Недавно мы писали о том, как знаменитый советский физик Абрам Иоффе еще в конце 1950-х годов обосновывал необходимость физических экспериментов применительно к проблемам земледелия. Сегодня мы можем наблюдать конкретные результаты данного направления исследований, в корне меняющие наше представление о том, каким должно быть современное, технически оснащенное сельское хозяйство.
Совсем недавно на ScienceNews появилась публикация, в которой раскрываются возможности применения технологий холодной плазмы в растениеводстве. Напомним, что по утверждению астрофизиков, большая часть вещества во Вселенной находится в плазменном состоянии (которое еще называют четвертым агрегатным состоянием). Плазма может возникать как естественно, так и искусственно. Созданная под воздействием высоких температур (как, например, происходит на Солнце), такая плазма называется «горячей». А та плазма, что создается в плазменном шаре и в других средах при обычных температурах и низком давлении, называется «холодной». Как правило, плазменный шар наполнен газовой смесью, куда в обязательном порядке входят инертные газы, такие как аргон, неон, криптон или ксенон. Под воздействием высокочастотного тока происходит возбуждение электронов, отделяющихся от атомов газа. Крошечная молния внутри шара – это как раз и есть плазма.
Как сказано в упомянутой публикации, ученые уже давно интересуются тем, как плазма влияет на биологию растений. Еще в конце позапрошлого века финский физик Карл Селим Лемстрём обратил внимание на то, что ширина годичных колец у елей, растущих на Крайнем Севере, соответствуют циклам северного сияния. Ученый сделал вывод, что эти световые явления каким-то образом способствуют росту растений. В своей лаборатории он смоделировал похожие условия, пропустив электрический ток через металлическую сетку, помещенную на растения. По его словам, если такая обработка ведется правильно, она способна увеличить урожаи овощей.
Для современных ученых совсем не секрет, что воздействие плазмы может безвредно убивать патогенные бактерии, грибки и вирусы. Однако ее влияние на рост растений ещё требует тщательного изучения. В последнее десятилетие в разных странах как раз ведутся исследования в этом направлении. Так, были использованы самые разные способы воздействия плазмы на семена и саженцы сельскохозяйственных культур – либо напрямую, либо опосредованно. В некоторых экспериментах используется вода, обработанная плазмой. В этом случае она выполняет сразу две функции – орошения и удобрения. В настоящее время ученые планируют перейти от лабораторных экспериментов к полевым условиям, проверив «работу» плазмы на больших площадях.
Такие обширные исследования, подчеркивается в публикации, стали возможны благодаря тому, что в начале нынешнего столетия были разработаны весьма эффективные и экономичные способы генерирования холодной плазмы. Как правило, в большинстве исследований (как успешных, так и не успешных) ученые пытаются проверить две основных идеи: идею плазмы как дезинфицирующего средства и плазму как стимулятор роста. Такая работа проводится в США, в Канаде, в Южной Корее, в Китае, в Японии, в Сербии, в Румынии. Довольно многообещающе выглядят здесь исследования по выявлению влияния плазмы на прорастание семян. Так, команда китайских исследователей из академии наук в Нанкине утверждала, что после воздействия плазмой на семена сои корешки на седьмой день прорастания оказались на 27% тяжелее, чем у необработанных семян. Похожие исследования проводили и румынские ученые, зафиксировав аналогичный прирост корней и ростков у редиса. В том же направлении работали и японские ученые, опубликовав соответствующие результаты, согласно которым посадки обработанных растений давали прирост урожая в 15 процентов.
Вместе с тем исследователи отмечают, что плазменная обработка дает положительный результат только в том случае, если выполнена своевременно и в нужном количестве. В противном случае результат может оказаться отрицательным. Поэтому методика нуждается в тщательной проработке и не может применяться абы как. Например, те же японские исследователи утверждали, что обработка растений на поздних стадиях роста ведет к снижению урожайности.
Исследование, проведенное учеными из Южной Кореи, показало, что шестиминутное воздействие плазмы увеличивало сроки прорастания семян ячменя. Если же семена обрабатывались по 18 минут в течение трех дней, то преимуществ никаких не обнаруживалось. Кроме того, в ходе исследования влияния прямых плазменных струй на горох, кукурузу и редис было выявлено вредное воздействие, степень которого напрямую зависела от газа, используемого в плазме. Длительная обработка приводила к тому, что семена прорастали медленнее, чем необработанные.
Исходя из полученных результатов, ученые приходят к выводу, что прежде, чем плазма окажется в руках фермеров, ученым придется изучить всё многообразие способов плазменной обработки растений. Поэтому в настоящее время по всему миру реализуются проекты, связанные с тестированием плазмы в больших масштабах и в самых разных условиях. Весьма интересно такое направление, как получение с помощью плазмы азотных удобрений прямо из… воздуха. Голландские ученые, работающие сейчас в Уганде, даже разработали с этой целью портативный «реактор». Подобные устройства позволят удовлетворить потребности в удобрениях местных фермеров, которые не могут позволить себе покупку аммиачной селитры.
Показателен в этом отношении пилотный проект, реализуемый сейчас в Канаде (Квебек) одним крупным тепличным хозяйством. Для работы над этим проектом был привлечен физик из Монреаля Стефан Рейтер, имеющий большой опыт работы с плазмой. Компания надеется дополнительно «озеленить» свое хозяйство, снизив углеродный след путем отказа от использования традиционных азотных удобрений. Азот, «удобоваримый» для растений, здесь намерены получать с помощью плазмы. Стефан Рейтер пообещал сообщить о первых серьезных результатах уже в начале 2022 года (сам проект стартовал весной этого года). Если всё пойдет хорошо, то фермеры получат надежную замену традиционным удобрениям, что позволит им дополнительно посодействовать снижению углеродной эмиссии.
И напоследок приводится еще один весьма вдохновляющий пример. Так, один из исследователей, вынужденный из-за пандемии работать дома, провел щадящую обработку плазмой семян овощей. Это были огурцы, помидоры, баклажаны и капуста. Эксперимент проводился, в общем-то, «на удачу». Во всяком случае, рассчитывать на стопроцентно положительный результат не приходилось. Однако удача все-таки посетила настойчивого исследователя. Осенью он получил небывалый урожай. Помидоры из обработанных семян плодоносили вплоть до октября, в то время как необработанные растения к тому времени полностью высыхали. Огурцы оказались крупнее и сочнее. Капуста была тяжелее обычного и вкуснее. Как признался сам ученый: «Я получил прямо фантастическое количество всего».
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии