что такое семян озоном
Обработка семян и зерна озоном
Различные химические средства не только уничтожают вредителей и патогенные микроорганизмы, но и могут нанести вред самой продукции. К таким химическим веществам относятся фостоксин, хлорпикрин и металилхлорид. Однако на рынке есть более безопасная альтернатива по обработке зерна и семян – озонирование, которое также применяется и для комбикормов.
Как выполняется озонирование зерна и семян и чем оно помогает?
Бурты или силосы продуваются смесью озона и воздуха, а концентрация озона и экспозиция обработки зависят от типа продукции, объема ее партии и степени загрязненности микроорганизмами или насекомыми. В процессе озонирования также обезвреживаются микотоксины – это продукты жизнедеятельности патогенов. К сожалению, порой гибнет до 35 процентов от всего зернового урожая – это происходит по причине болезней или из-за различных вредителей, вот почему нельзя игнорировать необходимость озонирования семян и зерна. Сегодня озон отлично справляется со множеством вредителей, среди которых:
Кроме того, озон эффективно отпугивает грызунов – например, мышей. Помимо насекомых и грызунов, озонирование уничтожает всевозможные микроорганизмы:
Озон воздействует на насекомых и вызывает у них необратимые мутации на хромосомном уровне – так происходит стерилизация вредителей, что делает их размножение неудачным. Добиться такого эффекта можно при поддержке концентрации озона в 30-60 миллиграмм на кубический метр, если проводить трехкратную обработку каждые 7-10 день и выдерживать экспозицию в 30-60 минут.
Принцип озонирования зерна
Зерно в условиях склада или в других местах хранения очень выгодно обрабатывать озоном – это не наносит вреда окружающей среде, так как после озонирования не остается продуктов распада. Среди современных окислителей озон занимает одно из лидирующих мест, так как он очень активен и быстро расщепляет загрязнители. Высокая концентрация озона способна разрушить стенки клеток у грибов, бактерий и вирусов. Любые соединения, которые не разрушаются биологическим путем, а также высокомолекулярные вещества и токсины окисляются – озон также способен устранять неприятных запахи от продукции. При обработке зерновок газом протекают процессы, которые затем проникают внутрь зерна – это способствует быстроте сушки. Озон эффективно снижает уровень связей влаги, так как взаимодействует с эндоспермой – так он и ускоряет процесс сушки зерновой продукции.
Предпосевное озонирование семян
Сегодня учеными проверено множество способов обработки семян перед посевом, однако наиболее предпочтительным способом выделено озонирование. Такое решение обусловлено комплексным действием озона на семенной материал, в результате чего активизируются биохимические процессы и происходит обеззараживание. Кроме того, озонирование – это простая и безопасная для экологии процедура. Если семена были обработаны озоном то развивающиеся из них растения отличаются более мощной корневой системой и более длинным зародышем.
Чем озонирование лучше других методов обработки зерна и семян?
Озонирование зерна считается самым эффективным методом, также, как и озонирование семян по ряду причин:
1. Продукция становится полностью экологически чистой.
2. Можно полностью отказаться от дефицитных и крайне ядовитых химикатов.
3. Обработанная продукция может дольше храниться и лучше сохраняться.
4. Как результат получается продукция высокого качества.
5. За счет озонирования процент всхожести семян значительно увеличивается.
Как проводится обработка озоном склада с зерном?
Перед тем как начинать обработку, необходимо подготовить склад – удалить плесень, вынести любой мусор и обеспечить доступ газа ко всем поверхностям. После этого можно начинать обработку, а войти в помещение можно будет уже через час после проведения озонирования. Обработке озоном прекрасно подвергаются зерна ячменя, овса, бобовых, кукурузы, подсолнечника и пшеницы, однако каждый склад требует индивидуальной организации процесса. Параметры обработки и оборудование для обработки рассчитываются индивидуально с учетом всех дополнительных факторов и критериев. Обычно концентрация озона при обработке склада с зерном составляет 20-50 миллиграмм на кубический метр, а для нужного эффекта следует проводить обработку 2-4 часа. Влажность зерна перед обработкой обычно от 8 до 14 процентов, поэтому предварительно через слой зерна нужно пропустить озон, смешанный с воздухом, иначе обработка будет неэффективной.
