Меню сайта Рубрики

Физические свойства семян

 

В этой статье мы рассмотрим некоторые показатели, характеризующие совокупность, массу семян. Эти показатели имеют значение для прикладного семеноводства, особенно при перемещении и хранении семян.

Содержание статьи:

Натура, или объемный вес семян

Натурой принято называть вес одного литра семян, выраженный в граммах. Определяют натуру с помощью особого прибора – пурки. У нас принята пурка объемом в 1 л, которая называется метрической. Этот прибор позволяет очень быстро получать важный агрономический показатель, связанный с переработкой и хранением семян.

Натура определялась как показатель качества зерна при торговле еще в Древней Греции и Риме. И сейчас при внешнеторговых операциях учитывают натуру зерна, ибо, по всеобщему признанию, она хорошо характеризует зерно как товар. Проведены очень глубокие исследования, показывающие взаимосвязь натуры зерна с выходом муки, ее качеством и другими технологическими свойствами, но мы не будем касаться этой стороны вопроса.

Нас интересует натура как синтетический показатель качества семян и возможность применения этого показателя в агрономической практике. На натуру оказывает влияние столько различных факторов, что иногда становится затруднительным делать какой-то определенный вывод о качестве семян по этому показателю. Рассмотрим некоторые из причин, вызывающих изменение натуры.

Натура во многом зависит от формы семян и их размера. Чем больше укладывается в данном объеме семян определенной формы, тем выше получается натура. Установлено, что чем длиннее зерно, при прочих равных условиях, тем меньше натура и чем оно короче, тем выше натура. Так, например, короткое зерно пшеницы с весом 1000 зерен всего 18,6 г имеет более высокую натуру, чем длинное зерно с весом 1000 зерен 40,6 г.

Существует неправильное представление, что чем больше семена приближаются к форме шара, тем выше их натура. Н. Н. Ульрих убедительно показал ошибочность такого мнения. Он утверждает, что высокую натуру дают семена, способные при свободном пересыпании давать наиболее плотную укладку, а шаровидная форма в этом отношении не является лучшей. Например, чем больше семена проса приближаются к форме шара, тем ниже их натура, хотя вес 1000 зерен у шаровидных семян был значительно выше.

Высокая крупность семян, как правило, вызывает снижение натуры, ибо при этом повышается скважность массы семян. Под скважностью (или скважистостью) понимаем объем промежутков между отдельными зернами, выраженный в процентах от общего объема, занимаемого зерном. Вычисляется скважность по формуле:

S = WV / W×100, где

 S – скважность;

 W – общий объем;

 V – объем собственно зерна.

Чем более не выравненное зерно по крупности, тем больше вероятность, что мелкие зерна будут располагаться в промежутках между крупными, то есть скважность будет уменьшаться, а натура увеличиваться. Другими словами, чем более не выравненное зерно, тем выше его натура.

Из всех физических показателей наиболее сильное влияние на натуру семян оказывает удельный вес. Установлена прямолинейная зависимость между этими показателями.

Влага в зерне снижает удельный вес, поскольку увеличивается крупность зерна, оболочки становятся гладкими, и происходят другие изменения, которые трудно заранее определить. Как правило, повышение влажности зерна вызывает снижение натуры.

Если оболочка семян имеет гладкую поверхность, то они тесно укладываются одно возле другого, но если на поверхности имеются шероховатости, выступы и другие неровности, то скважность повышается, что ведет к снижению натуры.

По величине натуры семена разделяют на следующие группы табл. 1

Таблица 1

Натура зерна важнейших культур (в г на 1 л)

Культура Натура
высокая выше среднего средняя низкая
  Пшеница 785 и выше 764–785 724–766 ниже 724
  Рожь 730 и выше 715–729 714–768 ниже 685
  Ячмень свыше свыше 605 545–606 544 и ниже
  Овес свыше 481 420–481 421 и ниже

Агрономическая трактовка показателя натуры семян возможна в том плане, что семена имеющие низкую натуру, плохо выполнены, щуплые, с большим количеством оболочек, а у семян полноценных, хорошо выполненных, с хорошо развитым эндоспермом, обладающим высоким удельным весом, натура будет высокой. Таким образом, натура как показатель качества семян может быть использована в агрономической практике, но всегда с дополнительным анализом всех причин, влияющих на этот показатель.

Значение натуры семян необходимо агроному для расчета складских помещений, при транспортировке и хранении семян. В этих случаях удобнее пользоваться не показателем натуры, а вычисленным на ее основе весом 1 куб. м семян в кг.

В таблице 2 приведены данные, характеризующие вес 1 куб. м и скважность семян разных культур.

