием БПЛА оказала положительное влияние на процессы ускоренного метаболизма растительных клеток. Таким образом, испытанная технология стимулирования с применением БПЛА позволяет увеличивать всхожесть сельскохозяйственных культур и их развитие при многократном увеличении производительности аппарата «ТОР».
Ключевые слова: аппарат «ТОР», электромагнитное излучение, пшеница озимая (Triticum aestivum L.), урожайность, всхожесть, газовая хромотография
И. Ф. Турканов, Е. В. Бондарчук, В. Г. Грязнов, И. В. Кузьмина, П. Н. Болоцкова, И. М. Кайгородова, А. С. Шабаев
Автор, ответственный за переписку: Ирина Викторовна Кузьмина
Введение. Для обеспечения продовольственной безопасности, увеличения производства сельскохозяйственной продукции и эффективного использования ресурсов в настоящее время востребованы различные методы повышения урожайности. Используемые для этого технологии имеют ряд недостатков: экологическая нагрузка, высокие затраты, ограниченная устойчивость растений к стрессам и болезням, истощение ресурсов, невозможность применимости в различных климатических условиях. Применение физических воздействий, таких как магнитные и электрические поля, являются безопасными физическими факторами, которые испытываются и применяются в реальном сельскохозяйственном производстве. Повышение урожайности и качества продукции достигается за счёт более полной реализации генетического и физиологического потенциала растений после обработки электромагнитными излучениями (ЭМИобработка) в оптимальных дозах. В работах при испытании электромагнитного воздействия аппарата «ТОР» было показано, что обработка слабыми электромагнитными полями способствовала повышению урожайности различных сельскохозяйственных культур. Так, обработка клубней нескольких сортов картофеля аппаратом «ТОР» перед посадкой позволила увеличить их выход на 10% , на зерновых культурах (пшенице озимой и ячмене яровом) было отмечено увеличение урожайности на 40% . С помощью газовой хроматографии было доказано влияние ЭМИ аппарата «ТОР» на качество сельскохозяйственных почв и семян. Помимо представленных способов использования аппарата «ТОР», таких как дистанционная обработка воздушно-сухих семян (клубней) перед посевом и обработка полей после посева, испытан ещё один перспективный способ – авиаобработка с использованием БПЛА. Этонаправление является перспективным, так как беспилотные технологии, применяемые в сельскохозяйственной практике, позволяют проводить обработки сельскохозяйственных угодий, осуществлять мониторинг посевов и имеют большие технические преимущества по сравнению с обычными способами, используемыми в сельскохозяйственной практике. Цель исследования – изучение использования беспилотных авиационных технологий для дистанционного биостимулирования посевов зерновых культур. В данной работе авторами проведена оценка способа праймирования семян пшеницы озимой аппаратом «ТОР» c использованием БПЛА. В отличие от наземной обработки, использование БПЛА позволит более равномерно обрабатывать посевные площади за счёт контроля качества потока ЭМИ на единицу площади. Материалы и методы. Материал исследования – семена и проростки пшеницы озимой сорта Сократ (селекции АО «Щелково Агрохим»); аппарат электромагнитной обработки «ТОР» производства АО «Концерн ГРАНИТ», установленный на БПЛА (модель «Ось-25» производства АО «Концерн ГРАНИТ»), оснащённый датчиками контроля работы и точной системой навигации (рис. 1).
Рисунок 1 – БПЛА (модель «Ось-25») со встроенным аппаратом «ТОР»
Скорость полёта БПЛА – не более 80 км/ч, взлётный вес в снаряжённом состоянии – до 28 кг, продолжительность полёта без подзарядки – до четырёх часов. Частота импульсов электромагнитного излучения аппарата «ТОР» – не более 150 Гц. Медицинская версия прибора зарегистрирована в Росздравнадзоре Минздрава РФ [5]. Суммарная экспозиция ЭМИ обработки образцов – 10 минут. Испытания проводились в марте и апреле 2025 года, каждый раз не менее чем с двух высотных эшелонов. Опыт 1 – сухие семена, обработанные ЭМИ аппарата «ТОР», встроенного в БПЛА, при высоте 300 и 600 м; контроль – без обработки.