Озонирование зерна
В последние годы культура земледелия во многих местах ухудшилась, что приводит к нарастанию головневых болезней. Этому способствует недостаток профессионализма и средств в хозяйствах, сокращение объемов предпосевной обработки семенного материала. Причиной, возможно, является также использование некачественных биопрепаратов, которые не способны контролировать головневые заболевания как от внутренней (пыльная головня), так и от внешней (твердая головня) инфекции.
Головневые болезни зерновых культур приносят вред, так как приводят к недобору урожая зерна и вызывают скрытые потери, общий ущерб от которых более чем в 3 раза превышает прямые. Возбудители головни имеют потенциальную возможность размножения, поэтому в ряде регионов наблюдается поражение посевов на значительных площадях. Данные заболевания, в отличие от ржавчины, в первые годы не дают вспышки, инфекция накапливается несколько лет, и при благоприятных условиях болезнь достигает угрожающего развития. Потери зерна могут составлять свыше 30%, ухудшаются и качественные показатели зерна (Абеленцев В.И., 1998). В зависимости от вида возбудителя и его биологии специалисты ВНИИ фитопатологии (Павлова В.В., Кожухова В.А., 1999) выделяют три типа заражения головневыми грибами.
При первом типе заражения хламидоспоры внедряются в развивающуюся завязь и семяпочку. Затем мицелий проникает в формирующееся зерно, располагаясь в плодовой оболочке, щитке, зародыше, реже — в эндосперме. По этому типу заражаются растения пыльной головней пшеницы (Ustitagotritici) и ячменя (Ustilagonuda). Заражение здоровых растений происходит в период цветения пылящей массой телиоспор с больных растений, при этом формируется внешне здоровое зерно. При прорастании таких семян гифы грибницы пыльной головни тоже начинают развиваться и поражают проростки растений. Далее грибница достигает формирующихся колосьев, все части которых, кроме стержня, превращаются в рыхлую черную споровую массу (телиоспоры). Оптимальные условия для заражения пыльной головней — температура 20-25°С и высокая влажность воздуха.
Возбудители пыльной головни ячменя и пыльной головни пшеницы развиваются в течение 2 лет. Вред от них заключается, с одной стороны, в разрушении колосьев, которые не образуют зерна (явные потери урожая), с другой — в снижении урожая тех растений, которые заражены грибом, но внешне болезнь на них не проявилась (скрытые потери). Так как в этом случае инфекция находится внутри семени, для протравливания пшеницы и ячменя от пыльной головни необходимо использовать препараты системного действия.
При втором типе заражения споры прилипают к поверхности зерна при уборке урожая и обмолоте. При определенных условиях заражение происходит во время прорастания таких семян, гриб достигает точки роста и инфицирует развивающееся растение. К этому типу относится заражение твердой головней пшеницы (Tilletiacaries) и ржи (Т. secalis). Во время обмолота, когда головневые мешочки раздавливаются, освобождающиеся телиоспоры попадают на поверхность семян, где и зимуют. В почве споры сохраняются не более 3 недель. Известно, что оптимальными условиями для заражения развивающихся из инфицированных семян растений являются температура воздуха 5-10°С и относительная влажность 40-60%. Пораженные колосья по размерам меньше, чем непораженные. Вместо колосков образуются головневые мешочки, пыления при этом не отмечается. При раздавливании зерен видно, что они заполнены черной мажущейся массой, издающей неприятный селедочный запах. Так как семенная инфекция поверхностная, эффективно протравливание как контактными, так и системными препаратами.
Стеблевая головня ржи (Urocystisocculta) поражает стебли, листовые влагалища, колосонос. Больные растения или совсем не образуют колоса, или колосья бывают пустыми. Споры гриба во время обмолота попадают на здоровые зерна, где и сохраняются. В почве телиоспоры сохраняют жизнеспособность в течение года. Дополнительным источником инфекции могут быть солома и мякина, на которых они зимуют. Но все же основным источником являются телиоспоры, прилипшие к поверхности семян. Оптимальные условия для заражения ржи создаются во время прорастания семян при температуре почвы 13-20°С и умеренной влажности 25-40%. Важную роль в борьбе с этой болезнью играют агротехнические и хозяйственные мероприятия (севооборот, зяблевая вспашка, лущение стерни и т.д.).
