Россия
Россия
Федеральный научный центр овощеводства
Россия
УДК 57.013 Физико-химические свойства и параметры
УДК 58.07 Влияние биологических факторов. Влияние растений и животных
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.
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 [1-3]. 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 [4–16].
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. [17]) в сельскохозяйственных целях [12-16]. Эти публикации подтвердили положительный опыт стимулирования роста растений методом ЭМП, что уже наблюдалось в последние три десятилетия разными группами исследователей [1–11].
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 [19]. 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» [17]). 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 [19]. 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 %, Р2О5 – 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).
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).
Возникает естественный вопрос: являются ли указанные выше эффекты биостимуляции универсальными или связаны со спецификой дистанционного воздействия импульсными ЭМП со сверхширокополосными спектрами [20]? Биостимулирующие эффекты дистанционной ЭМП-обработки были надежно обнаружены на расстояниях до 900 м [12]. Для ответа на поставленный вопрос авторы сконструировали плоский конденсатор (две металлические параллельные пластины 100x100 мм на расстоянии 60 мм, аналогичные использованным в работе [21]), 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 [21]. 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 [15] и микробиоты почвы.
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.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
1. Кутис, С. Д. Электромагнитная установка для предпосевной обработки семян / С. Д. Кутис, Т. Л. Кутис, Э. З. Гак // Механизация и автоматизация технологических процессов в АПК. – 1989. – 2. – С. 35–36.
2. Бецкий, О. В. Миллиметровые волны и живые системы / О. В. Бецкий, В. В. Кислов, Н. Н. Лебедева. – М.: Science Press, 2004. – 272 с.
3. Bhardwaj, J. Biochemical and biophysical changes associated with magnetopriming in germinating cucumber seeds / J. Bhardwaj, A. Anand, S. Nagarajan // Plant Phys. Biochem. – 2012. – 57. – P. 67–73.
4. Bilalis, D. J. Pulsed electromagnetic field: an organic compatible method to promote plant growth and yield in two corn types / D. J. Bilalis, N. Katsenios, A. Efthimiadou [et al.] // Electromagn. Biol. Med. –2012. – № 31 (4). – P. 333–343.
5. Ксенз, Н. В. Влияние предпосевной обработки семян градиентными магнитными полями и электроактивированной водой на их стартовые характеристики, развитие растений и урожайность зерновых культур / Н. В. Ксенз, В. Б. Хронюк, А. С. Ерешко [и др.] // Донской аграрный научный вестник. – 2019. – 3. – С. 47.
6. Mildažienė, V. Treatment of common sunflower (Helianthus annus L.) seeds with radio-frequency electromagnetic field and cold plasma induces changes in seed phytohormone balance / V. Mildažienė, V. Aleknavičiūtė, R. Žūkienė [et al.] // Seedling Development and Leaf Protein Expression. – Sci. Rep. – 2019. – № 9 (1). – P. 6437.
7. Пушкина, Н. В. Особенности накопления жирных кислот и оксилипинов в проростках кукурузы (Zea mays L.) под воздействием сверхвысокочастотного электромагнитного поля / Н. В. Пушкина // Химия растительного сырья. – 2020. – 2. – С. 93-99.
8. Kovra, Y. The effect of the electromagnetic field of extremely low frequencies on the quality of wheat grain / Y. Kovra, G. Stankevych, A. Borta // Food Science & Technology. – 2022. – № 16 (1).
9. Dziwulska-Hunek, A. Stimulation of soy seeds using environmentally friendly magnetic and electric fields / A. Dziwulska-Hunek, A. Niemczynowicz, R. A. Kycia [et al.] // Sci. Rep. – 2023. – № 13. – 18085.
10. Radil, R. Exploring non-thermal mechanisms of biological reactions to extremely low-frequency magnetic field exposure / R. Radil, L. Carnecka, Z. Judakova // Appl.Sci. – 2024. – № 14. – P. 9409.
11. Đukić, V. Pulsed electromagnetic field - a cultivation practice used to increase soybean seed germination and yield / V. Đukić, Z. Miladinov, G. Dozet [et. al] // Zemdirbyste-Agriculture. – 2017. – 104(4). – P. 345-352.
12. Бондарчук, Е. В. Слабые импульсные электромагнитные поля повышают урожайность и иммунитет картофеля / Е. В. Бондарчук, О. В. Овчинников, И. Ф. Турканов [и др.] // Картофель и овощи. – 2023. – 4. – С. 35-40.
13. Зайнуллин, В. Г. Влияние предпосевной обработки слабыми неионизирующими импульсными полями на урожайность и качество урожая сортов картофеля / В. Г. Зайнуллин, А. Н. Пожирицкая, А. М. Турлакова [и др.] // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. – 2024. – 25 (5). – С. 794-804.
14. Кайгородова, И. М. Влияние дистанционной электромагнитной обработки посевов Аппартом «ТОР» на урожайность Pisum Sativum L. / И. М. Кайгородова, Э. Г. Козар, В. А. Ушаков [и др.] // Научные труды IX Международного конгресса «Низкие и сверхнизкие поля и излучения в биологии и медицине». – СПб., 2024. – С. 1-3.
15. Турканов, И. Ф. Влияние дистанционной обработки слабыми нетепловыми импульсными электромагнитными полями на рост и урожайность зерновых культур / И. Ф. Турканов, Е. А. Галкина, В. Г. Зайнуллин [и д?.]р.] // Вестник Оренбургского аграрного университета. – 2024. – 110 (6). – С. 158–164.
16. Кайгородова, И. М. Испытание новой технологии «ТОР» на сортах овощных бобовых культур селекции ФГБНУ ФСВЦ Заполярья / И. М. Кайгородова, Е. Г. Козар, В. А. Ушаков [и др.] // Овощи России. – 2025. – 1. – С. 70-81.
17. Фатенков, О. В. Эффективность аппарата неинвазивной электромагнитной терапии «Тор» для дистанционного лечения больных с COVID-19: результаты II фазы клинических исследований / О. В. Фатенков, И. Л. Давыдкин, А. В. Яшков [и др.]. – 2024. – 4, (4). – С .25-34.
18. Березкин, В. Г. Химические методы в газовой хроматографии / В. Г. Березкин. – Elsevier, 2000. – 312 с.
19. Шабаев, А. С. Новый метод исследования термодеструкции полисульфона Polymer Science / А. С. Шабаев, А. А. Жанситов, З. И. Курданова [и др.] // Серия Б. – 2017. – Т. 59, № 2. – С. 216–224.
20. Устройство для подавления жизнедеятельности патогенных микроорганизмов и вирусов электромагнитным излучением / Патент RU2765973 от 07.02.2202.
21. Bunkin, N. F. Stochastic ultra-low-frequency fluctuations in luminescence intensity from the surface of a polymer membrane swelling in water-salt solutions / N. F. Bunkin, P. N. Bolotskova, E. V. Bondarchuk [et al.] // Polymers. –2022. – 14(4). – 688.
