CC BY
6
19. D'yachenko O.V. Usloviya sozdaniya i razvitiya tsifrovoy ekonomiki // Tsifrovoye prostranstvo: ekonomika, upravleniye, sotsium: sb. nauch. st. I Vseros. nauch. konf. Smolensk: Smolenskiy gos. un-t, 2019. S. 65-68.
Информация об авторах
В.А. Погонышев - доктор технических наук, профессор кафедры автоматики, физики и математики, ФГБОУ ВО «Брянский государственны аграрный университет».
В.Е. Ториков - главный научный сотрудник кафедры агрономии, селекции и семеноводтва, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВО «Брянский государственны аграрный университет», torikov@bgsha.com.
Д.А. Погонышева - доктор педагогических наук, профессор кафедры информатики и прикладной математики, ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского».
Information about the authors
V.A. Pogonyshev - Doctor of Technical Sciences, Professor, Dept. of Automation, Physics and Mathematics, Bryansk State Agrarian University.
V.E. Torikov - Chief scientific officer, Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Dept. of Agronomy, Breeding and Seed Production, Bryansk State Agrarian University, torikov@bgsha.com.
D.A. Pogonysheva - Doctor of Pedagogical Sciences, Professor, Dept. of Computer Science and Applied Mathematics, Bryansk state University named after academician I. G. Petrovsky.
Статья поступила в редакцию 18.04.2023; одобрена после рецензирования 26.04.2023, принята к публикации 29.05.2023.
The article was submitted 18.04.2023; approved after rewiewing 26.04.2023; accepted for publication 29.05.2023.
© Погонышев В.А., Ториков В.Е., Погонышева Д.А.
Научная статья УДК 664.723
DOI: 10.52691/2500-2651-2023-97-3-59-66
ВЛИЯНИЕ САМОСОГРЕВАНИЯ И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СУШКИ
НА ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН Алексей Николаевич Ченин
ФГБОУ ВО Брянский ГАУ, Брянская область, Кокино, Россия
Аннотация. В хозяйствах Почепского и Выгоничского районов Брянской области были проведены исследования на предмет влияния процесса самосогревания зерна, а также высоко- и низкотемпературных сушек на всхожесть семян. Для получения корректных результатов исследований были построены макеты напольной сушилки и барабанной гелиосу-шилки, в которых была проведена сушка контрольных образцов зерна и семян различных культур. Также в искусственных условиях был сымитирован процесс самосогревания зерна и семян различных культур, убранных с поля и заложенных на хранение с высоким содержанием влаги и некоторым количеством недозрелых семян, а также проб зерна и семян, высушенных до оптимального значения влажности, но увлажнившихся при неправильном их хранении в хранилище и контакте с влажным атмосферным воздухом. Для публикации результатов исследования выбран эксперимент с озимой рожью сорта Зубровка. В результате проведенного исследования было установлено, что семена, подвергшиеся самосогреванию смогли прорости лишь в 9% от общей массы проб, после высокотемпературной сушки проросли 30%, а после низкотемпературной - 88%. Низкотемпературную сушку проводили в барабанной гелиосушилке, которая позволяет высушивать зерновую массу при достаточной солнечной активности в довольно сжатые сроки, не вызывая существенных механических повреждений зерна. Кроме того, в процессе сушки зерно не нагревалось выше 40°С, что позволило сохранить все его технологические свойства, в том числе посевные. Съем влаги в барабанной гелиосушилке в процессе сушки составил 4% за смену.
Ключевые слова: самосогревание, высокотемпературная сушка, бережная сушка, барабанная гелиосушилка, озимая рожь, кукуруза, подсолнечник, проращивание, всхожесть, порча зерна.
Для цитирования: Ченин А.Н. влияние самосогревания и высокотемпературной сушки на всхожесть зерна и семян // Вестник Брянской ГСХА. 2023. № 3 (97). С. 59-66 http//:doi.org/10.52691/2500-2651-2023-97-3-59-66.
