Газохроматографический анализ сельскохозяйственных почв и семян, обработанных слабыми неионизирующими нетепловыми электромагнитными полями
- Авторы: Хаширова С.Ю.1, Шабаев А.С.1, Бондарчук Е.В.2, Турканов И.Ф.2, Грязнов В.Г.2, Галкина Е.А.2, Кайгородова И.М.2,3, Зайнуллин В.Г.4
-
Учреждения:
- Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова
- АО «Концерн ГРАНИТ»
- Федеральный научный центр овощеводства
- ФИЦ Коми НЦ УрО РАН
- Выпуск: № 1 (2025)
- Страницы: 120-126
- Раздел: Экономика агропромышленного комплекса и лесное хозяйство
- URL: https://journals.rcsi.science/1994-5655/article/view/295849
- DOI: https://doi.org/10.19110/1994-5655-2025-1-120-126
- ID: 295849
Цитировать
Полный текст
Аннотация
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.
Полный текст
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.
Рисунок 1. Хроматограмма газообразных продуктов метаболизма семян. Центральный пик соответствует кислороду O2, левый – водороду H2, правый – углекислому газу CO2.
Figure 1. Chromatogram of seed metabolism gaseous products. The central peak corresponds to oxygen O2, the left peak corresponds to hydrogen H2, the right peak corresponds to carbon dioxide gas CO2.
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.
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
Table 1
Gas chromatography results of samples of dry seeds and soils treated with the TOR apparatus for 10 minutes from a distance of 5 m measured in seven days after treatment
Образец | Опыт, мкл | Контроль (необработанный), мкл | ||
О2 | СО2 | О2 | СО2 | |
1. Горох «Немчиновский 50» | 1332 | 0,7 | 1407 | 0,44 |
2. Пшеница «Сократ» | 1461 | 1,58 | 1498 | 1,05 |
3. Пшеница «Злата» | 1531 | 0,95 | 1501 | 0,8 |
4. Яровой ячмень «Владимир» | 1494 | 0,52 | 1423 | 0,63 |
5. Подсолнечник «Кречет» | 1470 | 2,08 | 1449 | 1,67 |
6. Грунт «Нарьян Мар» | 1384 | 32,6 | 1428 | 1,41 |
7. Грунт «Одинцово» | 1294 | 8,34 | 1423 | 7,66 |
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.
Рисунок 2. Кинетические графики изменения содержания кислорода.
Figure 2. Kinetic plots of oxygen content change.
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).
Рисунок 3. Кинетические графики образования углекислого газа.
Figure 3. Kinetic plots of carbon dioxide formation.
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.
Рисунок 4. Кинетические графики образования водорода.
Figure 4. Kinetic plots of hydrogen formation.
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).
Таблица 2
Результаты газовой хроматографии сухих семян и почв, обработанных конденсатором, через двое суток после 10-минутной экспозиции
Table 2
Gas chromatography results of condenser-treated dry seeds and soils measured in two days after a 10-minute exposure
Образец | Опыт, мкл | Контроль (необработанный), мкл | ||||
H2 | О2 | СО2 | H2 | О2 | СО2 | |
1. Горох «Немчиновский 50» | 0,02 | 1491 | 1,36 | 0,01 | 1576 | 2,11 |
2. Пшеница «Сократ» | 0,01 | 1571 | 1,39 | 0,01 | 1558 | 0,97 |
3. Грунт «Нарьян Мар» | 0,02 | 1340 | 121,2 | 0,02 | 1254 | 115,8 |
4. Грунт «Одинцово» | 0,02 | 1311 | 31,3 | 0,01б | 1278 | 27,8 |
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
- Разработан междисциплинарный метод изучения влияния слабого неионизирующего нетеплового электромагнитного поля (ЭМП) на семена и почвы с помощью метода газовой хроматографии.
- 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.
- Технология «TOР» имеет потенциал для непосредственной биоактивации как засеянных, так и находящихся под паром сельскохозяйственных угодий больших площадей.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах
Светлана Юрьевна Хаширова
Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова
Автор, ответственный за переписку.
Email: new-kompozit@mail.ru
проректор по науке, профессор, доктор химических наук
Россия, 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, д. 173Альберт Семенович Шабаев
Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х. М. Бербекова
Email: albertshabaev53@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4188-8881
кандидат химических наук, старший научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий
Россия, 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, д. 173Елена Владимировна Бондарчук
АО «Концерн ГРАНИТ»
Email: info@granit-concern.ru
вице-президент
Россия, 119019, г. Москва, б-р Гоголевский, д. 31, стр. 2Игорь Федорович Турканов
АО «Концерн ГРАНИТ»
Email: info@granit-concern.ru
руководитель
Россия, 119019, г. Москва, б-р Гоголевский, д. 31, стр. 2Валерий Георгиевич Грязнов
АО «Концерн ГРАНИТ»
Email: info@granit-concern.ru
ORCID iD: 0000-0001-5751-6815
кандидат физико-математических наук, заместитель руководителя
Россия, 119019, г. Москва, б-р Гоголевский, д. 31, стр. 2Екатерина Анатольевна Галкина
АО «Концерн ГРАНИТ»
Email: info@granit-concern.ru
ORCID iD: 0000-0003-3824-2577
начальник лаборатории электробиофизических и химических исследований
Россия, 119019, г. Москва, б-р Гоголевский, д. 31, стр. 2Ирина Михайловна Кайгородова
АО «Концерн ГРАНИТ»; Федеральный научный центр овощеводства
Email: kaigorodova-i@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5048-8417
кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Федерального научного центра овощеводства
Россия, 119019, г. Москва, б-р Гоголевский, д. 31, стр. 2; 143080, Московская обл., Одинцовский городской округ, поселок ВНИИССОК, ул. Селекционная, д. 14Владимир Габдуллович Зайнуллин
ФИЦ Коми НЦ УрО РАН
Email: zainullin.v.g@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9378-1170
Институт агробиотехнологий; главный научный сотрудник, доктор биологических наук
Россия, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Ручейная, д. 27Список литературы
- 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.
- Бецкий, О. В. Миллиметровые волны и живые системы / О. В. Бецкий, В. В. Кислов, Н. Н. Лебедева. – М.: Science Press, 2004. – 272 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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).
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 др.] // Вестник Оренбургского аграрного университета. – 2024. – 110 (6). – С. 158–164.
- 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.
- 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.
- Березкин, В. Г. Химические методы в газовой хроматографии / В. Г. Березкин. – Elsevier, 2000. – 312 с.
- 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.
- Устройство для подавления жизнедеятельности патогенных микроорганизмов и вирусов электромагнитным излучением / Патент RU2765973 от 07.02.2202.
- 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.
Дополнительные файлы
