Анализ физико-механических свойств семян зерновых культур

Введение. Разработка рабочих органов селекционных машин возможна лишь при доста- точном изучении физико-механических свойств семян конкретных сортов. Формы и размеры семян изменчивы и зависят как от почвенных, так и от погодных условий в период вегетации. При изучении физико-механических свойств семян важны не только средние размеры, но и все показатели изменчивости отдельных свойств семян зерновых культур [1].

Изучение размеров семян, их геометрической формы и структуры их поверхности позволит определить характер взаимодействия единого зерна с поверхностями семенного ящика, семяпровода, отражателя семян, ограничивающими поверхностями сошника и уточнить параметры конструкции селекционной зерновой сеялки [2].

Цель исследований. Изучить физикомеханические свойства семян районированных и перспективных сортов зерновых культур Тарского района Омской области.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• 1)    определить корреляционную зависимость между признаками (линейными размерами) семян;

• 2)    углы естественного откоса;

• 3)    коэффициенты статистического трения семян по различным материалам.

Материал и методы исследований. Исследованы следующие сорта зерновых культур: пшеницы – Росинка и Светланка; ячменя – Тарский-3; овса – Тарский-2. Образцы семян были взяты из урожая селекционных делянок ФГБНУ «СибНИИСХ» в 2012–2014 гг.

Методика отбора навески аналогична для всех образцов семян. Из трехкилограммового среднего образца методом крестообразного деления выделена навеска, содержащая 200– 300 шт. семян, которые затем были измерены и взвешены.

Линейные размеры семян определены при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм. Влажность определена по ГОСТ Р 50189-92 «Зерно». Соотношение и связь между линей- ными размерами семян представлены через корреляционно-регрессионный анализ. Между признаками (размерами) проведено n независимых парных наблюдений, по полученным значениям определены выборочные эмпирические коэффициенты корреляции (R), регрессии (Вух), стандартная ошибка коэффициента корреляции (Sr), критерий существенности коэффициента корреляции (Тr) и ошибка коэффициента регрессии (Sв).

Углы естественного откоса определены при помощи прибора, изготовленного в учебной мастерской филиала. Прибор представляет собой прямоугольный ящик, одна из боковых стенок которого выполнена из органического стекла, с размерами: длина – 365 мм; ширина – 200; высота – 230 мм. В днище ящика имеется прорезь (125 × 200 мм), перекрываемая задвижкой. Ящик устанавливается горизонтально и заполняется семенами, затем выдвигается задвижка, и материал высыпается через прорезь на горизонтальную поверхность, образуя конус с углом естественного откоса. Величина углов естественного откоса установлена угломером с точностью ±0,50. Повторность опытов принята восьмикратной, среднее значение углов естественного откоса определено как среднее арифметическое [2].

Коэффициент внутреннего трения между поверхностями отдельных зерен в их совокупности определен как тангенс угла естественного откоса.

Коэффициенты статического трения определены на наклонной плоскости (рис.1) по четырем материалам: стали, полиэтилену, органическому стеклу и технической резине.

Результаты исследований. В результате проведенных исследований физикомеханических свойств семян установлено, что геометрические размеры исследуемых сортов зерновых культур варьируют в широких пределах. Средние и экстремальные размеры их приведены в таблице 1.

Рис. 1. Схема сил, действующих на исследуемый материал:

α – угол между наклонной (ось Х) и горизонтальной плоскостями; G – вес груза, установленного на исследуемый материал; N – нормальное давление на исследуемый материал со стороны груза; G t , G n – проекции веса груза на оси координат Х и У; Т – сила трения семени по стали, полиэтилену, органическому стеклу; технической резине

Таблица 1

Линейные размеры семян зерновых культур урожая 2014 года, мм

Культура и сорт	Длина L (максимальный)	Ширина В (средний)	Толщина А (минимальный)
Пшеница – Росинка	6,75	3,22	2,92
Пшеница – Светланка	6,58	3,46	3,09
Ячмень – Тарский-3	10,05	4,05	2,96
Овес – Тарский-2	11,8	3,32	2,61

Анализ таблицы 1 показывает, что длина семян овса Тарский-2 превышает длину семян пшеницы Светланка более чем на 5 мм. По одноименным размерам – ширине и толщине – семена находятся в узком диапазоне, не пре- вышающем 1 мм.

Корреляционно-регрессионная связь основных размерных характеристик семян при значении критерия Т 0,5 = 2,07; Т 0,1 = 2,81; Т 0,01 = 3,77 представлена в таблицах 2–5.

Таблица 2

Х	У	R	Sr	Tr	Byx	Sв	Связь
Толщина	Ширина	0,547	0,174	3,14	0,755	0,241	**
Толщина	Длина	0,43	0,188	2,28	0,845	0,367	*
Ширина	Длина	0,503	0,180	2,79	0,71	0,712	**

Здесь и далее. * – слабая корреляционная зависимость; ** – средняя корреляционная зави- симость; *** – сильная корреляционная зависимость.