Таблица 2

Вес 1 куб. м и скважность семян

Культура Вес 1 куб. м, кг Скважность, %
  Пшеница 730–850 35–45
  Рожь 670–750 35–45
  Ячмень 580–700 45–55
  Овес 400–550 50–70
  Гречиха 560–650 50–60
  Лен 580–680 35–45
  Просо 670–730 30–50
  Кукуруза 680–820 35–55
  Рис (необрушенный) 440–550 50–65
  Подсолнечник 275–400 60–80

Тепловые свойства семян

К тепловым свойствам массы семян относят теплоемкость и теплопроводность. Все эти физические свойства имеют особенно большое значение при разработке технологии сушки и хранения семян. Без знания природы этих свойств, без знания значений величин, характеризующих эти явления, агроном не может понять тех сложных процессов, которые протекают в семенах с момента их выгрузки на ток и до отправки семян на посев.

Теплоемкостью называется количество тепла, необходимого для нагревания единицы вещества на 1°С.

Чем выше влажность семян, тем больше их теплоемкость. Чтобы нагревать семена с высокой влажностью, требуется больше тепла, чем для того, чтобы нагреть менее влажные семена, это всегда учитывают при сушке. Очевидно также, что вследствие большей теплоемкости влажных семян они дольше будут держать ту температуру, при которой приобрели эту влажность, чем семена сухие. Например, если при уборке семена имели высокую влажность и высокую температуру, то при хранении они будут долго сохранять эту температуру, хотя у окружающего воздуха она может и понизиться, а все это способствует интенсификации дыхания и самосогревания.

В среднем для расчетов процессов сушки принимают следующие величины теплоемкости: зерновые культуры – 0,37, подсолнечник 0,36, лен – 0,40 и т.п.

Под теплопроводностью понимают способность семян проводить тепло от более нагретых мест к менее нагретым. Характеризуется теплопроводность количеством тепла, переходящего в единицу времени через единицу их поверхности (в технике, например, принято выражать количеством килокалорий, проходящих через площадь в 1 кв. м в час при расстояниях между измеряемыми площадями в 1 м и разности температур в 1°С).

Для выражения теплопроводности употребляют коэффициент, который и характеризует это свойство в цифровом выражении.

В основном передача тепла идет посредством конвекции, то есть с помощью воздуха во время его перемещения. В связи с этим свойство теплопроводности семян в значительной мере зависит от скважности семян. Например, теплопроводность семян пшеницы ниже, чем теплопроводность семян кукурузы, но соответственно и скважность пшеницы меньше, чем кукурузы.

Все исследования показали, что семена всех культур обладают малой теплопроводностью; хотя некоторые различия между отдельными видами и имеются. Чтобы проиллюстрировать характер теплопроводности, приведем данные некоторых исследователей.

По данным И. А. Клеева, зерно пшеницы в насыпи на глубине 3 м достигает уровня максимальной летней температуры только в октябре, а минимальной зимней – в апреле. В общем можно считать, что семена достигают уровня температуры наружного воздуха с опозданием на 2,5–3,0 месяца. Разумеется, этот вывод относится к определенной насыпи зерна (3–4 м): чем больше толщина слоя, тем больше требуется времени, чтобы семена могли достигнуть уровня температуры наружного воздуха. Это хорошо видно из наблюдений В. Г. Свитальского, который изучал теплопроводность семян овса в силосах элеватора. Он установил, что высокие летние температуры семян снизились до 0° в поверхностных слоях к концу декабря, на глубине 4 м – к концу января и на глубине 8 м – к концу марта. Интересно отметить, что в этом элеваторе температура семян ниже 0° в поверхностном слое держалась в течение 4 месяцев, а на глубине 4 м– до 5 месяцев. Отсюда вытекает, что семена в насыпи в холодные месяцы имеют более высокую температуру, чем наружный воздух, а в теплые месяцы – наоборот.

Свойство плохой теплопроводности семян удачно используют в агрономической практике. Если семена охладить перед закладкой на хранение до низкой температуры (даже отрицательной), то в семенах она будет долго поддерживаться, а это благоприятствует сохранению жизнеспособности семян. На основе этого свойства семян Н. В. Прикладов предложил хранить семена в траншеях при пониженных температурах, и в условиях Сибири этот способ применяют. Широко распространенная обработка семян активным вентилированием также основана на этом свойстве.

Однако плохая теплопроводность семян доставляет агроному и неприятность. При закладке семян на хранение надо всегда помнить, что они заложены при высокой температуре (если не применяли активных мер, чтобы снизить ее) и что эти семена еще очень долго будут иметь высокую температур, и, следовательно, они требуют к себе постоянного внимания.

