РЕФЕРАТ

Отчёт 104 с., 2 рис., 27 табл., 19источн., 8 прил.

КРУПНЫЙ РОГАТЫЙ СКОТ, ОРГАНИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО МОЛОКА, сорбционно-пробиотическая кормовая добавка, МОЛОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ

Объектами исследования являлись сорбционно-пробиотическая кормовая добавка и молоко коров, участвовавших в эксперименте

Цель:разработка рецептуры и изучение эффективности сорбционно-пробиотической кормовой добавки в рационах коров для повышения их продуктивности и получения органического, экологическичистого молока и продуктов его переработки.

Молочному животноводству предложена сорбционно-пробиотическая кормовая добавка, обеспечивающая за счёт стимулирующего действия на рубцовую микрофлору прирост молочной продуктивности коров на 3,6%, повышение качественных показателей молока – массовой доли жира на 0,1%, белка – на 0,21%. Отмечено улучшение сыропригодности молока за счёт увеличение числа жировых шариков на 7,8% и доли казеиновой фракции белка на 10,5%, повышение класса сычужно-бродильной пробы до 1,7 ± 0,02, термоустойчивости до 1,5 ± 0,02. Показатель плотности молока составил 1027,6 ± 0,30 кг/м³, а его кислотность – 16,9 ± 0,23 ^оТ. Количество МАФАнМ в опытной группе снизилось на 25%, в контрольной группе на 22,2% и составило 0,27*10⁵ КОЕ/г и 0,28*10⁵ КОЕ/г соответственно. Количество соматических клеток в группе коров, получавших кормовую добавку, снизилось на 14,8% и составило 2,3*10⁵/см³. Затем наблюдалось дальнейшее снижение данного показателя еще на 30,43%. В контрольной группе коров количество соматических клеток в целом увеличилось на 6,9%, в опытной – снизилось на 40,74%.Патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, в молоке обеих групп обнаружено не было.

Для выработки сыра из молока коров опытной группы потребовалось меньше сычужного фермента на 15,8%, чем из молока контрольной группы. На производство 1 кг сыра требуется на 8,2% меньше молока опытных животных, чем контрольных. Время свертывания молока сычужным ферментом к 90-му дню эксперимента в группе коров, получавших экспериментальную кормовую добавку оказалось меньше на 15,5% в сравнении с контрольной группой животных.

При измерении отдельных микроструктур сыра установлено, что белковые микрозерна по величине в сыре из опытной группы были достоверно больше контрольных значений на 22,7%, Микрозерна белково-липидные по величине в сыре из молока опытной группы были достоверно больше контрольных на 12,6%. Колонии микроорганизмов, наоборот, были больше в сыре из контроля на 20%, чем в опытной группе. Микропустоты также были достоверно больше в сыре из контроля на 21,6%, чем в опытной группе.

По результатам исследований опубликованы работы, в том числе 1 в изданиях из списка ВАК, 2 в международных базах цитирования и 7 в системе цитирования РИНЦ. Результаты проведённых исследований стали основой для монографии, 2 методических рекомендаций, утверждённых Департаментом аграрной политики Воронежской области и управлением ветеринарии Липецкой области, прошли апробацию на конференциях национального и международного уровня. Научные разработки получили 1 золотую медаль, 1 диплом на агропромышленных выставках всероссийского и регионального уровней, получено положительное решение на патент, ТУ и внедрены в ООО «Савинская Нива» Калужской области.

Введение

В соответствии с Федеральной научно-технической программой развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы и Указом Президента Российской Федерации от 21 июля 2016 г. № 350 «О мерах по реализации государственной научно-технической политики в интересах развития сельского хозяйства» по программе «Создание и внедрение отечественных конкурентоспособных технологий по направлениям: корма, кормовые добавки для животных и лекарственные средства для ветеринарного применения; контроль качества сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия и экспертиза генетического материала приоритетным направлением является создание кластера, отвечающего за создание конкурентных кормовых добавок в том числе используемых с целью получения органической продукции.

Основной целью продовольственной безопасности является обеспечение населения страны качественной, конкурентоспособной сельскохозяйственной продукцией.Динамичное развитие отечественного животноводства вызывает необходимость постоянного творческого поиска путей повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и качества получаемой продукции.При производстве высококачественной продукции на сегодняшнем этапе сельхозтоваропроизводители сталкиваются с рядом проблем, которые требуют детального изучения. Среди них – получение продукции с заданными свойствами, использование естественных стимуляторов роста животных, отказ от кормовых антибиотиков для получения экологически безопасной продукции и поиск рациональных путей использования дешёвых компонентов рационов.

Продуктивность сельскохозяйственных животных зависит от множества факторов, таких как условия содержания животных, генетика, кормовая база и ветеринарное обеспечение. Одним из основных направлений, позволяющих максимально реализовать генетический потенциал и получать экологически чистую продукцию, является совершенствование технологических процессов. В частности, применение природных натуральных отечественных кормовых добавок, способствующих нормализации обмена веществ, повышению качества продукции при обязательном сохранении её безопасности.

Высокая продуктивность молочных коров сопровождаетсяиинтенсивнымобменом веществ и большой потребностью в питательных веществах и энергии, что нередко сдерживается не только повышенной контаминацией потребляемых кормов неорганическими (тяжелые металлы) и органическими (микотоксины, антигенно-чужеродная микрофлора) ксенобиотиками, но и недостаточным содержанием в них минеральных веществ.

Оптимизация минерального питания животных обеспечивается за счет использования минеральных кормовых добавок, при этом их ценовойсегмент не всегда удовлетворяет сельхозтоваропроизводителя. В связи с этим, восполнение минеральных веществ в рационах животных возможно за счет использования более дешевых природных минеральных ресурсов (бентониты, вермикулиты, цеолиты и др.), имеющих в своем составе комплекс макро – и микроэлементов (до 40), а их уникальные сорбционные и ионообменные свойства позволяют еще, и снижать антигенную и токсикологическую нагрузку на организм.

В настоящее время ученые ведут поиски создания кормовых добавок широкого спектра действия на основе сочетания природных минералов, обладающих сорбционными свойствами и микробиотыпробиотической направленности. Для повышения продуктивного действия рационов жвачных животных используют разнообразные кормовые добавки, содержащие биологически активные вещества. В последние годы в практике животноводства во многих регионах используют природные адсорбирующие минералы минеральные, которые активизируют физиологические процессы, улучшают обмен веществ в организме снижают токсикологическую нагрузку на него, улучшают реализацию генетического потенциала продуктивности и воспроизводительную функцию.

До последнего времени в практике животноводства широко применяли антибиотики с лечебно- профилактической целью, что существенно улучшало сохранность поголовья и нередко наряду с улучшением сохранности поголовья животных, получавших антибиотики, в молоке и тканях после убоя находили остаточные количества антибиотиков.

В связи с этим усилия многих ученых были направлены на поиски препаратов альтернативных антибиотикам, то есть пробиотикам.

Наряду с пробиотиками в кормлении животных находят свое применение и пребиотики, такие как: олигосахариды, моносахариды, дисахариды, полисахариды, пептиды, ферменты, аминокислоты, антиоксиданты, жирные кислоты, органические кислоты, растительные и микробные экстракты и другие, все они это непереваримыеинградиенты, являющиеся активаторами роста и размножения полезной микрофлоры кишечника.

В отличии от пребиотиков, синбиотики это препараты, сочетающие в себе свойства пробиотиков и пребиотиков. Названные группы препаратов используются в рационах животных и оказывают положительное воздействия на микробиоценоз кишечного тракта, состояние здоровья и продуктивность животных.

Классической пробиотической микрофлорой кишечника считаются бифидо и молочнокислые бактерии, они благотворно влияют на физиолого-биохимический статус организма животных.

Особенно эффективно применение пробиотиков в рационах новорожденных животных, не допускающее развитие в их кишечнике условно-патогенных бактерий. Бактерии пробиотики в период жизнедеятельности вырабатывают такие вещества, как лизоцим, молочную кислоту, перекись водорода, бактериоцины и другие, которые комплексно воздействуют на патогенные и условно-патогенные микробы. При этом лизоцим резко снижает размножение граммотрицательных бактерий, молочная кислота, угнетает их рост, а пероксид водорода разрушает у бактерий клеточную стенку. Аналогичное воздействие на граммотрицательную микрофлору оказывают и бактериоцины. В связи с этим пробиотики по силе воздействия на патогенную микрофлору являются весьма эффективной альтернативой антибиотикам.

Следовательно, профилактическое действие пробиотиков обусловлено снижением размножения и блокадой патогенности у граммотрицательной микрофлоры.

Болеетого,пробиотикииспользуемыеврационахживотныхблокируют возможность прикрепления патогенных бактерий к слизистой оболочки всего пищевода.

Механизмы действия пробиотических микроорганизмов на иммунную систему выражается в перестройке в организме животных систем, отвечающих за неспецифическую резистентность и активацию Т-клеточного звена иммунитета. В силу чего, активизируется сывороточный лизоцим, возрастает фагоцитоз и бактерицидная активность. Кроме того, использование в технологии выращивания молодняка сельскохозяйственных животных пробиотиков повышает продуктивное действие скармливаемых кормов, сохранность животных за счет устранения заболеваемости желудочно-кишечного тракта, что в итоге повышаетпродуктивностьисокращаетпродолжительностьвыращивания,при улучшении убойных и мясных качествживотных.

В настоящее время в практике животноводства и кормопроизводства применяется достаточно много отечественных и импортных препаратов пробиотическогодействия,внаправлениикоррекциикишечногобиоценоза,и микробиологических процессов при консервировании кормов, повышения резистентности животных и их продуктивности.

Именно поэтому целью нашей работы,являласьразработка рецептуры сорбционно-пробиотической кормовой добавки (СПКД) для дойных коров из природных натуральных компонентов отечественного происхождения, с последующим получением органического, экологически чистого молока и продуктов его переработки.

Для достижения поставленной цели решались следующиезадачи исследования:

— провести аналитический обзорсовременных кормовых добавок, используемых в животноводстве;

— разработать рецептуру сорбционно-пробиотической кормовой добавки на основе природного натурального сырья отечественного происхождения;

— изучить эффективность её использования в системе органического производства молока и получения экологически чистых молочных продуктов.

Научная ценность результатов. Впервые в условиях хозяйств ЦЧР, занимающихся производством органического молока проведены исследования по изучению влияния разработанной сорбционно-пробиотической кормовой добавки, состоящей из натурального природного отечественного сырья, изучена эффективность её использования при получении молока и молочных продуктов по технологии, принятой в органическом животноводстве. Разработаны способы нормализации обмена веществ при максимальном исключении антибиотиков из технологии производства молока.

Практическая значимость. На основании проведенных исследований доказана целесообразность использования в составе комбикорма для коров, разработанной сорбционно-пробиотической кормовой добавки, состоящей из натурального природного отечественного сырья.

В результате проведенных исследований обосновано рациональное применение в рационах коров при производстве органической молочной продукции. Разработаны способы нормализации обмена веществ при максимальном исключении антибиотиков из технологии производства органического молока.

Использование кормовой добавки оказывает положительное действие на продуктивные характеристики молочного скота, показатели качества и биобезопасности молока и потребительские характеристики получаемых из него молочных продуктов.

Молочному животноводству предложена сорбционно-пробиотическая кормовая добавка, обеспечивающая за счёт стимулирующего действия на рубцовую микрофлору прирост молочной продуктивности коров на 3,6%, повышение качественных показателей молока – массовой доли жира на 0,1%, белка – на 0,21%. Отмечено улучшение сыропригодности молока за счёт увеличение числа жировых шариков на 7,8% и доли казеиновой фракции белка на 10,5%, повышение класса сычужно-бродильной пробы до 1,7 ± 0,02, термоустойчивости до 1,5 ± 0,02. Показатель плотности молока составил 1027,6 ± 0,30 кг/м³, а его кислотность – 16,9 ± 0,23 ^оТ. Количество МАФАнМ в опытной группе снизилось на 25%, в контрольной группе на 22,2% и составило 0,27*10⁵ КОЕ/г и 0,28*10⁵ КОЕ/г соответственно. Количество соматических клеток в группе коров, получавших кормовую добавку, снизилось на 14,8% и составило 2,3*10⁵/см³. Затем наблюдалось дальнейшее снижение данного показателя еще на 30,43%. В контрольной группе коров количество соматических клеток в целом увеличилось на 6,9%, в опытной – снизилось на 40,74%.Патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, в молоке обеих групп обнаружено не было.

Для выработки сыра из молока коров опытной группы потребовалось меньше сычужного фермента на 15,8%, чем из молока контрольной группы. На производство 1 кг сыра требуется на 8,2% меньше молока опытных животных, чем контрольных. Время свертывания молока сычужным ферментом к 90-му дню эксперимента в группе коров, получавших экспериментальную кормовую добавку оказалось меньше на 15,5% в сравнении с контрольной группой животных.

При измерении отдельных микроструктур сыра установлено, что белковые микрозерна по величине в сыре из опытной группы были достоверно больше контрольных значений на 22,7%, Микрозерна белково-липидные по величине в сыре из молока опытной группы были достоверно больше контрольных на 12,6%. Колонии микроорганизмов, наоборот, были больше в сыре из контроля на 20%, чем в опытной группе. Микропустоты также были достоверно больше в сыре из контроля на 21,6%, чем в опытной группе.

По результатам исследований опубликованы работы, в том числе 1 в изданиях из списка ВАК, 2 в международных базах цитирования и 7 в системе цитирования РИНЦ. Результаты проведённых исследований стали основой для монографии, 2 методических рекомендаций, утверждённых Департаментом аграрной политики Воронежской области и управлением ветеринарии Липецкой области, прошли апробацию на конференциях национального и международного уровня. Научные разработки получили 1 золотую медаль, 1 диплом на агропромышленных выставках всероссийского и регионального уровней, получено положительное решение на патент, ТУ и внедрены в ООО «Савинская Нива» Калужской области. С 2012-2015гг. хозяйство прошло конверсионный период от традиционного земледелия к органическому. Вся продукция растениеводства и животноводства сертифицирована согласно стандартам ЕС 834/2007 и межгосударственному стандарту ГОСТ 33980-2016.

1.Применение отечественных натуральных кормовых добавок

Достижение максимальной молочной продуктивности, высокой жирности молока, его натурального вкуса, насыщенности витаминами, микроэлементами и другими питательными веществами обеспечивается благодаря рациону. Не случайно в последнее время в животноводстве большое внимание уделяется сбалансированному питанию. Предлагается использовать разнообразные специальные кормовые добавки, улучшающие аппетит, повышающие перевариваемость кормов, ускоряющие синтез молочного жира молочной железой, стимулирующие обменные процессы организма коров.

Нетрадиционный подход к применению добавок был предложен В.В. Катомцевым, М.Э. Бураевым, Г.О. Макеевым и др. Улучшение качества получаемого молока данные авторы напрямую связывают с использованием добавки в виде влажной смеси или гранул, которая содержит общедоступные местные компоненты: сапропель – 200 г/гол, белый шлам – 150 г/гол, соль поваренную – 20 г/гол, пихтовую лапку – 200 г/гол и витаминно-растительный сбор ягод и трав в виде сухой измельчённой смеси из чаги, Иван-чая, крапивы, малинового листа, лабазника, берёзового листа, рябины красной, аронии и зверобоя при равном соотношении компонентов по массе (40 г/гол). В результате опыта авторы доказали, что данная добавка увеличивает активность белково-образовательной функции печени, повышает концентрацию альбуминов в крови животных на 10,7%, общее количество белков и особенно глобулинов. В итоге удои увеличились на 2,2 кг в сутки, количество белка и жира в молоке на 0,22% и 0,32%.

Чехранова С.В., Николаев С.И разработали премикс, позволяющий повысить молочную продуктивность, улучшить качественные показатели молока, снизить затраты корма на производство единицы продукции. Он включает наполнитель (рыжиковый жмых), витамины, микроэлементы, селенсодержащий препарат (селенит натрия), отличающийся тем, что дополнительно содержит аминокислоты в виде монохлоргидратаL-лизина и DL-метионина, адсорбент токсинов в виде Токсфина сухого, пробиотик в виде Бацелла, комплекс антиоксидантов в виде Луктанокса. Премикс используется в смеси с концентрированными кормами в количестве 200 г\гол в сутки.

Известны способы повышения качества молока и надоя путём введения в рацион биологической добавки «Уральская», приготовленной из торфа, жидких гуминовых препаратов, таких как «Витагум», «Заокские особые кормовые», а также современный торфогуминовый препарат «Гумимакс», действующими веществами которого являются гуматы калия, активные формы органических соединений и микроэлементы.

ВНИИМС разработал углеводно-минеральную кормовую добавку на основе подсырной сыворотки, сгущенной до оптимального уровня с добавлением растительных и минеральных компонентов в оптимальном наборе и дозах, обеспечивающих физиологическую потребность животных. В качестве растительного компонента используются отруби пшеничные и ржаные, как источник растительного протеина, полисахаридов и клетчатки, а в качестве минеральных компонентов – соли кальция, фосфора, меди, цинка, кобальта и йода. Скармливание добавки лактирующим коровам обеспечивает увеличение удоев, улучшает товарные свойства молока за счет повышения его жирности и содержания белка, оптимизирует жизненный тонус животных и устойчивость их к различным заболеваниям.

В качестве биологически активной добавки для кормления животных группой учёных Рязанского ГАУ (В. Дегтярёв, Н. Торжков, Е. Кабанова и Д. Санков, 2008), разработан новый белковый корм «Биобардин». Он представляет собой смесь ферментализата сырья (послеспиртовой барды) и биомассы молочнокислых и пропионовокислых бактерий, полученной в результате биоконверсии с применением непатогенных штаммов консорциума микроорганизмов Lactobacillusacidophilus, Lactobacillusplantarum, Propionibacteriumacnes, Propionibacteriumfreudenreichiisubsp. shermani с последующим высушиванием. Ввод разных доз Биобардина в рацион кормления коров оказал позитивное влияние на их продуктивность. Удой коров опытной группы за 90 дней лактации составил 1540,03 кг, что на 7,5% больше по сравнению с контролем. Массовая доля жира превосходила контроль на 0,18 – 0,37%, белка – на 0,11 – 0,26%. По энергетической ценности 100 г молока преимущество коров опытной группы над контрольной было 0,78 – 4,73%.

Современное производство молока требует новых, более совершенных подходов к повышению качества технологических процессов, безопасности кормов и кормовых добавок. Кормовые добавки нового поколения должны обладать такими свойствами, как биологическая активность, безвредность и биодоступность, улучшать физиологический статус продуктивного скота и др. Кроме того, кормовые добавки должны обеспечивать сбалансированность рационов, улучшать поедаемость основных кормов, повышать перевариваемость и использование питательных компонентов, способствовать профилактике стрессов и заболеваний обмена веществ.

Именно поэтому несколько последних десятилетий биологически активные вещества натурального происхождения всё чаще упоминаются как важная составляющая кормовых рационов продуктивных животных. Такими соединениями богат определённый круг растений, а также продукты их переработки и отходы этих производств. Побочные продукты переработки растительного сырья всё чаще используют в кормлении сельскохозяйственных животных как в виде монокорма, так и в сочетании с различными природными и синтетическими компонентами. Важно то, что на сегодняшний день изучение этих кормов и кормовых добавок расширяет возможности обеспечения организма животного целым набором биологически активных веществ природного, и, в частности, растительного происхождения.

Наиболее широко известным растительным источником биологически активных свойств является топинамбур (HelianthustuberosusL). Высокое содержание инулина в клубнях позволяет использовать его в качестве сырья для получения инулина и фруктозы. Продукты переработки топинамбура из различных частей растения проявляют биологическую активность при их использовании как в чистом виде, так и в различном сочетании. Доказано, что химические составляющие, находящиеся в топинамбуре, играют важную роль в профилактике истощения различных адаптационных возможностей организма и необходимы для нормального функционирования его антиоксидантных систем.

Данные свойства топинамбура явились основой для создания Т.И. Аникеенко кормовой добавки в виде травяной муки из топинамбура (4,5%) в сочетании с сеном люцерны (11,2%), кукурузным силосом (42,5%), сенажом (11,2%), концентратами (8,1%), брюквой (22,4%), минеральными веществами и витаминами (0,1%). Исследование химического состава молока от коров, получавших данную кормовую добавку не менее 2 раз в сутки, показало увеличение содержания белка на 0,13 абс.%, а жира на 0,07 абс.%. Это доказало, что за счёт углеводов топинамбура процессы пищеварения и обмена веществ проходят более эффективно и направлены на процессы синтеза составных компонентов молока.

В изученной литературе приводятся данные и о биологически активных добавках, позволяющих повысить удой и качество молока за счёт снижения содержания тяжёлых металлов. Так, Р.Н. Ляшук, О.Н. Рысина, В.С. Буяров и др. (2006), занимаясь проблемой эффективности удаления тяжёлых металлов из молока коров, предложили использовать настой листьев мяты перечной и ягод рябины обыкновенной в виде настоя один раз в день с концентратами из расчёта 40 мл/100 кг массы тела. Механизм эффективности данной кормовой добавки заключается в том, что её ингредиенты связывают тяжёлые металлы и способствуют выведению их из организма животных.

С приведёнными выше данными коррелируют результаты исследований учёных ГУ Волгоградского научно-исследовательского института мясо-молочного скотоводства и переработки продукции животноводства РАСХН. Они предлагают включать в рацион лактирующих коров жмых арбузный в количестве 1,5 — 2,5г на 1 кг живой массы или жмых дынный в количестве 1,3 — 2,0г на 1 кг живой массы. За опытный период в опытной группе коров удой увеличился на 9%, содержание белка в молоке на 3% по отношению к группе контроля, снизилось содержание цинка, кадмия, свинца.

Имеются рекомендации (И. Осадченко, И.Ф. Горлов, Л.М. Мякотных и др., 2008) по использованию яблочных и томатных выжимок в соотношении 1:1 в сухом виде для кормления коров. Расход добавки в рацион лактирующих коров составляет 3 – 5 г/кг живой массы. При производстве плодовых и овощных соков в качестве отходов образуются яблочные и томатные выжимки, которые используются не в полной мере. Яблочные и томатные выжимки содержат ценные питательные вещества – сырой протеин, сырую клетчатку, безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ), а также минеральные элементы – йод и селен, использование которых в качестве добавок заслуживает большего внимания.

Основным сочным кормом и главным источником витаминов для животных является силос. Доля его в общем количестве объемистых кормов в зимний период по питательности составляет 42 – 45%. В этой связи, по данным учёных Башкирского НИИ сельского хозяйства (2008), перспективна для силосования нетрадиционная кормовая культура – козлятник восточный, обладающий, помимо прочего, ещё и комплексом биологически активных свойств. Замена в рационах коров 20 кг силоса люцерны таким же количеством корма из козлятника восточного повышает суточные удои на 8,04%, содержание жира в молоке – на 2,1%. Включение в состав рациона силоса козлятника восточного позволяет снизить затраты кормов на 1 кг молока на 4,9 и 8,2%. Полное использование силоса козлятника восточного вместо силоса люцерны при одновременной частичной замене концентрированных кормов способствовало увеличению переваримости и использованию питательных веществ кормов рациона, оказало благоприятное влияние на энергию роста и трансформацию питательных веществ кормов в организме дойных коров.

В экспериментальном хозяйстве ВНИПТИ рапса проведены исследования по введению в рацион дойных коров 15 – 30% муки из рапса и тритикалевзамен концентратов (по питательности). Результаты исследования показали, что введение в рацион дойных коров 30% муки из рапса или тритикале, а также по 15% муки из тритикале и рапса взамен 30% концентратов улучшило сбалансированность рационов коров по переваримому протеину на уровне 100,5 – 102,9 г в 1 корм.ед., а сахаро-протеиновое отношение в пределах 0,88 – 0,91. Среднесуточные надои у коров опытной группы составили на 2,52 кг выше, чем в контроле (в пересчете на базисную жирность 3,4%). Жирность молока у коров всех опытных групп повысилась на 0,1 – 0,25%, а белка – на 0,07 – 0,15%. Оплата корма молоком у коров опытных групп была на 9,2 – 11,9% выше, чем в контроле.

Введение в рацион дойных коров муки из рапса и тритикале положительно сказалось на физиологических показателях крови: по­высилось содержание кальция, фосфора, гемоглобина, щелочного резерва и общего белка в плазме крови. Сбалансированность рационов коров опытных групп по переваримому протеину (9,9 – 10,1г в 1 кг сухого вещества) и обменной энергии способствовала улучшению воспроизводительной способности животных, снижая сервис-период по сравнению с контрольной группой на 23 – 42 дня. Введение в рацион 15 – 30% муки из тритикале и рапса положительно повлияло на ферментативно-бродильные процессы рубца, обеспечило нормализацию рН рубцовой жидкости, повышение содержания летучих жирных кислот, целлюлозорасщепляющей активности бактерий и общего количества инфузорий.

Для организации биологически полноценного кормления крупного рогатого скота в условиях Магаданской области И.Ю. Кузьмина предлагает скармливать сухостойным и дойным коровам биологически активную добавку из муки морских водорослей (ламинарии или фукуса) в комплексе с водно-спиртовым экстрактом родиолы розовой (RhodiolaroseaL) и солями микроэлементов (кобальт хлористый, цинк сернокислый). Морские водоросли с микроэлементами скармливают ежедневно в количестве 150 г на голову в сутки, а водно-спиртовой экстракт родиолы розовой в количестве 40 г на голову по 10 дней с перерывами в 20 дней. Изучение молочной продуктивности коров показало, что введение в рацион предложенной кормовой добавки оказало влияние на увеличение суточного удоя на 3% и составило 0,9 литров на корову. Это позволило избежать сезонного спада молочной продуктивности, характерного для стойлового периода. Подкормка также оказала определённое положительное влияние на содержание жира в молоке. К концу опыта жирность молока у коров опытной группы составила в среднем 4,1% против 4,0% в контрольной. По плотности, кислотности и вкусовым свойствам молоко коров всех групп отвечало требованиям первого сорта согласно ГОСТ. При его органолептической оценке не было обнаружено кормовых привкусов и запахов, плотность молока колебалась в пределах 1026,2 – 1027,8.

Ещё одним ценным растительным сырьём всё чаще в последнее время признаётся стевия (SteviarebaudianaBertoni). На целесообразность использования стевии и продуктов её переработки в рационах лактирующих коров указывают К.К. Полянский, С.Н. Семёнов, А.Н. Пономарёв, А.В. Востроилов, Н.Е. Суркова и др. Это связано с тем, что в настоящее время отходы от переработки стевии, в том числе жом, относится к неиспользуемым технологическим отходам при получении заменителя сахара – стевиозида. Благодаря высокой биологической активности самого растения, его жом имеет ярко выраженные антиоксидантные свойства, оказывающие комплексное действие на молочную железу и организм лактирующих коров в целом.

Использование жома стевии улучшает воспроизводительную функцию, способствует профилактике маститов у коров, предупреждает развитие минеральной и витаминной недостаточности, позволяет подготовить животных к лактации в период сухостоя. Более того, по нашим данным, использование многокомпонентной кормовой добавки, содержащей жом наземных частей стевии (17%), мезгу клубней топинамбура (33%) в сочетании с жомом яблочным (остальное), способствует возрастанию продуктивности молочного скота более чем на 10%, обеспечивает увеличение процентного содержания сухих веществ в молоке, в том числе за счёт прироста массовой доли жира на 0,25% и белка на 0,23%, лактозы на 0,31%; улучшает технологические параметры молока, т.е. устойчивость к термической обработке и качество свёртываемости.

Следует отметить значительный рост научно-практического интереса к проблеме использования фитокормовых добавок в рационах продуктивных животных. Существенное внимание к данному вопросу связано с расширением спектра используемых в сельском хозяйстве видов нетрадиционных растений, а также с развитием перерабатывающей отрасли и появлением всё новых и новых технологических отходов растительного происхождения, обладающих не только набором пищевых характеристик, но и целым рядом биологически активных веществ.

В настоящее время требуется создание эффективных кормовых добавок натурального происхождения. В связи с этим целесообразно использовать отходы различных производств, связанных с переработкой альтернативного растительного сырья, обладающего набором биологически ценных свойств.

Известно, что в рацион лактирующих коров достаточно часто включают свекловичный жом, так как он положительно влияет на качество и количество получаемой продукции. Хорошей альтернативой этому корму является яблочный жом, который остается невостребованным после переработки яблок на соки, продукты детского питания и т.д.

Ценность яблочного жома заключается в том, что в его состав входят пектиновые вещества, клетчатка, гемицеллюлоза, белок, сахара (в основном, фруктоза), минеральные и органические кислоты, железо, марганец, кобальт, цинк, медь, другие макро- и микроэлементы, витамины группы В, незначительное количество жира, а также две формы стерина, относящиеся к фитостеринам. В 1 кг яблочного жома содержится 30 мг меди и 650 мг железа, которое улучшает процесс кроветворения.

Химический состав яблочного жома представлен водой – 82,3%, сухими веществами – 17,3%, экстрактивными веществами – 10,0% и нерастворимыми веществами – 5,48%. Общее содержание сахара составляет – 7,2%, титруемых кислот – 1,08%, пектиновых веществ – 2,42%.

Яблочный жом является наилучшим источником клетчатки. Клетчатка представляет собой высокомолекулярный полисахарид, состоящий из нитевидных макромолекул, построенных из остатков глюкозы, соединенных между собой β-глюкозидной связью, поэтому обладает повышенной стойкостью по отношению к ферментам пищеварительного тракта животных. Спутниками целлюлозы в яблочном жоме являются гемицеллюлозы — менее сложные полисахариды клеточных стенок, которые, в отличие от клетчатки, хорошо перевариваются в пищеварительном тракте животных.

Находящиеся в яблочном жоме протеины представляют собой полимерные молекулы, состоящие из различных аминокислот. Кроме простых белков, в жоме содержится незначительное количество нуклеопротеидов — соединений белков с нуклеиновыми кислотами, которые содержат азотистые структурные элементы: пурин, пиримидин, а также рибозу и фосфорную кислоту. Нуклеопротеиды входят в состав клеточных ядер и перевариваются труднее, чем простые протоплазматические белки. В состав аминокислот жома входят: аланин, валин, лейцин, изолейцин аспарагиновая и глютаминовая кислоты, лизин, аргинин, фенилаланин, тирозин, пролин и триптофан.

Наибольшую ценность яблочного жома представляют входящие в его состав пектиновые вещества. Они состоят из пектозы (протопектин), растворимого пектина и полигалактуроновой (пектиновой) кислоты. При гидролизе ферментами или разбавленными кислотами нерастворимая часть пектинов (протопектин) переходит сначала в растворимый пектин, а затем в полигалактуроновую кислоту. Важным показателем качества пектиновых веществ является содержание в них метоксильных групп, которое для яблочного жома колеблется от 10,0 до 11,4 %. В пересчёте на сухое вещество яблочный жом содержит 10 – 15% пектина. Пектин представляет собой очищенный полисахарид, полученный экстракцией яблочного жома. Он обладает целым рядом полезных свойств – укрепляет иммунитет, стабилизирует обмен веществ, улучшает периферическое кровообращение и перестальтику кишечника, снижает количество холестерина, повышает устойчивость организма к аллергии, способствует восстановлению слизистой оболочки дыхательных и пищеварительных путей после поражений. Однако самое ценное свойство пектина состоит в его способности к комплексообразованию, то есть он может выводить пестициды, соли тяжелых металлов и радионуклиды из организма, не нарушая его бактериологический баланс.

Кроме того, яблочный жом содержит большое количество антиоксиданта кверцетина, который вместе с витамином С мешает свободным радикалам оказывать вредное воздействие на организм, а фитонциды яблок препятствуют распространению возбудителей дизентерии, золотистого стафилококка, протея, вирусов гриппа А. Также в составе яблок содержится хлорогеновая кислота, которая вместе с пектином способствует выведению из организма солей щавелевой кислоты – оксалатов.

В Центрально-Чернозёмном регионе яблочный жом имеется в достаточном количестве, но довольно редко используется на корм животным, хотя низкое содержание клетчатки в его составе, легкая усвояемость углеводов и белка делают его весьма ценным для кормления крупного рогатого скота, который охотно поедает как свежий, так и доброкачественно заквашенный жом. Количество жома, образующегося при отжиме сока из яблок, составляет: из культурных сортов – 28 — 36 масс. %, из дичков – 40 масс. % от массы сырья. Питательность 1 кг яблочного жома – 0,24 корм. ед. и 13 г переваримого протеина. Сырой жом при хранении и транспортировке быстро сбраживается и теряет свои питательные свойства, поэтому в кормовой добавке целесообразно использовать высушенный яблочный жом. В муке из такого жома содержится 11,8% протеина, 10,7% жира, 40% клетчатки, 43% БЭВ. Замена в рационах 15 – 20% концентратов (по питательности) яблочным жомом повышает среднесуточные приросты животных, сокращает затраты концентратов на единицу прироста и позволяет экономить корма основного рациона.

В России производство молока в условиях предприятий агропромышленного комплекса имеет большие резервы, как в плане увеличения продуктивности коров, так и с точки зрения повышения качества молока и эффективности его производства. Современная наука и практика требует совершенствования рационов высокопродуктивных коров молочного направления, в том числе за счёт применения биологически активных веществ, природных стимуляторов, натуральных сорбентов и альтернативных источников энергии, что обеспечивает увеличение объёмов получения безопасной, экологически чистой, высококачественной и технологически востребованной продукции.

• настоящее время ученые ведут поиски создания кормовых добавок широкого спектра действия на основе сочетания природных минералов, обладающих сорбционными свойствами и микробиотыпробиотической направленности.

В условиях технологии получения экологически чистого молока существенное значение приобретают новые подходы, направленные на повышение продуктивных качеств животных и оптимизации ветеринарно-санитарных и технологических характеристик молока. Одним из способов решения этого вопроса является использование в качестве компонентов рациона природных источников биологически активных веществ.

2. Изучение эффективности использования сорбционно-пробиотической кормовой добавки

В настоящее время можно с уверенностью утверждать, что качество молока коров, включающее в себя понятия его технологической и биологической полноценности, выходит на первый план из-за жёстких требований, предъявляемых предприятиями-переработчиками с учётом нормативных документов (ГОСТ 52054-2003 и ФЗ № 88).

Обеспечение высокого качества сырого молока строится на многочисленных условиях, в том числе на обеспечении лактирующего поголовья полноценными кормами и сбалансированными рационами. В этой связи трудно представить себе современный процесс получения молока без использования биологически активных веществ, включаемых в рацион коров в виде кормовых добавок.

При производстве экологически чистого молока особое внимание необходимо уделять кормам, которые должны состоять на 75% из экологически чистых компонентов.

Сотрудниками Воронежского ГАУ и кормовой компанией «МегаМикс» на основе местной природной бентонитовой глины, сухой живой пробиотической дрожжевой культуры(Saccharomyces cerevisiae) икорма растительного плодового яблочного искусственно высушенного– продукта,получаемого путем механического отделения составных частей яблок после прессования, а затем сушки и просеивания создана сорбционно-пробиотическая кормовая добавка (TУ СТО 82006937-019-2020).

Методические положения по применению разработанной сорбционно-пробиотической кормовой добавки в производстве молока-сырья включают в себя данные о возможности использования технологических отходов при производстве яблочного сока, бентонитовой глины местного происхождения и сухой живой пробиотической культуры отечественного производства в кормлении лактирующих коров с целью повышения ветеринарно-санитарных и технологических показателей сырого молока.

Непосредственно перед началом экспериментальных исследований проводилось определение безопасности разработанной кормовой добавки.

Рецепт сорбционно – пробиотической кормовой добавки (СПКД) представлен в таблице 1.

Таблица 1- Рецепт сорбционно – пробиотической кормовой добавки, %

Корм растительный плодовый яблочный искусственно высушенный– продукт,представляющий собой неоднородную сыпучую массу, с включением частиц кожуры и семян яблок, возможна незначительная (менее 2%) примесь других фруктов от светло-коричневого до темно-коричневого цвета с влажностью 10%, получаемый путем механического отделения составных частей яблок после прессования, а затем сушки и просеивания. Запах характерный для сушеных плодов яблок.

Корм растительный плодовый яблочный искусственно высушенный имеет свойства натурального пребиотика. Источник фрукто-олигосахаридов и микроэлементов (Fe,Cu,Zn,Mg,Mn,Cr) в органической форме, обладающий выраженными сорбционными свойствами за счет органического сорбента пектина. Содержащаяся яблочная клетчатка будет работать как скраб для кишечника даже после тепловой обработки. Также в составе достаточно пектинов, эфирных масел и пищевых волокон (калоризатор). Стимулирует развитие микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Увеличивает потребление корма. Улучшает пищеварение. Действие данного корма основано на необратимом связывании микотоксинов в желудочно-кишечном тракте с/х животных и птицы, что приводит к необратимой дезактивации микотоксинов. Биологически активные вещества автолизата пектина, ß-маннаны, ß-глюканы и др. – оказывают гепатопротекторное иммуномодулирующее действие. Препятствуют развитию патогенной микрофлоры. Состав корма растительного плодового яблочного искусственно высушенного представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Состав корма растительного плодового яблочного искусственно высушенного

Сухая живая пробиотическая дрожжевая культура– Saccharomycescerevisiae(пивные дрожжи, пекарские дрожжи) — вид одноклеточных микроскопических (5 — 10 мкм в диаметре) грибков (дрожжей) из класса сахаромицетов, широко используемый в производстве алкогольной и хлебопекарной продукции, а также в научных исследованиях.

Клетки Saccharomycescerevisiae размножаются вегетативным образом при помощи почкования. Сначала появляется вырост на материнской клетке, затем происходит митотическое деление ядра, образование клеточной стенки и отделение клеток друг от друга. На материнской клетке остается шрам от почкования, что позволяет определить её возраст. Обычно материнская клетка может образовывать 20 – 30 почек.

Клетки дрожжей могут пребывать в одном из двух стабильных состояниях (фазах): гаплоидном (сфероиды) и диплоидном (эллипсоиды), которые считаются различными поколениями. В течение каждой фазы пекарские дрожжи размножаются вегетативно почкованием. По продолжительности у пекарских дрожжей преобладает диплоидная фаза. Она переходит в гаплоидную фазу путём образования гаплоидных аскоспор в результате мейоза. Гаплоидная фаза переходит в диплоидную путём слияния образовавшихся из аскоспор гаплоидных клеток.

Для выращивания оптимальными условиями является раствор дрожжевого экстракта с температурой 30⁰C, содержащий пептон и глюкозу.

Saccharomycescerevisiae– один из наиболее изученных модельных организмов, на примере которого происходит исследование клеток эукариотов, они легко выращиваются и имеют низкую патогенность для организма. По сравнению с кишечной палочкой (Escherichiacoli), клетка дрожжей содержит в несколько раз больше ДНК и имеет более сложную организацию, чем бактерии. Клетки сохраняют жизнеспособность даже с множественными генетическими маркерами в своем генотипе, что существенно с точки зрения генной инженерии. Дрожжи Saccharomycescerevisae используются в медицине и животноводстве в качестве пробиотика.

Бентонитовая глинапредставляет собой однородный сыпучий порошок от серого до светло-желтого цвета, без запаха и вкуса. Он не гигроскопичен, с водой образует гель.

По химическому составу природные бентониты различных месторождений значительно отличаются друг от друга. При проведении исследований нами использовались щелочные бентониты месторождений щелочноземельного типа, расположенных на территории Воронежской области — Никольского и Кантемировского (таблица 3).

