Снижение травмирования зерна при послеуборочной обработке

Введение. Ключевой задачей агропромышленного комплекса является стабильное наращивание производства зерна. После распада СССР сельское хозяйство в нашей стране переживало нелёгкие времена. Это отразилось на снижении производства зерновых культур. Однако с началом XXI века в Российской Федерации наметилась устойчивая тенденция роста валового сбора практически всех возделываемых растений. Так, за период с 2000 по 2003 года российским аграриям удалось собрать в среднем за 4 года 75,905 млн тонн зерна. В следующих трёх четырёхлетках валовой сбор зерновых культур неумолимо рос на 3,27, 11,375, 17,57 млн т соответственно (рисунок). Стоит заметить, что рост производства зерна в большей степени обосновывается увеличением урожайности растений, нежели повышением площадей посева. Рекордный урожай удалось получить в 2017 году, когда было намолочено 128 млн т зерновых и зернобобовых культур. Подобных значений не было почти 40 лет. Лишь в 1978 году ещё в бывшем СССР с территории современной России было получено 127,8 млн т зерновых и зернобобовых культур. По оперативным данным Министерства сельского хозяйства, в текущем году по состоянию на 5 октября, российским аграриям удалось намолотить 104 млн тонн зерна при средней урожайности 25,6 ц/га. Всего 15-20 лет назад такие цифры были недостижимы, поскольку Россия на тот момент являлась импортёром зерновой продукции. При этом урожайность пшеницы, как правило, не превышала в среднем 17-18 ц/га. Одной из причин столь незначительного производства зерновых культур являлось плохое качество семян и недостаточное техно- логическое обеспечение сельского хозяйства современными семяочистительными машинами [1-5]. Из-за этого недобор зерна в среднем по стране достигал IQ-15 млн тонн.

Стоит заметить, что потеря части выращенного урожая вследствие несовершенства послеуборочной обработки зерна не потеряла своей актуальности и в современных условиях, т.к. большие объёмы производства требуют и более прогрессивной технологии очистки и подготовки семян.

Цель исследований - определить травмирование зерна техническими средствами, применяемыми при уборке и послеуборочной обработке, а также выявить преимущества процесса фракционирования перед традиционной технологией очистки зернового вороха.

Условия, материалы и методы. В Российской Федерации высев качественными семенами составляет около 20% [6-10]. Причём столь низкие посевные свойства обусловлены не биологической неполноценностью, а чрезмерным повреждением зерновок при их уборке и очистке. При высокой урожайности культуры или низкой производительности зерноочистительных сепараторов в хозяйствах наблюдаются большие «завалы» свежеубранного урожая, который укладывается на асфальтированные площадки зерно-токов. При этом кроме полноценного зерна в ворохе содержатся различные примеси, а также зерновки, имеющие отклонения от эталонного образца. Причём незерновые компоненты, как правило, имеют повышенную влажность, поэтому являются очагом порчи урожая.

Динамика роста производства зерновых культур в России в XXI веке

Обеспечить получение высококачественных семян и товарного зерна можно за счёт снижения его травмирования и выделения мелких фракций в фураж, причём это необходимо сделать как можно раньше.

Временное хранение зерна на току требует выполнения нескольких операций по перемещению вороха, которые необходимы для предотвращения его слёживания: переброски с целью просушивания зернового вороха, формирования буртов, погрузки материала в транспортное средство. При этом наиболее часто применяют зернопогрузчики или зернометатели. Далее зерновой ворох обрабатывают на зерноочистительных агрегатах ЗАВ. Если материал имеет семенное назначение, то его дополнительно очищают на машинах типа МС-4,5 и пневмосортировальных столах. Перед посевом семена дополнительно обрабатывают химическими препаратами на протравливателях, например, ПС-10.

При такой технологии послеуборочной обработки зернового вороха увеличивается количество меха нических воздействий на зерно, а соответственно и его повреждение, что приводит к снижению качества зернового материала. Влияние различных видов сельскохозяйственных машин на содержание повреждённых зерновок озимой пшеницы сорта Дон-93 приведены в таблице 1.

Анализ приведенных в таблице 1 результатов исследований показывает, что наибольшее количество зерна травмируется при уборке. Учитывая, что ни одна из современных зерноочистительных машин не обеспечивает достаточную полноту выделения повреждённых зёрен при послеуборочной обработке, необходимо улучшать качество исходного вороха именно за счёт повышения эффективности работы зерноуборочных комбайнов. Для этого необходимо семенные посевы убирать при влажности материала не более 16-18% и при щадящих режимах обмолота. При этом наиболее эффективно использовать роторные зерноуборочные комбайны, которые существенно снижают травмирование зерна.

Исследования, проведённые на семенах озимой пшеницы, показали, что каждый вид травм по-разному влияет на их лабораторную всхожесть. Наиболее пагубно сказывается повреждение зародыша, только половина таких зёрен всходит. При повреждении эндосперма лабораторная всхожесть семян составляет 60,6%. Менее пагубно на посевные качества влияет нарушение целостности оболочек. В зависимости от вида травмы лабораторная всхожесть семян варьирует в диапазоне 83,4-94,4%, тогда как неповрежденные зерновки имели лабораторную всхожесть 99%.

Наиболее объективным показателем уровня травмирования зерна является приведенное его травмирование, когда все виды травм приводят к повреждению зародыша.

Таблица 1 - Влияние различных видов сельскохозяйственных машин на изменение травмирования зерна и лабораторной всхожести семян

Показатель	Марка и назначение машины
	ш о CU LO ю 1 |	ф н 03 1— ф о X о, ф со	X 03 X LO X ^ ф о о 3 § го ф s О	LO csT О О EZ X о 1— о СП ф X EZ	Ф СО ? 2 о ф ° 2 S ф ф со	ф о 1— ОЗ , L сп О СП X а § EZ
Наличие дроблёного зерна, %	6,32	7,65	1,95	2,04	2,12	2,39
Наличие травмированного зерна, %:
- отсутствует зародыш	0,1	0,18	0,48	0,31	0,20	0,51
-травма зародыша	4,4	8,29	7,5	7,55	6,78	8,38
- нарушена целостность оболочки зародыша	23,12	24,16	26,2	25,44	26,62	27,66
- нарушена целостность оболочки зародыша и эндосперма	24,19	26,08	32,65	36,15	28,41	41,16
- травма эндосперма	1,76	1,43	0,87	0,9	1,1	1,28
- нарушена целостность оболочки эндосперма	16,36	14,17	17,43	19,76	18,55	18,6
Общее повреждение зерна, %	69,93	74,31	85,17	90,11	81,66	97,59
Приведённое травмирование зерна, %	21,83	26,31	28,71	29,57	26,44	33,24
Всхожесть семян лабораторная, %	87,42	-	86,52	85,17	84,23	94,94

При послеуборочной обработке зернового вороха с укладкой его на ток и последующей подготовкой семян наибольшее травмирование зерна отмечено зернометателями и протравливателем ПС-10. Это обусловлено наличием большого количества транспортирующих механических органов в виде шнеков и скребковых транспортеров. Особенно вредно, если подбор зерна осуществлялся с асфальтированной площадки. Так, за один пропуск через зернометатель приведённое травмирование зерна возросло на 4,48%, а через протравливатель ПС-10 - на 3,67%. Следует заметить, что с целью просушивания зернового вороха, уложенного на ток, его перебрасывали несколько раз. Это привело к ещё более существенному увеличению травмирования зерна.

Если зерновой ворох обрабатывали сразу по мере его поступления на ток, то сокращалось количество погрузочно-разгрузочных операций, т.е. количество механических воздействий на зерно, а вместе с тем и его травмирование.

Для снижения травмирования зерна при обработке семян химическими препаратами следует применять стационарные протравливатели или более прогрессивные способы обеззараживания в виде озонирования.

В современных сепараторах и прочем оборудовании зерноочистительных агрегатов режимы работы рабочих и транспортирующих органов настроены таким образом, что зерновки испытывают многократные силовые нагрузки. В основном это связано с большим количеством механических воздействий и значительной протяженностью технологических линий. Поэтому суммарное травмирование зерна нередко соизмеримо с показателями при уборке культуры. При каждом механическом контакте зерновка получает некоторые микротравмы, которые при последующих воздействиях развиваются или появляются новые.

С увеличением интенсивности обработки количество и вредность травм возрастает. Каждое механическое воздействие вызывает очередной контакт зерна с рабочим органом, что усугубляет степень повреждения. В результате это приводит к травмированию самой важной части зерна - зародыша. В худшем случае появятся дроблёные зерновки.

