Протравливатель – щадящая машина для предпосевной обработки семян

Начало будущего высокого урожая – семена, нетравмированные, сильные, с высоким потенциалом, защищенные от болезней и вредителей, упакованные в оболочку из всего того, что обеспечит мощное начало растению – сбалансированное комплексное удобрение из макро- и микроэлементов. Одним словом сильные семена.

Люди издавна искали варианты защиты растений от болезней, иначе и быть не могло, ибо потеря урожая грозила им голодной смертью. Сегодня даже представить трудно, как нашим далеким предкам удавалось выживать в полном отсутствии всего того, что сегодня называется агротехнологией. Как можно было кормиться, опираясь только на физическую силу. Понятно, что они искали пути спасения урожая от его гибели. Самое интересное, что и сегодня, в XXI веке, защита растений от болезней и вредителей рассматривается как средство борьбы с голодом значительной части населения Земли. Но это уже другие времена – времена, когда число людей на Земле за последние двести лет увеличилось в 7 раз, а площади под сельское хозяйство сократилось, и плодородие почвы ухудшилось.

Грибы, бактерии и вирусы на зерне присутствуют всегда, ибо зерно было (еще задолго до появления человека на Земле) есть и будет естественной средой их обитания, т.е. средой жизнедеятельности и размножения. Все дело в масштабе их присутствия и, соответственно, нанесения вреда жизнедеятельности растений и, естественно, продуктивности. Понятно, что семена так же являются переносчиком этих микроорганизмов, которые, при определенных условиях, могут стать источником масштабного поражения растений различными болезнями. Почва тоже содержит огромное количество микроорганизмов различного вида, способных поражать семена и их проростки.

Первые весточки об обработке семян, дошедшие до нашего времени, относятся к 2000г. до н.э. В качестве препарата для обработки семян наши предки использовали сок лука или кипариса (Греция, Римская империя, Египет). В последующие периоды в качестве препаратов применялись солевые растворы, мышьяк и, с начала XX века, ртуть, запрет на использование которой был введен лишь с 1982 года. Химические препараты использовались еще 300 лет назад, но системные фунгициды появились в начале 60-х годов прошлого века. Научное обоснование технологии протравливания относятся к 1750 г. – француз Тилле опубликовал работу по борьбе с твердой головней пшеницы.

Колыбель для семян.

Несмотря на то, что сегодняшняя технология защиты растений от болезней и вредителей всесторонне развита, потери урожая от наносимого ими вреда составляет 30% и более. Большое количество болезней передается семенами и через почву, поэтому экономически выгодным, экологически предпочтительным и, вообще, целесообразным с целью защиты посевов от болезней является протравливание семян перед посевом. Протравливание обеспечивает не только защиту семян, но и проростков от поражения грибами плесеней, находящихся в почве, снижает поражение корней гнилями. Если при протравливании добавляется обработка инсектицидами, то семена и проростки защищаются при этом еще и от вредителей.

Сегодняшние препараты для обработки семян содержат пленкообразующие компоненты, что обеспечивает хорошую прилипаемость препарата к семенам, но, главное, при этом происходит инкрустация семян – пленка закрывает доступ почвенным микроорганизмам к зерну в местах повреждения защитной оболочки. Все это обеспечивает сохранность зерна в почве даже при задержке его прорастания из-за неблагоприятных погодных условий и последующий устойчивый рост на первых фазах развития.

Дело в том, что начало жизни будущего растения начинается одновременно с появлением молодого проростка и формирования корневой системы только за счет потенциала семян, на что и расходуются их питательные вещества. В случае неблагоприятных условий (слабый агрофон, снижение температуры после сева и т.п.) проращивание приостанавливается, а питательные вещества расходуются на преодоление стрессовой ситуации. Это приводит к тому, что оставшихся питательных веществ для продолжения роста оказывается недостаточно, и растение погибает или задерживается в прорастании. Это особенно важно при No-Till технологиях, когда семена высеваются под мульчу, где температура на несколько градусов ниже верхней части поля покрытого пожнивными остатками, именно на этом этапе растению требуется помощь. Вокруг обработанных семян в почве образуется объем с теми питательными веществами, в доступной для усвоения форме, которые необходимы как для прорастания, так и для формирования корневой системы.

Затраты на предпосевную обработку семян вернутся с лихвой повышенным урожаем и лучшим качеством зерна.

Протравливание, как обязательно звено агротехнологии, должно отвечать следующим требованиям [1]:

- обеспечивать высокую биологическую эффективность;

- не допускать снижения посевных качеств семян;

- иметь высокую адгезию к поверхности семян;

- равномерное покрытие препаратом поверхности зерна;

- большой срок годности препарата;

- совместимость с другими препаратами для одновременной обработки;

- низкая стоимость.

