ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ІНСТИТУТ РОСЛИННИЦТВА ім. В.Я. ЮР’ЄВА
УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК
КИРПА МИКОЛА ЯКОВИЧ
УДК 633.15:631.53.01:631.56
ОПТИМІЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ОБРОБЛЯННЯ І ЗБЕРІГАННЯ НАСІННЯ КУКУРУДЗИ ТА МЕТОДИ ПОЛІПШЕННЯ ЙОГО ЯКОСТЕЙ
06.01.14 – насінництво
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора сільськогосподарських наук
Харків – 2007
Дисертацією
є рукопис
Робота виконана в Інституті зернового господарства УААН
Науковий консультант: доктор сільськогосподарських наук,
професор, академік УААН
Дзюбецький Борис Володимирович,
Інститут зернового господарства УААН,
заступник директора з наукової роботи
Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук,
професор, академік УААН
Шевченко Анатолій Михайлович,
Луганський інститут АПВ УААН,
головний науковий співробітник
доктор сільськогосподарських наук,
професор, академік УААН
Литвиненко Микола Антонович,
Селекційно-генетичний інститут – Національний
центр насіннєзнавства та сортовивчення УААН,
завідувач лабораторії селекції і насінництва пшениці
доктор сільськогосподарських наук,
професор
Солодюк Наталія Володимирівна,
ННЦ “Інститут землеробства УААН”,
головний науковий співробітник відділу селекції і насінництва
Захист відбудеться “ 2 ” жовтня 2007 р. о “_10_” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.366.01 в Інституті рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН за адресою: 61060, м. Харків, пр. Московський, 142; тел. (+38) (057) 392-23-78
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту рослинництва ім. В.Я. Юр’єва УААН за адресою: 61060, м. Харків, пр. Московський, 142.
Автореферат розісланий “_31_” _серпня_2007 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Петренкова В.П.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У справі поліпшення вітчизняного насінництва кукурудзи виключно важливу роль відіграє стан галузей із обробляння і зберігання насіння, які повинні постійно удосконалюватись і розвиватись на науково-обгрунтованій основі. Проте наукова база основних технологічних операцій із сушіння, очищення, сортування і зберігання залишається без змін вже впродовж тривалого часу, заснована на застарілих ресурсовитратних розробках, не враховує біологічні, фізико-механічні та теплофізичні аспекти створеного нині асортименту гібридів і самозапилених ліній кукурудзи. Тому в системі обробляння і зберігання насіння надзвичайно актуальними є дослідження з вивчення технологій, процесів і методів, які б відповідали новітнім вимогам, забезпечували виробництво високоякісної продукції.
В умовах формування нових організаційно-економічних відносин актуальним є також удосконалення системи обробляння насіння в насінницьких господарствах та дослідних станціях, що дозволить підвищити рівень виробництва високоякісного насіння і знизити енерговитрати на його одержання. Залишається актуальною розробка методів поліпшення посівних якостей і врожайних властивостей гібридів кукурудзи та батьківських форм, налагодження ефективного контролю за їх якістю.
Вирішення вказаних науково-практичних проблем є основним завданням дисертаційної роботи, його виконання сприятиме збільшенню виробництва зерна кукурудзи, підвищенню конкурентоспроможності вітчизняного насіння, зниженню собівартості готової продукції, тощо.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках науково-технічних програм: цільової комплексної програми ЦКНТП 032.08.02 “Разработать новые технологические процессы послеуборочной обработки семян кукурузы”, 1981-1986 рр. (№ держреєстрації 01820080945); галузевої програми “Зерно” (0.51.03), 1986-1990 рр., в т.ч. “Испытать новую технику и разработать схему для модернизации завода по обработке и хранению семян родительских форм гибридов кукурузы сезонной производительностью 500 т” (договір № 4 з ВАСГНІЛ, 1988 р.), “Разработать прогрессивные способы и приёмы послеуборочной обработки, сушки и хранения семян родительских форм гибридов кукурузы для северной зоны кукурузосеяния” (договір № 403 з ВАСГНІЛ, 1989 р.), “Подготовить проект методических рекомендаций по обработке, сушке и хранению родительских форм гибридов кукурузы” (договір № 2096 з ВАСГНІЛ, 1990 р.); програми НТП “Продовольство-95”, проекту “Кукурудза”, розділу “Розробити для кукурудзообробних заводів мобільні технологічні схеми післязбиральної обробки, сушіння та зберігання насіння гібридів кукурудзи та їх батьківських форм на базі створення та освоєння нових технологій, машин та устаткування”, 1991- 1995 рр. (держреєстрація А 0100078 3Р); НТП УААН “Зернові та олійні культури”, розділу “Створити проектні параметри нових модульних сушарок універсального призначення, розробити комплекс технологічних процесів післязбирального обробітку і зберігання насіння кукурудзи та інших зернових культур”, 1996-2000 рр. (№ держреєстрації 0197U000096); договорів з Мінсільгоспродом України “Розробка вихідних вимог на нові типи зерносховищ з комплектами обладнання, наукове забезпечення та супровід розробки зерносховищ і комплектів обладнання до них” (№ 1.114/332, додаткова угода № 3 від 8.08.1996 р.) та “Розробити нові та удосконалити існуючі державні стандарти на насіння кукурудзи і методи визначення його якості” (№ 2.69-3Р від 3.01.1997 р.); НТП УААН “Зернові і олійні культури” розділу “Розробити енергозаощаджуючі способи обробки, сушіння, зберігання, а також нові методи оцінки і підвищення якості насіння кукурудзи та інших культур”, 2001-2005 рр. (№ держреєстрації 0101U 002197).