Original article
THE IMPACT OF SELF-WARMING AND HIGH-TEMPERATURE DRYING
ON GERMINATION OF SEEDS Alexey N. Chenin
Bryansk State Agrarian University, Bryansk Oblast, Kokino, Russia
Abstract. The researches have been carried out on the impact of self-warming of grain, as well as high- and low-temperature dryings on the germination of seeds in the farms of the Pochep and Vygonichi districts of the Bryansk region. To obtain correct research results, models of a floor dryer and a drum solar dryer were built, in which control samples of grain and seeds of various crops were dried. Also, under artificial conditions, the process of self-warming of grain and seeds of various crops harvested and stored with a high moisture content and a number of immature seeds, as well as the samples of grain and seeds dried to the optimal humidity, but moisturized if improperly stored and contacted with moist atmospheric air was simulated.
To publish the results of the research, an experiment with winter rye of the variety Zubrovka was selected. As a result of the conducted research, it was found that seeds subjected to self-warming could germinate only in 9% of the total mass of samples, 30% - germinated after a high-temperature drying, and 88% germinated after a low-temperature drying. The low-temperature drying was carried out in a drum solar dryer, which allows drying the grain mass with sufficient solar activity in a fairly short time without causing significant mechanical damage to the grain. In addition, during the drying process the grain was not heated above 40 ° C, which allowed to preserve all its technological properties, including sowing ones. The moisture intake in the drum solar dryer during the drying process was 4% per shift.
Key words: self-warming, high-temperature drying, gentle drying, drum solar dryer, winter rye, corn, sunflower, sprouting, germination, grain spoilage.
For citation: CheninA.N. The effect of self-heating and high-temperature drying on the germination of grain and seeds. Vestnik Bryanskoy GSKHA = Vestnik of the Bryansk State Agricultural Academy. 2023; (3): 59-66 (In Russ.). http//:doi.org/10.52691/2500-2651-2023-97-3-59-66.
Введение. Зерно, как любое живое существо, дышит, поглощая кислород, который вступает в окислительные реакции с углеводородами внутри зерна. В результате этих процессов в окружающую среду выделяются углекислый газ и вода. Кроме того, реакция окисления сопровождается значительным выделением теплоты. Процессы окисления зерна проходят тем интенсивнее, чем выше температура зерновой массы.
На поверхности зерна всегда обитают микроорганизмы, которые поглощают питательные вещества зерновки и тоже выделяют углекислый газ, воду и тепло. Известно, что микроорганизмы способны употреблять питательные вещества исключительно в жидкой форме. Поэтому, как только в зерновой массе начинает повышаться влажность, микроорганизмы начинают активно питаться и размножаться. Все это в сумме приводит к самопроизвольному повышению температуры в зерновой массе - самосогреванию (рис. 1) [1].
а б в
Рисунок 1 - Внешний вид зерна, подвергшегося самосогреванию в разных слоях зерновой
массы: а) верхнем; б) среднем; в) нижнем
Физической составляющей процесса самосогревания зерна является плохая теплопроводность зерновой массы: в различных участках зерновой массы одновременно формируются очаги теплоты, которые превышают его отдачу в окружающую среду. В зависимости от места возникновения этих очагов самосогревание может быть разных видов:
- гнездовое - процесс начинается в определенной части массы зерна в результате скопления в одной части насекомых, сорных примесей, засыпки в одну массу зерна с разной влажностью, проникновения влаги через стены и пол хранилища;
- послойное - наблюдается при хранении зерна в буртах, хранилищах, силосах в вертикальном или горизонтальном пласте насыпи. Верховое чаще образуется в осенний период года и связано с увлажнением атмосферного воздуха и образованием конденсата от неостывшего зерна. Низовое образуется при загрузке теплого зерна в холодные хранилища и отпотевания пограничных слоев;
- сплошное - образуется при хранении недозрелого или недосушенного зерна или из-за отсутствия мер борьбы с пластовым или гнездовым самосогреванием.
Чаще всего процесс самосогревания формируется в одном или нескольких очагах и начинает разрастаться, поражая целый слой зерновой массы, а затем приводит к полной порче семенного материала.
Повышение температуры зерновой массы выше критического значения, при котором в зерне происходят необратимые процессы, могут происходить не только в результате самосогревания. Такой же процесс может происходить и при высокотемпературной сушке в промышленных высокопроизводительных сушилках [2].
Материалы и методы. С целью определения максимальной температуры нагрева зерновой массы в процессе самосогревания были проведены исследования, согласно ГОСТ Р 52554-2006 со свежеубранным зерном и семенами различных культур и зерном, прошедшим послеуборочную обработку и сушку, но хранившемся в условиях повышенной влажности атмосферного воздуха по ГОСТ 28717-90. Исследования проводились на базе ООО «Фермерское» Почепского района и Учебно-опытного хозяйства ФГБОУ ВО Брянский ГАУ Вы-гоничского района Брянской области.
Для выявления влияния на всхожесть процесса самосогревания, сушки в высокотемпературных и низкотемпературных сушилках нами было проведено проращивание семян озимой ржи сорта Зубровка после соответствующих воздействий: неправильное хранение в течение 50 дней с развитием процесса самосогревания; длительного воздействия температурой 45-55°С и бережной сушки в низкотемпературной барабанной гелиосушилке. Проращивание производили по ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести». Проращивание семян производили между слоев фильтровальной бумаги и в слое песка (рис. 2) на дистиллированной воде при температуре +20°С, при этом опытные партии забирали с верхнего, среднего и нижнего слоев, по четыре пробы из каждого.
а б
Рисунок 2 - Закладка 1-ой партии семян: а) на фильтровальной бумаге; б) в слое песка
Проращивание партий зерна производили 7 дней. В каждую партию выбирались по 100 зерен. После установленного срока каждая проба визуально исследовалась.
Результаты и их обсуждение. Результаты проведенных экспериментов подвергли статистической обработке. Исходя из данных рисунка 3, можно сделать вывод о плавном росте температуры в начальной стадии эксперимента, а также длительности процесса самосогревания - 45 дней. Температурный максимум равнялся 72оС. При этом зерно перед экспериментом было высушено до оптимальной влажности (14%), а процесс самосогревания начался из-за нарушения режима длительного хранения (переизбыток влаги в окружающей среде).
Продолжительность опыта, сутки
а б
Рисунок 3 - Исследование процесса самосогревания зерна при неправильном его хранении (а) и зависимость увлажнения зерна от относительной влажности воздуха при неправильном
хранении (б)
На основании анализа полученных данных удалось установить, что процесс жизнедеятельности микроорганизмов, в большей мере, зависит от наличия влаги. Теплый воздух в очаге самосогревания, образовавшийся в процессе жизнедеятельности, содержит много пара, который испаряется с поверхности зерна. При встрече пара с холодным зерном он конденсируется в виде капель, тем самым, обеспечивая в очаге жидкую среду и активизируя жизнь микроорганизмов в направлении движения температуры. Именно вода обеспечивает питание микроорганизмов. Так наиболее пораженное зерно оказалось внизу зернового слоя, где скопилось больше всего влаги (рис. 1). Из результатов исследований также очевидно, зерно гораздо легче увлажнить, чем высушить. Зерно легко берет влагу из окружающей среды и очень тяжело отдает ее обратно. На рисунке 3 отображена зависимость увлажнения зерна озимой ржи от относительной влажности воздуха при неправильном хранении. На графике четко прослеживается эта зависимость, и видно, что хранение зерновых при относительной влажности воздуха более 70% приводит к увлажнению семян выше критического (допустимого) значения.
Рисунок 4 - Исследование процесса самосогревания семян кукурузы и подсолнечника
В процессе исследования самосогревания зерна зерновая масса периодически обрабатывалось потоком атмосферного воздуха, создаваемого центробежным вентилятором (рис. 4) [3]. Данная процедура позволила установить следующие закономерности:
- процесс нагревания зерна до значения температуры в 30°С обратим (точка В), т.е. с помощью активного вентилирования удалось вернуться к меньшей температуре без изменения качества зерна;
- начиная со значения температуры в 40°С, процесс становится необратимым (точка С), и самосогревание прогрессирует очень быстро.
