Введение

Введение        

               

5 ВВЕДЕНИЕ

Соя - это подарок природы человеку, она призвана решить проблему дефицита белка.

При производстве продукции с высоким содержанием белка, одна из ведущих ролей отдана такой сельскохозяйственной культуре, как соя. А одним из основных резервов наращивания производства, является улучшение качества уборки сои.

Эта культура находится в центре внимания дальневосточной сельскохозяйственной науки и зернового хозяйства.

С 20-х годов прошлого столетия накоплен богатый исследовательский материал, регулярно выпускаются научные и научно-популярные сборники, агротребования связанные с производством «дальневосточной жемчужины», что вкупе с многовековым практическим опытом по технологии возделывания, позволяют получать высокие урожаи сои. Однако существующие системы машин, участвующие в уборке сои приспособлены в основном для скашивания и обмолота зерновых культур, что приводит к неоправданным потерям энергетически ценного сырья, каким является соя.

В новом тысячелетии энергия белка сои будет иметь первостепенное значение для растущего населения земли, которое по прогнозам демографов к 2025 году будет насчитывать 8,5 миллиарда человек. Именно сейчас, как никогда актуальна задача наращивания на Российском Дальнем Востоке производства сои, где доминирующие положение занимает Амурская область, доля которой в этом производстве превышает 60% .

Природно-климатические условия в Амурской области вносят особенности в технологию и механизацию возделывания всех сельскохозяйственных культур, в том числе и сои. Характерным для Приамурья является то, что в период уборки (октябрь) выпадает мало осадков, а низкая отно-

сительная влажность воздуха способствует высыханию растений. В этих климатических условиях стручки, а также бобы сои теряют эластичность и, попадая под воздействие рабочих органов молотильно-сепарирующей системы (МСС) зернового комбайна, не предназначенного для уборки бобовых культур, легко разрушаются, приводя к механическим повреждениям бобов сои, а как следствие потере товарной ценности.

Развитие производства сои в настоящее время требует высокой механизации всех операций и особенно его уборки. Поскольку важным резервом увеличения производства сои является повышение урожайности, основу которой составляют высококачественные семена, то на конструкцию зерноуборочных машин их режимы работы накладываются особые требования.

Требование это сводится к следующему - при силовом взаимодействии семян с рабочими элементами зерноуборочных комбайнов семена не должны перегружаться выше своих естественных пределов прочности. Несоблюдение этого требования приводит к микроповреждению и дроблению семян, а следовательно к ухудшению товарных качеств.

Улучшение качественных показателей уборки сои возможно и экономически оправдано за счёт совершенствования конструктивных и технологических параметров зерноуборочных комбайнов, разработки для них сменных рабочих органов, приспособленных к специфическим особенностям этой культуры. Одно из направлений, повышающих эффективность рабочего процесса комбайнов - разработка и внедрение в их конструкцию аксиально-роторного МСУ. Испытаниями и использованием таких комбайнов в сельскохозяйственных предприятиях страны установлено, что их материалоёмкость в 1,2 раза ниже, чем комбайнов с классической молотилкой. Они при равных приведённых подачах обрабатываемой массы снижают потери и дробление зерна в 2-3 раза. У них меньше вращающихся валов и подшипников. При этом исследования аксиально-роторных систем проводились в западных регионах страны в основном на зерновых

культурах. А в особых условиях Дальнего Востока исследований недостаточно.

В связи с этим была поставлена задача исследования факторов, влияющих на ухудшение качественных показателей, то есть повреждение семян сои при взаимодействии с рабочими органами аксиально-роторного МСУ в условиях Амурской области, с целью обоснования принимаемых мер, направленных на снижение травмирования зерна сои при обмолоте.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Народнохозяйственное значение сои и перспективы соеводства в Амурской области

Соя - самая распространённая зернобобовая культура мирового значения. В настоящее время возделывается более чем в шестидесяти странах. Основным производителем: сои являются США, на долю которых приходится :примерно половина всемирного валового сбора (62 935 тыс. т), затем Бразилия (23 367 тыс. т.), Китай (14 800 тыс. т.), Аргентина (13 400 тыс. т.). Россия в этом ряду занимает весьма скромное место - 0,5% мирового объёма производства [112].

Особое положение сои в группе распространённых зернобобовых культур обусловлено, прежде всего, высоким содержанием в её бобе биологически активного, высокопитательного белка и жира (табл. 1.1). В зависимости от сорта и условий выращивания, соя может содержать до 55% белка, 27% жира, обладающего высокими пищевыми качествами и свыше 30% углеводов [55].

Таблица 1.1

Химический состав (в % на сухое вещество) семян различных культур (по данным )

Культура Белок Жир Безазотистые вещества Клетчатка Зола

Горох 28,0 1,5 60,0 6,5 3,0

Чечевица 30,0 1,2 60,0 3,5 3,1

Нут 25,0 5,6 58,0 7,3 3,7

Фасоль 23,0 1,8 55,0 3,8 3,9

Соя 40,5 19,5 29,0 5,0 6,0

Арахис 29,0 49,0 15,0 3,1 3,1

Желтый люпин 38,3 4,6 25,4 14,0 3,8

Отмечая достоинства сои, известный дальневосточный селекционер [39] указывал на то, что ни одно растение в мире не может произвести за 100 дней столько жира и белка, сколько даёт соя, ни одно растение в мире не может соперничать с ней по количеству вырабатываемых продуктов.

Говоря о народнохозяйственном значении сои, следует, прежде всего, назвать производство из её бобов высокобелковых кормовых и пищевых продуктов и масла. На современном уровне развития пищевых технологий представляется возможным определить сою, как идеальную пищу для человека.

Предполагается, что уже в начале XXI столетия более половины всего производимого объёма семян этой культуры будет использоваться как продовольствие. Соя привлекает к себе всеобщее внимание не только высокой концентрацией белка, но и его экономичностью. Стоимость одной тонны переваримого белка в соевом шроте, в 15-28 раз ниже, чем в зерне хлебных злаков, и во много раз ниже, чем кормовых дрожжах и синтетическом белке [15]. Более того, соя способна не только производить наиболее дешевый, и полноценный белок, но ив определённой степени обеспечивать азотом последующие культуры севооборота.

При благоприятных условиях выращивания эта культура формирует белок без затрат дефицитных и дорогостоящих минеральных азотных удобрений. Поскольку белок - это азот, включенный в биологический синтез, то общий объём производства растительного белка ограничивается уровнем обеспеченности растений азотными удобрениями и содержанием азота в почве. Соя даёт сверхлимитированный, дополнительный белок, включая в биологический круговорот азот воздуха, недоступный для других культур.

Таким образом, эта бобовая культура - отличный предшественник для многих сельскохозяйственных культур, так как оставляет после себя почву, очищенную от сорняков и обогащенную азотом, что свидетельствует и

10

о важном, значении сои в агротехническом отношении.

В условиях Амурской области большое значение имеет и то, что все работы по возделыванию сои проводятся в менее напряжённые периоды, сев - после зерновых культур, уход за посевами удачно сочетается с работами по уходу за посевами кукурузы, а урожай сои убирается после зерновых, кукурузы, картофеля.

В таких условиях использование техники равномерно в течение всего периода сельскохозяйственных работ, а также есть возможность переоборудования машин, особенно уборочных для более качественной уборки выращенного урожая сои.

Началом соесеяния в Амурской области нужно считать 1931-1932 года, когда увенчались успехом селекционные работы по выведению отечественных сортов сои, проводимых на Амурской ¦¦. сельскохозяйственной, опытной станции .

В 1932 году посевная площадь сои в Амурской области составила 2,1 тысяч гектаров. С этого времени посевные площади сои ежегодно увеличивались. Динамика посевных площадей сои и валового производства показана на рисунке 1.1.

700-600-

Посевные площади

Валовый сбор

Рис. 1.1. Динамика посевных площадей и валовое производство сои в

Амурской области

11

Амурская область в Дальневосточном регионе занимает ведущее место по валовому производству сои.

Таблица 1.2

Объем производства сои в Дальневосточном федеральном округе и Амурской области с 1995 по 2003 год, тыс. тонн

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

ДФО 246,9 243,0 221,6 238,3 261,0 260,1 296,1 303,5 253,6

Прим. кр. 55,7 66,6 36,0 59,7 54,5 61,3 37,5 23,0 68,8

Хабар, кр.. 7,9 8,7 7,1 7,6 11,0 11,9 8,5 7,7 7,8

Амур, обл. 170,4 156,2 169,5 161,6 182,6 168,7 204,2 265,4 156,2

ЕАО 12,9 11,5 9,0 9,4 12,9 18,2 16,4 7,4 20,8

Меры по стимулированию производства сои предусмотрены в Постановлении Правительства Российской Федерации № 000 от 22 февраля 1998года «О программе по производству и переработке сои». В связи с этим администрации Амурской области, Приморского; и Хабаровского краёв, Еврейской автономной области, а также Всероссийский научно-исследовательский институт сои, Приморский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Дальневосточный научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Дальневосточный научно-исследовательский и проектно-технологическии институт механизации и электрификации сельского хозяйства, Дальневосточный научно-исследовательский институт экономики АПК и Дальневосточный научный центр РАСХН разработали целевую программу: «Производства и переработки сои на Российском Дальнем Востоке на 2000-2005 годы».

Основной задачей этой программы является увеличение производства сои на Российском Дальнем Востоке в 2005 году до 970 тысяч тонн, при

12

этом выполнить задачу необходимо не только за счёт повышения посевных площадей и урожайности, но и за счёт, прежде всего совершенствования технологий возделывания и уборки.

1.2. Механические повреждения и их влияние на качество вымолоченных бобов сои

Существенное отличие физико-механических и биологических свойств семян и растений сои в сравнении с зерновыми культурами приводит к тому, что при уборке современными зерновыми комбайнами допускаются большие потери в виде механически повреждённых семян.

Нами был проведён анализ работы двухбарабанного зерноуборочного комбайна Енисей-1200Р и аксиально-роторного зерноуборочного комбайна ПН-100 «Простор» на уборке сои в хозяйствах Амурской области, с целью оценки (по механической повреждаемости семян сои) их качества обмолота.

Анализ полученных данных показывает, что дробление зёрен сои составляет 6-22,4% у двухбарабанных комбайнов и 2,4-9% у аксиально-роторных комбайнов. Однако для успешной борьбы с механическими повреждениями семян необходимо знать не только общий процент повреждений, но характер травм, причины их вызывающие, а также влияние различных повреждений на рост и развитие растений.

Учитывая биологические особенности строения семян сои при оценке механического повреждения нами была принята следующая классификация повреждений (рис. 1.2). С67^3

Дроблёные и раздавленные бобы сои теряют продовольственную и тем более, семенную ценность. При раскалывании (вдоль или поперёк) происходят настолько глубокие изменения в жизни семени, что оно либо полностью теряет всхожесть, либо прорастает, нов поле погибает. Такие бобы могут быть использованы только на фураж.

13

Механические повреждения

Повреждение зародыша

Полностью удаленная оболочка

Рис. 1.2. Классификация механических повреждений семян сои

Семена сои с микроповреждениями плохо хранятся и имеют пониженные семенные качества. Этот вред усугубляется ещё и тем, что микропо-вреждённые семена не отделяются на очистительных и сортировочных машинах, а поэтому попадают на хранение и оказывают неблагоприятные воздействия на целые зёрна, ухудшая качества всей партии.

Влияние механического травмирования семян сельскохозяйственных культур на их посевные качества показано во многих работах [32,56,59,61,87]. Однако исследований, связанных с влиянием характера повреждений семян сои на их всхожесть и продуктивность в полевых условиях Амурской области недостаточно, хотя некоторые аспекты этого вопроса можно найти в литературе [13,29,68]. В проведённых нами опытах использованы семена сои сортов «Соната», «Луч Надежды» и «Росинка» вымолоченные вручную из стручков. Вес 1000 семян составил 138-152 грамма. На опытной делянке поля семена высеивались в девять рядков по 100 штук в каждом с расстоянием между рядками 45 см, а между семенами в рядке 6-8 см. Глубина заделки семян в почве - 3-4 см.

• В рядки с 1-го по 4-ый высеивались семена, имеющие от одного до четырёх микроповреждений (укол швейной иглой на глубину до 1 мм).

14

• В пятом рядке размешались семена, имеющие скол поверхности площадью 6-9 мм2.

• Шестой, седьмой и восьмой рядки имели семена сои, подвергнутые сжатию кратковременной (до 5 секунд) в направлении толщины нагрузкой соответственно 50, 75 и 100Н.

• В девятый рядок высевались целые семена (контроль).

На; основании наших исследований установлено, что наличие макроповреждений на поверхности семян для всех сортов приводят к уменьшению всходов по сравнению с контролем на 20,0 - 28,87%, а продуктивность снижается с 33,95 до 46,05%. Также можно сделать вывод, что микроповреждения оболочки семян сои стимулируют произрастание зародыша, это обусловлено более быстрым проникновением влаги и питательных веществ почвы. Приложение статистической нагрузки на семена сои (не более 75Н) даёт положительный эффект по сравнению с повреждениями семян срезом; (табл.. 1.1, 1.2, 1.3, Прил.).

Наибольшее значение энергии прорастания и лабораторной всхожести наблюдалось у семян с отбитой частью семядолей - соответственно на 50 и 45 %. При повреждении оболочки всхожесть семян в лаборатории снижалась на 13% или в 3-4 раза меньше чем в предыдущем варианте.

Семенах нарушенной семенной оболочкой набухали и прорастали раньше других. Они незначительно уступали целым в лабораторной всхожести, но имели очень низкую полевую всхожесть. Различие между полевой и лабораторной всхожестью у поврежденных семян всегда больше, чем у целых. Если у последних полевая всхожесть уступала лабораторной всего на 3-6 %, то у травмированных, в зависимости от характера повреждений, на 11-24%. Эти 11-24 % семян, в лабораторных условиях образуют нормально развитые проростки и, по заключению контрольно-семенной лаборатории, являются кондиционными, в поле не дают всходов. Расчет же весовых норм высева сои ведется по лабораторной всхожести и в результате заранее предопределяется изреживание посевов.

