Электрофизическая предпосевная обработка семян как способ интенсификации процессов в растениеводческой отрасли сельского хозяйства

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное 
учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ ПРЕДПОСЕВНАЯ 
ОБРАБОТКА 
СЕМЯН КАК СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ 
ПРОЦЕССОВ 
В РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ 
СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2020 
 
2 
 

УДК 631.371:621 
   Э45 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. кафедры «Теоретическая механика и физика»,  
Азово-Черноморский инженерный институт – филиал федерального  
государственного бюджетного учреждения высшего образования  
«Донской государственный аграрный университет»  
Н. В. Ксенз; 
д-р техн. наук, проф. кафедры «Электроснабжение и электротехника  
им. И. А. Будзко», РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева 
В. И. Загинайлов; 
д-р техн. наук, проф. кафедры «Энергообеспечение и теплотехника»,  
ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет  
им. А. А. Ежевского» 
И. В. Алтухов 
 
Авторский коллектив: 
С. И. Васильев, И. В. Юдаев, С. В. Машков, С. С. Нугманов,  
Т. С. Гриднева, В. А. Сыркин, М. Р. Фатхутдинов, П. В. Крючин, Ю. В. Даус  
 
 
Э45 
Электрофизическая 
предпосевная 
обработка семян 
как 
способ  
интенсификации процессов в растениеводческой отрасли сельского  
хозяйства : монография / С. И. Васильев, И. В. Юдаев, С. В. Машков   
[и др.]. – Кинель : РИО ФГБОУ ВО Самарского ГАУ, 2020. –  239 с. 
ISBN 978-5-88575-599-3 
 
Рассматриваются научные и методологические основы, а также прикладные аспекты использования электрофизических способов обработки семян перед посевом с целью реализации экологически чистых и малоэнергозатратных технологий для интенсификации процессов роста и развития растений. Приведены результаты многочисленных экспериментальных исследований по обоснованию параметров и режимов работы электротехнологических 
установок для предпосевной обработки семян. 
Монография предназначена для магистрантов, аспирантов, инженернотехнических и научных работников, изучающих и занимающихся внедрением электротехнологических операций и установок при выращивании, уборке 
и хранении растениеводческой продукции. 
УДК 631.371:621 
ISBN 978-5-88575-599-3 
 
© Васильев С. И., Юдаев И. В., Машков С. В.,  
Нугманов С. С., Гриднева Т. С., Сыркин В. А.,  
Фатхутдинов М. Р., Крючин П. В., Даус Ю. В., 2020 
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2020 
3 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение………………………………………………………………… 
5 
 
 
7 
1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ 
СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОДГОТОВКИ 
СЕМЯН К ПОСЕВУ………………………………………………….. 
 
  1.1. Особенности протекания биологических процессов в семени 
при пробуждении……………………………………………………….. 
7 
 
  1.2. Анализ способов обработки посевного материала с использованием воздействий электрической природы………………………… 
11 
 
  1.3. Механизм влияния на растительную клетку воздействий электрической природы……………………………………………………... 
28 
 
  1.4. Анализ существующих технических решений установок предпосевной электрофизической обработки семян………………………. 
34 
 
51 
2. ПРЕДПОСЕВНАЯ ОБРАБОТКА СЕМЯН В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ…………………….. 
 
 
  2.1. Общие вопросы методики и технического оснащения исследований по предпосевной обработке семян в электрическом поле высокого напряжения……………………………………………………… 
51 
 
  2.2. Общие теоретические положения, сопутствующие процессу 
обработки семян в электрическом поле……………………………….. 
57 
 
  2.3. Электрофизические свойства семян зерновых культур как 
объекта предпосевной электрообработки…………………………….. 
61 
 
  2.4. Обработка семян зерновых культур в электрическом поле высокого напряжения……………………………………………………… 
66 
 
  2.5. Обработка семян бахчевых культур в электрическом поле высокого напряжения……………………………………………………… 
86 
 
  2.6. Обработка семян подсолнечника в электрическом поле высокого напряжения………………………………………………………... 
96 
 
  2.7. Конструктивные решения электротехнологической установки 
для предпосевной обработки семян…………………………………… 
108 
 
113 
3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ СТИМУЛИРОВАНИЕ СЕМЯН И 
РАСТЕНИЙ……………………………………………………………. 
 