Таблица 3- Физико-химические свойства кормового бентонита

Анализ химического состава показывает (таблица 4), что данные бентониты содержат комплекс жизненно важных для организма макро- и микроэлементов, в том числе кремний, алюминий, кальций, натрий, калий, железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод.

Таблица 4 – Химический состав бентонитовой глины

Уровень тяжелых металлов и вредных для организма веществ в 3-10 раз ниже норм, предусмотренных для кормовых и профилактических добавок. Отличительной особенностью Кантемировского месторождения бентонитов является высокое содержание в них аморфного кремнезема — 24,6-37,2% и оксида калия — 2,23-2 ,38%, что позволяет отнести их к редкой разновидности силицитовой группы. Исследование радионуклидов в пробах бентонитов, проведенные в Липецкой областной ветеринарной лаборатории показали, что их суммарное содержание значительно ниже предельно допустимых уровней для минеральных кормовых добавок.

При изучении технологических свойств: сыпучесть, распыляемость, гигроскопичность, слеживаемость показало, что данные показатели не выходят за рамки допустимых параметров, характерных для данной группы природных сырьевых ресурсов.

На основании проведенных исследований физико-химических и технологических свойств бентонитовой глины Кантемировского месторождения в Воронежской области, нами установлено, что они могут быть использованы в качестве источника минерального сырья для включения в состав комбикормов, изготовления витаминно-минеральных премиксов и лечебно-профилактических кормовых добавок для животных.

Основываясь на полученных лабораторных данных, можно сделать вывод, что содержание токсичных элементов, нитратов, нитритов, хлорорганических пестицидов, радионуклидов и микотоксинов в разработанной добавке не превышает допустимого уровня, что подтверждает безопасность СПКД при включении её в рацион.

При оценке возможной токсичности компонентов добавки, а также самой добавки с помощью тест – организма Tetrahymenapyriformis не установлено отрицательного влияния на выживаемость клеток инфузорий, степень их подвижности и характер движения, поведенческую реакцию, а также морфологические показатели, что также свидетельствует об отсутствии токсических свойств исследуемых продуктов.

Методологической базой исследования являлись труды российских и международных учёных в области органического животноводства. Экспериментальная часть работы выполнена в условиях ООО «Савинская Нива» Калужской области на поголовье айрширского скота.

Объектами исследования являлись:

1) Дойное поголовье айрширской породы, получавшие экспериментальные кормовые добавки в период лактации;

2) Экспериментальная кормовая добавка, представленная природной бентонитовой глиной, сухой живой пробиотической дрожжевой культурой(Saccharomyces cerevisiae) икормом растительным яблочным искусственно высушенным количестве 500 г на голову в сутки;

3) Молоко, клинически здоровых коров.

Животные, по принципу парных аналогов, были разбиты на опытную (n=20), животные которой получали основной рацион и контрольную (n=20), коровы которой получали основной рацион и СПКД, группы. Сорбционно-пробиотическая кормовая добавка вводилась в базовый рацион лактирующих коров. Дача СПКД осуществлялась в утреннее кормление из расчета 0,5 кг на голову в сутки в течение 90 дней сразу после отела. Группы формировались по принципу парных аналогов, с учётом возраста, времени отёла, количества лактаций, живой массы и продуктивности, содержания жира и белка в молоке, с идентичными условиями содержания, доения и кормления.

Клиническое обследование животных осуществляли с обязательным контролем общего состояния, термометрией, подсчётом дыхательных движений и сокращений рубца, оценкой состояния вымени. Для более объективной оценки состояния молочной железы проводили пробное сдаивание.

Ветеринарно-санитарные показатели качества и безопасностимолока определяли в соответствии с Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности молока и молочной продукции» (ТР ТС 033/2013) и Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» (ТР ТС 021/2011) по следующим методикам:

1) Отбор проб, подготовку молока к исследованиям и органолептическую оценку осуществляли по ГОСТ Р ИСО 22935-2-2011 «Молоко и молочные продукты. Органолептический анализ.

2) Массовую долю жира определяли по ГОСТ 5867-90 «Молоко и молочные продукты. Методы определения жира».

3) Массовую долю белка определяли методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-98 «Молоко и молочные продукты. Метод измерения массовой доли общего азота по Кьельдалю и определение массовой доли белка».

4) Массовую долю лактозы определяли рефрактометрическим методом.

5) Плотность молока определяли ареометрическим методом по ГОСТ Р 54758-2011 «Молоко и продукты переработки молока. Методы определения плотности».

6) Кислотность определяли титриметрическим методомпо ГОСТ 3624-92 «Молоко и молочные продукты. Титриметрические методы определения кислотности».

7) Термоустойчивость определяли с помощью алкогольной пробы по ГОСТ 25228-82 «Молоко и сливки. Метод определения термоустойчивости по алкогольной пробе».

8) Сычужно – бродильную пробу проводили по ГОСТ Р 53430-2009 «Молоко и продукты переработки молока. Методы микробиологического анализа».

9) Количество и размер жировых шариков определяли микроскопированием.

10) Аминокислотный состав молока устанавливали методом жидкостной хроматографии на автоматическом анализаторе аминокислот ААА 400.

11) Бактериологические исследования молока проводили по ГОСТ Р 53430-2009 «Молоко и продукты переработки молока. Методы микробиологического анализа».

12) Количество соматических клеток определяли с применением вискозиметра по ГОСТ Р 54077-2010 «Молоко. Методы определения количества соматических клеток по изменению вязкости».

13) Наличие и количество патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, определяли по ГОСТ Р 52814-2007 «Продукты пищевые. Метод выявления бактерий рода Salmonella».

14) Наличие антибиотиков в молоке устанавливали следующими методами: тетрациклиновую группу, стрептомицин, пенициллин определяли качественным микробиологическим методом по ГОСТ Р 51600-2010 «Молоко и молочные продукты. Микробиологические методы определения наличия антибиотиков»; левомицетин (хлорамфеникол) определяли согласно МУК 4.1.1912-04 «Определение остаточных количеств левомицетина (хлорамфеникола, хлормицетина) в продуктах животного происхождения методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и иммуноферментного анализа».

15) Присутствие ингибирующих веществ устанавливали путём иммуноферментного анализа и микробиологических исследований с помощью тест-системы «РИДАСКРИН».

16) Присутствие афлатоксина М₁ выявляли согласно ГОСТ 30711-2001 «Продукты пищевые. Методы выявления и определения содержания афлатоксинов В₁ и М₁».

17) Присутствие тяжёлых металлов: ртути – атомно-абсорбционным методом по ГОСТ 26927-86 «Сырье и продукты пищевые. Метод определения ртути»; мышьяка – колориметрическим методом по ГОСТ 26930-86 «Сырье и продукты пищевые. Метод определения мышьяка»; свинца и кадмия – по ГОСТ 30178-96 «Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов».

18) Присутствие радионуклидов определяли по ГОСТ Р 54017-2010 «Продукты пищевые. Метод определения содержания стронция Sr-90»; ГОСТ Р 54016-2010 «Продукты пищевые. Метод определения содержания цезия Сs-137».

В результате изучения общехозяйственного рациона (таблица 5) и установления питательности изучаемой кормовой добавки была определена норма введения её в рационпутём метода последовательных приближений – 0,5 кг на голову в сутки полновозрастным дойным коровамживой массой 500-550 кг с продуктивностью 16-18 кг молока в сутки, в составе комбикорма вместе с основным рационом.

Таблица 5 – Рационы для дойных коров на зимний и летний периоды, среднесуточный удой 16 -18 кг молока

В таблице 6 представлен состав и питательность рационов дойных коров с включением СПКД в количестве 0,5 кг на голову в сутки.

Таблица 6 – Рационы для дойных коров опытной группы на зимний и летний периоды, среднесуточный удой 16 -18 кг молока

В хозяйстве развивают методы органического земледелия: минимальная технология обработки почвы, отказ от генетически модифицированных семян и химических средств защиты растений, искусственных минеральных удобрений.

В хозяйстве применяют загонный выпас животных на естественных и сеяных пастбищах. В кормлении используют только сертифицированные корма собственного производства.

Перед скармливанием с целью повышения биологической доступности питательных веществ из силосованного корма и снижения интоксикации дойных коров масляной кислотой обрабатывали его однократно за 12часов в утреннее кормление и за 6 часов в вечернее кормление запатентованной смесью дефеката и фосфогипса из расчета 8 и 10 грамм на 1 килограмм силосованного корма.

Органолептическое исследование содержимого рубца проводили сразу после его получения непосредственно в хозяйстве. При этом определяли запах, цвет, консистенцию, осадок, флотацию. В начале опыта пробы рубцовой жидкости опытной группы в 70% случаев имели параметры, соответствующие физиологической норме: цвет – от серо-зеленого до коричне-зеленого, из них в 25% случаев – желто-коричневого; запах – специфический, ароматный, в отдельных случаях резкий; консистенция – слабовязкая (тягучая); время осаждения и флотации в большинстве случаев составляло 6 – 8 минут.

Несвойственные характеристики имели 30% образцов, из них 18% имели пороки цвета (коричнево-зеленый, тёмно-коричневый) и запаха (затхлый, кисловатый), а 10% – пороки консистенции (вязкая, в 2 случаях – пенистая).

К концу опыта количество органолептически благополучных проб составило 92%, то есть на 22% больше по отношению к первоначальным данным. В контрольной группе те же показатели на протяжении опыта колебались незначительно – с фоновых 70% до 73% к концу опыта.

Следующим критерием оценки рубцового содержимого стала его микрофлора, так как благодаря ей усваивается 70 – 85% сухого вещества рациона. Поскольку микроорганизмы рубца быстро реагируют на изменения в составе рациона, нами была дана оценка количественного состава инфузорий и простейших в рубцовом содержимом коров, участвовавших в опыте (таблицы 7, 8).

Таблица 7 — Количество простейших в рубцовом содержимом подопытных животных, тыс/мл

*P ≤ 0,001- при сравнении конечных показателей между группами

Полученные данные указывает на то, что к концу наблюдений численность простейших статистически достоверно (P ≤ 0,001) увеличилась с 290,1 ± 2,12тыс/мл до 424,8 ± 1,21тыс/мл в опытной группе, что составило 31,7%.

Таблица 8 — Количество бактерий в рубцовом содержимом подопытных животных, млрд/мл

*P ≤ 0,01 – при сравнении фонового и конечного показателей в опытной группе

Проведенный эксперимент показал достоверное увеличение бактериального пейзажа в опытной группе с фоновых 7,35 ± 0,43 млрд/мл до 9,05 ± 0,33 млрд/мл на конец наблюдений, что составило 23,13% (P ≤ 0,01).

Что касается реакции среды рубца, то её значения колебались в пределах физиологической нормы как в опытной (рН = 6,6 – 6,8), так и в контрольной (рН = 6,5 – 6,6) группах.

Следующим этапом исследований было выявление степени активности рубцовой микрофлоры подопытных животных (таблица 9).

Активность рубцовой микрофлоры определялась путём замера времени обесцвечивания индикатора. Нами установлено, что активность рубцовой микрофлоры за период исследования достоверно (P ≤ 0,001) выросла на 25% в опытной группе. В контрольной группе данный показатель был ниже, чем в опытной на 21,7% (P ≤ 0,001).

Таблица 9 — Активность рубцовой микрофлоры подопытных животных

**P ≤ 0,001 – при сравнении показателей в опытной группе

*P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

В прямой зависимости от состава рациона находится общее количество ЛЖК, образующихся в рубце. Всасываясь в преджелудках, летучие жирные кислоты выступают в качестве основных источников энергии и служат исходными компонентами для образования жира молока.

Исследование ЛЖК в рубцовом содержимом подопытных животных показало следующие результаты (таблица 10).

Таблица 10- Общее количество ЛЖК в рубцовом содержимом подопытных животных, ммоль/л

*P ≤ 0,001 – при сравнении фонового и итогового значений в опытной группе, **P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

Анализ значений, характеризующих количество летучих жирных кислот, показал значительный рост этого показателя. К 90-му дню в опытной группе общее количество ЛЖК достоверно (P ≤ 0,001) возросло на 20,7% по отношению к фоновым значениям, в контрольной группе искомый показатель был ниже на 24,83% (P ≤ 0,001).

Были проведены замеры целлюлозолитической, амилолитической и протеазной активности микроорганизмов. В целом, в опытной группе за период эксперимента амилолитическая активность рубцовой микрофлоры достоверно (P ≤ 0,001) возросла на 5,7%. Протеазная активность рубцовой микрофлоры увеличилась на 18,7% (P ≤ 0,001), а целлюлозолитическая активность рубцовой микрофлоры стала больше на 2,28% (P ≤ 0,05).Следующей задачей было исследование концентрации аммиака в рубцовом содержимом подопытных животных (таблица 11).

Таблица 11 — Концентрация аммиака в рубцовом содержимом подопытных животных, ммоль/л

*P ≤ 0,001

Результаты исследований концентрации аммиака в рубцовом содержимом показали, что, в отличие от контрольной группы, где в течение всего эксперимента количество аммиака статистически достоверно не изменялось, в опытной группе на конец эксперимента содержание аммиака увеличилось на 9,24% (P ≤ 0,001), относительно исходного показателя.

В группе коров, в рацион которой была включена СПКД, лизоцимная активность сыворотки крови к концу эксперимента достоверно (P≤0,001) увеличилась на 10,05%. Комплиментарная активность сыворотки крови достоверно (P≤0,001) возросла на 14,41% по отношению к фоновому показателю, а рост бактерицидной активности сыворотки крови составил 7,78% по отношению к фоновым значениям (P≤0,001). В контрольной группе коров значения данных показателей достоверно не изменялись.Фагоцитарная активность (ФА), то есть процент фагоцитирующих нейтрофилов к общему числу подсчитанных, в первый день эксперимента был равен 74,1%, а к 90-му дню составил 77,1%. В контрольной группе фагоцитарная активность за время опыта не изменилась.

Фагоцитарный индекс (ФИ), то есть число фагоцитированных микробных клеток в персчёте на один учтенный нейтрофил от общего количества подсчитанных нейтрофилов, за период исследований имел тенденцию к увеличению с фоновых 5,45±0,16 до конечных 5,51±0,02 в опытной группе.Показатель интенсивность фагоцитоза (фагоцитарное число) в опытной группе также имел тенденцию к увеличению, а в контрольной достоверно не изменялся.Таким образом, биологическая активность экспериментальной кормовой добавки обеспечила рост показателей неспецифической резистентности организма.

Все изменения обмена веществ отражаются в крови, поэтому степень воздействия кормовой добавки оценивалась нами с помощью биохимического анализа крови, который позволил отразить уровень белкового, липидного и углеводного обмена (таблицы 12).

Исследования показали достоверный (P ≤ 0,001) рост концентрации общего белка на 14,3% в опытной группе. Концентрация альбумина в сыворотке крови в начале эксперимента у животных контрольной и опытной групп была 31,3±1,18 г/л и 31,1±0,66 г/л соответственно, что на 35-37% ниже среднего значения нормы. Однако в опытной группе наблюдался устойчивый рост данного показателя; к 90-му дню он достоверно (P≤0,001) увеличился на 42,7% и составил 44,39±1,21 г/л. В то же время, в контрольной группе концентрация альбуминов достоверно не изменилась.

Таблица 12 – Биохимические показатели крови коров

*P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

**P ≤ 0,01 – при сравнении итоговых значений между группами

***P ≤ 0,001 – при сравнении фонового и итогового значений внутри группы

Для дополнительной характеристики интенсивности белкового обмена в организме коров была исследована концентрация мочевины в сыворотке крови. Фоновые показатели содержания мочевины в сыворотке крови коров обеих групп находились в пределах границ нормы и составляли 5,38±0,25 ммоль/л и 5,2±0,21 ммоль/л соответственно. За период опыта у коров опытной группы наблюдалась тенденция к снижению уровня мочевины. Так, к 30-му дню её количество снизилось до 4,47 ± 0,63 ммоль/л, а к концу опыта до 4,0 ± 0,74 ммоль/л. В контрольной группе достоверных изменений уровня мочевины зарегистрировано не было.Рост общего белка и альбуминов в крови на фоне снижения уровня мочевины в сыворотке коров опытной группы свидетельствует об эффективном усвоение азота в рационе.

Средний уровень кетоновых тел в крови подопытных коров обеих групп на протяжении всего исследования не выходил за пределы физиологических норм, характерных для молочного скота (2-6 мг%), однако итоговые значения данного показателяв опытной группе за 90 дней опыта оказались ниже на 4,25% (P≤0,001) по сравнению с таковыми в группе контроля.

Исследования крови показали, что фоновые значения концентрации глюкозы в крови животных в обеих группах были в пределах нижней границы физиологической нормы (2,22–3,33ммол/л) и колебались в пределах 2,33–2,34 ммоль/л. В контрольной группе показатель не имел достоверных колебаний за всё время эксперимента. В опытной группе концентрация глюкозы достоверно увеличилась (P≤0,001) на 8,97% и к концу опытного периода составила 2,55±0,01 ммоль/л.

Наблюдалась стабильная динамика роста общих липидов в крови коров опытной группы в течение всего периода исследований, однако наибольший рост данного показателя отмечался во второй половине опыта – с 30 по 60 день – на 13,48%, а с 60 по 90 день эксперимента ещё на 8%. В целом количество общих липидов достоверно (P ≤ 0,001) возросло на 24,13%. В группе контроля этот показатель не изменился.

Что касается концентрации холестерина в сыворотке крови подопытных животных, то на начальном этапе в обеих группах его значения находились в пределах нормы (5,23–5,25ммоль/л). К 90-му дню исследований в опытной группе количество холестерина в целом достоверно (P≤0,001) снизилось на 4,57%.Уровень общих фосфолипидов в опытной группе к последнему дню исследований был выше на 4,86% (P≤0,01), чем в контрольной.

Активность щелочной фосфатазы в крови коров опытной группы к 90-му дню достоверно (P≤0,01) снизилась на 12,8% по отношению к первоначальному значению. Разница между итоговыми значениями контрольной и опытной групп составила 14,46% в пользу последней (Р≤0,001).

В контрольной группе коров за 90 дней опыта рост концентрации АлАТ в крови составил 22,98%, а в опытной группе, напротив, наблюдалось достоверное (P ≤ 0,001) уменьшение этого показателя на 19,4%.Значения фоновых показателей АсАТ в контрольной группе составило 82,11 ± 2,06нмоль/сек*л, а в опытной группе 75,6 ± 0,82нмоль/сек*л. К концу исследований в контрольной группе данный показатель достоверно (P ≤ 0,001) вырос на 22,63%, а в опытной, наоборот, достоверно (P ≤ 0,001) снизился на 8,66%.

Таким образом, биохимический анализ крови и её сыворотки показал, что скармливание коровам разработанной нами сорбционно-пробиотической кормовой добавки из природного натурального сырья положительно влияет на обмен веществ и ассимиляционные процессы в их организме, что в конечном итоге может обусловить повышение молочной продуктивности и улучшить качество молока.

В ходе эксперимента было изучено влияние предлагаемой кормовой добавки на молочную продуктивность подопытных коров (таблица 13).Анализ динамики среднесуточных удоев показал, что коровы опытной группы в сутки давали в среднем на 0,62 кг (л)молока в сутки больше, чем коровы контрольной группы.

Ко второму месяцу лактации удои в опытной группе выросли на 16,2% (таблица 14), а в контрольной на 13,6%. Суммарные показатели удоев за следующие 4 месяца в опытной группе были выше чем в контрольной на 4,97%.

Таблица 13 — Динамика среднесуточных удоев подопытных животных, кг

Таблица 14 — Динамика среднемесячных удоев подопытных животных за период лактации, кг

*P ≤ 0,001 – при сравнении показателей между группами в каждый месяц кроме первого и суммарных итоговых значений

Удои коров опытной группы с 6-го по 10-ый месяцы лактации были больше, чем в контрольной на 4,2%. В целом за лактацию молочная продуктивность коров, получавших в составе рациона СПКД, достоверно (P ≤ 0,001) выросла на 3,6% по отношению к продуктивности животных контрольной группы.

Первым этапом оценки ветеринарно-санитарных показателей молока стала его органолептическая и биохимическая оценка. В ходе исследования пробы молока, полученные от коров всех двух групп, представляли собой однородную жидкость без осадка и хлопьев; вкус и запах были чистые, без посторонних привкусов и запахов, не свойственных свежему молоку; цвет полученного молока был белый.

При изучении биохимического состава молока были исследованы: массовая доля жира, белка и лактозы. Содержание белка и жира является ключевыми параметрами при определении натуральности и качества молока. Именно жир определяет пищевую ценность молока и молочных продуктов, придаёт им мягкий, приятный вкус, гомогенную структуру и консистенцию. Большую роль в формировании свойств молока и качества молочных продуктов играет лактоза. Она обусловливает пищевую ценность молока. Будучи исходным веществом, обеспечивающим жизнедеятельность молочнокислых бактерий, лактоза также участвует в процессе брожения.Её наличие и количество в молоке имеет большое значение для ветеринарно-санитарной экспертизы и технологии молочнокислых продуктов, так как благодаря лактозе в молоке можно вызвать направленное молочнокислое, спиртовое или комбинированное брожение, что широко используется в промышленности.

Результаты исследования молока коров опытной и контрольной групп по данным показателям представлены в таблице 15.

В опытной группе рост процентного содержания составных частей сухого вещества молока был заметным. Так массовая доля жира выросла на 0,1 абс.%, массовая доля белка на 0,21 абс.% и массовая доля лактозы на 0,1 абс.% при сравнении с контрольными значениями.

Дополнительно была исследована структурная характеристика жира и белка молока (таблица16). Молочный жир в свежевыдоенном молоке представлен в виде жировых шариков (от 1,5 до 3,0 млрд. в 1 мл) диаметром от 0,5 до 22 мкм. Жировой шарик – это глицеридное ядро, окружённое липопротеиновой оболочкой и несущее отрицательный заряд, благодаря чему молочный жир обладает эмульгирующими свойствами и коллоидно-химической стабильностью.

Таблица 15 – Биохимический состав молока коров

*P ≤ 0,01 – при сравнении с контрольной группой

Особо важную роль в молочном жире выполняют фосфолипиды – лецитин и кефалин, которые, входя в состав оболочек жировых шариков, стабилизируют эмульсию жира в молоке, могут выступать в качестве проаксидантов (ускорителей окисления молочного жира), а также в качестве антиоксидантов, препятствующих окислению.

Таблица 16 – Количество и размер жировых шариков в молоке подопытных животных

*P ≤ 0,05 – при сравнении с контрольной группой

Полученные данные указывают на устойчивый и достоверный (P ≤ 0,01) рост количества жировых шариков и увеличение их среднего размера в опытной группе, относительно контрольной. Так средний размер в опытной группе был выше на 3,5%. Количество жировых шариков в опытной группе больше контрольных цифр – на 7,8%.

Белки молока представляют собой казеины и сывороточные белки. На долю казеина приходится 78 – 85%, он находится в виде коллоидных частиц – мицелл, на поверхности которых имеются заряженные группы и гидратная оболочка, поэтому при приближении друг к другу они не слипаются и не коагулируют. Казеин придаёт молоку белый цвет и непрозрачность. При кипячении молока казеин не выпадает в осадок, он свёртывается под действием сычужного фермента образуя плотный, сладкий на вкус сгусток и сыворотку. Казеин подразделяется на фракции – αS₁-казеин, αS₂-казеин, β-казеин, κ-казеин, которые имеют генетические варианты. Что касается сывороточных белков молока, то их объём в молоке составляет около 20%. К ним относят β-лакто-глобулин (52%), α-лактальбумин (23%), альбумин сыворотки крови (8%), иммуноглобулины (16%) и протеозопептоны (1%). Нами были изучены суммарные показатели фракций казеина и сывороточных белков (таблица 17).

Таблица 17 – Фракционный состав молочного белка подопытных животных

^*P ≤ 0,05 – при сравнении с контрольной группой

Установлено, что рост массовой доли белка в молоке коров опытной группы произошёл за счет достоверного увеличения казеиновой фракции. При этом наблюдалась тенденция уменьшения доли сывороточных белков. В опытной группе доля казеина выросла на 10,5%.

Технологические свойства молока – это свойства, обеспечивающие правильное проведение технологического процесса и получение стандартного молочного продукта. Сычужная свертываемость молока является фактором, определяющим пригодность молока для производства сыра. Продолжительность сычужной коагуляции белков и плотность сгустка зависят от концентрации ионов водорода в молоке. Чем ниже рН молока, тем быстрее протекает реакция и плотность полученного сгустка больше. Это объясняется повышением активности сычужного фермента. Термоустойчивость – это важное технологическое свойство, определяющее пригодность молока к высокотемпературной обработке. Термоустойчивость молока обусловлена его кислотностью и солевым балансом и зависит от равновесия между катионами (Са, магний) и анионами (цитраты, фосфаты). Ещё одним важным критерием оценки качества и свежести молока является кислотность. В молоке определяют титруемую и активную кислотность. Результаты исследования технологических показателей молока представлены в таблице 18.

Таблица 18 – Технологически значимые показатели молока подопытных животных

*P ≤ 0,001 – при сравнении с контрольной группой

Как видно из приведённых данных, в опытной группе было отмечено повышение класса сычужно-бродильной пробы до 1,7 ± 0,02, термоустойчивости до 1,5 ± 0,02. Показатель плотности молока составил 1027,6 ± 0,30 кг/м³, а его кислотность – 16,9 ± 0,23 ^оТ. Что характеризует молоко коров опытной группы как технологически пригодное и высококачественное с точки зрения его дальнейшего использования в качестве сырья для изготовления молочных продуктов.

В результате проведённых научных изысканий нами впервые создана рецептура многокомпонентной кормовой добавки и с положительным эффектом испытана в условиях органического производства молока. Разработанная нами кормовая композиция обладает, с одной стороны известными характеристиками, которые встречаются в работах ряда авторов (S.J. Krizsan, H. Gidlund, F. Fatehi, etal., 2017; R.I. Castillo-Lуpez, E.P. Gutierrez-Grijalva, N. Leyva-López, L.X. Lopez-Martinez, J.B. Heredia, 2017; А.А. Овчинникова, Л.Ю. Овчинникова, О.С. Еремкина, 2019; А.А. Волчков, Ю.К. Волчкова, В.Е. Улитько и др., 2020; С.В. Малков, А.С. Красноперов, А.П. Порываева и др., 2020 и др.). Речь идёт о возможности повышения продуктивности и качества животноводческой продукции за счёт применения в кормлении сорбционно-пробиотических и натуральных стимулирующих веществ. Такой результат достигается за счёт нормализации рубцового пищеварения, минимизации ацидотических и кетозных явлений, активизации неспецифического иммунитета, усиления секреторных явлений и преобладания процессов ассимиляции.

Наша добавка имея в своём составе корм растительный плодовый яблочный искусственно высушенный, сухую живую пробиотическую дрожжевую культуру Saccharomyces cerevisiae и бентонитовую глину местного происхождения обеспечивает комплексное воздействие на организм продуктивных животных в том числе за счёт первого компонента, который имеет свойства натурального пребиотика, источника фрукто-олигосахаридов и микроэлементов (Fe, Cu, Zn, Mg, Mn, Cr) в органической форме, обладающий выраженными сорбционными свойствами за счет органического сорбента пектина. Содержащаяся яблочная клетчатка работает как скраб для кишечника даже после тепловой обработки. Также в составе достаточно пектинов, эфирных масел и пищевых волокон. Стимулирует развитие микрофлоры желудочно-кишечного тракта. Действие данного корма основано на связывании микотоксинов в желудочно-кишечном тракте, что приводит к необратимой дезактивации микотоксинов. Биологически активные вещества автолизата пектина, ß-маннаны, ß-глюканы и др. – оказывают гепатопротекторное иммуномодулирующее действие, препятствуют развитию патогенной микрофлоры. Пробиотическая дрожжевая культура и бентонитовый компонент кормовой добавки показали свою эффективность с учётом стабилизации пищеварительных процессов, синтеза в организмк коров опытной группы составных частей молока и как следствие повышение его биохимической и технологической ценности. Это особенно актуально с учётом производства органического молока-сырья и его дальнейшей переработки в органическую молочную продукцию различного функционального назначения.

В рамках научных исследований была изучена эффективность созданной нами сорбционно-пробиотической кормовой добавки в условиях производства органического молока на базе ООО «Савинская Нива» Калужской области. Результаты производственного опыта свидетельствуют о том, чтов молоке подопытных животных массовая доля жира выросла на 0,1 абс.%, массовая доля белка на 0,21 абс.% и массовая доля лактозы на 0,1 абс.% при сравнении с контрольными значениями. Средний размер жировых шариков в опытной группе был выше на 3,5%, а их количество больше контрольных цифр – на 7,8%. В молоке опытной группы доля казеина выросло на 10,5%. Вырос класс по сычужно-бродильной пробе до 1,7 ± 0,02, термоустойчивости до 1,5 ± 0,02. Показатель плотности молока составил 1027,6 ± 0,30 кг/м³, а кислотность – 16,9 ± 0,23 ^оТ.

Микробиологические показатели молока являются одним из наиболее значимых критериев в оценке его качества и безопасности. По уровню бактериальной обсеменённости можно судить о санитарно-гигиенических условиях получения молока, его хранения и транспортировки. К микробиологическим показателям относят общую бактериальную обсеменённость (КМАФАнМ), количество соматических клеток и патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл (таблица 19).

Таблица 19 – Микробиологические показатели молока подопытных животных

Количество МАФАнМ в опытной группе снизилось на 25%, в контрольной группе на 22,2% и составило 0,27*10⁵ КОЕ/г и 0,28*10⁵ КОЕ/г соответственно. Количество соматических клеток в группе коров, получавших кормовую добавку, снизилось на 14,8% и составило 2,3*10⁵/см³. Затем наблюдалось дальнейшее снижение данного показателя еще на 30,43%. В контрольной группе коров количество соматических клеток в целом увеличилось на 6,9%, в опытной – снизилось на 40,74%.Патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, в молоке обеих групп обнаружено не было.

Таким образом, можно сделать вывод, что молоко, полученное от животных, находящихся в опыте, благополучно по микробиологическим показателям. Однако следует отметить, что в молоке опытной группы коров количество соматических клеток было значительно ниже, что может являться косвенным показателем того, что скармливаемая этим животным кормовая добавка способна оказывать влияние на неспецифическую резистентность организма, обеспечивая тем самым более высокое качество, получаемого молока.

Важную роль при оценке безопасности и ветеринарно-санитарного качества молока играет содержание потенциально опасных веществ (ксенобиотиков), таких, как токсичные элементы, радионуклиды, пестициды, микотоксины, ингибирующие вещества и антибиотики. Исследование молока по этим показателям стало следующим этапом нашей работы (таблица 20, 21, 22, 23).

Таблица 20 – Содержание антибиотиков в молоке коров контрольной группы

В молоке коров контрольной и опытной групп не было обнаружено антибиотиков тетрациклиновой группы, стрептомицина и пенициллина. Левомицетин был обнаружен при первом исследовании в контрольной и опытной группах, однако его концентрация не превышала МДУ. Содержание свинца, мышьяка, кадмия и ртути в молоке коров обеих групп было менее допустимых значений. Количество пестицидов, микотоксинов и радионуклидов также не превышало нормы, ингибирующие вещества отсутствовали.

Таблица 21 – Содержание антибиотиков в молоке коров опытной группы

Таблица 22 – Содержание потенциально опасных веществ в молоке коров контрольной группы

Таблица 23 – Содержание потенциально опасных веществ в молоке коров опытной группы

Таким образом, проведённые нами исследования показали, что скармливаемая кормовая добавка положительно влияет на качество молока, повышая количество жира и белка, не оказывает влияния на безопасность молока по основным критериям и способна косвенно воздействовать на микробиологические показатели, снижая количество соматических клеток. Полученное от коров опытной группы молоко безопасно по всем ветеринарно-санитарным показателям и может служить хорошим сырьём для производства безопасных молочных продуктов.

3. Изучение качественных молочных продуктов (сыра) произведенного из молока, полученного по технологии экологически чистой органической продукции

Из молока коров контрольной и опытной группы произвели выработку опытной партии сыра сычужного с низкой температурой второго нагревания.

Основные показатели выработки сыра:

— содержание жира в сухом веществе – 45 %;

— температура второго нагревания – 42 °С;

— влажность сыра после прессования – 43 – 45 %, зрелого сыра – 47 %;

— рН сыра – после прессования – 5,42 – 5,25, зрелого сыра – 5,5 – 5,35;

— содержание поваренной соли

Для выработки сыра из молока коров опытной группы потребовалось достоверно (Р <0,001) меньше сычужного фермента на 15,8% к 90-у дню эксперимента, чем из молока контрольной группы. На производство 1 кг сыра требуется на 8,2% меньше молока опытных животных, чем контрольных. Время свертывания молока сычужным ферментом к 90-му дню эксперимента в группе коров, получавших экспериментальную кормовую добавку оказалось достоверно (Р <0,05) меньше на 15,5% в сравнении с контрольной группой животных

Таблица 24 – Показатели сыропригодности молока – сырья коров опытной группы

^*Р <0,01; ^**Р <0,05 по отношению к контролю

Таблица 25Показатели сыропригодности молока – сырья коров контрольной группы

Органолептическая оценка сыров является важнейшим показателем в определении их качества и оценивается по 100-бальной шкале.Согласно плану наших исследований, мы провели органолептическую оценку полученных нами сыров. При этом оценивались такие показатели, как внешний вид, вкус и запах, консистенция, рисунок, цвет теста, упаковка и маркировка. Для дегустации была отобрана экспертная комиссия.

Согласно плану наших исследований мы провели органолептическую оценку сыра произведенного из молока подопытных животных. Экспертами было отобрано 9 головок сыра (по 3 из обеих опытных и 3 из контрольной партии) массой 7 кг. От каждой головки щупом из центра отбирали столбик сыра, отделяли корковый слой и оставляли отрезок длиной 4,5 см, протирали через мелкую сетку и тщательно перемешивали, выделяя средний образец около 50 г. (таблица 26).

Сыр оценивали органолептически при температуре 18 ºС по 100-бальной системе, где определяли внешний вид (максимально 10 баллов), вкус и запах (максимально 45 баллов), консистенцию (максимально 25 баллов), рисунок (максимально 10 баллов), цвет теста (максимально 5 баллов), упаковку и маркировку (максимально 5 баллов).

Таблица 26 – Органолептическая оценка сыра

По результатам дегустации сыр из молока коров опытной группы получил на 7,3 балла больше, чем сыр из молока контрольной. Общая органолептическая оценка оказалась выше контрольных значений на 8,4%.

3.1 Микоструктурные исследования сыра

Нами был разработан способ микроскопического исследования сыра с применением ускоренной методики парафиновой заливки материала (сыра), что позволило наиболее четко и информативно дать представление о микроструктуре твёрдого сыра. В качестве материала мы использовали твердый сычужный сыр с низкой температурой второго нагревания, полученный из молока двух опытных и контрольной групп животных.

При использовании разработанных нами режимов заливки материала (сыра) очень легко получить качественные парафиновые срезы, которые окрашиваются по общепринятой методике окраски гематоксилин-эозином (рисунок 1 и 2).

Рисунок 1 – Процессобразования колоний микроорганизмов и микропустот в сыре (парафиновые срезы). Ув.об х10, ок.х 15.

На рисунке 1 виден процессобразования колоний микроорганизмов в сыре (парафиновые срезы). Слева – начало процесса образования колоний, заметно образование микропустот, в центре – образование колоний, увеличение количества микопустот, справа – колонии микроорганизмов, микропустоты отсутствуют.

Рисунок 2 Процесс образования микропустот в микрозеренах сыра (парафиновые срезы). Ув.об. х 40, ок.х 15.

На рисунке 2 при большом увеличении изображен процесс образования микропустот в сыре (парафиновые срезы). Слева: в микрозернах микропустоты отсутствуют. В центре, в микрозернах появляются мелкие микропустоты. Справа: в микрозернах видны крупные вакуоли.

Далее мы провели измерения отдельных микроструктур сыра и получили следующие результаты (таблица 27).

Таблица 27 – Микроструктурный состав сыра полученного из молока подопытных коров

^*Р <0,001 по отношению к контролю

Белковые микрозерна по величине в сыре из опытной группы были достоверно больше контрольных значений на 22,7%, Микрозерна белково-липидные по величине в сыре из молока опытной группы были достоверно больше контрольных на 12,6%. Колонии микроорганизмов, наоборот, были больше в сыре из контроля на 20%, чем в опытной группе. Микропустоты также были достоверно больше в сыре из контроля на 21,6%, чем в опытной группе.

Заключение

Эффективность проведённых исследований основывается на имеющих место результатах научно-производственных опытов: в качестве кормовой добавки используется натуральное сырьё, не подвергавшееся термической или химической обработки; технологическая подготовка (высушивание и измельчение) базовых компонентов считается традиционным для кормопроизводства и не требует сложного технического оборудования или навыков; получаемая субстанция удобна в использовании, хорошо хранится и легко транспортируется; кормовая добавка в рекомендуемых объёмах и времени скармливания показала свою эффективность при её использовании крупному рогатому скоту.

В результате выполнения научно-исследовательской работы по заказу Министерства сельского хозяйстваРоссийской Федерации за счёт средствфедерального бюджета на 2020 г. нами установлено, что:

1. Изучена технология производства органического экологического молока и способ получения из него молочных продуктов (сыра).

2. Проведен анализ в доступных источниках состояние проблемы в современным условиях ведения молочного скотоводстваснижения антигенной и токсикологической нагрузки на организм дойных коров повышенной контаминацией потребляемых кормов неорганическими (тяжелые металлы) и органическими (микотоксины, антигенно-чужеродная микрофлора) ксенобиотиками, нормализации обмена веществ при сохранении генетически обусловленной продуктивности и получения высококачественной продукции.

3. Получен патент на способ улучшения использования питательных веществ и компонентов типового рациона, используемого при кормлении дойных коров по технологии получения органического, экологически чистого молока.

4. Разработана новая кормовая добавка из натурального природного отечественного сырья, обладающая сорбционно-пробиотическими свойствами. Обоснован её состав, соотношение компонентов, а также уровень ее включения в рацион лактирующих коров при получении органического экологически чистого молока.

5. Определён уровень безопасности сорбционно-пробиотической кормовой добавки, а также её положительноевлияние на основные физико-химические показатели рубцового пищеварения.

6. Проведен научно-хозяйственный опыт по использованию разработанной сорбционно-пробиотической кормовой добавки в рационах дойных коров в условиях хозяйства, занимающегося производством органического экологически чистого молока.

7. Использование СПКД в составе комбикорма в количестве 0,5 кг на голову в сутки способствует нормализации обмена веществ, снижения токсикологической нагрузки на организм дойных коров, повышению молочной продуктивности на 3,6%.

8. При оценке количественного состава инфузорий и простейших в рубцовом содержимом коров, участвовавших в опыте, установлено, что к концу наблюдений численность простейших статистически увеличилась с 290,1 ± 2,12тыс/мл до 424,8 ± 1,21тыс/мл в опытной группе, что составило 31,7%.

Проведенный эксперимент показал достоверное увеличение бактериального пейзажа в опытной группе с фоновых 7,35 ± 0,43 млрд/мл до 9,05 ± 0,33 млрд/мл на конец наблюдений, что составило 23,13%.

Установлено, что активность рубцовой микрофлоры за период исследования выросла на 25% в опытной группе. В контрольной группе данный показатель был ниже, чем в опытной на 21,7%.

