Выявлены факторы, в зависимости от которых формируется качество семян кукурузы на стадиях вегетации, созревания, сбора и обработки. Разработаны дифференцированные температурные режимы сушки в зависимости от термостойкости гибридов и самозапыленных линий. Рассчитан тепловой баланс камерных кукурудзосушарок, предложенная энергосберегающая система сушки путем рециркуляции теплоносителя, которая снижала расход топлива на 26%, электроэнергии на 5%.

Кукуруза, семян, послеуборочная обработка, качество, сушки, энергосбережения

Обеспечение стабильно высокого уровня урожайности кукурузы во многом зависит от качества подготовленного для посева семенного материала. Фундаментальными исследованиями, проведенными в Институте растениеводства, Селекционно-генетическом институте, Институте зернового хозяйства, Крымский агротехнологический университет, Харьковском аграрном университете и других, доказано, что отдача производительности растения от качественных семян составляет 20% и выше [1 — 5].

Однако, анализ многих партий семян кукурузы, подготовленных к посеву, свидетельствует о его неудовлетворительные сортовые, посевные и урожайные свойства. Семена имеют низкую гибридности (типичность), оно в значительной степени травмировано, не выровнено, характеризуется довольно разнокачественных составом. Установлено, что проблемы с качеством начинаются еще с поля и поддержания сортовой чистоты, усиливаются при сборе, обработке и хранении. Причинами такого положения являются слабо развитая материально-техническая база, нарушения технологических требований, недостаточный контроль за процессами выращивания и подготовки семян кукурузы.

Существуют также причины научно-теоретического характера. Сравживание слабым является научное обеспечение процессов подготовки семян кукурузы в технологиях, связанных с обработкой, недостаточно учтены закономерности формирования его качества и особенности выполнения отдельных технологических процессов. Основные научные положения базируются на ограниченном генетическом материале, концептуально не связанные с энергосбережением и обеспечением высоких сортовых, посевных и урожайных качеств семян.

В связи с этим значительную актуальность имеют исследования, направленные на разработку новых и совершенствование действующих технико-технологических методов улучшения качества семян современного ассортимента гибридов кукурузы, а также их родительских форм. Эти методы должны обеспечивать не только высокое качество кукурузы, но и быть достаточно энергосберегающими, поскольку ее обработка требует значительных объемов энергии.

Исходя из этих предпосылок целью работы было проведение анализа и установления научно-теоретических закономерностей формирования качества семян на стадиях его созревания и послеуборочной обработки, обоснование способов и режимов выполнения отдельных технологических процессов подготовки семенного материала с учетом особенностей гибридов кукурузы и их родительских форм с обязательными элементами энергосбережения.

Для проведения анализа были использованы данные сбора и обработки семенного материала различных гибридов и самозапыленных линий, а также результаты работы кукурузообрабатывающих заводов, опытных станций и хозяйств за многолетний промежуток времени. Исследование качества и изучения отдельных показателей вели по методам ГОСТ, ГОСТ, общепринятых агротехнических и технологических требований [6-7].

В опытах установлены основные факторы, в зависимости от которых формируется качество семян в процессе его созревания и уборки: температура и относительная влажность воздуха, обеспеченность влагой, заморозки критического уровня. Важное значение при этом имеет соотношение отдельных показателей, например, температуры и суммы осадков, что выражается в виде гидротермического коэффициента (ГТК). От гидротермического коэффициента зависит динамика накопления сухого вещества, синтез высокомолекулярных-ных соединений, в том числе, из которых непосредственно складываются посевные и урожайные свойства семян.

Так, за годы исследований (2000-2007 гг) гидротермический коэффициент в период вегетации-созревание кукурузы был различным и составлял 0,26-1,89. От этого соответствующим образом изменялась всхожесть семян: снижалась при значениях ГТК более 1,0 и повышалась при значениях меньше 1,0 (табл. 1). При наименьшем значении ГТК (2005, 2007) сходство была наивысшей за годы исследований. Итак, относительно сухая и теплая погода во время созревания способствует не только подсыхание зерна, но и формированию повышенного качества семян. Такие семена отличается усиленной устойчивостью при хранении и силой роста при прорастании.

