Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние травмирования семян на посевные качества и урожайность нута в Нижнем Поволжье

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "Влияние травмирования семян на посевные качества и урожайность нута в Нижнем Поволжье"

На правах рукописи

ЛЯПКОСОВА ИРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

ВЛИЯНИЕ ТРАВМИРОВАНИЯ СЕМЯН НА ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА И УРОЖАЙНОСТЬ НУТА В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

06.01.09 - растениеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Саратов, 2005

Работа выполнена в Волгоградском комплексном отделе ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации

им. А.Н. Костикова

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Бородычев Виктор Владимирович

Оффициальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор

Шевцова Лариса Павловна

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Фомин Геннадий Иванович

Ведущая организация - ГНУ Нижне-Волжский

научно-исследовательский институт сельского хозяйства, г. Волгоград

Защита состоится « 1 » июля 2005 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220. 061. 05 при Федеральном государственном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410600, г. Саратов, Театральная пл., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ В ПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан 27 мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. с.-х. н.

Н.А. Пронько

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение населения экологически чистыми продуктами питания и создание устойчивой кормовой базы для развития животноводства неразрывно связано с расширением посевных площадей и повышением урожайности зернобобовых культур, которые являются главным источником полноценного растительного белка, и способствуют сохранению и повышению плодородия почвы. В засушливых районах степной зоны светло-каштановых почв Нижнего Поволжья наиболее перспективной зернобобовой культурой является нут. Это самая засухоустойчивая культура из всех бобовых, относительно мало требовательная к почве, способная мириться с повышенной солонцеватостью, обеспечивающая наиболее стабильные урожаи. Зерно нута обладает высокой питательностью, большой энергетической ценностью и способностью к длительному хранению. Нут наиболее адаптирован к почвенно-климатическим условиям Нижнего Поволжья, является ценной продовольственной и кормовой культурой, но имеет небольшой удельный вес в структуре посевных площадей (30 тыс.га) и низкую урожайность. Его распространение сдерживается рядом причин, в том числе и дефицитом семян. Слабо изучены особенности биологии, технологии возделывания культуры, не решены многие вопросы селекции и семеноводства.

Наряду с тем, что нут имеет неполегающий стебель, высокое прикрепление нижних бобов и при созревании не осыпается, обеспечивая тем самым пригодность к механизированной уборке, наблюдается высокий процент механических повреждений семян рабочими органами сельскохозяйственных машин. Внедрение индустриальной технологии возделывания нута и комплексная механизация производственных процессов в семеноводстве сопровождается травмированием семян, которое влияет на качество посевного материала. При существующей системе машин на всех операциях по механизированному производству семян нута полностью избежать травмирования невозможно, поэтому изучение этого отрицательного для семеноводства явления представляется весьма актуальным. По агротехническим требованиям дробление семенного зерна на самой травмирующей операции (обмолоте) не должно превы-

шать 1%, в случае неблагоприятных условий уборки (засоренные посевы, высокая влажность) допускается 2%. Разрушенные зерна затем легко отделяются на сортировальных и зерноочистительных машинах, так как существенно отличаются от целых по своим физико-механическим свойствам. Все остальные семена в независимости от степени травмирования с макро и микроповреждениями становятся основой будущего урожая. По ГОСТу 12037-81 «Методы определения чистоты и отхода семян» в отход идут раздавленные и битые семена, но только в том случае, если они утратили половину и больше половины семени. Поврежденные семена с другими типами травм относятся к группе « Семена основной культуры».

В связи с этим необходимо оценить степень травмирования семян нута, установить влияние характера их повреждений на рост, развитие и урожайность растений, на посевные качества, обосновать нормы на допустимое содержание травмированных семян в посевном материале нута.

Актуальность исследований подтверждается выполнением их в рамках Федеральной НТП РАСХН «Земледелие, мелиорация и лесное хозяйство» (2001 -2005 гг.).

Целью работы является научное обоснование норм на допустимое содержание травмированных семян в посевном материале для культуры нута.

В соответствии с поставленной целью программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

1. Проанализировать работы отечественных и зарубежных авторов по изучению травмирования семян сельскохозяйственных культур и влиянию характера механических повреждений на основные показатели роста, развития растений и урожайность.

2. Провести оценку посевного материала на травмированность с учетом различных типов травм и составить их классификацию.

3. Установить влияние степени травмированности и характера травм семян нута на их посевные качества.

4. Изучить биологические особенности роста, развития и формирования продуктивности нута в зависимости от травмированности семян с учетом поч-венно-климатических условий региона.

5. Выявить закономерности повышения посевных и урожайных качеств травмированных семян при протравливании.

6. Установить предельно допустимые значения усилий, действующих со стороны рабочих органов сельскохозяйственных машин на семена нута без существенного снижения их посевной годности.

7. Рассмотреть варианты совершенствования технических средств для повышения качества обмолота нута.

8. Провести экономическую оценку эффективности нормативного ограничения содержания травмированных семян в посевном материале.

Объект исследований - посевной материал нута разной степени травми-рованности. Диссертационная работа основана на лабораторных и полевых исследованиях, выполненных в Волгоградском комплексном отделе ГНУ ВНИИГиМ, учебном хозяйстве «Горная Поляна» ВГСХА в 2000-2002 гг.

Личный вклад автора состоит в обобщении результатов теоретических исследований и разработке концептуальных подходов, экспериментальном обосновании получения стабильных урожаев зерна нута в зависимости от качества посевного материала.