Твердая (каменная) головня ячменя (Ustilagohordei) поражает лишь зерна, но нетронутой остается только тонкая пленка, сквозь которую просвечивает споровая масса. Споры не распыляются, так как покрыты остатками цветковых чешуй. Заражение семян происходит во время обмолота, когда телиоспоры попадают на поверхность семян и под пленки. Известно, что оптимальные условия для прорастания телиоспор в почве во время заражения прорастающих семян создаются при температуре 20°С и влажности 60-70%.
Черная головня ячменя (Ustilagonigra) по внешним признакам напоминает пыльную головню, так как образовавшиеся вместо семян телиоспоры распыляются. Различаются они по цвету споровой массы, окраске и размерам спор, но больше всего — по способам заражения растений. В отличие от пыльной головни, заражение происходит в период прорастания семян. Споры этого гриба сохраняют жизнеспособность более 18 месяцев.
При третьем типе растения заражаются в стадии проростков или во время дальнейшей вегетации. Поражение карликовой головней пшеницы (Tilletiacontroversa) сильно задерживает рост растений, больные растения примерно в 2-4 раза короче здоровых. У таких растений более плотный колос, число головневых мешочков, образующихся вместо зерна, достигает в колоске 6-7 штук. При уборке и обмолоте головневые мешочки вскрываются, телиоспоры попадают на поверхность семян, а также в почву, сохраняясь там жизнеспособными от 2 до 9 лет. Известно, что споры прорастают у поверхности почвы при температуре 5°С и влажности 15-60% долго, в течение 30-50 суток. Из-за этого в период прорастания семян заражаются не проростки, а всходы пшеницы (до фазы 3 листьев). Заражение продолжается с дальнейшим ростом растений. Возбудитель карликовой головни обычно поражает только озимую пшеницу и пырей ползучий. Для успешного искоренения этой болезни необходимо очень тщательно выполнять все агротехнические мероприятия. Известно, что лучше возвращать озимую пшеницу на те же поля не ранее, чем через 3-4 года, посевы производить в лучшие сроки с заделкой семян в почву не менее чем на 6 см.
Интенсивное и необоснованное применение химических средств защиты растений приводит к загрязнению окружающей среды, изменению видового разнообразия флоры и фауны, усложнению технологии выращивания культур, снижению технологичности всего сельскохозяйственного производства. В настоящее время все более широко распространяются технологии использования озона для решения разнообразных проблем.
Озон среди традиционно применяемых окислителей занимает особое место благодаря высокой реакционной способности и быстрому разложению. По своей реакционной способности озон занимает второе место, уступая только фтору, и значительно превосходит другие широко применяемые окислители. При его использовании не остается побочных продуктов, которые загрязняли бы окисляемое вещество.
На ІХ Международном конгрессе по озону, который состоялся в 1989 году, отмечалось, что в мире практически имеет место «озонный бум», связанный с чрезвычайно быстрыми темпами внедрения озонных технологий и увеличением выпуска озонаторного оборудования. На Международном конгрессе по озону, который состоялся в 2003 году в Лас-Вегасе, отмечалось, что в настоящее время не установлено побочных эффектов, связанных с последствиями внедрения озонных технологий. Озон представляет собой простое вещество, состоящее из трех атомов кислорода. Природные концентрации озона в атмосферном воздухе обычно составляют от 0,002 до 0,02 мг/м 3 и рассматриваются как показатели его чистоты и свежести.
Озонаторное оборудование для синтеза озона различается по конструкции исполнения (секционные, блочные, приборные, лабораторные); виду разрядной камеры (трубчатые, пластинчатые, специальные); способу охлаждения разрядной камеры (воздушное, водяное, специальное); способу перемещения (контейнерные, стационарные, мобильные, переносные); производительности по озону.
В больших концентрациях озон взаимодействует и разрушает клеточную стенку бактерий, грибов, структурные единицы вирусов; окисляет высокомолекулярные вещества, биологически не разрушаемые вещества, токсины, ароматические соединения; устраняет неприятные запахи и снижает концентрацию канцерогенных веществ в воздухе рабочей зоны.