Таблица 1.

Всхожесть семян гибридов кукурузы в зависимости от гидротермического коэффициента (ГТК) в процессе вегетации и созревания, 2000-2007 гг

На качество семян особым образом воздействовали его уборочная влажность, зрелость и заморозки критического уровня (табл. 2). При уборке даже с повышенной влажностью зерна 36-38% жизнеспособность семян гибридов кукурузы составляла 97-98%. Однако влажное зерно было неустойчивым до заморозков. Исходя из полученных данных, критическими считать температуры-3оС и ниже — для зерна с влажностью 36-38%,-5оС и ниже — 28-30%,-7оС и ниже — 20-28%.

Таблица 2.

Влияние влажности и низкой температуры зерна на жизнеспособность семян гибридов кукурузы,% по ГОСТ 4138 — 2002 (метод окраски)

*) Семена, собранные до заморозков

Вероятность заморозков критически низкого уровня в период уборки кукурузы была достаточно велика. Например, в Приднепровском регионе вероятность критических температур за многолетний период времени составляла 53-60%, они чаще наступали с 2-3 декады октября. Физиологическая зрелость сочеталась с влажностью зерна 34-36% и наступала в период с 19 августа по 9 сентября в благоприятные по агроклиматическими условиями года и с 11 сентября по 20 октября в неблагоприятные. Из этого вытекает важный научно-теоретический вывод о том, что сбор кукурузы с повышенно допустимым влажностью почти всегда позволяет избегать негативного воздействия низких температур, практически возможный период, без отрицательных критических температур, составляет для позднеспелых гибридов 30 суток, для среднеспелых и среднеранние — 43 — 48 суток.

Следовательно качество семян кукурузы формируется под влиянием многих факторов биологической и технико-технологической природы на разных стадиях его производства. Если принять во внимание сложную и насыщенную технологию послеуборочной обработки и подготовки семян, то будем иметь значительную изменчивость посевных качеств и урожайных свойств этой культуры. В наших опытах при посеве кондиционными семенами с лабораторной допустимой сходством 92-100% получили такие результаты, свидетельствующие о значительном разнокачественность семенного материала — сходство при холодном проращивании 60-99%, полевая — 69-94%, расхождение урожая зерна в зависимости от посевной группы — 0,13-0,60 т / га (табл. 3).

Таблица 3.

Изменчивость качества семян гибридов кукурузы в процессе их обработки и подготовки к севу, 1996-2005 гг

Достаточно по-разному изменяется качество семян кукурузы в зависимости от периода их заготовки и обработки. По результатам работы ряда куку-рудзообробних заводов, семена, обрабатывалось в сентябре, было самым качественным, несмотря на его повышенную уборочную влажность при этом (табл. 4). Сходство таких семян составляла 96-100%, его выход составлял 100%. В октябре выход качественных семян менялся в зависимости от декады, а именно, постепенно снижался со 100% до 75%. В ноябре и декабре объем кондиционных семян, отвечающий требованиям ГОСТ, равен соответственно 30 и 22% обработанного. Разный выход семян, в зависимости от периода его обработки, был связан с комплексом факторов, а именно действием низких критических температур, длительности хранения в необработанном состоянии (влажном), содержанием самообрушеного зерна в массе кочанов. Определенное соотношение этих факторов приводило в конечном итоге разное качество семян и его выход.

Таблица 4.

Выход семян кукурузы и его сходство зависимости от времени заготовки и обработки початков, данные кукурузообрабатывающих заводов, 1996-2006 гг

Итак, наиболее благоприятным для получения высококачественных семян кукурузы в Приднепровском регионе был период, календарно занимал сентябрь и I — II декады октября. В этот период обрабатывалось до 41% семенной кукурузы, доля семян со всхожестью 96-100% составляла в пределах 95-100%. Начиная с ноября основную часть заготовки составило некондиционное семян со всхожестью ниже 91%.

В комплексе методов, направленных на подготовку семян кукурузы, наиболее важной является операция сушки влажных початков. От нее зависит выход и качество семян, его сортовые, посевные и урожайные свойства.

К основным параметрам сушки относится температурный режим, который прежде всего связан с влажностью зерна. Теоретически температурный режим основывается на динамическом характеристике термостойкости семян кукурузы. Практически он заключается в поддержании максимально допустимой температуры нагрева зерна на уровне нулевой точки денатурации белковых веществ. Исходя из теоретических и практических положений, были разработаны рекомендованные режимы сушки семенного кукурузы, которые включали температуры в пределах 35-50оС в диапазоне влажности 45-20% [8].

Однако проведенный научно-теоретический анализ выявил ряд несоответствий между закономерностями процесса сушки кукурузы и рекомендованными температурными режимами. Во-первых, масса початков в одной камере и в отдельных камерах сушки имеет разную теплодинамичну характеристику, а значит, неодинаковую термостойкость. Во-вторых, термостойкость кукурузы изменяется в зависимости от генотипа гибрида или само-запыленности линии, которые могут отличаться по своему химическому составу, физико-механическими и теплофизическими свойствами. В-третьих, при разработке заказных режимов была принята разница температуры между агентом сушки и зерном початков на уровне 4оС, не подтвердилось при сушке в камерных сушилках. Итак режимы сушки, теоретически разработаны на основе статистической и динамической характеристики термостойкости зерна кукурузы, не полностью соответствуют особенностям сушки в камерных зерносушилках и свойствам этой культуры.

В связи с этим нами разработаны параметры дифференцированного сушки, которые включали ступенчатые и постепенно нарастающие температуры, а также постоянные на уровне максимально допустимых (табл. 5).

Таблица 5.

Температурные режимы сушки семян кукурузы с повышенной влажностью (для камерных сушилок)

Ступенчатые и постепенно нарастающие температуры большей степени предназначены для семян с повышенной влажностью, они согласованы с динамикой их подсыхания, а также ботаническими признаками и биологическими особенностями разных форм кукурузы — гибридов, сортов, самозапиле-ных линий. Учтены также физико-механические и теплофизические свойства зерновки различной структуры — зубовидной, кремнистой. Для зерновки кремнистого типа температура должна быть ниже, с целью смягчения процесса вологовипаровування и уменьшение числа внутренних трещин.

В случае сбора кукурузы с влажностью 20-25% температуру сушки семян можно повысить до 48-50оС, а самозапыленных линий — до 45-47оС в зависимости от их ботанической группы. Также в случае сушки гибридов с влажностью до 30-32оС можно применять режим интенсификации, который заключался в повышении температуры до 50-55оС с обязательным условием частого реверсирования агента сушки (изменение направления продувки камер) через каждые 30 минут. При таких условиях нагрев зерна не превышал допустимую норму, семена сохраняло посевные качества и урожайные свойства. Кроме того, замечено оздоровительный эффект от интенсивного режима — пораженность семян зерновой и бактериальной микрофлорой снижалось в 1,3-1,9 раза по сравнению с обычным сушкой.

Помимо сохранения высокого качества, режим сушки должен быть оптимально энергозатратным, т.е. выполняться при рациональном энергопотреблении. Известно, что потребление энергии зависит от таких факторов, как влажность зерна в начале и конце сушки, температурного режима, условий окружающей среды, характеристики сушилки. Анализ показал, что при сушке кукурузы с влажностью 2038% и температуре воздуха 1-15оС расхода тепловой энергии на испарение 1 кг влаги из початков составили 5,58-12,49 МДж. Потребление топлива уменьшалось, когда температурная разница между агентом сушки и атмосферным воздухом не превышала 30-36оС. Всего колебания температуры на 1оС в ту или иную сторону смещали потребления тепловой энергии на 0,284 МДж.

