Рыночные условия вынуждают сельскохозяйственных производителей Карачаево-Черкесской Республики изыскивать новые востребованные культуры и перспективные технологии для их выращивания с целью получения прибыли. Одной из таких культур может стать расторопша пятнистая, спрос на семена которой с каждым годом растет как в России, так и за рубежом. Расширение посевов расторопши, повышение ее урожайности и широкое применение ее в фармацевтической и пищевой отраслях является важной народнохозяйственной проблемой [1, 2]. Семена расторопши пятнистой, как и других сельскохозяйственных культур, характеризуются формой, размерами, абсолютной и объёмной массой, коэффициентом трения, сыпучестью, парусностью, упругостью, энергоёмкостью и другими показателями. Однако параметры семян до сих пор носят разрозненный характер и недостаточно полно систематизированы. Порой показатели семян расторопши пятнистой противоречивы, хотя это и естественно, так как они изучаются на местных и районированных сортах, имеющих свои особенности. На их параметры влияет множество факторов, таких как место произрастания, погодные условия, уход за растениями и прочие. Обобщение информации по перечисленным параметрам семян имеет большое значение для прикладного семеноводства, особенно при их перемещении, отборе из полученного урожая посевного материала, при их хранении, проведении предпосевной подготовки, подбора сеялки и высева семян расторопши пятнистой с соблюдением агротехнических требований и другие. Расторопша пятнистая изучается для разных отраслей промышленности учёными в России и за рубежом [3, 4]. В этом направлении учёными России проделана огромная работа. Отсутствие показателей свойств и качества семян расторопши пятнистой, выращенных в условиях предгорной зоны северного Кавказа, в частности в Карачаево-Черкесской Республике (КЧР), рекомендаций по комплексной технологии ее возделывания является сдерживающим фактором широкого распространения возделывания этой культуры в регионе сельхозпроизводителями.
Целью и мотивацией проведения нижепредставленных исследований является изучение свойств семян расторопши пятнистой, выращенных в условиях Карачаево-Черкесской Республики, для прикладного семеноводства.
Материалы и методы исследования
Расторопша пятнистая относится к однолетним травянистым растениям. Технология возделывания этой культуры имеет ряд общих технологических приёмов с яровой пшеницей. С 2009 г. ООО «Карачаево-Черкесский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» (КЧНИИСХ) работал в целях изучения и возделывания расторопши пятнистой, из Самарской области в течение четырёх лет (с 2010 г. по 2014 г.) завозили семена этой культуры (сорт Амулет РС-1-3) и высевали на опытном участке КЧНИИСХ площадью 2 га. Опытный участок расположен в предгорной части КЧР, рядом располагались поля с яровой пшеницей. Исследования и испытания с семенами расторопши каждый год проводили на том же месте. Почвенно-климатические условия региона исследования: Карачаево-Черкесская Республика расположена на северных склонах центральной части Кавказских гор, климат континентальный, средняя температура на предгорных районах января от –5 °С до –8 °С, июля +21 °С, осадков выпадает от 550 мм в год, качество почв выщелоченные чернозёмы, мощность их колеблется от 50 до 140 см, содержание гумуса от 3 до 10 %. Продолжительность вегетационного периода – 140–150 дней.
К исследованиям были привлечены специалисты Аграрного института Северо-Кавказской государственной гуманитарно-технологической академии (СевКавГГТА). В программу исследований входили важнейшие показатели качества, которыми являются биологические, технологические, физико-механические свойства и другие характеристики семян расторопши пятнистой, выращенной в предгорной зоне КЧР. Для проведения исследований свойств семян расторопши пятнистой использовались классические, общеизвестные методики с учётом рендомизации [5, 6]. Отбор семян для исследования и испытаний проводился из собранного и очищенного урожая массой 3500 кг по известной методике и рекомендациям осенью после уборки урожая [6].
1. Крупность семян классифицируют по их количеству в 1 г: очень крупные – от 1 до 10 семян; крупные – 10–100; средние – 150–350; мелкие – 600–900; очень мелкие – 1000–2000 семян. Классификация семян по крупности, учитывающей варьирование всех трех размерных показателей: длины, толщины и ширины, производится с использованием среднего эквивалентного размера семян lэ. Средний эквивалентный размер семян (lэ) определяется по формуле
мм (1)
где а, b, c – средние значения длины, ширины и толщины семян.
При такой группировке семян, изменение одного из его размерных показателей вызывает изменение и эквивалентного размера, т.е. крупности семян. Размерные показатели подразделены на 5 групп: очень мелкие до 1 мм; мелкие от 1 до 2 мм; средние от 2 до 3 мм; крупные от 3 до 4 мм; очень крупные больше 4 мм [6]. Под абсолютной массой понимают массу 1000 шт. семян в граммах при стандартной влажности 10 % [9].
2. Объёмной массой семян называют массу семян, выраженную в граммах в одном кубическом сантиметре.