Озон обладает, как известно, бактерицидными, вирулицидными, фунгицидными и спороцидными свойствами в зависимости от концентрации и экспозиции. Высокая химическая активность озона обусловлена его окислительными свойствами. Озон взаимодействует с мембранной структурой клетки бактерий, грибов, структурной единицей вирусов, что приводит к нарушению ее барьерной функции и их гибели. По бактерицидному действию озонирование превосходит действие ультрафиолетового кварцевого облучения. Бактерицидный эффект от кварцевого облучения в течение 60 мин. идентичен бактерицидному эффекту от озонирования в течение 3 мин. При озонировании замкнутых помещений озон концентрацией 5 мг/м 3 оказывает бактерицидное действие на золотистый стафилококк, на возбудителей холеры, тифа, дизентерии, чумы. Озон обладает высокой проникающей способностью, а также проявляет бактерицидную активность в отношении граммположительной флоры, кишечной палочки (БГКП), эпидермального стафилококка.
При использовании для обработки низких концентраций озона может наступить эффект стимуляции их роста. Подобное поведение характерно и для некоторых видов плесеней. Первичное действие оптимальной концентрации озона на плесень — это подавление их роста, и этот эффект наступает очень скоро, в частности в начальной стадии на поверхности плесени. Впоследствии эти процессы ведут к разрушению уже сформировавшихся культур. Озон немедленно атакует легкодоступные поверхностные клетки, так как озон, в первую очередь, оказывает поверхностное действие и незначительно проникает вглубь.
Возрастание влажности окружающей среды благоприятно влияет на бактерицидный эффект. Повышение влажности вокруг скопления микробов делает их более чувствительными к разрушающему действию озона.
Одним из основных путей увеличения урожая сельскохозяйственных культур является защита растений от болезней, в частности от тех фитопатогенов, споры которых локализуются на поверхности семян. Потери урожая зерновых культур от этих заболеваний могут достигать 20-35%. Исследования показывают, что при обработке семян озоном достигается существенное снижение поверхностно-семенной инфекции, а в случае твердой головни — полное элиминирование возбудителя. Кроме того, наблюдается повышение всхожести, увеличение длины и сырого веса проростков. Известно увеличение урожайности. Обладая сильными окислительными свойствами, озон одновременно обеспечивает полное уничтожение как вредителей (булавоусый малый хрущак, суринамский мукоед, долгоносики, брухус и т.д.), так и патогенных микроорганизмов (пеницилиум, фузариум, фомопсис), тогда как в традиционных методах защиты для этих целей используются отдельно инсектициды и фунгициды.
Известно, что в результате обработки зараженного семенного ячменя Не 2801, восприимчивого к полосатому гельминтоспориозу, поражённость растений в процессе вегетации (фаза колошения) уменьшилась в 2,6 раза по сравнению с контролем, а урожайность повысилась на 10%. Обработка зараженных семян ячменя спорами пыльной головни обеспечила оздоровление растений в процессе вегетации в 4,5 раза, обработка гороха, зараженного наиболее опасным вредителем — гороховой зерновкой (брухус), привела к полному уничтожению вредителей.
При обработке озоно-воздушной смесью полностью отсутствовали заболевания растений, таких как твёрдая и пыльная головня, а урожайность пшеницы, ячменя, гороха, гречихи возросла на 5-30%.Таким образом, по сравнению с известными способами борьбы с поверхностно-семенной инфекцией зерновых культур предпосевная обработка семян озоном имеет ряд преимуществ, связанных с высокой технологичностью, достаточной эффективностью действия на возбудителей болезней и экологической безопасностью.
Озон интенсифицирует скорость сушки зерновых за счет непосредственного химического и биохимического воздействия на сельскохозяйственный материал, улучшает транспорт влаги из внутренних слоев и тепломассообмен в процессе сушки в целом. Известно, что экономия составляет до 89 кг условного топлива на тонну высушенного зерна. Сушка в озоно-воздушной среде оказывает обеззараживающее действие и улучшает качественные показатели материала, предотвращает процессы самосогревания, обеспечивает глубокое состояние покоя в период хранения, сохранность массы сухого вещества и улучшает показатели всхожести. В совокупности это дает прибавку до 10-15% урожая, отпадает необходимость в протравке зерна и снижаются затраты на процесс сушки.
При обработке озоно-воздушной смесью пшеницы, зараженной головней, в течение более 4 часов исчезают запахи, которые присущи зараженной пшенице. Концентрация озона в этом случае составляла около 200 мкг/л.
Особым преимуществом применения озона во всех областях является то, что он не дает нежелательных побочных продуктов, т.к. неиспользованный озон распадается до атомарного кислорода.
Ермакова В.А., технологический колледж Днепропетровского государственного аграрного университета
Ермаков П.П., доктор технических наук
Украинский государственный химико-технологический университет
Обработка семян озоновоздушным агентом
Способ аспирационной обработки применяется во время сушки, для оздоровления и перед посевом семян зерновых, различных трав, льна, бобовых и многих других культур. Этот метод подавляет бактерии, микрофлору грибов, вирусы. Он высокоэффективен, диапазон его использования высок, а также для проведения необходим минимальный расход электроэнергии.
На сегодняшний день сельскохозяйственное производство невозможно без применения такого агротехнического приема, как обработка посевного материала культурных растений. Он увеличивает вероятность всхода семян, ускоряет обменные процессы, время вегетации уменьшается, процессы, вызывающие болезнетворные микроорганизмы, подавляются. Результатом обработки является ускорение развития и роста культур, повышение устойчивости к внешним неблагоприятным факторам, возможность более раннего сбора урожая с улучшенными экономическими показателями.
Существует много способов обработки посевного материала. К примеру, химическая обработка, помещение в воду или водных раствор удобрений (микро- и макро-), протравливание, подсушивание, промывание, барботирование, обработка лазером, высокой температурой, озоном, закаливание.
Озонирование – это высокотехнологичный современный способ семенной обработки. К преимуществам данного метода можно отнести: высокую окислительную способность, возможность его получения из кислорода воздуха на месте применения, доступность и простоту его образования в электрических аппаратах, производство без отходов, положительное влияние с точки зрения экономики и окружающей среды.
На приведенном ниже рисунке показана схема, аспирационной обработки озоно-воздушной смесью семян сельскохозяйственных культур. Стрелками на схеме показано движение воздуха.
Для обработки семян их загружают в смесительную камеру на воздухопроницаемую решетку. С помощью центробежного вентилятора из камеры разрежения откачивают воздух. В результате воздух из смесительной камеры под действием отрицательного давления проходя через зерновую массу перемещается в камеру разряжения, а затем выбрасывается в атмосферу вентилятором.
Во время обработки в смесительной камере образуется озоно-воздушная смесь из нагретого воздуха поступающего из воздухонагревателя, влажного поступающего из увлажнителя и озона создаваемым озонатором.
На первом этапе производят обеззараживание семян — уничтожение вредных насекомых, подавление вирусов, бактерий, грибковой микрофлоры и различной патогенной среды. Для этого в смесительную камеру подают только озон. В результате влажная зерновая масса насыщается озоном.
На втором этапе производят сушку семян. Для этого вместе с озоном подается из воздухонагревателя нагретый воздух. Использование озонированного воздуха во время сушки позволяет увеличить выход влаги из семян.
Характерные особенности обработки семян перед посевом
В связи с тем, что семена, предназначенные для обработки, представляют собой сухую биомассу с содержанием влаги 8—14 %, стандартная озоновая обработка не даст необходимых результатов. Это происходит вследствие того, что снижается интенсивность процессов диффузии сухого вещества с озоном при падении влажности.
В случае если смешать влажный воздух с озоном и полученный агент пропустить сквозь слой семян, предпосевная обработка резко повысит свою эффективность. В водной среде озон отлично растворяется, и его активность повышается, поскольку разлагаясь, он производит гидроксильные высокореакционные радикалы. К тому же озон в сухом воздухе живет меньше, чем в воде. В итоге, семена покрываются влажной пленкой, в составе которой имеется озон. Однако, семенная влажность увеличивается лишь на 0,5—3 %, иначе произойдет склеивание семян и масса потеряет сыпучесть. При необходимости можно ускорить процесс возникновения влажной пленки, для этого следует увеличить температуру озоно-воздушного реактива по сравнению с биомассой на 5—12%, в результате чего на семенной поверхности появится конденсат.