Мета і завдання дослідження. Метою роботи було встановити та теоретично обґрунтувати закономірності оптимізації процесів та формування якості насіння кукурудзи в системах його обробляння і зберігання, розробити на цій основі методи поліпшення посівних і врожайних властивостей насіннєвого матеріалу, а також нові прийоми зниження енерговитрат на його виробництво.
Для досягнення поставленої мети передбачалось вирішення таких основних завдань:
§ з’ясувати особливості формування якості насіння, динаміку накопичення в ньому сухої речовини та вологовіддачу в процесі дозрівання кукурудзи, виявити оптимальні строки збирання гібридів і самозапилених ліній;
§ визначити техніко-технологічні регламенти післязбиральної обробки гібридів і самозапилених ліній кукурудзи на різній матеріально-технічній базі - механізованих пунктах, лініях, сушарках, кукурудзообробних заводах, встановити їх вплив на посівні якості та врожайні властивості насіння;
§ розробити способи сушіння насіння кукурудзи, обґрунтувати нормативи енерговитрат та розрахувати тепловий баланс камерних кукурудзосушарок, виявити ефективні прийоми скорочення витрат палива в них;
§ удосконалити технологічні схеми і прийоми сепарування різноякісного насіння, встановити їх вплив на схожість і врожайність кукурудзи;
§ визначити дію біотичних і абіотичних факторів, розробити способи та режими тривалого зберігання насіннєвого матеріалу, встановити термін господарської довговічності кукурудзи;
§ розробити способи передпосівної підготовки насіння, визначити вплив хімічної обробки та препаратів групи захисту і біостимуляції;
§ удосконалити систему оперативного та заключного контролю, створити нові методи визначення якості насіння, встановити корелятивні зв’язки між лабораторною і польовою схожістю;
§ випробувати нове обладнання, запропонувати техніко-технологічні схеми модернізації кукурудзообробних заводів та механізованих ліній з урахуванням особливостей обробляння гібридів кукурудзи і їх батьківських форм;
§ дати оцінку економічної ефективності обробляння і зберігання насіння кукурудзи при використанні для цього різних, в тому числі нових технологій, методів і технічних засобів.
Об’єкт дослідження – критерії оптимізації технологічних процесів і методів підвищення якості насіння гібридів і самозапилених ліній кукурудзи при його оброблянні і зберіганні.
Предмет дослідження – технології, способи і режими післязбиральної обробки, зберігання та передпосівної підготовки насіння кукурудзи; мінливість його посівних і врожайних властивостей; контроль якості; енергозбереження; машини та обладнання; стандартизація і сертифікація.
Методи дослідження – лабораторні (вивчення комплексу фізико-механічних властивостей і посівних якостей насіння), польові (визначення схожості, особливостей росту і розвитку рослин, їх продуктивності і врожайності), експериментально-виробничі (встановлення техніко-експлуатаційних і технологічних показників на окремих операціях післязбиральної обробки, зберігання і підготовки насіння до посіву), математично-статистичні (оцінка достовірності експериментальних даних, теоретичні розрахунки з використанням інформаційних і комп’ютерних технологій).
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше науково обґрунтовано прийоми оптимізації технологічних процесів та нові методи поліпшення посівних якостей і врожайних властивостей насіння кукурудзи в різних системах його обробляння і зберігання.
Виявлені основні причини, які знижують якість насіння при збиранні і обробці кукурудзи (механічне і теплове травмування зернівки, низькотемпературне ушкодження зародку, патогенна дія мікрофлори, домішок самообрушеного зерна). Для зменшення їх негативного впливу визначено допустимий термін збирання і збиральну вологість зерна, способи і режими сушіння, очищення, сортування і передпосівної підготовки насіння, які підвищують його якість і вихід в процесі обробки.
З’ясовані закономірності вологовіддачі зернівки різних типів кукурудзи в процесі дозрівання, визначена інтенсивність вологовіддачі, залежно від погодно-кліматичних умов, фаз стиглості та генетичних особливостей окремих гібридів, що дає можливість розрахувати їх строки збирання і збиральну вологість. Вперше з’ясовані особливості термічного сушіння зерна зубовидного і кременистого типів, встановлено зв’язок вологовіддачі із фізико-механічними властивостями зернівки. Конкретизовано режими сушіння та максимально допустиму температуру теплоносія для гібридів і самозапилених ліній кукурудзи, в тому числі із підвищеною вологістю зерна.
Регламентовано вперше параметри процесу сепарування залежно від різноякісності насіння, встановлено зв’язок між агрокліматичними умовами вирощування та крупністю зернівки. Термін крупності запропоновано визначати, виходячи із співвідношення фракцій, в першу чергу різних за розміром (шириною) зернівки, тісно пов’язаної зі схожістю.
Розширене наукове поняття стійкості насіння в процесі його зберігання залежно від біологічних і технологічних факторів, виділені основні біотичні і абіотичні чинники, які значно подовжують термін збереження гібридів і самозапилених ліній кукурудзи, їх господарську довговічність.
Доведена ефективність нових методів визначення якості насіння для його оперативного і заключного контролю при оброблянні і зберіганні кукурудзи (сила росту і холодне пророщування, показники травмування і теплової тріщинуватості), які значно підвищують рівень оцінки посівної придатності насіннєвого матеріалу.
Обгрунтовано нові напрямки енергозбереження і механізації процесів післязбиральної обробки кукурудзи, уперше наведено розрахунок теплового балансу нових кукурудзосушарок та нормативів енерговитрат, намічені ефективні способи із скороченням витрат палива (двостадійне сушіння, попереднє підсушування качанів і максимально допустимі температури нагріву насіння, повторне використання тепла, альтернативні види палива).
Удосконалені технічні засоби для обробляння насіння кукурудзи, розроблено проект нової двокамерної сушарки і механізованої лінії. Розроблено новий спосіб інтенсифікації і оптимізації сушіння в камерних кукурудзосушарках (а. с. № 1224520).
Практичне значення одержаних результатів. В результаті проведених досліджень розроблено та випробувано нові технології, методи та технічні засоби з поліпшення стану насінництва кукурудзи, які мають практичне значення і ефективність, а саме:
- технологію підготовки високоякісного насіннєвого матеріалу гібридів кукурудзи та їх батьківських форм, що забезпечує підвищення виходу кондиційного насіння на 5-8 %;
- енергозберігаючу технологію сушіння насіння кукурудзи, за якої енерговитрати знижуються на 20-29 %;
- способи і режими зберігання насіння, в тому числі довготривалого, які сприяють подовженню терміну зберігання страхових і перехідних фондів подовжується в 1,5-2 рази;
- механізовану лінію і кукурудзосушарку для обробки і сушіння насіння кукурудзи в господарствах потужністю 200 т (зниження втрат зерна).
В результаті досліджень підготовлено низку методичних рекомендацій з вдосконалення процесів післязбиральної і передпосівної обробки насіння кукурудзи, а саме: обробки, сушіння і зберігання насіння гібридів і ліній кукурудзи в ланках первинного і промислового насінництва; модернізації типових пунктів, механізованих ліній, спеціалізованих кукурудзообробних заводів потужністю 200, 500 (1000) т насіння; скороченню втрат зерна кукурудзи в процесі збирання і післязбиральної обробки.
Усі нові розробки та методичні рекомендації впроваджені в мережі дослідних станцій, господарств та кукурудзообробних заводів, які займаються підготовкою насіння гібридів кукурудзи та їх батьківських форм.
За співавторством дисертанта розроблено державні та галузеві стандарти (ДСТУ 4138-2002, ДСТУ 4525:2006, ОСТ 1070-88), на базі яких ведеться сертифікація насіння кукурудзи та технологічні процеси його виробництва. Він є співавтором 2 гібридів – Подільський 274 СВ та МТІ, занесених до Державного реєстру сортів рослин на 2007 р., та 4 переданих на державне випробовування – Шполянський 347 СВ, Орільський 357 СВ, Почаївський 190 МВ, Яровець 243 МВ.
Результати досліджень увійшли в науково-обгрунтовані системи ведення сільського господарства в Степу України (Київ, 2004) та в Дніпропетровській області (Дніпропетровськ, 2005).
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана і написана особисто автором на базі лабораторних, польових і експериментально-виробничих дослідів. Здобувачем визначено напрямки досліджень, розроблені програми і схеми дослідів, проведено аналіз і узагальнення отриманих результатів, здійснена їх математична обробка, сформульовані основні положення та висновки, запропоновані рекомендації щодо їх використання. Особистий внесок автора у винаходах і створених стандартах складає 20-60 %. Більшість наукових праць написано автором особисто, у науково-практичних і методичних рекомендаціях доля автора – 30-100 %.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи і результати досліджень висвітлено, обговорено та одержано схвальну оцінку на міжнародних науково-практичних конференціях в Україні “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Національний науковий центр “ІМЕСГ”, Глеваха, 2000 р.); “Хлібопродукти – 2000, 2002, 2005, 2006” (Одеська національна академія харчових технологій, Одеса); “Проблеми збільшення виробництва кукурудзи” (Інститут зернового господарства, Дніпропетровськ, 2003 р.); “Зернова індустрія – 2004 – 2006” (Київ, НК “Експоцентр України”); “Методи, шляхи та способи поліпшення якості продукції рослинництва” (Полтавська державна аграрна академія, Полтава, 2004 р.); “Стан і перспективи розвитку переробної галузі АПК” (Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь – Кирилівка, 2005 р.); “Генетичні ресурси для адаптивного рослинництва: мобілізація, інвентаризація, збереження, використання” (Львів – Оброшино, 2005 р.); “Енергозберігаючі технології переробки сільськогосподарської продукції” (Кримський агротехнологічний університет, Сімферополь, 2005 р.); та на міжнародних науково-практичних конференціях за межами України: “Зерновая индустрия в ХХІ веке” (Международная промышленная академия, Москва, 2000 г.); “Земледельческая механика в растениеводстве” (Всероссийский институт механизации, Москва, 2001 г.); “Современные энергосберегающие тепловые технологии” (Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, Москва, 2002 г.); “Хранение зерна – 2003” (Международная промышленная академия, Москва, 2003 г.); а також на засіданнях технічних комітетів із стандартизації № 41 “Зернові культури та продукти їх переробки” (Київський інститут хлібопродуктів, Київ, 2000-2006 рр.); № 110 “Насіння сільськогосподарських культур” (Селекційно-генетичний інститут, Одеса, 2001-2006 рр.).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 72 наукові роботи, у т.ч.: 2 у наукових виданнях – книгах; 50 в наукових журналах, збірниках, що затверджені ВАК як фахові, з них 30 написано без співавторів; 18 – матеріали конференцій, рекомендації. Одержано 1 авторське свідоцтво на спосіб сушіння сільськогосподарської сировини, розроблені 3 чинних стандарти, з них 2 державних національних (ДСТУ), 1 – галузевий (ОСТ).
