По подсчетам ФАО ООН уже в 80-х годах прошлого столетия в аграрном секторе было рекомендовано применять более 700 видов разнообразных электротехнологических операций, среди которых рассматривалось и прямое воздействие электрического тока на материалы и сырье. Существенное достоинство данной электротехнологической операции заключается в её экологической и продовольственной безопасности, что позволяет говорить о возможности её включения в реализацию программы органического земледелия и концепции переоснащения аграрного сектора «Agriculture 4.0». С практической точки зрения результат влияния физического фактора на биологический объект, например, семена злаковых культур, рассматривают как увеличение их всхожести и, в конечном счете, урожайности. При этом остаются недостаточно изученными режимы обработки семян и механизмы реализации полученного воздействия, приводящие к увеличению урожайности. В связи с этим целью данной работы явилось изучение влияния предпосевной обработки семян ярового ячменя в электрическом поле переменного напряжения (ЭППН) с целью повышения всхожести и ускорения их прорастания, интенсификации роста и развития растений и увеличения урожайности.

Объектом исследования служили семена ярового ячменя сортов местной селекции Сокол, Вакула, Грис и Приазовский 9 за три года репродуцирования, которые обрабатывали в ЭППН напряженностью 0,5 кВ/см на лабораторной установке в течение 20, 40 и 60 секунд. Всхожесть семян определяли в течение 10 дней после обработки. Определяли поглощение воды контрольными и обработанными семенами весовым методом в течение суток после замачивания; мощность проростков определяли при проращивании семян в рулонах фильтровальной бумаги; активность амилаз определяли стандартным методом по микрофенологическим фазам прорастания семян (МФФПС); в условиях полевого опыта определяли урожайность. Установлено, что все испытанные режимы предпосевной обработки семян оказывают положительный эффект на все изученные признаки, однако самый высокий и устойчивый эффект был получен при обработке семян в ЭППН течение 40 секунд и последующей их отлёжке в течение 4-х суток; этот режим обработки семян использовали в дальнейшей работе.

Предпосевная обработка семян в ЭППН при оптимальном режиме приводит к увеличению энергии прорастания на 18-34 %, а всхожести на 4-6 % в среднем по всем изученным сортам за разные годы их репродуцирования. Электростимуляция семян оказывает положительный эффект на водопоглощение. Увеличение массы семян имеет общий характер в контроле и в опыте, однако разница значений их массы в процессе водопоглощения постепенно нарастает: разница массы семян через 30 минут набухания составила 4,6 %, а через 12 часов она увеличилась в 3,9 раза и составила уже 17,9 %. Более высокая влажность обработанных прорастающих семян сохраняется также и по всем МФФПС до их прорастания.

Стимулирующий эффект предпосевной обработки семян в ЭППН проявляется также и в формировании более мощной первичной корневой системы 7-суточных проростков: увеличивается общая длина корешков за счет увеличения длины каждого. Наибольший эффект отмечен по длине 1-4 корешков проростка, их длина возрастает на 25-30 %. Выявлена сильная корреляционная связь между величинами прибавки суммарной длины корешков проростка и прироста длины каждого корешка после обработки семян в ЭППН. При оценке результатов воздействия предпосевной обработки семян ячменя физическими факторами надо использовать не абсолютные значения длины первого зародышевого корешка, как это часто делают, а величину прироста его длины в опыте по сравнению с контролем

Предпосевная обработка семян приводит к увеличению активности амилаз: активность β-амилазы возрастает на 30 %, а активность α-амилазы – на 40-50 % в среднем по всем сортам и МФФПС. Имеются и сортовые различия: так, в наклюнувшихся семенах у сорта Приазовский 9 суммарная активность амилаз возрастает в 5 раз, а у сорта Грис только на 10%.

Предпосевная обработка семян ярового ячменя сорта Вакула привела к превышению урожайности зерна по сравнению с контролем в острозасушливом году на 20,2 %, а в оптимальном – на 10,5 %. Увеличение урожайности произошло за счет таких элементов её структуры, как число зерен в колосе, масса 1000 зерен, количество растений на 1 м2 и продуктивная кустистость.