При непосредственном участии автора в реализации и проведении полевых исследований, по результатам которых обоснована технология возделывания нута с оценкой посевного материала на травмированность с нормативным ограничением содержанием травмированных семян, и осуществлено ее внедрение в производство.

Научная новизна. Впервые составлена классификация типов травм семян нута с учетом анатомо-морфологического строения и степени повреждения зерновки.

Для почвенно-климатических условий Нижнего Поволжья установлены допустимые нормы содержания травмированных семян в посевном материале. Определены зависимости между механическими повреждениями семян нута, типами травм и качеством посевного материала.

С учетом агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей культуры установлены основные параметры формирования урожайности нута при посеве травмированными семенами.

Построены нагрузочные диаграммы для семени нута при испытаниях на сжатие и определены основные механические характеристики: предел упругости, модуль упругости, предел прочности.

Достоверность результатов исследований. Степень обоснованности результатов исследований подтверждается многолетним периодом исследований, корректностью принятых методик постановки опытов, значительной базой полученного экспериментального материала, широким использованием методик вариационной статистики.

Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации по нормам содержания травмированных семян для улучшения качества посевного материала и повышения продуктивности нута в условиях Нижнего Поволжья.

Результаты исследований напряженно-деформированного состояния семени нута могут быть использованы инженерами-конструкторами, создателями системы машин по механизированному возделыванию культуры для совершенствования рабочих органов, режимов работы и технологических регулировок в направлении снижения степени повреждения семян.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований по возделыванию нута на зерно в рисовых чеках в ГУП «50 лет Октября» Октябрьского района Республики Калмыкия на площади 50 га подтвердила возможность получения урожая зерна нута до 2,5 т/га. В СПК «Богдан» Чернышковского района Волгоградской области на площади 40 га урожай зерна нута составил 1,80 т/га при посеве материалом с нормативным ограничением содержанием травмированных семян. В КФХ Манихина В.П. на площади 5 га при содержании до 5% травмированных семян и их протравливании препаратом ТМТД урожай семян нута составил 1,60 т/га.

Основные положения, выносимые на защиту:

- нормы содержания травмированных семян нута в посевном материале, существенно не влияющие на его качество (для семян 1 и 2 класса);

- степень травмированности семенного материала как критерий формирования продуктивности посевов нута;

- протравливание как эффективный способ повышения посевных и урожайных качеств семян нута с механическими травмами.

Апробация полученных результатов и публикации.

Материалы диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Волгоградской ГСХА (2000-2004 гг.), международной научно-практической конференции «Проблемы научного обеспечения, экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях», (посвященная 100-летию со дня рождения М.Н. Багрова, Волгоград, 2001г.), «Экологические проблемы мелиорации» (посвященная 115-летию со дня рождения А.Н. Костякова, Москва, 2002 г.), «Проблемы агропромышленного комплекса», (посвященная 60-летию Победы под Сталинградом),

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 159 страницах, в т.ч. основного текста 105 страниц. Работа содержит 31 таблицу, 20 рисунков, 4 приложения. Список использованной литературы включает 155 источников, в том числе 4 иностранных автора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика диссертационной работы, показана актуальность темы, определены предмет и цель исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Жизнеспособность поврежденных семян и продуктивность сельскохозяйственных культур» анализ литературных источников показал актуальность изучения проблемы качества семенного материала в связи с отрицательным влиянием травмирования семян на их посевные свойства, дальнейший рост и развитие растений, а также на величину урожая (И.Г. Строна, И.И. Чалый, О.И. Тихонов, Н.П. Якименко, В.И. Кузовков, В.П. Кавунец, В.Я. Дворник, В.И. Шелепова, В.Л Гечу, Н.А. Киндрук , Л.К. Сечняк, O.K. Слюсаренко, Н.Н. Ульрих, Ю.В. Шалагинов, А.Н. Пугачев, В.М. Шевченко, Л.Е. Штейнлухт, Ф.М. Куперман, П.Х. Юрченко, В.М. Шевченко, С.А. Чазов и др.).

По данным Н.И. Германиевой, В.В. Балашова, К.В. Ливанова, В.А. Агишева, СИ. Николаева и др. нут является перспективной зернобобовой культурой, внедрение которой будет способствовать производству ценного растительного белка, улучшению почвенного плодородия, экологической безопасности, повысит экономическую эффективность хозяйствования.

Вопросу о естественной механической прочности семян сельскохозяйственных культур и изучению их структурно - механических свойств посвящены работы: А.Н. Бородина, Н.В. Врасского, З.Д. Гончаровой, В.П. Глотова, Д.В. Дунаевского, Калашниковой Н.В., В.А. Кармашева, В.П. Малаховцева, СВ. Мельникова , И.А. Наумова, С.Д. Птицына и др. Повышенная травмиро-ванность семян нута на всех технологических операциях по их производству определила необходимость постановки и проведения комплексных исследований.

Во второй главе «Условия и методика экспериментальных исследований» рассмотрены почвенно-климатические условия региона исследований, приведена характеристика погодных условий в годы проведения полевого эксперимента, определены методики: оценки степени травмирования посевного материала, исследования сопротивления семян нута статическим нагрузкам, проведения полевого опыта.

Для решения поставленных в данной работе задач целесообразно было применение наиболее широко используемого в практике оценки травмирован-ности семян прямого метода просмотра через лупу 7-10 кратного увеличения и окрашивание в анилиновых красителях.