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 410 сторінках загального машинописного тексту, в тому числі основного тексту – 322 сторінки. Містить вступ, десять розділів, висновки і пропозиції, список використаних літературних джерел, додатки. У роботі наведено 142 таблиці, 22 рисунки, 24 додатки, список використаної літератури включає 536 джерел, у т.ч. 62 – латиницею.
ОСНОВНИЙ Зміст роботи
Стан та перспективи розвитку системи обробляння і зберігання насіння кукурудзи (огляд наукової літератури)
Охарактеризовано стан виробництва зерна кукурудзи, значення і місце в ньому післязбиральної обробки, зберігання і підготовки насіння до посіву, зроблено аналіз проведених досліджень з питань впливу окремих технологічних процесів на якість насіннєвого матеріалу, розглянуто методи поліпшення його посівних якостей і врожайних властивостей. Подана оцінка технологій та матеріально-технічної бази з обробки насіння кукурудзи в різних системах - господарствах і на спеціальних кукурудзообробних заводах, наведені енерговитрати в разі збирання і сушіння вологої кукурудзи. Поданий вітчизняний та зарубіжний досвід з особливостей післязбиральної обробки і зберігання насіння батьківських форм гібридів кукурудзи.
На необхідність збільшення виробництва кукурудзи, у тому числі за рахунок нових науково-обгрунтованих технологій післязбиральної обробки і підготовки високоякісного насіння наголошено в роботах В.С. Цикова, Б.В. Дзюбецького, В.М. Соколова, Л.В. Козубенка, В.С. Сотченка та інших.
Проблемі розробки способів та режимів сушіння і сепарування насіння, як найбільш важливих технологічних операцій, в післязбиральній обробці кукурудзи присвячені фундаментальні дослідження А.М. Репіна, О.І. Науменка, В.С. Уколова, М.Г. Голіка, В.І. Анискіна, Л.Г. Чижикова, О.Н. Зюліна, Г.М. Станкевича та інших.
Методи поліпшення посівних якостей і врожайних властивостей насіння та природа його різноякісності розкриті у роботах М.М. Кулєшова, І.Г. Строни, М.О. Кіндрука, М.М. Макрушина, М.М. Гаврилюка, В.Г. Діндорого, М.К. Їжика, О.І. Калюжного та інших.
Прийоми енергозбереження в технологіях сушіння та удосконалення зерносушарок висвітлені в працях В.І. Алейнікова, В.І. Атаназевича, Б.І. Котова, Ю.В. Єсакова, М.В. Остапчука, А.В. Авдєєва та інших.
Аналіз огляду літератури дозволив виділити найбільш перспективні напрями подальшого розвитку систем обробляння та зберігання насіння кукурудзи шляхом оптимізації технологічних процесів та розробки нових методів поліпшення якості насіннєвого матеріалу, а також встановити ряд невирішених проблем, особливо, в частині вивчення впливу окремих технологічних процесів на посівні і врожайні властивості насіння, виявлення нових ефективних прийомів енергозбереження і методів оцінки якості з урахуванням особливостей гібридів кукурудзи та їх батьківських форм, а також сучасних організаційно-економічних засад виробництва кукурудзи.
Умови, матеріал та методика проведення досліджень
Дослідження проводили в Інституті зернового господарства УААН та в мережі його дослідних станцій (Синельниківська, Жеребківська, Розівська), в дослідному господарстві “Дніпро”, а також в насінницьких господарствах і на кукурудзообробних заводах Дніпропетровської, Одеської, Тернопільської, Полтавської, Запорізької областей в 1985-2006 рр.
В Інституті зернового господарства виконували комплекс лабораторних і польових досліджень, пов’язаних із вивченням фізико-механічних, посівних і врожайних властивостей насіння. В лабораторних дослідах визначали чистоту, масу, крупність, вологість, травмованість, ураження мікрофлорою, енергію проростання і схожість насіння за методами ГОСТ, які діяли на той час, та чинним ДСТУ 4138-2002. У польових дослідах визначали польову схожість, ріст і розвиток рослин, врожайність гібридів і самозапилених ліній кукурудзи, динаміку вологовіддачі та накопичення сухої речовини зерна, досліди здійснювали згідно загальноприйнятих методичних рекомендацій (Д.С. Фільов, В.С. Циков, В.І. Золотов, 1980). Вивчали також способи зберігання та вплив біотичних і абіотичних факторів, пов’язаних із підготовкою насіння до зберігання. Для цього насіння відбирали із вологістю 8-15 %, обробляли протруйниками, мікроелементами, рістрегулюючими речовинами, пакували в різну тару (папір, поліетилен, поліпропілен). Насіння, підготовлене таким чином, зберігали при заданій температурі 3-10 оС у клімокамерах та при фактичній температурі, що складалась у насіннєсховищі. Тривалість зберігання становила від 4-6 місяців до 5-6 і більше років залежно від призначення насіннєвого матеріалу.
На дослідних станціях здійснювали експериментальну частину роботи, яка включала напрацювання способів і регламентів сушіння, очищення, сортування, калібрування різних гібридів кукурудзи та батьківських форм залежно від біологічних і фізико-механічних особливостей їх насіння. Випробовували також нове обладнання – механізовані лінії, сушарки, молотарки, зерносепаратори, контрольно-вимірювальні прилади.
На кукурудзообробних заводах вивчали способи енергозбереженння та інтенсифікації тепло-масообміну в процесі сушіння кукурудзи, визначали витрати палива, електроенергії і продуктивність сушарок, обраховувалась інтенсивність вологовипаровування. Виробничу перевірку нових технологічних процесів і методів виконували у господарствах наведених вище областей.
Досліди вели з гібридами кукурудзи різних груп стиглості, переважно середньоранньої, середньостиглої та середньопізньостиглої, внесених до Реєстру сортів рослин України, а також їх батьківськими формами – самозапиленими лініями та простими гібридами. У роки досліджень складались різні погодно-кліматичні умови, що дозволило встановити природу формування посівних якостей і врожайних властивостей насіння кукурудзи, виділити при цьому дію різних технологічних чинників на стадіях його обробляння та зберігання.
Статистичну обробку експериментальних даних проводили методом дисперсійного аналізу (Б.А. Доспєхов, 1985) за допомогою персонального комп’ютера з використанням програмного забезпечення, розробленого в Інституті зернового господарства УААН.
Теоретичне обґрунтування чинників якості насіння кукурудзи
та прийомів енергозбереження
Проблема підвищення рівня підготовки насіння кукурудзи в системах обробляння значним чином залежить від вирішення двох її найбільш важливих складових частин - розробки і впровадження нових методів поліпшення посівних і врожайних якостей насіння та застосування для цього оптимізованих технологічних прийомів на основі урахування біологічних особливостей гібридів і їх батьківських форм а також раціональних економічно виправданих енерговитрат. Тому для рішення поставлених завдань необхідно перш за все було визначити і теоретично обґрунтувати чинники якості та споживання енергії у процесах післязбиральної обробки кукурудзи.
Шляхом аналізу багаторічних даних, одержаних в Придніпровському регіоні, визначені основні чинники якості насіння, до яких належали агрокліматичні, техніко-технологічні і антропогенні фактори.
До агрокліматичних факторів, що діяли незалежно в системах обробляння, відносились погодні умови періоду дозрівання та критично низькі для насіння температури під час його збирання. За тривалий проміжок часу (1978-2005 рр.) критичні температури найчастіше наступали з 2–3 декади жовтня, їх вірогідність складала 53–60 %. Значення критичних температур при цьому були такі: -3 о, -5-7 о та -8-9 оС відповідно для зерна з вологістю 35 і вище; 28–35 і 20–28 %.
З агрокліматичними факторами були тісно пов’язані техніко-технологічні, зокрема, найбільш важливі – стиглість і збиральна вологість зерна. Фізіологічна стиглість і вологість насіння кукурудзи в межах 34-36 % наступала в період з 19 серпня по 9 вересня - у сприятливі за умовами роки (1988-1989, 2000, 2002, 2005) та з 11 вересня по 20 жовтня в несприятливі (1978, 1980, 1987, 1997, 2004). Тобто збирання і обробка кукурудзи із підвищеною допустимою вологістю майже завжди дозволяє уникати негативної дії низьких температур. Максимально можливий за календарем період, без мінусових критичних температур, складав для пізньостиглих форм 30 діб, для середньостиглих і середньоранніх – 43-48 діб.
Ці показники і слугували базовими для оптимізації періоду збирання-обробки та одержання високоякісного насіння, а також визначення сезонного навантаження кукурудзообробних заводів.
Збирання і сушіння кукурудзи в цей період забезпечувало вихід кондиційного насіння гібридів і самозапилених ліній в межах 96-100 % за всі роки дослідження (табл. 1). Крім того насіння було біологічно здоровим, воно мало вищу польову схожість, силу росту, кращі врожайні властивості порівняно з тим, що оброблялось пізніше, хоча і належало до кондиційної групи.
Таблиця 1
Якість насіння гібридів і самозапилених ліній кукурудзи залежно від часу їх обробляння (1996-2004 рр.)
Час обробляння | Вихід насіння, % | Схожість, % | Сила росту | Врожай-ність зерна, т/га
лабора-торна | польова | повнота сходів, % | маса 100 ростків, г
Вересень | 100 | 98 | 88 | 91 | 38,1 | 5,26
Жовтень в т.ч.:–
І декада | 100 | 98 | 90 | 91 | 38,6 | 5,37–
ІІ декада | 96 | 96 | 88 | 88 | 35,1 | 4,89–
ІІІ декада | 71 | 93 | 75 | 80 | 26,4 | 4,01
Листопад | 65 | 92 | 76 | 81 | 25,3 | 3,24
Грудень | 59 | 92 | 62 | 73 | 16,9 | 3,13
НІР05 2,3-2,7 3,2-3,4 | 1,4-2,6 | 0,36-0,48
Проте якість насіння залежала також від комплексу факторів, що супроводжували обробляння і зберігання. До них слід віднести режими сушіння і обмолоту качанів, параметри очищення, сортування і калібрування насіння, способи його зберігання і передпосівної підготовки, які спричинювали у кондиційного насіння значну мінливість посівних якостей і врожайних властивостей (табл. 2). В наших дослідах при сівбі кондиційним насінням схожість при холодному пророщуванні складала 60-99%, польова – 69-94%, дисперсійно доказовий приріст врожаю становив 0,47-0,60 т/га. Отже, шляхом оптимізації техніко-технологічних процесів післязбиральної обробки якість насіння кукурудзи може бути суттєво поліпшена.
Таблиця 2
Мінливість якості кондиційного насіння гібридів кукурудзи в процесі їх обробляння і зберігання (1996-2005 рр.)
Схожість, % | Сила росту | Врожай-
ність, т/га
лабора-торна | холодне пророщування | польова | повнота сходів, % | маса ростків, г
інтервал | середня | інтервал | середня
92-100 | 60-75 | 71,4 | 69-83 | 76,8 | 82 | 25,4 | 4,12
80-89 | 85,6 | 82-92 | 86,2 | 90 | 31,5 | 4,59
94-99 | 96,0 | 90-94 | 92,0 | 93 | 33,2 | 4,72
НІР05 2,8-3,1 | 1,3-1,6 | 0,21-0,29
Обробляння насіння кукурудзи, особливо теплове сушіння, супроводжувалось інтенсивним споживанням енергії, яке залежало від вологості зерна, температурних режимів його обробки та тепловитрат в сушарці. При сушінні зерна з вологістю 20-38%, температурі повітря 1-15оС і нагріві зерна 35-40оС витрати теплової енергії на випаровування 1 кг вологи складали 5,58-12,49 МДж. Менша кількість палива, спожитого при сушінні, була у тому разі, коли температурна різниця між теплоносієм і навколишнім повітрям не перевищувала 30-36оС. Загалом коливання температури на 1оС в ту чи іншу сторону зміщувало споживання теплової енергії на 0,284 МДж.
Витрата теплової енергії безпосередньо в камерних кукурудзосушарках може бути представлена у вигляді теплового балансу (Qзаг), включаючи його продуктивні і непродуктивні частини:
Qзаг= Q1 + Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6 , де:
Q1 – витрати на нагрів качанів; Q2 – витрати на вологовипаровування; Q3 – втрати з відпрацьованим теплоносієм; Q4 – втрати через негерметичність сушарки; Q5 – втрати від режиму роботи сушарки; Q6 – втрати у паливному відділенні.
Дослідження показали, що в звичайному режимі експлуатації сушарки, без прийомів її енергозбереження, непродуктивні втрати тепла (Q3 +Q4 +Q5) можуть досягати 55–67 %, тобто коефіцієнт корисної дії дорівнює 33–45 %. Найбільші втрати енергії пов’язані з відпрацьованим теплоносієм (38-42 %), негерметичністю сушарок (5-7 %), режимами їх роботи (9-15 %), конструкцією паливного відділення (до 3 %).
Виходячи з наведеного розрахунку теплового балансу можна вважати, що найбільш ефективними прийомами енергозбереження процесу сушіння батьківських форм гібридів в камерних кукурудзосушарках спеціалізованих заводів є зменшення втрат тепла з відпрацьованим теплоносієм (Q3), підвищення рівня герметизації всіх елементів сушарки (Q4), зміна режиму роботи з урахуванням специфіки обробки і підвищеної сортової чистоти насіння гібридів та їх батьківських форм (Q5). За рахунок цих техніко-технологічних прийомів коефіцієнт корисної дії камерної сушарки може збільшитись до 45–55 %.
Оптимізація обробляння та методи поліпшення посівних якостей і врожайних властивостей насіння кукурудзи
Насіння кукурудзи готують на кукурудзообробних заводах різної потужності із застосуванням типових технологій, а також на механізованих лініях, сушарках, універсальних пунктах за індивідуальними технологіями. Накопичений досвід їх функціонування показав, що великі партії насіння гібридів краще отримувати на промисловій основі заводів, а батьківські форми, особливо самозапилені лінії, на спеціальній матеріально-технічній базі. При такому підході вдається повніше оптимізувати технологічні процеси з урахуванням особливостей насіння, підвищувати його посівні якості і врожайні властивості.
Обробка насіння на спеціалізованих заводах. Дослідження показали, що технологічні процеси післязбиральної обробки в умовах заводів впливали по різному на посівні якості і врожайні властивості насіння гібридів кукурудзи. Найбільш негативно на них позначались обмолот качанів і очищення зерна, польова схожість після яких знижувалась на 6–10 %, врожайність – на 0,27-0,55 т/га порівняно із контролем – качанами після природного сушіння (табл.3).
Таблиця 3
Вплив процесів обробки в умовах кукурудзообробного заводу на схожість і врожайність гібрида Дніпровський 337 МВ (2003-2005 рр.)
Процеси | Схожість, % | Врожайність зерна, т/га
лабо-ратор-на | польова | 2003 р. | 2004 р. | 2005 р. | се-ред-нє
2003 р. | 2004 р. | 2005 р. | се-ред-нє
Контроль:
- качани
- самообруш |
96
87 |
62
36 |
84
56 |
91
73 |
79
55 |
5,08
3,35 |
7,04
5,40 |
7,60
6,21 |
6,57
4,99
Сушіння:
- качани
- самообруш |
96
90 |
70
46 |
88
71 |
92
78 |
83
65 |
6,03
4,12 |
7,45
6,04 |
8,50
6,68 |
7,33
5,61
Обмолот
качанів | 92 | 52 | 78 | 81 | 70 | 4,56 | 6,52 | 7,24 | 6,11
Очищення
зерна | 92 | 55 | 76 | 82 | 71 | 4,53 | 6,49 | 7,33 | 6,11
Сортування:
-основна фр.
- дрібна фр. |
94
90 |
66
48 |
80
70 |
85
76 |
77
65 |
4,94
4,22 |
7,05
6,18 |
7,73
6,98 |
6,57
5,79
Протруєння:
- насіння
- самообруш |
94
91 |
70
53 |
87
75 |
90
81 |
82
70 |
5,56
4,41 |
7,24
6,47 |
8,30
7,16 |
7,03
6,01
НІР0,5 1,6 2,8 3,1 0,31 0,38 0,47
Основними причинами цього було підвищене травмування, зараженість патогенною мікрофлорою та значна кількість самообрушеного зерна. Загальне травмування насіння складало 42,5–75,8 %, у тому числі зародку 12,2–25,8 %. Інші фактори, практично, доповнювали один одного, зокрема найбільша ураженість виявлена у самообрушеного зерна, вміст якого становив 2–20 % залежно від збиральної вологості і особливостей будови качанів. Травмованість самообрушеного зерна становила 85,3-86,7 %, у тому числі зародкової частини 30,1-32,5 %, його ураженість грибною та бактеріальною мікрофлорою досягала 95 тис. колоній на 1 г зерна. Грибне ураження спричинювалось, в основному, видами р. Penicillium, Fusarium, Aspergillus, бактеріальне – родом Pseudomonas. Крім низької посівної якості, самообрушене зерно мало ще й незадовільну сортову чистоту, рівень його гібридності становив 60-90 % внаслідок походження з різних качанів – типових та нетипових.