  3.1. Электромагнитное стимулирование растений овощных культур 113 
  3.2. Электромагнитное стимулирование семян бобовых и технических культур…………………………………………………………….. 
143 
 
  3.3. Разработка электрической схемы устройства для электростимулирования растений…………………………………………………. 
155 
 
159 
4. ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СЕМЕНА И 
РАСТЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР……….. 
  4.1. Магнитная стимуляция семян злаковых и бобовых культур...... 
159 
   
 
4 
 

4.2. Воздействие магнитного поля на всхожесть семян салата и 
томата……………………………………………………………………. 
  4.3. Магнитная стимуляция растений овощных культур…………… 
170 
 
  4.4. Воздействие импульсного магнитного поля на семена чечевицы 176 
  4.5. Воздействие импульсного магнитного поля на листовую часть 
салата…………………………………………………………………….. 
181 
  4.6. Установка для предпосевной стимуляции семян………………. 
184 
 
5. ПРИМЕНЕНИЕ 
ЭЛЕКТРОАКТИВИРОВАННОЙ 
ВОДЫ 
189 
ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СЕМЕНА И РАСТЕНИЯ…………….. 
 
  5.1. Влияние электроактивированной воды на рост и развитие зеленых овощных растений……………………………………………… 
189 
 
  5.2. Влияние электроактивированных водных растворов на всхожесть семян зерновых культур………………………………………… 
196 
 
  5.3. Разработка проточного электроактиватора для систем капельного орошения…………………………………………………………... 
201 
Заключение…………………………………………………………….. 
206 
Список литературы…………………………………………………… 
210 
Алфавитно-предметный указатель…………………………………. 
232 
 
 
 
 
 
5 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Продовольственная безопасность любого государства основывается на увеличении производства сырья для продуктов питания и самих продуктов, и в первую очередь, зерновых культур.  
В большинстве стран прирост собираемого урожая безнадежно 
отстает от роста потребления зерна и продуктов его переработки, 
которые определяются сегодня значительным увеличением покупательского спроса на мировом продовольственном рынке. Последствием развития таких событий могут стать высокие и очень 
неустойчивые цены на зерно и продукты из него. Другие возделываемые культуры также сегодня как никогда востребованы, так как 
растущее население земного шара требует все больше и больше 
качественной и достаточно дешевой продукции, да и возникающие 
пандемии и эпидемии заболеваний неотложно требуют повышения 
иммунитета, что невозможно осуществить без здоровых, функциональных продуктов питания. Бахчевые культуры формируют 
свой урожай уже на стадии появления первых ростков, их интенсивности роста и развития, и именно в те периоды времени года, 
когда в регионах возделывания в почве еще достаточно влаги. Это 
же самое можно сказать о масличных, технических, овощных и 
других возделываемых культурах. Однозначно можно говорить, 
что прогнозируемый урожай в растениеводстве напрямую зависит 
от качества посевного и посадочного материала, от того насколько 
его внутренние структуры сохранили способность дружно, равномерно взойти и начать интенсивно развиваться в первые периоды 
развития и роста растений. 
В растениеводческой отрасли и, особенно при реализации 
концепции органического земледелия, особая роль уделяется повышению посевных качеств и экологической безопасности исходного семенного материала, в том числе и за счет его предварительной подготовки и предпосевной обработки. Современное состояние дел в вопросах повсеместного применения новых эффективных технологий, основанных на разнообразных физических воздействиях на семена перед посевом, пока еще не всегда позволяет 
получить заранее планируемые и желаемые результаты при сборе 
урожая высокого качества и в достаточном количестве. Существующие проблемы в растениеводстве, которые влияют на результативность основных технологических операций, создаются 
6 
 

следующими недочетами: необходимостью сортировки травмированных семян и особенно с поврежденным эндоспермом; необходимостью применения небезопасных химических протравителей 
для оздоровления посевного материала; неравномерностью и не 
дружностью всходов; зависимостью интенсивности роста и развития, особенно в начальный период, от почвенно-климатических 
условий региона возделывания культуры и т.п. 
Традиционные способы подготовки и обработки семян перед 
посевом характеризуются большой трудоемкостью, повышенной 
продолжительностью технологических операций, использованием 
химических стимуляторов и протравителей, высокими показателями как по энергозатратности, так и металлоемкости используемого оборудования и многим другим моментам. В связи с этим 
при подготовке к посеву исходного семенного материала важен 
поиск, обоснование и внедрение новых, более совершенных технологий и технических средств, опирающихся на современные 
достижения науки и техники. 
Сегодня перспективным направлением в решении перечисленных проблем является использование электрофизических и 
электротехнологических методов, применение которых интенсифицирует биологические и физиологические внутриклеточные 
процессы в обрабатываемых перед посевом семенах, при этом 
снижаются совокупные затраты энергии на возделывание растений, а главное такой подход является безопасным, как с точки зрения последующего потребления готовых продуктов в пищу, так и 
не наносящим существенного вреда экологии. Электрофизическими методами воздействия на семена перед посевом можно повысить их всхожесть, стимулировать силу роста побегов и корней, 
уничтожить вредную микрофлору и тем самым сократить расход 
посевного материала и обеспечить более благоприятные условия 
для роста и развития. 
 