Часто весной на поверхности холодных семян конденсируется влага из воздуха, а это может повести к их гибели, поэтому при резких потеплениях всегда следует усилить наблюдения за семенами.

Наибольшее влияние на коэффициент теплопроводности семенной массы оказывает влажность семян. Чем выше влажность семян, тем выше их теплопроводность. Следовательно, при высокой влажности семенная масса будет значительно быстрее принимать температуру окружающего воздуха, будет подвергаться более резким температурным колебаниям, что неизбежно ухудшит условия хранения и снизит посевные качества семян.

Гигроскопичность и паропроницаемость семян

Семена всех растений обладают гигроскопичностью, то есть способностью поглощать из окружающей атмосферы пары воды и испарять ее. Гигроскопическая способность обусловлена тем, что силы молекулярного притяжения у молекул, находящихся в поверхностном слое, неуравновешены, и поэтому семена обладают известной свободной энергией на своей поверхности. Эти силы притягивают из окружающего пространства молекулы газа, которые сгущаются на поверхности семян. Это явление носит название адсорбции.

Поскольку оболочки семян имеют пористую структуру, то газы проникают внутрь семени и образуется «твердый» раствор, состоящий из сухого вещества семени и газа. Этот процесс называется абсорбцией. В том случае, если газ вступает в химическую реакцию с этим твердым веществом, то такая абсорбция называется хемосорбцией.

В естественных условиях процессы поглощения газа протекают разнообразно, поэтому пользуются общим термином сорбция, при этом поглотитель газа (семена) называют сорбентом, а поглощенный газ сорбатом.

Гигроскопичность семян имеет очень большое практическое значение, так как вся теория и практика хранения семян построена с учетом этого свойства семян и семенной массы.

Гигроскопичность зависит от структуры семян, их химического состава (и особенно от наличия гидрофильных коллоидов), от влажности воздуха, температуры и скорости движения воздуха. Как видим, гигроскопичность связана со многими факторами, и агроном-семеновод должен всегда ясно представлять их взаимозависимость, чтобы уберечь семена от гибели, возникающей в результате переувлажнения.

Влага внутри семени перемещается не только в виде газа (пара), но и в виде жидкости. Пар, попадая в поры и капилляры семени, под действием капиллярных сил концентрируется и выпадает в виде жидкости, то есть происходит капиллярная конденсация. Количество капиллярной воды зависит от общей влажности и температуры семян. Если семена имеют низкую общую влажность, то капиллярная влага проникает внутрь клеток, включается в коллоиды, и семена не имеют ее в свободном состоянии.

Установлено, что капиллярная вода в заметном количестве содержится только при общей влажности зерна около 15–16 %.

Следует отметить, что семена, являясь хорошим сорбентом, способны поглотить очень много воды. Путем сорбции семена некоторых культур поглощают влаги почти столько же, сколько и при намачивании (табл. 3).

Таблица 3

Максимальная влажность семян разных культур при увлажнении путем сорбции и при намачивании

Культура Максимальная влажность, %
путем сорбции намачивание
  Пшеница 34,6 40,8
  Рожь 32,2 39,9
  Ячмень 33,0 40,2
  Овес 30,1 43,8
  Подсолнечник 23,0 30,2

Особенно большой гигроскопичностью обладает зародыш семени, что обусловлено содержанием значительного количества гидрофильных химических веществ, то есть таких веществ, которые имеют полярные группы: –ОН, –СНО, –СООН, –NH2, –Н и др. Зародыш всегда влажнее, чем остальная часть зерновки. При этом, семена кукурузы, ведут себя несколько иначе. Зародыш кукурузы обладает более высокой влажностью, чем остальная часть зерновки. Причем чем выше влажность зерна, тем больше разница между влажностью зародыша и другими частями семени, но ниже известного предела (около 18 %) влажность зародыша становится меньше, чем влажность всего зерна, чего не наблюдается у других культур.

Так как в мелких семенах вес зародыша более высок по отношению к весу общей массы семени, то гигроскопичность мелких семян также выше, чем крупных. Высокую гигроскопичность имеют щуплые, недозревшие, а также травмированные семена, что требует к ним особого внимания при хранении.

Газообмен между семенами и воздухом идет через все покровы, но наиболее интенсивно он осуществляется через область зародыша. Парообразная влага проникает в зерновку через сосудистые пучки, имеющиеся в семяножке, затем передвигается по паренхимной ткани, расположенной возле зародыша, и проникает в зародыш. Зародыш, содержащий гидрофильные вещества, интенсивно поглощает влагу, но часть влаги через щиток передается во внутренние слои эндосперма.