Анализ значений, характеризующих количество летучих жирных кислотЛЖК в рубцовом содержимом подопытных животных, показал значительный рост этого показателя. К 90-му дню в опытной группе общее количество ЛЖК возросло на 20,7% по отношению к фоновым значениям, в контрольной группе искомый показатель был ниже на 24,83% .

9. Исследования показали рост концентрации общего белка на 14,3% в опытной группе. Концентрация альбумина в сыворотке крови в начале эксперимента у животных контрольной и опытной групп была 31,3±1,18 г/л и 31,1±0,66 г/л соответственно, что на 35-37% ниже среднего значения нормы. Однако в опытной группе наблюдался устойчивый рост данного показателя; к 90-му дню он увеличился на 42,7% и составил 44,39±1,21 г/л. В то же время, в контрольной группе концентрация альбуминов достоверно не изменилась.

За период опыта у коров опытной группы наблюдалась тенденция к снижению уровня мочевины. Так, к 30-му дню её количество снизилось до 4,47 ± 0,63 ммоль/л, а к концу опыта до 4,0 ± 0,74 ммоль/л. В контрольной группе достоверных изменений уровня мочевины зарегистрировано не было.Рост общего белка и альбуминов в крови на фоне снижения уровня мочевины в сыворотке коров опытной группы свидетельствует об эффективном усвоение азота в рационе.

Средний уровень кетоновых тел в крови подопытных коров обеих групп на протяжении всего исследования не выходил за пределы физиологических норм, характерных для молочного скота (2-6 мг%), однако итоговые значения данного показателяв опытной группе за 90 дней опыта оказались ниже на 4,25% по сравнению с таковыми в группе контроля.

Исследования крови показали, что фоновые значения концентрации глюкозы в крови животных в обеих группах были в пределах нижней границы физиологической нормы (2,22–3,33ммол/л) и колебались в пределах 2,33–2,34 ммоль/л. В контрольной группе показатель не имел достоверных колебаний за всё время эксперимента. В опытной группе концентрация глюкозы увеличилась на 8,97% и к концу опытного периода составила 2,55±0,01 ммоль/л.

Наблюдалась стабильная динамика роста общих липидов в крови коров опытной группы в течение всего периода исследований. В группе контроля этот показатель не изменился.

Концентрация холестерина в сыворотке крови подопытных животныхна начальном этапе в обеих группах находилась в пределах нормы (5,23–5,25ммоль/л). К 90-му дню исследований в опытной группе количество холестерина в целом снизилось на 4,57%.Уровень общих фосфолипидов в опытной группе к последнему дню исследований был выше на 4,86% (P≤0,01), чем в контрольной.

Активность щелочной фосфатазы в крови коров опытной группы к 90-му дню снизилась на 12,8% по отношению к первоначальному значению. Разница между итоговыми значениями контрольной и опытной групп составила 14,46% в пользу последней.

В контрольной группе коров за 90 дней опыта рост концентрации АлАТ в крови составил 22,98%, а в опытной группе, напротив, наблюдалось уменьшение этого показателя на 19,4%.Значения фоновых показателей АсАТ в контрольной группе составило 82,11 ± 2,06нмоль/сек*л, а в опытной группе 75,6 ± 0,82нмоль/сек*л. К концу исследований в контрольной группе данный показатель вырос на 22,63%, а в опытной, наоборот, снизился на 8,66%.

10. Отмечается повышение качественных показателей молока – массовой доли жира на 0,1%, белка – на 0,21%. Отмечено улучшение сыропригодности молока за счёт увеличение числа жировых шариков на 7,8% и доли казеиновой фракции белка на 10,5%, повышение класса сычужно-бродильной пробы до 1,7 ± 0,02, термоустойчивости до 1,5 ± 0,02. Показатель плотности молока составил 1027,6 ± 0,30 кг/м³, а его кислотность – 16,9 ± 0,23 ^оТ. Количество МАФАнМ в опытной группе снизилось на 25%, в контрольной группе на 22,2% и составило 0,27*10⁵ КОЕ/г и 0,28*10⁵ КОЕ/г соответственно. Количество соматических клеток в группе коров, получавших кормовую добавку, снизилось на 14,8% и составило 2,3*10⁵/см³. Затем наблюдалось дальнейшее снижение данного показателя еще на 30,43%. В контрольной группе коров количество соматических клеток в целом увеличилось на 6,9%, в опытной – снизилось на 40,74%.Патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, в молоке обеих групп обнаружено не было.

Для выработки сыра из молока коров опытной группы потребовалось меньше сычужного фермента на 15,8%, чем из молока контрольной группы. На производство 1 кг сыра требуется на 8,2% меньше молока опытных животных, чем контрольных. Время свертывания молока сычужным ферментом к 90-му дню эксперимента в группе коров, получавших экспериментальную кормовую добавку оказалось меньше на 15,5% в сравнении с контрольной группой животных.

При измерении отдельных микроструктур сыра установлено, что белковые микрозерна по величине в сыре из опытной группы были достоверно больше контрольных значений на 22,7%, Микрозерна белково-липидные по величине в сыре из молока опытной группы были достоверно больше контрольных на 12,6%. Колонии микроорганизмов, наоборот, были больше в сыре из контроля на 20%, чем в опытной группе. Микропустоты также были достоверно больше в сыре из контроля на 21,6%, чем в опытной группе.

Список литературы

1. Бетин А. Ферментный препарат в рационах лактирующих коров // Комбикорма. 2017. № 4. С. 50–52.

2. Волчков А.А. Сорбционно-пробиотическая добавка в рационе коров и её влияние на морфобиохимический состав крови и продуктивность / А.А. Волчков, Ю.К. Волчкова, В.Е. Улитько и др. // Ветеринарный врач. – 2020. — № 3. – С. 4 – 10.

3. Гумеров А.Б. [и др.] Молочная продуктивность коров при использовании пробиотических ферментных препаратов // Аграрный вестник Урала. 2018. — № 4 (171). — С. 5 – 9.

4. Жантасов Е. Гематологические показатели и молочная продуктивность коров при введении в рацион добавки органического селена / Е. Жантасов, Г. Ярмоц // Главный зоотехник. 2013. — № 2. — С. 28 – 33.

5. Землянова Л.В., Физико-химические показатели молока коров при использовании кормовой энергетической добавки EnergyTop / Л.В. Землянова, О.В. Горелик, О.П. Неверова // Молодежь и наука. – 2018. — № 2.-С. 71.

6. Карпенко Е.В. Биотехнологические приемы повышения продуктивного действия кормов для сельскохозяйственных животных / Е.В. Карпенко, М.В. Постнова, В.С. Гришин // Вестник ВолГУ. Естественные науки. Серия 11. 2017. Т. 7. — № 1. — С. 19 – 22.

7. Малков С.В. Молочная продуктивность коров при применении пробиотической кормовой добавки на основе BacillusSubtilis / С.В. Малков, А.С. Красноперов, А.П. Порываев и др. // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. – 2020. — № 3. – С. 150 – 156.

8. Овчинников А.А. Влияние кормовой добавки сорбционного и пробиотического действия на обменные процессы в организме коров / А.А. Овчинников, Л.Ю. Овчинникова, О.С. Еремкина // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. — 2019. — № 12. С. 50 – 59.

9. Патент на изобретение RU 2710003 C1, 23.12.2019. Способ повышения сыропригодности молока коров / И.М. Донник, А.Г. Исаева, А.С. Кривоногова и др.

10. Попов В.С. Динамика метаболитов обмена веществ, и их коррекция в сухостойный период у коров / В.С. Попов, Н.В. Самбуров, Н.В. Воробьева // Вестник Курской ГСХА. 2018. — № 2. — С. 38 – 43.

11. Пономарёв А.Н. Кормовые фитодобавки для повышения качества молока / А.Н. Пономарёв, С.Н. Семёнов, С.Г. Шереметова // Молочная промышленность. 2007. — № 7 — С. 27

12. Савина, И.П. Сыропригодность молока: инновационные пути и решения / И.П. Савина, С.Н. Семенов. — Воронеж, 2017. – 198 с.

13. Семёнов, С.Н. Анализ критических точек в технологии получения сырого молока / С.Н. Семёнов, А.Н. Пономарёв, А.В. Кузовлева, К.К. Полянский // Сыроделие и маслоделие. 2012. — № 5. — С. 9-11.

14. Солодовые ростки в рационах крупного рогатого скота / А.А. Шапошников, П.И. Афанасьев, А.А. Алтухов и др. // Научные ведомости. Серия естественные науки.2014. — № 3 (174). – С. 85 – 88.

15. Швецов, Н.Н. Влияние комбикормов-концентратов с экструдированным зерном на продуктивность и этологию дойных коров / Н.Н. Швецов, А.В. Аристов, С.Н. Семёнов и др. //Актуальные вопросы сельскохозяйственной биологии. 2019. — № 2 (12). — С.135 – 142.

16. Effects of feedings various dosages of Saccharomyces cerevisiae fermentation product in transition dairy cows / E. M. Zaworski, C. M. Shriver-Munsch, N. A. Fadden, et al. // Dairy Sci. 2014. Vol. 97. P. 3081–3098.

17. Effect of dietary supplementation with heat-treated canola meal on ruminal nutrient metabolism in lactating dairy cows / S. J. Krizsan, H. Gidlund, F. Fatehi, et al. // J. of Dairy Sci. 2017. Vol. 100. No. 10. P. 7478–7489.

18. Castillo-Lуpez R.I., Gutiérrez-Grijalva E.P., Leyva-López N., López-Martínez L.X., Heredia J.B. Natural alternatives to growth-promoting antibiotics (GPA) in animal production. J. Anim. PlantSci., 2017, 27(2): 349-359.

19. Short communication: proteins from circulating exosomes represent metabolic state in transition dairy cows / M. A. Crookenden, C. G. Walker, H. Peiris, et al. // J. of Dairy Sci. 2016. Vol. 99. No. 9. Р. 7661–7668.

Список публикаций, вышедших в период проведения научно-исследовательской работы

1. Аристов А.В. Эффективность новой сорбционно-пробиотической кормовой композиции в молочном животноводстве / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, М.А. Фальков и др. // Innovationsinlifesciences: Мат. II международного симпозиума, Белгород, 2020. – С. 30 – 31.

2. Аристов А.В. Ветеринарно-санитарная оценка молока коров при использовании новой натуральной кормовой композиции / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, С.А. Лавина, М.А. Фальков // Теория и практика. Инновационные технологии в АПК: Мат. национальной научно-практической конференции, Воронеж, 2020. – С. 6 – 7.

3. Аристов А.В. Эффективность применения в рационах высокопродуктивных коров препарата «ACTISAFSC 47» / А.В. Аристов, Л.А. Есаулова, Н.П. Зуев, Е.Е. Зуева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2020. – № 12. – С. 79 – 84.

4. Аристов А.В. Использование конкурентоспособных отечественных натуральных кормовых добавок в молочном скотоводстве / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, Д.А. Пирогов и др. // Монография. – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2021. – 123 с.

5. Аристов А.В. Инновационные технологии как драйвер органического животноводства / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, О.М. Мармурова и др. // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Мат. IV международной научно-практической конференции, Воронеж, 2021. – С. 10 – 11.

6. Кудинова Н.А. Эффективность использования премикса цитровит в рационах лактирующих коров / Н.А. Кудинова, А.В. Аристов // Теория и практика. Инновационные технологии в АПК: Мат. национальной научно-практической конференции, Воронеж, 2020. – С. 52 – 53.

7. Семёнов С.Н. Влияние жома стевии на организм высокопродуктивных коров и динамику рубцовой микрофлоры / С.Н. Семёнов, А.В. Аристов, Н.П. Зуев и др. // Innovationsinlifesciences: Мат. II международного симпозиума, Белгород, 2020. – С. 252 – 254.

8. Семёнов С.Н. Биологические подходы повышения продуктивных характеристик коров в условиях органического животноводства // С.Н. Семёнов, А.В. Аристов, М.А. Зибров, И.Н. Дайховская // Теория и практика. Инновационные технологии в АПК: Мат. национальной научно-практической конференции, Воронеж, 2020. – С. 82.

9. Семёнов С.Н. Результативность использования в рационе коров новой сорбционно-пробиотической кормовой добавки / С.Н. Семёнов, А.В. Аристов, Д.А. Саврасов // Химическая кинетика и цепные реакции: теория и практика: Мат. Всероссийскойнаучно-практическойконференции, Орёл, 2020. – С. 119 – 123.

10. Aristov A.V. Use of a sorptionprobiotic feed additive in the diet of cows / A.V. Aristov, S.N. Semyonov, M.A. Falkov // American Journal of Animal and Veterinary Sciences. Vol. 16, I. 2 (2021).

11. Stakhurlova A.A. Experimental evaluation of amaranth food products in terms of functional food ingredients / A.A. Stakhurlova,N.M. Derkanosova, A.V. Aristov, I.N. Ponomareva, A.A. Sutolkin // BIO Web of Conferences. International Scientific-Practical Conference «Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets and Human Resources». – 2020. С. – 00147.

Приложения

РЕФЕРАТ

Отчет на 1194с., 2 кн., 64 табл., 15 источн., 22 прил.

Ключевые слова: оценочные средства, промежуточная и итоговая аттестация, независимая оценка квалификаций, аграрные образовательные программы

Применение технологий независимой оценки квалификаций (НОК) при разработке фондов оценочных средств для промежуточной и итоговой государственной аттестации выпускников аграрных вузов

Объектом исследования являются методические подходы к формированию оценочных средств промежуточной и государственной итоговой (итоговой) аттестации по направлениям подготовки и специальностям агарной направленности.

Целью исследований явилась разработка подходов формирования оценочных средств для выявления уровня сформированности компетенций, гармонизированных с отраслевыми профессиональными стандартами, на основе методологических основ независимой оценки квалификаций.

Технология независимой оценки квалификаций адаптирована к процедуре оценивания уровня освоения образовательных программ. Разработаны макеты фондов оценочных средств промежуточной и государственной итоговой (итоговой) аттестации с применением технологий независимой оценки квалификаций. Макеты апробированы при разработке фондов оценочных средств по дисциплинам образовательных программ по направлениям бакалавриата Агрономия, Агрохимия и агропочвовение, Агроинженерия, Зоотехния и специальности Ветеринария.

Макеты фондов оценочных средств могут быть использованы при разработке образовательных программ, сопряженных с профессиональными стандартами. Разработанные фонды оценочных средств – в процедурах оценки сформированности компетенций обучающихся и выпускников аграрных вузов.

ВВЕДЕНИЕ

Агропромышленный комплекс страны и региона демонстрирует высокие темпы роста. Эта задача стоит перед отраслью и на перспективу, несмотря на серьезные вызовы сегодняшнего дня. На встрече с ректорами аграрных вузов Министр сельского хозяйства РФ Дмитрий Патрушев отметил: «Учитывая новые реалии, задача на перспективу, в том числе состоит в подготовке кадров, способных находить грамотные и взвешенные решения в любых обстоятельствах»[1]. Соответственно, аграрные вузы должны готовить выпускников с высоким уровнем профессиональной компетентности, соответствующей как современному уровню развития сельского хозяйства, так и чрезвычайной ситуации международного масштаба. В этих условиях существенно возрастает роль профессионального сообщества и его взаимодействия с аграрными вузами в части формирования структуры и содержания образовательных программ и, что важно, оценивания соответствия выпускников запросам аграрного бизнеса. Возможности реализации новых подходов обусловлены выходом образовательных стандартов, ориентированных на профессиональные, а также разработкой механизмов независимой оценки квалификаций.

Формирование образовательных программ, в том числе в части оценки сформированности компетенций и готовности выпускника в полной мере выполнять профессиональные задачи, невозможно без гармонизации структуры и содержания образования с профессиональными стандартами и использования апробированных методик системы независимой оценки квалификаций. Соответственно, коллаборация подходов Совета по профессиональным квалификациям в АПК и опыта образовательных организаций в области разработки оценочных средств по образовательным программам в области растениеводства, животноводства и агроинженерии, в полной мере отвечает современным запросам государства и общества.

Целью исследований явилась разработка подходов формирования оценочных средств для выявления уровня сформированности компетенций, гармонизированных с отраслевыми профессиональными стандартами, на основе методологических основ независимой оценки квалификаций.

В задачи исследования входило:

— оценка соответствия существующей структуры подготовки кадров для АПК ожиданиям и современным потребностям аграрного бизнеса;

— изучение методологических подходов, нормативных документов независимой оценки квалификаций;

— адаптация технологии независимой оценки квалификаций к процедуре оценивания освоения обучающимися аграрных направлений и специальностей на этапе промежуточной и итоговой аттестации;

— разработка макета фондов оценочных средств с применением технологий независимой оценки квалификаций;

— разработка фондов оценочных средств по дисциплинам образовательных программ по направлениям бакалавриата Агрономия, Агрохимия и агропочвовение, Агроинженерия, Зоотехния и специальности Ветеринария.

1. Обоснование целесообразности применения технологий независимой оценки квалификаций при формировании образовательных программ аграрного профиля

1.1. Актуальность гармонизации технологий оценивания профессиональной компетентности в образовании и аграрном бизнесе

Дальнейшее эффективное развитие агропромышленного комплекса страны возможно только при условии обеспечения отрасли высококвалифицированными специалистами. Несмотря на традиционность термина «высококвалифицированный специалист», в настоящее время он остается актуальным. При этом имеет новое содержание, связанное, как с инновационным развитием отрасли, так и с потребностью аграрного бизнеса в выпускнике со сформированными на более высоком уровне профессиональными компетенциями. Соответственно, принципиально новые задачи ставятся перед аграрным образованием. В первую очередь, это формирование образовательных программ, сопряженных с профессиональными стандартами. Во-вторую – разработка механизмов оценки сформированности компетенций в соответствии с потребностью бизнес сообщества.

Обсуждая первую задачу, следует отметить, что в настоящее время федеральные государственные образовательные стандарты высшего образования включают перечень профессиональных стандартов, соответствующих профессиональной деятельности выпускников. Однако зачастую эти перечни существенно сужают области и задачи профессиональной деятельности образовательных программ. Так, ФГОС ВО по направлению подготовки 35.03.07 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» ссылается только на профессиональный стандарт «Агроном», который даже в первом приближении не может сформировать требованиям к профессиональным компетенциям выпускника с областью профессиональной деятельности – Сельское хозяйство (в сфере производства, хранения и переработки продукции растениеводства и животноводства). Соответственно, образовательная программа должна формироваться на основе анализа требований к профессиональным компетенциям, предъявляемым на рынке труда, проведения консультаций с ведущими работодателями, объединениями работодателей отрасли, в которой востребованы выпускники [2,3].

Обсуждая эти вопросы целесообразно обратиться к мнению профессионального сообщества. В рамках поставленных задач был проведен анализ запроса регионального рынка труда в агарной сфере (таблица 1).

Таблица 1 – Региональный рынок труда в сельском хозяйстве

При общей тенденции снижения напряженности на региональном рынке труда в области сельского хозяйства, потребность в специалистах основных квалификаций остается высокой. При этом если в растениеводстве и животноводстве понятен запрос бизнеса, как с позиций отраслевой рамки квалификаций в области профессиональной деятельности «Сельское хозяйство», так и с позиций, формируемых в процессе освоения образовательных программ высшего образования, профессиональных компетенций, речь идет о направлениях подготовки 35.03.04 «Агрономия», 36.03.02 «Зоотехния», специальности 36.05.01 «Ветеринария», то основной запрос бизнеса в области агроинженерии связан со специалистами более низкого 4 уровня. При этом квалификационные требования предполагают не только знание и умение в области машин и оборудования, но и специализированных знаний в области растениеводства и животноводства. Что вполне обосновывает подход Совета по профессиональным квалификациям агропромышленного комплекса к формированию образовательных программ высшего образования. По мнению этого компетентного органа, выпускник уровня высшего образования должен уметь выполнять трудовые действия более низкого уровня. Реализацией этой позиции является введение в образовательные программы по направлению подготовки Агроинженерия профессионального модуля по приобретению квалификации «Тракторист-машинист».

Для детализации проблем на региональном рынке труда в области агропромышленного комплекса было проведено анкетирование 22 ведущих групп компаний и органов исполнительной власти региона в аграрной сфере. Были заданы вопросы, касающиеся актуальности проблемы дефицита кадров, как в разрезе всей компании, так и отдельных профессиональных квалификаций. На выбор компаний были предложены существующие и новые перспективные производственные квалификации. К первой категории были отнесены агрономы, зоотехники, агроинженеры, инженеры-энергетики, инженеры по механизации растениеводства и животноводства, ветеринарные врачи, технологи по хранению и переработке сельскохозяйственной продукции и другие традиционные специальности. Вторую категорию представляли генетики, биотехнологии, эмбриологи, биоинформатики, инженеры по навигации техники, специалисты по геоинформационным системам и другие.

Результаты анкетирования компаний работодателей — партнеров Университета показали:

— для 60 % компаний проблема дефицита кадров является приоритетной; для оставшихся 40 она также важна, но уровень ее актуальности оценивается в 4 балла из возможных 5;

— для 77 % компаний необходимы сотрудники традиционных производственных специальностей – агроинженеры, агрономы, зоотехники, ветеринары и др.;

— ежегодно в отдельных компаниях востребованы до 65 агроинженеров, до 80 ветеринарных врачей, до 30 агрономов и других специалистов;

— потребность в новых производственных специальностях гораздо ниже, не превышает 10 специалистов в перспективе 3-5 лет. При этом отдельные достаточно мощные группы компаний делают ставку только на традиционные профессиональные квалификации.

Таким образом, агробизнес сообществу, по-прежнему, нужны профессиональные кадры традиционных производственных квалификаций. При этом должен меняться уровень профессиональной компетентности таких специалистов, их соответствие современным аграрным технологиям и уровню развития аграрного бизнеса. Соответственно, должны измениться подходы и к оцениванию компетентности таких специалистов, при чем на более ранней, чем независимая оценка квалификаций стадии, на стадии освоения образовательных программ в рамках промежуточной и итоговой аттестации обучающихся.

1.2 Отличие процедур оценивания в период освоения профессиональных образовательных программ и независимой оценки квалификаций

Обсуждая поставленную в работе цель, целесообразно, прежде всего, понять отличительные особенности оценочных материалов в образовательных программах высшего образования и в процедурах независимой оценки квалификаций.

Оценочные материалы образовательных программ достаточно рамочно регламентируются Приказом Министерства образования и науки РФ от 5 апреля 2017 г. N 301 «Об утверждении Порядка организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам высшего образования — программам бакалавриата, программам специалитета, программам магистратуры» и Федеральными государственными образовательными стандартами высшего образования по соответствуют направлениям подготовки и специальностям. Их структура зачастую определяется локальными актами образовательной организации.
Формируемые, как часть образовательной программы, фонды оценочных средств, прежде всего, ориентированы на оценивание уровня сформированности компетенций в соответствии с матрицей, определяющей закрепление компетенций за дисциплинами (модулями), практиками учебного плана. Как правило, фонды оценочных средств включают:

— перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы;

— описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах формирования;

— описание шкал оценивания;

-типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы;

— методические материалы, определяющие процедуру оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующих этапы формирования компетенций.

Фонды оценочных средств должны формироваться исходя из направленности образовательной программы, объектов и области профессиональной деятельности, установленных в образовательной программе задач профессиональной деятельности.

В процедуре независимой оценки квалификаций, разработанной в соответствии федеральным законом от 3 июля 2016 г. N 238-ФЗ «О независимой оценке квалификации», определяется квалификации работников или лиц, претендующих на осуществление определенного вида трудовой деятельности[4]. Оценочные средства представляют собой комплекс заданий, критериев оценки, используемых центрами оценки квалификаций при проведении профессионального экзамена на соответствие квалификации соискателя положениям профессионального стандарта или квалификационным требованиям, установленным федеральными законами и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации.

При этом государственная система независимой оценки квалификаций практически сформирована. Приняты необходимые законодательные и нормативные акты, в том числе Федеральный закон от 23.09.2016 № 238-ФЗ «О независимой оценке квалификаций», Приказ Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 01.11.2016 №601н «Об утверждении Положения о разработке оценочных средств при проведении независимой оценки квалификаций» [5]. Создан совет по профессиональным квалификациям агропромышленного комплекса. На обсуждении находятся проекты профессиональных квалификаций в области сельского хозяйства и пищевой промышленности, которые сопоставляют квалификации, включая их уровень с трудовыми функциями, установленными в профессиональных стандартах.

Утвержденные Национальным советом по развитию квалификаций оценочные средства разработаны применительно к наименованию, уровню квалификации, профессиональному стандарту или квалификационным требованиям и виду профессиональной деятельности и включают:

— спецификацию заданий для теоретического этапа профессионального экзамена;

— спецификацию заданий для практического этапа профессионального экзамена;

— требования к материально-техническому и кадровому обеспечению оценочных мероприятий;

— требования к безопасности проведения оценочных мероприятий;

— задания для теоретического и практического этапов профессионального экзамена;

— критерии оценки (ключи к заданиям), правила обработки результатов теоретического этапа профессионального экзамена и принятия решения о допуске (отказе в допуске) к практическому этапу профессионального экзамена;

— правила обработки результатов профессионального экзамена и принятия решения о соответствии квалификации соискателя требованиям к квалификации;

— перечень нормативных правовых и иных документов, использованных при подготовке комплекта оценочных средств.

С учетом сопряжения федеральных государственных образовательных стандартов 3++ с профессиональными стандартами, по сути обе процедуры сводятся к оценке способности выполнять те или иные трудовые действия в рамках трудовых и обобщенных трудовых функций. Так, например, квалификация «Инженер-механик в сельском хозяйстве (6-й уровень квалификации)» оценивается на выполнение трудовых функций D/01.6 «Организация технического обслуживания и ремонта сельскохозяйственной техники в организации», D/02.6 «Организация эксплуатации сельскохозяйственной техники в организации», D/03.6 «Организация работы по повышению эффективности технического обслуживания и эксплуатации сельскохозяйственной техники» профессионального стандарта «Специалист в области механизации сельского хозяйства». При этом необходимым условием допуска к прохождению профессионального экзамена является наличие диплома о высшем образовании по направлению подготовки «Агроинженерия». Сформированная в университете образовательная программа также сопряжена с профессиональным стандартом «Специалист в области механизации сельского хозяйства» и направлена на формирование тех же трудовых функций.

Соответственно, обе процедуры могут быть гармонизированы. При этом фонды оценочных средств образовательных программ носят больше характер выявления потенциальных возможностей выпускника с позиций подтверждения формирования универсальных общепрофессиональных и профессиональных компетенций, установленных образовательной программой. В то время как критерием оценки квалификации являются трудовые действия, установленные профессиональным стандартом для определенного уровня квалификации.

2. Разработка методики формирования фондов оценочных средств для промежуточной и итоговой аттестации

2.1 Общие подходы

Как показал сравнительный анализ технологий, применяемых при реализации образовательных программ и независимой оценки квалификаций, введение ФГОС 3++ существенно сблизило эти подходы, в первую очередь, в части профессиональных компетенций. Образовательные организации получили существенные свободы на этапе формирования образовательных программ по выбору области профессиональной деятельности, сферы профессиональной деятельности выпускников, типа задач и задач профессиональной деятельности выпускников. И если образовательная программа будет нацелена на формирование у выпускника способности выполнять максимальный объем обобщенных трудовых функций и трудовых действий, заложенных в определенный («привязанный» к ФГОС и ОП профессиональный стандарт), то задача разработки фондов оценочных средств, как минимум, сводится к сопряженному с профессиональным стандартом установлению ЗУНов (знаний, умений, навыков) и разработке типовых заданий как теоретической, так и практической направленности.

При этом необходимо отметить, что с учетом направленности профессиональных стандартов на установление квалификационных требований, технология независимой оценки квалификаций более приемлема для оценивания уровня сформированности общепрофессиональных (ОПК) и профессиональных компетенций (ПК). Соответственно целесообразна ее реализация на этапе промежуточной аттестации дисциплин образовательных программ, формирующих ОПК и ПК. Идентичным может быть подход оценивания уровня сформированности компетенций выпускника на этапе государственной итоговой аттестации в форме государственного экзамена.

В методике формирования оценочных средств для промежуточной аттестации и оценки уровня сформированности профессиональных компетенций применены следующие подходы нормативно закрепленной процедуры разработки оценочных средств для проведения независимой оценки квалификаций:

— выбор профессионального стандарта, на соответствие положениям которого проводится оценивание уровня профессиональной компетентности выпускника;

— определения уровня квалификации, определенного в соответствии с требованиями к квалификации;

— формирование пакета знаний, умений, трудовых действий, трудовых функций в соответствии с требованиями к квалификации;

— формирование комплектов заданий для теоретического и практического этапа профессионального экзамена и их спецификацию;

— описание критериев оценки заданий промежуточной аттестации или государственной итоговой аттестации.

Установление требований к кадровому обеспечению промежуточной и итоговой аттестации должно соответствовать требованиям соответствующего ФГОС ВО и квалификационным требованиям к профессорско-преподавательскому составу. При этом в рамках гармонизации процедуры оценивания возможен подход, рекомендованный Минобрнауки в части внутренней независимой оценки качества образования [6]. Локальным нормативным актом образовательной организации может быть закреплено создание комиссий для проведения промежуточной аттестации с включением в ее состав представителей организаций по профилю образовательных программ. Например, для аграрных направлений подготовки – организаций сельхозтоваропроизводителей. При проведении государственной итоговой аттестации это требование установлено Приказом Минобрнауки России от 29.06.2015 N 636 «Об утверждении Порядка проведения государственной итоговой аттестации по образовательным программам высшего образования — программам бакалавриата, программам специалитета и программам магистратуры» [7] и соответствующими локальными актами образовательной организации.

Что касается перечня нормативных правовых и иных документов, использованных при подготовке комплекта оценочных средств, то он также является неотъемлемой частью образовательной программы.

Разработанный методический подход может быть реализован как на этапе промежуточной аттестации дисциплин (модулей), практик образовательной программы, так и на этапе государственной итоговой (итоговой) аттестации выпускников.

2.2. Макет фонда оценочных средств

Фонд оценочных средств содержит следующие разделы:

— общую характеристику дисциплины, включая цель, задачи, предмет дисциплины, место дисциплины в образовательной программе (обязательная часть или часть, формируемая участниками образовательных отношений), взаимосвязь с другими дисциплинами, взаимосвязь с профессиональным(ыми) стандартом(ами). В подразделе указывается перечень обобщенных трудовых функций и трудовых функций соответствующего профессионального стандарта с учетом уровня квалификации, формируемых в процессе освоения дисциплины;

— планируемые результаты обучения по дисциплине, сопряженные с профессиональным стандартом. В разделе индикаторы достижения формируемых в процессе освоения дисциплины универсальных и/или общепрофессиональных и/или профессиональных компетенций в соответствии с типом задач профессиональной деятельности приводятся в соответствии с обобщенными трудовыми функциями и трудовыми функциями соответствующего профессионального стандарта;

— оценочные средства для проведения промежуточной аттестации. Включают спецификацию заданий для проведения теоретического этапа промежуточной аттестации и спецификацию заданий для проведения практического этапа промежуточной аттестации, шкалы и критерии оценивания достижений компетенций. В разделе приводятся материалы для оценки достижения компетенций, в том числе вопросы к зачету (зачету с оценкой) и/или экзамену, задания для проверки умений и навыков и/или опыта практической деятельности, перечень тем курсовых проектов (работ), тестовые задания, перечень тем рефератов, контрольных, контрольно-графических работ и вопросов для их защиты. Даны рекомендации о количестве вопросов и заданий по формам промежуточной аттестации в расчете на 1 зачетную единицу;

— система оценивания достижений компетенций. Включает описание совокупности вопросов, задач, курсовых проектов (работ), тестов, контрольных, расчетно-графических работ, рефератов и других оценочных средств, позволяющих оценить достижение компетентности обучающихся в разрезе отдельных индикаторов, при проведении промежуточной аттестации;

— учебно-методическое и информационное обеспечение промежуточной аттестации. Включает рекомендуемую литературу (основную, дополнительную, методическую), электронные библиотечные системы, профессиональные базы данных и информационные системы, рекомендуемые сайты и информационные порталы;

— материально-техническое и программное обеспечение промежуточной аттестации. Содержит информацию о помещениях и оборудования для промежуточной аттестации, включая контактную и самостоятельную работу, требования безопасности к проведению оценочных мероприятий, программное обеспечение общего назначения, для реализации электронного обучения и обучения с применением дистанционных образовательных технологий, специализированного программного обеспечения.

Форма фонда оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине приведена в Приложении 1.

Фонд оценочных средств разрабатывается преподавателем, коллективом преподавателей кафедры, за которым закреплена дисциплина. Рассматривается на заседании соответствующей кафедры. Рекомендация к применению в образовательном процессе дается методической комиссией факультета. В случае разработки фонда оценочных средств по дисциплине образовательной программы, закрепленной за другим факультетом, фонд оценочных средств также рассматривается на заседании методической комиссии этого факультета. Утверждается деканом факультета.

Рекомендуется рецензирование фонда оценочных средств представителями (руководителями или работниками соответствующего уровня) организаций по профилю образовательной программы.

2.3. Апробация макета фондов оценочных средств применительно к дисциплинам образовательных программ, реализуемым в университете

Апробация разработанного с учетом методических приемов технологии независимой оценки квалификаций макета фонда оценочных средств промежуточной аттестации проведена для выборки дисциплин образовательных программ направлений бакалавриата 35.03.05 Агрономия, 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение, 35.03.06 Агроинженерия, 36.03.02 Зоотехния, специальности 36.05.01 Ветеринария:

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Земледелие» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.05 Агрономия, утвержденный деканом факультета агрономии, агрохимии и экологии Пичугиным А.А.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Растениеводство» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.05 Агрономия, утвержденный деканом факультета агрономии, агрохимии и экологии Пичугиным А.А.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Агрохимия» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.05 Агрономия, утвержденный деканом факультета агрономии, агрохимии и экологии Пичугиным А.А.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Общее почвоведение» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение, утвержденный деканом факультета агрономии, агрохимии и экологии Пичугиным А.А.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Агрохимия» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение, утвержденный деканом факультета агрономии, агрохимии и экологии Пичугиным А.А.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Тракторы и автомобили» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.06 Агроинженерия, утвержденный деканом агроинженерного факультета Оробинским В.И.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Машины и оборудование в животноводстве» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.06 Агроинженерия, утвержденный деканом агроинженерного факультета Оробинским В.И.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Сельскохозяйственные машины» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.06 Агроинженерия, утвержденный деканом агроинженерного факультета Оробинским В.И.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Технология ремонта машин» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.06 Агроинженерия, утвержденный деканом агроинженерного факультета Оробинским В.И.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Эксплуатация машинно-тракторного парка» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 35.03.06 Агроинженерия, утвержденный деканом агроинженерного факультета Оробинским В.И.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Разведение животных» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 36.03.02 Зоотехния, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Кормление животных» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 36.03.02 Зоотехния, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Скотоводство» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 36.03.02 Зоотехния, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Свиноводство» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 36.03.02 Зоотехния, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Птицеводство» обязательной части образовательной программы уровня бакалавриата направления подготовки 36.03.02 Зоотехния, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Организация ветеринарного дела» обязательной части образовательной программы уровня специалитета по специальности 36.05.01Ветеринария, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Внутренние незаразные болезни» обязательной части образовательной программы уровня специалитета по специальности 36.05.01Ветеринария, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Общая и частная хирургия» обязательной части образовательной программы уровня специалитета по специальности 36.05.01Ветеринария, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Паразитология и инвазионные болезни» обязательной части образовательной программы уровня специалитета по специальности 36.05.01Ветеринария, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Фонд оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплине «Эпизоотология и инфекционные болезни животных» обязательной части образовательной программы уровня специалитета по специальности 36.05.01Ветеринария, утвержденный деканом факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства Аристовым А.В.;

Сопряжение разработанных фондов оценочных средств с профессиональными стандартами приведено в таблицах 2-6.

Таблица 2 – Сопряжение Фонда оценочных средств дисциплин образовательной программы Агрономия с профессиональным стандартом

Таблица 3 – Сопряжение Фонда оценочных средств дисциплин образовательной программы Агрохимия и агропочвоведение с профессиональным стандартом

Таблица 4 – Сопряжение Фонда оценочных средств дисциплин образовательной программы Агроинженерия с профессиональным стандартом

Таблица 5 – Сопряжение Фонда оценочных средств дисциплин образовательной программы Зоотехния с профессиональным стандартом

Таблица 6 – Сопряжение Фонда оценочных средств дисциплин образовательной программы Ветеринария с профессиональным стандартом

Полное описание фондов оценочных средств приведено соответственно в Приложениях 3-7.

2.4. Макет фонда оценочных средств государственного итоговой аттестации

Макет фонда оценочных средств государственной итоговой (итоговой) аттестации включает контрольно-измерительные материалы для государственного экзамена и выпускной квалификационной работы. При этом рекомендован подход оценивания сформированности компетенций с применением методики НОК, включающий теоретический и практический этапы. Макет может быть реализован для государственной итоговой аттестации, так и итоговой аттестации в случае отсутствия государственной аккредитации образовательной программы. В макете и разделе в дальнейшем применяется термин «государственная итоговая аттестация».

Макет фонда оценочных средств государственной итоговой аттестации включает следующие разделы:

— общую характеристику образовательной программы, в том числе описание области и сферы профессиональной деятельности, типа задач профессиональной деятельности, перечня объектов профессиональной деятельности выпускников. Включает перечень профессиональных стандартов, соотнесенных с образовательной программой, перечень обобщённых трудовых функций и трудовых функций, имеющих отношение к профессиональной деятельности выпускника, перечень задач профессиональной деятельности, соотнесенных с областью, задачами и объектами профессиональной деятельности;

— планируемые результаты освоения образовательной программы. Раздел формируется по полному перечню компетенций и индикаторов их достижения из всех дисциплин (модулей), практик ОП ВО. В разделе компетенции образовательной программы соотносятся с обобщенными трудовыми функциями, трудовыми функциями и индикаторами достижения компетенций. Материалы формируются из аналогичных сопряжений, обозначенных в рабочих программах дисциплин (модулей), практик;

— объем государственной итоговой аттестации, включающий виды государственной итоговой аттестации в соответствии с требованиями ФГОС ВО и образовательной программы. Макет разработан для образовательных программ, в состав государственной итоговой аттестации которых входит государственный экзамен, выполнение и защита выпускной квалификационной работы.В случае если образовательная программа не включает государственный экзамен, то выпускная квалификационная работа защищается в два этапа – теоретический — демонстрация сформированности компетенций по индикаторам «знать» и «уметь» и практический — демонстрация сформированности компетенций по индикатору «иметь навык и/или опыт практической деятельности»;

— подготовка к сдаче и сдача государственного экзамена. Приведена спецификация заданий для проведения теоретического и практического этапа государственного экзамена. Указано, какие индикаторы достижения компетенций в привязке к самим компетенциям проверяются конкретными теоретическими вопросами и практическими заданиями. Раздел содержит шкалу и критерии оценивания достижения компетенций теоретического и практического этапа государственного экзамена;

— выполнение и защита выпускной квалификационной работы. Раздел включает общие требования к выпускной квалификационной работе и порядку ее выполнения, примерную тематику выпускных квалификационных работ, требования к объему, структуре, оформлению, процедуре защиты выпускной квалификационной работы и порядку подачи и рассмотрения апелляций. Указанные процедуры могут быть полностью приведены в разделе фонда оценочных средств государственной итоговой аттестации, а также могут быть сделаны ссылки на аналогичные локальные нормативные акты образовательной организации. В разделе приведены шкалы и критерии оценивания компетенций на этапе защиты выпускной квалификационной работы;

— оценка достижений компетенций в ходе государственной итоговой аттестаций с распределением по теоретическому и практическому этапу государственного экзамена и выпускной квалификационной работе. По сумме указанных этапов должны быть проверены все компетенции, формирование которых заявлено в образовательной программе;

— учебно-методическое и информационное обеспечение государственной итоговой аттестации включает перечень рекомендуемой учебной и методической литературы, электронно-библиотечные системы образовательной организации, профессиональные базы данных и информационные системы, сайты и информационные порталы;

— материально-техническое и программное обеспечение государственной итоговой аттестации предусматривает перечень помещений, оборудования и программного обеспечения, включая специализированное, для проведения процедуры и предварительной самостоятельной работы. При необходимости расписываются требования безопасности к проведению оценочных мероприятий.