Таким образом, проявление действия электрического поля переменного напряжения на семена ячменя проявляется сразу после контакта семян с влагой, запускается каскад физиологических и биохимических процессов на более высоком уровне, что и приводит к повышению урожайности.

According to the UN FAO, already in the 80s of the last century in the agricultural sector, it was recommended to use more than 700 types of various electrotechnological operations, among which the direct effect of electric current on materials and raw materials was also considered. The essential advantage of this electrotechnological operation lies in its environmental and food safety, which allows talking about the possibility of its inclusion in the implementation of the organic farming program and the "Agriculture 4.0" concept of re-equipment of the agricultural sector. From a practical point of view, the result of the influence of the physical factor on the biological object, for example, seeds of cereal crops, is considered as an increase in their germination and, ultimately, productivity. At the same time, the modes of seed treatment and the mechanisms for implementing the resulting impact, leading to the increase in yield, remain insufficiently studied. In this regard, the purpose of this work was to study the effect of pre-sowing treatment of spring barley seeds in the electric field of alternating voltage (AVEF) in order to increase germination and accelerate their germination, intensify plant growth and development, and increase yields.

The object of the study was the seeds of Sokol, Vakula, Gris and Priazovsky 9 spring barley varieties of local selection for three years of reproduction, which were processed in AVEF with the voltage of 0.5 kV/cm on the laboratory unit for 20, 40 and 60 seconds. Seed germination was determined within 10 days after treatment. Water absorption was determined by the control and treated seeds by the weight method during the day after soaking; seedling power was determined during seed germination in filter paper rolls; amylase activity was determined by the standard method according to the microphenological phases of seed germination (MPPSG); under the conditions of the field experiment, the yield was determined. It has been established that all tested modes of pre-sowing seed treatment have a positive effect on all the studied traits, however, the highest and most stable effect was obtained when seeds were treated in AVEF for 40 seconds and then aged for 4 days; this mode of seed treatment was used in further work.

Pre-sowing treatment of seeds in AVEF under the optimal mode leads to the increase in germination energy by 18-34%, and germination by 4-6% on average for all studied varieties for different years of their reproduction. Electrical stimulation of seeds has a positive effect on water absorption. The increase in the mass of seeds is of a general nature in the control and in the experiment, however, the difference in the values of their mass in the process of water absorption gradually increases: the difference in the mass of the seeds after 30 minutes of swelling was 4.6%, and after 12 hours it increased by 3.9 times and amounted to 17.9%. A higher moisture content of the treated germinating seeds is also maintained for all MFFPS until their germination.

The stimulating effect of presowing seed treatment in AVEF is also manifested in the formation of a more powerful primary root system of 7-day-old seedlings: the total length of roots increases due to an increase in the length of each. The greatest effect was noted along the length of 1-4 seedling roots, their length increases by 25-30%. A strong correlation was found between the values of the increase in the total length of the seedling roots and the increase in the length of each root after seed treatment in AVEF. When evaluating the results of the impact of presowing treatment of barley seeds with physical factors, it is necessary to use not the absolute values of the length of the first germinal root, as is often done, but the amount of increase in its length in the experiment compared to the control.

Presowing seed treatment leads to an increase in the activity of amylases: the activity of β-amylase increases by 30%, and the activity of α-amylase - by 40-50% on average for all varieties and MPPSG. There are also varietal differences: for example, in the seeds of the Priazovsky 9 variety, the total activity of amylases increases 5 times, while in the Gris variety, only by 10%.

Pre-sowing treatment of seeds of Vakula spring barley variety led to an excess of grain yield compared to the control in an acutely dry year by 20.2%, and in an optimal year by 10.5%. The increase in yield occurred due to such elements of its structure as the number of grains per ear, the weight of 1000 grains, the number of plants per 1 m2 and productive tillering.

Thus, the manifestation of the action of an electric field of alternating voltage on barley seeds manifests itself immediately after the contact of seeds with moisture, a cascade of physiological and biochemical processes is launched at a higher level, which leads to an increase in yield.