Після інших операцій якість залишалась задовільною, або навіть підвищувалась, як це було внаслідок передпосівного протруєння.
Для усунення відмічених вище негативних проявів та оптимізації процесів обробляння насіння на заводах, вивчали різні технологічні прийоми, а саме: відбір самообрушу в процесі підготовки вологих качанів до обробляння; диференційовані температурні режими сушіння - 35-50 оС залежно від термостійкості гібридів і самозапилених ліній; допустимий при обмолоті рівень вологості зерна - 8-14 %; оптимальне пофракційне сортування і калібрування на 2-4 посівні фракції; стабілізацію вологості зернової маси при зберіганні впродовж 15-30 діб у разі сушіння і протруєння кукурудзи в потоці. Для здійснення вказаних технологічних прийомів найбільш ефективним виявилось таке обладнання: сортувально-очисна лінія потужністю 10-12 т/год, яка власне забезпечувала підготовку качанів і відділення самообрушу; молотарка з м’яким режимом роботи і мінімальним травмуванням зерна; зерносепаратори із гнучкою схемою сортування і калібрування насіння. Вони впроваджувались при проектуванні, модернізації та експлуатації за нашими рекомендаціями спеціалізованих кукурудзообробних заводів сезонною потужністю 500 (1000) т насіння в ряді областей України із розвиненим насінництвом кукурудзи.
Обробка насіння на лініях і сушарках конструкції Інституту зернового господарства УААН. В результаті проведення досліджень нами рекомендована система обробляння насіння кукурудзи, основою якої була розроблена нами механізована лінія та сушарка. При цьому бралось до уваги, що така система буде слугувати в деякій мірі альтернативою кукурудзообробним заводам, забезпечить підвищення сортової чистоти і зниження травмування насіння, скорочення обсягів транспортування вологої кукурудзи і зменшення енерговитрат на її обробку. Для цього розроблені різні техніко-технологічні схеми обробляння залежно від матеріально-технічного оснащення господарств: повна – з виконанням всіх операцій, аж до пакування готової продукції; скорочена – з операціями підготовки, сушіння і обмолоту качанів та первинного очищення насіння; вибіркова – з проведенням окремих операцій, зокрема сушіння і обмолоту качанів.
Дослідження показали, що при наявності в господарствах зерноочисної техніки скорочена схема буде найбільш економічно вигідною і технологічно ефективною. Згідно з нею всі попередні технологічні операції, пов’язані з оброблянням вологої кукурудзи, виконуються в потоці на механізованій лінії, а заключні, спрямовані на підготовку насіння, з використанням наявної потужності господарства.
До складу лінії входило таке обладнання: комплект машин для підготовки вологих качанів (доочищення, сортування) продуктивністю 4,5–6,2 т/год; камерна кукурудзосушарка місткістю 100-120 т качанів і інтенсивністю вологовипаровування 28,9-39,8 т-% за годину, молотарка з зерносепаратором потужністю 7-9 т/год.
Техніко-економічні та технологічні показники роботи механізованої лінії залежали, насамперед, від вологості зерна і термостійкості насіння кукурудзи (табл. 4). Тривалість сортування качанів та завантаження сушарки становила 8-12 годин, сушіння 48-95 годин, обмолоту і очищення насіння 10-15 годин залежно від стану кукурудзи, що оброблялась. На одній лінії обробляли від 200 до 500 т качанів. Вихід кондиційного насіння складав 40-55 %. Витрати палива знижувались в середньому на 25 %, електроенергії – на 20 %, але дещо збільшувалась тривалість сушіння порівняно з рекомендованими показниками, встановленими для кукурудзообробних заводів.
Механізована лінія та технологія обробки насіння, розроблені за нашими індивідуальними проектами, були впроваджені та пройшли широку виробничу перевірку в багатьох господарствах України, Білорусі, Росії, в результаті чого було підготовлено 23 тис. т високоякісного насіннєвого матеріалу. Особливо ефективним було застосування ліній для підготовки селекційного матеріалу і в сфері первинного насінництва, при оброблянні батьківських форм гібридів з підвищеними вимогами щодо сортової чистоти і посівної якості.
Таблиця 4
Параметри сушіння та якість насіння кукурудзи при оброблянні на механізованій лінії (2003-2006 рр.)