Макет фонда оценочных средств государственной итоговой (итоговой) аттестации приведен в Приложении 2.

Заключение

Рост производства сельскохозяйственной продукции для обеспечения как внутреннего рынка, так и задач экспорта продукции ставит задачу подготовки кадров в соответствии с запросами и ожиданиями аграрного бизнеса. Рынок труда демонстрирует дефицит специалистов традиционных профессиональных квалификаций, таких как агрономы, ветеринарные врачи, зоотехники.При этом помимо количественного запроса, современное развитие отрасли диктует необходимость существенного совершенствования образовательных программ, соответствие которых профессиональным квалификациям отраслевой рамки может быть проверено на этапе промежуточной и государственной итоговой (итоговой) аттестации.

Анализ методологических подходов, реализуемых при освоении образовательных программ и в процедуре независимой оценки квалификаций, показал, что фонды оценочных средств образовательных программ носят больше характер выявления потенциальных возможностей выпускника с позиций подтверждения формирования универсальных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций, установленных образовательной программой. В то время как критерием оценки квалификации являются трудовые действия, установленные профессиональным стандартом для определенного уровня квалификации. Однако с учетом сопряжения ФГОС ВО и профессиональных стандартов, эти подходы могут быть гармонизированы. С этой целью предложены методические подходы к формированию критериев подготовки обучающих, учитывающие процедуры независимой оценки квалификаций.

Разработан макет оценочных средств промежуточной аттестации по дисциплинам образовательных программ, включающий сведения об обобщенных функциях и трудовых функциях, формируемых в процессе освоения дисциплины, планируемых результатах обучения, сопряженных с профессиональным стандартом. В рамках оценочных средств разработаны спецификации заданий для теоретического и практического этапа промежуточной аттестации. Оценочные средства сформированы и апробированы на примере промежуточной аттестации по дисциплинам образовательных программ уровня бакалавриата по направлениям подготовки «Агрономия», «Агрохимия и агропочвоведение», «Агроинженерия», «Зоотехния», специальности «Ветеринария». Предложенные методические подходы реализованы в макете фонда оценочных средств государственной итоговой (итоговой) аттестации.

Макеты фондов оценочных средств могут быть применены при формировании образовательных программ, сопряженных с профессиональными стандартами, разработанные фонды оценочных средств – в процедурах промежуточной аттестации по направлениям подготовки обучающихся аграрных вузов.

Список использованных источников

1. В Минсельхозе обсудили вопросы подготовки профессиональных кадров для АПК [Электронный ресурс]: Министерство сельского хозяйства Российской Федерации . Режим доступа:https://mcx.gov.ru/press-service/news/v-minselkhoze-obsudili-voprosy-podgotovki-professionalnykh-kadrov-dlya-apk/. – 27.11.2020
2. Мишин И.Н. Критическая оценка формирования перечня компетенций в ФГОС ВО 3++/ И.Н.Мишин//Высшее образование в России. – 2018. — №4. – С.66-75
3. Сенашенко В.С. Уровни сопряжения системы высшего образования и сферы труда/ В.С.Сенашенко//Высшее образование в России. – 2018. Т.27. — №3. – С. 38-47
4. Федеральный закон от 3 июля 2016 г. N 238-ФЗ «О независимой оценке квалификации» [Электронный ресурс]: Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. Профессиональная справочная система «Кодекс». Режим доступа:https://техэксперт.сайт/sistema-kodeks. – 31.12.2020

5.Федеральный закон Российской Федерации от 2 мая 2015 г. № 122-ФЗ «О внесении изменений в трудовой кодекс Российской Федерации и статьи 11 и 73 Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» [Электронный ресурс]:Справочная правовая система «Гарант». Режим доступа: – http://ivo.garant.ru. — 31.12.2020

6.Приказ Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 01.11.2016 №601н «Об утверждении Положения о разработке оценочных средств при проведении независимой оценки квалификаций» [Электронный ресурс]:Справочная правовая система «Гарант». Режим доступа: – http://ivo.garant.ru. — 31.12.2020

7.Минобрнауки России от 15.02.2018 N 05-436 «О методических рекомендациях» (вместе с «Методическими рекомендациями по организации и проведению в образовательных организациях высшего образования внутренней независимой оценки качества образования по образовательным программам высшего образования – программам бакалавриата, программам специалитета и программам магистратуры») [Электронный ресурс]:Справочная правовая система «Гарант». Режим доступа: – http://ivo.garant.ru. — 31.12.2020

8.Приказ Минобрнауки России от 29.06.2015 N 636 «Об утверждении Порядка проведения государственной итоговой аттестации по образовательным программам высшего образования – программам бакалавриата, программам специалитета и программам магистратуры» [Электронный ресурс]:Справочная правовая система «Гарант». Режим доступа: – http://ivo.garant.ru. — 31.12.2020

9.Профессиональный стандарт «Агроном». Утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 09 июля 2018 № 454н [Электронный ресурс]: Реестр профессиональных стандартов. Режим доступа:https://profstandart.rosmintrud.ru/. – 31.12.2020

10. Профессиональный стандарт «Специалист в области механизации сельского хозяйства». Утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 02 сентября 2020 № 555н [Электронный ресурс]: Реестр профессиональных стандартов. Режим доступа:https:// profstandart.rosmintrud.ru/. – 31.12.2020

11.Профессиональный стандарт «Специалист по зоотехнии». Утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 14 июля 2020 № 423н [Электронный ресурс]: Реестр профессиональных стандартов. Режим доступа:https://profstandart.rosmintrud.ru/. – 31.12.2020

12.Профессиональный стандарт «Ветеринарный врач». Утвержден приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 25 августа 2018 № 547н [Электронный ресурс]: Реестр профессиональных стандартов. Режим доступа:https://profstandart.rosmintrud.ru/. – 31.12.2020

13. Аристов А.В. Применение методики независимой оценки квалификаций для промежуточной аттестации по образовательным программам высшего образования/ А.В.Аристов, А.В.Ворохобин, Н.М.Дерканосова, Е.В.Талицких// VII Международная научно-техническая конференция «Инновационные технологии в пищевой промышленности: наука, образование и производство» [Электронный ресурс] : сборник материалов, 20 ноября 2020 г. / Воронеж. гос. унт инж. технол., ВГУИТ, 2020. – С.465-468

14.Дерканосова Н.М. Применение методики оценки квалификаций НАРК в оценочных средствах образовательных программ/ Н.М.Дерканосова, А.В.Ворохобин// Материалы II-ой международной научно-практической конференции «Управление инновационным развитием агропродовольственных систем на национальном и региональном уровнях», 29-30 октября 2020 г.: в 2 частях. – Ч. II. – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С.113-116

15.Ворохобин А.В. Методологические подходы к формированию критериев подготовки обучающихся по направлению «Агроинженерия»/ А.В.Ворохобин, Н.М.Дерканосова, В.П.Рябов, Е.В.Талицких// Вестник Воронежского ГАУ. – 2020. – Том 13, № 4 (67). – С. (в печати)

Приложения

РЕФЕРАТ

Отчет 90 с, , 31 рис., 11 табл., 46источн., 6 прил.

зерновой ворох, двухаспирационная пневмосистема, решетный стан, многоярусное расположение сортировальных решет, полнота разделения, фракционирование зерна, семена, сепаратор вороха семян, органическое земледелие

Объектом исследования являются закономерности функционирования зернового вороха на зерноочистительных машинах при фракционной технологии его обработки.

Цель: разработка альтернативной одноэтапной технологии и технических средств для получения высококачественных семян сельскохозяйственных культур, возделываемых с использованием инновационных биологических средств защиты, как необходимого условия перехода к системе органического земледелия и экологизации.

Конструктивно-технологическая схема воздушно-решетного сепаратора, реализующая фракционную технологию подготовки семян, позволит разделить исходный ворох на основную, фуражную и отходовую фракции на двухаспирационной пневмосистеме и на фракции крупных примесей, основную и фуражную на решетной очистке. Фракционная технология обработки зернового вороха, реализуемая на воздушно-решетном сепараторе, позволит, увеличить производительность семенной очистки в 1,5…1,8 раза при минимальном количестве механических воздействий на семена. Такие показатели работы семяочистительных машин позволят повысить качество подготавливаемого семенного материала, что увеличит урожайность, и как следствие валовый сбор сельскохозяйственных культур. Кроме того подготовлена научно-техническая документация на опытный образец сепаратора вороха семян. Одноэтапная технология подготовки семян, реализуемая на разработанном сепараторе позволяющая минимизировать количество машин в поточной линии.

Введение

Фракционная технология послеуборочной обработки,по мнению многих ученых, является наиболее перспективной с точки зрения снижения механических воздействий на зерно и его повреждения, снижения затрат труда и энергии на послеуборочную обработку. В зависимости от физико-механических свойств зерна основной культуры и примесей в качестве основных признаков фракционирования чаще всего предлагаются разделение по аэродинамическим свойствам в пневмосепарирующих каналах и по размерным характеристикам на решетах.

Имеющаяся в сельском хозяйстве отечественная зерноочистительная техника, включая воздушно-решетные зерноочистительные машины, имеет невысокую производительность, зачастую работает по устаревшим технологиям очистки, и не может составить конкуренцию лучшим мировым образцам. По этим причинам современные поточные зерно- и семяочистительные линии оборудуются большей частью технологическим оборудованием зарубежных производителей и реализуют двухэтапную технологию подготовки семян, что увеличивает себестоимость послеуборочной обработки зерна. Такая технология предусматривает последовательный пропуск всего зернового вороха через машины с однотипными рабочими органами с выделением определенной части примесей и фуражной фракции такими машинами в зависимости от их назначения или места в поточной линии.

Современные технологии возделывания зернобобовых культур и техническое обеспечение уборочных работ позволили существенно сократить содержание примесей и незерновых компонентов в исходном комбайновом ворохе.

В связи с этим.разделение вороха на фракции при подготовке семян возможно уже на ранней стадии обработки с использованием универсальных двухаспирационных воздушно-решетных семяочистительных машин, работающих по фракционной технологии очистки, производительность которых увеличена в 1,5…1,8 раза.

Цель работы: Разработка альтернативной одноэтапной технологии и технических средств для получения высококачественных семян сельскохозяйственных культур, возделываемых с использованием инновационных биологических средств защиты, как необходимого условия перехода к системе органического земледелия и экологизации

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач исследования:

– проведение научных исследований по обоснованию применения одноэтапной технологии и технических средств её реализующих, для получения высококачественных семян сельскохозяйственных культур;

– изготовление экспериментального образца сепаратора очистки семян, используемого в альтернативной одноэтапной технологии;

– проведение экспериментальных исследований по обоснованию выбора рабочих органов и режимов их работы для различных сельскохозяйственных культур;

– корректировка научно-технической документации на сепаратор очистки семян.

Научная новизна:

— доказанные положения о возможности повышения производительности семенной очистки в 1,5…1,8 раза за счет рационального выбора и размещения решет в решетных станах и выделения части фуражных примесей дорешетной аспирацией;

— принцип последовательного использования воздушного потока в аспирационных системах, позволяющий снизить общий расход воздуха пневмосистемой на 25…40%.

Научная и техническая ценность ожидаемых результатов:

— повышение эффективности (полноты) разделения на фракции обрабатываемого зернового вороха за счет выделение фуражных фракций в каналах дорешетной и послерешетной аспираций и семенной фракции – увеличения доли сортировальных (фракционных) решет в станах зерноочистительных машин.

— повышение производительности семенной очистки в 1,5…1,8 раза при минимальном количестве механических воздействий на семена, техническая документация на экспериментальный образец сепаратора вороха семян.

Практическая значимость:

– научно-техническая документация на экспериментальный образец сепаратора очистки семян для одноэтапной технологии получения высококачественных семян;

– одноэтапная технология подготовки семян, реализуемая на разработанном сепараторе позволяющая минимизировать количество машин в поточной линии.

Исследование работы гравитационного питателя-распределителя

Описание приемно–распределительного устройства воздушно-решетных машин с виброклапаном (сепаратор очистки семян)

В последние годы ряд зарубежных фирм на универсальных воздушно-решетных машинах отказался от установки питателей распределителей с активными рабочими органами, что связано со стремлением снизить до минимума повреждение семян. Фирма Westrup (Дания) при рабочей ширине машин до 1,0 м устанавливает питающее устройство.которое представляет собой грузовой клапан, а при ширине свыше 1,0 м питающий валик с клапаном или виброклапаном. Характерным представителем распределителей такого типа является устройство устанавливаемое фирмой Cimbria на машины серии MegaCleaner. При постановке на производство высокопроизводительных машин с круговыми колебаниями решетных станов, аналогичных универсальным воздушно-решетным машинам серии TAS выпускаемым фирмой SchmidtSeeger (в настоящее время владелец технологическая компания Buhler (Швейцария)), был заимствован принцип приемно-распределительных устройств этих машин ООО «Воронежсельмаш».

При рассмотрении вопроса возможного выпуска машины СВС – 30 на площадке ООО «Воронежсельмаш» возник вопрос об унификации отдельных узлов с машинами уже поставленными на производство. Одним из таких узлов является приемно-распределительное устройство, которое относится к гравитационному типу с подающим наклонным виброклапаном и гравитационным принципом регулировки производительности. Такими распределителями комплектуются машины с производительностью от 80т/ч на первичной очистке. Бесспорно, привлекает неоспоримое преимущество таких устройств — отсутствие подвижных вращающихся частей, которые взаимодействуют с зерном. К преимуществам виброподающих наклонных устройств можно также отнести расслоении вороха по плотности, что особенно важно для качественной работы пневмосистем. Вместе с тем вызывает беспокойство возможное неравномерное распределение компонентов вороха по ширине в зависимости от их плотности.

Общий вид такого устройства приведен на рисунке1.

Рисунок 1 — Общий вид приемно-распределительного устройства: 1- корпус; 2 – верхний кожух; 3 –приемная горловина для зернового вороха; 4 – передняя стенка; 5 передний направляющий щиток

Приемно-распределительное устройство как отдельный модуль, устанавливается и закрепляется на канале дорешетной очистки, обеспечивая подачу в него вороха распределенного по ширине канала. Равномерность распределения по ширине влияет непосредственно на качественные показатели работы пневмосистемыдорешетной очистки — полноту выделения компонентов вороха со скоростями витания менее 6,7 м/с для пшеницы.

Как и вся конструкция пневмосистем машин, приемно-распределительное устройство выполнено разъемным, с использованием болтовых соединений. Устройство может устанавливаться непосредственно сельхозпроизводителями по месту монтажа машины. Принцип работы приемно-распределительного устройства более наглядно представлен на рисунке 2., где убраны корпус с верхней приемной крышкой и боковая стенка.

Рисунок 2 — Приемно-распределительное устройства без боковой, передней стенки и приемного кожуха: 1- рычаг грузового клапана;
2 – подшипниковый узел эксцентрикового вала; 3 – задняя стенка с воздухозаборными окнами; 4 – эксцентриковый вал; 5 – противовес;
6 – рычаг клапана; 7 –мотор-редуктор привода вала эксцентриков;
8 – виброклапан; 9, 10 – тяга связи вала грузового клапана с виброклапаном

Принцип работы приемно-распределительного устройства заключатся в следующем. Крутящий момент от вала мотор-редуктор марки 9МЧ-50-140-56-М1-380-У3 (0,55/4/B5, с двигателем мощностью 0,55 кВт и частотой вращения выходного вала 140 мин^-1 передаются на вал 4 с эксцентриками. На эксцентриках с помощью подшипниковых узлов закреплены корпуса с боковыми резьбовыми соединениями, служащими для крепления рычагов 6 виброклапана 8. В боковинах корпуса закреплен с использованием подшипниковых узлов вал 9грузового клапана. На свободном конце вала 9 с использованием шпоночного соединения установлен рычаг 1 грузового клапана с грузом.перемещаемым по пазу рычага и фиксируемом в определенном положении.

Зерновой ворох поступает в приемную горловину 4 (рис.1) верхнего кожуха 2 и под действием вертикальных и горизонтальных колебаний верхней части виброклапана 8 (рис. 2) растекается по его поверхности. Установленный под определенным углом наклона виброклапан, обеспечивает за счет колебаний с частотой около 140 мин^-1 и амплитудой 0,006 м подачу зернового вороха за счет составляющей силы тяжести и сила инерции в зазор между виброклапаном 8 и направляющей пластиной. Величина зазора между виброклапаном и кромкой направляющей пластины зависит от положения груза на рычаге 1 вала грузового клапана. Сила тяжести груза и создаваемый им крутящий момент через тяги 10 передается с двух сторон на рычаги 6 виброклапана 8 и уравновешивается весом слоя зерна на самом клапане.

Вид сбоку со стороны грузового клапана в объемном изображении представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 — Приемно-распределительное устройства без мотор-редуктора привода виброклапана: 1- эксцентриковый вал; 2 – подшипниковый узел эксцентрикового вала; 3 боковая стенка; 4 – вал грузового клапана; 5 – груз; 6 – рычаг вала грузового клапана для связи с тягой; 7 стяжки передней и задней стенок; 8 — регулируемая тяга для соединения рычагов грузового вала с виброклапаном; 9 – виброклапан; 10 – ось рычага виброклапана:
11 – рабочая поверхность виброклапана; 12 – крепеж виброклапана к рычагам; 13 – ось рычага вала грузового клапана; 14 – паз рычага для перемещения груза

Как видно из рисунка 3, рычаги с виброклапаном 9, закрепленные неподвижно относительно корпусов подшипников эксцентриков, совершают плоскопараллельное перемещение радиусом rи размахом колебаний А. Нижняя часть рычагов шарнирно связана с рычагами 6 закрепленного 4 вала грузового клапана, имеющего возможность только вращательного движения. Поворот вала грузового клапана возможен в случае нарушения равновесия между крутящим моментом на валу грузового клапана от действия, перемещаемого по пазу 14 рычага и весом зернового вороха, находящегося на виброклапане и передающего усилие на рычаг 6 вала грузового клапана. При этом между нижней кромкой виброклапана и направителем, установленным неподвижно в боковинах корпуса появляется зазор, через который зерновой ворох подается в пневмосепарирующий канал. Изменение положения груза на рычаге и соответственно крутящего момента в сторону увеличения вызывает поворот вала 4 грузового клапана и перемещение рычагом 6 тяги 8, и в конечном итоге поворот рычагов с виброклапаном в сторону уменьшения зазора.

Теоретические предпосылки обоснования режима работы виброклапана приемно-распределительного устройства

На рисунке 4 приведена расчетная схема подачи зернового вороха виброклапаном, совершающим гармонические колебания.

В верхней части поверхность виброклапана и находящийся на ней зерновой ворох имеют возможность двигаться в направлении оси Х и оси У. Центробежная сила инерции от эксцентрикового вала имеет максимальный угол относительно поверхности виброклапана. Для этой части виброклапана можно отметить максимальное перемещение поверхности в направлении обеих осей с амплитудой

По мере удаления от оси эксцентриков амплитуда перемещений в направлении осиУ уменьшается до нулевого значения за счет связи с тягой 3 вала 4 грузового клапана, закрепленного в боковинах подшипниковыми узлами (рис.4).

Втеориивибрационногоперемещения частиц наиболееполноисследованслучайпрямолинейногоотносительногодвижениячастицыпонаклоннойплоскости, совершающейпоступательныеколебания. При таком перемещении можно выделить этапыскольжениявперединазад, этап отрыва и полета, этап относительногопокоя. Наличиекаждогоизэтаповипорядокихчередованияопределяютсяпараметрамисистемы «виброклапан – ворох, состоящий из частиц».Одной из основных характеристик вибрационного перемещения частиц является средняя скорость перемещения за периодТ колебаний плоскости:

Рисунок 4 – Расчетная схема привода приемно-распределительного устройства виброклапана: 1 – направляющая пластина; 2 – ось рычага тяги грузового клапана; 3 – тяга грузового клапана; 4 – вал грузового клапана;
5 – груз; 6 – рычаг груза; 7 – поверхность виброклапана; 8 – ось крепления рычага виброклапана; 9 – рычаг виброклапана; 10 — эксцентрик

На зерновку, находящуюся на поверхности виброклапана действуют следующие силы:

— сила тяжести:

(1)

— центробежная сила инерции от эксцентрикового вала:

; (2)

— сила трения, при условии перемещении частицы в сторону наклона поверхности виброклапана под углом α:

(3)

где f – коэффициент трения о поверхность виброклапана или нижележащий слой зерна;

φ – угол внешнего или внутреннего трения.

Реакция со стороны поверхности виброклапана:

, (4)

где β – угол направленности колебаний, град.

За счет такой конструкции поверхность виброклапана совершает гармонические колебания: в верхней части в вертикальном и горизонтальном направлениях с амплитудой:

, (5)

где r – радиус эксцентрика, м;

– угловая скорость эксцентрикового вала, с^-1.

Нижняя часть виброклапана шарнирно связана с закрепленным в боковинах валом 4 грузового клапана (рис. 3) и поэтому имеет возможность перемещаться беспрепятственно только в направлении поверхности или оси Х. Перемещение в направлении оси Y ограничено и складывается из двух перемещений вдоль оси Хс максимальной амплитудой А и в направлении оси Y с качение по радиусу Н_г относительно оси 13 рычага грузового клапана.

Перемещение по оси Yможно определитьисходя из перемещения по оси Хот среднего положения:

(6)

Тогда перемещение по оси Yможно определить из прямоугольного треугольника с гипотенузой Н_г и катетом S_xпо выражению:

(7)

Перемещение по оси Yлюбой точки находящейся на поверхности виброклапана на расстоянии L₁от его начала можно определить из выражения:

(8)

Значение угла направленности колебаний для любой частицы находящейся на поверхности виброклапана на расстоянии L₁от его начала можно определить из выражения:

(9)

Дифференциальные уравнения относительного движения частицы по осях ХOY, жестко связанных с вибрирующей плоскостью будут иметь вид:

По оси X:

(10)

По оси Y:

. (11)

Частицы зерновой смеси, расположенныена различных расстояниях от поверхности, имеют различия в движениивследствие неодинаковых условий связис окружающими частицами и опорной поверхностьювиброклапана. Наименьшей подвижностью обладаютчастицы нижнего слоя зернового вороха, совершающие колебания вместе с рабочей поверхностью.

Верхние слои связаны с нижним слоем только силамитрения, причем коэффициент сопротивлениясдвигу слоёв уменьшается по мере приближения к свободной поверхности.Верхние слои зернового вороха совершают движение относительно поверхности поддействием двух взаимно перпендикулярныхсил: силы инерции переносного движенияи составляющей силы тяжести (скатывающейсилы), направленной вдоль линии наибольшегоската поверхности.

Для оценки режима работы виброклапана необходимо оценить значение показателя кинематического режима работы (режим работы виброклапана):

(12)

Учитывая начальные параметры и режим работы привода виброклапана можно провести оценку режима работы: частота вращения вала: n= 140 мин^-1, угловая скорость вала составляет 14,6 с^-1, эксцентриситет r=0,003 м.

При указанных значениях режим работы виброклапана показатель кинематического режима работы составляет:

Что значительно меньше режима подбрасывания:

Определим необходимое ускорение сообщаемой поверхностью виброклапана зерновке для перемещения в сторону противоположную уклону.

В этом случае направление силы инерции должно поменяться на противоположное рассматриваемому варианту и основную роль при перемещении начинают играть фрикционные свойства. По данным исследований В.В. Гортинского, А.Б. Демского,М.А. Борискина, В.Ф. Веденева, Л.Н. Тищенко, В.П. Ольшанского и др. основную роль начинают играть не силы «сухого» трения, а силы трения скольжения при вибротранспортировании, которые характеризуются существенным снижением углов трения. При амплитудных значениях ускорений, не превышающих ускорения свободного падения, смесь приобретает подвижность — псевдотекучесть. Такое состояние механической смеси принято называть состоянием псевдоожижения.В этом состоянии сцепление между частицами ослабевает. Наибольшее снижение фрикционных свойств достигается при амплитудных ускорениях, близких к ускорению свободного падения. При дальнейшем увеличении интенсивности колебаний частицы среды начинают терять контакт с вибрирующим рабочим органом, уменьшаются и периодически нарушаются связи между частицами; среда переходит как бы в состояние кипения.

Определим необходимое ускорение сообщаемой поверхностью виброклапана зерновке для перемещения в сторону противоположную уклону:

(13)

это максимальное ускорение при значении периодической функции равном единицы должно быть больше соотношения тригонометрических функций.

Углы трения меняются в этом режиме в пределах φ_п=10-35°.

Соотношение тригонометрических функций при минимальном значении угла трения

.

Ускорение, сообщаемое поверхностью виброклапана не достаточно для подъема частиц вверх при минимальных значениях углов трения.

Соотношение тригонометрических функций при максимальном значении угла трения

.

Ускорение, сообщаемое поверхностью виброклапана не достаточно для подъема частиц вверх при любых значениях углов трениявозможных при псевдоожижении.

Определим необходимое ускорение сообщаемой поверхностью виброклапана зерновке для перемещения в сторону противоположную уклону при достижении частицей положения, соответствующего сходу с лотка:

это максимальное ускорение при значении периодической функции равном единицы должно быть больше соотношения тригонометрических функций.

Углы трения меняются в этом режиме в пределах φ_п=10-35°.

Значение угла направленности колебаний для любой частицы находящейся на поверхности виброклапана на расстоянии L:

Соотношение тригонометрических функций при минимальном значении угла трения

.

Определим соотношение тригонометрических функций при максимальном значении угла трения:

.

Ускорение, сообщаемое поверхностью виброклапанане достаточно для подъема частиц вверх при любых значениях углов трения при вибротранспортировании при положении зернового вороха как в начале вибролотка, так и в месте схода с его поверхности.

Определим ускорение сообщаемой поверхностью виброклапана в верхней части (после подачи вороха в приемный бункер):

(14)

Принимаем угол трения по поверхности виброклапана, как угол трения в движении для виброожиженного слоя с максимальным значением φ=32°

м/с

Определим ускорение сообщаемой поверхностью виброклапана в нижней части (при достижении выходного окна):

(15)

Принимаем угол трения по поверхности виброклапана, как угол трения в движении для виброожиженного слояс максимальным значением φ_п=32°.

Значение угла направленности колебаний для любой частицы находящейся на поверхности виброклапана на расстоянии L:

м/с

Определим ускорение сообщаемой поверхностью виброклапана в нижней части (при достижении выходного окна):

м/с

Таким образом, при выполнении условия зерновой ворох при перемещении по поверхности виброклапана двигается равноускорено.

Результаты предварительных теоретических исследований показывают, что при подаче зернового вороха в пневмоканал семяочистительной машины при угле наклона виброклапана α=25° и частоте колебаний эксцентрикового вала 140 мин^-1 с эксцентриситетом r=0,003 м зерновой ворох по всей длине виброклапана движется только в сторону уклона за каждый период колебания поверхности.

Определения средней скорости схода зернового вороха с поверхности виброклапана графоаналитическим методом

Дляобоснование режима работы привода виброклапана используем наиболее распространенный графический метод, заключающийся в построении графиков изменения скорости и ускорения колеблющейся поверхности с определением критических ускорений зернового вороха с учетом углов трения и угла наклона поверхности виброклапана.

Период колебаний виброклапана определяется по известной зависимости:

(16)

При начальных принятых параметрах период колебаний составил T=0,43 с^-1.

Построим графики изменения скорости и ускорения поверхности виброклапана за 1,5 Т или за полтора периода колебаний. Максимальное значение линейной скорости при радиусе эксцентрика r=0.003 м за это время составило 0,043 м/с, ускорения 0,64 м/с². Значения для других углов поворота приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Расчетные значения скоростей и ускорений виброклапана

Критические ускорения для отрыва от поверхности виброклапана зернового вороха и самостоятельного перемещения:

в сторону уклона

(17)

в обратную сторону (подъема поверхности)

(18)

Критическое ускорение при движении на подъем более чем в двадцать раз превышает максимальное ускорение поверхности виброклапана.

На рисунке 5 приведен графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха.

Рисунок 5 -Графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха при град.,

град.

При построении приняты следующие масштабы:

Скорости :

Ускорения:

Времени:

Критическое ускорение J₁при движении в сторону уклона откладываетсяв отрицательной зоне графика и находится соответствующая ему скорость виброклапана. С этого мгновения скорость виброклапана продолжает изменяться по синусоиде, а скорость зернового вороха – по прямой линии, касательной к синусоиде — скоростивиброклапана.

Можно определить промежуток времени t₁ через который скорость зернового вороха станет равна нулю или прямая изменения скорости пересечет шкалу времени:

, (19)

Рассчитывается длина отрезка l_t1 и откладывается на шкале времени от точки пересечения а вправо (точка а₁) с учетом масштаба времени:

Проводится касательная линия к синусоиде, в точке обозначающей значение скорости при критическом ускорении, до пересечения с другой восходящей волной синусоиды. Для большей точности касательная к синусоиде в проходит через точку а₁ на шкале времени.

Так как любое перемещение– это произведение скорости на время, то площадь ограниченная прямой изменения скорости зернового вороха за период колебания и графиком скорости виброклапана, будет соответствовать перемещению зернового вороха в сторону уклона за одно колебание.

Перемещение вороха по грохоту за одно колебание можно определить по формуле:

, м, (20)

где F₁ – площадь фигурыограниченная графиками скоростей, см²;

V₁ – скорость зернового вороха в момент отрыва от поверхности виброклапана, м/с;

Т₂— фазовый угол поворота привода в момент сравнивания скоростей (остановки вороха), с;

Т₁— фазовый угол поворота привода в момент начала скольжения зернового вороха по поверхности виброклапана с начальной скоростью V₁, с;

(21)

V₁= 0,038 м/с; Т₁= с; с.

Определить среднюю скорость перемещения зернового материала по поверхности виброклапана:

, м/с. (22)

м/с

Проведенный графический метод теоретических исследований показал, что средняя скорость подачи зернового вороха виброклапаном без учета уменьшения угла трения не превышает фазовой скорости колебания поверхности виброклапана.

Проведем аналогичный метод определения скорости подачи зернового вороха виброклапаном с учетом снижения угла трения за счет псевдоожижения, и уменьшенном угле наклона поверхности виброклапана. обеспечивающих минимальную разницу углов.

град., град.

Критические ускорения для отрыва от поверхности виброклапана зернового вороха и самостоятельного перемещения:

в сторону уклона

в обратную сторону (подъема поверхности)

Критическое ускорение при движении на подъем несколько раз превышает максимальное ускорение поверхности виброклапана.

На рисунке 6 приведен графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха.

При построении приняты следующие масштабы:

Скорости :

Ускорения:

Времени:

Критическое ускорение J₁при движении в сторону уклона откладываетсяв отрицательной зоне графика и находится соответствующая ему скорость виброклапана. С этого мгновения скорость виброклапана продолжает изменяться по синусоиде, а скорость зернового вороха – по прямой линии, касательной к синусоиде — скоростивиброклапана.

Промежуток времени t₁ через который скорость зернового вороха станет равна нулю или прямая изменения скорости пересечет шкалу времени:

,

Длину отрезка l_t1 определяем из выражения и откладываем на шкале времени от точки пересечения а вправо (точка а₁) с учетом масштаба времени:

Проводим касательную линия к синусоиде, в точке обозначающей значение скорости при критическом ускорении, до пересечения с другой восходящей волной синусоиды. Для большей точности касательнуюк синусоиде в проводим через точку а₁ на шкале времени.

Рисунок 6 -Графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха
при град., град.

Так как любое перемещение– это произведение скорости на время, то площадь ограниченная прямой изменения скорости зернового вороха за период колебания и графиком скорости виброклапана, будет соответствовать перемещению зернового вороха в сторону уклона за одно колебание.

Перемещение вороха по клапану за одно колебание можно определить по формуле:

, м, (23)

где F₁ – площадь фигурыограниченная графиками скоростей, см²;

V₁ – скорость зернового вороха в момент отрыва от поверхности виброклапана, м/с;

Т₂— фазовый угол поворота привода в момент сравнивания скоростей (остановки вороха), с;

Т₁— фазовый угол поворота привода в момент начала скольжения зернового вороха по поверхности виброклапана с начальной скоростью V₁, с;

V₁= 0,041 м/с; V¹₁=0,005 м/с Т₁= с; с.

Определяем среднюю скорость перемещения зернового материала по поверхности виброклапана:

, м/с

м/с

Проведенные графоаналитические расчеты показывают, что увеличить скорость схода вороха с виброклапана без изменения кинематических параметров привода можно только в незначительной степени со средней скорости 0,011 м/с до 0,0161 м/с, что не превышает амплитудные значения скорости за период колебаний (0,045 м/с). По результатам теоретических исследований cделан вывод о том, что увеличение угла наклона поверхности не обеспечивает существенного повышения скорости.

Таким образом, для вибротранспортированиянеобходимо исследовать влияние амплитуды колебаний, угла вибрации и частоты колебаний.

Проведем графоаналитические расчеты для привода виброклапана при следующих параметрах (табл. 2):

Таблица 2- Параметры привода эксцентрикового вала

Проведем расчет скоростей и ускорений для различных режимов и углов поворота эксцентриков и результаты занесем в таблицу3.

Таблица 3 — Расчетные значения скоростей и ускорений виброклапана

Определим критические ускорения для отрыва от поверхности виброклапана зернового вороха и самостоятельного перемещения. Результаты расчетов занесем в таблицу4.

Критические ускорения для отрыва от поверхности виброклапана зернового вороха и самостоятельного перемещения в сторону уклона:

Критические ускорения для отрыва от поверхности виброклапана зернового вороха и самостоятельного перемещения в обратную сторону (подъема поверхности):

Промежуток времени t₁ через который скорость зернового вороха станет равна нулю или прямая изменения скорости пересечет шкалу времени:

Длина отрезка l_t1 с учетом масштаба времени:

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Таблица 4- Результаты расчетов для построения графиков

Рисунок 7 -Графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха при n= 200 мин^-1

При частоте вращения эксцентрикового вала n= 200 мин^-1.

Перемещение вороха по грохоту за одно колебаниеопределяется по формуле:

гдеV₁ – скорость зернового вороха в момент отрыва от поверхности виброклапана, м/с;

Т₂— фазовый угол поворота привода в момент сравнивания скоростей (остановки вороха), с;

Т₁— фазовый угол поворота привода в момент начала скольжения зернового вороха по поверхности виброклапана с начальной скоростью V₁, с;

.

Средняя скорость перемещения зернового материала по поверхности виброклапана:

, м/с

м/с

Результаты графоаналитического метода определения средней скорости схода зернового вороха с поверхности виброклапана занесем в таблицу 5.

Таблица 5- Результаты графоаналитического метода определения средней скорости

При частоте вращения эксцентрикового вала n= 250 мин^-1.

Перемещение вороха по грохоту за одно колебаниеопределяется по формуле:

гдеV₁ – скорость зернового вороха в момент отрыва от поверхности виброклапана, м/с;

Т₂— фазовый угол поворота привода в момент сравнивания скоростей (остановки вороха), с;

Т₁— фазовый угол поворота привода в момент начала скольжения зернового вороха по поверхности виброклапана с начальной скоростью V₁, с;

.

Средняя скорость перемещения зернового материала по поверхности виброклапана:

, м/с

м/с

При частоте вращения эксцентрикового вала n= 280 мин^-1.

Перемещение вороха по грохоту за одно колебаниеопределяется по формуле:

где V₁ – скорость зернового вороха в момент отрыва от поверхности виброклапана, м/с;

Т₂— фазовый угол поворота привода в момент сравнивания скоростей (остановки вороха), с;

Т₁— фазовый угол поворота привода в момент начала скольжения зернового вороха по поверхности виброклапана с начальной скоростью V₁, с;

Рисунок 8 -Графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха при n= 250 мин^-1

Рисунок 9 -Графический способ определения средней скорости перемещения зернового вороха при n= 280 мин^-1

.

Средняя скорость перемещения зернового материала по поверхности виброклапана:

, м/с

м/с

Таким образом, повышение частоты вращения эксцентрикового вала привода верхней частивиброклапана до 200 мин-¹ при условии снижения угла трения за счет псевдоожижения до средних значений 14,5 ° позволяет увеличить среднюю скорость подачи зернового вороха в пневмосепарирующий канал дорешетной очистки до 0,51 м/с.

Такой скорости подачи вороха не достаточно для ввода компонентов вороха в горизонтальный комбинированный канал, работающий в режиме начала разделения вороха на фуражную и основную фракции.

Увеличения частоты вращения эксцентрикового вала привода виброклапана до 280 мин^-1позволяет повысить расчетную скорость подачи зернового вороха при угле наклона поверхности виброклапана α=15° до 1,18 м/с.

Дальнейшее повышение частоты вращения вала эксцентриков приводы виброклапана и соответственно угловой скорости вращения приведет к росту значений не только фазовой скорости, но и фазового ускорения до значений, которые превысят критическое ускорение J₂, необходимое для остановки вороха и начала его движения в сторону обратную наклону. Такой режим неизменно приведет к снижению скорости схода компонентов вороха с поверхности виброклапана, что в свою очередь потребует уменьшения рабочей скорости воздушного потока в канале и снизит эффективность разделения вороха на фракции по аэродинамическим свойствам.

Повышение скорости подачи зернового вороха до значений V_в=2,0…2,5 м/с возможно путем увеличения угла наклона поверхности виброклапана до 20…25°.

Аналитический способ определения скорости подачи зернового вороха

Придвижениичастицыпонаклоннойвибрирующейповерхностиеескоростьотносительно поверхности при угле наклона более 5..10° не меняетсвоенаправление и двигается, как правило, в сторону уклона, следовательно, иамплитудаотносительнойскорости определяется как максимальное перемещение за 1 период. Исходные данные для проведения расчетов:

угол наклона поверхности виброклапанаα=15°;

радиус эксцентриков или амплитуда колебаний r=A=0,005 м;

угол трения скольжения φ=20°;

угол направленности колебаний β=87,5°;

частота вращения вала эксцентриков n=200 мин^-1.

Относительную скоростьвположительномнаправлении рекомендуют определять по формуле:

(24)

где:

; (25)

, (26)

φ – угол трения скольжения,°;

f_cp – коэффициент сопротивления движению зерновой частицы в псевдоожиженном слое.

(27)

(28)

где -момент начала скольжения в положительном направлении;

(29)

. (30)

Нормальнаяреакция, действующаяначастицунаповерхностивиброклапанасохраняетположительноезначениезавесь период колебания:

(31)

Принимаем угол трения скольжения φ=20°;коэффициент сопротивления движению зерновой частицы в псевдоожиженном слое f_cp=0,35.