Особое значение для практики хранения семян имеет равновесная влажность, то есть влажность, которая устанавливается в семенах в результате равновесия между давлением водяных паров внутри семени и в окружающем воздухе. Определяют равновесную влажность различными методами, поэтому и данные не всегда совпадают.

При определении равновесной влажности статическим методом навески зерна выдерживают в атмосфере неподвижного воздуха при постоянной относительной влажности до наступления состояния равновесия. Данные, полученные этим методом, имеют значение для теории и практики хранения семян в складских помещениях, но они малопригодны для организации вентилирования и сушки семян.

В последнем случае лучше определять равновесную влажность динамическим методом, то есть путем продувания через слой семян воздуха с определенной относительной влажностью.

Величину равновесной влажности различных культур и при разных условиях исследовали многие зарубежные и отечественные ученые. Они установили, что равновесная влажность зависит от относительной влажности воздуха и температуры, структуры тканей семян и химического состава, крупности, спелости и других биологических качеств семян.

Несколько отличаются по равновесной влажности семена масличных культур, ибо жир не поглощает водяных паров, и чем выше процент жира в семенах, тем ниже равновесная влажность (табл. 4).

Таблица 4

Равновесная влажность семян масличных культур при температуре 17–20°С

Культура Масличность, % Относительная влажность воздуха, %
40 50 60 70 80 90
 Соя 20,0 7,7 9,1 11,2 16,2
 Подсолнечник 32,0 5,0 5,9 6,9 7,9 9,1 11,4
 Лен 33,0 5,1 5,9 6,8 7,9 9,2 12,1
 Клещевина 52,0 5,5 6,1 7,1 8,9

Кроме химического состава, на величину равновесной влажности некоторое влияние оказывает температура. Повышение температуры семян на каждые 10°С сопровождается снижением влажности семян на 0,6–0,7 %. Чем ниже относительная влажность воздуха, тем больше разница во влажности зерна при снижении температуры.

Необходимо знать равновесную влажность семян при разной относительной влажности воздуха и при разной температуре.

Определить величину равновесной влажности при разных температурах и разной влажности воздуха очень трудно, для этого требуется много времени, поэтому уже давно исследователи ищут эмпирические формулы, которые позволяли бы определять эти величины путем математических расчетов. Лучшей из них следует признать формулу Гендерсона, которая дает очень хорошие совпадения.

Равновесную влажность можно определять двумя путями: 1) помещают сухие семена в атмосферу с высокой относительной влажностью (в этом случае семена будут поглощать влагу, то есть произойдет абсорбция); 2) семена с высокой влажностью помещают в атмосферу с низкой относительной влажностью (в этом случае семена отдают влагу, то есть происходит десорбция). Однако кривые, построенные для условий сорбции и десорбции, не совпадают – это явление известно под названием гистерезиса. Как правило, равновесная влажность, установленная при сорбции, ниже на 0,5–1,0 %, а у пшеницы – даже на 4 %, чем при десорбции, поэтому всегда надо знать, каким именно методом определяли равновесную влажность.

Равновесная влажность семян помогает решать практические задачи: выбирать условия безопасного хранения семян, определять конечную влажность семян при сушке и особенно при выборе режимов активного вентилирования семян.

Например, установлено, что плесневые грибы не могут развиваться при относительной влажности воздуха ниже 75 %, поэтому максимальная влажность семян при хранении должна быть равновесной этой влажности воздуха, определенной при десорбции.

При сушке семян можно получить любую заданную влажность, но надо знать, при какой влажности воздуха они будут храниться, ибо высушить семена можно, но удержать полученную влажность трудно. Агроном-семеновод должен постоянно руководствоваться таблицами равновесной влажности всех культур, а задача семеноведа разработать эти таблицы для различных конкретных условий.

Многие исследователи установили, что под влиянием перепада температуры внутри насыпи влага перемещается к участкам с более низкой температурой. Перемещение парообразной влаги может вызвать опасную конденсацию влаги в охлажденных местах насыпи (пол, возле стенок и т.п.), хотя первоначальный уровень влажности семян и был достаточно низкий. Такое увлажнение семян не только приведет к усиленному дыханию и стимуляции микробиологических процессов, но и вызовет набухание и прорастание семян. Перемещение водяных паров зависит от сопротивления семенной насыпи, которое выражается коэффициентом паропроницаемости. Он высокий у кукурузы, овса, несколько меньше у проса и почти наполовину ниже у пшеницы. Величина этого коэффициента позволяет судить о возможной скорости передвижения водяного пара внутри насыпи, о степени вероятности конденсации воды при местном переохлаждении и т.п.

 

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *