1. Введение
Зерновые культуры являются неотъемлемой частью рациона каждого человека и имеют решающее значение для продовольственной безопасности во всем мире. Стихийные бедствия, такие как засухи и наводнения, а также антропогенные кризисы и перманентно возникающие экономические потрясения привлекают особое внимание к управлению цепочками поставок в целом и хранению зерна в частности.
В настоящее время зерновые культуры
убирают[1]
Последствия механических повреждений семян зерновых культур на их урожайность
| Культура | Условия повреждения | Снижение урожайности |
| Пшеница | м/с при влажности 7,5–25% | До 47,31% |
| Овёс | м/с | Увеличение повреждений на 19–29% |
| Чечевица | Дж | Повреждения до 100% |
Очевидно, что повреждения семян, вызванные ударами во время
уборки
Для минимизации механических повреждений разрабатываются новые обмолотные машины и оптимизируются рабочие параметры комбайнов. С другой стороны, учеными проводятся регулярные исследования влияния повреждений при обмолоте на качественные свойства зерна. Эти влияния включают в себя энергию прорастания семян, скорость прорастания, элементный состав переработки
[2]
2. Методы и принципы исследования
Причины ухудшение качества хранящегося зерна в разрезе физических (температура, влажность), биологических (микрофлора, членистоногие, позвоночные) и технических (условия, методы и продолжительность хранения) факторов рассматривают в своих трудах Yang Liu, Bo Cui, Huan Chen
[3][4][5]
Анализ потерь до уборки урожая, потерь, возникающих во время транспортировки, предварительной обработки, хранения, переработки, упаковки семян зерновых культур проводят F. Delfan, F. Shahbazi, H.R. Eisvand и др.
[6][7][8]
Влияние влажности, окружной скорости барабана и расстояния между шипами на повреждение зерна во время обмолота изучают В.А. Шаршунов, М.В. Цайц, В.А. Левчук и др.
[9][10]
Широкий спектр публикаций свидетельствует об активном внимании ученых к рассматриваемой проблематике, однако некоторые вопросы еще не нашли своего должного освещения. Так, например, можно констатировать пробел в комплексных исследованиях относительно влияния рабочих параметров молотилки и факторов, специфичных для конкретной культуры, на поломку и растрескивание зерна. Кроме того, отдельного внимания заслуживает влияние снижения влажности семян на их хрупкость и, соответственно, вероятность механических повреждений.
Таким образом, цель статьи заключается в рассмотрении вопросов, связанных с механическими повреждениями и сохранением жизнеспособности семян зерновых культур в период хранения.
Методы исследования: систематизация, логический анализ, сравнение, группировка, моделирование, обобщение.
3. Основные результаты
Для семеноводов основной проблемой, связанной с механическими повреждениями зерна, является снижение всхожести. Часто всхожесть уменьшается еще до появления видимых трещин. Значительные механические повреждения, такие как: разрыв кожуры, перелом семян и т.д., могут быть нанесены элементами техники во время сбора урожая, транспортировки, хранения и т.д.
[4][10][7]
На сегодняшний день не существует единой общепринятой классификации механических повреждений семян зерновых культур. Так, например, Wang Weijia, Karen A. Cichy
[4]
Из числа внешних повреждений ученые выделяют следующие группы:
1) поперечные потери (половинки);
2) продольные потери (половинки);
3) потери в районе зародыша (около 1/4 массы);
4) потери в районе бруса (около 1/4 массы);
5) раздавливание в направлении наименьшего размера;
6) боковое раздавливание;
7) поперечные трещины;
8) продольные трещины (через зародыш);
9) продольные трещины (неповрежденный зародыш);
10) истирание.
Некоторые отечественные исследователи выделяют два типа механического повреждения зерен: истирание и удар. Истирание возникает в результате трения семян или зерен о поверхность. В большинстве случаев истирание приводит к очень незначительным повреждениям. В результате удара снижается способность зерна к прорастанию, либо оно ломается, либо происходит и то, и другое
[1]
Критически оценивая имеющиеся на сегодняшний день труды и наработки, в таблице 2 представлена авторская классификация механических повреждений семян зерновых культур, которая включает в себя типы конкретных повреждений, причины их возникновения и последствия для всхожести семян.
Классификация механических повреждений семян зерновых культур
| Признак | Повреждение | Описание | Причина/место возникновения | Влияние на всхожесть |
| Тип повреждения | Внешние повреждения | Трещины, разломы и сколы на поверхности семени, которые легко обнаружить визуально | Возникают при механической обработке и транспортировке | Способствуют проникновению патогенов и снижению качества хранения |
| Внутренние повреждения (стрессовые трещины) | Невидимые внешне микротрещины внутри семени | Возникают из-за внутренних напряжений при сушке, увлажнении или механическом воздействии | Снижают всхожесть и жизнеспособность семян | |
| Локализация повреждения | Повреждение оболочки | Трещины или разрывы в оболочке семени | Удар при обмолоте | Потеря защитных свойств и повышенная уязвимость к заболеваниям |
| Повреждение эндосперма | Внутренние трещины или разрушения | Удар при обмолоте, трение | Снижают питательные запасы семени, что может затруднить прорастание | |
| Повреждение зародыша | Наиболее критичный тип повреждения | Механическая обработка, транспортировка | Может полностью лишить семя жизнеспособности | |
| Степень тяжести | Лёгкие повреждения | Незначительные трещины или сколы | Перегрузка молотилки | Нет существенного влияния на всхожесть, но могут ускорить старение семян |
| Умеренные повреждения | Дефекты средней тяжести | Низко установленные или плохо настроенные жатки | Снижение всхожести и увеличение риска заражения патогенами | |
| Сильные повреждения | Значительные разрушения структуры семени, включая разрушение зародыша | Высокая скорость вращения молотильного барабана | Полная потеря всхожести | |
| Происхождение | Механические повреждения | Удары, давление или трение во время уборки, транспортировки или обработки | Падение зерна с большой высоты, обмолот, механическое трение | Потеря защитных свойств, потеря всхожести |
| Термические повреждения | Воздействие высоких температур, например, при неправильной сушке | Резкие перепады температуры и влажности, пересушка | Повреждение внутренних структур семени | |
| Повреждения от влаги | Повреждения, вызванные избыточной влажностью или резкими изменениями влажности | Несоблюдение условий хранения, низкая влажность | Набухание и разрыв тканей семени |
Поврежденные семена демонстрируют сниженную жизнеспособность и всхожесть, кроме того, они более восприимчивы к химической обработке и уязвимы к воздействию микроорганизмов в почве. Рассмотрим более подробно некоторые корреляции между повреждением семян зерновых культур с их энергией прорастания и всхожестью.
[5]
На рисунке 1 показана зависимость влияния механического повреждения на жизнеспособность семян сои. В качестве независимых переменных были выбраны скорость удара (12,4, 16,0 и 22,0 м/с) и количество ударов (1, 2 и 3), а зависимой переменной — процент всхожести семян.
Всхожесть семян сои в зависимости от количества ударов и их скорости
убиратьРанее убранные [6]
На основе результатов проведенных экспериментов и эмпирических данных, в таблице 3 систематизировано влияние механических повреждений семян зерновых культур на энергию прорастания и всхожесть.
Влияние механических повреждений семян зерновых культур на энергию прорастания и всхожесть
| Культура | Условия повреждения | Влияние на всхожесть и энергию прорастания |
| Ячмень | Механическая обработка при влажности 8,7–35% | При влажности до 26% семена выдерживали повреждения без значительного снижения качества; при 35% влажности наблюдалось снижение всхожести и энергии прорастания, несмотря на схожий уровень внешних повреждений |
| Овёс | м/с | Увеличение скорости обмолота на 50% привело к увеличению частоты микроповреждений на 19% и площади повреждений на 29%; сорт Bullion показал наибольшую устойчивость к повреждениям |
| Пшеница и тритикале | м/с | м/с повысило повреждения с 1,26% до 47,31%; повышение влажности с 7,5% до 17,7% уменьшило повреждения вдвое; оптимальная влажность для минимизации повреждений — около 17,1%. |
| Кукуруза | Падение с различной высоты при влажности 10–25% | При влажности 10% наблюдалось большее физическое повреждение (14,01%) по сравнению с 25% (10%); однако при более высокой влажности снижалась всхожесть из-за повреждений зародыша; оптимальная влажность для минимизации повреждений — около 15–20%. |
| Чечевица | Воздействие при влажности 10–25% | Повреждения увеличивались при снижении влажности; красная чечевица была более хрупкой, чем зелёная; оптимальная влажность для минимизации повреждений — 17,5% для зелёной и 15% для красной чечевицы. |
Для минимизации механических повреждений семян зерновых культур во время уборки и обработки, производителям следует обратить внимание на следующие аспекты:
1. Контроль влажности семян. Урожай рекомендуется собирать при оптимальной влажности (13–14% для сорго), так как семена с более низкой влажностью становятся более твердыми и устойчивыми к механическим повреждениям.
2. Оптимизация параметров техники. Необходимо снизить скорость вращения барабана комбайна, так как высокая скорость обмолота значительно увеличивает процент повреждений семян.
3. Осторожное обращение с семенами. Следует избегать падений зерна с большой высоты и других ударных воздействий, так как именно они являются основной причиной снижения всхожести.
4. Выявление внутренних повреждений. Принимая во внимание тот факт, что некоторые повреждения, например внутренние трещины, сложно обнаружить невооруженным глазом, рекомендуется использовать тесты на энергию прорастания, а не только визуальную оценку процента повреждений.
4. Заключение
Механические повреждения семян зерновых культур неизбежны в процессе уборки урожая, транспортировки и хранения. Тип и масштаб травмирования семени зависит от модификации используемого оборудования, а также рабочих параметров устройств. Сорта по-разному реагируют на растрескивание и раздробление зерна в зависимости от влажности и параметров молотилки, также не все наблюдаемые растрескивания и раздробления зерна приводят к критической потере основных качеств.
В процессе исследования предложен авторский подход к классификации механических повреждений семян зерновых культур, в рамах которой выделены типы повреждений, представлено их описание, причины и факторы, способствующие возникновению, а также влияние на всхожесть. Помимо этого, в работе проанализирована корреляции между повреждением семян зерновых культур с энергией их прорастания и всхожестью, приведены некоторые систематизированные примеры.