3. Внутренний и внешний коэффициенты трения характеризуют физические свойства семян. Коэффициент внутреннего трения означает трение семян между собой, и определяют его углом естественного откоса. Коэффициент внешнего трения подразделяют на статический – коэффициент трения покоя и на динамический – коэффициент трения движения. Коэффициент внутреннего трения семян, численно равен тангенсу угла естественного откоса семян. В зависимости от значения угла естественного откоса, они подразделяются на четыре группы: семена повышенной сыпучести, у которых коэффициент внутреннего трения f < 0,45; семена сыпучие f = 0,45–0,7; семена пониженной сыпучести f = 0,7–1,0; семена несыпучие f > 1 [6].
4. Аэродинамические свойства семян (сопротивление семян воздушному потоку) принято характеризовать скоростью витания, коэффициентами сопротивления и парусности.
Под скоростью витания обычно понимают скорость воздушного потока, при которой помещённое в него семя находится во взвешенном состоянии. Она определяется по формуле Ньютона, в которой сила (R) приравнивается к весу семени (Q):
Н, (2)
где g – плотность воздуха, кг/м3; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; м/с2; F – площадь среднего сечения семени, перпендикулярного к направлению воздушного потока (миделево сечение) м2; uкр – критическая скорость (скорость воздушного потока, при которой семечко витает), м/с; kп – коэффициент сопротивления воздушного потока при критической скорости, именуемый коэффициентом парусности, в отличие от коэффициента воздушного сопротивления k при свободном падении тела.
м-1. (3)
Скорость витания (критическую скорость) определяют опытным путём в воздушном вертикальном канале; она определялась на порционно-парусном классификаторе ВИМа (Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства).
5. Прочность семян определяется исходя из нагрузок, вызывающих их повреждение со снижением всхожести и урожайности [5].
6. Упругость семян, т.е. свойство восстанавливать после деформации первоначальную форму, проявляется при их соударении и характеризуется коэффициентом восстановления (e), определяемым по формуле
(4)
где u – скорость семени после удара о поверхность; u – скорость семени во время удара о поверхность. То есть это отношение нормальных составляющих скоростей семени соответственно до и после удара о поверхность [5].
7. Коэффициент восстановления семян определен экспериментально-аналитическим методом, заключающимся в решении дифференциальных уравнений движения семени до и после удара о наклонную плоскость, которая имеет аналитическую зависимость:
L = f(v, vкр, e), (5)
где L – дальность полёта после отражения; v – скорость до удара; vкр – скорость витания; e – коэффициент восстановления [1].
8. Скважность (S) измеряется отношением объёма, занятого воздухом в пространстве между семенами, к общему объёму и определяется по формуле
S = W – v /W*100, (6)
где W – общий объем зерновой массы; v – истинный объем твёрдых частиц зерновой массы. При этом объём семян необходимый для расчёта скважистости зерновой массы, определяется путём погружения навески семян в мерную колбу, где находится жидкость, не вызывающая набухания семян (толуол).
9. Коэффициент температуропроводности характеризуется скоростью нагревания или охлаждения зерновой массы и определяется по формуле
λ = L/cv м2/ч, (7)
где L – коэффициент теплопроводности зерна, кДж/(ч м °С); с – удельная теплоёмкость, кДж/(кг °С); v – объёмная масса зерна, кг/м3.
10. Сорбционные свойства семян определяются их большой и активной поглощающей способностью (воды и пара). Влага, обмен между воздухом и зерном прекращается, если парциальное давление водяного пара в воздухе и над зерном одинаково. При этом наступает состояние динамического равновесия.
11. Сортовую чистоту семян определяли как содержание семян определённого сорта в семенной партии, выраженное в процентах и по морфологическим признакам изучаемых семян, сравнивая эти признаки с описанными в литературных источниках [6].
12. Посевная годность, энергия прорастания определяется в лабораторных условиях [6]. Посевная годность семян вычисляется по формуле
%, (8)
где А – всхожесть семян; Б – чистота семян.
Результаты исследования и их обсуждение
1. Семена расторопши пятнистой, выращенные в КЧР, по весовым характеристикам относятся к крупным, то есть в одном грамме содержится 35–37 штук, и по размерным характеристикам lэ = от 3 до 4 мм тоже попадают в эту группу. У семян расторопши пятнистой толщина и ширина семян оказались более изменчивыми показателями; коэффициент вариации у семян по ширине достигает 17 %. Несмотря на это, данное положение не оказывает существенного влияния на величину средних размерных показателей семян, и для подбора класса точности сеялки и для посева. Усреднённые размерные характеристики выращенных семян приведены в таблице в сравнении с показателями для таких же семян в литературном источнике [6] для определения подлинности этих семян.
Средние размерные показатели семян расторопши пятнистой, полученные за 2009–2014 гг. в сравнении с показателями для определения подлинности таких семян
|
Культура |
Длина, а мм |
Ширина, b мм |
Толщина, с мм |
|
Расторопша пятнистая, выращенная за 2009–2014 гг. |
7,70 ± 0,3 |
3,10 ± 0,92 |
2,92 ± 0,42 |
|
Показатели для определения подлинности расторопши пятнистой |
5–7 |
3,25 |
2,75 |
|
Разница показаний |
0,7 ± 0,3 |
–0,4 ± 0,92 |
0,17 ± 0,42 |
Вид сравниваемых семян расторопши пятнистой: 1 – цвет семян расторопши пятнистой, выращенной в КЧР, 2 – цвет семян расторопши пятнистой, приобретённой в Самарской области
По данным наших наблюдений в течение четырёх сезонов, показатели абсолютной массы семян расторопши пятнистой менялись в зависимости от влаги в почве в период созревания семян и средний показатель находился в пределах 21,9 ± 0,7 г/1000 шт. при влажности семян 10 %, а эталонная цифра составляет 12–18 г [6].