Для анализа расхода тепловой энергии в камерных кукурудзосушар-ках была разработана формула теплового баланса (Р общ), которая включала производительные и непроизводительные расходы:

— Расход тепла на нагрев кочанов; р2 — расход на вологовипаровуван-ния; р3 — потери тепла с отработавшим теплоносителем, р4 — потери из-за негерметичности сушилки; Р5 — потери от режима работы сушилки; Р6 — потери в топливном отделении (топке).

Наиболее непроизводительные потери энергии (Р3) были связаны с отработанным теплоносителем, их доля в тепловом балансе составляла 3842%. Другие потери составили 5-7% (04), 9-15% (05), до 3% Ю6). Исходя из расчетов, наиболее эффективными приемами энергосбережения следует считать те, которые связаны с использованием потенциала отработанного теплоносителя. К таким приемам может принадлежать рециркуляция, т.е. обратное возвращение отработанного теплоносителя в систему сушки.

В опытах установлены параметры рециркуляции при работе

сушилки в постоянном режиме (без остановки) и периодическом, когда сушилку останавливали полностью для разгрузки и загрузки сушильных камер. При постоянной работе условия для рециркуляции складывались после окончания сушки в одной камере и вхождение сушилки в безцикличний режим. При периодической работе рециркуляция была возможной после первых 25-30 часов сушки, когда отработанный агент достигал температуры около 30оС и относительной влажности 60% и ниже.

Сушка в режиме рециркуляции снижало в опытах расход газообразного топлива на 26%, электроэнергии на 5% по сравнению с типичным контрольным сушкой (табл. 6).

Таблица 6.

Технико-экономические показатели сушилки и качество семян кукурузы в зависимости от системы сушки, сушка СКПМ18 (опытное хозяйство «Днепр», Синельниковская опытная станция ИЗГ УААН)

* • * Без рециркуляции со свободным выпуском отработанного агента

сушки

Эффект получен за счет энергии отработанного теплоносителя, который повышал температуру газовоздушной смеси в смесительном отделении топки на 5-12оС. После сушки в режиме рециркуляции хранились высокие посевные качества и урожайные свойства семян.

Таким образом, в ходе теоретического анализа и практических исследований установлены факторы, которые комплексно влияют на качество семян кукурузы и на расход энергии, необходимой для сушки. На стадиях вегетации и созревания необходимо учитывать гидротермический коэффициент, при его значении менее 1,0 семян может иметь высокую всхожесть. В процессе уборки качество связана с влажностью и заморозками критического уровня, которые составляют-3оС для зерна с влажностью до 36-38%,-5оС и ниже, соответственно — 28-30%,-7оС и ниже 20-28%. В

послеуборочный период качество зависит от времени и технологических режимов обработки, наиболее благоприятным в календарном отношении был сентябрь и I — II декады октября, выход семян со всхожестью 96-100% составил 95% и выше. В процессе заготовки кондиционных семян следует учитывать его разнокачественности и отбирать для сева наиболее высококачественные партии со всхожестью не ниже 90% при холодном проращивании.

С целью обеспечения высокого качества семян, особенно с повышенной уборочной влажностью, рекомендуются разработанные нами сту-пинчати и постепенно нарастающие температуры сушки, а также постоянные на уровне максимально допустимых.

Впервые рассчитан тепловой баланс камерных кукурудзосуша-рок, определены его продуктивные и непродуктивные составляющие. К наиболее непродуктивных относятся расходы тепловой энергии с отработанным агентом сушки. С целью энергосбережения предложена система рециркуляции, которая снижала расход топлива в сушилках на 26%, электроэнергии — на 5%, полностью сохраняла высокие посевные качества и урожайные свойства семян кукурузы.