CC BY
19
УДК. 631.416.881
ВЛИЯНИЕ ЦИНКА И СВИНЦА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИВОВАРЕННОГО ЯЧМЕНЯ. СООБЩЕНИЕ 1
© 2006 г. Т.М. Минкина, О.Г. Назаренко, В.С. Крыщенко, С.С. Манджиева
During 2 years compounds of Zn and Pb had negative influence on physical properties of barley grain. Pb influence on the considered parameters has been expressed more strongly. Meliorants addition had positive influence on the studied properties.
Увеличение производства зерна является ключевой проблемой в развитии сельского хозяйства России. Одно из центральных направлений решения этой проблемы - повышение урожайности и валовых сборов зерна ячменя. Основным производителем ячменя на Северном Кавказе как в прошлом, так и в настоящее время является Ростовская область, где сосредоточено примерно 80 % его производства в регионе. Поэтому состояние этой культуры в области во многом характеризует и уровень ее на Северном Кавказе. В Ростовской области в период с 1961 по 1990 г. площадь посевов ячменя в среднем составляла около полутора миллионов гектаров - это более сорока процентов площади посевов всех зерновых культур [1].
Ячмень - важнейшая продовольственная, фуражная и техническая культура. В нашей стране основное количество зерна ячменя (около 70 % валового сбора) расходуется на кормовые цели [2, 3]. С появлением промышленных предприятий для производства солода и пива стали использовать в основном ячмень. Биологические и морфофизиологические особенности строения зерновки ячменя лучше подходили для механизированной промышленной технологии приготовления пива, кроме того, зерно ячменя стоило значительно дешевле, что также играло немаловажную роль в предпочтительном использовании этой культуры для пивоварения. Ячмень постепенно превратился в главную культуру, служащую сырьём для пивоварения. Государство стимулирует производство ячменя для пивоварения, оплачивая зерно, соответствующее требованиям ГОСТа, по повышенным ценам [4 - 6].
В современных условиях сельскохозяйственные товаропроизводители нередко сталкиваются с необходимостью выращивать продукцию на землях, в разной степени загрязненных тяжелыми металлами (ТМ). Загрязнение почв ТМ оказывает негативное действие на возделываемые культуры, снижая количество и качество получаемой продукции. Учитывая, что Ростовская область производит значительное количество растениеводческой продукции, возникает естественный вопрос о соответствии ее требованиям экологической безопасности, в частности, по содержанию ТМ. Фактически не изученной является проблема влияния ТМ на качественные показатели зерна ярового ячменя.
Ячмень своими свойствами и качеством определяет характер производимого из него солода, свойства которого влияют на тип, качество и характер пива. Доброкачественным называют хорошо вызревшее, здоровое зерно, находящееся в состоянии покоя. О доброкачественности, т. е. технологических свойствах, судят по органолептическим и физическим показателям, химическим и физиологическим параметрам.
В настоящей работе изучены физические показатели зерна ячменя, выращенного на загрязненных ТМ почвах.
Объект и методы исследований
Почва - чернозем обыкновенный мощный слабо-гумусированный тяжелосуглинистый на лессовидных суглинках (табл. 1).
Обеспеченность подвижным фосфором по соответствующей группировке почв [7] оценивается как высокая, обменным калием - повышенная.
Таблица 1
Физико-химические свойства и агрохимические показатели чернозема обыкновенного
(ГСУ «Ростовский»)
Глубина отбора образцов, см Гумус,% рН водн. N-NO3 P2O5, подв. К2О, обм. Обменные основания CaCO3, % Физ. глина, % Ил, %
Ca2+ 1 Mg2+
мг/100 г мг-экв/100г
0-20 3,8 7,5 0,9 6,0 36,4 30 4,5 0,15 58,0 34,5
Для проведения исследований были выбраны наиболее часто встречающиеся на территории Ростовской области поллютанты, содержание которых превышает ПДК - РЬ и 2и. Металлы вносились с осени в сухом виде в пахотный горизонт (0-20 см) в форме легкорастворимых ацетатных солей в количестве 600 мг/м2 2и и 200 мг/м2 РЬ, что соответствует 3 ПДК данных элементов по валовой форме. Для устранения эффекта загрязнения почв применялся мел, глауконит и полуперепревший навоз крупного рогатого скота. Мелиоранты вносились через 3 месяца после загрязнения почвы. Мелкоделяночный опыт проведен по следующей схеме: 1) контроль; 2) металл * (Ме); 3) Ме + 2,5 кг/м2 мела; 4) Ме + 2,5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза; 5) Ме + 5 кг/м2 мела; 6) Ме + 5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза; 7) Ме + 2 кг/м2 глауконита; 8) Ме + 2 кг/м2 глауконита + 5 кг/м2 навоза; 9) Ме + 5 кг/м2 на-
Для оценки физических свойств пивоваренного ячменя определялись следующие показатели: содержание мелких зерен и крупности по ГОСТу 13586.2-81 [10]; последняя (масса 1000 зерен) по ГОСТу 12042-66 [11]. Абсолютная масса зависит от величины и однородности зерен, от крупности, спелости и плотности зерна.