15

Исследования и [32] показали, что полевая всхожесть травмированных семян была ниже, чем поврежденных на 13-65%, в зависимости от типа травмы.

Опасность травмирования усугубляет тем, что его действие не всегда проявляется сразу, а большей частью носит скрытый характер, в результате этого часто предполагаются иные причины снижения всхожести в полевых условиях, многие исследования объясняют это самыми различными причинами: глубиной заделки, сроком посева, крупностью семян.

Несомненно, все это имеет определенное значение, но тщательный анализ показывает, что из общего числа факторов, снижающих всхожесть, на долю травмированных семян падает около 60-70%. Таким образом, именно травмирование резко снижает урожай. Оказалось, что отрицательное влияние различных видов травм на продуктивность растений в 2-2,5 раза больше, чем на полевую всхожесть семенного материала. В среднем одно растение из семян с поврежденным корешком дало семян всего 0,0034 кг, против 0,0062 кг при посеве целыми семенами [32].

При исследовании влияния механических повреждений семян других зернобобовых и зерновых культур на посевные качества и продуктивность растений, многими авторами [56,59,87,104,112] получены результаты, подтверждающие наши наблюдения.

Травмирование семян не только снижает урожай, но и резко ухудшает его качество, затрудняя хранение. По данным [98] после непродолжительного хранения на поврежденных семенах количество бактерий в 3,5 раза, а плесеней в 52 раза больше, чем на целых.

Опытные данные и практика хранения показали, что развитие микробов происходит, прежде всего, на битых, крупноколотых и трещиноватых семенах и с поврежденным зародышем. В семенах с нарушенной оболочкой зародыша через 3-5 дней после комбайновой уборки появляются грибковые заболевания [57,61,100].

Повышенное количество дроблёных семян в бункере комбайна не

16

уменьшает валовых сборов, однако, при сортировании часть дроблёных бобов попадает в отходы, используемые на фуражные цели, а часть остается и поступает на заготовительные пункты.

При продаже сои, дроблёное зерно относится к масличной примеси. А масленичная примесь не должна превышать 6% [15]. При увеличении масленичной примеси свыше данного предела производится денежная скидка со стоимости, что приводит к ощутимым финансовым потерям сельскохозяйственных производителей.

Выявление и изучение факторов, влияющих на повреждение семян сои при комбайновой уборке, позволит более эффективно проводить мероприятия, направленные на устранение этих повреждений.

1.3. Основные факторы, влияющие на повреждение семян сои при

обмолоте

При силовом взаимодействии семян с рабочими элементами зерноуборочных машин, боб сои не должен перегружаться выше своих естественных пределов, то есть не должно нарушаться условие прочности:

G

где G - действующее напряжение в бобе сои;

Ge - предельные прочностные характеристики боба.

Несоблюдение этого требования ведет к местному или общему разрушению семян сои, их микроповреждениям и дроблению.

Величина предельных напряжений (Ge) боба определяется его физико-механическими свойствами и обуславливается влажностью, сортом, размерами, и другими природными факторами.

Величина же действующих напряжений (G), возникающих в семени, зависит в основном от режимов работы молотильно-сепарирующего устройства и его конструктивного оформления.

В настоящее время существует немало теоретических работ,

17

[13,25,66,67], в которых на основе изучения силового взаимодействия семян сои с рабочей поверхностью выявлены основные факторы, участвующие в процессе механического повреждения зёрен.

При обмолоте зерновых культур наиболее распространёнными видами воздействия рабочих органов комбайна на зерно являются ударные нагрузки. На основании теории Герца, было установлено [20], что величина максимальной контактной силы при ударе семян о рабочую поверхность зависит от многих факторов:

P=f(v, mbElE2M1M2EK), (1.2)

где Е\ ,Е2 - модуль упругости семян и материала рабочего органа; V - скорость соударения; m - масса единичного семени;

Mi - коэффициент поперечной деформации семени; М2 - коэффициент поперечной деформации материала рабочего органа;

2К - сумма главных величин кривизны семян и рабочего органа в окрестностях контакта.

Исходя из теории упругости [20] рассматривая механизм силового взаимодействия семян и рабочего органа с позиции контактной задачи, построил схему взаимосвязи факторов, влияющих на местную прочность семян при силовом контакте (рис. 1.3).

Следовательно, механическое повреждение семян при обмолоте зависит от:

- факторов, связанных с физико-механическими свойствами семян и обуславливающих его прочность (влажность, размеры, масса, форма и так далее);

- режимов работы молотильно-сепарирующего устройства и его конструктивного оформления.

Поэтому, вопросы повреждения семян необходимо рассматривать комплексно, учитывая, как механические свойства обмолачиваемого ма-

               

       Список литературы