IMPROVING THE EFFICIENCY OF PRE-SOWING TREATMENT OF LEGUME SEEDS

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН БОБОВЫХ ТРАВ

Научная статья

Рожков Г.А.^1, *, Перекопский А.Н.²

^{1, 2} Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиал ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

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

Аннотация

В статье представлено обоснование актуальности процесса скарификации семян многолетних бобовых трав. Обозначена цель исследований. Предложено сравнение нескольких видов предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав на примере козлятника восточного. Представлены машины, их характеристики и недостатки, которые в настоящее время применяют для обработки семян перед посевом и экспериментальный образец агрегата для скарификации семян многолетних трав, а также результаты экспериментальных исследований при разной частоте вращения, прямой и обратной подаче рабочего материала и времени воздействия на него.

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

IMPROVING THE EFFICIENCY OF PRE-SOWING TREATMENT OF LEGUME SEEDS

Research article

Rozhkov G.A.^1, *, Perekopsky A.N.²

^{1, 2} Institute of Agroengineering and Environmental Problems of Agricultural Production, branch of the Federal Research Center of Agriculture All-Union Research Institute of Agricultural Mechanization, Saint-Petersburg, Russia

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

Abstract

The article presents the rationale for the relevance of the process of scarification of seeds of perennial legumes. The study indicates the purpose of the research and proposes a comparison of several types of pre-sowing treatment of seeds of perennial legumes using Galega orientalis as an example. The study also touches on the characteristics, and disadvantages of the machines that are currently used for pre-sowing seed treatment, and an experimental sample of the unit for scarification of seeds of perennial grasses, as well as the results of experimental studies at different rotation speeds, direct and reverse feed of the working material and the length of the pressure exerted on it.

Keywords: legumes, Galega orientalis, seeds, scarification, 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

Семя козлятника восточного имеет средний размер 1.5х3.5 мм, при этом обладая низким удельным весом, но при этом существенной твёрдостью оболочки, что предъявляет особые требования к его обработке.

Семенной материал должен быть чистым от сорняков, иметь высокую всхожесть и энергию прорастания и соответствовать требованиям ГОСТ Р 52325 – 2005 года. Поскольку семена, предназначенные для посева, должны быть доведены до стандарта, необходимо проводить проверку посевных качеств подготовленных семян в лабораторных условиях. От каждых 10 тонн партии отбирается 1 средняя проба массой 250 грамм. По результатам проверки семян выдаются результаты анализа или протокол испытания. Основными приёмами предпосевной подготовки семян является скарификация, протравливание, обработка микроэлементами, инокуляция.

Семена козлятника имеют труднопроницаемую для воды и воздуха оболочку. Твердость семян зачастую достигает 30%, поэтому скарификация является обязательной. Важно отрегулировать скарификаторы и клеверотерки, 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 [5], [6], [7].

В данном эксперименте предлагается сравнивать несколько видов механического типа предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав на примере козлятника восточного:

1 - классический способ обработки, со временем воздействия на семена 10 мин.;

2 - экспериментальный способ, штифтовым, экспериментальным устройством с трёх рядными рабочими органами и нанесённой режущей поверхностью, время воздействия 1-2 сек. где:

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

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

Опыты были проведены с 3-х кратной повторностью и получением контрольной партии семенного материала для испытаний на всхожесть.

Для получения экспериментальных данных о возможности применения нового способа обработки семян многолетних бобовых трав, на примере козлятника восточного, был изготовлен экспериментальный образец машины – скарификатора с трёх рядными рабочими органами и возможностью изменения частоты вращения за счёт частотного преобразователя напряжения. Экспериментальный образец агрегата для скарификации семян многолетних трав представлен на рисунке 1.

 

Рис. 1 – Экспериментальный образец агрегата для скарификации семян многолетних трав:

a – усовершенствованный опытный образец машины для предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав, повторяющий количество рабочих органов изначального образца; b – усовершенствованный опытный образец машины для предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав, с максимальным количеством задействованных рядов рабочих органов

 

Основные машины, которые выполняют скарификацию и применяются в большинстве сельскохозяйственных предприятий и могут обеспечивать обработку семян многолетних трав представлены в таблице 1. Однако, они совсем не лишены недостатков и имеют низкое качество обработки семян, так как время контакта семян с рабочими органами превышается, увеличивается количество травмированных семян и т.д.

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

 

Таблица 1 – Основные характеристики существующих скарификаторов и экспериментального образца

Модель устройства	Производительность, кг/ч	Мощность на привод, кВт
СКР 300	300	3
СК 300	300	1,1
Экспериментальный образец	360	до 1

   

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 [8], [9, С. 118], [10]. 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.

Основные результаты

Эксперимент №1, обработка семян классическим способом, время воздействия 10 мин. На семенном материале после опыта с классическим способом обработки, видны повреждения различные по своей глубине и степени, при этом росток здоровый, крепкий, всхожесть составила 68%.

Эксперимент №2.1, частота вращения 950-1450 об/мин, прямая подача сырья - на семенном материале после проведения эксперимента по заданным параметрам, видны неглубокие, ярко выраженные риски без повреждения зародыша. В результате видны здоровые, крепкие ростки, а всхожесть составила 70%.

Эксперимент №2.2, частота вращения 950-1450 об/мин, встречная подача сырья - после проведения эксперимента по заданным параметрам, на семенном материале видны более глубокие риски, но без повреждения зародыша, хорошо видно изменение характера повреждений. В результате видны крепкие ростки, пробившиеся в местах повреждения оболочки семян, всхожесть составила 67%. Семенной материал после обработки и результаты всхожести представлены на рисунке 2.

Рис. 2 – Семенной материал после обработки и результаты всхожести

 

Также были проведены дополнительные опыты открытыми и закрытыми рабочими органами:

- эксперимент с открытыми рабочими органами, с частотой вращения 16000 об/мин, время воздействия 10 сек. После проведения эксперимента по заданным параметрам видны значительные повреждения, семена повреждены избыточно, но жизнеспособны, виден битый зародыш, получивший избыточные повреждения в процессе обработки. Всхожесть составила порядка 4%.

- эксперимент с закрытыми рабочими органами, с ограничением траектории после контакта с рабочими органами и частотой вращения 16000 об/мин, время воздействия 10 сек. В ходе эксперимента семена получили повреждения не совместимые с дальнейшим использованием, всхожесть составила 0%.

Заключение

Для семян с твёрдой оболочкой, таких, как у козлятника и других многолетних бобовых трав, сменной материал целесообразно сначала подвергать скарификации, для облегчения попадания влаги внутрь семени. Создавать микротрещины в оболочке семени нужно достаточно аккуратно, с не превышающим усилием так, чтобы не повредить жизнеспособность семенного материала и создать условия для ускоренного поступления воды внутрь семени, а как следствие, более высокой всхожести. Наибольшую всхожесть семян удалось получить в эксперименте с частотой вращения 950-1450 об/мин, прямой подачей сырья – где после обработки видны неглубокие, ярко выраженные риски без повреждения зародыша и в результате получены здоровые, крепкие ростки, а всхожесть составила 70%.

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 / А.Н. Перекопский // В сборнике: Экология и сельскохозяйственная техника. материалы 4-й научно-практической конференции. 2005. – 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, P. 635-645.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Popov V. D. Organizacionno-tekhnologicheskie aspekty ehffektivnosti zagotovki kormov v khozjajjstvakh leningradskojj oblasti [Organizational and Technological Aspects of the Efficiency of Feed Procurement in the Farms of the Leningrad Region] / V. D. Popov, A. N. Perekopsky // 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, pp. 14-21 [in Russian]
2. Sagalbekov U. M. Problemy semenovodstva mnogoletnikh trav [Problems of Seed Production of Perennial Herbs] / U. M. Sagalbekov // Agrarny sektor [Agricultural Sector]. – 2010. - № 1 (3), pp. 34-35 [in Russian]
3. Popov V. D. Puti razvitija kormovojj 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, pp. 22-27 [in Russian]
4. Perekopsky A. N. Resursosberegajushhie tekhnologii proizvodstva kormov v uslovijakh 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: Ehkologija i sel'skokhozjajjstvennaja tekhnika. materialy 4-jj nauchno-prakticheskojj konferencii [In the Collection: Ecology and Agricultural Machinery. Proceedings of the 4th Scientific and Practical Conference]. 2005, pp. 152-159 [in Russian]
5. Orazbayev S. Vlijanie skarifikacii na tverdosemjannost' mnogoletnikh bobovykh trav [The Effect of Scarification on the Hard-Seeding of Perennial Legumes] / S. Orazbaev, B. Salakshinova, G. Mendibaeva et al. // Mezhdunarodnyjj nauchno-issledovatel'skijj zhurnal [International Research Journal]. – 2013. № – 12 – 2 (19), pp.14-16 [in Russian]
6. Khasanov E. R. Universal'nyjj pnevmaticheskijj 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 semjan kozljatnika [Justification of indicators of the quality of the work of the goatgrass seed scarifier] / Je.R. Hasanov, D.I. Maskulov, R.Z. Musin // Vestnik Bashkirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Bashkir State Agrarian University]. 2019. – № 3 (51). P. - 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, P. 635-645.