Определяем значение коэффициента трения при псевдоожижении:

(32)

Определяем момент начала скольжения в положительном направлении:

(33)

в отрицательном направлении:

(34)

Предварительно определив значение угла ε

(35)

Значение критического ускорения при движении в сторону уклона: ; (36)

Значение критического ускорения при движении в сторону обратную уклону:

(37)

Значение

(38)

Относительная скоростьвположительномнаправлении за одно колебание:

(39)

Среднюю скоростьвиброперемещенияопределяем поформуле:

(40)

Сравниваем результаты графоаналитического и аналитического методов определения средней скорости виброперемещения:

Аналитический , Графоаналитический

Результаты определения средней скорости виброперемещения для других исходных данных аналитическим методом приведены в таблицу 6.

Таблица 6- Результаты аналитического метода определения средней скоростивиброперемещения

Таким образомуменьшение угла наклона поверхности виброклапанадо α=20° при частоте вращения вала эксцентриков от 160 до 280 мин^-1 позволило увеличить среднюю расчетную скорость подачи зернового вороха поверхностью виброклапана до 2,38 м/с.

Такая скорость достаточна для работы горизонтального канала дорешетной очистки при условии одинаковой скорости подачи всех компонентов в горизонтальный канал дорешетной очистки.

Рисунок 10 -Зависимость средней скорости виброподачи зернового вороха от угловой скорости вала эксцентриков при угле наклона поверхности α=20°

Проведенный расчет не учитывает многослойное движение зернового вороха в верхней части виброклапана и связанные с этим различия в коэффициентах трения при изменении толщины слоя вороха. Согласно многочисленным исследованиям трения между слоями уменьшается при выходе к свободной поверхности зернового слоя, что гарантирует расслоение вороха по плотности и его распределение по поверхности виброклапана.В основу метода предложенного В.А. Патриным положена теория послойного движения сыпучей среды В.В. Гортинского. Сила связи данного слоя с другим таким же слоем Fhiзависит от расстояния его до поверхности зернового тела – hi, удельного давления на единицу площади массы вышележащего слоя зерна – γ·h·g. Согласно этой теории приведённый коэффициент внутреннего трения равен: f_пр=f₀(1+i·ε)).

В связи с вышеизложенным компоненты зернового вороха к моменту достижения нижней части поверхности виброклапана будут иметь различие в скорости, обусловленное движением в разных слоях при различных сопротивлениях. Однако такие различия можно установить только в ходе экспериментальных исследований.

Экспериментальные исследования скорости подачи зернового вороха

Скорость схода частиц зернового вороха с поверхности виброклапана определяли экспериментально при угловой скорости эксцентрикового вала ω= 16,7; 20, 9, 16,2; 29, 3; 33,5 с^-1.Для определения скорости использовали секцию фотосепаратора с камерами, обслуживающими один скатный лоток. Камеры фотосепаратора. фокусировали в разные точки траектории движения частиц зернового вороха при их сходе с поверхности виброклапана(рисунок11).

Смещение фокусов камер позволило определить время движения частиц зернового вороха с момента их фиксации камерой 1 во время схода с поверхности виброклапана до момента фиксации этих частиц камерой 2. Зная расстояние (р=0,05 м) между фокусами камер 1 и 2, определяли скорость схода частиц зернового вороха с поверхности виброклапанана каждой угловой скорости эксцентрикового вала отношением проходимого расстояния р ко времени его прохождения.

Результаты определения средней скорости подачи зернового вороха поверхностью виброклапана с радиусом эксцентриков r=0.005 м по 500 его компонентам приведено в таблице 7.

Рисунок 11 – Схема определения скорости схода частиц зернового вороха с поверхности виброклапана:1 и 2 – камеры; 3 – виброклапан; р– расстояние между фокусами камер, м

Таблица 7- Результаты аналитического метода определения средней скоростивиброперемещения

Анализ приведенных в табл. 7 экспериментальных данных показывает различие между расчетными и фактическими значениями скорости схода частиц с поверхности виброклапана. Причем с увеличением частоты колебаний и угловой скорости приводного эксцентрикового вала прирост скорости как расчетной. Так и экспериментальной замедляется. Одновременно с увеличением различий между расчетными и фактическими данными скорости схода частиц с поверхности виброклапана растет разброс скорости между отдельными компонентами зернового вороха, о чем свидетельствует рост среднеквадратического отклонения скорости и коэффициента вариации, Это подтверждает различия в коэффициентах трения между слоями зернового вороха. На рисунке 12 приведены графические зависимости изменения расчетной и фактической скорости схода частиц вороха с поверхности виброклапана в зависимости от угловой скорости эксцентрикового вала привода.

Рисунок 12 – Влияние угловой скорости эксцентрикового валапривода виброклапана на скорость схода частиц зернового вороха с его поверхности: 1- расчетная скорость; 2 – средняя фактическая скорость

Как видно из приведенных на рисунке 12 графических зависимостей, фактическая скорость подачи частиц вороха поверхностью виброклапана в канал дорешетной очистки с увеличением угловой скорости привода ω более 20,0 с^-1 меньше расчетных значений. Прирост скорости с увеличением частоты вращения приводного вала существенно замедляется: ток при увеличении угловой скорости приводного вала с 17,0 до 21 с^-1скорсть схода с поверхности виброклапана возрастает с 1,3 м/с до 1,54 м/с, а при росте угловой скорости приводного вала с 29,0 до 33,5 с^-1 скорость схода возрастает только на 0,04 м/с.

Экспериментальные значения скорости удовлетворительно описываются уравнением регрессии, представляющим собой полином второй степени:V_эк= -0,0012ω² + 0,111ω — 0,2172; при уровне достоверности R² = 0,9905.

Одновременно с уменьшением прироста средней скорости ввода вороха поверхностью колеблющегося виброклапана растет разброс скорости между отдельными частицами вороха (рисунок 13).

Рисунок 13 – Влияние угловой скорости эксцентрикового валапривода виброклапана на среднеквадратическое отклонение скорости схода частиц зернового вороха с его поверхности и коэффициент вариации:
1- среднеквадратическое отклонение скорости; 2 – коэффициент вариации

Среднеквадратическое отклонение скорости схода частиц зернового вороха с его поверхности виброклапана при росте угловой скорости эксцентрикового вала привода с 17,0 до 33,0 с-1 выросло с почти в два раза (0,19 до 0,34 м/с), причем разброс скоростей схода частиц при большей угловой скорости увеличивался более интенсивно. Изменение среднеквадратического отклонения скорости схода частиц зернового вороха с поверхности виброклапана удовлетворительно описывается полином второй степени:

σ= 0,0002ω² + 0,0014ω + 0,1177;

при уровне достоверности R² =0,9823.

На всем исследуемом диапазоне изменения угловых скоростей эксцентрикового вала привода виброклапана наблюдается рост коэффициента вариации с 0,004 до 0,161, что подтверждает разброс скоростей схода частиц вороха с поверхности, объясняемое различием скоростей по слоям зернового вороха. Экспериментальные данные изменения коэффициента вариации можно аппроксимировать логарифмической функцией вида:

ν = 0,0635ln(ω) — 0,062;

при уровне достоверности R² = 0,9505.

Для качественных показателей работы пневмосистемы воздушно-решетного сепаратора семян кроме неизменной скорости подачи компонентов в канал дорешетной очистки необходимо обеспечить равномерное распределение зернового вороха по ширине канала. Кроме равномерного распределения с учетом удельной массы вороха по ширине канала, важно также равномерное распределение компонентов вороха по ширине с учетом различия их аэродинамических свойств. Известный математический аппарат не позволяет достаточно точно провести такую оценку теоретическим способом или моделированием.

Экспериментальные исследования распределения зернового вороха по ширине

Для оценки распределения зернового вороха по ширине пневмосистемы машины были проведены экспериментальные исследования. Для их проведения приемно-распределительное устройство устанавливалось отдельно от пневмосистемы машины. А для сбора зернового вороха был изготовлен приемник разделенный на 15 частей перегородками с возможностью выгрузки собираемого в секции вороха отдельно для определения содержимого собранного за определенное время. Содержимое каждой секции взвешивалось и сравнивалось с расчетным значением при условии равномерного распределения по ширине, начиная от оси машины. Центральная секция сборника шириной 0,1 м располагалась по оси машина со смещением боковых стенок на 0,05 м в каждую сторону. В обе стороны от центральной секции располагались остальные шириной 0,1 м.

Подачу зернового вороха изменяли перемещение груза грузового клапана и устанавливали от 1,0 до 8,0 кг/с, что соответствовало производительности машины от 3,6 до 28,8 т/ч. На рисунке 14 приведены средние данные отклонения удельной подачи зернового вороха Δq, кг/(с·дм) для удельной подачи q=1,0 кг/с или производительности Q= 3,6 т/ч.

Анализ данных приведенных на диаграмме показывает, что в средней части по оси машины, количество зернового вороха больше расчетного значения при условии равномерного распределения и отклонение достигает 0,04 кг/(с·дм), при расчетных значениях q_р=0,067, кг/(с·дм). С удалением от оси машины до 0,35-0,45 м количество собираемого вороха практически сравнивается с расчетным значением. Последние два сборника имеют отклонение вороха уже в меньшую сторону от среднего расчетного значения до 0,03 кг/(с·дм).

Рисунок 14 — Диаграмма отклонения распределения зернового вороха по ширине машины от расчетного значения при подаче q_р=0,067, кг/(с·дм)

Для оценки распределения зернового вороха по ширине машины в зависимости от производительности или удельной подачи построены графические зависимости изменения среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации, которые позволяют в совокупности оценить равномерность распределения по ширине.

На рисунке 15 приведена графическая зависимость изменения среднеквадратического отклонения от удельной подачи при ее изменении от 1,0 до 6,0 кг/с.

Анализ приведенной зависимости показывает, что с увеличение производительности машины или удельной подачи среднеквадратического отклонения распределения зернового вороха виброклапаном по ширине машины растет, достигая значения близкого к 0,1 кг/с.

Причем при росте удельной подачи с 1,0 до 4,0-4,5 кг/с среднеквадратическое отклонение распределения зернового вороха по ширине растет более высокими темпами (с 0,03 до 0,08 кг/с), в то время как при дальнейшем увеличении удельной подачи или производительности (с 4,5-5,0 кг/с до 7,0-8,0 кг/с) это отклонение увеличивается только на 0,02 кг/с.

В связи с этим был рассмотрен второй показатель для оценки равномерности распределения зернового вороха виброклапаном по ширине машины – изменение коэффициента вариации.который приведен на рисунке 16.

Рисунок 15 – Влияние удельной подачи зернового вороха на изменения среднеквадратического отклонения распределения по ширине

Рисунок 16 – Влияние удельной подачи зернового вороха на изменения коэффициента вариации распределения по ширине

Как видно из рисунка 16 максимального значения коэффициент вариации распределения зернового вороха по ширине (0,25-0,27) достигает при производительности или удельной подаче 4-5 кг/с, что меньше чем максимальное значение необходимое для соответствия распределения нормальному закону. Поэтому, можно утверждать что распределение зернового вороха по ширине пневмосистемы машины без учета состава вороха можно считать удовлетворительным и подчиняющемся нормальному закону распределения случайной величины. Увеличение удельной подачи до 6,0-8,0 кг/с или производительности машины с 20,0 т/ч до 28,8 т/ч снижает разброс отклонений распределения зернового вороха по ширине от средних значений распределения.что подтверждается значением коэффициента вариации (0,235-0,22).

Для влияния распределения зернового вороха виброклапаном по ширине в зависимости от плотности или аэродинамических свойств отобранные навески зернового вороха разделялись на парусном классификаторе по скорости витания на классы:

— класс щуплого зерна и легковесных примесей имеющий скорость витания до 7,5 м/с:

— класс полноценного зерна и тяжелых примесей, имеющих скорость витания более 7,5 м/с.

Содержание щуплого неполноценного зерна и легковесных примесей в исходном зерновом ворохе составляло 9,5 %.

На рисунке 17 приведена графическая зависимость распределения зернового вороха по ширине с учетом различий в плотности и скорости витания.

Рисунок 17 – Распределение зернового вороха по ширинев с учетом различия в скорости витания компонентов при удельной подаче 5,5 кг/с:
1 — частицы зернового вороха со скоростью витания V>7,5 м/с;
2 – частицы зернового вороха.имеющие скоростью витания ≤7,5 м/с

Из графических зависимостей приведенных на рисунке 17 видно, что компоненты с большей скоростью витания.куда относятся полноценные зерновки распределяются больше в центральной части машины с учетом их большей плотности. Это можно объяснить расслоением вороха по плотности в результате вибротранспортирования и их перемещением преимущественно в нижние слои за счет эффекта псевдоожижения.

Экспериментальные данные удовлетворительно описываются полиномом второй степени:

при уровне достоверности

Компоненты вороха, имеющие меньшую плотность, куда относятся все незерновые компоненты и щуплые биологически неполноценные зерновки всплывают в верхние слои зернового вороха, и как правило, имея большую скорость по сравнению с нижними слоями перемещаются на периферию зоны распределения. Поэтому количество этих фракций больше в дальних от оси распределения сборниках.

Экспериментальные данные по распределению этой фракции удовлетворительно описываются полиномом второй степени:

при уровне достоверности

Поэтому, можно предположить различие в сопротивлении зернового слоя и вызванное этим различие в скорости воздушного потока по ширине пневмосистемы, что может привести к снижению полноты разделения на фракции пневмосистемойдорешетной очистки.

Выводы по разделу

Таким образом, проведенные теоретически исследования с использованием графического метода показал, что принятые кинематические параметры и режим работы устройства для распределения зернового вороха по ширине машины могут обеспечить скорость схода вороха с поверхности виброклапана не более 0,1 м/с. Такой скорости ввода вороха в горизонтальный канал дорешетной очистки, как показали исследования, не достаточно для эффективного выделения части фуражной фракции по аэродинамическим свойствам. Скорость подачи вороха должна составлять не менее ν_в =2,0 м/с.

Увеличение радиуса эксцентриситета эксцентрикового вала привода с r=0,003 м доr=0,005м, с одновременным уменьшением угла наклона поверхности виброклапанадо α=20° при частоте вращения вала эксцентриков от 160 до 280 мин^-1 позволило увеличить среднюю расчетную скорость подачи зернового вороха поверхностью виброклапана до 2,38 м/с.

Такая скорость достаточна для работы горизонтального канала дорешетной очистки при условии одинаковой скорости подачи всех компонентов в горизонтальный канал дорешетной очистки.

Результаты экспериментального определения скоростей подачи вороха поверхностью виброклапана позволили уточнить режим работы устройства распределения вороха по ширине и его подачи в канал дорешетной очистки.

Для получения средней скорости подачи вороха угловая скорость эксцентрикового вала должна быть не ниже ω=29,3 с^-1, что соответствует частоте вращения вала n=280 мин^-1 при величине эксцентриситета r-0,005 м.

Несмотря на соответствие средней скорости подачи зернового вороха в канал дорешетной очистки наблюдается разброс скоростей при среднеквадратическом отклонении σ_v=0,3 м/с, что может снизить качественные показатели работы пневмосистемы.

Распределение зернового вороха виброклапаном по ширине в зависимости от плотности или аэродинамических свойств компонентов различно и зависит в большей степени от их расслоения по высоте при движении в направлении уклона поверхности виброклапана, которое совпадает с направленностью колебаний. За счет расслоения компоненты с большей скоростью витания.куда относятся полноценные зерновки, распределяются больше в центральной части машины с учетом их большей плотности.

Компоненты вороха, имеющие меньшую плотность, куда относятся все незерновые компоненты и щуплые биологически неполноценные зерновки всплывают в верхние слои зернового вороха, и как правило, имея большую скорость по сравнению с нижними слоями перемещаются на периферию зоны распределения. Поэтому количество этих фракций больше в дальних от оси распределения сборниках.

Исследование работы решетного стана

Описание экспериментальной установки для обоснования рациональной схемы размещения решет в станах

Для проведения исследований по обоснованию рациональной схемы размещения решет воздушно-решетного сепаратор семян в конструкцию существующей экспериментальной установки были внесены изменения.касающиеся места расположения решет в станах.количества ярусов сортировальных решет в нижнем стане и количества решет в ярусах нижнего стана. Для оценки эффективности работы каждого сортировального решета возникла необходимость вывода фуражной (проходовой) фракции в отдельный сборник, независимо от места расположения решета в стане.

Общий вид экспериментальной установки приведен на рисунке 18.

Рисунок 18 – Общий вид экспериментальной установки с модернизированными станами: 1 – рама; 2- верхний решетный стан;
3 – нижний решетный стан; 4 – пневмосистемапослерешетной очистки;
5 – пневмосистемалорешетной очистки; 6 — радиальный вентилятор;
7 – привод решетного стана; 8. 9 — подвески решетного стана;
10, 11, 12 — сборники нижнего яруса сортировальных решет (третьего, второго, первого); 13 – загрузочное устройство

Верхний стан 2 с колосовыми и подсевными решетами и нижний стан 3. включающий три яруса сортировальных решет с тремя последовательно установленными решетными полотнами крепились на раме 1 с использованием подвесок 8 и 9 изменяемой длины. Изменение длины подвесок позволило менять угол наклона сортировальных решет нижнего стана 3, независимо от угла установки решет верхнего стана 2. Для возможности исследования работы установки с двумя и одним ярусом сортировальных решет была предусмотрена возможность их снятия.начиная с верхнего яруса. С целью использования полной длины каркасов станов при исследовании работы с одним и двумя решетными полотнами в каждом ярусе прибегали к перекрытию рабочей поверхности решетных полотен глухими листами. Частота колебаний решетных станов изменялась с пульта управления установкой с использованием частотного преобразователя изменением частоты вращения вала электродвигателя привода станов.

На рисунке 19 приведена схема решетных станов установки и размещения решет.

Рисунок 19 – Схема решетных станов экспериментальной установки с размещением решет: 1 — верхний решетный стан; 2 – нижний решетный стан

Работа решетных станов происходит следующим образом. Зерновой ворох, из которого в канале дорешетной очистки были выделены большая часть легковесных примесей часть засорителей и фуражной фракции по аэродинамическим свойствам поступает на колосовые решета верхнего стана, где сходом отделяются крупные примеси и выводятся со стана и машины. Основная фракция проходом перемещается на нижнее подсевное решето верхнего стана, установленное в нижнем ярусе. Часть мелких примесей выделяется проходом и поддоном и лотком мелких примесей выводится со стана и машины в целом. Основная фракция, идущая сходом с подсевных решет, поступает на скатную поверхность, установленную с обратным уклоном и закрепленную в верхнем стане, и перемещается к делителю нижнего стана установки. Делитель потока зернового вороха делит последний на три равный части, которые поступают на три яруса сортировальных решет работающих параллельно. Сортировальные решета всех ярусов выделяют проходом оставшиеся мелкие примеси и мелкое фуражное зерно основной культуры. Лотки установлены под каждым сортировальным решетом, что позволяет оценить его долю в разделении вороха на фракции.В качестве сортировальных решет использовали решетные полотна с продолговатыми отверстиями□2,6×25 мм. Угол наклона сортировальных решет изменяли в пределах 5-9°, колосовых решет верхнего стана – от 5° до 12°.Частота колебаний решетного стана менялась от 250 мин ^-1 до 400 мин^-1.

Частоту колебаний решетного станаизмеряли с помощью механического тахометра ТЧ10-Р. Угол наклона решет замеряли лазерным дальномером BOSCH GLM 100 C Professional.

Перед проведением экспериментов определяли характеристику исходного вороха. Опыты проводили на комбайновом ворохе озимой пшеницы сорта Алая заря и ячменя сорта Приазовский 9.

Характеристику исходного вороха определяли с использованием рассева лабораторного РЛ-1 с наборами решет с продолговатыми и круглыми отверстиями. Средняя толщина зерновок пшеницы составляла 2,46 мм, ячменя – 2,72 мм,масса 1000 семян равна 33,2 г, ячменя – 40,5 г и среднее квадратичное отклонение толщины равно 0,83 мм, ячменя – 0,82 мм

Делитель потока зернового вороха для разделения его на равные части при двух и трех ярусах размещения сортировальных решет был изготовлен в соответствии с техническим решением по патенту № 2708970 (рисунок 20). Делитель зернового материала содержит корпус, состоящий из боковых стенок 1, задней 4 с приемником 2 и передней стенки 5. Между передней 5 и задней 4 стенками через одинаковое расстояние размещены вертикальные перегородки 3, образующие со стенками открытые сверху и снизу разновеликие секции 9.

Рисунок 10 – Схема делителя: 1 – боковые стенки; 2 – приемник;
3 – вертикальные перегородки; 4 – задние стенки; 5 – передние стенки;
6 – скатные лотки, служащие днищем; 7 – кронштейны; 8 – окно;
9 – разновеликие секции

Количество секций 9 кратно числу ярусов сортировальных решет нижнего стана. В передней стенке 5 каждой секции 9 на трех или двух уровнях по высоте выполнены окна 8, причем интервал по высоте расположение окон 8 соответствует расстоянию по высоте установки сортировальных решет 7 в нижнем стане. Каждое окно 8 секций 9 в основании содержит перегородку, выполненную в виде скатного лотка 6 и проходящую до задней стенки 4 секции 9. С лицевой стороны перегородки выходят за пределы передней стенки 4 секции, что обеспечивает их размещение внахлест на соответствующем ярусе решет в нижней части стана. На боковых стенках 1 с наружной стороны закреплены кронштейны 7 для установки делителя зернового материала по направляющим решетного стана.

Результаты экспериментальных исследований по обоснованию рациональной схемы размещения решет в станах

Результаты экспериментальных исследований по влиянию угла наклона колосового решета и частоты колебания стана на потери полноценного зерна сходом с решета в графическом виде представлено на рисунке 21.

Рисунок 21 – Потери зернового вороха пшеницы с колосовых решет в зависимости от частоты колебаний решетного стана при разных углах их установки к горизонту: 1 – угол наклона 5°; 2 – угол наклона 7°;
3 – угол наклона 9°; 4 – угол наклона 12°

Как видно из рисунка 21, с увеличением частоты колебания решетного стана, потери зерна с колосовых решет растут независимо от углов наклона. При угле наклона не более 7° потери зерна не превышают допустимое [Р]=0,5%даже при частоте 400мин^-1и рабочей длине колосового решета всего лишь 0,6 м, что меньше длины одного решетного полотна

Увеличение угла наклона до 9° приводит к росту скорости перемещения вороха по колосовому решету, но потери зерна остаются меньше допустимых[Р]=0,5%.

Иной характер изменения схода зерна с колосовых решет на ворохе пшеницы наблюдается при угле наклона 12°. При частоте колебания решетного стана около 320 мин^-1 потери уже превышают допустимые, и при дальнейшем увеличении частоты колебаний до 370 мин^-1 растут более высокими темпами.

Результаты экспериментальных исследований по влиянию угла наклона колосового решета и частоты колебания стана на потери полноценного зерна сходом с решета на ворохе ячменя в графическом виде представлено на рисунке 22.

Рисунок 22 – Потери зернового вороха с колосовых решет в зависимости от частоты колебаний решетного стана при разных углах их установки к горизонту: 1 – угол наклона 5°; 2 – угол наклона 7°; 3 – угол наклона 9°; 4 – угол наклона 12°

Анализ приведенных графических зависимостей показывает, что потери сходом с колосовых решет ячменя растут более высокими темпами, даже несмотря на его большие коэффициенты трения по поверхности решет и связанную с этим меньшую скорость перемещения по поверхности решет.

При увеличении частоты колебания от 250 до 300 мин^-1потери зерна не превышаю допустимого значения только при угле наклона колосовых решет 5°. При угле наклона 7° и частоте колебаний от 310 до 400 мин^-1потери зерна резко возрастают и составляют от 0,8 до 2,0 %, что превышает агротробования. При углах наклона 9 и 12° потери зерна наблюдаются уже при частоте колебаний чуть выше 250 мин^-1.

Поэтому с учетом этих результатов можно сделать вывод о том.что угол наклона не должен превышать 7°, а частота колебаний стана составлять от 250 до 280 мин^-1.

Таким образом, проведенные исследования позволяют констатировать, что при очистке ячменя на решетном стане рационально устанавливать колосовые решета под углом наклона к горизонту не более 7°, а частота колебаний решетного стана не должна превышать 340 мин^-1.

Для окончательного выбора рациональной частоты колебаний решетного стана проводилась оценка ее влияния на работу сортировальных решет, которая оценивалась полнотой выделения фуражной фракции.

В нижнем решетном стане устанавливался один ярус сортировальных решет сих последовательнымрасположением под углом наклона 9° и выводом каждой фракции в отдельный сборник. Изменение полноты разделения на фракции вороха пшеницы сортировальными решетами представлено на рисунке 23.

Рисунок 23 – Зависимость полноты выделения фуражной фракции сортировальными решетами из вороха пшеницы от частоты колебаний решетного стана

Как видно из графической зависимости (рисунок 23),при очистке пшеницы максимум эффективности выделения фуражной фракции приходится на частоту колебаний решетного стана 340 мин^-1. Уменьшение частоты колебаний до 250 мин-1 снижает полноту выделения фуражных фракций с 45% до 15%-25%. Повышение частоты колебаний до 380 мин^-1 уменьшает полноту разделения на фракции в меньшей степени (до 31%).

Изменение полноты выделения фуражной фракции ячменя сортировальными решетами представлено на рисунке 24.

Как видно из представленной на рисунке 24 графической зависимости для сортировки ячменя на фракции диапазон рациональной частоты значительно больше.чем для пшеницы.В диапазоне изменения частоты колебаний решетного стана от 280 до 370 мин^-1полнота разделения на фракции остается практически неизменной (28-30%), и только при частоте колебаний 250 мин^-1 снижается до 18%.

Рисунок 24 – Зависимость полноты выделения фуражной фракции ячменя сортировальными решетами от частоты колебаний решетного стана

Таким образом, результаты исследованийпозволяют сделать вывод о нецелесообразности повышении частоты колебаний свыше 340 мин^-1.

Результаты исследований по влиянию подачи на эффективность выделения фуражных фракций воздушно-решетным сепаратором приведены на рисунке 25.

Рисунок 25 – Влияние удельной подачи вороха на полноту выделения фуражной фракции при различной длине сортировальных решет: 1 – одно решето; 2 – два решета; 3 – три решета

Как видно из представленных данных при установке одного сортировального решета максимальная полнота выделения фуражной фракции при удельной подаче 0,5 т/(ч∙дм) не превышает 50 %, что даже не соответствует агротехническим требованиям к предварительной очистке. Установка второго сортировального решета в длину позволяет добиться соответствия агротехническим требованиям к очистке зерна на товарные цели при удельной подаче более 2,0 т/(ч∙дм).

Подготовка семенного материала при удельной подаче менее 0,5 т/(ч∙дм) возможна только в случае установки третьего сортировального решета в длину яруса. На диаграмме(рисунок26) приведены экспериментальные данные характеризующие изменение полноты разделения на фракции при различных схемах размещения сортировальных решет.

Как видно из приведенных диаграмм, одноярусная схема размещения сортировальных решет при рассматриваемых подачах не может обеспечить требуемую для семян полноту выделения фуражных фракций по размерам.

Рисунок 26 – Влияние количества ярусов сортировальных решет на полноту выделения фуражной фракции сепаратором: 1- одно решетное полотно в ярусе; 2 – два решетных полотна в ярусе; 3 – три решетных полотна в ярусе

Добавление в решетный стан еще одного яруса сортировальных решет при их длине в ярусе не менее двух гарантированно обеспечивает подготовку товарного зерна с полнотой разделения на фракции 0,67…0,73 при приемлемой удельной подаче от 0,5 до 2,0 т/(ч∙дм). Трехъярусная схема размещения сортировальных решет при удельных подачах до 1,5 т/(ч∙дм) обеспечивает требуемую для семян полноту разделения на фракции даже при установке в каждом ярусе двух сортировальных решет в длину.

Исследование применения фотосепаратора в технологии

Использование фотосепарирования при подготовке семян

При подготовке семян сельскохозяйственных культур часто сталкиваются с проблемой выделения примесей и неполноценных зерен основной культуры, физико-механические и аэродинамические свойства которых схожи с полноценными семенами. При этом если такие компоненты отличаются от полноценных семян по оптическим признакам: цвету, текстуре или на просвет, то для их выделения можно эффективно применять фотосепаратор.

Сущность фотосепарирования заключается в обнаружении компонентов сыпучего материала, которые отличаются по оптическим признакам от эталона, и поштучном их извлечении.

Фотосепараторпредназначен для разделения компонентов любых сыпучих смесей по цвету, форме или размеру, и позволяет получать чистоту годного продукта на выходе до 99,99%. Применение метода цветового анализа и оценки плотности позволяет обеспечить высокую точность сортировки.

На сегодняшний день фотосепараторы разных производителей принципиально не отличаются по своей конструкции, поскольку используют один принцип работы, который показан на рисунке 28.Обрабатываемый на фотосепараторе материал подаётся в загрузочный бункер 1(рисунок28) и далее по горизонтальному лотку вибропитателя 2, установленному на виброприводе (вибраторе) 3, направляется на скатный лоток 4. Лоток 4 может быть гладким или рифлёным, имеющим канавки определённой ширины и глубины. Как правило, лотки имеют антифрикционное износостойкое покрытие и низкий коэффициент трения с обрабатываемыми частицами. Скатные лотки устанавливаются под углом к горизонту, чтобы обеспечить ускорение и рассредоточение компонентов сыпучей смеси.

Благодаря этому сортировщик анализирует каждый компонент в отдельности.За счёт изменения режима работы вибропитателя регулируют производительность фотосепаратора электронным способом с панели оператора. Производительность фотосепаратора устанавливают экспериментально на конкретном материале. Сначала изменением режима работывибропривода 3 устанавливают среднее значение амплитуды колебаний горизонтального лотка вибропитателя 2 и, изменяя величину открытия шиберной заслонки 5, определяют её положение, при котором примерно обеспечивается требуемое качество очистки.

Рисунок 27 – Схема работы фотосепаратора:ЭБУ – электронный блок управления; 1 – бункер загрузочный; 2 – горизонтальный лоток вибропитателя; 3 – вибропривод электромагнитный; 4 – лоток скатный;
5 – шиберная заслонка;6 –осветители; 7 –камеры; 8 – фон; 9 – пневмоклапан; 10 – отсек для отходов; 11 – отсек для очищенного продукта

Затем, не изменяя положения шиберной заслонки 5, регулируют амплитуду колебаний вибропитателя, добиваясь необходимого качества очистки. Положение шиберной заслонки 5 регулируют обычно только при смене обрабатываемого материала.

Обрабатываемый материал, двигаясь по скатному лотку 4, направляется в зону обследования, где освещается осветителями 6 (как правило, светодиодными или люминесцентными лампами) и сканируется высокотехнологичными сенсорами или камерами 7 на фоне 8. Отличие данных систем заключается в том, что в сенсорном аппарате каждый сенсор сканирует компоненты, сходящие с определённого желобка (канавки) скатного лотка, а при помощи камер получают изображение компонентов со всей ширины скатного лотка сразу.

Оптический блок, в котором находятся осветители 6, камеры 7, рабочие активные фоны8 и электронный блок управления (ЭБУ), герметизирован. При помощи сенсоров или камер 7получают отражённый или проходящий через анализируемую частицу свет, и на его основе формируется электрический сигнал, который направляется в ЭБУ. В блоке управления по заложенным алгоритмам происходит анализ полученного сигнала и сравнение его с эталонным, который заранее задаётся. При несовпадении сигналов подаётся команда на открытие пневмоклапана (эжектора) 9, который расположен ниже. При этом воздушный импульс, направленный в плоскости,перпендикулярной потоку обрабатываемых частиц, изменяет траекторию движения дефектной частицы, направляя её в приёмник (отсек) для отходов 10. Остальные компоненты продолжают движение по прежней траектории в приёмник очищенного продукта 11.

Для более тщательной сортировки и сканирования обрабатываемого продукта сенсоры или камеры 7устанавливают по обе стороны потока компонентов.

На фотосепараторах применяются быстродействующие эжекторы, минимальное время открытия которых ˂1 м·с. Ресурс эжекторов составляет 6 млрд. циклов.Видеокамеры с разрешением 2048 пикселей и частотой съёмки до 15000 кадров в секунду способны распознать до 16000 оттенков. Камеры могут распознать на частицах дефекты размером от 0,2 мм.

В случае высокой засорённости исходного продукта фотосепаратор может быть оборудованресортировочным лотком для обработки возвратной фракции.

Математическая модель движения частиц зернового вороха к месту выбраковки в фотосепараторе

Для разработки математической модели рассмотрим попадание обрабатываемых частиц на скатный лоток, а для упрощения расчётов сопротивлением воздуха и упругими свойствами зерновок необходимо пренебречь, приняв зерновки за абсолютно твёрдые тела.

Перемещение обрабатываемого материала по скатному лотку можно рассмотреть, как движение частиц по наклонной плоскости. При этом будем рассматривать их скольжение с учетом формы зерновок, и результатов высокоскоростной съёмки.Воспользуемся известным дифференциальным уравнением движения частицы материала по наклонной плоскости (рисунок 28):

Рисунок 28 – Расчетная схема перемещения частиц зернового вороха в фотосепараторе:1 – вибропитатель; 2 – скатный лоток; 3 — пневмоэжектор
– угол наклона скатного лотка, °; – расстояние от вибропитателя до скатного лотка в горизонтальной плоскости, м; – высота падения частиц с вибропитателя наскатный лоток, м;– скорость падения частиц на скатный лоток, м/с; – начальная скорость движения частиц по скатному лотку, м/с; – путь частиц по скатному лотку, м;; – скорость схода частиц со скатного лотка, м/с;, – проекции скорости схода частиц со скатного лотка, на оси координат соответственно, м/с;, – координаты частиц по оси и соответственно в месте выбраковки примесей, м; – скорость движения частиц в месте выбраковки примесей, м/с;, –проекции скорости движения частиц в месте выбраковки примесейна оси и соответственно, м/с; – расстояние от скатного лотка до места выбраковки примесей в плоскости скатного лотка, м

, (41)

где – масса частицы обрабатываемого материала, кг;

– путь частиц по скатному лотку, м;

– скорость движения частицы обрабатываемого материала по наклонной плоскости, м/с;

– время движения частицы по наклонной плоскости (скатному лотку), с;

– коэффициент трения частицы по скатной поверхности.

Проинтегрировав уравнение (2.3) с учетом начальных условий

;при,

В результате получим уравнение скорости движения частицы по скатному лотку в любой момент времени:

(42)

и уравнение пройденного пути за какой-то промежуток времени:

. (43)

Расстояние (интервал) между предыдущей и последующей частицами материала в любой момент времени их движения по скатному лотку:

⇒

⇒, (44)

где – интервал между предыдущей и последующей частицами в любой момент времени их движения по скатной поверхности, м.

Как видно из уравнений, если угол установки скатного лотка к горизонтубольше угла трения частиц обрабатываемого материала по скатной поверхности, то скорость частиц на скатном лотке и интервалмежду частицами увеличиваются с течением времени.

Если обрабатываемый материал подавать на скатный лоток сплошным (непрерывным) однослойным потоком, то путь , который предыдущая частицапройдёт по скатной поверхности до попадания на скатный лоток последующей за ней частицы, будет равен её размеру:

, (45)

где – путь, пройденный предыдущей частицей по скатному лотку до попадания на скатную поверхность последующей частицы, м;

– размер частицы обрабатываемого материала (наименьший размер из трёх: длина, ширина и толщина), м.

Можно выразить и определить время движения частиц от места их падения на скатный лоток до его края:

, (46)

где – время движения частиц от места их падения на скатный лоток до его края, с.

Скорость схода можно вычислить:

, (47)

где – скорость схода частиц со скатного лотка, м/с.

После скатного лотка частицы движутся в свободном падении до места выбраковки примесей.

Значение времени свободного падения частиц от скатного лотка до места выбраковки примесей () можно определить следующим уравнением:

, (48)

где – расстояние между краем скатного лотка и местом выбраковки примесей в плоскости скатного лотка, м.

Уравнение скоростидвижения частиц в месте выбраковки примесей

()будет иметьследующий вид:

. (49)

где – скорость движения частиц в месте выбраковки примесей, м/с.

Таким образом,разработанная математическая модель описывает движение частиц обрабатываемого материала с момента их попадания на скатный лоток до места выбраковки примесей воздушным импульсом.

Из математической модели видно, что от времени движения обрабатываемых частиц по лотку зависит интервал между частицами в его конце.

При обработке на фотосепараторе интервал между предыдущей и последующей обрабатываемыми частицами, двигающимися друг за другом, в момент попадания предыдущей частицы в поле действия воздушного факела пневмоэжектора () имеет прямое влияние на качество очистки. Данный интервал влияет на потери ценных семян при выбраковке примесей, так как в случае недостаточного интервала при выбраковке предыдущей (дефектной) частицы в воздушный факел может попасть и последующая (годная) частица.Поэтому, чтобы снизить потери при выбраковке примесей на фотосепараторе, необходимо определить рациональную длину скатной поверхности, которая обеспечит выбраковку только дефектной частицы, при неизменных: угле наклона скатного лотка, начальной скорости обрабатываемых частиц на скатном лотке , коэффициенте трения частиц по скатной поверхности и расстоянию от скатного лотка до места выбраковки примесей ().

При выбраковке примесей пневмоклапан открывается на определённое время, называемое длительность воздушного импульса–. Важно, чтобы во время выбраковки предыдущей (дефектной) частицы последующая (годная) зерновка не попала в воздушный факел. Поэтому для минимизирования потерь годного продукта при фотосепарировании необходимо определить рациональное значение интервала, которое гарантировало бы попадание последующей частицы в зону действия воздушного факела после предыдущей не ранее чем через время , в течение которого происходит выбраковка воздушным импульсом.

Таким образом, длительность воздушного импульса– является одним из основных параметров, которые определяют качество работы фотосепаратора.

Минимальный интервал, который обеспечит воздействие воздушного импульса только на одну частицу, можно выразить следующим уравнением:

, (50)

где – скорость последующей частицы в момент попадания предыдущей частицы в место выбраковкипримесей, м/с;

– время движения обрабатываемых частиц к месту выбраковки), с;

–длительность воздушного импульса при выбраковке примеси, с.

После преобразований получим следующее уравнение с учетом различий в фрикционных свойствах частиц зернового вороха:

, (51)

где – интервал между предыдущей и последующей частицами в конце лотка с учётом их коэффициентов трения по скатной поверхности, м;

;

,

где , – коэффициенты трения предыдущей и последующей частиц по скатной поверхности соответственно, время свободного падения частиц от лотка до места выбраковки примесей можно определить при помощи следующих уравнений:

; (52)

,(53)

где и – время свободного падения предыдущей и последующей частиц соответственно от лотка до места выбраковки примесей с учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, с.

Минимальный интервал между частицами в момент попадания предыдущей частицы в поле действия воздушного факела пневмоэжекторас учётом их коэффициентов трения по скатной поверхности(), который обеспечит воздействие воздушного импульса только на одну частицу,можно определить уравнением:

, (54)

где – минимальный интервал между частицами в момент попадания предыдущей частицы в место выбраковки примесей с учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, который обеспечивает воздействие воздушного импульса только на одну частицу, м;

– скорость последующей частицы в месте выбраковки примесей с учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, м/с;

– скорость последующей частицы в момент попадания предыдущей частицы в место выбраковки примесейс учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, м/с.

Скорость обрабатываемых частиц в месте выбраковки примесей (и)можно определить следующими выражениями:

; (55)

, (56)

где – скорость предыдущей частицы в месте выбраковки примесей с учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, м/с.

