Кукуруза вчера, сегодня, завтра. Часть 6

XVI. Предпосевная обработка семян. Современный подход.

Следующее условие подготовки сильных семян – комплексная предпосевная обработка.

Уважаемый читатель, как бы не ущемляло нашу гордыню признание того факта, что микроорганизмыпоявились на Земле за огромное количество лет до появления человека – это так. Зерно было, есть и будет домом обитания и пищей для микроорганизмов. Более того, увеличение производимого человеком зерна, естественно, способствует росту популяций микроорганизмов – конкурентов человеку в борьбе за жизнь, и борьбу с ними надо вести по всем правилам борьбы с конкурентами, главное из которых – знать конкурента. Второе правило – враг нашего конкурента, наш друг. Вот тут-то мы только в последнее время начинаем понимать, как мы по варварски вторглись в жизнь почвенной биоты, миллионы лет до появления человека находящейся в симбиозе с растениями. Сегодня мы отвальной пахотой и химическими препаратами, практически, ведем с ней войну на уничтожение.

Генеральный директор НПО Биоцентр «Дон» Харченко А.Г. предупреждает: «Надвигающаяся на растениеводство новая беда – базальный бактериоз (достаточно посмотреть на каштаны в середине лета) – заставляет перепротравливать семена закупленные у иностранных фирм. Деградация активного гумуса почв привела к тому, что теперь любая инфекция, привнесенная с импортными семенами, не подавляется собственными ослабленными микробными аборигенными сообществами» [6]. Вот и получается, что сегодня семена требуют адресной и комплексной обработки с целью упредить будущие потери урожая. Кроме того, все более и более набирает силу технология обработки семян инокулянтами, проводить которую, зачастую необходимо непосредственно перед севом. Если с бобовыми культурами такая обработка сегодня широко применяется, то для зерновых инокуляция только начинается.

Сегодня инокуляция микробными препаратами не бобовых культур, направление не просто перспективное, а крайне необходимое. Необходимость эта обусловлена тем, что сложившийся за миллионы лет симбиоз почвенных микроорганизмов и корневой системы растений нарушен интенсивной агротехнологией. Полезные микроорганизмы, поддерживающие жизнь почвы, ослаблены и контролировать состав почвенной биоты, как это было ранее, уже не могут, по сути, уступая дорогу патогенным микроорганизмам.

Сложившееся мнение, что ризобии могут активно взаимодействовать лишь с корнями бобовых растений ошибочно. Такое мнение бытует по той причине, что симбиоз микроорганизмов с корнями бобовых культур проявляется в максимально возможном варианте – азотфиксирующие микроорганизмы размещаются непосредственно на корнях бобовых культур и их «домики» легко обнаруживаются.

Последние исследования в области биохимии почвы показали, что почвенные микроорганизмынаходятся в симбиозе с корневой системой растений во всем их разнообразии. Обеспечивают симбиоз с высшими растениями AM-грибы (арбускулярные микоризные грибы).

Как известно, в процессе развития растения углеводы, белки, жиры и т.д. образуются в результате фотосинтеза из тех исходных элементов, которые получает растение в качестве питательных веществ, состоящих из углекислоты, азота, фосфора, железа, серы, калия, кальция и других элементов. Доставляют питательные вещества к волоскам корневой системы  микроорганизмы.

Откуда же берет растение углерод в виде углекислоты, если углекислого газа в составе атмосферы не более 0,03%? Ответ простой. Все живое (в том числе и человек) существует за счет процессов окисления питательных веществ, в результате которых выделяется углекислый газ, вода и теплота. Именно при активной жизни почвенной биоты с высшими растениями выделяется углерод в той форме, которая легко усваивается растениями. Углерода в живой почве в сотни раз больше, чем в атмосфере.

Аэробные микроорганизмы доставляют питание к верхней корневой системе. Это значит, что для жизни аэробных микроорганизмов нужна пористая, насыщенная воздухом среда, ибо без кислорода такие организмы жить не могут. Именно в живой почве, пронизанной ходами от корневой системы прошлогодних растений и ходами земляных червей, сформирована среда для жизни и размножения (обязательно размножения, ибо жизнь бактерий коротка, около 20-30 минут) аэробных микроорганизмов.

Анаэробные микроорганизмы обитают на большой глубине и взаимодействуют с корнями нижних горизонтов. В среде кислорода, будучи вывернутыми плугом наверх, они не выживают.

Нарушение жизни почвенной биоты приводит к тому, что усвоение корневой системой, внесенных в почву минеральных удобрений, снижается, и растение не в состоянии реализовать заложенный селекцией потенциал.

Понятно, что инокуляция семян биологическими препаратами не может восстановить утраченный природный агрофон почвы, но может адресно помогать растению за счет заселения азотфиксирующими, фосфатмобилизирующими и другими микроорганизмами тот локальный объем почвы, в котором будет формироваться корневая система растения.

Но основная задача микробных препаратов – это повысить усвоение питательных веществ корневой системой растения. Как известно, коэффициент такого усвоения культурными растениями по азоту и калию находится на уровне 40%, а по фосфору не более – 20%. Поскольку биопрепараты способствуют формированию более развитой корневой системы, то это в совокупности и активизирует жизнь почвенных микроорганизмов, и приводит к повышению усвояемости питательных веществ, в том числе и минеральных удобрений на 20-30% [23].

Таким образом, влияние привнесенной с семенами в почву биоты проявляется в повышении усвоения питательных веществ корневой системой, тем самым, стимулируется развитие и рост растений. Корневая система, инициированная бактериализацией, прорастает глубже, «добывая» фосфорные удобрения, которые со временем опускаются туда с верхних слоев. По сути, инокуляция растений является своеобразной биологической помпой, с помощью которой происходит возврат фосфатов в верхние горизонты почвы [23].

Если в объеме развития корневой системы инокулированного растения доминирует жизнь привнесенных микроорганизмов, то они, «захватив» экологическую нишу, не допускают длительное время патогенных микроорганизмов к инфицированию растений [23].

Бактеризированные растения, имея более развитую и мощную корневую систему, глубже прорастают, тем самым, снижая риски вымерзания для озимых культур и повышая засухоустойчивость. При этом, растение может с большей вероятностью продержаться и пережить аномальный стрессовый период, обусловленный погодой.

Кроме этого, бактеризированные растения не поддаются так легко болезням, как не инокулированные, поскольку привнесенные микроорганизмы усиливают иммунную систему растений.

Плодородие тем выше, чем больше бактерий и червей в почве, т.е. для получения высоких урожаев требуется почвенную биоту кормить, а не перепахивать их среду обитания плугом, травить химическими препаратами, а пищу для нее уготованную в виде пожнивных остатков брикетировать и сжигать в каминах.

Может возникнуть вопрос – почему, не смотря на длительную войну на уничтожение почвенной биоты со стороны человека, она упорно сопротивляется и хоть ослабла, но не исчезла. Дело в том, что природа наделила почвенное микронаселениесвойством выживания – в случае ухудшения условий для жизни и размножения оно прекращает активное состояние и остается в виде покоящихся спор. В этом состоянии жизнь микроорганизмов сохраняется длительное время до условий, при которых появится возможность выйти из состояния покоя [24].

В конечном итоге, инокуляция благоприятно влияет на формирование растений, повышает интенсивность фотосинтеза, усиливает процесс генерации, что приводит к повышению урожайности и улучшению качества зерна. Настало время искусственно привносить в почву микроорганизмы на помощь той почвенной биоте, которая смогла сохраниться вопреки интенсивной агротехнологии.

Лабораторная всхожесть семян в зависимости от характера травмирования и поражения грибами (С.А. Чазов)

Рис.123. Лабораторная всхожесть семян в зависимости от характера травмирования и поражения грибами (С.А. Чазов) [25].

Всхожесть семян в искусственно созданных условиях по температуре и влажности в термостате семенной лаборатории дает ответ лишь на один вопрос: живое зерно или нет. Именно поэтому пораженные грибами семена при лабораторном анализе на всхожесть, практически, не проявляются (рис.123). Только в условиях поля проявляются действительные посевные качества, и не только посевные, а и то, защищено ли семя от зараженности именно этого поля, обработано ли оно тем препаратом, который требовался по результатам анализа на зараженность исходного посевного материала, учтена ли при обработке семян угроза поражения растений от болезней регионального уровня и т.д. Именно поэтому необходимо вводить, так называемый, «холодный тест», когда проверяется прорастание семян при неблагоприятных условиях (t 10 °С, почва с полей), что позволяет до посева выявить возможные болезни и, либо дополнительно обработать необходимым препаратом, либо исключить соответствующие партии семян из размножения и выращивания [7].

Отрицательное воздействие пораженных болезнями травмированных семян хорошо изучено. Поскольку абсолютно избежать травмирования не удастся (особенно микротравмирования), то есть смысл рассмотреть вопрос отрицательного влияния травмирования семян и их поражение микроорганизмами с той целью, чтобы более убежденно понимать необходимость предпосевной обработки семян.

Целые семена покрыты твердой и плотной оболочкой, которая, главным образом, состоит из клетчатки и восковых веществ и, как правило, редко подвергаются воздействию полевыхмикроорганизмов,находящихся на влажном зерне в полевых условиях. Другое дело плесни хранения.

Плесни хранения опасны тем, что они наименее требовательны к влаге и размножаются при равновесной влажности 13-15% и температуре до 6°С. Понятно, что травмированные семена являются при этом средой активной жизнедеятельности микроорганизмов, поскольку повреждение защитных оболочек семян открывает доступ микроорганизмам к питанию и, естественно, к размножению. Наиболее уязвимым местом для поражения плесневыми грибами, способными значительно снизить семенную ценность зерна, является зародыш. Преимущественное развитие грибов на зародыше объясняется его большей по сравнению с другими частями зерна гигроскопичностью, меньшей защищенностью – он покрыт легко травмируемой эластичной оболочкой и обеспечен в большем количестве легкоусвояемыми веществами (белки, жиры, углеводы и др.).

Рассмотрим влияние травмирования зерна на поражаемость его микроорганизмами и снижение жизнедеятельности растений для семян кукурузы.

Интересно отметить, что при очень высоких показателях по лабораторной всхожести степень поражения грибами у травмированных семян значительно выше, чем у целых. Поражение травмированных семян грибами еще более резко обнаруживается при определении силы начального роста. Гистохимическая оценка проростков показала, что макроповреждения эндосперма и зародыша ведут к частичной потере запасных веществ: белка, аминокислот, крахмала, сахара и жира. Изменяется и содержание физиологических веществ. Таким образом, ущербность травмированных семян обусловлена нарушением физиологических процессов протекающих при прорастании.

 Общее количество плесневых грибов, тыс. шт. микроорганизмов / г зерна кукурузы

Рис.124. Общее количество плесневых грибов, тыс. шт. микроорганизмов / г зерна кукурузы [16].

По данным многих исследований грибы ксерофиты растут и развиваются на семенах кукурузы при влажности 14 – 15 %. Грибная флора практически постоянно присутствует на семенах, и некоторые ее виды (например, плесневые грибы) могут размножаться при относительной влажности воздуха около 65%. Зависимость количества плесневых грибов от вида травмированности зерна кукурузы показана на рисунок 124. Видно, что поверхностная микрофлора поврежденного зерна увеличивается во много раз. Интересно то, что если оболочка у зерна кукурузы целая, то внутренняя трещиноватость не может провоцировать размножение микроорганизмов. Это лишний раз говорит о том, что семена кукурузы требуют щадящей технологии, начиная с комбайна и заканчивая сеялкой. Большое разнообразие микрофлоры отмечено при прорастании в полевых условиях. Выемка зерна по методике академика Н.Н. Кулешова, проводимая по посевам кукурузы показала, что все не проросшие семена были поражены грибами [16].

Микроорганизмы, кроме непосредственного разрушения клеток семян зерна омертвляют зародыш и проросток токсичными продуктами своей жизнедеятельности. Наличие большого количества микроорганизмов на травмированных семенах подтверждается как при проведении целевых анализов, так и опосредованных. Поскольку интенсивность дыхания является суммарным показателем дыхания семян и населяющих их микроорганизмов, то по многочисленным наблюдениям отмечается повышенная интенсивность дыхания травмированных семян. Повышение активности дыхания травмированных семян при их прорастании указывает на то, что изменяется весь окислительно-восстановительный режим проростков. Таким образом, энергия прорастания и всхожестьповрежденных семян снижаются в результате нарушения физиологических процессов, протекающих при прорастании. Плохая сохраняемость травмированных семянобъясняет то, что озимые культуры, будучи высеянными без предшествующего длительного хранения меньше страдают от травмирования, нежели яровые, от уборки до сева которых время в несколько раз больше, чем у озимых.

Все вышесказанное позволяет утверждать, что обязательным агроприемом подготовки семян кукурузы к севу является комплексная адресная обработкапротравливание,инкрустация и инокуляция.

Именно этот последний этап комплексной предпосевной обработки семян с учетом их исходной зараженности и зараженности поля, куда они будут высеваться, и учетом прогноза на возможные поражения в предстоящем сезоне регионального уровня завершает подготовку сильных семян.

На рисунке 125 показано взаимодействие препаратов, вносимых обработанными семенами, и удобрений, заложенных при комбинированном севе, с корневой системой растений в начальной и последующей фазе их развития.

Стадии развития кукурузы

I. Клеоптиль вышел из семени

II. Первый лист вышел из клеоптиля

III. Третий лист распустился

Стадии развития

I. Препараты нанесенные на семена, взаимодействуя с влагой почвы, образуют объем с требуемыми питательными веществами.

В этом объеме активно размножаются привнесенные с семенами супрессоры, снижая действие фитопатогенных грибов

II. По капиллярам почвы действующие препараты, привнесенные с семенами, занимают объем достаточный для активного развития зародышевого корня и придаточных корней. Происходит быстрое и выравненное прорастание семян.

III. Защита растений расширяется на надземную часть растений за счет транспортирования действующих веществ по стеблю и листьям. Углекислота, образующаяся как продукт жизнедеятельности привнесенных с семенами микроорганизмов, усваивается растением для начавшегося фотосинтеза. Размножившиеся микроорганизмы повышают усвоение внесенных удобрений на 25-30%.

Рис.125. Динамика взаимодействия привнесенных с семенами препаратов и микроорганизмов с корневой системой растения в начальных и последующих фазах его развития.

В связи с вышеизложенным и, с учетом значимости предпосевной обработки семян, нами разработан протравливатель, в котором не повторены ошибочные решения предыдущих аналогов.

Протравливатель состоит из двух блоков, каждый из которых выполняет обязательный этап нанесения препарата на зерно. Первый блок по ходу зерна обеспечивает первую фазу смачивания и представляет из себя устройство, в котором устанавливаются две форсунки, одна для подачи протравливающего препарата, а вторая для микробного препарата. Форсунки струйные. Струя препарата, ударяясь об отбойную стенку под расчетным углом, распыляется и распыленный препарат наносится на семена, движущиеся непрерывным потоком по каналу на вход в камеру вымешивания(рис.126).

Протравливатель ПСФ

Протравливатель ПСФ

Схема устройства протравливателя ПСФ.

Рабочий процесс протравливателя.

Рис.126. Протравливатель ПСФ.

Второй блокобеспечивает равномерное распределение препарата по поверхности семян за счет взаимоконтактов между семянками и контакта с развитой внутренней поверхностью камеры вымешивания.

Исследования показали, что равномерность распределения препарата на семянках и полнота покрытия обеспечиваются за счет взаимоконтакта семянок при их пересыпании в свободном режиме без какого-либо механического воздействия на них. Равномерность распределения препарата в большей мере зависит и от вида семян (крупные, мелкие, гладкие, шероховатые), от температуры в зоне работы протравливателя, от вязкости препарата и возможных других обстоятельств. Это, в свою очередь, накладывает требование к необходимости регулирования времени взаимораспределения семенами нанесенного препарата. С этой целью в камере вымешивания установлены поворотные ориентаторы, регулирующие время пересыпания семян. С этой же целью имеется возможность изменять угол наклона оси барабана и частоты его вращения. Ориентаторы обеспечивают активное пересыпание семян без какого-либо силового воздействия на них, что полностью исключает травмирование. Граненная форма барабана обусловлена необходимостью крепления поворотных ориентаторов и способствует лучшему взаимоконтакту между семенами – за счет, в начале, их скольжения по граням, а затем пересыпанию. Ссыпание семян с поверхности ориентатора в процессе вращения барабана обеспечивает падение каждой зерновки порознь от других в среде аэрозольного тумана.

Такое внимание к равномерности покрытия семян вызвано тем, что действующего вещества в препарате, как правило, намного меньше, чем воды, которая добавляется с целью обеспечить необходимое количество препарата для полного нанесения его на семена. Но, если доля жидкого препарата более 1,5% от массы семян, то переувлажнение семян может потребовать их досушивания после протравливания до равновесной влажности. Задача – обеспечить равномерное покрытия семян препаратом, доля которого не более 1% от массы семян.

К сожалению, это не всегда удается. Причин тому несколько:

-       препарат имеет высокую вязкость и требуется увеличивать долю воды для получения требуемой консистенции;

-       защитная оболочка семянки отдельных культур (например, подсолнечника) быстро впитывает препарат и равномерность его распределения ухудшается при взаимоконтактах семянок;

-       семена мелкосемянных культур (рапс, крупяные и другие) имеют поверхность в десятки раз большую, чем семена зерновых колосовых, бобовых, кукурузы и т.д., что требует для равномерного нанесения препаратана поверхность таких семян большей доли жидкого препарата.

На эти случаи разработанный нами протравливатель совмещается с блоком подсушки, в котором происходит удаление поверхностной влаги с протравленных семян, предотвращая их слипание.

На рисунке 127 приведена структурная схема, а на рисунке 128 компоновочная схема комплекса по предпосевной обработке семян любых с/х культур.

Структурная схема комплекса для предпосевной обработки семян любых с/х культур

Рис.127. Структурная схема комплекса для предпосевной обработки семян любых с/х культур.

 

Компоновочная схема комплекса для предпосевной обработки семян любых с/х культур

Рис.128. Компоновочная схема комплекса для предпосевной обработки семян любых с/х культур.

Производительность протравливателя – 10 т/час (по зерновым).

Емкость баков – каждый по 300 л.

Автоматическая система поддерживания заданного режима обеспечивает:

-        непрерывное перемешивание препарата, что предотвращает неравномерность его концентрации;

-        поддержание заданного расхода зерна;

-        поддержание заданных расходов химпрепарата и инокулянта;

Кроме того, позволяет контролировать фактические расходы зерна и препарата в процессе работы. Качество и равномерность покрытия высокая при расходе жидкого препарата не более 1% от массы протравливаемого зерна.

Травмирование семян полностью исключено.

Машина для предпосевной обработки семян (ПСФ)

На рисунке 129 приведена фотография комплекса. Авторство устройства для протравливателя семян защищено патентом Украины «Протравлювач насіння» и России «Протравливатель семян» (рис.130).

Протравливатель в линии (или отдельно от нее) устанавливается на высоте с таким расчетом, чтобы ссыпаемые из него семена поступали в весовой дозатор и систему фасовки и упаковки (в мешки или биг-бэги) семян.

Рис.129. Машина для предпосевной обработки семян (ПСФ).

 

Патент Украины и России на протравливатель семян

Патент Украины и России на протравливатель семян

Рис.130. Патент Украины и России на протравливатель семян.

Таким образом, нами разработан и запатентован протравливатель (ПСФ), который отличается от существующих следующим:

-       не травмирует семена;

-       за счет глубокой регулировки режимов обеспечивает полное и равномерное распределение препарата на поверхности семян при требуемом его количестве;

-       позволяет одновременно проводить обработку разными по функциональному назначению препаратами (протравливание и инокуляция);

-       при необходимости комплектуется осушителем для предотвращения слипания обработанных семян.

В таблице №11 приведены названия микробных препаратов для инокуляции семян кукурузы [23].

Таблица №11.

Название

Производитель

Препаратная форма

Азотофіт

ПП «БТУ-Центр»

Рідина

Біокомплекс АТ

ПП НВП «Агроенергетичні технології», Україна

Рідина

Ембіко (Емпробіо)

ТОВ «Пансіонат «Орбіта-2», Україна

Рідина

MIKRO-VITAL

BIO-NAT KFT, Угорщина/ТОВ «БІО-НАТ Україна», Україна

Рідина

 

Рравнокачественность семян, высокий посевной потенциал, высокая энергия прорастания и сила роста обеспечивают практически дружные всходы с малой временной разницей между первыми и последними проростками, а это обуславливает равномерность и выравненность развития на всех фазах роста растений и формирования зерна. Поле при этом не имеет прогалин, подгонов, нет разного стеблестоя. Все это позволяет более эффективно выполнять все агроприемы по защите растений, регулировании роста. Равномерность созревания и готовность к уборке позволяет убрать зерно без потерь с минимальным травмированием. Урожайность тем выше, чем более равномерны условия развития и площади питания каждого отдельного растения в поле.


 

XVII. Особенности травмирования семян кукурузы.

Похоже, что для Украины, как ни для какой другой страны, кукуруза и соя становятся культурами XXI века. И не только по причине того, что Украина, как никакая другая страна мира, имеет огромный аграрный потенциал, но и в силу растущей потребности в этих культурах на мировом рынке.

Схема строения зерновок кукурузы: А – зубовидной; Б – кремнистой

Рис.131. Схема строения зерновок кукурузы: А – зубовидной; Б – кремнистой.

Мировое производство кукурузы приближается к одному миллиарду тонн в год. Поистине, кукуруза – царица полей. Но, если кукуруза «царица полей», то прямой смысл этого слогана предполагает и отношения к ней как к царице. Чего не скажешь, глядя на то, как достается «царице полей» при ее очистке, сортировке, транспортировке и сушке.

Из всех разновидностей семян кукурузы мы рассмотрим две наиболее распространенные – зубовидную и кремнистую (рис.131, соответственно А и Б).







Механические повреждения семян кукурузы при уборке от общего количества поврежденной кукурузы

Рис.132. Механические повреждения семян кукурузы при уборке от общего количества поврежденной кукурузы (%) [16].

Особенностьтравмированиясемян кукурузы заключается в том, что макроповреждение зерна кукурузыпри уборке составляет 10%, а в процессе послеуборочной обработки доходит до 40-80% [16]. Зерна кремнистой и зубовидной кукурузы отличаются по характеру повреждений. Так при уборке, в силу того, что початки кремнистой кукурузы легче обмолачиваются и дробление зерна при этом почти не происходит, в отличии от зубовидной кукурузы; зато число зерен с поврежденной оболочкой у кремнистой кукурузы намного превосходит число зерен с таким повреждением у зубовидной кукурузы [16]. На рисунке 132 показано отличие в характере повреждений при обмолоте зубовиднойи кремнистойкукурузы.





 Влияние размера семян кукурузы на количество повреждений

Рис.133. Влияние размера семян кукурузы на количество повреждений [19].

Зерно у кремнистой кукурузы имеет более плотное строение, чем у зубовидной, так как характеризуется меньшим количеством пор. Зубовидная кукуруза повреждается сильнее, чем кремнистая. Это объясняется более рыхлым расположением крахмальных зерен эндосперма мало связанных между собой белковыми соединениями, придающими зернам более плотную консистенцию [16].

Исследователи заметили, что в процессе уборки крупные зерна кукурузы травмируютсяв большей мере, нежели мелкие [19]. На рисунке 133 приведены данные о зависимости травмированности семян кукурузы от их крупности. Замечено также, что у зубовидной кукурузы у крупных семян преобладает повреждение эндосперма на верхушке зерна, а у мелких в большей мере повреждается оболочка [16].





Зависимость травмирования семян кукурузы при уборке от их влажности

Рис.134. Зависимость травмирования семян
кукурузы при уборке от их влажности [16].

Травмированностьпри уборке кукурузы сильно зависит от влажности

зерна. Ниже приведенный график (рис.134) наглядно это демонстрирует. Видно, что минимум травмирования приходится при уборке кукурузы, влажность которой находится в пределах 15-18%. При большой влажности семена деформируются, а при низкой влажности зерно трескается и дробится.









Количество наружных повреждений при обработке на кукурузообрабатывающем заводе

Рис.135. Количество наружных повреждений при обработке на кукурузообрабатывающем заводе [26]

При уборке кукурузы травмированных зерен примерно в 10 раз больше, чем дробленых, и это надо учитывать при оценке травмирования. Внутренняя трещиноватость (без разрушения оболочки) в большей мере происходит при уборке кремнистых форм кукурузы. Как было сказано выше, травмирование семян кукурузыв основном происходит при послеуборочной обработке. Для совершенствования технологии необходимо оценивать травмирование на каждом этапе транспортировки, очистки, калибровки и сепарации семян кукурузы. Так делается на семенных заводах в США, Канаде, Франции. Подобные исследования были выполнены на Краснодарском заводе. На рисунке 135 приводится относительная усредненная зависимость количества наружных повреждений при обработке на кукурузообрабатывающем заводе [26]. Пробы отбирали после каждой из следующих операций:

1.      Поступление на завод (разгрузка).

2.      Подача початков норией из бункера в сушку.

3.      Сушка и подача початков на обрушивание.

4.      Обрушивание початков.

5.      Подача зерна норией и очистка на сепараторе.

6.      После калибровки.

7.      После триеров.

8.      После пневмовибростола.

В качестве примера приведены результаты анализа только одного года и кукурузы зубовидной формы. Замечено, что в отдельные годы травмирование может быть ниже. Кроме того, на разных заводах травмирование одних и тех же сортов кукурузыотличается. Семена кремнистых форм при послеуборочной обработке так же травмируются меньше. Как видно из графика (рис.135) наибольший «вклад» в травмирование вносят следующие операции:

-       загрузка початков в сушку;

-       обрушивание;

-       транспортировка норией.

Исследования Г.В. Ермилова [16] показали, что наиболее опасны травмы на спинной стороне в верхней части зерна. Это объясняется нарушением алейронового слоя, который является проводящим слоем физиологически активных веществ от эндосперма к зародышу.

Зародыш, в силу своей эластичности и специфики расположения в початке, повреждается меньше, чем эндосперм. Но оболочка над зародышем из-за ее эластичности повреждается в несколько раз больше, чем оболочка эндосперма.

График равновесия относительной влажности воздуха и влажности зерна кукурузы при 20°С

Рис.136. График равновесия относительной влажности воздуха и влажности зерна кукурузы при 20°С.

Отличительная особенность травмирования кукурузы – это внутренняя трещиноватость. Она может возникать при ударе, но чаще всего, трещиноватость обусловлена изменениями температуры (нагревание, охлаждение) и влагоудалением (сушка). При сушке кукурузы в эндосперме образуются внутренние трещины. В силу эластичной оболочки зерна кукурузы, она, в отличие от бобовых культур, не разрывается. Но при механическом воздействии на зерно с внутренними трещинами оно при разрыве оболочки дробится.








Механизм образования внутренних трещин в зернах кукурузы при сушке и охлаждении

Рис.137. Механизм образования внутренних трещин в зернах кукурузы при сушке и охлаждении.

Перед тем, как перейти к травмированию семян кукурузы при сушке необходимо отметить еще одну особенность семян этой культуры. Семена кукурузы при повышенной относительной влажности воздуха сильно повышают способность поглощать влагу (гигроскопичность). Так, при относительной влажности воздуха 95% равновесная влажность семян кукурузы составляет 25% (рис.136).

Причиной образования трещин при сушке является то, что влага, интенсивно удаляясь с близлежащих к поверхности слоев, приводит к неодновременному изменению объема отдельных частей зерна (периферийных тканей по сравнению с внутренними), что вызывает напряжение между ними и, как следствие, образование трещин. Кроме того, как известно, белковые компоненты легко впитывают влагу и очень медленно отдают ее при сушке по сравнению с зернами крахмала. В результате чего, при влагоудалении белковые соединения и крахмальные зерна изменяют объемы не одинаково по времени, и это приводит к возникновению напряжения на границах между ними и к образованию микротрещин. В случае охлаждения нагретого зерна возникают градиенты напряжения того же порядка, что так же приводит к внутренней трещиноватости (рис.137).

Интересно то, что первыми вопрос о значительном ущербе наносимом кукурузе с трещинами подняли переработчики кукурузы, т.к. трещиноватая кукурузаснижала выход продукции (кукурузные хлопья) более чем на 20%. Исследования, проведенные с целью оценки травмирования семян кукурузыпри разных вариантах сушки и обрушивания, выявили

Доля семян кукурузы с трещинами при различных вариантах сушки и обрушивания початков

Рис.138. Доля семян кукурузы с трещинами при различных вариантах сушки и обрушивания початков [16].

высокуютравмированностьна этом этапе подготовки семян (рис.138). Видно, что даже при ручном обрушивании и воздушной сушке (t°С окружающей среды, относительная влажность 65%) трещиноватость составляет 10%. Оценивались только внутренние трещины при целостности оболочки. В силу того, что при сушке зерна кукурузы происходят различные процессы с малым интервалом по времени (набухание, нагревание, влагоудаление, охлаждение), то правильно было бы их рассмотреть по отдельности. Попытки «заживить» трещины за счет смыкания тканей разделенных трещиной при набухании зерновки результатов не дали.

Увлажнение (набухание) приводит к, якобы, уменьшению количества трещин, но, на самом деле, происходит смыкание тканей, трещина при этом остается, но становится невидимой при традиционном методе контроля, но поскольку органическая связь между тканями разделенными трещиной не восстанавливается, то рентген показывает эту заплывшую трещину. В силу этого, при последующем обезвоживании зерна (при сушке) трещина не только появится вновь, но и увеличится. В настоящее время разработан экспресс-метод оценки травмированности кукурузы на основе рентгенографии. Метод разработан под руководством профессора Архипова М.В. (г.Санкт-Петербург).

Для кукурузы, как уже говорилось характерно то, что трещины, проходящие в эндосперме, часто не выходят через оболочку в силу ее эластичности. Так природа за тысячелетия отобрала природной селекцией растения с такими свойствами зерен, что способствовало их лучшей сохранности.

Таблица №12. Классификация зерносушилок.

Тип зерносушилок

Вариант исполнения

Зерносушилки гравитационного типа

Шахтные зерносушилки

Модульные зерносушилки

Башенные зерносушилки

Зерносушилки с принудительным перемещением зерна

Барабанные зерносушилки

Конвейерные зерносушилки

Зерносушилки DRYER ONE (в Украине пока отсутствуют)

При знакомстве с характеристиками зерносушилок разного типа убеждаешься, что, как правило, сравнение проходят в плоскости их экономической эффективности, а такой параметр как неравномерность сушки редко оценивается. Для примера, возьмем из приведенной ниже классификации зерносушилок (таблица №12) модульную сушилку колонкового типа и рассмотрим неравномерность сушки зерна кукурузы при указанных параметрах на входе и выходе из одной колонны (рис.139, 140).













Процесс сушки кукурузы в сушилке колонкового типа

Неравномерность влажности и температуры зерен семян кукурузы при окончании процесса сушения в первой колонне сушения

Рис.139. Процесс сушки кукурузы в сушилке колонкового типа [27].

Рис.140. Неравномерность влажности и температуры зерен семян кукурузы при окончании процесса сушения в первой колонне сушения [27].

Зерно на расстоянии 3 см от «горячей» стенки нагрето до температуры 102°С и высушено до 10%, а на расстоянии от той же стенки 35 см имеет температуру 51°С и влажность практически ту, с которой поступило в колонну – 24%. Такая неравномерность сушки чревата тем, что пересушенное зерно легко будет крошиться при незначительном механическом ударе по той причине, что внутренняя трещиноватость даже при температуре зерна при 50°С и температуре теплоносителя (температура агента сушки tаc) 90°С составляет около 20% [28]. А что касается семян, то семена кукурузы при температуре нагрева свыше 40°С теряют посевные свойства (всхожесть %) тем сильнее, чем выше температура агента сушки (рис.141) [28]. Повышение температуры теплоносителя существенно интенсифицирует процесс сушки (рис.142) [28], но это, кроме трещиноватости, приводит к денатурации белка зародыша, в первую очередь легко растворимых в воде альбуминов и глобулинов, что недопустимо для семян, а для товарного зерна снижает выход крахмала. Так при tаc ≈ 140°С выход крахмала снижается на 27-35% [28].

Кривые нагревания кукурузы и снижения влажности при разной температуре агента сушки (гибрид ЗПСК=539)

Кривые нагревания кукурузы и снижения влажности при разной температуре агента сушки (гибрид ЗПСК=539)

Рис.141. Изменение всхожести и трещиноватости зерна кукурузы при разной температуре агента сушки (гибрид ЗПСК=539) [28].

Рис.142. Кривые нагревания кукурузы и снижения влажности при разной температуре агента сушки (гибрид ЗПСК=539) [28].


 

Семенакремнистой кукурузы, имеющие развитый роговидный эндосперм и содержащие повышенное количество белка, как правило, имеют больше трещин, чем семена зубовидной кукурузы, содержащие меньшее количество белка и большее количество крахмала. Как было уже сказано, это объясняется тем, что белок намного медленнее отдает влагу нежели крахмал. У кремнистой кукурузы трещины глубокие. Они облегают зародыш и идут по границе зародыша и эндосперма, или располагаются по ширине зерновки.

Изменение трещиноватости семян кукурузы при их нагреве (влажность const)

Рис.143. Изменение трещиноватости семян кукурузы при их нагреве (влажность const) [16].

Исходя из чисто физических понятий, первоначальный нагрев семян кукурузы при сушке приводит к смыканию тканей разделенных трещинами. Этот процесс становится заметным при повышении температуры зерна выше 35-40°С (рис.143).

Последующее обезвоживание усугубляет картину – число трещин растет, а сомкнутые трещины раскрываются на большую величину, в силу того, что при смыкании тканей было их уплотнение по обе стороны от трещины. Завершающий этап – охлаждение зерна добавляет количество трещин и углубляет имеющиеся. То есть, обезвоживание (сушка) и охлаждение приводят к растрескиванию в процессе сушки.







Изменение трещиноватости семян кукурузы при изменении (ступенчатом) температуры теплоносителя в процессе сушки и обрушивания [16]

Рис.144. Изменение трещиноватости семян кукурузы при изменении (ступенчатом) температуры теплоносителя в процессе сушки и обрушивания [16].

В процессе охлаждения изменения происходят противоположные тем, которые происходят при нагреве. Понятно, что при охлаждении периферийные и внутренние ткани зерновки кукурузы тоже охлаждаются не одновременно, что неизбежно приведет к напряжениям между отдельными участками охлаждаемой ткани и вызовет образование трещин. Исследования подтвердили, что при охлаждении зерен кукурузыс разных значений начальной температуры с шагом 5°С (с 70°С до -8°С) заметно возрастало количество трещин при больших перепадах начальной и конечной температур. Так при средней первичной температуре теплоносителя 50°С трещиноватость семян составляла 5-12%, а при 70°С она достигла 70%.

В другом исследовании увеличение теплоносителя на 5°С с 50 до 55°С привело к возрастанию трещиноватости с 6,5% до 18,5%. Корректно провести исследования позволяющие оценить степень травмирования при сушке початка кукурузыи отдельно при последующем обрушивании можно только в случае одного и того же сорта кукурузы и на одном и том же заводе. Именно такие исследования были проведены Науменко [16]. Данные исследования приведенные на рисунке 144 позволяют сделать следующие выводы:

-       трещиноватость семян кукурузыпри сушке и обмолоте (обрушивании) неизменно возрастает даже при щадящем (ступенчатом) повышении температуры теплоносителя;

-       трещиноватость обусловленная сушкой до средней температуры теплоносителя 45°С заметно выше, чем трещиноватость полученная в процессе обрушивания початка;

При увеличении температуры (средней) теплоносителя выше 45°С внутренняя трещиноватость кукурузы при обрушивании сильно возрастает.

Замечено, что при этом трещиноватость у кремнистой кукурузы в 2-3 раза выше, чем у зубовидной. У крупнозернистых гибридов кукурузы трещиноватость значительно выше, чем у мелкозернистых. Замечено также, что при снижении влажности зерна кукурузы ниже 13% количество зерен с трещинами эндосперма резко возрастает.

Изменение трещиноватости семян кукурузы при совместном действии нагревания до 55°С и охлаждения после сушки до 20°С

Рис.145. Изменение трещиноватости семян кукурузы при совместном действии нагревания до 55°С и охлаждения после сушки до 20°С [16].

Специальные исследования показали, что у зубовидной кукурузы трещиноватость при обрушивании добавлялась в меньшей мере при охлаждении кукурузы перед обрушиванием, а у кремнистой, наоборот, охлаждение перед обрушиванием нежелательно.

Естественно, что порознь набухание, нагрев, обезвоживание и охлаждение по-разному влияют на количество трещиноватых семян. А если учесть, что этот процесс зависит от сортакукурузы, от начальной влажности семян, от темпа нагрева, удаления влаги и охлаждения зерна, то ответ на поставленную задачу по оценке трещиноватости кукурузыпри сушке можно дать только качественно. На рисунке 145 приведено изменение трещиноватости семян кремнистой кукурузы сорта Грушевская 380. Приведенные данные показывают, что трещиноватость семян кукурузыпри сушке существенно повышается при значении исходной влажности начиная с 22% и выше. В случае охлаждения семян кукурузыдо значений ниже 20°С трещиноватость также возрастает. Такой режим охлаждения возможен при низких значениях окружающей среды.

Исходя из простого понимания прочности семян ясно, что треснутые семена даже на глубину 0,25 уже имеют предпосылки к разрушению, не говоря уже о трещинах более глубоких, и это требует щадящего обращения с семенами кукурузы при любом воздействии на них.

Увеличивающийся валовый сбор кукурузы вынуждает убирать урожай и проводить послеуборочную обработку на повышенных режимах работы. В результате элеваторы в период приема и обработки кукурузы напоминают мелькомбинаты 30-х годов прошлого века. Так называемая зерновая пыль покрывает все вокруг толстым слоем. Все бы ничего, только эта зерновая пыль не что иное, как разрушенная защитная оболочка зерна кукурузы.

Влияние трещин эндосперма зерна кукурузы на энергию прорастания (условия близкие к полевым)

Рис.146. Влияние трещин эндосперма зерна кукурузы на энергию прорастания (условия близкие к полевым) [16].

Влияние травмирования семян кукурузы на посевные и урожайные качества.
















Полевая и лабораторная всхожесть семян кукурузы, в зависимости от вида травм

Рис.147. Полевая и лабораторная всхожесть семян кукурузы, в зависимости от вида травм [16].

Исследование причин возникновения трещин в семенах кукурузы важно по той причине, что трещины в эндосперме снижают полевую всхожесть. Это легко объясняется тем, что часть зерновки отделенная от зародыша трещиной не может дать питание зародышу даже в том случае, когда ферментация питательных веществ эндосперма происходит за счет сохранившегося алейронового слоя. Подтверждение сказанному можно показать на результатах исследования по энергии прорастания и всхожести целых семян кукурузы и семян с трещинами. Анализ проводился холодным методом в условиях близким к полевым (рис.146) [16].









Полевая всхожесть целых и травмированных семян кукурузы (гибрид) ВИР-25

Рис.148. Полевая всхожесть целых и травмированных семян кукурузы (гибрид) ВИР-25 [16].

Энергия прорастания это темп всхожести в лабораторных условиях, но более важно рассмотреть полевую всхожесть травмированных семян. Полевая всхожесть травмированных семян кукурузы оказалась ниже всхожести целых семян, более чем на 30% (рис.147).