Оздоровительный процесс не сильно отличается от сушки и обработки перед посевом. Он характеризуется заданными технологическими режимами, реализуемыми описанной схемой. Положительными моментами данного способа являются эффективность результатов обработки, которая за короткий срок подавляет вирусы, бактерии, микрофлору грибков и иную патогенную микрофлору, вместе с тем продукция сельского хозяйства быстро оздоравливается.
Использование системы аспирационной обработки сокращает расходы на электроэнергию в 1,5—2 раза, относительно имеющихся методов приточной вентиляции.
Данный вид обработки имеет универсальные свойства: защищает от грызунов и вредителей, а также повышает сохранность семян. Обладает неоспоримыми преимуществами перед традиционными способами обработки, пропадает необходимость применения дорогостоящих токсичных и дефицитных химических препаратов, что положительно сказывается на экологической чистоте получаемой продукции.
Обработка зерна и семян с помощью озона (озонирование)
Для сохранности зерна и семян во время длительного хранения их обрабатывают различными химикатами. Во время воздействия ядохимикатов уничтожаются насекомые-вредители и патогенные микроорганизмы. Процедуру проводят методом газации химическими протравителями (хлорпикрин, фостоксин, металилхлорид).
Альтернативой такому методу стало озонирование зерна, комбикормов и семян. Для этого проводят продув озоно-воздушной смесью буртов или силосов. Концентрация озона и экспозиция обработки зависит от вида культуры, объёма партии и степени её зараженности патогенами и насекомыми. Обезвреживаются и продукты жизнедеятельности патогенов — микотоксины.
Потери урожая зерновых от болезней порой достигают цифры 35%, поэтому нельзя игнорировать необходимость таких действий.
Во время обработки озоном гибнут вредители:
Также уничтожаются вредные микроорганизмы:
Под воздействием озона у насекомых развиваются изменения мутагенного характера в хромосомах, происходит стерилизация вредителей, большинство спариваний при этом неэффективны. Такого эффекта достигают поддержанием концентрации озона в помещении 30-60 мг/м 3 при трехкратной обработке через каждые 7-10 дней с экспозицией от 30 до 60 минут.
Принцип обработки зерна озоном
Озонирование зерна в складах и при других способах хранения — процесс экономически выгодный и эффективный. Такое воздействие не наносит вреда окружающей среде, так как после него не остается вредных продуктов распада.
Озон среди обычно используемых окислителей занимает одно из лидирующих мест, благодаря его моментальному воздействию и быстрому расщеплению.
При высокой концентрации озона разрушаются клеточные стенки грибов, бактерий, структурные единицы вирусов. Окисляются биологически не разрушаемые соединения, высокомолекулярные вещества, ароматические соединения, токсины. Устраняются неприятные запахи, а также снижается концентрация канцерогенов в воздухе.
Озонирование способствует быстрой сушке, так как при обработке поверхности зерновок газом возникают особые процессы, которые проникают и внутрь зерна. Озон активно взаимодействует с веществом эндосперма и понижает энергетический уровень связей влаги. Это и ускоряет сушку зернового материала.
Озонирование семян при предпосевной обработке
Ученые исследовали множество методов предпосевной обработки семян и пришли к выводу, что озонирование — один из наиболее предпочтительных способов. Такой вывод оправдывается комплексным воздействием озона на семенной материал, например, следующими факторами:
Растения, развивающиеся из семян, прошедших обработку, имеют более мощную корневую систему, длина зародыша также значительно превышает таковую у семян, не подвергавшихся озонированию.
Преимущества озонирования перед традиционными методами обработки зерна
Озонирование зерна в буртах и силосах остается наиболее эффективным методом. Обработка семян озоном существенно снижает поверхностно-семенную инфекцию. При зараженности твердой головней происходит полное элиминирование патогена. А также:
Озонирование зерна в складах
Для проведения процедуры озонирования зернохранилище сначала подготавливают:
Далее проводят непосредственно обработку. Очень важно учесть, что вход возможен лишь час после окончания работ.
Перед озонированием зерно имеет влажность 8-14%. При таких условиях обработка не будет эффективной. Для получения нужного результата через слой зерна пропускают смесь озона и влажного воздуха.
Озон растворяется в водной среде и образует высокореакционные гидроксильные радикалы. Семена покрываются влажной пленкой, содержащей озон. Такая система экономит электроэнергию в 1,5-2 раза.