 
7 
 

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ  
СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПОДГОТОВКИ СЕМЯН 
К ПОСЕВУ 
 
1.1. Особенности протекания биологических процессов  
в семени при пробуждении 
 
Семена – посевной материал, обладающий вынужденным физиологическим покоем, в котором они находится до тех пор, пока 
им не будут созданы соответствующие благоприятные условия для 
пробуждения и начала развития. К такого рода условиям относят – 
влажность, температуру, аэрацию, световой режим и др. Сами семена после длительного хранения, находясь в глубоком покое, при 
высеве в почву не всегда могут самостоятельно прорасти и взойти, 
поэтому их очень часто подвергают специальной предварительной 
подготовке (обработке). Состояние не пробуждения, выработанное 
за тысячелетнюю историю, у семян растений в процессе эволюции 
стало необходимым биологическим свойством для сохранения их 
вида. 
Процессы, протекающие в семенах во время глубокого и вынужденного покоя, на сегодняшний день полностью не выяснены – 
это объясняется тем, что семя очень сложно организованная и во 
многом еще не досконально изученная биологическая система. Но 
в тоже время, накопленные знания и результаты экспериментальных исследований по морфологии и физиологии растений, а также 
биофизике и биоэнергетике растительной клетки, позволяют сделать определенные заключения теоретического и практического 
толка по характеру протекания внутриклеточных процессов в семенах при их пробуждении [84, 106, 121, 147, 204]. 
Рассматривая семя как саморегулирующуюся, самонастраивающуюся биологическую систему, можно отметить, что во время 
покоя эта система находится в равновесном состоянии – зародыш 
семени очень медленно и рачительно потребляет запасное питательное вещество. При прорастании же внутренняя организация 
семян выводится из равновесного состояния и при этом любое 
внешнее воздействие факторами различной физической природы 
вызывает в ней возбуждение, которое передается по внутренним 
каналам, вследствие чего начинают запускаться и протекать биологические процессы пробуждения и роста. Так, например, при 
8 
 

намачивании семян в воде изменяется энергетический и солевой 
баланс всей биологической системы, и зародыш семени начинает 
энергично потреблять запасное питательное вещество [116]. 
Именно благодаря поступлению воды, в семенах происходят 
многочисленные физиолого-биохимические изменения, обеспечивающие пробуждение и дающие начало росту зародыша. Явные 
изменения наблюдаются уже вскоре после намачивания, когда содержание воды в семенах достигает 20…25%. В зародышах активизируются имеющиеся в них гидролитические ферменты и ферменты аминокислотного обмена, что порождает перемещение 
аминокислот и образование субстратов дыхания. Одновременно с 
этим усиливается дыхание, которое идет главным образом за счет 
гликозила. С увеличением влажности до 45…50% происходит 
дальнейшее усиление дыхания и наблюдается заметное подкисление клеточных оболочек, приводящее к их разрыхлению. Оводненность семян до 65…68% обеспечивает процесс их наклевывания. Все наблюдаемые на начальном этапе процессы прорастания 
протекают за счет использования запасных отложений самого зародыша, но когда трогаются в рост его осевые части и особенно 
когда появляется корешок, то начинается массовая мобилизация 
запасенных питательных веществ органов семени. Все это характеризуется следующими этапами развития: 1) распад запасных веществ; 2) переток продуктов распада запасных веществ, например, 
из эндосперма в зародыш, или из семядолей к растущим частям 
зародыша; 3) синтез из продуктов распада новых соединений  
[119, 120, 122, 123, 147]. 
С повышением температуры воды, окружающей семя в этот 
физиологический период, возникает дополнительная энергия, усиливающая возбужденное состояние семени и обеспечивающая 
ускорение многих сложных биохимических реакций в процессе 
прорастания. При этом кислород воздуха и воды окружающих семя, усиливает и поддерживает возбужденное состояние всей системы на высоком энергетическом уровне. Включение в раствор 
дополнительных энергетических компонентов в виде солей, кислот, щелочей в определенных концентрациях качественно ускоряет процесс прорастания при более полном использовании энергетического материала семян. Имеющиеся в растворе ионы металлов 
могут служить дополнительными источниками энергии для протекания химических реакций прорастания. 
9 
 