Таблица 3

Х	У	R	Sr	Tr	Byx	Sв	Связь
Толщина	Ширина	0,657	0,157	4,18	0,650	0,155	***
Толщина	Длина	0,613	0,164	3,73	1,157	0,309	**
Ширина	Длина	0,344	0,134	2,56	0,651	0,253	*

Таблица 4

Х	У	R	Sr	Tr	Byx	Sв	Связь
Толщина	Ширина	0,674	0,140	4,79	0,85	0,177	***
Толщина	Длина	0,262	0,201	1,303	1,069	0,819
Ширина	Длина	0,466	0,152	3,06	1,553	1,685	**

Таблица 5

Х	У	R	Sr	Tr	Byx	Sв	Связь
Толщина	Ширина	0,694	0,150	4,62	0,697	0,150	***
Толщина	Длина	0,274	0,201	1,363	1,512	1,106
Ширина	Длина	0,11	0,207	0,531	0,606	1,138

Корреляционно-регрессионная связь пшеницы Росинка

Корреляционно-регрессионная связь пшеницы Светланка

Корреляционно-регрессионная связь ячменя Тарский-3

Корреляционно-регрессионная связь овса Тарский-2

Анализ таблиц 2, 3 показывает, что семена пшеницы имеют среднюю корреляционную зависимость. У пшеницы сорта Росинка около 24 % изменчивости зависимой переменной (результативного признака) связано с изменчивостью независимой переменной (факториального признака), у пшеницы сорта Светланка – 29 %.

Анализ таблиц 4, 5 показывает различную корреляционную зависимость между признаками (размерами). Так, у ячменя Тарский-3 по признаку «толщина – ширина» и «ширина – длина» средняя корреляционная зависимость, а по признаку «толщина – длина» – слабая. У ов- са Тарский-2 по признаку «толщина – ширина» средняя корреляционная зависимость, а по остальным признакам – слабая.

На рисунках 2–4 представлены вариационные кривые распределения по длине, ширине и толщине 100 штук семян пшеницы, овса, ячменя. Анализ вариационных кривых распределения семян убеждает, что характер распределения имеет закономерность нормального распределения: случайные величины группируются вокруг центра распределения, при удалении которого вправо или влево частоты их постепенно убывают.

Рис. 2. Вариационные кривые распределения длины семян

Рис. 3. Вариационные кривые распределения ширины семян

Рис. 4. Вариационные кривые распределения толщины семян

Коэффициент внутреннего трения между поверхностями отдельных зерен в их совокупности с некоторыми допущениями определен как тангенс угла естественного откоса.

Теоретическими исследованиями доказано, что при свободном пересыпании шаров одинакового диаметра угол естественного откоса может находиться от 25057/ до 70037/. Отсюда следует, что величина угла естественного откоса не зависит от диаметра шаров. Но, как отмечают исследователи, свойства их поверхности влияют на плотность укладки и через нее на величину угла естественного откоса [2].

Форма исследуемых семян далека от правильной формы шара, однако плотность их укладки определяется конкретными коэффициентами трения, вследствие этого углы естественного откоса зерновых культур по каждому сорту не имеют значительных различий и варьируют в незначительных пределах. Результаты экспериментов приведены в таблице 6.

Полученные углы естественного откоса семян для всех сортов зерновых культур находятся в пределах от 29025/ до 39012/ и соответственно коэффициенты внутреннего трения равны 0,564–0,815.

В результате обработки экспериментальных данных получены коэффициенты статического трения по фрикционным поверхностям (табл. 7).

Таблица 6

Значение углов естественного откоса Q и коэффициент внутреннего трения семян ψ изучаемых культур

Культура и сорт	Абсолютная масса 1000 семян, г	Угол естественного откоса, Q			Коэффициент внутреннего трения, ψ
		макс.	средний	мин.	макс.	средний	мин.
Овес – Тарский-2	43,4	38018/	35005/	32010/	0,789	0,644	0,628
Ячмень – Тарский-3	41,8	39012/	34018/	29025/	0,815	0,682	0,564
Пшеница – Росинка	35,8	36020/	33015/	30022/	0,735	0,655	0,585
Пшеница – Светланка	38,6	37005/	33050/	31008/	0,775	0,670	0,604

Таблица 7

Коэффициенты статического трения семян по фрикционным поверхностям

Культура и сорт	Влажность, %	Коэффициент статического трения
		Сталь	Полиэтилен	Техническая резина	Органическое стекло
Пшеница – Росинка	15,4	0,354	0,321	0,410	0,328
Пшеница – Светланка	16,2	0,344	0,302	0,403	0,303
Ячмень – Тарский-3	15,8	0,311	0,271	0,350	0,274
Овес – Тарский-2	16,4	0,325	0,288	0,383	0,234

Анализ таблицы 7 показывает, что различия в величине коэффициентов статического трения по одноименным материалам между культурами незначительное. С изменением фрикционной поверхности коэффициенты статического трения изменяются от 0,234 до 0,410. Наименьший коэффициент статического трения получен при контакте с полиэтиленом и органическим стеклом, максимальный – при контакте с технической резиной.

Выводы

• 1.    Установлена корреляционная зависимость между признаками (линейными размерами) семян.

• 2.    Установлены углы естественного откоса семян зерновых культур, находящиеся в пределах от 29⁰25^/ до 39⁰12^/, коэффициенты внутреннего трения равны 0,564–0,815.

• 3.    Установлено, что с изменением фрикционной поверхности коэффициенты статического

трения изменяются от 0,234 до 0,410.