Существенное ухудшение качества семян наблюдается при хранении свежеубранного зерна на току, причём даже кратковременном. Всевозможные травмы служат очагом порчи зернового материала, поскольку именно в них развиваются вредители. Жизнедеятельность патогенов снижает качество семян. Развитие микрофлоры влияет на физиологические процессы, происходящие во время хранения. Выявлено, что травмированные зёрна имеют большую интенсивность дыхания. Данный показатель в 1,8 раз превышает значения здоровых семян. Щуплые зерновки также имеют в 1,9 раз интенсивность дыхания выше полноценных образцов. Однако наибольшую опасность представляют засорители. Интенсивность дыхания семян сорняков в 2,5-9 раз превышает значение полноценного зерна. У дроблёных зерновок данный параметр в 4,5 раза больше, чем у эталона. Небольшие по размерам зерновки, сошедшие с решета, имеющего ширину отверстий 2,5 мм, обладают интенсивностью дыхания, в 1,5 раза превышающую среднее значение. Анализ приведенных данных показывает, что наиболее стойкими к неблагоприятным факторам являются полноценные зерновки. Все засорители и повреждённые зёрна необходимо из вороха удалять как можно раньше, т.е. в начале процесса очистки.

Таким образом, для получения качественных семян необходимо применять принцип фракционирования, который позволит выделить из вороха большую часть зерна биологически неполноценного, дроблёного, травмированного, в плёнке, а также засорителей. Данные компоненты имеют меньшую прочность и больше повреждаются при уборке и других операциях. Поэтому необходимо повышать полноту их выделения при послеуборочной обработке зернового вороха. Наиболее полно этот принцип реализуется при использовании зерноочистительных машин, работающих на основе фракционирования [2, 11], например, при применении воздушно-решётных сепараторов серии ОЗФ.

Состав зернового вороха после очистки озимой пшеницы на фракционном очистителе зерна ОЗФ-80 представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Состав зернового вороха после очистки озимой пшеницы на фракционном очистителе зерна ОЗФ-80

Ширина отверстий сортировального полотна, мм	Наличие полноценного зерна, %	Приведённое травмирование, %	Масса 1000 семян, г	Лабораторная всхожесть семян, %	Компоненты вороха, %
					примеси		зерно
					крупные	мелкие	целое	дроблёное
3,2	19,4	52,8	52,5	85,0	12,5	-	86,6	0,9
3,0	36,2	44,3	44,8	87,5	3,3	-	95,8	0,9
2,8	19,2	46,7	41,0	91,5	1,4	-	97,0	1,6
2,6	9,2	56,0	35,0	89,0	1,5	-	97,2	1,3
2,4	6,7	57,6	26,5	85,0	0,9	-	97,7	1,4
2,2	3,7	58,6	22,1	78,0	0,8	-	97,6	1,6
2,0	4,5	72,1	19,9	71,0	-	1,94	91,6	6,46
1,8	1,0	-	11,5	-	-	86,1	2,1	11,8
1,6	0,1	-	9,7	-	-	89,7	1,0	9,3

Для фракционирования зернового вороха озимой пшеницы на воздушно-решетной машине ОЗФ-80 необходимо брать сортировальные решетные полотна с прямоугольными отверстиями шириной 2,6 мм. При этом в фуражную фракцию уйдёт около 15% исходного материала. Полнота выделения зерна биологически неполноценного составит 79,5%. Также выделится половина дроблёных зерновок, 78,3% засорителей и 37,5% зёрен в плёнке. Наличие микроповреждённых образцов снизится с 38,44 до 19,33%. Выделение мелких фракций будет способствовать увеличению массы 1000 семян с 42,8 до 44,5 г. При этом их лабораторная всхожесть возрастёт с 93,4 до 96,5% (таблица 2).

Выводы. Наличие высокопроизводительной фракционной воздушно-решетной машины позволит исключить из современных зерноочистительных агрегатов один сепаратор, а соответственно и транспортирующие органы для его обслуживания. Это сократит протяжённость технологической линии, уменьшив вероятность повреждения зернового материала при его послеуборочной обработке. В конечном итоге сокращение количества специализированной техники в зерноочистительном агрегате позволит снизить материа-ло- и энергоёмкость процесса, повысив качество очищаемого продукта.

При очистке посевного материала озимой пшеницы необходимо решётный стан зерноочистительных машин оснащать сортировальными решётами с размером отверстий 2,6 мм. Это позволит улучшить качество семян. При этом фракционирование выделит 79,5% биологически неполноценных зёрен, 50% дроблёных зерновок, 37,5% зерна в плёнке и 78,3% засорителей. Послеуборочная обработка с заданными параметрами за счёт выделения мелких фракций способствует повышению лабораторной всхожести полученного посевного материала на 3,1%. Сельскохозяйственным производителям при очистке зернового вороха рекомендуется использовать сепараторы, в основу которых положен принцип фракционирования.