Метод основан на увеличении интенсивности окрашивания поврежденных тканей. Для зернобобовых культур в качестве красителя рекомендован однопроцентный раствор красного анилинового (Н.П. Якименко, В.И. Кузовков, 1971), который нами применялся в сочетании с растворами бриллиантовой зелени и метиленовой сини.

В соответствии с программой исследований полевой эксперимент предусматривал изучение влияния степени травмирования посевного материала при обеззараживании семян препаратом ТМТД и без на динамику роста, развития и формирования урожая зерна нута сортов Волгоградский 10 и Приво 1.

Изучались варианты, разделенные по уровню содержания травмированных семян в посевном материале: вариант 1 - содержание 5 % травмированных семян в посевном материале; вариант 2 - содержание 10 % травмированных семян в посевном материале; вариант 3 - содержание 15 % травмированных семян в посевном материале; вариант 4 - содержание 20 % травмированных семян в посевном материале; вариант 5 - посевной материал без травмированных семян.

Полевой эксперимент выполнялся в 2000... 2002 гг. на неорошаемых землях учебного хозяйства «Горная Поляна» Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии.

По результатам гранулометрического анализа образцов почв опытного участка видно, что почва в пахотном слое - тяжелосуглинистая. С глубины 0,8 м содержание физической глины снижается до 48,9 %. Плотность сложения пахотного слоя почвы находится на уровне 1,30... 1,40 т/м3, порозность почвы на опытном участке изменяется от 42,6 до 50,4 %, наименьшая влагоёмкость в пахотном слое составляет 21,0...22,7 % от массы сухой почвы. Реакция почвенного раствора нейтральная (рН=7,2). Обеспеченность обменным калием, 360...370 мг/кг высокая, а азотом и фосфором, 27...38 мг/кг, низкая. Содержание гумуса в пахотном слое составляет 1,78 %.

По количеству атмосферных осадков, выпавших за вегетационный период нута, 2000 и 2001 годы характеризуются как влажные (336,4 и 206,8 мм соответственно). Вегетационный период нута в 2002 по обеспеченности атмосферными осадками характеризуется как острозасушливый (28,3 мм). Сумма среднесуточных температур воздуха за вегетационный период нута в 2000 году, 2931 °С ниже среднемноголетнего показателя, в 2001 и 2002 превышала сред-немноголетние значения соответственно на 37 и 100 °С.

Агротехника возделывания нута в опытах разрабатывалась на основе действующих зональных рекомендаций с дополнениями их вариантами изучаемых приемов.

На всех вариантах опыта рельеф, почвенные и гидрологические условия были идентичными. Для исключения влияния почвенных разностей опыты закладывались в четырехкратной повторности. Общая площадь опытного уча-

стка 0,28 га, учетная площадь делянок по фактору содержания травмированных семян в посевном материале 70 м2, по фактору обработки семян протравителем ТМТД - 3 5 м2, по фактору сорта - 350 м2/га. По площади земельного участка опыт закладывался методом расщепленных делянок.

Для проведения статистических испытаний семян нута на сжатие была создана экспериментальная установка, принцип действия которой основан на методе тензометрирования с записью измеряемых величин (действующего усилия и деформации семени) посредством тензометрических звеньев на фотобумагу (рис. 1). Установка состоит из пресса, регулирующих и регистрирующих приборов (регулирующий прибор питания «Агат», тензоусилитель «Топаз-3», выпря-

Рис. 1. Экспериментальная установка

митель ВСА-5К и магнитоэлектрический осциллограф К12-22).

Планирование эксперимента, обоснование объема испытаний и числа по-вторностей осуществлялась по методике М.Н. Степнова, (1972). При обработке осциллограмм использовался метод ординат (Г.В. Веденяпин, 1967). По результатам статических испытаний строились нагрузочные диаграммы как

это принято в сопротивлении материалов при изучении основных механических характеристик конструкционных материалов в координатах «усилие-абсолютная деформация» и «напряжение-относительная деформация». Анализ диаграмм сводился к определению абсолютных значений усилий и деформаций, соответствующих пределу упругости, пределу прочности, разрушающему усилию.

Результаты обрабатывались методами математической статистики по методикам А.М. Длина (1951), Г.В. Веденяпина (1967), М.Н. Степнова (1985).

В третьей главе «Влияние травмирования семян нута на посевные качества, рост, развитие растений и урожайность» рассмотрены типы травм се.мян нута и предложена их классификация, определены закономерности влияния степени травмированности посевного материала на посевные качества семян,

рост, развитие и продуктивность нута.

В основу предложенной классификации положено анатомо-морфологическое строение семян, а также степень и характер их повреждений (рис. 2).

Наиболее опасными травмами являются трещины и отколы в зоне зародышевого корешка. Умеренные трещины часто хорошо заживают, приводят к регенерации корешков и развитию нормальных проростков. У чрезмерно сухих семян повреждается не только зародышевый корешок, но и место соединения корешка и семядолей, происходят отколы сегментов корешка, как следствие глубоких трещин и обру-

Рис. 2. Классификация типов 1равм семян нута

шений, а разрывы семенной оболочки в этой области способствует отделению отбитых частей. У таких семян заживление и дальнейшее прорастание становится невозможным, подтверждая полную потерю жизнеспособности.

Установлено существенное влияние степени травмированности посевного материала на посевные качества семян. Существует мнение, что у некоторых травмированных семян возможна активизация прорастания по сравнению с неповрежденными, повышается энергия прорастания и лабораторная всхожесть в связи облегченным доступом воды и кислорода через области травм. Но при попадании в неблагоприятные условия хранения или при посеве в почву травмированные семена усиленно поражаются патогенной микрофлорой и резко снижают способность к прорастанию (З.М. Колошина, 1971, Ф.М. Ку-перман, 1948). Этот вывод полностью подтвердился данными нашего опыта.

Энергия прорастания, характеризующая быстроту и одновременность появления всходов, имела разрыв с лабораторной всхожестью у семян 1 и 2 вариантов в 1-2%, а у наиболее травмированных разрыв достигал 6-7%. Протравливание травмированных семян повышает энергию прорастания и лабораторную всхожесть на 1-2% и оказывает влияние на силу роста семян (снижается число аномальных проростков и повышается масса сырого и сухого вещества ростков). При увеличении в исследуемых образцах доли травмированных семян от 5 до 20% число здоровых ростков снизилось с 17 до 10% по сравнению с контрольным вариантом. Изменилась и масса сырого вещества ростков. Она уменьшилась по мере возрастания числа семян с травмами на 635%. Для поврежденных семян существенным фактором, влияющим на полевую всхожесть, являются метеорологические условия (температура воздуха и осадки), обеспечивающие водно-тепловой режим почвы. Определяющую роль в создании оптимальных условий для прорастания травмированных семян играют сроки посева, предпосевная обработка почвы и глубина заделки семян.

Данные, полученные в наших опытах дают основание утверждать, что травмированные семена имеют низкую полевую вхожесть, она уменьшается с увеличением доли механически поврежденных семян в посевном материале с 68 до 55% у нута сорта Волгоградский 10 и с 66 до 51% у сорта Приво 1. Предпосевное протравливание семян дает рост полевой всхожести до 80-81%, у травмированных семян в первом варианте достигает 66-68 %. Самый высо-

кий процент содержания механических повреждений протравленных семян в посевном материале (20 %) имеет самую низкую полевую всхожесть 60 % у семян сорта Приво 1 и 61 % у сорта Волгоградский 10 среди вариантов с травмированными семенами, но более высокую, чем у непротравленных семян.

Повышение содержания доли травмированных семян в посевном материале оказывало существенное влияние на продукционный процесс нута.

Одним из важных показателей продукционного процесса нута является продолжительность вегетационного периода. Наибольшая продолжительность прохождения межфазных периодов развития растений отмечена при содержании в посевном материале 20 % травмированных семян: всходы-цветение - 46 суток, цветение-созревание - 57 суток. В целом механические повреждения семян нута на 5-16 суток задерживают развитие растений, тормозят ростовые процессы, что снижает эффективность продукционного процесса (табл. 1).

Таблица 1

Влияние доли содержания травмированных семян в посевном материале на продукционный процесс нута при протравливании ТМТД (сорт Волгоградский 10, 2000...2002 гг.)

Степень травмиро-ванности семян, % Продолжительность вегетационного периода, сут. Максимальная площадь листьев, тыс. м2/га Чистая продуктивность фотосинтеза, г/м2 сут. Накопленная органическая масса, т/га Урожайность, т/га

5 88 14,4 4,63-7,03 26,3 1,08

10 93 13,9 4,21-6,93 25,6 0,94

15 98 13,6 4,07-6,19 24,5 0,83

20 103 12,9 3,80-6,13 23,9 0,73

без травм 87 14,7 4,79-7,29 26,8 1,10

Установлено существенное снижение фотосинтетической активности посевов нута при посеве материалом, содержащим свыше 5 % травмированных семян. В среднем за годы исследований максимальная площадь листового аппарата нута на участках, где посев проводили с содержанием 5 % травмированных семян в посевном материале на 1-6 % превышала площадь листьев в сравнении с посевами при содержании 15 % травмированного материала и на

11 % при посеве с доле травмированных семян свыше 20 %. Наибольшие значения чистой продуктивности фотосинтеза наблюдались в период бутонизации и составляли 7,29-7,03 г/м2 в сутки при содержании травмированного материала не более 5 %. Увеличение содержания травмированных семян в посевном материале сокращало продуктивность работы ассимиляционного аппарата до 4,21-6,93 (10 % травмированных семян) - 3,80-6,13 г/м2 в сутки (20 % травм).

Посев семенами с содержанием не более 5 % травмированного материала обеспечивает формирование наибольшей сухой массы нута. Во влажный 2000 год посевами нута на этих вариантах было накоплено 3,15...3,25 т/га сухого вещества. При посеве нута семенами с долей травм на уровне 20 % суммарный объем накопленного органического вещества снижался до 2,79 т/га.

Таким образом, повышение доли содержания в посевном материале травмированных семян существенно нарушает продукционный процесс посева нута, что сокращает общую урожайность культуры.

Исследованиями установлена зависимость урожайности нута от доли содержания в посевном материале травмированных семян (рис. 3).

0 Н-1-1-г-1-1-1

-5 0 5 10 15 20 25

Доля травмированных семян, %

—с Волгоградскнй-10, протравливание ТМТД — - - с Приво-1, про-деавпивание ТМТД ■ с Волгоградекий-10, непротравленые семена

Рис. 3. Зависимость урожайности зерна нута от степени травмированности посевного материала

В среднем за три года наибольшая величина урожайности зерна у сорта нута Волгоградский 10 отмечена при посеве протравленными семенами, травми-

рованными на 5% -1,08 т/га (табл. 2).

Таблица 2

Урожайность зерна нута по вариантам опыта, т/га

Варианты опыта 2000 г 2001 г 2002 г среднее

Волгоградский 10 (посев протравленными семенами)

1 1,17 1,30 0,78 1,08

2 1,02 1,16 0,65 0,94

3 0,88 1,02 0,58 0,83

4 0,77 0,90 0,51 0,73

5 1,20 1,31 0,80 1,10

Приво 1 (посев протравленными семенами)

1 1,04 1,36 0,68 1,04

2 0,94 1,14 0,61 0,90

3 0,82 0,99 0,52 0,78

4 0,70 0,85 0,46 0,67

5 1,10 1,40 0,68 1,06

Волгоградский 10 (посев непротравленными семенами)

1 0,84 0,92 0,52 0,76

2 0,72 0,84 0,46 0,67

3 0,61 0,70 0,38 0,56

4 0,49 0,58 0,29 0,45

5 0,87 0,97 0,54 0,79

Примечание НСР05 по фактору травмирования семян 0,07 т/га

по фактору обработки семян ТМТД 0,04 т/га по фактору сорта 0,04 т/га Посев протравленными семенами в сравнении с непротравленными дает

прибавку урожая (в среднем за три года) 0,32; 0,27; 0,27; 0,28 т/га при наличии в посевном материале соответственно 5, 10, 15 и 20% травмированных семян. Следовательно, для снижения отрицательного действия поврежденно-

сти семян необходимо сразу же, после уборки протравливать их. Такая обработка предупреждает развитие болезней и вредителей, улучшает посевные качества семян.

Минимальные потери урожая от травмирования формировались при использовании посевного материала, содержащего не более 5 % поврежденных семян. Различия урожайности, полученной на участках посева нетравмиро-ванными семенами и с содержанием 5 % травмированного материала составили 0,02...0,03 т/га и статистически несущественны (НСР05 = 0,07 т/га). При содержании 10, 15 и 20 % поврежденных семян в посевном материале потери урожая составили соответственно 0,16...0,37 т/га.

В четвертой главе «Естественная механическая прочность семян и совершенствование технических средств обмолота нута» проведена оценка естественной механической прочности семян нута по показателям предела упругости, модуля упругости и предела прочности, рассмотрены вопросы совершенствования технологии и технических средств обмолота нута, позволяющих снизить травмируемость семян до приемлемого уровня.

Семя нута представляют собой сложную биологическую систему. Для семени характерно крайне неравномерное распределение неорганических химических веществ и биологических соединений. Особенностью биологического материала - растительной ткани является анизотропия, то есть неодинаковость свойств по различным направлениям, которая сильно проявляется при оценке механических характеристик семени.

По результатам статиче-

О 0 01 0 02 0.03 0 04 0 05 с

ских испытаний после обра-

Рнс. 4. Диаграмма разрушений семснн ну га ботки полученных осцилло- 'Орт' Волгоградским Ю, при влажности: 1-8.4%, 2-10,2%, 1 3-12,1%, 4-13,6%, 5-14,4%, 6-15,8%, 7-163%.

грамм были построены нагрузочные диаграммы, определены основные механические характеристики биологического материала семени нута. На рисунке 4 представлена зависимость напряжения от относительной деформации при разной влажности для семени нута сорта Волгоградский 10.

На рисунке 5 представлена лучевая диаграмма изменения усилия в

зависимости от влажности. С увеличением влажности зерна разрушающее усилие уменьшается, а абсолютная деформация возрастает, семя становится более пластичным. Появляется вероятность травмирования зародыша с потерей жизнеспособности семени, значительно снижается посевная % годность. Анализ полученных зависимостей разрушающего усилия от влажности показал, что для семян кондиционной влажности допустимая нагрузка составила 100 Н, при этом по сортам Волгоградский 10 и Приво 1 различие численного значения разрушающего усилия несущественно.

Модуль упругости характеризует упругие свойства семени, определяет стойкость семян по отношению к травмированности. Семена сорта Волгоградский 10 имеют больший модуль упругости, чем Приво 1, для кондиционной влажности его значение составило 60 МПа и 47 МПа соответственно.

Существенное влияние на структурно-механические свойства зерна оказывает температура. Предел прочности при повышении температуры от -20°С до 0°С уменьшился с 2,1 МПа до 1,9 МПа, затем значения предела прочности несколько стабилизировались: при температуре 10°С - 1,85 МПа и при 20°С -

1,82 МПа (для влажности 13,9%). При одновременном увеличении температуры и влажности величина предела прочности снижается более интенсивно: при влажности 14,6% и температуре 20°С предел прочности составил 1,4 МПа. В зависимости от температуры меняется и модуль упругости семян нута, причем для более влажных семян (16,1%) в интервале температур от 10°С до 40°С модуль упругости уменьшился с 38 до 31 МПа, а для семян кондиционной влажности с 59 МПа до 47 МПа.

Таким образом, влажность и температура это два неразрывных фактора, которые существенно влияют на изменение структурно-механических свойств, взаимно усиливая и ослабляя свое действие.

Динамическую прочность семян в условиях несвободного удара изучали на вертикальном копре. Вертикальный копер дает возможность моделировать технологический процесс воздействия рабочего органа сельскохозяйственной машины на зерновку в условиях ее ударного заклинивания между рабочими поверхностями и определять работу, затраченную на разрушение образца семени.

Для абсолютно сухих семян разрушающее усилие находится в пределах от 22,2 до 28,0 кг, а для очень влажных оно снижается до 3,5-5 кг (табл. 3,4).

Таблица 3

Зависимость затрачиваемого усилия и энергии на разрушение семени нута от его влажности (усилие действует перпендикулярно плоскости разъема семядолей)

Результаты испытаний Влажность, %

10,3 12,5 13,8 14,5 16,2 18,1 20,2 22,4 25,3

Работа разрушения, кг мм 7 12 13,5 14 13 12 9,5 8,5 6,5

Абсолютная деформация, мм 0,25 0,39 0,42 0,48 0,51 0,63 0,75 0,91 1,3

Разрушающее усилие, кг 28,0 30,8 32,1 29,2 25,5 19,0 12,6 9,3 5

Наибольшей стойкостью к динамическим нагрузкам обладают семена кондиционной влажности и разрушаются только при максимальных значениях воз-

действующей силы (32 кг). Особенностью морфологического строения семян нута и других зернобобовых культур является структура зародыша, состоящего из двух семядолей, плоскость разъема которых является естественным разрезом и одновременно концентратором напряжений. Поэтому большое значение имеет направление приложения динамической силы. Семена выдерживают без разрушения меньшую нагрузку, если сила приложена параллельно плоскости разъема семядолей. Для семян кондиционной влажности это 24,4 кг.

Таблица 4

Зависимость затрачиваемого усилия и энергии на разрушение семени нута от его влажности (усилие действует параллельно плоскости разъема семядолей)

Результаты испытаний Влажность, %

10,3 12,5 13,8 14,5 16,2 18,1 20,2 22,4 25,3

Работа разрушения, кг-мм 6,0 8,5 10,5 10 9,5 8 6 . 5 5

Абсолютная деформация, мм 0,27 0,37 0,43 0,45 0,54 0,68 0,87 0,97 1,4

Разрушающее усилие, кг 22,2 22,9 24,4 22,2 17,6 11,8 6.9 5,2 3,5

Для изучения зависимости посевных качеств семян нута от многократного свободного удара зерновки о неподвижную плоскость был использован типовой маятниковый копер МК-0,5 (известный также под названием «баллистический маятник»). Определение всхожести и энергии прорастания выявило снижение посевной годности, что подтверждает отрицательное влияние многократного динамического нагружения на качество семян нута. Для семян кондиционной влажности снижение лабораторной всхожести наблюдается уже после 30 ударов и достигает 50%, когда число ударов превышает 90. При повышенной влажности (20-25%) посевной материал теряет свои качества даже при небольших нагрузках (от 2 до 15 ударов).

Таким образом, основными факторами, снижающими посевные качества семенной фракции нута, являются повышенная влажность зерна при обмоло-

те, необоснованные режимы работы молотильного аппарата и, собственно, техническое несовершенство самих молотильных аппаратов.

Необходимость в раздельной уборке нута как легко повреждаемой культуры предопределена прежде всего неравномерным созреванием бобов и, как следствие, нестабильным качеством обмолота из-за различной влажности бобов и зерна. Для определения оптимального срока начала раздельной уборки предложено несколько способов: по влажности зерна, удельному весу, внешним признакам и консистенции зерна, массе 1000 зерен.

В наших исследованиях, проведенных в Городищенском и Чернышковском районах Волгоградской области установлено, что при пожелтении 2/3 бобов необходимо приступать к уборке урожая. На светло-каштановых неорошаемых почвах спелость нута в годы исследований наступала во влажный 2000 год во второй декаде августа, а в засушливые и сухие годы на 8-12 дней раньше. Травмирование зерна нута при уборке существенно зависит от режимов работы молотильного аппарата, которые могут регулироваться.

Установлено, что травмирование зерна резко возрастает с увеличением частоты вращения барабана. Приемлемая частота вращения бильного барабана согласно данных наших исследований находится в пределах 400-500 мин

Работа молотильного устройства обуславливает работу всех других рабочих органов. Ряд авторов (В.П. Глотов, В.В. Назаренко, 1973, В.П. Глотов, В.Р. Соколов, 1969, А.П. Долгилевич, 1983, С.А. Шахриар, 1987), в том числе и мы убедились, что качество обмолота влияет на основные агротехнические и экономические показатели нута. Травмирование зерна, его дробление - это снижение не только всхожести, но и перерасход посевного материала.

Главное решение вопроса повышения качества обмолота легкоповреждае-мых зернобобовых культур, в том числе нута, заключается не в замене отдельных элементов молотильного аппарата типа бич-планка, а в совершенствовании всего аппарата путем создания нового молотильного барабана. Нами предложен вариант усовершенствования молотильно-сепарируюшего устройства для обмолота нута, как легкоповреждаемой культуры. Использование технических решений, повышающих модуль упругости обмолачивающего

аппарата, и реализация процесса обмолота нута при числе оборотов бильного барабана 400-500 обеспечивало повышение качества обмолачиваемого материала с долей дробленых семян не более 0,6... 1,1 % и микротравмировании не более 3,7...5,5 %.

В пятой главе «Экономическая оценка эффективности возделывания нута в зависимости от степени травмированности посевного материала» представлена экономическая оценка эффективности производства нута при использовании посевного материала с разным уровнем содержания травмированных семян.

Оценка экономической эффективности возделывания нута при посеве семенами с разной степенью травмированности проводилась в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов» (П.Л. Виленский, В.Н. Лившиц, С.А. Смоляк, 2004 г.)).

Все расчеты проводились в ценах, сложившихся на 1.01. 2005 года.

Эффективность возделывания культуры оценивается в течение расчетного периода. В нашем случае эффективность выращивания нута оценивалась в течение расчетного периода - одного года, на протяжении которого производится и реализуется полученная продукция.

Расчеты показывают рентабельность производства зерна нута сорта Волго-градский-10 при протравливании ТМТД и содержании травмированных семян нута в посевном материале не более 15 %. Производство зерна нута при содержании 20 % травмированных семян в посевном материале нерентабельно, индекс доходности произведенных затрат составил 0,94.

Наибольший чистый доход, 2041 руб./га, и индекс доходности вложенных в производство затрат, 1,42, отмечен при посеве нута нетравмированными семенами. Содержание 5 % травмированных семян в посевном материале с. Волгоградский-10 при обработке ТМТД снижает величину чистого дохода на 126 руб./га или 6,17 %. Исходя из допустимого снижения экономического эффекта не более 10 % ограничение по допустимому содержанию травмированных семян в посевном материале нута составляет 5 %.

Показатели урожайности и экономической эффективности производства зерна нута сорта Приво-1 на всех вариантах полевого опыта были ниже.

Наиболее эффективно производство зерна нута с. Приво-1 при посеве протравленными нетравмированными семенами (чистый доход составил 1789 руб./га) или с содержанием в посевном материале не более 5 % травмированных семян при снижении экономического эффекта на 136 руб./га или 7,04 %.

Проведенный экономический анализ свидетельствует о нецелесообразности применения для посева непротравленных семян. На участках, где посев проводился с 10, 15 и 20 %-ным содержанием травмированных семян в посевном материале производство зерна нута было убыточно, а уровень убытков изменялся от 213 до 1599 руб./га. Рентабельное производство зерна нута обеспечивается при посеве нута нетравмированными семенами или при содержании до 5 % травмированных семян в посевном материале.

ВЫВОДЫ

1. В почвенно-климатических условиях Нижнего Поволжья стабильное производство зерна нута зависит от качества посевного материала. Главной причиной снижения продуктивности нута является высокий уровень травмирования семян при уборке и послеуборочной обработке.

2. Лабораторная всхожесть неповрежденный семян равна 99% и соответствует 1 классу посевных кондиций. Наиболее низкая лабораторная всхожесть отмечена у зерна с поврежденным зародышем (48,5%) и эндоспермом (60,2%). В партиях семян 1 класса, подготовленных к посеву фактически содержалось от 10 до 35% семян с механическими травмами.

2. Установлено, что основной причиной низкой полевой всхожести семян являются механические повреждения посевного материала. Полевая всхожесть протравленных семян ТМТД с травмами у сорта Волгоградский 10 в среднем за годы исследований колебалась от 61 до 78%, у непротравленных -от 55 до 68%.

3. Определено, что травмирование семян нута в области почечки и зародышевого корешка (срывы семенной оболочки, отколы, вмятины и ушибы)

снижают лабораторную всхожесть на 24-61% по сравнению с семенами без травм, при этом полевая всхожесть составила 30-51%.

5. Установлено существенное отставание энергии прорастания и лабораторной всхожести травмированных семян от целых лишь у семян с поврежденным зародышем, сильно деформированных или с поврежденным эндоспермом. По мере возрастания доли травмированных семян в посевном материале энергия прорастания снижалась с 97 до 87 % и имела разрыв с лабораторной всхожестью в 1-2% у семян 1 и 2 вариантов, а у наиболее травмированных разрыв достигал 6-7%.

6. Установлено, что травмирование посевного материала тормозит ростовые процессы на всех этапах органогенеза, увеличивая их продолжительность. Самым позднеспелыми оказались посевы нута сорта Волгоградский 10 с содержанием 20 % травмированных семян. Средняя продолжительность вегетационного периода посевов на 8 дней больше, чем у скороспелого сорта Приво 1 и на 15 дней в сравнении с вариантом, содержащим 5 % травмированных семян в посевном материале.

7. Максимальная площадь листовой поверхности нута, 16,5 тыс. м2/га, формируется в фазу массового цветения при посеве семенами, содержащими не более 5 % травмированного материала. Чистая продуктивность посева нута при использовании посевного материала с 5 %-ным содержанием травмированных семян составила 6,06 г/м2 в сутки., 10, 15 и 20 %-ным содержанием соответственно 5,71, 5,23 и 4,72 г/м2 в сутки.

8. Наибольший суточный прирост сухой надземной биомассы нута, 42,7 кг/га, обеспечивается в период цветения при посеве семенами, содержащими не более 5 % травмированного материала. На участках, где посев проводился материалом, содержащим 10, 15 или 20 % травмированных семян значения суточного накопления сухого вещества составляли соответственно 40, 4. 38,4 и 33,10 кг/га.

9. Минимальные потери урожая от травмирования формируются при использовании посевного материала, содержащего не более 5 % поврежденных семян. Различия урожайности, полученной на участках посева нетравмиро-

ванными семенами и с содержанием 5 % травмированного материала составили 0,02...0,03 т/га и статистически несущественны (НСР05 = 0,07 т/га). При содержании 10, 15 и 20 % поврежденных семян в посевном материале потери урожая составляют соответственно 0,16...0,37 т/га.

10. Установлено, что обеззараживание семян нута путем протравливания ТМТД снижает потери урожая от травмирования посевного материала. В среднем за годы исследований урожайность нута с. Волгоградский 10 повышалась на 0,31...0,35 т/га в сравнении с вариантами, где посев проводили не-протравленными семенами (Н С Р 0 5 = 0,04 т/га).

11. Для семян кондиционной влажности допустимая статическая нагрузка со стороны рабочих органов машин по механизированному возделыванию культуры, не нарушающая анатомо-морфологическую структуру зерновки нута составила 100Н (10 кг). С увеличением влажности ^ >14%) или снижением ^ > 12%) появляется вероятность травмирования зародыша с потерей жизнеспособности семени.

12. Модуль упругости определяет стойкость семян по отношению к травмированию. Семена сорта Волгоградский 10 имеют больший модуль упругости, чем сорта Приво 1, для кондиционной влажности значение модуля упругости 60 МПа и 47 МПа соответственно. Наибольшей прочностью в условиях ударного заклинивания ( несвободного удара) обладают семена нута кондиционной влажности и разрушаются только при максимальных значениях воздействующей силы (32 кг).

13. При многократном взаимодействии семян нута с поверхностями рабочих органов сельскохозяйственных машин и механизмов в условиях свободного удара (обмолот, транспортировка, очистка, сушка) при отсутствии внешних видимых механических повреждений снижается энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян, и это тесно коррелирует с влажностью. Для семян кондиционной влажности снижение лабораторной всхожести наблюдается уже после 30 ударов и достигает 50%,когда число ударов превышает 90.

14. Предложены варианты усовершенствования молотильно-сепарирующего устройства для обмолота нута как легко повреждаемой куль-

туры. Использование технических решений, повышающих модуль упругости обмолачивающего аппарата, и реализация процесса обмолота нута при числе оборотов бильного барабана 400-500 мин"1 обеспечивало повышение качества обмолачиваемого материала с долей дробленых семян не более 0,6... 1,1 % и микротравмировании не более 3,7...5,5 %.

15. Экономически целесообразно производство зерна нута с использованием посевного материала, обработанного ТМТД и содержащего не более 5 % травмированных семян. Сальдо денежного потока составляет не менее 1915 руб./га при индексе доходности вложенных в производство затрат 1,39. При повышении содержания травмированных семян в посевном материале до 20 % производство зерна нута нерентабельно. Посев нута непротравленными семенами с долей содержания в посевном материале 10-20 % травмированных семян экономически неоправданно, индекс доходности затрат не превышает 0,64...0,95.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Ввести нормы на ограничение содержания травмированных семян в посевном материале (для 1 класса не более 5%) и включить их в ГОСТ 10248 -85 «Семена нута. Сортовые и посевные качества. Технические условия».

2. Для обоснования параметров элементов сельскохозяйственных машин рекомендовать инженерам — конструкторам учитывать основные механические характеристики прочности биологического материала семени нута, обеспечивающие сохранение его анатомо - морфологической структуры.

3. Применять предпосевное протравливание семян препаратом ТМТД в дозе 4 кг/т как эффективный способ повышения посевных качеств травмированных семян с целью защиты от поражения бактериальной и грибной инфекцией, патогенной микрофлорой.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Строков, В.Л. Разрушение плодов нута при взаимодействии с рабочими органами сельскохозяйственных машин / В.Л. Строков, В.Н. Павленко, И.А.

Ляпкосова // Совершенствование конструкций и использование машин в сельском хозяйстве: Сб. науч. тр.- Волгоград: ВСХИ, 1991.-С. 96-105.

2. Методические указания к лабораторной работе «Определение механических характеристик семян сельскохозяйственных культур»/ Сост. В.Л. Строков, И.А. Ляпкосова //- Волгоград: ВГСХА,1994.- 8 с.

3. Строков, В.Л. Исследование некоторых характеристик прочности зерна нута для обеспечения параметров элементов сельскохозяйственных машин / В.Л. Строков, И.А. Ляпкосова // Обеспечение работоспособности и эффективности использования сельскохозяйственной техники: сб. науч. тр.- Волгоград: ВГСХА, 1995.- С. 23-29.

4. Балашов, В.В. Влияние режимов работы молотильного аппарата комбайна при уборке нута / В.В. Балашов, СВ. Адров, И.А. Ляпкосова // Ин-форм. листок № 51-286-00. Волгоградский ЦНТИ.- Волгоград, 2000.- 4 с.

5. Балашов, В.В. К вопросу травмирования семян нута / В.В. Балашов, И.А. Ляпкосова // Проблемы научного обеспечения и экономической эффективности орошаемого земледелия в рыночных условиях: материалы международной научно-практической конференции.- Волгоград: ВГСХА, 2001.- С. 223-224.

6. Балашов, В.В. Влияние травмирования на посевные качества семян нута / В.В. Балашов, И.А. Ляпкосова // Научный Вестник. Агрономия.- Волгоград: ВГСХА, 2002.- С. 19-23.

7. Ляпкосова, И.А. Травмирование семян нута в процессе уборки/ И.А. Ляпкосова // Адаптивно-ландшафтные системы земледелия для засушливых условий Нижнего Поволжья: сб. науч. тр. - Нижнее-Волжский НИИСХ.- Волгоград, 2005.-С. 71-74.

Подписано к печати 25.05.05. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать трафаретная Уч. -изд. л. 1. Тираж 100. Зак. Типография Волгоградской Государственной сельскохозяйственной академии, 400002, г. Волгоград, ул. Университетский проспект, 26^ ^ Q