Результаты исследований
Известно, что товарная ценность партии ячменя характеризуется содержанием примесей и выравнен-ностью зерна по размерам, так как при переработке сильно засоренного ячменя с низкой выравненностью получается большое количество отходов.
Для солодоращения большое значение имеют крупность и однородность зерна по размеру. Крупность зерна зависит от количества преобладающей фракции зерен, имеющих одинаковые размеры. Использование зерна с пониженной крупностью и высоким содержанием мелкого зерна невыгодно как с экономической, так и технологической точки зрения: при соложении более мелкого зерна уменьшается выход готового солода из-за потерь сухих веществ. Применение плохо выровненного зерна приводит к тому, что зерна поглощают разное количество воды при замачивании и затем по-разному ведут себя при про-
воза. В качестве металла в одной серии опытов вносился цинк, в другой - свинец.
Исследуемая культура - яровой ячмень (Hordeum sativum distichum), сорт - Одесский 100, в зерне которого содержание белка соответствует его пивоваренным свойствам [8]. Агротехника возделывания культуры - зональная. Закладка опытов, проведение наблюдений и учетов, отбор растительных проб проводились в соответствии с методиками полевого опыта [9] на базе ГСУ «Ростовский». Образцы растений отбирались в фазу полной спелости ярового ячменя.
Во время проведения опыта складывались благоприятные погодные условия, вместе с тем некоторые климатические показатели значимо различались по годам (табл. 2). Метеоусловия 2000 и 2001 г. были достаточно благоприятным для роста и развития ярового ячменя; 2002 г. был засушливым.
Таблица 2
ращивании. В результате получается нестабильное качество солода. С технологической точки зрения лучшими являются ячмени, легко прорастающие и теряющие при этом наименьшее количество питательных веществ.
Анализ крупности зерна показал, что полученное в опытах зерно ячменя в среднем за 3 года (20002002 гг.) относится ко 2-му классу (крупность не менее 60 %, количество мелких зерен не более 7 %) (табл. 3). В 2000 г. на контроле и на ряде других вариантов было получено первоклассное зерно (крупность не менее 85 %, количество мелких зерен не более 5 %). Различия между контрольными вариантами по годам связаны с погодно-климатическими условиями (табл. 2).
При загрязнении 2и наблюдалось достоверное снижение крупности зерна и тенденция к увеличению количества мелких зерен. Наибольшее влияние на этот процесс оказала засуха 2002 г.: отмечено снижение крупности на 9 % и увеличение количества мелких зерен на 10 % (табл. 3; рисунок).
При внесении РЬ установлено снижение крупности зерна в среднем за 3 года на 20 %. Колебания по годам незначительны (табл. 3). При этом почти в 2 раза увеличилось количество мелких зерен, особенно интенсивно в 2000 г. - в 3,9 раза (табл. 4). Это подтверждает положение о том, что РЬ, поступая в растение,
Основные показатели климата ГСУ «Ростовский» за 2000-2002 гг.
Показатель 2000 2001 2002 Среднее
Число дней с относительной влажностью < 30 % 16 29 48 31
Осадки, мм Всего за год 625,5 805,7 550,2 660,5
Апрель-октябрь 393,1 469,0 327,7 396,6
Сумма активных температур (1 >10 °С), °С 3698 3306 3456 3487
Среднегодовая температура воздуха,°С + 9,99 + 9,98 + 10,23 + 10,07
Гидротермический коэффициент за год 1,06 1,42 0,95 1,14
Минимальная температура воздуха,°С - 18,0 - 19,5 - 26,3 - 21,3
Максимальная температура воздуха,°С + 37,0 + 37,9 + 38,3 + 37,7
Период активной вегетации (1 >10 °С), дн. 183 180 178 180,3
Обеспеченность влагой 0,39 0,48 0,25 0,37
Суровость зимы Умеренно мягкая Мягкая Мягкая Мягкая
3 4 5 6 7
Варианты опыта
8 9
3 4 5 6 7
Варианты опыта
3 4 5 6 7 0 9
Варианты опыта
Влияние 7и и РЬ на технологические параметры зерна пивоваренного ячменя.
1 2 3 4 5 В 7 8 9 Варианты опыта
уменьшает размеры клеток и замедляет их деление [12]. Следовательно, ячмень, выращенный на загрязненной РЬ почве, по крупности и количеству мелких зерен не соответствовал требованиям пивоварения.
Масса 1000 зерен является очень важным показателем качества пивоваренного ячменя. Абсолютной массой зерна называют массу сухого вещества 1000 зерен, выраженную в граммах [11]. Она зависит от ве-
Таблица 3
Влияние тяжелых металлов и различных приемов химической ремедиации чернозема обыкновенного на
крупность зерна ячменя (2000 - 2002 гг.), %
Вариант опыта Zn Pb
2000 2001 2002 Среднее за 3 года 2000 2001 2002 Среднее за 3 года
1. Контроль 85,5 75,4 63,9 74,9 85,5 75,4 63,9 74,9
2.Металл ( Ме) 79,5 72,1 58,2 69,9 68,3 59,4 51,0 59,6
3. Ме + 2,5 кг/м2 мела 79,1 67,9 58,4 68,5 80,1 70,6 58,6 69,8
4. Ме + 2,5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза 84,5 75,3 65,0 74,9 83,3 73,7 62,8 73,3
5. Ме + 5 кг/м2 мела 79,9 70,5 61,6 70,7 81,3 70,8* 60,0 70,7
6. Ме + 5 кг/м2 мела+ 5 кг/м2 навоза 86,2 75,8 67,0 76,3 86,6 76,2 63,9 75,6
7. Ме + 2 кг/м2 глауконита 82,9 72,7 61,8 72,5 84,6 75,2 63,7 74,5
8. Ме + 2 кг/м2 глауконита + + 5 кг/м2 навоза 85,1 75,7 64,7 75,2 86,9 80,1* 67,2 78,1
9. Ме + 5 кг/м2 навоза 79,7 70,7 60,7 70,4 82,7 69,8* 60,5 71,0
НСР 05 5,1 4,5 5,0 2,5 5,3 4,9 5,1 1,9
Таблица 4
Влияние тяжелых металлов и различных приемов химической мелиорации чернозема обыкновенного на количество мелких зерен ячменя (2000 - 2002 гг.), %
Вариант опыта Zn Pb
2000. 2001. 2002. Среднее за 3 года 2000. 2001. 2002. Среднее за 3 года
1. Контроль 1,6 5,8 5,2 4,2 1,6 5,8 5,2 4,2
2.Металл ( Ме) 1,8 5,6 5,7 4,4 6,3 9,2 9,1 8,2
3. Ме + 2,5 кг/м2 мела 3,6 6,1 8,2 6,0 2,3 5,7 12,9 7,0
4. Ме + 2,5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза 2,1 5,1 5,6 4,3 2,5 5,7 4,8 4,3
5. Ме + 5 кг/м2 мела 5,2 8,0 5,1 6,1 1,7 4,9 8,0 4,9
6. Ме + 5 кг/м2 мела+ 5 кг/м2 навоза 2,4 5,2 3,6 3,7 1,4 4,6 6,1 4,0
7. Ме + 2 кг/м2 глауконита 3,1 6,5 8,3 6,0 0,8 4,2 7,6 4,2
8. Ме + 2 кг/м2 глауконита + 5 кг/м2 навоза 1,8 5,8 5,8 4,5 1,1 3,2 3,2 2,5
9. Ме + 5 кг/м2 навоза 1,8 6,0 5,5 4,4 1,3 5,3 4,9 3,8
НСР 05 0,5 0,8 0,7 1,2 0,8 0,9 0,9 2,7
личины и однородности зерен, от крупности, спелости и плотности зерна. Условия выращивания существенно влияют на процесс налива зерна, который определяет массу 1000 зерен. Масса 1000 зерен ячменя изменяется от 23 до 54 г в зависимости от условий возделывания [3]. Абсолютная масса хорошего двухрядного ячменя равна примерно 40 г. Ячмени, имеющие массу 1000 зерен до 40 г, считаются легкими, до 44 г - средними, более 45 г - тяжелыми. Последние более экстрактивны из-за высокой удельной массы основного компонента -. крахмала. Ячмени с абсолютной массой менее 38 г относятся к категории зерна низкого качества [11].
Установлено, что масса 1000 зерен воздушно-сухого ячменя на контроле составила в среднем за три года 47,4 г, с колебаниями по годам 46,3 - 48,6 г
(табл. 5). Зерно, полученное на контроле, относится к тяжелым ячменям. Существенное влияние на массу 1000 зерен оказывают погодные условия, в особенности количество осадков в период формирования и налива зерна. При избыточном увлажнении в июне - июле формируется мелкое, плохо выполненное зерно [13]. Наши исследования подтвердили данное положение. Так, за июнь - июль 2001 г. выпало 135,3 мм осадков, что значительно превысило среднюю многолетнюю норму. Это отразилось на физических свойствах зерна ячменя (табл. 5), что связано с задержкой синтеза углеводов в листьях в условиях обильного увлажнения в период налива зерна, в силу чего уменьшается их содержание в зерновках [14].
Таблица 5
Влияние тяжелых металлов и различных приемов химической мелиорации чернозема обыкновенного
на абсолютную массу зерна ячменя (2000 - 2002 гг.), г
Вариант опыта Zn Pb
2000 2001 2001 Среднее за 3 года 2000 2001 2002 Среднее за 3 года
1. Контроль 48,6 47,3 46,3 47,4 48,6 47,3 46,3 47,4
2.Металл ( Ме) 46,8 46,3 44,2 45,8 39,9 37,8 39,6 39,1
3. Ме + 2,5 кг/м2 мела 46,5 45,2 44,3 45,3 46,6 45,7 44,4 45,5
4. Ме + 2,5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза 48,1 47,3 46,7 47,3 47,8 46,9 45,7 46,8
5. Ме + 5 кг/м2 мела 47,0 46,1 45,1 46,1 47,0 45,8 44,9 45,9
6. Ме + 5 кг/м2 мела+ 5 кг/м2 навоза 48,9 48,1 47,4 48,1 48,9 47,6 46,4 47,6
7. Ме + 2 кг/м2 глауконита 47,6 46,4 45,6 46,6 48,3 47,1 46,2 47,2
8. Ме + 2 кг/м2 глауконита + 5 кг/м2 навоза 48,6 47,8 46,9 47,8 49,8 48,6 47,5 48,6
9. Ме + 5 кг/м2 навоза 46,9 45,9 44,7 45,8 46,9 45,5 44,9 45,7
НСР 05 1,8 1,7 1,9 0,5 1,8 1,8 1,8 1,0
Наряду с этим при повышенной влажности растения часто поражаются различными грибковыми заболеваниями, в связи с чем усиливается непроизводительный расход углеводов, что также отражается на выполненности зерна [15].
Необходимо отметить, что недостаток влаги, как и ее избыток, отрицательно отразились на физических свойствах зерна пивоваренного ячменя. Засушливый 2002 г. характеризовался самими низкими рассмотренными показателями (табл. 3 - 5). Кроме
погодно-климатических условий, на свойства ячменя влияет содержание ТМ в почве. При загрязнении почвы 2и в среднем за три года отмечено достоверное уменьшение массы 1000 зерен в 2000 и 2002 г. -на 3,8 % и 4,4 % (табл. 5;. рисунок). Вероятно, более влажные погодные условия 2001 г. снизили токсический эффект от внесения тяжелого металла и в этот год прослеживается лишь тенденция к уменьшению абсолютной массы зерна.
При внесении РЬ абсолютная масса ячменя достоверно сократилась в среднем за 3 года на 18 % (особенно интенсивно в 2001 г. - на 20 %) и стала меньше 40 г. Полученный ячмень оценивался как легкий, что неблагоприятно для пивоварения. Таким образом, показатели крупности зерна, количества мелких зерен и абсолютной массы 1000 зерен оказались более чувствительными к загрязнению РЬ чем 2и.
Внесение мелиорантов привело к улучшению физических свойств зерна ячменя (табл. 2 - 4). Раздель-
ное внесение глауконита и мела малорезультативно, особенно в засушливый год. Наибольшую эффективность при инактивации исследуемых ТМ показали варианты совместного внесения мела и глауконита с навозом. Причем при загрязнении 2и наиболее высокие результаты получены при совместном применении двойной дозы карбонатов с навозом. При загрязнении РЬ лучше всех зарекомендовал себя вариант использования глауконита совместно с навозом (табл. 3 - 5).
В последействии по 2и достоверные различия между вариантами опыта с используемыми сорбентами и загрязнением, а также контролем отмечаются только по количеству мелких зерен (табл. 6). При загрязнении почвы РЬ на второй год сохраняется математически достоверное снижение всех рассмотренных параметров.