Интерес представляет сравнение полевой всхожести целых и травмированных семян кукурузыразных по крупности фракций. Данные приведенные на рисунке 148 показывают снижение полевой всхожести у травмированных семян по сравнению с целыми. Кроме того, из графика видно, что более высокий семенной потенциал как у целых семян, так и у травмированных, имеют средние по крупности семена. Это лишний раз подтверждает, что семена середины початка имеют более высокий посевной и урожайные потенциал.

Интенсивность начального роста целых и травмированных семян кукурузыБуковинская 3 показало, что наиболее существенное отставание в начальном росте показали растения, у которых были макротравмы эндосперма и микротравмы зародыша (рис.149) [16].

Как известно, травмированные семена в большей мере заселены микроорганизмами. Микроорганизмы избирательно заселяют зерновку кукурузы и их «лакомое место» это травмированный зародыш. Особенно микроорганизмы активно размножаются в процессе прорастания семянки. Характерно то, что целостность оболочки зерновки кукурузы не дает доступ микроорганизмам к внутренним трещинам (рис.150). Видно, что микротравмы зародыша

 Интенсивность начального роста целых и травмированных семян кукурузы

Рис.149. Интенсивность начального роста целых и травмированных семян кукурузы [16].

 «привлекательнее» для микроорганизмов, чем макротравмы эндосперма. Это объясняется тем, что зародыш содержит большое количество питательных веществ (в частности жиров).

Оценка потери урожайности от травмирования семян кукурузывыполнялась на различных сортах, для различных фракций и для различных форм семян – круглых и плоских (рис.151). Хорошо видно, что потеря урожайности от травмированных семян составила для плоских семян 19,3%, а для круглых чуть больше – 22,8%.

Влияние типов повреждений семян кукурузы на интенсивность дыхания

Зависимость урожайности зерна кукурузы при высеве целых и травмированных семян (средние данные по двум сортам, шести фракциям семян круглой и плоской формы)

Рис.150. Влияние типов повреждений семян кукурузы на интенсивность дыхания [29].

Рис.151. Зависимость урожайности зерна кукурузы при высеве целых и травмированных семян (средние данные по двум сортам, шести фракциям семян круглой и плоской формы) [16].

Снижение урожайности кукурузы из-за травмированности семян при расчетной густоте стеблестоя

Общее количество плесневых грибов, тыс. шт. микроорганизмов / г зерна

Рис.152. Снижение урожайности кукурузы из-за травмированности семян при расчетной густоте стеблестоя [16].

Рис.153. Общее количество плесневых грибов, тыс. шт. микроорганизмов / г зерна [16].

 













В опытах И.Г. Строна и В.М. Шевченко среднее снижение урожая кукурузыиз-за травмированности семян составляло 20-23% [16]. Попытка снизить потери от травмирования за счет увеличения нормы высева с целью обеспечить перед уборкой расчетную густоту стеблестоя заметного результата не дала, недобор урожая составлял 16-22% (рис.152).

Грибнаяфлора практически постоянно присутствует на семенах, и некоторые ее виды (например, плесневые грибы) могут размножаться при влажности воздуха около 65 %. Зависимость количества плесневых грибов от вида травмированности зерна кукурузы показана на рисунке 153.

Видно, что поверхностная микрофлора поврежденного зерна увеличивается во много раз. Интересно то, что если оболочка у зерна целая, то внутренняя трещиноватость не может провоцировать размножение микроорганизмов.

 Интенсивность начального роста целых и травмированных семян кукурузы при разной среднесуточной температуре

Рис.154. Интенсивность начального роста целых и травмированных семян кукурузы при разной
среднесуточной температуре [25].

Полевая всхожесть травмированных семян резко снижается при неблагоприятных условиях в период посева и всходов.

Особенно сильно влияние травмированности семян при снижении температуры почвы после высева или при высеве в непрогретую почву. Задержка всходов при этом происходит из-за медленного набухания семян

 Полевая всхожесть целых и травмированных семян высеянных в мае с интервалом 10 дней

Рис.155. Полевая всхожесть целых и травмированных семян высеянных в мае с интервалом 10 дней [25].

 (первой фазы прорастания зерна), которое очень сильно зависит от температуры почвы. Приостановка прорастания при охлаждении почвы приводит к тому, что питательные вещества тратятся не на ростовые процессы, а на поддержание жизни зерновки и последующее прорастание ослабевает. За время длительного пребывания в не прогретой почве травмированные семенастановятся добычей почвенных микроорганизмов, которые еще более ослабляют потенциал семян, а продукты их жизнедеятельности токсичны для жизнедеятельности зерновки в процессе прорастания (рис.154).

В связи с этим легко объяснить различие полевой всхожести в зависимости от срока сева. Понятно, что сроки сева определяются с учетом среднесуточных температур в конкретном регионе. При раннем посеве кукурузы наблюдается отставание в развитии растений по сравнению с более поздними посевами (рис.155). Приведенные данные показывают, что особенно задерживаются в росте при раннем посеве травмированные семена.

Предпосевная обработка семян (протравливание, инкрустация, обработка микроэлементами, в последнее время, инокулянтами) заметно повышает посевные и урожайные качества семян. Вещества, покрывающие зерновку при высеве в почву, защищают зерновку от почвенных микроорганизмов,

Влияние протравливания на урожайность кукурузы

Рис.156. Влияние протравливания на урожайность кукурузы [30].

стимулируют стартовое развитие растений и, в конечном итоге, способствуют повышению урожайности (рис.156) [30].

Подводя итог вышесказанному, можно утверждать, что с целью повышения урожайности кукурузы необходимо бережно относиться к семенам начиная с уборки и в течение всей последующей послеуборочной обработки. Товарное зерно требует такого же подхода, ибо битое зерно кукурузы плохо сохраняется.


 


26.09.2017