Семена многих растений более энергично и равномерно прорастают при внутрисуточной смене температур. Режим переменной температуры благоприятствующий прорастанию, определяется сочетанием значений более высокой и более низкой температур, 
различием между ними, т.е. колебанием амплитуды температуры в 
течении суток, продолжительностью воздействия той или иной 
температуры и количеством циклов, так, хорошо известно, что 
опавшие семена имеют днем температуру выше, чем ночью [84]. 
Биологическая система семян может выводиться из состояния 
покоя, например, за счет попадания на них солнечного света или за 
счет облучения их искусственными источниками световых волн. В 
этом случае повышается энергия прорастания и улучшается всхожесть семян, ускоряется рост и наблюдается интенсивное и равномерное развитие всходов и сеянцев. Это объясняется тем, что свет, 
рассматриваемый как поток электромагнитных колебаний (поток 
фотонов), несущих энергию, воздействуя на семена, вызывает 
электронное возбуждение во внутренней биологической системе 
семян. После такого воздействия, в эндосперме и зародыше семян 
активизируются ферменты, приводящие к ускоренному переводу 
запасных питательных веществ семян из неусвояемой для зародыша и проростка формы в усвояемую – в виде сахаров (сахароза, 
фруктоза, глюкоза, рафиноза), свободных аминокислот и органических кислот. При этом усиливается протекание окислительных 
процессов, приводящее к образованию физиологически активных 
веществ, положительно влияющих на зародыш и вызывающих его 
интенсивный рост и развитие. На прорастание облученных семян 
влияет не только продолжительность фотопериода, но и длина 
световой волны. По мнению многих исследователей, явное стимулирующее действие на семена оказывает красный свет. Именно с 
ним связывают образование фермента, разрушающего эндоспермный слой, который механически ограничивает рост зародыша. 
Кроме этого красный свет способствует образованию стимулятора 
роста – гиббереллина, активно влияющего на прорастание семян. 
При таком световом воздействии не только активизируется образование общего содержания гиббереллина в тканях растений, но и 
высвобождаются его свободные формы из связанных. Красный 
свет оказывает более заметное влияние на всхожесть, энергию 
прорастания семян, рост растений, чем свет другого спектрального 
состава. 
10 
 

Обработка семян стимулирующими дозами физических факторов, создаваемых лазерными, электромагнитными, высокочастотными и другими видами излучений, не изменяет их генетическую информацию, но повышает активность генома, стимулирует ростовые и формообразовательные процессы [78]. 
Процесс прорастания семян включает в себя и те внутренние 
процессы, которые происходят в самом семени до того, как появляются признаки видимого роста и развития [84]. 
Для прорастания необходимы определенные условия, например, необходима вода. Воздушно-сухие семена содержат всего до 
20% воды и находятся в состоянии вынужденного покоя – они 
быстро поглощают воду, набухают, происходит разрастание эмбриональной части и разрыв наружной семенной оболочки. Само 
поступление воды в семена разделяют на три этапа. 
Первый этап осуществляется в основном за счет матричного 
потенциала, или сил гидратации. Сам процесс гидратации носит 
спонтанный характер. Находящиеся в семени запасные питательные вещества содержат большое количество гидрофильных группировок, таких как -ОН, -СООН, -NH2, а молекулы воды вокруг 
гидратированных веществ принимают льдоподобную структуру. 
Притягивая молекулы воды, гидрофильные группировки уменьшают ее активность, а водный потенциал становится более отрицательным и вода устремляется в семена. 
На втором этапе поглощения воды силы набухания, или матричный потенциал, также являются основными. Но в тоже время 
повышается роль осмотических сил – осмотического потенциала, 
поскольку в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных соединений на более простые.  
На третьем этапе, характеризующимся периодом наклевывания семян, клетки растягиваются и появляются вакуоли, а главной 
силой, вызывающей поступление воды, становятся осмотические 
силы – осмотический потенциал. 
Выход семян из покоя и начало процесса прорастания наблюдается за счет усиления тургорного давления при накоплении осмотиков в вакуоли и параллельно при разрыхлении клеточных 
стенок при участии плазмалеммной Н+-АТФазы [219]. 
В процессе набухания семян наблюдается мобилизация питательных веществ – жиров, белков и полисахаридов, которые по 
своей сути являются нерастворимыми, плохо передвигающимися 
11