Опыт 2 – семена, посеянные в грунт в контейнеры, обработанные ЭМИ аппарата «ТОР», установленного на БПЛА, с высоты 200 и 350 м; контроль – без обработки. Повторность – семикратная. Число семян в повторности – 50 шт. Схема полёта БПЛА показана на рисунке 2. Учёты и наблюдения. Опыт 1. Хроматографический анализ газовой пробы на содержание H2 , CO2 , NH3 , O2 в контрольных и опытных образцах с помощью хроматографа ЦВЕТ-800 на 1-е, 2-е, 6-е, 8-е и 15-е сутки. Определение относительного изменения объёма выделяемого газа за промежуток времени, рассчитанное по формуле: (n – k) / k,
Рисунок 2 – Схема обработки
1 – БПЛА; 2 – аппарат «ТОР»; 3 – «конус» покрытия электромагнитным полем, генерируемым аппаратом «ТОР»; 4 – воздушно-сухие семена и семена, посеянные в грунт в контейнеры пшеницы озимой.
Рисунок 3 – Динамика изменения содержания газов H2 , CO2 , NH3 , O2 в пробах обработанных образцов с течением времени относительно содержания газов в контрольных пробах без обработки
где n – объём выделяемого газа после обработки на определённой высоте; k – объём выделяемого газа в контроле. Опыт 2. Оценка посевных качеств (всхожести) и сырой массы проростков пшеницы озимой опытных и контрольных образцов. Результаты и обсуждения. Опыт 1. Выделение газов H2 , CO2 , NH3 , O2 в пробах образцов после обработки было больше, чем в образцах контрольной группы (рис. 3). Обработка образцов на высоте 300 м оказывает более значительное воздействие на рост образцов по сравнению с обработкой на высоте 600 м. Выделение клетками растений данных газов говорит о качественных морфологических изменениях испытуемого образца. Повышенное выделение углекислого газа (CO2) указывает на большую активность метаболических процессов, таких как фотосинтез и клеточное дыхание.
Рисунок 4 – Проростки пшеницы озимой: контроль; опытные варианты, обработанные с высоты 200 и 350 м
Рисунок 5 – Всхожесть семян пшеницы озимой после воздействия аппарата «ТОР» с использованием БПЛА
Усиленное выделение водорода и аммиака (H2 , NH3 ) говорит о стрессовом состоянии проростка, но также об ускоренном метаболизме в его клетках. При воздействии ЭМИ может ускоряться распад аминокислот (при эустрессе), что временно увеличивает выделение NH3 . Если растение здоровое, ЭМИ может стимулировать ассимиляцию азота, снижая потери NH3 . Таким образом, в семенах и проростках после воздействия электромагнитным излучением с БПЛА на высоте 300 и 600 м активируются метаболические процессы, и усиливается клеточное дыхание. Повышение выделения газов (водорода, аммиака) можно интерпретировать как стрессовую реакцию растений на воздействие ЭМИ. Также отмечено, что со временем объём выделения исследуемых газов сокращается и приближается к контрольным значениям. Опыт 2. Отмечены различия между контрольными и опытными образцами, обработанными на разных высотах. Особенно это наблюдалось на посевных качествах семян после обработки и морфометрических параметрах исследуемых объектов (рис. 4). Образцы, подверженные обработке аппаратом «ТОР» с использованием БПЛА, имели более развитую корневую систему, чем у контрольных образцов, а число проростков после воздействия аппарата увеличилось почти на 10% для обоих эшелонов воздействия (рис. 5). Увеличение средней массы проростков пшеницы при воздействии аппарата «ТОР» составило около 30% по отношению к контролю (рис. 6). В данных экспериментах обработка с высоты полёта БПЛА 200 м позволила получить более выраженный эффект, вероятно, из-за меньшего рассеивания сигнала. На высоте 350 м воздействие было слабее, но также имело статистическую значимость.
Выводы. В результате проведённых исследований было отмечено, что обработка сельскохозяйственных культур на примере пшеницы озимой сорта Сократ аппаратом «ТОР» с использованием БПЛА имела высокую эффективность. Это показала оценка качества состояния семян и проростков пшеницы с использованием метода газовой хроматографии, которая позволила зафиксировать существенно большее выделение газов (H2 , CO2 , NH3, O2 ) в пробах у опытных образцов. Также было подтверждено положительное влияние обработки на уровень всхожести семян, а также на массу проростков и позволила им сформировать более развитую корневую систему. Полученные результаты требуют более глубокого изучения, но уже уверенно можно сказать, что предварительная обработка семян пшеницы аппаратом «ТОР» с использованием БПЛА положительно влияет на процессы ускоренного метаболизма растительных клеток. Таким образом, испытанная технология стимулирования с применением БПЛА позволяет увеличивать всхожесть сельскохозяйственных культур и их развитие при многократном увеличении производительности аппарата «ТОР».
Список источников