Если не вмешаться в этот процесс, очаг согревания разрастается, и зерно приходит в полную негодность. Температура окружающей среды при этом на процесс, практически, не влияет.
Процесс самосогревания свежеубранной зерновой массы проходил интенсивнее и в волнообразной форме, а температурный максимум достигается к пятому дню эксперимента, после чего происходит гибель микроорганизмов, и температура зерновой массы начинает падать. При этом начальная влажность свежеубранной зерновой массы равнялась 20%, а к концу опыта выросла до 25%. Такая большая динамика обусловлена частичным остатком в массе зеленых примесей сорных растений и насекомых, что повышает темп роста температуры, а так же ее максимум (85оС), что опасно, ведь температура самонагрева соломистых остатков в зерновой массе 80оС [4].
Проводились исследования процесса самосогревания на семенах подсолнечника и кукурузы (рис. 4). Наибольшую температуру самосогревания показали семена подсолнечника. В данном случае температура 90°С, и опыт был прекращен, исходя из правил пожарной безопасности. Дело в том, что подсолнечник имеет энергию дыхания гораздо выше, чем у других культур из-за наличия в нем масла. Если у зерновых культур температурный предел самосогревания 80-90оС, то у семян подсолнечника биологическая фаза самосогревания при температуре 50-55°С переходит в химическую, которая может продолжаться после гибели всех микроорганизмов. Фаза химического самосогревания семян подсолнечника - это гидролиз масла в результате цепочки
химических реакций, при которых температура повышается до 200-300оС, а иногда и больше, что и приводит к самовоспламенению, а поскольку процесс гидролиза обязательно сопровождается образованием углеводородистых газов, то, самовоспламенение приводит к последующему взрыву [5].
Для установления зависимости воздействия повышенных температур на технологические свойства семенного зерна производилось высокотемпературное воздействие на зерновую массу, которое имитировало сушку зерна в напольной сушилке (рис. 5) [6]. Для этого на приточный вентилятор был смонтирован диффузор, с закрепленными на них ТЭНами.
Рисунок 5 - Обработка зерновой массы высокой температуры
Была также проведена бережная сушка зерна в низкотемпературной барабанной ге-лиосушилке (рис. 6) [7, 8]. Температура сушильного агента в ней в пик солнечной активности не повышалась выше 60°С, при этом зерновая масса постоянно перемешивалась в барабане, равномерно просушивалась, не нагреваясь при этом выше 40°С. За рабочую смену в 8 часов удалось высушить партию зерна в 300 кг [9].
Рисунок 6 - Бережная сушка зерна в барабанной гелиосушилке
После проведения всех видов обработки провели проращивание опытных образцов. Исследуемый материал разделялся на следующиегруппы: нормально проросшие, ненормально проросшие, набухшие, загнившие, не проросшие [10]. Результаты исследования приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты проращивание семян озимой ржи
Среднеарифметическое значение всхожести, %
Наименование группы после самосогревания после длительного воздействия температурой 45-55°С после бережной сушки в низкотемпературной барабанной гелиосушилке
Нормально проросшие 9 25 72
Ненормально проросшие - 5 16
Набухшие 34 35 -
Загнившие 3 - -
Непроросшие 54 45 12
В результате проведенного исследования установили, что семена озимой ржи Зубровка, подвергшиеся самосогреванию смогли прорости лишь в 9% от общей массы проб, после высокотемпературной сушки проросли 30% семян, а после низкотемпературной - 88%.
Выводы. Результаты проращивания семян показали, что микроорганизмы оказывают негативное влияние на зерно больше, чем обработка повышенной температурой. Так микроскопические грибы в процессе своего роста проникают в зародыш и эндосперм зерновки и отравляют ткани зародыша. Потеря всхожести в процессе развития самосогревания указывает на прекращение жизнедеятельности. Кроме того, зафиксировано и резкое падение всхожести при обработке зерна температурой выше 45°С. Это связано с температурным шоком зерна, повреждением его поверхностного слоя и с началом денатурации белка зародыша.
Лучшие показатели всхожести показали семена, которые бережно сушились в барабанной гелиосушилке. Начальная влажность зерновой массы перед сушкой составляла 18%, а температура 26°С. В процессе сушки зерно не нагревалось выше 40°С и сохранило все свои технологические свойства, а съем влаги составил 4% за смену.
Борьба с ухудшением технологических свойств зерна, в том числе всхожести, из-за самосогревания является важнейшей задачей и рассматривается многими учеными. Как показали результаты нашего исследования, порча зерна может быть не единственной проблемой. Самосогревание очень опасно и с точки зрения пожарной опасности, особенно на масленичных культурах. Устранить негативное воздействие самосогревания и его последствий можно путем грамотного подхода к послеуборочной обработке зерна, его сушке и хранению. Наиболее оптимальным вариантом является бережная сушка в барабанной гелиосушилке.
Список источников
1. Двоенко О.В., Ченин А.Н. Снижение пожарной опасности при сушке и хранении зерна и семян // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2020. № 3. С. 26-32.
2. Панова Т.В., Панов М.В. Соблюдение температурного режима при заготовке и хранении зерна различных культур с использованием средств механизации // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. тр. Брянск: Изд-во Брянская ГСХА, 2013. С. 69-73.
3. Инновации в селекционно-семеноводческом процессе зерновых культур / Н.С. Шпилев,
B.Е. Ториков, С.М. Сычев и др. // Аграрная наука. 2022. № 9. С. 92-97.
4. Адылин И.П., Шилин А.С. Пожаротушение транспортных средств как способ снижения риска возникновения ЧС в сельскохозяйственном кластере России // Известия Оренбургского ГАУ. 2022.№ 2(94). С. 181-186.
5. Мелехина О.В., Лобанов В.Г. Влияние липидов покровных тканей на характер процессов в семенах подсолнечника при самосогревании // Известия высш. учеб. заведений. Пищевая технология. 1994. № 1-2. С. 23-24.
6. Исаев Х.М., Купреенко А.И., Исаев С.Х. Плодово-ягодная сушилка с комбинированным теплообменником // Сельский механизатор. 2020. № 1. С. 16-17.
7. Купреенко А.И., Чащинов В.И., Байдаков Е.М. Возобновляемые источники энергии как основа энергосберегающих технологий // Инновационные технологии и технические средства для АПК: материалы межрегион. науч.-практ. конф. молодых ученых. Ч. II. Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2009.
C. 181-186.
8. Уравнение теплового баланса воздушного гелиоколлектора с аккумулятором теплоты / А.И. Купреенко, В.Ф. Комогорцев, Х.М. Исаев, А.Н. Ченин, Г.В. Шкуратов // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 4. С. 33-36.
9. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Ченин А.Н. Применение гелиосушилок зерна в условиях Брянской области: теория и результаты. Брянск: Изд-во Брянский ГАУ, 2020. 174 с.
10. Панова Т.В., Панов М.В. Оценка значимости влияния факторов травмирования зерна пшеницы на его технологические свойства // Известия Оренбургского ГАУ. 2020. № 1 (81). С. 81-85.
11. Современные особенности материально-технического обеспечения сельского хозяйства в Брянской области / В.Ф. Васькин, О.Н. Коростелева, А.А. Кузьмицкая, Ю.И. Шмидт // Экономика и предпринимательство. 2021. № 4 (129). С. 547-552.
12. Возможности и приоритеты развития агропромышленного комплекса Брянской области / С.М. Сычёв, А.О. Храмченкова, А.А. Кузьмицкая и др. // Аграрная наука. 2022. № 9. С. 84-91.
13. Просянников Е.В., Малявко Г.П., Мамеев В.В. Современное состояние природных ресурсов растениеводства Брянской области // Агрохимический вестник. 2021. № 6. С. 45-49.
References
1. Dvoenko O.V., Chenin A.N. Snizhenie pozharnoj opasnosti pri sushke i hranenii zerna i semyan // Pozhary i chrezvychajnye situacii: predotvrashchenie, likvidaciya. 2020. № 3. S. 26-32.
2. Panova T.V., Panov M.V. Soblyudenie temperaturnogo rezhima pri zagotovke i hra-nenii zerna razlichnyh kul'tur s ispol'zovaniem sredstv mekhanizacii // Konstruirovanie, ispol'zovanie i nadezhnost' mashin sel'skohozyajstvennogo naznacheniya: sb. nauch. tr. Bryansk: Izd-vo Bryanskaya GSKHA, 2013. S. 69-73.
3. Innovacii v selekcionno-semenovodcheskom processe zernovyh kul'tur / N.S. Shpilev, V.E. Torikov, S.M. Sychev i dr. // Agrarnaya nauka. 2022. № 9. S. 92-97.
4. Adylin I.P., Shilin A.S. Pozharotushenie transportnyh sredstv kak sposob snizheniya riska vozniknoveniya CHS v sel'skohozyajstvennom klastere Rossii //Izvestiya Orenburgskogo GAU. 2022. № 2 (94). S. 181-186.
5. Melekhina O.V., Lobanov V.G. Vliyanie lipidov pokrovnyh tkanej na harakter pro-cessov v semenah podsolnechnika pri samosogrevanii // Izvestiya vyssh. ucheb. zavedenij. Pishchevaya tekhnologiya. 1994. № 1-2. S. 23-24.
6. Isaev H.M., Kupreenko A.I., Isaev S.H. Plodovo-yagodnaya sushilka s kombiniro-vannym teploobmennikom //Sel'skij mekhanizator. 2020. № 1. S. 16-17.
7. Kupreenko A.I., CHashchinov V.I., Bajdakov E.M. Vozobnovlyaemye istochniki energii kak osnova energosberegayushchih tekhnologij // Innovacionnye tekhnologii i tekhnicheskie sredstva dlya APK: materialy mezhregion. nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh. CH. II. Voro-nezh: FGOU VPO VGAU, 2009. S. 181-186.
8. Uravnenie teplovogo balansa vozdushnogo geliokollektora s akkumulyatorom teploty / A.I. Kupreenko, V.F. Komogorcev, H.M. Isaev, A.N. CHenin, G.V. SHkuratov // Traktory i sel'hozmashiny. 2016. № 4. S. 33-36.
9. Kupreenko A.I., Isaev H.M., Chenin A.N. Primenenie geliosushilok zerna v usloviyah Bryanskoj oblasti: teoriya i rezul'taty. Bryansk: Izd-vo Bryanskij GAU, 2020. 174 s.
10. Panova T.V., Panov M.V. Ocenka znachimosti vliyaniya faktorov travmirovaniya zerna pshenicy na ego tekhnologicheskie svojstva//Izvestiya Orenburgskogo GAU. 2020. № 1 (81). S. 81-85.
11. Sovremennye osobennosti material'no-tekhnicheskogo obespecheniya sel'skogo hozyajstva v Bryanskoj oblasti / V.F. Vas'kin, O.N. Korosteleva, A.A. Kuz'mickaya, YU.I. SHmidt // Ekonomika i predprinimatel'stvo. 2021. № 4 (129). S. 547-552.
12. Vozmozhnosti i prioritety razvitiya agropromyshlennogo kompleksa Bryanskoj oblasti / S.M. Sychyov, A.O. Hramchenkova, A.A. Kuz'mickaya i dr. //Agrarnaya nauka. 2022. № 9. S. 84-91.
13. Prosyannikov E.V., Malyavko G.P., Mameev V.V. Sovremennoe sostoyanie prirodnyh resursov rastenievodstva Bryanskoj oblasti // Agrohimicheskij vestnik. 2021. № 6. S. 45-49.
Информация об авторах
А.Н. Ченин - кандидат технических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии, ФГБОУ ВО «Брянский государственны аграрный университет», aleksej .chenin@mail.ru.
Information about the authors
Chenin A.N. - Candidate of Technical Sciences, Docent, Dept. of Life Safety and Environmental Engineering, Bryansk State Agrarian University, aleksej.chenin@mail.ru.
Статья поступила в редакцию 26.04.2023; одобрена после рецензирования 12.05.2023, принята к публикации 29.05.2023.
The article was submitted 26.04.2023; approved after rewiewing 12.05.2023; accepted for publication 29.05.2023.
© Ченин А.Н.
