Submit manuscript Sign in / Sign up
Advanced search
Article sections

ON THE EFFECT OF SCARIFICATION ON THE SURFACE STRENGTH OF LEGUME SEEDS

Research article
Rozhkov G. A.
Perekopskiy A. N.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.107.5.010
Issue: № 5 (107), 2021
Published:
2021/05/17
PDF

ВЛИЯНИЕ СКАРИФИКАЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ СЕМЯН БОБОВЫХ ТРАВ

Научная статья

Рожков Г.А.1, *, Перекопский А.Н.2

1, 2  Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (bauermw[at]mail.ru)

Аннотация

В статье представлена и обоснована актуальность направления ведения исследований по скарификации многолетних семян трав бобовых. Обозначена цель исследований, её направление повышение эффективности скарификации семян многолетних бобовых трав. Описаны характеристики козлятника восточного и его возможное дальнейшее применение в различных направления производственной деятельности. Приведён анализ существующих способов предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав (козлятника). Представлены машины, их характеристики и недостатки, которые в настоящее время применяют для обработки семян перед посевом. Сделан вывод, что применение скарификации помогает получить более высокие показатели всхожести семян.

Ключевые слова: скарификация, семена, бобовые травы, всхожесть.

ON THE EFFECT OF SCARIFICATION ON THE SURFACE STRENGTH OF LEGUME SEEDS

Research article

Rozhkov G. A. 1,*, Perekopskiy A. N. 2

1, 2 Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production, branch of the All-Union Research Institute of Agricultural Mechanization, Saint Petersburg, Russia

* Corresponding author (bauermw[at]mail.ru)

Abstract

The article presents and substantiates the relevance of the research on the scarification of perennial legume seeds. The aim of the study is to increase the efficiency of scarification of perennial legume seeds. The study describes the characteristics of Galega orientalis and its possible further application in various areas of production activity along with providing an analysis of existing methods of pre-sowing seed treatment of perennial legumes (Galega orientalis). The research presents the machines, which are currently used for processing seeds before sowing, and defines their characteristics and disadvantages. It is concluded that scarification contributes to obtaining higher seed germination rates.

Keywords: scarification, seeds, legumes, germination. Введение

Продовольственная безопасность государства зависит, в основном, от его способности и возможности само обеспечения продовольственной продукцией. Так как производство молока и мяса на прямую зависит от количества и качества потребляемого корма животными, производство высокопитательных кормов является актуальной задачей, а увеличение в рационах крупного рогатого скота количества высококачественного сена и сенажа из однолетних и многолетних злаково-бобовых смесей позволит повысить обеспеченность животных белком, минеральными и витаминными компонентами, что положительно скажется на продуктивности животных в виде молочной продукции и продуктивной массы. Основной причиной повышения значения такого показателя, как расход семян бобовых трав в процессе их посева являются их твердокаменность и высокая прочность поверхностной плёнки, она сдерживает набухание зёрен, а также не позволяет им прорастать [1, С. 16], [2, С. 34]. Как правило, такое развитие событий приводит к большой временной паузе в процессе всхода семян, а в крайнем случае даже к частичной потере ранее посеянных семян. Козлятник восточный – многолетнее растение семейства бобовых, травостой используется 10-15 лет. Зелёная масса богата витаминами, каротином, содержит все нужные аминокислоты, много лейцина и лизина, сахарный минимум 5-6 %. Травостой используется на заготовление зелёного корма, силоса, сена, травяной муки, а также для выпаса [3, С. 25], [4, С. 154].

Целью исследований является повышение эффективности скарификации семян многолетних бобовых трав.

Методы и принципы исследования

На сегодняшний день снижать твёрдость оболочки семян бобовых трав можно применяя различные способы воздействия, среди них основными являются: химическая обработка (применение серной кислоты), термическая обработка (прогревая и промораживая), радиочастотная обработка (электромагнитным полем), ультразвуковая обработка и механическая (скарификация). Наиболее доступным, простым и производительным является механический способ нарушения герметичности, покрывающей плёнки семян. Однако, применяемые для этой цели скарификаторы малоэффективны, имея рабочие органы высокой твёрдости с абразивным (истирающим) эффектом и высокую скорость воздействия на семена, слишком сильно повреждают и травмируют рабочий материал при его обработке. Помимо этого, устройство для дозировки, устройство для подачи и распределения у скарификаторов не всегда могут обеспечить равномерную подачу материала к рабочему органу, а это также может и будет отрицательно влиять на качество обработки [5], [6], [8]. Для того, чтобы устранить обозначенные недостатки необходимо усовершенствовать скарификатор путём модернизации рабочих органов, позволяющих обеспечить необходимую и стабильную деформацию семян многолетних трав для получения более высокого качества обработки материала.

Основные результаты

Основной целью эксперимента является проверка теоретических положений (подтверждение рабочей гипотезы), а также более широкое и глубокое изучение темы научного исследования. В нашем исследовании планируется проверить следующие рабочие гипотезы: возможность воздействия на семена многолетних бобовых трав вращающихся (с различными частотами) рабочих органов, за счёт сил инерции, позволяющие подготавливать продукт за минимальное время с максимальной эффективностью; выявление зависимости количества и частоты вращения рабочих органов на качество предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав, обрабатываемых с помощью экспериментального скарифицирующего устройства; выявление зависимости от изменения угла подачи сырья на качество предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав, обрабатываемых с помощью экспериментального скарифицирующего устройства. А также возможность изменения количества рабочих органов в ходе эксперимента для выявления чётких зависимостей качества обработки семян от количества рабочих органов и скоростей их вращения.

Семена козлятника имеют трудную по проницаемости, как для воды, так и для воздуха оболочку. Твёрдость семян зачастую достигает 30 %, поэтому скарификация является обязательной. Важно отрегулировать скарификаторы и клеверотёрки, чтобы семена не дробились. Маленькие партии семян можно обработать вручную наждачной бумагой. Скарификация повышает всхожесть до 82-95 %. Необходимо помнить, что скарифицированные семена долго не хранятся и быстро теряют всхожесть [9, С. 118], [10].

В данном исследовании предлагается сравнивать несколько видов механической предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав на примере козлятника восточного:

  1. Классический способ обработки путём воздействия материала Р80 с временем воздействия на семена 10 минут.
  2. Экспериментальный способ, штифтовым, экспериментальным устройством с трёх рядными рабочими органами с нанесённой режущей поверхностью, время воздействия 1-2 с:

- прямая подача сырья на 3-х частотах вращения (500-1000-1500 об/мин);

- направленная подача сырья на трёх частотах вращения (500-1000-1500 об/мин).

  1. Обработка инерционным устройством с умышленным превышением частоты вращения рабочих органов с временем воздействия 10-15 с:

- исследование без ограничения траектории после контакта с рабочими органами на частоте вращения 16000 об/мин;

- исследование повреждений семян с ограничением траектории после контакта с рабочими органами на частоте вращения 16000об/мин;

Опыты планируется провести в 3-х кратной повторности и получить контрольную партию для испытания на всхожесть.

Местом проведения экспериментальных исследований будут служить внутренние производственные мощности ИАЭП - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ.

Способ обработки семян многолетних бобовых трав должен обеспечивать запрограммированную, необходимую деформацию (повреждение) семян, без повреждения зародыша, что обеспечивает лучшие результаты по всхожести и позволяет сократить затраты и норму высева. Существующие образцы машин, которые используются для данной операции в состоянии обеспечить условно удовлетворительную обработку, но имеют недостатки в виде низкого качества обработки семян ввиду чрезмерного контакта семян с рабочими органами, особенно это касается самых распространённых машин с абразивным принципом воздействия.

Опытный образец планируется сравнивать с популярными моделями на рынке с/х техники, такими как: СКР 300 (фрикционно-дисковое), СК 300 (инерционное).

03-06-2021 14-28-11

Рис. 1 – Серийные модели скарификаторов:

a – СКР 300 (фрикционно-дисковое), производительность, кг/ч 300, мощность привода 3кВт; b – СК 300 (инерционное), производительность, кг/ч 300, мощность привода 1.1кВт

 

Данные образцы имеют обоснованные параметры и пригодны для предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав, но при своих достоинствах они имеют ряд недостатков, а именно: высокая стоимость, избыточно долгий контакт семенного материала с рабочими органами, низкий уровень запрограммированной деформации в связи с неконтролируемыми процессами в ходе обработки.

Заключение

Для семян с твёрдой оболочкой, таких, как у многолетних бобовых трав, семена целесообразно сначала скарифицировать, то есть нарушить целостность оболочки для облегчения попадания влаги внутрь семени. Создать трещины в кожуре семени нужно так, чтобы не повредить жизнеспособность семенного материала и создать условия для ускоренного поступления воды внутрь семени. Специально предназначенная для этих целей машина-скарификатор во многих хозяйствах отсутствует, поэтому её разработка является актуальной задачей на сегодняшний день.

Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Попов В.Д. Организационно-технологические аспекты эффективности заготовки кормов в хозяйствах ленинградской области / В.Д. Попов, А.Н. Перекопский, В.Н. Горнак // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2003. – № 75. – С. – 14 – 21.
  2. Сагалбеков У.М. Проблемы семеноводства многолетних трав / У.М. Сагалбеков // Аграрный сектор. – 2010. - № 1 (3) – с.34-35.
  3. Попов В.Д. Пути развития кормовой базы в северо-западном регионе России / В.Д. Попов, В.М. Могильницкий, А.Н. Перекопский и др. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2001. – № 72. – С. – 22 – 27.
  4. Перекопский А.Н. Ресурсосберегающие технологии производства кормов в условиях Северо-Западного региона РФ // В сборнике: Экология и сельскохозяйственная техника. материалы 4-й научно-практической конференции. – С. – 152 – 159.
  5. Оразбаев С. Влияние скарификации на твердосемянность многолетних бобовых трав / С. Оразбаев, Б. Салакшинова, Г. Мендибаева и др. // Международный научно-исследовательский журнал. – 2013. № – 12 – 2 (19). – Стр. – 14 – 16.
  6. Хасанов Э.Р. Универсальный пневматический скарификатор / Э.Р. Хасанов, Р.Р. Камалетдинов // Патент на изобретение RU 2683484 C1, 28.03.2019. Заявка № 2018126566 от 18.07.2018.
  7. Rafiei Z. Assessment of effective factors on breaking seed dormancy in Prunus dulcis (Mill.) D.A. Webb / Z. Rafiei, V. Rouhi // Acta Horticulturae. Vol. 1249, 2019, Pages 167-173.
  8. Murugesan P. Hybrid seed germination in oil palm (Elaeis guineensis) affected by innovative dormancy breaking techniques / P. Murugesan, M. Shareef // Indian Journal of Agricultural Sciences Vol. 84, p. 1542-1545.
  9. Хасанов Э.Р. Обоснование показателей качества работы скарификатора семян козлятника / Э.Р. Хасанов, Д.И. Маскулов, Р.З. Мусин // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2019. – № 3 (51). С. – 114 – 120.
  10. Myint T. Germination of seed of oil palm (Elaeis guineensis Jacq.) as affected by different mechanical scarification methods / T. Myint, W. Chanprasert, S. Srikul // Seed Science and Technology. Vol. 38, 2010, Pages 635-645.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Popov V. D. Organizacionno-tekhnologicheskie aspekty effektivnosti zagotovki kormov v hozyajstvah leningradskoj oblasti [Organizational and technological aspects of the efficiency of feed procurement in the farms of the Leningrad region] / V. D. Popov, A. N. Perekopsky, V. N. Gornak // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop production and animal husbandry]. 2003. - No. 75. - p. - 14-21. [in Russian]
  2. Sagalbekov U. M. Problemy semenovodstva mnogoletnih trav [Problems of seed production of perennial herbs] / U. M. Sagalbekov // Agrarnyj sektor [Agrarian sector]. – 2010. -№ 1 (3) – pp. 34-35. [in Russian]
  3. Popov V. D. Puti razvitiya kormovoj bazy v severo-zapadnom regione Rossii [Ways of developing the feed base in the north-western region of Russia] / V. D. Popov, V. M. Mogilnitsky, A. N. Perekopsky et al. // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva [Technologies and technical means of mechanized production of crop production and animal husbandry]. 2001. - No. 72. - p. - 22-27. [in Russian]
  4. Perekopsky A. N. Resursosberegayushchie tekhnologii proizvodstva kormov v usloviyah Severo-Zapadnogo regiona RF [Resource-saving technologies of feed production in the conditions of the North-Western region of the Russian Federation] / A. N. Perekopsky // V sbornike: Ekologiya i sel'skohozyajstvennaya tekhnika. materialy 4-j nauchno-prakticheskoj konferencii [In the collection: Ecology and agricultural machinery. materials of the 4th scientific and practical conference]. 2005. - p. - 152-159.
  5. Orazbayev S. Vliyanie skarifikacii na tverdosemyannost' mnogoletnih bobovyh trav [Effect of scarification on verdoemenis perennial legumes] / S. Orazbayev, B. Malakshinova, G. Mendibaeva etc. // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. – 2013. № – 12 – 2 (19). – P. 14 – 16. [in Russian]
  6. Khasanov R. E. Universal'nyj pnevmaticheskij skarifikator [Universal pneumatic scarifier] / E. R. Khasanov R. R. Kamaletdinov // Patent for invention RU 2683484 C1, 28.03.2019. Application no. 2018126566 dated 18.07.2018. [in Russian]
  7. Rafiei Z. Assessment of effective factors on breaking seed dormancy in Prunus dulcis (Mill.) D.A. Webb / Z. Rafiei, V. Rouhi // Acta Horticulturae. Vol. 1249, 2019, Pages 167-173.
  8. Murugesan P. Hybrid seed germination in oil palm (Elaeis guineensis) affected by innovative dormancy breaking techniques / P. Murugesan, M. Shareef // Indian Journal of Agricultural Sciences Vol. 84, p. 1542-1545.
  9. Khasanov E. R. Obosnovanie pokazatelej kachestva raboty skarifikatora semyan kozlyatnika [Substantiation of indicators of the quality of the work of the goatgrass seed scarifier] / E. R. Khasanov, D. I. Maskulov, R. Z. Musin // Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Bashkir State Agrarian University]. 2019. - No. 3 (51). p. - 114-120. [in Russian]
  10. Myint T. Germination of seed of oil palm (Elaeis guineensis Jacq.) as affected by different mechanical scarification methods / T. Myint, W. Chanprasert, S. Srikul // Seed Science and Technology. Vol. 38, 2010, Pages 635-645.