Потери препарата с водой при его испарении с поверхности зерна должно быть минимальным. Протравленное зерно не должно образовывать пыль при пересыпании и транспортировке. Для этого зерно перед протравливанием надо обеспыливать. Препарат не должен налипать на механизмы протравливателя и уменьшать сыпучесть зерна.

Новые препараты позволяют:

- обрабатывать зерно от прелости и корневых гнилей;

- вести обработку от болезней и вредителей, совмещенную (или разнесенную по времени) с инокуляцией.

В целом, протравливание семян позволяет:

- уменьшить химическую нагрузку на поле;

- снизить затраты на пестициды;

- уменьшить количество обработок, а это значит уменьшить механическую нагрузку на поле, снизить затраты на ГСМ, уменьшить выброс в атмосферу СО₂.

Легко показать преимущества предварительной обработки семян перед севом при сравнении с другими видами защиты в поле, по воздействию на окружающую среду. На рисунке 1 показана площадь почвы, подвергавшаяся контакту с химическими препаратами при разных вариантах. Видно, что разница огромна. Расчеты приведены для пшеницы.

Протравливание семян снижает риски попадания препарата на рядом растущие растения, что характерно для опрыскивания, особенно авиацией. Тем не менее, эта обязательная составляющая подготовки семян к севу имеет следующие недостатки [1]:

Рис. 1. Сравнение химической нагрузки на поле при разных способах защиты растений от болезней, на га.

- возможно отравление птиц при открытых объемах протравленных семян;

- ограничено количество препарата условием поверхности семян;

- остаток препарата в почве от предшественника может затруднить севооборот;

- ограниченное время действия;

- возможная фитотоксичность;

- ограничения по вариантам использования протравленного зерна.

Интересно отметить, что даже в развитых странах сложилась различная структура семеноводства. Например, в Англии большую часть семян фермеры покупают готовыми к севу, а в Канаде около 80% семян протравливаются в хозяйствах. Стоимость протравливания одной тонны семян в разных странах колеблется от 80 до 300 $, что составляет существенную долю затрат в технологии производства семян, но все равно, это намного меньше тех затрат, которые требуются для эквивалентной защиты растений в поле в случае сева непротравленными семенами [1].

Подготовка семян к протравливанию.

Рис. 2. Влияние степени засоренности зерна на перерасход жидкого препарата при предпосевной обработки [2].

Желательно семена перед обработкой жидким препаратом подсушить на 1-1,5% ниже равновесной влажности с той целью, чтобы после обработки, их влажность восстановилась за счет воды в препарате, норма которой составляет 10-15 л/т. Коль скоро (а вернее, далеко не скоро) семена, пройдя сложную цепочку очисти от различного сора, зерновой примеси, пораженных и щуплых семян, разделения по размерам (калибрование), по плотности и т.д., то, непременно, они должны иметь высокую сортовую чистоту и высокий потенциал. Иначе, зачем же тратить немалые средства на предпосевную обработку семян низкого потенциала и недостаточно очищенные. Сор, а особенно, пыль, забирает заметную часть препарата от семян и при расчетной норме его расхода семенам достанется только часть этой нормы. Да и препарат, отобранный сором и пылью считайте «выброшенным», не говоря уже о вредности протравленной пыли, выделяющейся при пересыпании протравленного зерна.

На рисунке 2 показана зависимость доли «выброшенного» препарата при обработке недоочищенного зерна. Видно, что каждый процент сора «съедает» до 6% препарата, по той причине, что суммарная поверхность сора и пыли в силу малых размеров частиц намного больше суммарной удельной поверхности зерна. Кроме этого, отобранная сором и пылью доля препарата не достается зерну, тем самым уменьшая эффективность предпосевной обработки семян. Важным моментом при обработке семян перед севом, является стабильность концентрации поступающего на обработку семян препарата и синхронность подачи того и другого в рассчитанном соотношении. Препарат в емкости перед подачей на обработку семян должен непрерывно перемешиваться, а точность дозирования и стабильность подачи химического препарата и потока семян должна быть автоматизирована. Нарушение этих условий приводит к тому, что доля недообработанных семян может доходить до 25-30%.

Особое внимание надо удалить сохранности качества обработки семян до самого сева. Необходимо минимизировать какие-либо пересыпания протравленных семян из одного места в другое. Категорически непригодны различного рода шнековые механизмы транспортирования семян из машины в сеялку. Посудите сами, каким трудом дались эти семена и на последнем этапе их мять и крошить шнеком, на мой взгляд, равносильно тому, как корова ляпнет свою лепешку в дойник, полный парного молока, так-то корова. Единственным перспективным вариантом подготовки семян к севу является контейнерная технология – никаких механических воздействий на зерно, начиная от пофракционного выделения из посевного материала отборных семян, до загрузки их в сеялку.

Эффективность протравливания обусловлена не только влиянием собственно протравителя, но и его способностью образовывать защитную пленку на поверхности семян, что предотвращает доступ почвенных микроорганизмов к зерну. Такую технологию защиты семян в 80-х годах назвали инкрустированием. О ней несколько подробнее.

Инкрустирование – это нанесение на поверхность семян жидкого состава, состоящего, прежде всего, из пленкообразующего вещества, а в случае совмещения с протравливанием, с добавлением органических и минеральных фунгицидов, инсектицидов и стимуляторов роста, микроэлементов и красящего состава. По результатам исследований института им. В.Я.Юрьева именно такая инкрустация является обязательной составляющей интенсивной технологии растениеводства, ибо позволяет получить прибавку к урожаю зерновых культур на 15-20%, сахарной свеклы на 5-10%, кукурузы на 7-12%. [3]

Большая доля в этом результате приходится на собственно инкрустацию как средство защиты пленкой травмированных мест зерна.

Так по данным исследований специалистов института им. В.Я.Юрьева только нанесение пленкообразующего красителя повышало энергию прорастания и всхожесть на 3-5%. Особенно заметен результат обработки некондиционных семян. Так обработка некондиционных семян рапса повысило энергию прорастания до 11%, а полевую всхожесть до 8%. [3]

Большую роль при инкрустации играет пленкообразующая способность наносимого вещества и способ его нанесения. Инкрустация должна надежно закрепить на поверхности зерна наносимый состав, а способ нанесения должен обеспечивать равномерность нанесения его на поверхность.

За счет высокого качества инкрустации возможно: существенно (до 50%) снизить расход препаратов, предотвратить отслоение препарата от поверхности и осыпания нанесенного вещества, тем самым удержать высокие семенные показатели семян и обезопасить окружающую среду и людей при пересыпании, транспортировке, загрузке протравленных семян, при севе.

Выше сказанное определяет ряд требований к машинам для протравливания (инкрустации) основными из которых являются:

1. Обеспечивать полноту и равномерность нанесения состава;
2. Не превышать оптимально-необходимую норму наносимого препарата для каждого типа семян.
3. Но главное требование - не травмировать семена.

Используемые в настоящее время в составе протравителей пленкообразующие компоненты накладывают еще одно требование к машинам по протравливанию семян – быстрая и эффективная очистка от препарата и семян, оставшихся на стенках протравливателя.

В связи с вышеизложенным и, с учетом значимости предпосевной обработки семян, нами разработан протравливатель, в котором не повторены ошибочные решения предыдущих аналогов. Протравливатель состоит из двух блоков, каждый из которых выполняет обязательный этап нанесения препарата на зерно. Первый блок по ходу зерна обеспечивает первую фазу смачивания за счет тонкого распыла препарата быстро вращающейся тарельчатой форсункой (5000 об/мин). Какое-либо травмирование семян исключено, ибо они не попадают на тарелку и сыпятся коаксиально, и в процессе падения смачиваются препаратом, по этой же причине (не попадание зерна на тарельчатую форсунку) форсунке не подвергается абразивному износу.

Второй блок обеспечивает равномерное распределение препарата по поверхности семян за счет взаимоконтактов между семянками и контакта с развитой внутренней поверхностью камеры вымешивания.

Рис. 3. Рабочий процесс (движение семян) в протравливателе.

1. Блок нанесения препарата на семена; 2. Камера ворошения; 3. Ориентатор.

Исследования показали, что равномерность распределения препарата на семянках и полнота покрытия обеспечиваются именно за счет взаимоконтакта семянок при их пересыпании в свободном режиме без какого-либо механического воздействия на них. Равномерность распределения препарата в большей мере зависит и от вида семян (крупные, мелкие, гладкие, шероховатые), от температуры в зоне работы протравливателя, от вязкости препарата и возможных других обстоятельств. Это, в свою очередь, накладывает требование к необходимости регулирования времени пересыпания зерна во втором блоке. С этой целью в камере вымешивания установлены поворотные ориентаторы, регулирующие время пересыпания семян. С этой же целью имеется возможность изменять угол наклона оси барабана. Ориентаторы обеспечивают активное пересыпание семян без какого-либо силового воздействия на них, что полностью исключает травмирование. Граненная форма барабана обусловлена необходимостью крепления поворотных ориентаторов и способствует лучшему взаимоконтакту между семенами – за счет, в начале, их скольжения по граням, а затем пересыпанию. Ссыпание семян с поверхности ориентатора в процессе вращения барабана обеспечивает падение каждой зерновки порознь от других в среде аэрозольного тумана.

Такое внимание к равномерности покрытия семян вызвано тем, что действующего вещества в препарате, как правило, намного меньше, чем воды, которая добавляется с целью обеспечить необходимое количество препарата для полного нанесения его на семена. Но, если доля жидкого препарата более 1,5% от массы семян, то переувлажнение семян может потребовать их досушивания после протравливания до равновесной влажности, а это сильно усложняет предпосевную обработку. Задача – обеспечить равномерное покрытия семян препаратом, доля которого не более 1% от массы семян.