Параметри сушіння | Якість насіння
воло-гість зерна, % | експо-зиція, год | волого-віддача, % за год | витрата на 1 т-% | травмо-ваність зародку, % | тріщину-ватість, % | схо-жість, %
паливо, кг | електро-енергія, кВт.год
36-40 | 82-95 | 0,325 | 1,60 | 1,18 | 10,3 | 28,3 | 96
31-35 | 66-80 | 0,300 | 1,69 | 1,20 | 14,1 | 30,4 | 96
26-30 | 48-64 | 0,274 | 1,88 | 1,34 | 13,7 | 34,6 | 97
Обробка насіння на універсальних пунктах. Для обробляння кукурудзи в господарствах у свій час створювались і серійно виготовлялись за типовими проектами універсальні пункти К-ОКП-15. Проте, незважаючи на своє комплектне обладнання, пункти у типовому виді виявились неефективними для обробки насіння, призводили до зниження його якості і перевитрат енергії в процесі сушіння. Враховуючи значне поширення таких пунктів в насіннєвих господарствах, нами розроблені способи їх техніко-технологічного удосконалення. Було оптимізовано температурний режим сушіння качанів відповідно до нагріву і вологовіддачі зерна в різних шарах насипу, посилено тепло- і масообмін шляхом відбору самообруші і зміщення вентиляційних каналів у зону інтенсивної вентиляції, підвищена рівномірність сушіння за допомогою циклічної роботи бункерів, що входили до складу пункту. Шляхом впровадження відмічених заходів покращені техніко-економічні показники, скорочена на 47 годин загальна тривалість обробки качанів, підвищена швидкість сушіння зерна на 16,7 %, зменшена витрата палива на 10,3 % порівняно з експлуатацією пункту в типовому режимі без переобладнання.
Техніко-технологічне переоснащення пункту, що виконане на Жеребківській дослідній станції, забезпечило вчасну обробку і підготовку високоякісного насіння гібридів кукурудзи та їх батьківських форм з схожістю 95–100 %, щорічно знижуючи при цьому витрату палива на станції до 10,5 т. За результатами досліджень розроблені також вихідні дані на модернізацію промислових зразків універсальних механізованих пунктів ПМУ–15 (К–ОКП–15).
Оптимізація сушіння насіння кукурудзи та прийоми енергозбереження
У системі післязбиральної обробки кукурудзи найбільш важливе місце займає сушіння, яке значним чином впливає на посівні якості і врожайні властивості насіння та обсяги енергоспоживання. Тому вивченню і удосконаленню підлягали ті заходи, які, на наш погляд, могли бути оптимальними з точки зору підвищення якості і зниження витрат енергії в процесі сушіння. До них належали нові способи сушіння і прийоми інтенсифікації теплового процесу з максимальним використанням енергії теплоносія, а також застосування більш дешевих видів палива, в тому числі органічного.
Двостадійне сушіння в качанах і зерні. Спосіб включав на першій стадії підсушування качанів до вологості 22–24 % в камерних сушарках, на другій – обмолот і досушування зерна в шахтних зерносушарках. Науково-теоретичним обгрунтуванням доцільності способу є введення в технологію швидкого сушіння зерна, що скорочувало тривалість процесу і підвищувало інтенсивність вологовипаровування. В дослідах такий прийом збільшував продуктивність камерної сушарки, зменшував витрату палива, але дещо погіршував якість насіння, особливо його схожість на другій стадії обробки. Причинами цього було нерівномірне підсихання качанів в різних шарах насипу, травмування механічне і теплове в процесі обмолоту і сушіння зерна різної вологості.
З метою удосконалення цю технологію обробки змінювали, а саме качани підсушували до вологості 18–20 % в умовах реверсування через 6 годин напрямку теплоносія – це підвищувало однорідність підсихання зерна. Обмолот і сушіння зерна виконували за м’якими режимами з урахуванням параметрів обробки відповідно до вологості і якості насіння. В виробничих умовах була одержана економія палива в розмірі 28,8 %, збільшена продуктивність кожної камери в сушарці на 4,4 т-% за год, при повному збереженні посівних і врожайних властивостей насіння.
В іншому варіанті двостадійного сушіння вивчали підсушування качанів в бункері для їх тимчасового зберігання, обладнаного вентиляційною системою. Проте ця схема виявилась менш ефективною, оскільки качани підсихали нерівномірно і виникали труднощі із їх вивантаженням та спрямуванням на досушування. Крім того, підвищувались капітальні витрати на переобладнання бункерів, налагодження єдиної технологічної схеми “сушарка-бункер”.
Інтенсифікація сушіння в камерних кукурудзосушарках. Науково-теоретичним обгрунтуванням способу є максимальне підвищення температури нагріву насіння до рівня його гранично допустимої теплостійкості, що значно збільшує швидкість сушіння та знижує питому витрату енергії. В дослідах встановлено, що підвищення температури обов’язково повинно узгоджуватись з терміном односторонньої продувки теплоносієм, оскільки при різній тривалості температурний фактор діє неадекватно. Оптимальний режим інтенсифікації для насіння гібридів кукурудзи включав такі умови: вологість зерна на початку сушіння не повинна перевищувати 30–32 %; максимальне підвищення температури теплоносія становить 55 оС; зміна продувки камер виконується через кожні 30 хвилин. За таких умов нагрів зерна не перевищував 40–42 оС, насіння зберігало посівні якості та врожайні властивості. Встановлено також оздоровчий ефект від інтенсивного режиму сушіння – ураженість насіння грибною та бактеріальною мікрофлорою знижувалась в 1,3–1,9 рази порівняно із звичайним сушінням.
Інтенсивне сушіння кукурудзи застосовувалось на кукурудзообробних заводах Дніпропетровської, Одеської і Тернопільської областей, швидкість сушіння зерна підвищувалась на 20–25 %, сумарна витрата енергії знижувалась на 18–24 %. Спосіб інтенсифікації є принципово новим в технології сушіння кукурудзи, на який одержано авт. свід. № 1224520.
Сушіння із повторним використанням теплоносія. Відпрацьований теплоносій на виході із сушарки зберігає досить високий енергетичний потенціал. Це слугувало науково-теоретичним обґрунтуванням повторного застосування такого теплоносія. Виходячи з цього, нами вивчено різні способи його використання залежно від режимів роботи сушарки.
При