2. Среднее значение объёмной массы семян в период наблюдения с 2009 по 2014 гг. для расторопши пятнистой составило 0,32 ± 0,8 г/cм3 при влажности 10 %. Абсолютная и объёмная массы семян являются важными агротехническими показателями для отбора семенного материала и определения нормы высева.
3. Значения статического коэффициента трения (покоя) семян колеблются в пределах: 0,31–0,42; динамический коэффициент трения обычно ниже на 0,05–0,20 статического коэффициента трения. Показатели трения семян зависят от многих факторов: влажности, формы, размеров, скорости перемещения, свойства поверхности и др. Показателем сыпучести семян является коэффициент внутреннего трения. Замечено, что семена расторопши пятнистой искривлённой формы при одинаковой влажности по сыпучести значительно различаются от семян прямой формы. В соответствии с этой классификацией семена расторопши пятнистой можно отнести ко второй группе – сыпучие.
4. Средние аэродинамические показатели семян расторопши пятнистой за 2009–2014 гг. показали скорость витания (критическая скорость), υкр = 9 – 10 ± 0,9 м/с, коэффициент сопротивления, k = 0,03…0,25 и коэффициент парусности kп = 0,050…0,120 1/м.
5. Показатель прочности для семян расторопши пятнистой составил 50–55Н при 10 % влажности. Показатель прочности семян расторопши пятнистой следует учитывать при определении оптимальных параметров рабочих органов и рабочих режимов технологического оборудования, они варьируются в зависимости от влажности семян и погодных условий. При интенсификации процесса высева важную роль играют упруго – прочностные свойства семян. Применительно к посевным машинам они являются одним из основных исходных показателей, влияющих на качество распределения семян в рядке.
6. Коэффициент восстановления (e) для семян расторопши пятнистой варьируется в пределах – 0,35...0,47.
7. Скважность семян расторопши пятнистой составила 54 ± 0,92 %. Скважность является важным физическим свойством семян, как сыпучей среды, которая зависит от ее плотности, геометрических и фрикционных свойств семян. Этот показатель важный и используется в процессе настройки оборудования для сушки.
8. Коэффициент теплопроводности зерновой массы характеризуется как очень низкий, т.е. обладает большой тепловой инерцией. Коэффициент теплопроводности исследуемых семян расторопши пятнистой, колеблется в пределах 6,15*10-4 – 6,85*10-4 м2/ч. Полученные данные по температуропроводности на семенах расторопши пятнистой совпадают с результатами исследований отечественных авторов [1, 2].
9. Адсорбционные и абсорбционные свойства семян расторопши пятнистой, полученные специалистами ФГБОУ ВО «СевКавГГТА» в КЧР, показали, что семена набухают за 2–3 дня и оптимальный температурный режим для этого составляет +25 °С. Замечено, что семена, находящиеся на хранении 2–3 года при одинаковых условиях с однолетними семенами, набухают медленнее, для них требуется на 25–30 % больше времени. Полученные результаты в КЧР специалистами из ФГБОУ ВО «СевКавГГТА» практически совпали с результатами, полученными в отделе селекции и семеноводства ВИЛАР в 1977–1986 гг.
10. Сортовая чистота семян расторопши пятнистой, выращенных в условиях КЧР, отличается от семян, завезённых из Самарской области: по цвету – 98 ± 1,5 % тёмные (рисунок); по размеру – они длиннее на 0,7 ± 0,42 мм и крупнее, толщина на 0,17 ± 0,3 мм больше. Оба размера более стабильны, ширина семян имеет отклонения ± 0,92 мм, этот показатель изменчив.
11. Сортовую чистоту семян расторопши пятнистой легко довести существующими методами до 96 %, перед их сушкой. Этот показатель, как правило, дополнительно определяют перед посевом в лабораторных условиях.
12. Посевная (хозяйственная) годность семян расторопши пятнистой, выращенных в условиях КЧР, варьировала в пределах 95 ± 0,8 %.
Заключение
1. Полученные результаты проведённых исследований дают основание утверждать, что предгорные зоны Карачаево-Черкесской Республики являются благоприятными для возделывания высококачественного семенного материала расторопши пятнистой для прикладного семеноводства благодаря своим климатическим характеристикам и агрохимическим особенностям почвы полей севооборота (пахотный слой), а также за счёт большего количества солнечных дней.
2. Полученные упруго-прочностные показатели, изменчивость размеров у семян расторопши пятнистой по длине, толщине и ширине, изменения их массы в зависимости от погодных условий и другие показатели не препятствуют применению интенсивных технологических приёмов при возделывании семян расторопши в условиях КЧР.