CC BY
20
УДК 663/635.631.53.04.001
ПОДГОТОВКА ЗЕРНА К ОЗИМОМУ ПОСЕВУ В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ
© 2014 г. И.Н. Краснов, И.А. Кравченко, М.А. Бондарева, Е.М. Сёмочкина
Краснов Иван Николаевич - доктор технических наук, профессор, кафедра механизации технологических процессов и переработки сельскохозяйственной продукции, Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Ленина, 4, г. Зерноград, Ростовская обл., 34 7740, email: achgaa@achgaa.ru.
Krasnov Ivan Nikolayevich - Doctor of Technical Science, Professor, Department of Mechanization of Technological Processes and Processing of Agricultural Products, Azov-Black Sea Engineering Institute of the Don State Agrarian University, Lenin St., 4, Zernograd, Rostov Region, 34 7740, Russia, e-mail: achgaa@achgaa.ru.
Кравченко Иван Андреевич - кандидат технических наук, доцент, кафедра механизации технологических процессов и переработки сельскохозяйственной продукции, Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Ленина, 4, г. Зерноград, Ростовская обл., 347740.
Бондарева Мария Александровна - аспирантка, Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Ленина, 4, г. Зерноград, Ростовская обл., 34 7740.
Сёмочкина Елена Михайловна - аспирантка, Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета, ул. Ленина, 4, г. Зерноград, Ростовская обл., 34 7740.
Kravchenko Ivan Andreevich - Candidate of Technical Science, Associate Professor, Department of Mechanization of Technological Processes and Processing of Agricultural Products, Azov-Black Sea Engineering Institute of the Don State Agrarian University, Lenin St., 4, Zernograd, Rostov Region, 347740, Russia.
Bondareva Maria Aleksandrovna - Post-Graduate Student, Azov-Black Sea Engineering Institute of the Don State Agrarian University, Lenin St., 4, Zernograd, Rostov Region, 347740, Russia.
Semotchkina Elena Michailovna - Post-Graduate Student, Azov-Black Sea Engineering Institute of the Don State Agrarian University, Lenin St., 4, Zernograd, Rostov Region, 347740, Russia.
Предложен способ подготовки семян зерновых культур к осеннему севу в условиях недостаточного увлажнения почвы насыщением их водой или водным раствором протравливающих препараторов с последующим покрытием их влагозащитной плёнкой. Обоснованы набор, последовательность и продолжительность операций этого технологического процесса.
Ключевые слова: семенное зерно, посев, увлажнение, влагозащитное покрытие, иссушенная почва.
The way ofpreparation of seeds of grain crops to autumn sowing in conditions of insufficient humidifying ground by saturation by their water or a water solution ofpickling laboratory assistants with their subsequent covering of waterprooffilm is offered. The set, sequence and duration of operations of this technological process is proved.
Keywords: seed grain, crop, moisture, moisture barrier, dried up ground.
Осенний сев зерновых культур нередко сопряжен с жаркой сухой погодой. Посеянные семена длительное время не могут взойти из-за пересушенной почвы, а в зиму всходы входят разреженными и ослабленными, что существенно снижает урожайность.
Известен способ обработки зерна перед посевом в таких условиях яровизацией его путём замачивания в воде из расчёта 25^35 литров воды на 100 кг зерна в зависимости от вида и сорта в течение 5^14 дней [1]. Однако в условиях иссушённой почвы в осенний период большая часть впитавшейся при этом в зерно влаги уходит на увлажнение окружающей его почвы. Всходы ослабляются и нередко погибают при длительном отсутствии атмосферных осадков.
Достаточно широко распространён и мокрый способ протравливания зерна перед посевом, заключающийся в обильном увлажнении семенного материала рабочей жидкостью, последующей сушке и хранении до посева [2]. Он также характеризуется сложностью организации технологического процесса, не исключены потери влаги из зерна в иссушённую почву при посеве «мокрых» семян и плохая выживаемость всходов в засушливый бездождливый период до и после сева озимых культур.
Цель настоящего исследования - интенсификация процесса насыщения зерна водой или раствором протравливающих препаратов, сохранение этой влаги в нём до и после посева в иссушенную почву в количествах, достаточных для прорастания их в этих условиях.
В соответствии с этим необходимо было решить следующие задачи: разработать способ подготовки зерна к посеву в условиях иссушенной почвы; определить набор, последовательность и продолжительность технологических операций посева озимых, обосновать основные параметры предлагаемого процесса подготовки семян к посеву.
Известно [3], что увлажнение зерна до достаточной для его прорастания влажности (например, для пшеницы 48^50 %) создаёт запас влаги в нём, обеспечивающий обменные процессы в семенах при их прорастании. Однако это возможно лишь при посеве в условиях, исключающих потери влаги в иссушенную почву на глубине заделки семян. В обычных же условиях процесс увлажнения зерна достаточно длительный, из-за чего возникает необходимость интенсифицировать его и обеспечить защиту влаги в семени на время его прорастания.
В нашем исследовании эта задача решается вакуу-мированием зерна в герметичной вращающейся ёмкости, увлажнением его водой или раствором протрав-
ливающих препаратов для обеззараживания и последующей сушкой. Увлажнение зерна в такой установке производится при вакууме 30^50 кПа с выдержкой в течение времени, достаточного для достижения необходимой влажности, после чего остатки жидкости из ёмкости сливают, а в неё нагнетают воздух с избыточным давлением 30^50 кПа и воздействуют им на зерно в течение 10^20 мин, что обеспечивает его наружную подсушку. Затем в ёмкости с зерном создают атмосферное давление, и выгружаемое зерно покрывают влагозащитной плёнкой, например, воскованием или парафинизацией.
Следовательно, технологический процесс обработки зерна пшеницы в увлажнительной установке включает следующие операции: загрузку зерна, ва-куумирование, орошение водой, смешивание, воздействие воздухом с избыточным давлением, наружную подсушку, выгрузку и покрытие влагозащитной плёнкой (рис. 1).
Подача зерна в увлажнительную установку производится из загрузочного бункера с помощью шлюзового затвора и регулируется заслонкой, прикрывающей щель поступления зерна к ячейкам ротора шлюзового атвора. Привод шлюзового затвора пневматический за счёт разности давлений в загрузочном бункере и в герметичной ёмкости увлажнительной установки.
Рис. 1. Перечень и последовательность технологических операций подготовки зерна пшеницы к осеннему посеву
Следующей технологической операцией является вакуумирование зерна. Оно предназначено для удаления части воздуха из внутренних пор зерновки, что
может способствовать ускорению проникновения влаги в неё. Длительность этой операции зависит от глубины вакуума, вместимости пор зерна и пропускной способности микроканалов его оболочки.
Зерно по своему строению представляет коллоидное капиллярно-пористое тело (рис. 2). В нём капилляры связывают отдельные части зерна, имеются мелкие каналы, поры и трещины, заполненные воздухом, сорбированным стенками капилляров. При увлажнении зерна воздух препятствует поглощению влаги. При погружении зерна в воду часть влаги впитывается плодовыми и семенной оболочками, а также алейроновым слоем, часть заполняет микротрещины, поры и капилляры. В атмосферных условиях этому препятствует находящийся в порах зерна воздух. Вакууми-рование зерна перед погружением в воду увеличивает и интенсифицирует процесс поглощения жидкости в зерно, повышает заполняемость водой всех пор зерна, обеспечивает появление наряду с градиентами влажности и температуры слоёв зерна нового фактора движения влаги в зерно - градиента давления за счёт разности его снаружи и внутри зерновки.
При р1рат> 0,528 продолжительность вакуумиро-вания зерновки
Рис. 2. Схема откачки воздуха из зерновки: 1 - вакуумированная ёмкость; 2 - зерновка; 3 - условная ёмкость пор зерновки; 4 - микрокапилляры
Полное время истечения воздуха из зерна определяется по формуле [4]
.Ра
h =
V In
ßp , VZn
Wnax ffp а
Р/Рат < 0,528.
jJPa
(1)
V (zmax ~ z )
MWnax ffp amvam ,3
с.
(2)
В (1), (2) V, м - объём ёмкости 3 (рис. 2); рат, Па -атмосферное давление; р=рат - h, Па; h, Па - глубина вакуума в условной камере вакуумирования зерна; в = =ркр/р - критическое отношение давлений (для воздуха в =1,89); ркр, Па - давление в зерновке, соответствующее отношению р/рат = 0,528; zmcix = 1,35; Щтах = =0,685; vam, м3/кг - удельный объём воздуха при атмосферном давлении; f - суммарная площадь поперечного сечения микроканалов, через которые происходит истечение воздуха из пор зерна (рис. 2); ¡г - коэффициент истечения; z находится из таблиц [4].
Согласно этим зависимостям, длительность ва-куумирования зерна определяется насыщенностью его воздухом, величиной вакуума и площадью «живого» сечения капилляров оболочки, которая может быть определена в процессе экспериментальных исследований.
После выдержки зерна в воде в течение времени t2, перемешивания за время t3 и слива остатков жидкости из ёмкости в неё подаётся воздух с избыточным давлением 30^50 кПа. Это позволяет интенсифицировать процесс поглощения зерном поверхностной влаги внутрь зерновки и её наружную сушку. В указанном диапазоне давлений продолжительность t4 выдержки зерна рационально поддерживать в пределах 10^20 мин, причём большее значение относится к меньшему уровню давления воздуха.
При этом в вакуумированную зерновку «вдавливается» поверхностная влага и интенсивно заполняет поры зерна. Длительность t4 этой технологической операции воздействия разностью давлений воздуха на вакуумированную зерновку определяется временем движения влаги в зерновке за счет градиента давления.
Общая продолжительность наружной подсушки зерна зависит дополнительно от интенсивности удаления оставшейся влаги с поверхности каждой зерновки и может быть определена исходя из подобной зависимости [5] W
t5 = г—(-Г , (3)
Fkyj ayyte -1 ж )
где W - количество воды, оставшейся на поверхности
2
зерновки, кг; F - площадь поверхности зерновки, м ; к - коэффициент, характеризующий структуру поверхности, к = 25^30; m - скорость воздуха над зерном, м/c; у - удельный вес воздуха, кг/м3; tB и tx -температуры воздуха и воды на поверхности зерновки, °С.
h =
с
Остальные операции технологического процесса увлажнения зерна - выгрузка и покрытие влагозащитной плёнкой - осуществляются в непрерывном режиме. Производительность устройств, выполняющих их, должна быть равной или несколько большей производительности шлюзового затвора на подаче зерна в увлажнительную установку.
Таким образом, общая продолжительность обработки зерна в исследуемой увлажнительной установке т = + г2 + г3 + г 4 + г5 + гза, с, (4)
где 4о - затраты времени на загрузку и выгрузку зерна из установки.
Покрытие наружной поверхности зерна влагозащитной плёнкой (например, из парафина или воска) обеспечивает защиту внутренней влаги от испарения до посева зерна и сохранение её в зерне после посева в иссушенную почву. Это даёт возможность запустить физико-биологические изменения в посеянном зерне, создаёт условия для активизации гидролитических ферментов и ферментов аминокислотного обмена, деградации крахмала и запасных белков и накопления соматически активных веществ. Всё это способствует прорастанию семян даже при недостатке почвенной влаги, а также достижению их ростками более глубоких слоёв почвы до начала первых атмосферных осадков после посева.
Увлажнение зерна раствором жидких химических протравливающих препаратов наряду с насыщением их влагой обеспечивает одновременно и их обеззараживание, в том числе зародыша каждого семени.
По предлагаемому способу обработки зерна перед посевом в иссушенную почву, преимущественно при посеве озимых культур, процессы насыщения его влагой и покрытия влагозащитной плёнкой обеспечивают сохранение в посеянных семенах необходимого количества влаги для прорастания корешков в глубь почвы и появление всходов в оптимальные сроки сева даже в условиях задержки атмосферных осадков, присущих значительной части засушливых зон России.
При этом расход воды W, кг, подлежащей дополнительному внесению в зерно при его увлажнении, может быть определён по зависимости
W = kGy
"1
100 - w
(5)
где w1 и W2 - влажность зерна до и после увлажнения, %; G1 - масса зерна, подаваемого на увлажнение, кг; k - коэффициент, учитывающий потери влаги испарением с поверхности зерна до покрытия его влагозащитной плёнкой, k = 1,05^1,1.
Выводы
1. Среди способов подготовки семенного зерна к озимому севу наибольший интерес представляет предлагаемое предварительное увлажнение его до значений, обеспечивающих после посева запуск биологических процессов прорастания семян в условиях иссушённой почвы.
2. Обоснована необходимость вакуумирования зерна перед увлажнением и последующего воздействия на увлажнённое зерно избыточным давлением воздуха.
3. Для устранения или, по крайней мере, снижения потерь влаги из увлажнённой зерновки в иссушённую почву необходимо покрытие её до посева влагозащитной плёнкой, например, воскованием или пара-финизацией.
4. Обоснованы набор, последовательность и продолжительность операций усовершенствованной технологии увлажнения семенного зерна перед посевом в иссушенную почву, защищённой патентом РФ на изобретение № 2464759, МПК А01С 1/06.
Литература
1. Справочная книга директора совхоза. Ч. 1 / под общ. ред. С.В. Кальченко, Ф.М. Мартьянова, С.В. Перова. М., 1956. С. 529 - 530.
2. Шеруда С.Д., Осташевский И.Я., Омелюх Я.К., Барыш Е.А., Кушнир Я.И. Состояние и перспективные направления в развитии машин для защитно-стимулирующей обработки семян в СССР и за рубежом. М., 1973. 52 с.
3. Казаков Е.Д., Сахарова И.А. О физико-химических изменениях в зерне пшеницы при гидротермической обработке. М., 1960. 153 с.
4. Краснов И.Н. Доильные аппараты. Ростов н/Д., 1974. 220 с.
5. Кук Г.А. Теория и расчет основного оборудования предприятий молочной промышленности. М., 1934. 471 с.
2
Поступила в редакцию
15 апреля 2014 г.