Таким образом, нами разработан и запатентован протравливатель (ПСФ), который отличается от существующих следующим:

Рис. 4. Машина для предпосевной обработки семян (ПСФ).

Рис. 5. Патент Украины и России на протравливатель семян.

- не травмирует семена;

- за счет глубокой регулировки режимов обеспечивает полное и равномерное распределение препарата на поверхности семян при требуемом его количестве;

- позволяет одновременно проводить обработку разными по функциональному назначению препаратами (протравливание и инокуляция).

На рисунке 3 показан рабочий процесс предпосевной обработки семян, а на рисунке 4 приведена его фотография. Авторство устройства для протравливателя семян защищено патентом Украины №74861 и России №131274. Протравливатель семян от 12.11.2012 г (рис. 5).

Протравливатель в линии (или отдельно от нее) устанавливается на высоте с таким расчетом, чтобы ссыпаемые из него семена поступали в весовой дозатор и систему фасовки и упаковки (в мешки или биг-бэги) семян (рис. 6).

Таким образом, третий модуль универсального комплекса предназначен для предпосевной обработки сильных семян и их фасовки и упаковки по посевным нормам. Работает он следующим образом.

Тяжелое откалиброванное зерно из соответсвующего бункера поступает на щадящую норию для подачи в модуль предпосевной обработки семян. Перед протравочной машиной (по ходу движения зерна) установлен аспиратор АФ-5 для удаления пыли из состава семян, поскольку наличие пыли и других сорных примесей в обрабатываемом материале ухудшает качество обработки семян и приводит к перерасходу препаратов.

Рис. 6. Универсальный комплекс для зерноочистки и производства сильных семян (щадящая пофракционная технология Фадеева).

Модуль предпосевной обработки семян автономный, изолированный от общего объема комплекса, что позволяет организовать в нем работу согласно нормативных документов по технике безопасности и утеплить на случай работы при минусовой температуре окружающего воздуха. Модуль состоит из трех последовательно размещенных машин – собственно протравливателя, дозирующего загрузочного устройства и мешкозашивочного автомата. Затаренные семена укладываются на поддоны, находящиеся на автотранспорте, стоящем под модулем, для последующей транспортировки семян на склад готовой продукции. Таким образом, очистка зерна и производство отборных семян осуществляется на одном комплексе, но, главное, эта не травмирующая пофракционная технология, которая позволять сохранять целым товарное зерно и получать сильные семена высоких посевных и урожайных показателей.

Универсальный комплекс модульного типа может изготавливаться и поставляться в трех вариантах:

- в составе трех модулей (рис.6);

- только очищающий модуль;

- очищающий и семенной, без модуля предпосевной обработки.

P.S. О рентабельности комплекса могу сказать только применительно к оборудованию, которое за год окупается на посевной площади 10 000 га (озимая пшеница) несколько раз за счет:

- снижения нормы высева в размерности шт.,кг/га не менее, чем на 25%, что составляет на 10000 га 500 тонн семян;

- повышения урожайности за счет семян высокого посевного и урожайного потенциала не менее, чем на 20%, что на 10000 га при урожайности 50 ц составит 10000 тонн;

- снижения затрат на агротехнологию за счет одновременного прорастания сильных растений и выровненности всех фаз развития его созревания и готовности к уборке.

А с учетом подготовки на таком комплексе яровых культур рентабельность еще повышается.

Кроме того, модуль может поставляться как с сушкой зерна, так и без сушки.

Работа комплекса с влажным зерном при наличии сушки происходит следующим образом. Зерно с влажностью 18-20% ссыпается, так же как и сухое, в приемное устройство комплекса. Далее зерно через расходную заслонку поступает в одну из норий (рис. 6). Зерно из нории ссыпается в вибросепаратор, в котором из зерна удаляется крупный, мелкий и легковитаемый сор. Такая очистка перед сушкой необходима с той целью, чтобы не допустить затраты энергии на сушку сора, влажность которого намного выше влажности зерна.

Далее зерно ленточным транспортером подается в сушку. Комплекс по зерноочистке и производству сильных семян комплектуется сушкой двойного потока конвейерного типа марки DF-30000. Выбор именно такого типа сушки будет обоснован в следующих статьях.

Здесь скажем только то, что сушка семян – один из важнейших элементов их послеуборочной обработки и, не учитывая особенности процесса сушки семян различных культур, можно, либо существенно снизить посевной и урожайный потенциал семян, либо, вообще, привести семена в непригодное для сева состояние, в то время как правильный режим сушки повышает посевные свойства семян.

Но вначале рассмотрим систему аспирации комплекса.