Таблица 6
Влияние ТМ на физические свойства зерна пивоваренного ячменя
Вариант опыта Zn Pb
Крупность зерна, % Количество мелких зерен, % Абсолютная масса, г Крупность зерна, % Количество мелких зерен, % Абсолютная масса, г
Действие Последействие Действие Последействие Действие Последействие Действие Последействие Действие Последействие Действие Последействие
1. Контроль 85,5 79,0 1,6 3,2 48,6 48,2 85,5 79,0 1,6 3,2 48,6 48,2
2.Металл ( Ме) 79,5 80,0 1,8 2,0 46,8 48,2 68,3 69,8 6,3 4,2 39,9 45,6
3. Ме + 2,5 кг/м2 мела 79,1 80,9 3,6 1,7 46,5 48,3 80,1 76,1 2,3 3,3 46,6 47,3
4. Ме + 2,5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза 84,5 79,8 2,1 3,4 48,1 48,2 83,3 76,4 2,5 2,0 47,8 47,4
5. Ме + 5 кг/м2 мела 79,9 75,4 5,2 3,1 47,0 46,9 81,3 74,9 1,7 2,1 47,0 46,9
6. Ме + 5 кг/м2 мела + 5 кг/м2 навоза 86,2 76,1 2,4 3,1 48,9 47,3 86,6 79,0 1,4 3,2 48,9 48,1
7. Ме + 2 кг/м2 глауконита 82,9 76,0 3,1 3,5 47,6 47,2 84,6 80,0 0,8 2,2 48,3 48,4
8. Ме + 2 кг/м2 глауконита + 5 кг/м2 навоза 85,1 80,2 1,8 4,1 48,6 48,2 86,9 81,3 1,1 3,0 49,8 48,9
9. Ме + 5 кг/м2 навоза 79,7 77,8 1,8 3,5 46,9 47,9 82,7 78,7 1,3 2,9 46,9 48,1
НСР 05 5,3 5,1 0,8 0,9 1,8 1,8 5,3 5,1 0,7 0,9 2,1 1,9
Таким образом, можно заключить, что физические показатели зерна пивоваренного ячменя зависят от погодных условий и от загрязнения почв ТМ. Соединения 2и и РЬ в течение 2 лет негативно влияли на физические свойства зерна ячменя. Влияние РЬ на рассмотренные показатели было выражено сильнее. Внесение мелиорантов имело положительное воздействие на изученные свойства.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 06-04-96645-р_юг_а).
Литература
1. Алабушев В.А. Прогрессивная технология выращивания ярового ячменя на Северном Кавказе. Ростов н/Д, 1992.
2. Трофимовская А.Я. Ячмень: Эволюция классификация, селекция. Л., 1972.
3. Потапов В.И. Формирование урожая и качества ячменя и овса в разных условиях минерального питания: Автореф. дис... канд. биол. наук. М., 1996.
4. Неттевич Э.Д., Коробов И.П. // Зерновое хозяйство. 1983. № 1.
5. Неттевич Э.Д., Аниканова З.Ф. // Зерновое хозяйство. 1984. № 11.
6. Сахибгареев А.А., Гареев Д.Б. Возделывание ячменя в Башкортостане. Уфа, 1997.
7. Практикум по агрохимии / Под ред. В.Г. Минеева. М., 1989.
8. Федосеенко С. В. Влияние цинка и свинца на свойства чернозема обыкновенного и качество ярового ячменя: Автореф. дис.. канд. биол. наук. Ростов н/Д. 2004.
9. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1968.
10. ГОСТ 13586.2-81. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения содержания сорной, зерновой, особо учитываемой примесей, мелких
зерен и крупности / Государственные стандарты 12.
СССР. Зерновые, зернобобовые и масличные куль- 13.
туры. Ч. 2. М., 1990. 14.
11. ГОСТ 12042-66. Семена сельскохозяйственных
культур. Методы определения массы 1000 семян / 15.
Государственные стандарты СССР. Зерновые, зернобобовые и масличные культуры. Ч. 2. М., 1990.
Синх С.П., РакиповН.Г. // Изв. ТСХА. 1987. Вып. 1. Иванова Т.И. // Агрохимия. 1982. № 4. Коданев И.М. Агротехника и качество зерна. М., 1970.
Dalal R., Strong W., Weston E., Cooper J., Thomas G. // Australian J. of Experimental Agriculture. 1997. Vol. 37. № 3.
Ростовский государственный университет
5 апреля 2006 г