Поэтому для обеспечения высокого качества распознавания дефектов и минимизирования потерь годного продукта во время выбраковки примесей необходимо, чтобы выполнялись два условия:

и (57)

(58)

где – расчётный интервал между частицами в момент попадания предыдущей частицы в место выбраковки примесей с учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, м.

Интервал можно рассчитать по формуле:

, (59)

где – координата последующей частицы по оси в момент попадания предыдущей частицы в место выбраковки примесей с учётом разных коэффициентов трения частиц по скатной поверхности, м.

Координата рассчитывается следующим уравнением:

. (60)

Как видно из вышеприведённых уравнений, на значение интервала влияет время, которое зависит от размера частиц(), длительность воздействия воздушного импульса и скорости частиц в месте выбраковки.

Анализ математической модели движения частиц зернового вороха к месту выбраковки в фотосепараторе

Приведённые вотретьем разделе уравнения описывают движение обрабатываемых частиц зернового вороха в фотосепараторес разными коэффициентами трения по скатной поверхности лотка и свободное падение с него до места воздействия воздушной струи пневмоэжектора на выявленную частицу, отличающуюся свойствами.

Таким образом, представленные уравнения позволяют смоделировать движение частиц зернового вороха с момента их попадания на скатный лоток до места выбраковки примесейдаже в случае, когда предыдущая частица (примесь) будет иметь больший коэффициент трения по скатной поверхности, чем последующая за ней частица (полноценная зерновка) – в худшем из возможных вариантов при фотосепарировании.

Чтобы воспользоваться разработанной математической моделью необходимо определить значения следующих показателей:

угол наклона скатной поверхности ();

коэффициенты трения движения (скольжения) обрабатываемых частиц по скатной поверхности (и) или угол трения частиц по скатной поверхности ();

минимальный размер обрабатываемых частиц ();

расстояние от края скатного лотка до места выбраковки примесей ();

время действия воздушного импульса ();

начальную скорость движения частиц на скатном лотке ();

путь обрабатываемых частиц по скатной поверхности ().

Значения данных показателей позволят воспользоваться вышеприведённой математической моделью и при помощи приведенных ниже уравнений:

Время, через которое на лоток поступает последующая частица с учётом коэффициентов трения частиц по скатной поверхности:

.

;

Время движения по скатному лотку предыдущей частицы:

Время движения по скатному лотку последующей частицы:

Скорость схода частиц с лотка с учётом их коэффициентов трения по скатной поверхности:

;

Интервал между частицами в конце лотка с учётом их коэффициентов трения по скатной поверхности:

Время свободного падения частиц от лотка до места выбраковки примесей можно определить при помощи следующих уравнений:

,

Скорость обрабатываемых частиц в месте выбраковки примесей:

;

Расчётный интервал между частицами в момент попадания предыдущей частицы в место выбраковки примесей:

Координата по оси x:

.

Минимальный интервал между частицами в момент попадания предыдущей частицы в поле действия воздушного факела пневмоэжектора с учетом продолжительности открытия пневмоклапана:

С использованием приведенной математической модели построена графическая зависимость расчетного интервала от разницы значений коэффициентов трения движения, которая приведена на рисунке 29.

Анализ приведенной зависимости позволяет сделать некоторые рекомендации по выбору скатного лотка для окончательного выделения трудноотделимых примесей и неполноценных зерновок при подготовке семенного материала фотосепаратором. Скатный лоток фотосепаратора или его покрытие должны обладать минимально возможным коэффициентом и трения частиц зернового вороха по поверхности. Максимальный расчетный интервал между частицами наблюдается при разнице в коэффициентах трения Δf˂0,005.

Рисунок 29- Зависимость расчетного интервала от разницы значений коэффициентов трения скольжения частиц вороха на скатном лотке

С ростом разницы в фрикционных свойствах частиц интервал уменьшается и при разницеΔf=0,045 последующая частица, имея изначально меньшее значение коэффициента трения на лотке длиной 1,0 м догоняет предыдущую частицу и с большой вероятностью обе эти частицы попадут под воздействие воздушного импульса пневмоэжектора. При построении графической зависимости угол наклона поверхности скатного лотка был принят Средний размер частиц зернового вороха, от которого зависит интервал времени между попаданием частиц на скатный лоток принимался равным среднегеометрическому размеру зерновок b=0,0045 м.

Форма зерновок большинства зерновых культур напоминает вытянутый эллипс, уменьшенный по толщине в перпендикулярном направлении.поэтому длина зерновок значительно больше толщины и ширины, поэтому вибропитатель должен обеспечивать подачу зернового вороха с расположением зерновок длинной стороной параллельно направления схода с поверхности. Это позволит увеличить интервалы времени между попаданием частиц на скатный лоток, и снизить тем самым вероятность попадания частиц в зону воздействия воздушного импульса пневмоклапана.

На рисунке 30 приведена графическая зависимость расчетного интервала от размера частиц (линейного интервала выхода из вибропитателя).

Анализ приведенных графических зависимостей показывает, что с увеличением размеров частиц зернового вороха при их ориентации параллельно длиной направлению схода с поверхности виброклапана интервал между ними на конце скатного лотка больше, чем при подаче другой ориентацией. Поэтому, можно сделать однозначный вывод о режиме работы вибролотка питателя, а именно показатель кинематического режима должен быть значительно меньше значения, требуемого для режима подбрасывания.

Рисунок 30- Зависимость расчетного интервала от среднего размера части зернового вороха

Подача зернового материала в фотосепаратор должна регулироваться только изменением амплитуды колебаний его скатной поверхности.

Для рассматриваемых диапазонов трения скольжения частиц зернового вороха и длине скатной поверхности лотка фотосепаратора1,0 м при угле его наклона интервал между частицами исчезает при длине последующей частицы , обладающей меньшим коэффициентом трения по поверхности лотка.

Увеличение коэффициентов трения по поверхности скатных лотков ведет к уменьшению интервала между частицами зернового вороха при поступлении в зону воздействия воздушного импульса.

Анализ приведенных графических зависимостей показывает, что для минимизирования потерь семян при выбраковке примесей, зерновой ворох необходимо разделять на фракции по размерам, выделив его болеемелкую часть, в фуражную фракцию. Кроме фракционирования на решетах по размерным характеристикам зерноочистительная машина должна иметь возможность также и разделения вороха на фракции по аэродинамическим свойства: на основную или семенную фракцию и фуражную. От полноты выделения фуражных фракций, как по размерам, так и по аэродинамическим свойствам будет зависеть вероятность потерь полноценных семян в примесную фракцию при окончательной очистке фотосепаратором.

Экспериментальные исследования по подбору рабочих органов и режима работы воздушно-решетного сепаратора для подготовки семян гречихи

Для определения рациональныхпараметров и режимов работы воздушно-решётной машины при подготовке бункерного вороха гречихи к его очистке на фотосепараторенами были проведены исследования. Образец бункерного вороха гречихи, который содержал 95,45% целого зерна гречихи, 2,43% обрушенных зёрен и 2,13% примесей (из которых 0,19% лузги), обрабатывали на парусном классификаторе конструкции. Процентное соотношение полученных при этом фракций приведено в таблице 8.

Таблица 8 – Распределение фракций по аэродинамическим свойствам

Составфракций, полученных при обработке на парусном классификаторе с разной скоростью воздушного потока, и посевные качества выделяемых при этом семян представлены в таблице 9.

Таблица 9 – Результаты обработки гречихи на парусном классификаторе

Из таблицы 8 видно, что при скорости воздушного потока 5,7 м/сбыло выделено 4,71% от общей массы образца. При этом данная фракция содержала 57,53% целого зерна гречихи (табл. 9), 4,53% обрушенных зерновок и 37,94% примесей, из которых 3,99% составила лузга гречихи в свободном виде. Лузга при скорости воздушного потока 5,7 м/с выделилась полностью. Низкие показатели содержания ядра (58,14%), массы 1000 зёрен (10,88 гр.) и лабораторной всхожести (62%) семян данной фракции свидетельствуют о непригодности фракции для семенных целей. То есть при скорости воздушного потока 5,7 м/с выделялись щуплые зерновки с низкими посевными качествами, поэтому данную фракцию целесообразно использовать для скармливания животным.

В ходе исследований было выявлено, что при скорости воздушного потока 5м/с происходило выделение всех составляющих, кроме обрушенных зерновок. При этом зёрна гречихи резко отличались более светлой окраской и практически не содержали ядра. Это значит, что фракцию, выделяемую при скорости воздушного потока 5 м/с,следует направлять в отходы. Поэтому не было необходимости в глубоком анализе данной фракции и информация о ней не приведена в таблицах 8 и 9.

При дальнейшем увеличении скорости воздушного потока от 6,3 до 8,9 м/с (включительно) были получены фракции с содержанием целого зерна свыше 90%. При этом масса 1000 зёрен составила 22,23…33,81 гр., а лабораторная всхожесть – 97…100%. Это говорит о том, что данные фракции содержат семена гречихи с высокими посевными качествами.

Фракция, которая выделялась при скорости воздушного потока 9,8 м/с, составила 1,82% от массы всего образца (табл. 8) и содержала 56,67% целого зерна гречихи, 41,31% обрушенного зерна и 2,02% примесей (табл.9).

Исходя из вышеизложенного следует, что при обработке данного зернового вороха скорость воздушного потока не должна превышать 5,7 м/с. При этом будут выделяться:большая часть легковесных примесей, некоторая часть обрушенных зерновок гречихи и вся лузга в свободном виде.

Потери полноценных зерновок с высокими посевными качествами при этом будут минимальными.

Поэтому образец зернового вороха гречихи был очищен при скорости воздушного потока 5,7 м/с.Затем очищенный образец был направлен на решётный классификатор, оборудованный набором решёт с диаметром отверстий от 2,5 до 6,5 мм с шагом в 0,5 мм.Снизу было установлено глухое решето. В результате определилипроцентное соотношение полученных фракций, которое представлено в таблице 10.

Таблица 10 – Распределение фракций по размерам

Состав и качественные показатели полученных на решётном классификаторе фракций приведены в таблице 11.

Таблица 11 – Результаты обработки гречихи на решётном классификаторе

Анализ таблиц 10 и 11 показывает, что на решетах с диаметром отверстий менее 3,5 мм происходит выделение зерновок гречихи, в которых отсутствует ядро. Также через решето с диаметром отверстий 3,5 мм проходит большинство мелких примесей и некоторая часть обрушенных зерновок гречихи.

На решете с диаметром отверстий 3,5 мм остаётсянебольшое количество зерновок гречихи (около 0,65 % от всего образца), которые отличаются существенно меньшей массой 1000 зёрен (19,5 гр.), в сравнении с зерновками других фракций, что говорит об их низких посевных качествах, поэтому их энергию прорастания и лабораторную всхожесть не определяли. Семена, имеющие высокие посевные качества, остаются на решетах с диаметром отверстий от 4,0 до 6,5 мм. При этом обрушенные зерновки отсутствуют только на решетах с диаметром отверстий 5 мми более.

Таким образом, результаты исследований показали, что аспирацией и на решетах без потерь семенного материалавозможно выделить лишь малую долю обрушенных зерновок гречихи. Это объясняется тем, что обрушенные зёрна имеют схожие размеры и аэродинамические свойства с полноценными семенами. Однако они резко различаются по цвету.Поэтому для выделения обрушенных зерновок гречихи целесообразно применять оптический сортировщик, тем более что фотосепаратор не имеет рабочих органов, травмирующих семена.

Проведённые исследования позволяют составить рекомендации по комплектации и настройке двухаспирационной фракционной воздушно-решётной машины для обработки данного зернового вороха гречихи. А именно: скорость воздушного потока первой аспирации должна быть (4,8…5,0) м/с; колосовые решета должны иметь отверстия диаметром не менее (7,0…7,5) мм; сортировальные решета необходимо устанавливать с диаметром отверстий 4,0 мм, а подсевные – (3,0…3,5) мм; скорость воздушного потока второй аспирации следует устанавливать (5,5…5,7) м/с. В этом случае потери полноценных зерновок с высокими посевными качествами будут минимальными, а в зерновом ворохе гречихи останутся только трудноотделимые примеси, и фотосепаратор будет работать наиболее эффективно.

Экспериментальные исследования обработки зернового вороха гречихи на фотосепараторе

Для обоснования рациональной длины скатной поверхности при фотосепарировании семян гречихи сначала проводили расчёты на примере конкретного зернового вороха, используя разработанную математическую модель. Ход расчёта с подобранным максимальным значением длины скатного лотка, при котором выполняются условия: и , приведён в приложении А. При этом использовались значения следующих показателей:,,,, и, определённые по вышеописанной методике. Также был определёнсредний размер обрабатываемых частиц (семян гречихи)rпри помощи рассева лабораторного.

Используемый в опытах фотосепаратор, включалпневмоэжекторы, минимальное время открытия которых составляет 1 мс (0,001 с). Поэтому время воздушного импульса (выбраковки) принималис.

Так как при подготовке семян гречихи на фотосепараторе выделяют обрушенные зерновки из зерновой массы, и коэффициент трения обрушенных зерновок гречихи по скатной поверхности превышает коэффициент трения полноценных семян по скатной поверхности, то, чтобы рассмотреть худший из возможных вариантов движения обрабатываемых частиц по скатному лотку, обрушенную зерновку гречихи мы приняли за предыдущую частицу, а полноценную зерновку гречихи – за последующую частицу.

В ходе расчётов, подбирая значение длины скатной поверхности, определили максимальную длину пути обрабатываемых частиц по скатномулотку S_max (приложение), при которой выполнялись условия, описанные моделью. Выполнение этих условий означает, что полноценные семена гречихи не должны создавать помех при распознавании примесей (обрушенных зерновок) и не должны попадать в воздушную струю при выбраковке обрушенных зерновок гречихи.

Нижний порог длины скатной поверхности был определён экспериментально по ухудшению качества очистки при фотосепарировании подготовленного зернового вороха гречихи, основной примесью которого были обрушенные зерновки. Чистота обрабатываемого вороха соответствовала требованиям ГОСТ Р 52325-2005 к репродукционным семенам (РС) и составляла 98,0%. Исследования проводили при одинаковых настройках и неизменной производительности фотосепаратора, установив сплошную подачу материала на скатный лоток. Однослойность подачи контролировали визуально.

Для исследования влияния состава зернового вороха гречихи на качество фотосепарирования были отобраны образцы гречихи из ряда хозяйств. Отобранные образцы очищали фотосепаратором при одинаковых режимах его работы. В результате получили очищенные семена и товарную фракцию. В ходе исследований определяли количественные и качественные показатели полученных фракций, а также посевные качества семян, которые сравнивали с исходным ворохом и требованиями ГОСТ Р 52325-2005.

Заключение

Проведенные исследования приемно-распределительного устройства с подающим наклонным виброклапаном позволили уточнить кинематические параметры и режим работы устройства для подачи вороха в пневмосистему с горизонтальным каналом со скоростью не менее ν_в =2,0 м/с:

• увеличение радиуса эксцентриситета эксцентрикового вала привода с r=0,003 м до r=0,005 м,
• уменьшение угла наклона поверхности виброклапана до α=20°;
• частоту вращения вала эксцентриков от 160 до 280 мин^-1.

Распределение зернового вороха виброклапаном по ширине в зависимости от плотности или аэродинамических свойств компонентов различно: компоненты с большей скоростью витания.куда относятся полноценные зерновки, распределяются больше в центральной части машины с учетом их большей плотности;

• незерновые компоненты и щуплые биологически неполноценные зерновки перемещаются на периферию зоны распределения;
• распределение зернового вороха по ширине пневмосистемы машины подчиняется нормальному закону распределения случайной величины со значением коэффициента вариации 0,22-0,235.

Исследованиями работы решетной очистки установлено:

• на решётном стане рационально устанавливать колосовые решета под углом наклона к горизонту не более7°;
• частота колебаний решётного стана не должна превышать 340 мин^-1;
• рациональный угол наклона ярусов сортировальных решет составляет 9°.

Очистка зерна на семенные цели возможна при удельной подаче ворохе пшеницы не более 0,3 т/(ч×дм) при одноярусной схеме размещения трех сортировальных решет в длину.

Двухъярусная схема размещения сортировальных решет при установке в длину в каждом ярусе двух решет при удельной подаче 2,0 т/(ч×дм) обеспечивает подготовку зерна на товарные цели с полнотой разделения на фракции 67-73 %, трехъярусная схема размещения сортировальных решет даже при длине яруса в два решета уже обеспечивает подготовку семенного материала с полнотой разделения на фракции не менее 80 %.

Добавление в решетный стан еще одного яруса сортировальных решет при их длине в ярусе не менее двух гарантированно обеспечивает подготовку товарного зерна с полнотой разделения на фракции 0,67-0,73 при приемлемой удельной подаче от 0,5 до 2,0 т/(ч∙дм). Трехъярусная схема размещения сортировальных решет при удельных подачах до 1,5 т/(ч∙дм) обеспечивает требуемую для семян полноту разделения на фракции даже при установке в каждом ярусе двух сортировальных решет в длину.

Для минимизирования потерь семян при выбраковке примесей фотосепаратором, зерновой ворох необходимо разделять на фракции по размерам, выделив его более мелкую часть, в фуражную фракцию. Кроме фракционирования на решетах по размерным характеристикам зерноочистительная машина должна иметь возможность также и разделения вороха на фракции по аэродинамическим свойства: на основную или семенную фракцию и фуражную. От полноты выделения фуражных фракций, как по размерам, так и по аэродинамическим свойствам будет зависеть вероятность потерь полноценных семян в примесную фракцию при окончательной очистке фотосепаратором.

Для окончательной сортировки семян гречихи на фотосепараторере-жим работы воздушно-решетного сепаратора семян рекомендуется устанавливать следующим:

• скорость воздушного потока первой дорешетной очистки должна быть (4,8…5,0) м/с;
• колосовые решета должны иметь отверстия диаметром не менее (7,0…7,5) мм;
• сортировальные решета необходимо устанавливать с диаметром отверстий 4,0 мм;
• скорость воздушного потока послерешетной аспирации следует устанавливать (5,5…5,7) м/с.

Для фотосепарирования зернового вороха гречихи предпочтительной является длина скатной поверхности в пределах (1,0…1,1) м.

Список литературы

1. Studies of the ozonation process when drying grain / I.V.Baskakov, V.I.Orobinsky, V.A.Gulevsky, A.M.Gievsky, A.V. Chernyshov// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science – 2020. –Vol. 422 – № 012009.
2. Studying the design and operational parameters of the sieve module of the grain cleaning machine / M.K.Kharitonov, A.M.Gievsky, V.I.Orobinsky, A.V.Chernyshov, I.V. Baskakov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science – 2020. – Vol.488 – № 012021.
3. Influence of ozonation in seed storage on corn grain yield and its quality / I.V.Baskakov, V.I.Orobinsky, V.A.Gulevsky, A.M.Gievsky, A.V. Chernyshov // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science – 2020. –Vol. 488 – № 012007.
4. Исследование качественных показателей семян озимой пшеницы при комбайновой уборке и послеуборочной обработке / В.И.Оробинский, А.М. Гиевский, А.В. Чернышов, И.В. Баскаков // Известия сельскохозяйственной науки. – 2020. – № 21 (184). – С. 84-97.
5. Повышение эффективности решетной очистки зерноочистительных машин / М.К. Харитонов, А.М. Гиевский, В.И. Оробинский, А.В. Чернышов, И.В. Баскаков // Вестник Воронежского государственного аграрного университета . – 2020. –Т.13 № 1(64). – С. 19-27.
6. Влияние озонной обработки при хранении семян кукурузы и качество зерна / И.В. Баскаков, В.И. Оробинский, В.В. Василенко, А.М. Гиевский, А.В. Чернышов // Вестник Воронежского государственного аграрного университета . – 2020. –Т.13 № 2(65). – С. 12-21.
7. Возможности использования диаметрального вентиляторов в пневмосистемах зерноочистительных машин / В.И. Оробинский, А.М. Гиевский, А.В. Чернышов, И.В. Баскаков // Наука в центральной России. –2020. – № 6 (48). – С. 37-44
8. Гиевский, А.М. Влияние фрикционных свойств частиц вороха гречихи на качество фотосепарции / А.М. Гиевский, К.В. Мяснянкин // Вестник Воронежского государственного аграрного университета . – 2020. – Т. 13. № 2 (65). – С. 32-38.
9. Оценка эффективности работы зерноуборочного комбайна с аксиально-роторным молотильно-сепарирующим устройством / В.И. Оробинский, В.П. Шацкий, Н.М. Дерканосова, А.С. Корнев, Д.А. Подорванов// Вестник Воронежского государственного аграрного университета. – 2020. – Т. 13. № 1 (64). – С. 32-38.
10. Сорокин, Н.Н. Повышение эффективности процесса послеуборочной подготовки семян пшеницы : монография / Н. Н. Сорокин, В. И. Оробинский, А. В. Чернышов; Воронежский государственный аграрный университет. – Воронеж : Воронежский государственный аграрный университет, 2019 . – 148 с.
11. Исследования работы четырехрешетных станов зерноочистительных машин / А.В. Чернышов, В.А. Маковский, И.В .Баскаков, Д.Н. Бабенко, В.А. Гиевский // Актуальные направления научных исследований для эффективного развития АПК: матер. междунар. науч.-практ. конф. (Россия, г. Воронеж, 27 марта 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 342-345.
12. Блехман, И.И. Вибрационное перемещение / И.И. Блехман, Г.Ю. Джанелидзе. – М.: Наука, 1964. 410 с.
13. Гончаревич, И.Ф. Теория вибрационной техники и технологии / И.Ф. Гончаревич, К.В. Фролов. – М.: Наука, 1981. – 319 с.
14. Гортинский, В.В. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях /В.В.Гортинский, А.Б.Демский, М.А. Борискин– М.: Колос, 1973. – 304 с.
15. Вибрации в технике: Справочник, т. 4. – М.: Машиностроение, 1981. – 509 с.
16. Блехман, И.И. Что может вибрация? О вибрационной механике и вибрационной технике. – М.: Наука, 1988. – 288 с.
17. Патрин, В.А. Синергетическая теория взаимодействия зерновой среды с плоскими решетами // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2013. №4. – С. 26–29.
18. Патрин, В.А. Графическая модель послойного течения зерна на плоских колеблющихся решётах/ В.А. Патрин, А.В. Патрин //Вестн. НГАУ. — 2012.- № 1. – С.118 – 123.
19. Патрин, В. А. Моделирование процесса взаимодействия зерновой среды с рабочими органами сортировальных машин / В. А. Патрин // Сиб. вестн. с.–х. науки. – 2008. – № 6. – С. 107–115.
20. Патрин, В.А. Графоаналитический метод определения энергии инерционного сдвигового течения зерновой среды на плоских рабочих органах сортировальных машин/ В. А. Патрин // Сиб. вестн. с.–х. науки. – 2008. – № 10. – С. 86–95.
21. Елисеев, А.В. Динамика вибрационных взаимодействий элементов технологических систем с учетом неудерживающих связей / А.В. Елисеев, В.В. Сельвинский, С.В. Елисеев. – Новосибирск: Наука, 2015. – 332 с.
22. Сельвинский, В.В. Динамика контактного взаимодействия твердых тел. – Благовещенск: Изд-во Амурского гос. ун-та, 2009. –164 с.
23. Мяснянкин, К.В. Совершенствование процесса послеуборочной обработки гречихи / К.В. Мяснянкин, А. П. Тарасенко, Р.А. Путенко, А.А. Агеев // Вестник Воронежского ГАУ. – 2016. – №2(49). – С. 118-124.
24. Мерчалова, М.Э. Семяочистительные агрегаты для получения качественных семян / М.Э. Мерчалова, К.В. Мяснянкин, В.Н. Ожерельев // Повышение эффективности использования мобил. энергет. средств в различ. режимах движения: мат. междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 115 годовщине со дня рождения проф. Харитончика Ефима Мироновича. – Воронеж:ФГБОУ ВО Воронеж. ГАУ, 2017. – С. 79-84.
25. Мерчалова, М.Э. Семяочистительный агрегат нового поколения / М.Э.Мерчалова, А.П.Тарасенко, К.В. Мяснянкин // Современ. тенденции развития технологий и технич. средств в сельском хозяйстве: мат. междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 80-летию А.П. Тарасенко, д. т. н., заслуж. деятеля науки и техники РФ, проф. каф. с.-х. машин Воронеж.гос. аграр. ун-та им. императора Петра I (Россия, Воронеж, 10 янв. 2017 г.). – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронеж. ГАУ, 2017. – Ч. II. – С. 164-171.
26. Мяснянкин, К.В. Влияние типа лотков на качество очистки гречихи фотосепаратором / К.В. Мяснянкин, А.А. Агеев, А.П. Тарасенко // Техника в сельском хозяйстве. – 2014. – №6. – С. 5-7.
27. Оробинский, В.И. Исследование эффективности очистки вороха яровой пшеницы на семенные цели воздушно-решётным сепаратором / В.И.Оробинский[и др.] // Вестник Воронежского государственного аграрного университета, 2019. – Том 12. – Вып. 2 (61). – С. 34-42.
28. Тишанинов, Н.П. Модернизация импортных зерноочистительных технологий / Н.П. Тишанинов, А.В. Анашкин // Наука в центральной России. – 2019. – №4(40). – С. 12-18.
29. Шафоростов, В.Д. Качественные показатели фотосепаратора по фракционной технологии при разделении семян подсолнечника / В.Д. Шафоростов, И.Е. Припоров // Междунар. науч.-исслед. журнал. – 2015. – №1-3 (32). – С. 23-25.
30. Чернышов, А.В. Анализ работы зерноочистительной линии малой производительности / А.В. Чернышов // Управление инновационным развитием аграрного сервиса России. матер. нац. науч.-прак. конф. (Россия, г. Воронеж, 15 сентября 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 342-345.
31. Гиевский, А.М. Мобильная протравочная машина / А.М. Гиевский, П.В. Шередекин, В.В. Шередекин // Актуальные направления научных исследований для эффективного развития АПК: матер. междунар. науч.-практ. конф. (Россия, г. Воронеж, 27 марта 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 281-286.
32. Гиевский, А.М. Экспериментальное исследование возможности очеса нута при уборке / А.М. Гиевский // Механизация и автоматизация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: матер.нац. науч.- практ. конф. (Россия, г. Воронеж, 25 сентября 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 294-303.
33. Качественные показатели зерна сои убранной при различных режимах работы МСУ комбайна / С.А. Афонин, С.К. Внуков, А.С. Гончаров, А.М. Гиевский // Управление инновационным развитием аграрного сервиса России. матер. нац. науч.-прак. конф. (Россия, г. Воронеж, 15 сентября 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 329-334.
34. Корнев, А.С. Использование ультрафиолетового излучения в процессе зернового производства / А.С. Корнев, В.И. Оробинский, Д.А. Подорванов // Актуальные направления научных исследований для эффективного развития АПК: матер. междунар. науч.-практ. конф. (Россия, г. Воронеж, 27 марта 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 100-106.
35. Влияние высоты хлебостоя озимой пшеницы на прочность и посевные качества / В.И. Оробинский, А.В. Ворохобин, А.С. Корнев, В.А. Гулевский // Механизация и автоматизация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: матер.нац. науч.- практ. конф. (Россия, г. Воронеж, 25 сентября 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 355-361.
36. Оробинский, В.И. Дробление семян зерноочистительными агрегатами ЗАВ-20А / В.И. Оробинский, А.С. Корнев, Д.А. Подорванов // Управление инновационным развитием аграрного сервиса России. матер. нац. науч.-прак. конф. (Россия, г. Воронеж, 15 сентября 2020 г.), – Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 291-295.
37. Влияние озонной обработки влажного зернового вороха на интенсификацию процесса сушки зерна озимой пшеницы / А.С. Гончаров, С.А. Афонин, И.В. Баскаков, В.И. Оробинский // Приоритетные векторы развития промышленности и сельского хозяйства: матер. III междунар. науч.-практ. конф. (Макеевка, 09 апреля 2020 г). – г. Макеевка: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Донбасская аграрная академия», 2020. – С. 14-19.
38. К вопросу применения озоновоздушной смеси при дезинсекции вредителей зерна / И.А. Пожидаев, А.Д. Головин, В.В. Кочергин, И.В. Баскаков, В.И. Оробинский // Наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения. Материалы международной научно-практической конференции.(Россия, Воронеж, 24–25 ноября 2020 г.), Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020. – С. 186-191.
39. Пат. 2404864 Российская Федерация, МПК⁷ В07 11/06. Устройство для гравитационного распределения сыпучих материалов/ А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, А.М. Гиевский, А.А. Сундеев; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «СемМаш». — №2009125893/03; заявл. 06.07.2009; опубл.27.11.2010;Бюл. № 33.- 4 с.: ил.
40. Пат. 2458750 Российская Федерация, МПК⁷ В07 11/06. Приемно-распределительное устройство зерноочистительной машины / А.А. Сундеев, А.М. Гиевский, А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, А.А.Степанова; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГАУ им. К.Д. Глинки. — №2011108607/03; заявл. 04.03.2011; опубл.20.08.2012;Бюл. № 23. — 4 с.: ил.
41. Пат. 2469525 Российская Федерация, МПК⁷ А01F 12/44 В07 В 4/02. Двухаспирационнаяпневмосистема зерноочистительной машины [Текст] / А.П. Тарасенко, А.М.Гиевский; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО ВГАУ им. К.Д. Глинки. — № 2011125251/13; заявл. 17.06.2011; опубл.20.12.2012;Бюл. № 35. — 4 с.: ил.
42. Пат. № 2611176 Российская Федерация, МПК A01F12/00. Универсальная зерноочистительная машина / А.М. Гиевский, А.П. Тарасенко, В.И. Оробинский, А.В. Чернышов, И.В. Баскаков (РФ). – Патентообладатель: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ. – №2015156629; заявлено 28.12.2015; опубл. 21.02.2017. Бюл. № 6. – 4 с.
43. Пат. № 2709712 C1 РФ, МПК A01F 25/08. Способ сушки зернового материала / И.В. Баскаков, В.И. Оробинский, А.М. Гиевский, В.А. Гулевский, А.В. Чернышов, О.В. Чернова; патентообладатель ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ. – №2019118552; заявлено 14.06.2019; опубл. 19.12.2019. Бюл. № 35. – 10 с.
44. Пат. №2708970 C1 РФ, МПК, МПК В07В 1/28. Решётный модуль зерноочистительной машины / А.В. Чернышов, А.М. Гиевский, В.И. Оробинский, И.В. Баскаков, М.К. Харитонов; патентообладатель ФГБОУ ВОВоронежский ГАУ. – №2019110469; заявлено 08.04.2019; опубл. 13.12.2019. Бюл. № 35. – 7 с.
45. Пат.на полезную модель №189918 U1 РФ, МПК В07В 1/46. Решётный стан / А.М. Гиевский, А.В. Чернышов, В.И. Оробинский, М.К. Харитонов, И.В. Баскаков (РФ); патентообладатель ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ (RU). – №2018135949; заявлено 10.10.2018; опубл. 11.06.2019. Бюл. № 17. – 6 с.
46. Пат. № 2730185 Российская Федерация, МПК B07B 9/00. Комплекс для послеуборочной обработки и хранения зернового материала / Баскаков И.В., Оробинский В. И., Гиевский А. М., Гулевский В.А., Чернышов А. В. (РФ). – Патентообладатель: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ. – № 2019114041; заявлено 06.05.2019; опубл. 19.08.2020. Бюл. № 23. – 10 с.

Приложения

РЕФЕРАТ

Отчёт 51 с, , 2 рис., 22 табл., 20 источн., 6 прил.

КРУПНЫЙ РОГАТЫЙ СКОТ, СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ПТИЦА, КОРМОВЫЕ ДОБАВКИ, БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, КАЧЕСТВО И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Объектом исследования являются кормовые добавки для крупного рогатого скота и сельскохозяйственной птицы.

Цель: изучить эффективности использования кормовых добавок и биологически активных веществ в составе комбикормов для крупного рогатого скота и сельскохозяйственной птицы.

Молочному животноводству предложена многокомпонентная растительная кормовая добавка из стебле-листьевой массы стевии, мезги топинамбура и яблочного жома, обеспечивающая за счёт стимулирующего действия на рубцовую микрофлору прирост молочной продуктивности коров на 11%, повышение качественных показателей молока – массовой доли жира на 0,13%, белка – на 0,22%, лактозы – на 0,24%. Отмечено улучшение сыропригодности молока за счёт увеличение числа жировых шариков на 24,0% и доли казеиновой фракции белка на 11,79%. Объём молока, относящегося к I классу по сычужно-бродильной пробе и термоустойчивости вырос на 15,0% и 20,0% соответственно.

Использование в рационе дойных коров комбикорма-концентрата с комплексным включением в него экструдированного зерна пшеницы и ячменя по 15% массы каждого компонента позволяет увеличить среднесуточный удой молока на 6,5% (p<0,05) и содержание в нем жира, белка, каротина и витамина А на 0,10%; 0,12%; 4,8% и 7,0% соответственно.

Применение экструдированной сои в составе комбикормов для откорма крупного рогатого скота даёт экономию корма на 1 кг прироста 13,6 рубля. При производстве куриного яйца – при использовании комбикорма с экструдированной соей стоимость корма, затраченного на 10 яиц снижается относительно использования комбикорма со шротом соевым на 1,35 рубля. При выращивании бройлеров существенной экономии затрат удалось добиться введением в рацион наряду с экструдированной соей кукурузного глютена, при этом экономия затрат корма на 1 кг прироста относительно базового рациона составила 2,2 рубля. Определена возможность включения экструдированной сои в составе комбикормов при кормлении дойных коров.

По результатам исследований опубликованы статьи, в том числе 2 в изданиях из списка ВАК, 1 в международных базах цитирования и 7 в системе цитирования РИНЦ. Результаты проведённых исследований стали основой для 1 монографии и 2 методических рекомендаций, утверждённых Департаментом аграрной политики Воронежской области, прошли апробацию на конференциях национального и международного уровня. Научные разработки получили 3 золотые медали на агропромышленных выставках Всероссийского и регионального уровней, и внедрены в работу ведущих агропромышленных предприятиях Воронежской и Липецкой областей.

Введение

В соответствии с положениями Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года национальные интересы государства на долгосрочную перспективу заключаются, в том числе, в повышении конкурентоспособности национальной экономики, укреплении Российской Федерации в числе мировых стран-лидеров, в том числе в агропромышленном секторе. Основной целью продовольственной безопасности является обеспечение населения страны качественной, конкурентоспособной сельскохозяйственной продукцией. Динамичное развитие отечественного животноводства и птицеводства вызывает необходимость постоянного творческого поиска путей повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы и качества получаемой продукции. При производстве высококачественной продукции на сегодняшнем этапе сельхозтоваропроизводители сталкиваются с рядом проблем, которые требуют детального изучения. Среди них – получение продукции с заданными свойствами, использование естественных стимуляторов роста животных и птицы, отказ от кормовых антибио­тиков для получения экологически безопасной продукции и поиск рациональных путей использования дешёвых компонентов рационов.

Продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы зависит от множества факторов, таких как условия содержания животных, генетика, кормовая база и ветеринарное обеспечение. Одним из основных направлений, позволяющих максимально реализовать генетический потенциал, является совершенствование технологических процессов. В частности, применение высокоэффективных кормовых добавок, способствующих повышению продуктивности и качества продукции при обязательном сохранении её безопасности.

Именно поэтому целью нашей работы являлось изучение эффективности использования кормовых добавок и биологически активных веществ в составе комбикормов для крупного рогатого скота и сельскохозяйственной птицы.

Реализация поставленной цели осуществляется посредством решения задач:

— провести аналитический обзор современных кормовых добавок, используемых в животноводстве и птицеводстве;

— оценить эффективность кормовой композиции в составе комбикормов, представленной стебле-листьевой массой стевии, мезгой топинамбура и яблочным жомом, при использовании в молочном животноводстве;

— установить степень воздействия комбикормов-концентратов с экструдированным зерном на организм и продуктивность крупного рогатого скота мясного и молочного направления;

— изучить влияние комбикормов при включении в их состав экструдированной сои на биоресурсный потенциал сельскохозяйственной птицы.

Научная ценность ожидаемых результатов:

— изучена эффективность натуральной, биологически активной кормовой добавки, представленной вторичными продуктами переработки стевии, топинамбура и яблочного жома с точки зрения продуктивности коров, качества и безопасности молока.

— проведена оценка рецептур комбикормов в технологической цепочке приготовления, которых используются экструдированные компоненты, установлена их эффективность в молочном и мясном скотоводстве и птицеводстве.

Практическая значимость:

— рекомендованы агропромышленным предприятиям животноводческой и птицеводческой направленности кормовые добавки в составе комбикормов с целью повышения продуктивных характеристик, качества и безопасности животноводческой продукции.

1. Эффективность биологически активной кормовой добавки на основе растительного сырья в молочном скотоводстве

Создание новой кормовой добавки требует поиска оптимального соотношения её компонентов, определения питательности и уровня включения в рацион. В целях выявления данных параметров нами были использованы методика последовательных приближений и полный зоотехнический анализ, согласно которым было установлено следующее соотношение компонентов композиции: 1 часть стеблей и нижних листьев стевии + 2 части мезги клубней топинамбура + 3 части яблочного жома. В данной пропорции добавка показала наилучшие результаты, что подтверждается приведёнными ниже результатами научно-практических опытов и лабораторных исследований. Количество сухого вещества в 1 кг фитокормовой добавки составило 91,3%, гигровлаги – 8,7% (таблица 1). Процентное соотношение первоначальной воды и сухого вещества является оптимальным для корма данного типа.

Таблица 1 — Основные показатели питательности фитокормовой добавки

В результате изучения основного рациона и установления питательности изучаемой кормовой добавки была определена норма введения её в рацион дойным коровам – 5 г на кг живой массы за одно кормление, вместе с основным рационом. Для установления безопасности экспериментальной кормовой композиции непосредственно перед началом опыта проводились исследования её компонентов: стебле-листьевой массы стевии, мезги топинамбура и яблочного жома, по показателям, приведенным в таблице 2.

Таблица 2 — Результаты изучения безопасности кормовой добавки

Основываясь на полученных лабораторных данных, можно сделать вывод, что содержание токсичных элементов, нитратов, нитритов, хлорорганических пестицидов, радионуклидов и микотоксинов в компонентах фитокормовой добавки не превышает допустимого уровня, что подтверждает безопасность кормовой добавки при включении её в рацион.

При оценке возможной токсичности компонентов добавки, а также самой добавки с помощью тест – организма Tetrahymena pyriformis не установлено отрицательного влияния на выживаемость клеток инфузорий, степень их подвижности и характер движения, поведенческую реакцию, а также морфологические показатели, что также свидетельствует об отсутствии токсических свойств исследуемых продуктов.

Органолептическое исследование содержимого рубца проводили сразу после его получения непосредственно в хозяйстве. При этом определяли запах, цвет, консистенцию, осадок, флотацию. В начале опыта пробы рубцовой жидкости опытной группы в 71% случаев имели параметры, соответствующие физиологической норме: цвет – от серо-зеленого до коричнего-зеленого, из них в 25% случаев – желто-коричневого; запах – специфический, ароматный, в отдельных случаях резкий; консистенция – слабовязкая (тягучая); время осаждения и флотации в большинстве случаев составляло 6 – 8 минут.

Несвойственные характеристики имели 29% образцов, из них 18% имели пороки цвета (коричнево-зеленый, тёмно-коричневый) и запаха (затхлый, кисловатый), а 9% – пороки консистенции (вязкая, в 2 случаях – пенистая).

К концу опыта количество органолептически благополучных проб составило 92%, то есть на 21% больше по отношению к первоначальным данным. В контрольной группе те же показатели на протяжении опыта колебались незначительно – с фоновых 70% до 73% к концу опыта.

Таблица 3 — Количество простейших в рубцовом содержимом подопытных животных, тыс/мл

*P ≤ 0,001- при сравнении конечных показателей между группами

Следующим критерием оценки рубцового содержимого стала его микрофлора, так как благодаря ей усваивается 70 – 85% сухого вещества рациона. Поскольку микроорганизмы рубца быстро реагируют на изменения в составе рациона, нами была дана оценка количественного состава инфузорий и простейших в рубцовом содержимом коров, участвовавших в опыте (таблицы 3, 4).

Полученные данные указывает на то, что к 90-му дню численность простейших статистически достоверно (P ≤ 0,001) увеличилась с 290,4 ± 2,16 тыс/мл до 425,8 ± 1,23 тыс/мл в опытной группе, что составило 46,62%. Разница итоговых значений между группами составила 46,78%.

Таблица 4 — Количество бактерий в рубцовом содержимом подопытных животных, млрд/мл

*P ≤ 0,01 – при сравнении фонового и конечного показателей в опытной группе

Проведенный эксперимент показал достоверное увеличение бактериального пейзажа в опытной группе с фоновых 7,35 ± 0,43 млрд/мл до 9,05 ± 0,33 млрд/мл на 90-й день, что составило 23,13% (P ≤ 0,01).

Что касается реакции среды рубца, то её значения колебались в пределах физиологической нормы как в опытной (рН = 6,6 – 6,8), так и в контрольной (рН = 6,5 – 6,6) группах.

Следующим этапом исследований было выявление степени активности рубцовой микрофлоры подопытных животных (таблица 5).

Таблица 5 — Активность рубцовой микрофлоры подопытных животных

**P ≤ 0,001 – при сравнении показателей в опытной группе

*P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

Активность рубцовой микрофлоры определялась путём замера времени обесцвечивания индикатора. В первые два месяца эксперимента в опытной группе было отмечено стабильное снижение временного показателя (на 0,7 и 0,6 мин соответственно), в последующие дни опыта роста активности микрофлоры не наблюдалось. Таким образом, активность рубцовой микрофлоры за 90 дней достоверно (P ≤ 0,001) выросла на 25% в опытной группе. В контрольной группе данный показатель был ниже, чем в опытной на 21,7% (P ≤ 0,001).

В прямой зависимости от состава рациона находится общее количество ЛЖК, образующихся в рубце. Всасываясь в преджелудках, летучие жирные кислоты выступают в качестве основных источников энергии и служат исходными компонентами для образования жира молока.

Таблица 6 — Общее количество ЛЖК в рубцовом содержимом подопытных животных, ммоль/л

*P ≤ 0,001 – при сравнении фонового и итогового значений в опытной группе

**P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

Исследование ЛЖК в рубцовом содержимом подопытных животных показало следующие результаты (таблица 6).

Анализ значений, характеризующих количество летучих жирных кислот, показал значительный рост этого показателя уже к 30-му дню эксперимента в опытной группе коров до 110,5 ± 1,45 ммоль/л с фоновых 90,0 ± 1,14, что составило 22,77%. К 90-му дню в опытной группе общее количество ЛЖК достоверно (P ≤ 0,001) возросло на 20,7% по отношению к фоновым значениям, в контрольной группе искомый показатель был ниже на 24,83% (P ≤ 0,001).

Были проведены замеры целлюлозолитической, амилолитической и протеазной активности микроорганизмов. В целом, в опытной группе за период эксперимента амилолитическая активность рубцовой микрофлоры достоверно (P ≤ 0,001) возросла на 5,7%. Протеазная активность рубцовой микрофлоры увеличилась на 18,7% (P ≤ 0,001), а целлюлозолитическая активность рубцовой микрофлоры стала больше на 2,28% (P ≤ 0,05).

Следующей задачей было исследование концентрации аммиака в рубцовом содержимом подопытных животных (таблица 7).

Таблица 7 – Концентрация аммиака в рубцовом содержимом подопытных животных, ммоль/л

*P ≤ 0,001

Результаты исследований концентрации аммиака в рубцовом содержимом показали, что, в отличие от контрольной группы, где в течение всего эксперимента количество аммиака статистически достоверно не изменялось, в опытной группе на 90 день эксперимента содержание аммиака увеличилось на 9,24% (P ≤ 0,001), относительно исходного показателя.

В группе коров, в рацион которой была включена фитодобавка из биологически активного сырья, лизоцимная активность сыворотки крови к концу эксперимента достоверно (P≤0,001) увеличилась на 10,05%. Комплиментарная активность сыворотки крови достоверно (P≤0,001) возросла на 14,41% по отношению к фоновому показателю, а рост бактерицидной активности сыворотки крови составил 7,78% по отношению к фоновым значениям (P≤0,001). В контрольной группе коров значения данных показателей достоверно не изменялись. Фагоцитарная активность (ФА), то есть процент фагоцитирующих нейтрофилов к общему числу подсчитанных, в первый день эксперимента был равен 74,1%, а к 90-му дню составил 77,1%. В контрольной группе фагоцитарная активность за время опыта не изменилась.

Фагоцитарный индекс (ФИ), то есть число фагоцитированных микробных клеток в персчёте на один учтенный нейтрофил от общего количества подсчитанных нейтрофилов, за период исследований имел тенденцию к увеличению с фоновых 5,45±0,16 до конечных 5,51±0,02 в опытной группе. Показатель интенсивность фагоцитоза (фагоцитарное число) в опытной группе также имел тенденцию к увеличению, а в контрольной достоверно не изменялся. Таким образом, биологическая активность экспериментальной кормовой добавки обеспечила рост показателей неспецифической резистентности организма.

С целью оценки степени антиоксидантного статуса кормовой добавки исследовали активность супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы, антиоксидантную активность плазмы крови, количество малонового диальдегида и витамина Е.

В опытной группе концентрация МДА статистически достоверно (P ≤ 0,001) снизилась на 16,09% по отношению к фоновым значениям и составила 0,73 мкмоль/л. В контрольной группе достоверно (P ≤ 0,001) увеличилась на 16,27% и составила 1,00 мкмоль/л, что находится в пределах нормы (концентрация МДА у млекопитающих колеблется от 0,20 до 1,5 мкмоль/л). Таким образом, разница содержания МДА между контрольной и опытной группами к 4-му исследованию составила 27% (P ≤ 0,001), что свидетельствует об улучшении функционирования системы антиоксидантной защиты животных опытной группы. К 90-му дню эксперимента активность супероксиддисмутазы достоверно (P≤0,05) выросла на 17,5% в опытной группе, в контрольной группе изменения были статистически недостоверны.

Активность каталазы к последнему дню экспериментальных исследований в опытной группе коров достоверно (P≤0,001) выросла на 17,65% и составила 30,0±0,61 мкмоль H₂O₂/л*мин, а в контрольной – на 31,25% и составила 33,6±0,76 мкмоль H₂O₂/л*мин (в норме активность каталазы в крови животных колеблется от 20 до 60 мкмоль Н₂0₂/л * мин * 10³).

За период опыта активность глутатионпероксидазы в опытной группе достоверно (P≤0,05) увеличилась на 20,37%, а зарегистрированное увеличение этого показателя в контрольной группе было статистически недостоверно. Активность глутатионредуктазы к последнему дню исследований в опытной группе достоверно (P≤0,05) выросла на 5,37% и составила 323,6±1,87 мкмоль окисленного глутатиона/л*мин, что на 6,8% ниже чем в контрольной группе (при P ≤ 0,001), где активность ГР достоверно (P≤0,001) выросла на 12,19% и составила 345,0±1,03 мкмоль окисленного глутатиона/л _* мин, что находится в пределах нормы.

Большая активность каталазы и ГР в контрольной группе, вероятно, связана с усилением процессов ПОЛ, и, соответственно, с большим поступлением в их организм свободных радикалов. В опытной же группе животные получают кормовую добавку, которая, поступая в организм, по всей видимости оказывает антиоксидантное воздействие, что выражается, с одной стороны, в повышении активности ферментативного звена антиоксидантной системы защиты организма, а с другой – в уменьшении количества свободных радикалов. Это объясняет меньшую активность каталазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы в организме коров опытной группы.

При исследовании уровня витамина Е в сыворотке крови животных, находящихся в опыте, были получены следующие данные. У животных контрольной группы значения в ходе эксперимента изменялись незначительно (статистически недостоверно), оставаясь в пределах нормы, в то время как у коров опытной группы концентрация витамина Е достоверно (P ≤ 0,001) увеличилась к концу исследований на 9,36%.

Таблица 8 – Биохимические показатели крови коров контрольной группы

*P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

** P ≤ 0,01 – при сравнении итоговых значений между группами

*** P ≤ 0,001 – при сравнении фонового и итогового значений внутри группы

В опытной группе коров антиокислительной активности (AOA) плазмы крови достоверно (P≤0,001) выросла на 37,75% по отношению к фоновым показателям, в контрольной группе значения практически не изменялись за весь период исследований. Повышение AOA крови коров опытной группы свидетельствует о высокой способности организма противостоять воздействию факторов, активизирующих свободнорадикальное окисление.

Все изменения обмена веществ отражаются в крови, поэтому степень воздействия кормовой добавки из отходов стевии, мезги топинамбура и яблочного жома оценивалась нами с помощью биохимического анализа крови, который позволил отразить уровень белкового, липидного и углеводного обмена (таблицы 8, 9).

Таблица 9 — Биохимические показатели крови коров опытной группы

*P ≤ 0,001 – при сравнении фонового и итогового значений внутри группы

** P ≤ 0,01 – при сравнении фонового и итогового значений внутри группы

Исследования показали достоверный (P ≤ 0,001) рост концентрации общего белка на 14,32% в опытной группе. Концентрация альбумина в сыворотке крови в начале эксперимента у животных контрольной и опытной групп была 31,36±1,18 г/л и 31,1±0,66 г/л соответственно, что на 35-37% ниже среднего значения нормы. Однако в опытной группе наблюдался устойчивый рост данного показателя; к 90-му дню он достоверно (P≤0,001) увеличился на 42,7% и составил 44,39±1,21 г/л. В то же время, в контрольной группе концентрация альбуминов достоверно не изменилась.

Для дополнительной характеристики интенсивности белкового обмена в организме коров была исследована концентрация мочевины в сыворотке крови. Фоновые показатели содержания мочевины в сыворотке крови коров обеих групп находились в пределах границ нормы и составляли 5,38±0,25 ммоль/л и 5,2±0,21 ммоль/л соответственно. За период опыта у коров опытной группы наблюдалась тенденция к снижению уровня мочевины. Так, к 30-му дню её количество снизилось до 4,47 ± 0,63 ммоль/л, а к концу опыта до 4,0 ± 0,74 ммоль/л. В контрольной группе достоверных изменений уровня мочевины зарегистрировано не было. Рост общего белка и альбуминов в крови на фоне снижения уровня мочевины в сыворотке коров опытной группы свидетельствует об эффективном усвоение азота в рационе.

Средний уровень кетоновых тел в крови подопытных коров обеих групп на протяжении всего исследования не выходил за пределы физиологических норм, характерных для молочного скота (2-6 мг%), однако итоговые значения данного показателяв опытной группе за 90 дней опыта оказались ниже на 4,25% (P≤0,001) по сравнению с таковыми в группе контроля.

Исследования крови показали, что фоновые значения концентрации глюкозы в крови животных в обеих группах были в пределах нижней границы физиологической нормы (2,22–3,33ммол/л) и колебались в пределах 2,33–2,34 ммоль/л. В контрольной группе показатель не имел достоверных колебаний за всё время эксперимента. В опытной группе концентрация глюкозы достоверно увеличилась (P≤0,001) на 8,97% и к концу опытного периода составила 2,55±0,01 ммоль/л.

Наблюдалась стабильная динамика роста общих липидов в крови коров опытной группы в течение всего периода исследований, однако наибольший рост данного показателя отмечался во второй половине опыта – с 30 по 60 день – на 13,48%, а с 60 по 90 день эксперимента ещё на 8%. В целом количество общих липидов достоверно (P ≤ 0,001) возросло на 24,13%. В группе контроля искомый показатель не изменился.

Что касается концентрации холестерина в сыворотке крови подопытных животных, то на начальном этапе в обеих группах его значения находились в пределах нормы (5,23–5,25ммоль/л). К 90-му дню исследований в опытной группе количество холестерина в целом достоверно (P≤0,001) снизилось на 4,57%. Уровень общих фосфолипидов в опытной группе к последнему дню исследований был выше на 4,86% (P≤0,01), чем в контрольной.

Активность щелочной фосфатазы в крови коров опытной группы к 90-му дню достоверно (P≤0,01) снизилась на 12,8% по отношению к первоначальному значению. Разница между итоговыми значениями контрольной и опытной групп составила 14,46% в пользу последней (Р≤0,001).

В контрольной группе коров за 90 дней опыта рост концентрации АлАТ в крови составил 22,98%, а в опытной группе, напротив, наблюдалось достоверное (P ≤ 0,001) уменьшение этого показателя на 19,4%. Значения фоновых показателей АсАТ в контрольной группе составило 82,11 ± 2,06 нмоль/сек*л, а в опытной группе 75,6 ± 0,82 нмоль/сек*л. К концу исследований в контрольной группе данный показатель достоверно (P ≤ 0,001) вырос на 22,63%, а в опытной, наоборот, достоверно (P ≤ 0,001) снизился на 8,66%.

Таким образом, биохимический анализ крови и её сыворотки показал, что скармливание коровам новой многокомпонентной фитодобавки из стебле-листьевой массы стевии, мезги топинамбура и яблочного жома положительно влияет на обмен веществ и ассимиляционные процессы в их организме, что в конечном итоге может обусловить повышение молочной продуктивности и улучшить качество молока.

Рисунок 1 – Лактационные кривые животных, участвовавших в эксперименте

В ходе эксперимента было изучено влияние предлагаемой кормовой добавки на молочную продуктивность подопытных коров (рисунок 1). На рисунке 1 изображены лактационные кривые животных опытной и контрольной групп, участвовавших в эксперименте. Кривая показывает, что ко второму месяцу лактации удои в опытной группе выросли на 7,3%, а в контрольной на 3,13%. Суммарные показатели удоев за следующие 4 месяца в опытной группе были выше чем в контрольной на 4,53%. С 6 по 7 месяцы лактации наблюдалось физиологически обусловленное снижение удоев, однако в контрольной группе удои снизились на 12%, а в опытной всего на 4,36%. В последние два месяца лактации удои в опытной группе снизились на 16,44% и 37,5% за 8 и 9 месяцы соответственно. В тоже время в контрольной группе они снизились на 30,13% и 36,44%, что в среднем за два месяца больше на 6,32%. Таким образом, удои коров опытной группы с 6-го по 9-ый месяцы лактации были больше чем в контрольной на 26,7%. В целом за лактацию молочная продуктивность коров, получавших в составе рациона МРКД, достоверно (P ≤ 0,001) выросла на 11,0% по отношению к продуктивности животных контрольной группы (таблица 10).

Таблица 10 – Динамика среднемесячных удоев подопытных животных за период лактации, кг

*P ≤ 0,001 – при сравнении показателей между группами в каждый месяц кроме первого и суммарных итоговых значений

Анализ динамики среднесуточных удоев показал, что коровы опытной группы в сутки давали в среднем на 2,2 кг (л) молока больше чем коровы контрольной группы. Разница в среднесуточной молочной продуктивности по месяцам хорошо видна на рисунке 2.

Таблица 11 — Динамика среднесуточных удоев подопытных животных, кг

Рисунок 2 – Среднесуточная молочная продуктивность подопытных коров

Органолептическая оценка молока коров опытной и контрольной групп производилась в соответствии с требованиями ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции» по следующим показателям: консистенция, вкус и запах, цвет. В ходе оценки консистенции обращали внимание на однородность молока, отсутствие в нём осадков и хлопьев. Пробы молока, полученные от коров обеих групп, представляли собой однородную жидкость без осадка и хлопьев; вкус и запах были чистые, без посторонних привкусов и запахов, не свойственных свежему молоку; цвет полученного молока был белый, в отдельных случаях со светло-кремовым оттенком.

При изучении химического состава молока были исследованы: массовая доля жира, белка и лактозы. Содержание белка и жира является ключевыми параметрами при определении натуральности и качества молока. Данные показатели имеют принципиальное значение для расчёта цены за поставляемое молоко и выступают в качестве критерия пригодности молока-сырья для эффективного производства конкретного вида молочного продукта.

Таблица 12 — Химический состав молока коров контрольной и опытной групп

*P ≤ 0,001 – при сравнении фонового и итогового значений внутри опытной группы

Кроме того, именно жир определяет пищевую ценность молока и молочных продуктов, придаёт им мягкий, приятный вкус, гомогенную структуру и консистенцию. Большую роль в формировании свойств молока и качества молочных продуктов играет лактоза. Она обусловливает пищевую ценность молока. Будучи исходным веществом, обеспечивающим жизнедеятельность молочнокислых бактерий, лактоза также участвует в процессе брожения. Её наличие и количество в молоке имеет большое значение для ветеринарно-санитарной экспертизы и технологии молочнокислых продуктов, так как благодаря лактозе в молоке можно вызвать направленное молочнокислое, спиртовое или комбинированное брожение, что широко используется в промышленности. Результаты исследования молока коров опытной и контрольной групп по данным показателям представлены в таблице 12.

Как видно из таблицы, фоновые значения в обеих группах находились на одном уровне, их небольшое различие статистической достоверности не имело. Установлено, что массовая доля жира в опытной группе достоверно (P≤0,001) увеличилась к 100-му дню на 0,13 абс.% (3,3%) и составила 4,06%. Массовая доля белка достоверно (P≤0,001) выросла на 0,22 абс.% (7,26%) и составила 3,25%.по отношению к фоновым значениям. Показатель массовой доли лактозы практически не изменялся до 50-го дня эксперимента, затем начал увеличиваться и к концу опыта составил 4,94%. Таким образом, достоверная (P≤0,001) разница между фоновым значением и итоговым составила 0,24 абс.% (5,11%). В контрольной группе колебания значений массовой доли жира, белка и лактозы были статистически недостоверными.

Дополнительно была исследована структурная характеристика жира и белка молока. Полученные данные указывают на достоверный (P≤0,001) рост количества жировых шариков при неизменном их размере (колебания недостоверны). К 100-му дню количество жировых шариков в молоке коров опытной группы выросло на 24% по отношению к фоновому значению.

Нами установлено, что рост массовой доли белка в молоке коров опытной группы произошёл за счет увеличения казеиновой фракции на 11,79%. При этом наблюдалась тенденция уменьшения доли сывороточных белков. В контрольной группе коров колебания были недостоверными.

Таблица 13 — Жирнокислотный состав молока подопытных животных

В таблице 13 приведены полученные нами данные об изменениях в жирнокислотном составе молока при скармливании исследуемой кормовой добавки. Исследования показали, что использование в рационе коров многокомпонентной растительной кормовой добавки на основе стевии, мезги топинамбура и яблочного жома, обеспечило увеличение доли ненасыщенных жирных кислот на 2,36% к 50-му дню эксперимента и на 10% к 100-му дню. Доля насыщенных жирных кислот постепенно снижалась, и к концу эксперимента разница между итоговым и фоновым значениями составила 5%. Результаты исследования технологических показателей молока представлены в таблице 14.

Таблица 14 — Технологические показатели молока подопытных животных

*P ≤ 0,001 – при сравнении итоговых значений между группами

Как видно из приведённых данных, в опытной группе было отмечено повышение класса сычужно-бродильной пробы с 2,0 ± 0,02 до 1,7 ± 0,02 к 100-му дню эксперимента. В контроле изменений не наблюдалось. Ценность молока, с точки зрения сычужно-бродильной пробы, в опытной группе достоверно выросла на 15% относительно контроля. Также был отмечен рост термоустойчивости молока у животных, получавших фитокормовую добавку до 1,6 ± 0,02, что на 20% больше чем в контрольной группе. Показатели плотности и кислотности молока не изменились от введения в рацион фитокормовой добавки и оставались в норме в обеих группах животных на протяжении всего эксперимента.

Микробиологические показатели оценивали каждую декаду с 10-го дня лактации (фон) на протяжении 90 дней (таблица 15).

Таблица 15 – Микробиологические показатели молока

Количество МАФАнМ в опытной группе снизилось на 25%, в контрольной группе на 22,2% и составило 0,27*10⁵ КОЕ/г и 0,28*10⁵ КОЕ/г соответственно. Количество соматических клеток в группе коров, получавших кормовую добавку, за 50 дней снизилось на 14,8% и составило 2,3*10⁵/см³. Затем наблюдалось дальнейшее снижение данного показателя еще на 30,43%. В контрольной группе коров количество соматических клеток в целом увеличилось на 6,9%, в опытной – снизилось на 40,74%. Патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл, в молоке обеих групп обнаружено не было. Таким образом, можно сделать вывод, что молоко, полученное от животных, находящихся в опыте, благополучно по микробиологическим показателям.

Однако следует отметить, что в молоке опытной группы коров количество соматических клеток было значительно ниже, что может являться косвенным показателем того, что скармливаемая этим животным кормовая добавка способна оказывать влияние на естественную резистентность организма, обеспечивая тем самым более высокое качество, получаемого молока.

Важную роль при оценке безопасности и ветеринарно-санитарного качества молока играет содержание потенциально опасных веществ (ксенобиотиков), таких, как токсичные элементы, радионуклиды, пестициды, микотоксины, ингибирующие вещества и антибиотики. Исследование молока по этим показателям стало следующим этапом нашей работы.

В молоке коров контрольной и опытной групп не было обнаружено антибиотиков тетрациклиновой группы, стрептомицина и пенициллина. Левомицетин был обнаружен при первом исследовании в контрольной и опытной группах, однако его концентрация не превышала МДУ. Содержание свинца, мышьяка, кадмия и ртути в молоке коров обеих групп было менее допустимых значений. Количество пестицидов, микотоксинов и радионуклидов также не превышало нормы, ингибирующие вещества отсутствовали.

Таким образом, проведённые нами исследования показали, что скармливаемая кормовая добавка положительно влияет на качество молока, повышая количество жира и белка, не оказывает влияния на безопасность молока по основным критериям и способна косвенно воздействовать на микробиологические показатели, снижая количество соматических клеток. Полученное от коров опытной группы молоко безопасно по основным ветеринарно-санитарным показателям и может служить хорошим сырьём для производства безопасных молочных продуктов.

2. Влияние комбикормов при включении в их состав экструдированной сои на биоресурсный потенциал сельскохозяйственных животных и птицы

Рациональное, научно обоснованное кормление должно основываться на знании нормы потребности организма животного в энергии и питательных веществах, под которым подразумевают такое количество питательных веществ или энергии, которое необходимо здоровым животным в оптимальных условиях содержания для поддержания жизни, получения установленного уровня продуктивности и проявления нормальной воспроизводительной функции. Потребность животных в различных элементах питания определяется видом, породой, полом, возрастом, уровнем продуктивности, направлением продуктивности и прочими особенностями животных, а также условиями их содержания и использования.

На основании нормы кормления составляют рацион. Рацион – это набор и количество кормов, потребляемых животным за определенный промежуток времени (обычно рассчитывается суточный рацион). Термин «сбалансировать» рацион означает привести его в соответствие с нормами кормления [6].

Рационы, в зависимости от вида животных могут содержать различные группы кормов – грубые, сочные, концентрированные. При этом концентрированные корма рентабельнее скармливать в виде комбикормов. Так как отдельно взятое сырье растительного и животного происхождения, являющееся основным и наиболее важным компонентом комбикормов по содержанию питательных веществ не обеспечивает нормальное развитие организма животного, особенно птицы, так- как не содержит полного комплекса необходимых для конкретного рациона аминокислот, витаминов, микроэлементов, ферментов и многих других веществ [1].

Комбикорм представляет собой однородную смесь очищенных и измельченных до необходимой крупности различ­ных кормовых средств (концентрированных кормов) и биологически активных веществ, составленная по рецепту с учетом научно обоснованных норм ввода и обеспечивающая полноценное кормление сельскохозяйственных животных.

Типовыми линиями (этапами) технологического процесса производства продукции комбикормовой промышленности являются: приёмка сырья, очистка зернового сырья от сорных и минеральных крупных не кормовых примесей выделение металломагнитной примеси, измельчение, просеивание, снятие плёнок, дозирование и смешивание сырья.

Для повышения кормовой ценности зернофуража применяется дополнительная технологическая переработка зернового сырья.

Экструдирование является наиболее эффективным способом повышения питательной ценности зерновых и зернобобовых компонентов кормовой массы. В процессе приготовления корма зерно подвергается кратковременному, но очень интенсивному механическому и баротермическому воздействию за счет высокой температуры 110 – 160 ^оС, давления 5,0 МПа и сдвиговых усилий в винтовых рабочих органах экструдера, в результате чего происходят структурно-механические и химические изменения исходного сырья [8, 13, 21].

За счет резкого падения даваления при выходе разогретой зерновой массы происходит «взрыв» (увеличение в объёме) продукта, что делает его более доступным для воздействия ферментов желудка животных, а так же повышает усваемость до 90%. Фундаментальной задачей процесса экструзии является глубокая клейстеризация крахмала. При этом происходит деструкция макромолекул крахмала с образованием различных декстринов и сахаров, в результате чего существенно повышается усвояемость комбикормов, причем ассимиляция питательных веществ происходит с меньшими энергетическими затратами. С точки зрения процесса питания процесс клейстеризации крахмала имеет следующее значение:

Во-первых, клейстеризованный крахмал заметно повышает сорбционную ёмкость, что обеспечивает поглощение им большого количества воды, поэтому его усвояемость возрастает.

Во вторых, вследствие клейстеризации крахмала существенно облегчается доступность его молекул действию ферментов, поэтому процесс ферментативного гидролиза крахмала заметно облегчается, что обеспечивает образование значительного количества декстринов и сахаров различной молекулярной массы, вплоть до образования простых сахаров, глюкозы и т.п.

В результате питательные вещества переходят в более доступную форму, коэффициент полезного действия обработанных таким образом кормов повышается.

Кроме того в процессе вегетации, уборки, хранения, обмолота зерно контаминируется спорами бактерий и грибов, насекомыми-вредителями развитие которых в зерне приводит к потери веса зерна, разрушению питательных веществ, накоплению продуктов распада и метобализма микроорганизмов, изменяющих цвет, запах, вкус, вес продукта.

Если вовремя не принять меры качество сильно поврежденных вредителями продуктов может настолько ухудшиться, что они станут вредными и непригодными для использования в кормовых целях. На помощь в этом случае придёт экструдирование кормов.

При кормлении эктрудированным кормом гибель молодых животных от кишечных болезней снижается почти в два раза. Даже потом, при переходе на рацион взрослых особей, животное имеет здоровый желудок, не измученный кишечными расстройствами, и значительно опережает своих сверстников в росте.

Так же после тепловой обработки улучшаются вкусовые качества кормовых средств, так как образуются различные ароматические вещества, значительно возрастает активность ферментов, а следовательно и перевариваемость корма [2, 3].

Данные этологических исследований имеют большое значение при совершенствовании рационов кормления сельскохозяйственных животных. Они являются интегральными показателями физиологического состояния и лежат в основе изучения новых рационов и способов кормления. Учитывая эти положения, мы изучили некоторые элементы поведения животных, в зависимости от применяемых рационов, в состав которых входили разные комбикорма-концентраты с введением в них зерна пшеницы и ячменя, обработанного методом экструзии [1, 2, 3, 4, 5, 10, 15].

Известно, что при кормлении дойных коров используются стандартные комбикормаконцентраты, которые добавляются к основному рациону. Они разработаны для стойлового и пастбищного способов содержания [6, 7, 8, 9]. Однако, такие комбикорма- концентраты требуют постоянного совершенствования в направлении повышения питательности и усвояемости составляющих компонентов, поскольку продуктивность животных постоянно увеличивается. Поэтому мы свои исследования направили на разработку принципиально новых рецептов комбикормов-концентратов для дойных коров, применяемых в стойловый период содержания, в которых часть пшеницы и ячменя подвергали методу экструдирования. В этом методе обработки кормов перед скармливанием есть определенный эффект [11, 12, 13].

Дело в том, что в процессе экструдирования кормов усвояемость питательных веществ резко повышается в результате набухания и разрыва оболочек растительных клеток, происходит денатурация белков. Продукт приобретает мелкопористую, легкоусвояемую для пищеварительной системы структуру [14, 16].

Для опыта использовали дойных коров голштинской породы, которые находились на 2-3 месяцах лактации. В группы животных подбирали по принципу пар-аналогов. Подопытных животных содержали на привязи в типовом помещении. Научно-хозяйственный опыт провели по следующей схеме (таблица 16).

Таблица 16 – Схема научно-хозяйственного опыта

Опыт проводили на четырех группах дойных коров. Животные первой группы (контрольной) получали основной рацион (ОР): сенаж вико-овсяный-12 кг, силос кукурузный – 21 кг, жом свекловичный отжатый – 10 кг, патоку кормовую – 1,3 кг, комбикорм КК-60-1 – 5 кг, муку рыбную – 0,2 кг и необходимое количество минеральных добавок. Дойные коровы второй, третьей и четвертой опытных групп получали тот же основной рацион, но комбикорма в группах скармливались разные. Так, животные второй группы потребляли экспериментальный комбикорм — № 1, третьей — № 2 и четвертой — № 3. Экструдирование зерна пшеницы и ячменя проводили на пресс-экструдере марки ПЭКМЗ-2У при температуре 130 – 140 °С и давлении 2 — 3 МПа, время нахождения исходного сырья в агрегате составляло 8 – 13 с. Учет молочной продуктивности проводили подекадно по данным контрольных доений за двое смежных суток, во время которых отбирали пробы молока для проведения химического анализа.

Результаты суточных наблюдений за поведением коров показали, в опытных группах коров, в которых животные получали в рационе комбикорма-концентраты с экструдированным зерном пшеницы и ячменя, продолжительность поедания кормов была больше контрольного варианта на 5 – 16 мин. (0,08 – 0,27 ч). Это связано с улучшением вкусовых качеств экструдированного зерна пшеницы и ячменя, что способствовало увеличению потребления других кормов рациона (вико – овсяного сенажа и кукурузного силоса). Тем самым время на потребление кормов рациона в опытных группах увеличивалось, и наиболее продолжительным было в четвертой группе животных, где применяли комплексное введение в комбикорм-концентрат экструдированного зерна пшеницы и ячменя.

Продолжительность поедания кормов рациона в этой группе была на 8 – 16 минут больше, чем в других вариантах опыта. На жвачку лежа животные второй, третьей и четвертой групп затратили на 1 – 11 мин (0,02 – 0,18 ч) больше времени, чем в контрольном варианте. При этом наиболее продолжительным этот акт поведения был у животных четвертой группы. В этой же группе коров и жвачка стоя была самой продолжительной (на 3 – 15 мин.) по сравнению с другими вариантами опыта.

Продолжительность отдыха (сон + лежит, ничего не делает + стоит, ничего не делает) была больше против контроля на 11 – 18 мин. в группах животных, которым скармливали в составе комбикорма-концентрата экструдированное зерно пшеницы и ячменя. При комплексном потреблении экструдированного зерна пшеницы и ячменя в составе экспериментального комбикорма-концентрата № 3 животные меньше времени затрачивали на передвижение, а больше отдыхали (1 – 4 p< 0,05), что было отмечено выше. В других актах проведения также установлена достоверная разница между 1 и 4 группами (p< 0,01). Но здесь следует отметить, что коровы четвертой группы на другие акты поведения затратили меньше на 48 минут времени по сравнению с контролем. Это надо отметить как положительный факт, поскольку на основные акты в этой группе затрачивалось больше времени, чем в первой группе. Таким образом, скармливание дойным коровам в составе комбикормов-концентратов экструдированного зерна пшеницы и ячменя изменяет их поведенческие реакции. Продолжительность приема кормов рациона, а также процессы жвачки лежа и отдых (сон + лежит, ничего не делает + стоит, ничего не делает) увеличивается соответственно на 5 – 16 мин. (0,08 – 0,27 ч); 1 – 11 мин. (0,02 – 0,18 ч) и 11 – 25 мин.(0,18 – 0,42 ч). Надо заметить, что при потреблении экструдированного зерна пшеницы в составе комбикорма — концентрата поведенческие реакции животных развивались в лучшую сторону, чем при скармливании такового из зерна ячменя.

Проведенные этологические исследования полностью согласуются с данными по молочной продуктивности коров. Молочная продуктивность коров за главный период опыта распределилась следующим образом. В первой группе (контрольной), суточный удой составил 16,8 кг и жирность молока 3,68%, во второй, третьей и четвертой группах соответственно 17,3 кг и 3,75%; 17,2 кг и 3,72% и 17,9 кг и 3,78%.

Эти данные показывают, что наибольшие суточные удои были получены от животных четвертой группы, где скармливали экспериментальный комбикорм-концентрат №3 с экструдированными пшеницей и ячменем. В этой группе коров жирность молока была выше других групп на 0,04-0,1%.

Можно отметить, что с увеличением продуктивности животных улучшились их поведенческие реакции, способствующие большему молокообразованию (возрастало время приема корма, жвачки лежа и отдыха).

Таким образом, скармливание дойным коровам в составе комбикормов концентратов экструдированного зерна пшеницы и ячменя изменяет их поведенческие реакции. Продолжительность приема кормов рациона, а также процессы жвачки лежа и отдых (сон + лежит, ничего не делает + стоит, ничего не делает) увеличивается соответственно на 5 – 16 мин. (0,08 – 0,27 ч); 1 – 11 мин. (0,02 – 0,18 ч) и 11 – 25 мин.(0,18 – 0,42 ч). Использование в рационе дойных коров комбикорма-концентрата с комплексным включением в него экструдированного зерна пшеницы и ячменя по 15% массы каждого компонента позволяет увеличить среднесуточный удой молока на 6,5% (p< 0,05)и содержание в нём жира, белка, каротина и витамина А на 0,10; 0,12; 4,8 и 7,0% соответственно.

Дополнительно в настоящей работе рассмотрен экономический эффект от применения экструдерной установки фирмы «Экспро М». В работе рассчитаны рецепты комбикормов и составы рационов с учетом стоимости сырья, на основании которых дано экономическое обоснование применения экструдеров в молочном и мясном животноводстве, яичном и бройлерном птицеводстве.

В период интенсивного откорма КРС в состав рационов включается гранулированный комбикорм в количестве 7 кг при этом концентрация энергии в 1 кг сухого вещества рационов достигает 1 ЭКЕ. В работе рассматривается экономическая эффективность использования натуральной сои (группа 1) и экструдированной сои (группа 2) в составе гранулированного комбикорма.

Таблица 17 – Схема исследований

В рацион высокопродуктивных дойных коров включены следующие компоненты: силос кукурузный – 23.16 кг, жом свекловичный гранулированный – 1.72 кг, сенаж люцерновый – 8.52 кг, солома ячменная – 2.27 кг. Концентрат: жир пальмовый защищенный – 0.3 кг, кукуруза – 5.04 кг, шрот соевый – 2.7 кг, рапсовый – 2.11 кг, пшеница – 1.8 кг, мел – 0.04 кг. Комбикорм – концентрат № 10 – 1.6 кг. Мы предлагаем частичную замену соевого шрота на экструдированную сою, при этом основной состав рациона не изменяется, а в состав комбикорма наряду с остальными ингридиентами будет входить шрот соевый – 1 кг, соя экструдированная – 1.7 кг

При откорме мясного крупного рогатого скота в качестве концентрированных кормов используется комбикорм собственного производства, сырьем для которого являются зерновые отходы, оставшееся после реализации зерна, то есть непродовольственное зерно. В состав комбикорма входит в равных пропорциях пшеница, тритикале, экструдированная соя и жмых подсолнечный. Зерно сои в составе комбикорма используется в экструдированном виде, так как наряду с питательными веществами в сое находятся антипитательные вещеста, главным из которых являются ингибиторы протеаз. Наилучшим способом инактивации антипитательных фактров в соевых бобах является их экструдирование, так как одного гранулирования явно недостаточно. Кроме того экструдирование кормов для полигастричных животных повышает уровень НРП (нерасщепляемого в рубце протеина) с целью повышения усвояемости протеина.

Обеспечить высокие среднесуточные приросты возможно за счет высокой концентрации энергии в 1 кг сухого вещества корма. Что обеспечивается за счет высокой доли концентратов в структуре рациона. Повышение коэффициента полезного действия рационов в хозяйстве происходит за счет применения экструдированной сои в составе комбикорма. Экономическая оценка использования рационов с включением натуральной сои и экструдированной представлена в таблице 19. Из таблицы 19 видно, что применение экструдированной сои в составе комбикормов способствует повышению среднесуточных приростов откармливаемого поголовья, при этом затраты корма на 1 кг прироста живой массы снижаются как в натуральном так и денежном выражении.

Таблица 19 – Экономическая оценка производства говядины

В условиях интенсивного животноводства включение сои в состав комбикормов является производственной необходимостью. В группе зернобобовых культур соя занимает особое место из-за повышенного содержания высококачественного белка и жира, которые обеспечивают уровень обменной энергии до 400 ккал в 100 г. Содержание белка в семенах достигает 38 – 45%. Включение сои собственного производства в состав комбикормов безусловно оправдано в экономическом отношении.

Таблица 20 – Экономическая эффективность производства яиц

Так при включении в состав рецепта комбикорма для кур-несушек в пик продуктивности эструдированой сои, вместо дорогостоящего соевого шрота стоимость комбикормов снижается на 6.6%, при одинаковых показателях питательности комбикорма. Основные зоотехнические показатели обеих групп при этом не имели существенных различий.

Из таблицы 20, экономической эффективности производства яиц видно, что при яйценоскости птицы 90%, при использовании комбикорма с эструдированной соей стоимость корма затраченного на 10 яиц снижается относительно использования комбикорма со шротом.

Бройлеры – гибридные цыплята, полученные при скрещивании двух, трёх или большего числа линий кур мясных пород. Они обладают высокой скоростью роста, поэтому ощущают повышенную потребность в энергии и протеине. Рассмотрим экономическую эффективность использования эструдированной сои в комбикормах относительно соевого шрота (таблица 21). Забой птицы производится в 43 дневном возрасте при достижении живой массы 2.5 кг. При этом среднесуточный прирост составляет 58.1 г. При питательности комбикорма для цыплят бройлеров в возрасте с 5 по 7 неделю 295 ккал и средней потребности в энергии в этот период 200 ккал г/гол/сут, потребление корма составит 67.8 г.

Таблица 21 – Экономическая эффективность выращивания бройлеров

Составленный рацион с соевым шротом оказался самым дорогостоящим. Сбалансировать рацион полной заменой соевого шрота на экструдированную сою с таким же набором кормов не представилось возможным, лимитирующим оказался протеин. Поэтому был составлен рацион с частичной заменой соевого шрота на эструдированную сою. При этом экономия затрат корма из расчета на 1 кг прироста составила 0.3 рубля. Существенной экономии затрат удалось добиться введением в рацион наряду с эструдированной соей кукурузного глютена, при этом экономия затрат корма на 1 кг прироста относительно базового рациона составила 2.2 рубля.

Рассмотрим возможность включения экструдированной сои при кормлении дойных коров. В их рационах одним из самых дорогих составляющих является соевый шрот [7, 8]. В производстве возникают такие ситуации, когда соевый шрот отсутствует, в этом случае его по уровню сырого протеина заменяют подсолнечным шротом, но уровень НРП при этом падает, вместе с этим падает уровень молочной продуктивности.

По нашему мнению альтернативой использования дорогостоящего соевого шрота является использование полножировой сои. Наилучшим способом инактивации антипитательных фактров в соевых бобах является их экструдирование, при котором так же повышается уровень НРП.

Таблица 22 – Экономическая эффективность кормления дойных коров

Из таблицы 22, характеризующей экономическую эффективность кормления дойных коров с использованием соевого шрота, подсолнечного шрота и экструдированной сои видно, что использование зерна сои собственного производства даёт экономию затрат корма на 1 кг молока 0.94 руб, за счет снижения стоимости рационов.

Заключение

В результате выполнения научно-исследовательских работ по заказу Министерства сельского хозяйства Российской Федерации за счёт средств федерального бюджета 2019 г.:

1. Разработана новая многокомпонентная растительная кормовая добавка из стебле-листьевой массы стевии, мезги топинамбура и яблочного жома, обоснован её состав, соотношение компонентов, а также уровень включения в рацион лактирующих коров.

2. Определён уровень безопасности многокомпонентной растительной кормовой добавки, а также её положительное влияние на основные физико-химических показателей рубцового пищеварения

3. Установлено стимулирующее влияние на гематологические показатели животных опытной группы за счёт увеличением общего белка на 14,32%, в том числе альбуминовой фракции на 42,7%, уровня глюкозы – на 8,97%, общих липидов – на 24,13%; снижением содержания мочевины – на 25,6%, кетоновых тел – на 3,6%, холестерина – на 4,57%; активности щелочной фосфатазы – на 12,8%, АлАТ – на 19,4%, АсАТ – на 8,66%. Неспецифические показатели клеточного и гуморального иммунитета выросли: ЛАСК на 10,05%, КАСК – на 14,41%, БАСК – на 7,78%. Концентрация МДА снизилась на 16,09, активность СОД выросла на 17,5%, каталазы – на 17,65%, ГПО – на 20,37%, ГР – на 5,37%, концентрация витамина Е увеличилась на 9,36%, антиокислительная активность плазмы крови – на 37,75%.

4. За счёт использования кормовой добавки обладающей биологически активными свойствами зафиксирован рост молочной продуктивности коров на 11% и повышение качественных показателей молока – массовая доля жира возрастает на 0,13%, белка – на 0,22%, лактозы – на 0,24%. Отмечено увеличение количества жировых шариков на 24% и доли казеиновой фракции на 11,79%. Объём молока, относящегося к I классу по сычужно-бродильной пробе и термоустойчивости вырос на 15% и 20% соответственно.

5. Проведена ветеринарно-санитарная оценка молока, показавшая снижение количества МАФАнМ на 25%, а соматических клеток – на 40,74% в опытной группе. Показатели безопасности, такие как содержание антибиотиков, токсичных элементов (свинца, мышьяка, кадмия, ртути), пестицидов, микотоксинов и радионуклидов при применении МРКД не превышали МДУ. Ингибирующие вещества в молоке отсутствовали.

6. Доказано, что включение процесса экструдирования в технологическую цепочку приготовления комбикормов способствует производству высококачественных комбикормов – одному из основных факторов повышения продуктивности животных и птицы и снижения затрат кормов на выращивание современных пород животных и кроссов птицы, имеющих высокий генетический потенциал, высокую интенсивность физиологических и биохимических процессов требующих постоянного и стабильного поступления в их организм высокого уровня питательных и биологически активных веществ.

Список литературы

1. Аристов, А.В. Обмен веществ и продуктивность кур-несушек при скармливании сухого остатка сточных вод мясокомбинатов / А.В. Аристов, Р.Н. Полухин, С.Н. Перов // Актуальные вопросы технологии животноводства, товароведения и ветеринарной медицины. Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского и аспирантского состава факультета технологии животноводства и товароведения и факультета ветеринарной медицины. 2008. – С. 79 – 82.
2. Аристов, А.В. Влияние биологически активных веществ на яйценоскость и качество яиц кур-несушек / А.В. Аристов, Е.И. Шомина // Зоотехния. 2012. — № 9. – С. 26 – 27.
3. Аристов, А.В. Продуктивность кур-несушек современных кроссов в ЦЧР / А.В. Аристов, И.С. Макарова, В.А. Болгова // Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию факультета ветеринарной медицины и технологии животноводства, 2016. – С. 29 – 33.
4. Аристов А.В. Продуктивность цыплят-бройлеров современных кроссов / А.В. Аристов, Д.А. Саврасов, Ю.С. Мельников, Я.И. Чагина // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. 2015. — № 4. — С. 200-202.
5. Востроилов, А.В. Способ кормления сухостойных и дойных коров / А.В. Востроилов, К.К. Полянский, Н.Е. Суркова, С.Н. Семенов, Г.К. Подпоринова, И.Ю. Венцова, Н.В. Вязина // Патент на изобретение RUS 2313951 11.07.2006
6. Дутов, Д.М. Нетрадиционные кормовые источники / Д.М. Дутов, С.Н. Семенов, К.К. Полянский // Молочная промышленность. 2009. — № 7 -. С. 85.
7. Макарова, И.С. Мясная продуктивность цыплят-бройлеров современных кроссов / И.С. Макарова, А.В. Аристов // Актуальные вопросы ветеринарной медицины и технологии животноводства. ВГАУ. — 2017. С. 36-38.
8. Мармурова, О.М. Ветеринарно-санитарные показатели молока коров симментальской породы / О.М. Мармурова, В.В. Алифанов, А.В. Востроилов, Е.С. Сергатских // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2013. — № 1 (36). — С. 244-246.
9. Мармурова, О.М. Интенсификация получения высококачественного пищевого куриного яйца с помощью ДАФС-25 / О.М. Мармурова // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции. Материалы I-й международной конференции по ветеринарно-санитарной экспертизе. Воронежский государственный аграрный университет; 2015. — С. 60-62.
10. Мармурова, О.М. Способ улучшения качества куриного яйца / О.М. Мармурова, Д.С. Джиоев // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции. Материалы III-й международной конференции по ветеринарно-санитарной экспертизе. Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I. 2019. С. 75-77.
11. Пономарёв, А.Н. Кормовые фитодобавки для повышения качества молока / А.Н. Пономарёв, С.Н. Семёнов, С.Г. Шереметова // Молочная промышленность. 2007. — № 7 — С. 27.
12. Савина, И.П. Методическое пособие по влиянию фитокормовой добавки из стевии на ветеринарно-санитарное качество молока и пригодность в производстве сыров / И.П. Савина, С.Н. Семенов // Методическое пособие утверждено на заседании секции «Ветеринарно-санитарная экспертиза» Отделения ветеринарной медицины Россельхозакадемии (протокол №4 от 27.03.2012 г.) — Воронеж, 2012. — 18 с.
13. Савина, И.П. Сыропригодность молока: инновационные пути и решения / И.П. Савина, С.Н. Семенов. — Воронеж, 2017.- 198 с.
14. Семёнов, С.Н. Способ кормления лактирующих коров / С.Н. Семёнов, К.К. Полянский, М.М. Андреев, Д.М. Дутов, Ю.В. Азаров // Патент на изобретение RUS 2378868 13.10.2008.
15. Семёнов, С.Н. Анализ критических точек в технологии получения сырого молока / С.Н. Семёнов, А.Н. Пономарёв, А.В. Кузовлева, К.К. Полянский // Сыроделие и маслоделие. 2012. — № 5. — С. 9-11.
16. Семёнов, С.Н. Ветеринарно-санитарная оценка молока коров при использовании многокомпонентной фитокормовой добавки / С.Н. Семёнов // Инновационное развитие аграрной науки и образования: мировая практика и современные приоритеты. Материалы международной научно-практической конференции. Ministry of Agriculture of the Republic of Azerbaijan, Executive Power of Ganja City, Azerbaijan State Agricultural University. 2015. С. 445-449.
17. Семёнов, С.Н. Ветеринарно-санитарная оценка молока-сырья на фоне использования фитокормовой добавки МРКД-2 / С.Н. Семёнов, А.В. Юрусова // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2015. № 4 (16). — С. 16-17.
18. Семёнов, С.Н. Качество и безопасность молока-сырья как фактор конкурентоспособности молочных продуктов / С.Н. Семёнов, И.П. Савина, П.А. Паршин // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2016. — № 1 (48). — С. 51-55.
19. Семёнов, С.Н. Стевия как ключевой фактор формирования органического животноводства / С.Н. Семенов // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции. Материалы III-й международной конференции по ветеринарно-санитарной экспертизе. ВГАУ. — 2019. — С. 143-145.
20. Швецов, Н.Н. Влияние комбикормов-концентратов с экструдированным зерном на продуктивность и этологию дойных коров / Н.Н. Швецов, А.В. Аристов, С.Н. Семёнов и др. //Актуальные вопросы сельскохозяйственной биологии. 2019. — № 2 (12). — С. 135 – 142.

Список публикаций, вышедших в период проведения научно-исследовательской работы

1. Aristov, A.V. A way to increase the implementation of the bioresource potential of animals and birds / A.V. Aristov, L.A. Esaulova, S.N. Semenov, A.M. Skogorevа, L.A. Matyushevsky //  IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science: Materials 6th International Conference on Agriproducts Processing and Farming. – Voronezh, Russian Federation: IOP Publishing. – 2020. — Vol. 422. – DOI: 10.1088/1755-1315/422/1/012053

2. Plemyashov, K. Broiler chicken meat quality / K. Plemyashov, A. Aristov, S. Semenov, N. Kudinova et all. // Journal of animal science. – Vol. 97. – № S 3. – 2019. – Р. 294 DOI: 10.1093/jas/skz258.595

3. Аристов, А.В. Современные подходы повышения продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, О.М. Мармурова и др. – Монография. – Воронеж: ФГБОУ ВО ВГАУ, 2019. – 203 с.

4. Аристов, А.В. Методические рекомендации по использованию в рационах коров многокомпонентной фитокормовой добавки / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, М.А. Фальков, Н.А. Кудинова // утверждены Департаментом аграрной политики Воронежской области 20.12.2019. – Воронеж: ФГБОУ ВО ВГАУ, 2019. – 18 с.

5. Аристов, А.В. Практические рекомендации по использованию растительного плодового корма в рационах цыплят-бройлеров на современном предприятии / А.В. Аристов, С.Н. Семёнов, Н.А. Кудинова // утверждены Департаментом аграрной политики Воронежской области 20.12.2019. – Воронеж: ФГБОУ ВО ВГАУ, 2019. – 17 с.

6. Аристов, А.В. Зоогигиеническая и ветеринарно-санитарная оценка силосованных кормов / А.В. Аристов, Н.А. Кудинова // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 36 – 39.

7. Карасева, А.Ю. Влияние физиологических факторов на ветеринарно-санитарные показатели молока / А.Ю. Карасева, С.Н. Семенов // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 33 – 36.

8. Кудинова, Н.А. Оценка качества и питательности кормов, приготовленных посредством экструзионной обработки / Н.А. Кудинова, А.В. Аристов // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 282 – 284.

9. Кудинова, Н.А. Продуктивное действие силоса, приготовленного с использованием комбинации молочнокислых бактерий / Н.А. Кудинова, А.В. Аристов // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 284 – 287.

10. Семенов, С.Н. Динамика показателей рубцового пищеварения на фоне использования новой кормовой фитокомпозиции / С.Н. Семенов, М.М. Андреев // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 146 – 148.

11. Семенов, С.Н. Стевия как ключевой фактор формирования органического животноводства / С.Н. Семенов // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 143 – 145.

12. Кудинова, Н.А. Оценка качества и питательности силосованных многолетних бобовых трав / Н.А. Кудинова, А.В. Аристов // Ветеринарно-санитарные аспекты качества и безопасности сельскохозяйственной продукции: Матер. III-й междунар. конф. по ветеринарно-санитарной экспертизе. – Воронеж: Воронеж. гос. аграр. ун-т, 2019. – С. 290 – 291.

13. Швецов, Н.Н. Влияние комбикормов-концентратов с экструдированным зерном на продуктивность и этологию дойных коров / Н.Н. Швецов, А.В. Аристов, С.Н. Семенов и др. // Актуальные вопросы сельскохозяйственной биологии, 2019. – № 2. – С. 135 – 141.

Приложения

Реферат

Отчет 61 с., 1 кн., 7 рис., 27 табл., 29 источн., 4 прил.

Микроудобрения, бор, марганец, медь, цинк, чернозем выщелоченный, озимая пшеница, урожайность, качество урожая

Объектом исследований является озимая пшеница сорта «Алая Заря» селекции ФГБОУ ВО Воронежского ГАУ; стандартные удобрения: аммиачная селитра, мочевина, хлористый калий, суперфосфат двойной, азофоска; микроэлементы: медь, цинк, марганец, бор как в составе простых соединений (CuSO₄, ZnSO₄, MnSO₄, H₃BO₃), так и в составе комплексов – с трилоном Б и рядом других комплексообразователей. Последние были в составе промышленных препаратов «Полидон Амино Старт» и «Полидон Профи»; чернозем выщелоченный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на покровном суглинке.

Цель работы – изучить эффективность предпосевной обработки семян и листовой подкормки озимой пшеницы растворами микроэлементов на урожайность и качество зерна озимой пшеницы.

В процессе работы проводились лабораторные, вегетационные и полевые опыты по изучению влияния микроэлементов на энергию прорастания, лабораторную всхожесть, урожайность и качество зерна озимой пшеницы.

В результате исследований обоснована целесообразность предпосевной обработки семян и листовой подкормки озимой пшеницы микроэлементами. Даны рекомендации производству.

Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: значимое положительное влияние микроэлементов на энергию прорастания, лабораторную всхожесть, урожай и качество зерна озимой пшеницы при минимальном расходе препаратов.

Степень внедрения – внедрение результатов исследований проведено в ООО «Сельхозинвест» Тербунского района Липецкой области на посевах озимой пшеницы площадью 3000 га.

Эффективность предложенных приемов определяется низкой стоимостью препаратов и значительным влиянием на урожай и качество зерна озимой пшеницы. Эти приемы могут применяться в технологии возделывания озимой пшеницы в ЦЧЗ.

Введение

В настоящее время агрохимической службой страны установлено, что большинство почв Российской Федерации имеет недостаточное содержание микроэлементов. Например, в Воронежской области 99,7% площади пашни имеют низкую обеспеченность цинком, 96,5% — медью, 61% — марганцем. В то же время новые высокопродуктивные сорта сельскохозяйственных культур, имеющие интенсивный тип обмена веществ и выращиваемые по интенсивным технологиям, требуют достаточной обеспеченности почвы всеми элементами питания, в том числе и микроэлементами. Поэтому их дефицит может стать фактором, сдерживающим дальнейший рост урожаев и качества сельскохозяйственных культур [12].

Потребность в микроудобрениях растет также и в связи с расширением применения высококонцентрированных макроудобрений, которые лучше очищены и почти не содержат примесей микроэлементов. Кроме того, внесение повышенных доз азота, фосфора и калия сдвигает ионное равновесие почвенного раствора часто в сторону, неблагоприятную для поглощения растениями микроэлементов [3].

Между тем применение микроудобрений технологически не сложно и не требует больших затрат труда и средств. Помимо непосредственного внесения в почву, можно использовать их для обработки семян перед посевом, совмещая эту операцию с протравливанием, и некорневых подкормок в период вегетации культур совместно с обработкой пестицидами [3].

В современных условиях наметилась тенденция к использованию микроудобрений на хелатной основе, обладающих более эффективным действием по сравнению с простыми солями. Однако технологии их применения в основном базируются на рекомендациях зарубежных ученых и поэтому требуют более детального изучения в конкретных условиях сельскохозяйственного производства нашей страны [25].

Одной из основных сельскохозяйственных культур является озимая пшеница. По данным Росстата в 2018 году на ее долю приходилось 56,1% всех посевов РФ. Среднегодовая урожайность культуры при этом была не высокой и составляла 35,1 ц/га. При этом стоит отметить, что хотя в последнее десятилетие наметился тренд в сторону повышения урожайности этой культуры, но все же есть резервы дальнейшего ее увеличения. Толчком к этому может послужить внедрение передовых технологий в процесс выращивания озимой пшеницы, в том числе использование новых видов микроудобрений на хелатной основе [23].

В связи с этим целью наших исследований было установить влияние обработки семян и некорневых подкормок микроэлементами, находящимися в составе удобрений как в виде простых солей, так и в хелатной форме, на лабораторную всхожесть семян озимой пшеницы, ее урожайность и показатели качества в условиях лабораторного, вегетационного и полевого опытов.

В задачи исследований входило:

1. Изучить влияние микроэлементов, находящихся в составе удобрений как в виде простых солей, так и в хелатной форме, на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян озимой пшеницы.

2. Изучить влияние обработки семян и некорневых подкормок микроэлементами, находящимися в составе как промышленных комплексных препаратов, так и в водном растворе простых соединений в хелатной форме, на урожайность зеленой массы озимой пшеницы в условиях вегетационного опыта.

3. Установить влияние некорневых подкормок микроэлементами, находящимися в составе как промышленных комплексных препаратов, так и в водном растворе простых соединений в хелатной форме, на урожайность и качество урожая озимой пшеницы в условиях полевого опыта.

Научная и практическая значимость. Изучена сравнительная эффективность новых предлагаемых рынком препаратов на основе микроэлементов и смеси простых солей микро- и макроэлементов в хелатной форме. Обоснована целесообразность предпосевной обработки семян и листовой подкормки озимой пшеницы микроэлементами. Применение этих приемов в практике сельскохозяйственного производства позволит увеличить урожайность и повысить качество зерна озимой пшеницы при минимальных материально-денежных затратах вследствие низкой стоимости препаратов (Н₃ВО₃, ZnSO₄, MnSO₄, CuSO₄).

1. Обзор литературы

1.1 Физиологическая роль микроэлементов в жизни растений

В настоящее время выяснено, что микроэлементы входят в состав большого числа ферментов, роль которых в жизни растений велика: они ускоряют биохимические реакции, обеспечивая их протекание при обычной температуре организма. При недостатке отдельных микроэлементов, входящих в состав ферментов, активность последних резко снижается. Доказано положительное влияние микроэлементов на способность растений противостоять неблагоприятным условиям зимовки, а также на холодостойкость, жаростойкость, устойчивость к полеганию, солеустойчивость, засухоустойчивость [3, 27].

Микроэлементы, хотя и необходимы растениям в меньшем количестве, чем макроэлементы, выполняют жизненно важные функции в растительном организме, и без них растение не может полноценно закончить период своего развития.

К одним из наиболее важных для растений микроэлементов относят бор. Его положительное действие на растения впервые было отмечено еще в 1902 г. В дальнейшем, по мере развития науки, учеными было установлено, что функции бора в растительном организме, прежде всего, связаны со следующими основными процессами:

1. Метаболизмом углеводов и передвижением сахаров.

2. Синтезом ДНК, РНК и фитогормонов.

3. Образованием клеточных стенок.

4. Развитием тканей [9, 25].

Исключительно важную функцию бор выполняет в углеводном обмене. Полагают, что его роль особенно существенна в переносе сахаров, поскольку боратно-полисахаридный комплекс более подвижен, чем полярные молекулы сахаров.

Бор повышает содержание в растениях витаминов группы В и аскорбиновой кислоты. М.Я Школьником (1974) доказана положительная роль этого элемента в нуклеиновом обмене. Исключение бора из питательной среды у бобовых растений приводит к прекращению синтеза ДНК у большинства клеток [28].

Бор регулирует азотный обмен растений. Обнаружено, что при нормальном борном питании содержание аминокислот в растениях возрастает, а органических кислот уменьшается. Наблюдается усиление синтеза амидов, аминокислот и белков в растительном организме.

Бор также играет важную роль в развитии репродуктивных органов растений, в процессах оплодотворения. Внесение борных удобрений сопровождается усиленным притоком сахаров к репродуктивным органам, что способствует лучшему прорастания пыльцы, усиливает поступление воды в пыльцевые трубки растений и повышает семенную продуктивность.

При некорневой подкормке бором повышается интенсивность фотосинтеза в утренние и вечерние часы, а при его введении в питательный раствор наблюдается четырехкратное повышение общего содержания хлорофилла [9, 10].

Ученые отмечают, что при борном голодании происходит накопление фенолов, что, в конечном счете, и ведет к нарушению формирования репродуктивных органов и процесса оплодотворения, нарушениям в нуклеиновом и белковом обмене и другим негативным процессам. Из-за этого злаки, у которых не накапливаются фенолы при формировании вегетативных органов, отличаются меньшей потребностью в боре. Острые симптомы борного голодания проявляются у них только при формировании репродуктивных органов. В то же время у двудольных растений при недостатке бора в раннем возрасте либо одновременно и быстро наступает подавление роста корней и отмирание точек роста (подсолнечник, томаты и др.), либо быстро проявляется подавление роста корней, а позднее – отмирание точек роста стебля [21, 22].

В растения бор поступает в форме аниона и находится там в составе органических соединений типа многоатомных спиртов и эфиров. По данным В.Б. Ильина (1973) при содержании бора менее 10 мг/кг в сухой массе злаков растения испытывают дефицит элемента, а при содержании более 190 мг/кг сухого вещества бор оказывает токсичное действие на них [6].

Другим микроэлементом необходимым для роста и развития растения выступает марганец. В клетках растительного организма максимальное количество марганца сосредоточено в цитоплазме. Из клеточных органелл больше всего марганца содержится в хлоропластах.

Его роль в растительном организме связана с активацией многочисленных ферментов, особенно при фосфорилировании. Благодаря способности переносить электроны путем изменения валентности он участвует в различных окислительно-восстановительных реакциях. В световой реакции фотосинтеза он участвует в расщеплении молекулы воды.

Марганец играет существенную роль в регулировании генетической функции растений. При его дефиците в растениях снижается содержание ДНК и РНК [4]. Важную роль выполняет марганец и в азотном обмене, усиливая синтез аминокислот, полипептидов, белков и аскорбиновой кислоты. Он принимает участие в процессе восстановления нитратного азота до аммиака, катализируя деятельность таких ферментов, как нитратредуктаза и гидроксиламинредуктаза. В связи с этим недостаток марганца в растениях способствует избыточному накоплению нитратов в продукции.

При недостатке марганца в растении накапливается закисное железо, а при его избытке — окисное железо, в результате чего возникает хлороз листьев.

Особенно требовательны к достаточному содержанию доступного марганца в почве злаки, свекла, картофель, плодовые и ягодные культуры [16, 24].

Нормальное функционирование растительного организма возможно при определенном содержании марганца в растениях. Оно определяется так называемыми пороговыми концентрациями, которые для пшеницы составляют:

– пределы нижнего порога при явлениях недостаточности – 4-5 мг/кг сухой массы;

– пределы нормального содержания – 16-190 мг/кг сухой массы;

– пределы верхнего порога при явлениях токсикоза – 1000-2500 мг/кг сухой массы [7, 8].

Разнообразные физиологические функции в растительном организме выполняет и такой микроэлемент как цинк. Он оказывает большое влияние на окислительно-восстановительные процессы, скорость которых при его недостатке заметно снижается. Дефицит цинка ведет к нарушению процессов превращения углеводов. При этом отмечено, что недостаток цинка сильнее проявляется у растений, богатых углеводами.

Цинк участвует в активации ряда ферментов, связанных с процессом дыхания. Первым ферментом, в котором был открыт цинк, является карбоангидраза, где на его долю приходится 0,33-0,34%. Цинк входит также в состав других ферментов – триозофосфатдегидрогеназы, пероксидазы, каталазы, оксидазы, полифенолоксидазы и мн. др.

Значение цинка для роста растений тесно связано с его участием в азотном обмене. Дефицит цинка приводит к значительному накоплению растворимых азотных соединений – амидов и аминокислот, что нарушает синтез белка. Под влиянием цинка повышаются синтез сахарозы, крахмала, общее содержание углеводов и белковых веществ. Цинковые удобрения повышают засухо-, жаро- и холодоустойчивость растений.

Многими исследователями доказана связь между обеспеченностью растений цинком и образованием и содержанием в них ауксинов. Цинковое голодание вызывается отсутствием активного ауксина в стеблях растений и пониженной его деятельностью в листьях.

Все культурные растения по отношению к недостатку цинка делятся на три группы: очень чувствительные, среднечувствительные и слабочувствительные. Озимую пшеницу относят к третьей группе. Однако, из-за его большой роли в накоплении белка и крахмала, он необходим в питании этой культуры.

Недостаток цинка для растений наблюдается чаще всего на песчаных и карбонатных почвах. Мало доступного цинка на торфяниках, а также на некоторых малоплодородных почвах.

Содержание цинка в различных органах растительного организма различается. Наиболее высокое оно в листья и точках роста, генеративных органах, где он концентрируется преимущественно в зародышах семян, в стеблях его меньше. Поэтому недостаток цинка сильнее сказывается на образовании семян, чем на развитии вегетативных органов [7, 8, 28].

Весьма специфична в растительном организме и роль меди. Она участвует в углеводном и белковом обменах растений. Под влиянием меди повышается как активность пероксидазы, так и синтез белков, углеводов и жиров. Недостаток меди вызывает у растений понижение активности синтетических процессов и ведет к накоплению растворимых углеводов, аминокислот и других продуктов распада сложных органических веществ. Также медь положительно влияет на образование хлорофилла и препятствует его разрушению.

Несмотря на то, что ряд других макро- и микроэлементов оказывает большое влияние на скорость окислительно-восстановительных процессов, действие меди в этих реакциях является специфическим и она не может быть заменена каким-либо другим элементом. Связано это с тем, что медь входит в состав ряда важнейших окислительных ферментов – полифенолоксидазы, аскорбинатоксидазы, лактазы, дегидрогеназы и др. Указанные ферменты осуществляют реакции окисления переносом электронов с субстрата к молекулярному кислороду, который является акцептором электронов. В связи с этой функцией валентность меди в окислительно-восстановительных реакциях изменяется (от двухвалентного к одновалентному состоянию и обратно).

Медь участвует и в ассимиляции различных форм минерального азота. При питании нитратами недостаток меди тормозит образование ранних продуктов их восстановления и вначале не сказывается на обогащении азотом аминокислот, амидов, белков, полипептидов. В дальнейшем же наблюдается сильное торможение обогащением ¹⁵N всех фракций органического азота, причем особенно значительно в амидах. При питании аммиачным азотом недостаток меди задерживает включение азота в белок и пептиды уже в первые часы после внесения азотной подкормки. Это указывает на особую роль меди при применении аммиачного азота.

Характерной особенностью действия меди является то, что этот микроэлемент повышает устойчивость растений против грибных и бактериальных заболеваний, в частности снижает заболевание зерновых культур различными видами головни.

Среди сельскохозяйственных культур самой высокой чувствительностью к недостатку меди характеризуется пшеница. Симптомы недостатка меди у нее проявляются в виде побеления и подсыхания верхушек молодых листьев. Все растение приобретает светло-зеленую окраску, колошение задерживается. При сильном медном голодании высыхают стебли. Такие растения совсем не дают урожая, или урожай бывает очень низкий и плохого качества.

Содержание подвижной меди в почвах нашей страны изменяется от 0,5 до 50 мг/кг почвы. Наиболее низким ее содержанием характеризуются дерново-подзолистые почвы (0,5-5 мг/кг почвы), выше ее содержание в черноземах, а богаты подвижной медью красноземы, каштановые и бурые почвы [7, 8, 28].

Таким образом, бор, марганец, цинк, медь и другие микроэлементы играют важную роль в жизни растений. Однако стоит помнить то, что многие микроэлементы в избыточном количестве вредны для растений, так как являются тяжелыми металлами, этому свиде­тельствуют многочисленные исследования [1, 11, 18].

Микроэлементы и тяжелые металлы — понятия, относящиеся к одним и тем же элементам и характеризующие их концентрацию в почве, продукции растениеводства и животноводства. Справедливо использовать термин «тя­желый металл» (ТМ), когда речь идет об опасных для живых организмов концентрациях элемента, и говорить о нем же, как о микроэлементе в том случае, когда он находится в почве, растении, организме животных и челове­ка в нетоксических концентрациях или используется в малых количествах как микроудобрение [2]. В настоящее время разработаны предельно-допустимые концентрации элементов как в почве, так и в продовольственном сырье (таблица 1).

Таблица 1. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в почве и зерне

Обеспеченность сельскохозяйственных культур химическими элемен­тами питания, в том числе микроэлементами, определяется преимущественно их запасом в почвах. Однако для прогнозирования и практического примене­ния микроудобрений большое значение имеет оценка почв по обеспеченно­сти подвижными (доступными для растений) формами микроэлементов [20].

1.2 Влияние микроэлементов на урожайность и качество зерна озимой пшеницы

Обострившиеся в последнее время экономические и экологические проблемы требуют значительных изменений в применяемых технологиях в сторону их биологизации и ресурсосбережения. Это открывает пути к разработке новых направлений при возделывании сельскохозяйственных культур с использованием биологических средств защиты растений, регуляторов роста и микроэлементных удобрений.

Анализ содержания основных микроэлементов в почвах Воронежской области показал, что они имеют низкую обеспеченность подвижными формами бора, меди, цинка, марганца. В этих условиях получение высоких и стабильных урожаев основных сельскохозяйственных культур без внесения микроэлементных удобрений весьма проблематично. Между тем многочисленными исследованиями установлено, что их использование на посевах озимой пшеницы повышает полевую всхожесть семян, продуктивную кустистость, число зерен в колосе, урожайность и качество зерна. Они экономически выгодны и экологически безопасны [12].

Так, в опыте Н.Г. Мязина и Т.М. Толоконникова (2012) на черноземе выщелоченном использование для некорневых подкормок меди и бора в форме медного купороса и борной кислоты давало прибавку урожая по отношению к контролю – 2,9 и 2,7 ц/га, соответственно, увеличивало содержании белка и клейковины на 1,7 и 2,2%; 1,4 и 0,6%. Несколько ниже прибавка урожая была при некорневых подкормках сульфатом цинка и сернокислым марганцем – 2,2 и 1,6 ц/га, соответственно. Содержание белка и клейковины при этом увеличивалось на 0,7 и 1,8%; 1,1 и 2,8%. Наибольшая урожайность озимой пшеницы отмечалась в случае некорневых подкормок препаратом Мастер, содержащим микроэлементы в хелатной форме. Здесь же наблюдалось и самое высокое содержание белка и клейковины – 13,9 и 30,8%, соответственно [26].

Ученые Кубанского ГАУ также отмечали положительное действие поликомпонентной смеси микроэлементов (Mn, Zn, Cu, Co, Li, B), применяемых в некорневую подкормку в виде хелатных комплексов на продуктивность и качество зерна озимой пшеницы. При этом наибольшая эффективность поликомпонентного удобрения проявилась при подкормке в фазу кущения [15].

В опыте по изучению влияния бора, марганца и цинка на формирование урожайности озимой пшеницы было получено, что предпосевная обработка семян увеличивала их энергию прорастания (в среднем на 2,0%), а также полевую и лабораторную (на 2,3%) всхожесть. Предпосевную обработку проводили перед посевом из расчёта 1,0 л на 1 ц семян 0,1 % растворами микроэлементов, в период вегетации – 0,3 л на 15 м² [19].

Проведенные Костиным В.В. и др. (2017) исследования по изучению действия микроэлементов-синергистов цинка и марганца на фотосинтетические показатели и урожайность озимой пшеницы при предпосевной обработке семян, некорневой подкормке в конце второй фазы органогенеза, при обработке семян плюс некорневой подкормке опытной культуры показывали, что под влиянием микроэлементов энергия прорастания увеличивалась на 3,66-5,11 %, лабораторная всхожесть на 1,83-3,04%. При использовании микроэлементов количество продуктивных стеблей увеличивалось на 1,8–6,3 %, количество зёрен в колосе – на 2–6 %, масса зерна с одного колоса – на 8,6–12,5 %, масса 1000 зерен – на 3,8–5 %. Урожайность на опытных вариантах повышалась на 0,23–0,87 т/га, при урожайности на контроле 3,54 т/га. Ученые пришли к выводу, что под влиянием цинка и марганца происходила активация ростовых процессов озимой пшеницы, способствующих улучшению посевных качеств семян, за счет увеличения энергии прорастания, всхожести, силы роста и усиления продукционного процесса, что в конечном итоге привело к повышению урожайности.

При этом зерно пшеницы обладало более высокими технологическими показателями за счет увеличения стекловидности на 2,1– 7,9 %, натуры зерна на 1,2–3,1 %, и массовой доли клейковины – на 4,6–11,9 %. Наблюдалось улучшение физико-химических свойств за счет увеличения степени гидратации. По показанию ИДК сформировалось зерно I и II групп качества. Установлены положительные связи для индекса деформации, массовой доли и степени гидратации клейковины [13].

Щукиным В.Б. и др. (2006) установлено влияние микроэлементов на формирование продуктивного стеблестоя растениями озимой пшеницы. Причем важное значение здесь имеет срок проведения подкормки. Так, при внесении бора, марганца и меди в начале выхода в трубку отмечалось снижение величины продуктивной кустистости по сравнению с контролем. В среднем за 1993–1995 гг. оно составляло по бору 5,7%, по меди и марганцу – 6,1%. В 1999–2002 гг. аналогичное снижение составляло по бору 1,46%, по меди –2,91%. Ученые связали это со снижением под влиянием бора, марганца и меди количества фитогормонов, из-за чего замедлялся рост побегов и в конечном итоге их дифференциация, что и отражалось на величине продуктивной кустистости.

Цинк, по данным Школьника М. Я. (1974), не вызывает снижения количества фитогормонов и, вероятно, вследствие этого величина продуктивной кустистости при внесении цинка в начале выхода в трубку была выше, чем при внесении бора, меди и марганца, и приближалась или же превышала контрольный вариант [28].

При некорневых подкормках в фазу колошения различия по величине продуктивной кустистости были малы. В эту фазу рост побегов и формирование генеративных органов в основном завершены, поэтому внесение микроэлементов на величину продуктивной кустистости значительного влияния не оказывало.

Изменение продуктивной кустистости отразилось на густоте стояния растений. Наибольшие различия по количеству растений к уборке между вариантами с некорневыми подкормками микроэлементами отмечались при внесении микроэлементов в начале выхода в трубку [29].

Лазаревым В.И. и Вартановой А.Б. (2014) изучалась сравнительная эффективность водорастворимых комплексных удобрений содержащих основные микроэлементы (бор, железо, медь, марганец, цинк) в хелатной форме – Новоферт, Nагро, Аквадон-Микро и Изагри при обработке семян и вегетирующих растений, в условиях черноземных почв Курской области. В среднем за годы исследований урожайность при обработке семян озимой пшеницы комплексными удобрениями с микроэлементами прибавка урожая была примерно равной и составляла 3,1-4,0 ц/га.

В вариантах с обработкой семян и двукратной обработкой посевов озимой пшеницы эффективность микроэлементных удобрений возрастала. Так, обработка семян и двукратная обработка посевов озимой пшеницы в фазе кущения и фазе начало выхода в трубку комплексными удобрениями с микроэлементами Новоферт, Изагри и Nагро обеспечивала получение 56,9-57,2 ц/га при урожайности в контрольном варианте равной 47,6 ц/га.

Результаты проведенных анализов также свидетельствуют о незначительном влиянии комплексных удобрений с микроэлементами, используемых только при обработке семян, на содержание сырой клейковины в зерне озимой пшеницы – 28,2-28,7%, при содержании клейковины на контроле равном 27,8%. Эффективность же использования микроэлементных удобрений при обработке семян и вегетирующих растений была значительно выше. Например, обработка семян комплексным удобрением с микроэлементами Новоферт (100 г/т) в сочетании с двукратной обработкой посевов в дозе 3 кг/га повышала содержание сырой клейковины в зерне озимой пшеницы на 2,0% [14].

Таким образом, на основе анализа литературных данных можно сказать, что во многих случаях применение микроэлементов под озимую пшеницу имеет положительный эффект. В то же время есть сведения об отрицательном действии некоторых микроэлементов, например, на продуктивную кустистость озимой пшеницы и густоту стояния растений к уборке.

Стоит отметить, что в настоящее время появился большой ассортимент удобрений, содержащих микроэлементы в хелатной форме. Однако если действие простых солей микроэлементов изучено в большей степени, то удобрения, содержащие микроэлементы в хелатной форме, еще нуждаются в проверке в конкретных условиях.

2. Объекты, методы и условия проведения исследований

2.1 Объекты исследований

Для изучения действия микроэлементов на озимую пшеницу исследования проводили со следующими объектами: озимая пшеница сорта «Алая Заря» селекции ФГБОУ ВО Воронежского ГАУ; стандартные удобрения: аммиачная селитра, мочевина, хлористый калий, суперфосфат двойной, азофоска; микроэлементы: медь, цинк, марганец, бор как в составе простых соединений (CuSO₄, ZnSO₄, MnSO₄, H₃BO₃), так и в составе комплексов – с трилоном Б и рядом других комплексообразователей. Последние были в составе промышленных препаратов «Полидон Амино Старт» и «Полидон Профи»; чернозем выщелоченный среднемощный малогумусный тяжелосуглинистый на покровном суглинке.

Препарат «Полидон Амино Старт» характеризуется показателями, представленными в таблице 2.

Таблица 2. Состав и свойства препарата «Полидон Амино Старт»

В его состав входят: гидролизат растительных белков, полисахариды, композиция биополимеров и мембраноактивных компонентов, L-аминокислоты (аланин, аргинин, аспарагиновая кислота, аспарагин, валин, глутаминовая кислота, глутамин, глицин, гистидин, гидрооксипролин, пролин, лейцин, изолейцин, лизин, гидрооксилизин, метионин, серин, треонин, триптофан, тирозин, дийодтирозин, фенилаланинцистеин).

Препарат «Полидон Профи» характеризуется составом и свойствами, представленными в таблице 3.

Таблица 3. Состав и свойства препарата «Полидон Профи»

Агрохимические свойства почвы, использованной для вегетационного опыта представлены в таблице 4. Перед закладкой вегетационного опыта почва по степени кислотности относилась к среднекислой и имела повышенную степень насыщенности основаниями. Содержание подвижного фосфора соответствовало классу средней обеспеченности, а обменного калия – повышенной.

Таблица 4. Агрохимические свойства почвы перед закладкой вегетационного опыта

Агрохимические свойства почвы в полевом опыте представлены в таблице 5. Перед закладкой полевого опыта почва, также как и почва для вегетационного опыта, по степени кислотности относилась к классу среднекислой с повышенной степенью насыщенности основаниями (83,4%). Содержание подвижного фосфора в данной почве соответствовало классу повышенной обеспеченности, а обменным калием – высокой.

Таблица 5. Агрохимические свойства почвы в полевом опыте

Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах представлено в таблице 6.

Таблица 6. Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах (мг/кг почвы) вегетационного и полевого опытов, 2019 г.

Полученные данные свидетельствуют о том, что почва в вегетационном опыте по обеспеченности подвижной формой микроэлементов (медь, цинк, бор) характеризуется как низко обеспеченная. И только обеспеченность почвы марганцем соответствует среднему уровню, что для получения высоких урожаев является недостаточным.

Почва в полевом опыте в целом характеризуется аналогично.

Таким образом, одним из факторов, сдерживающим рост урожайности культуры, могло быть недостаточное содержание микроэлементов, а также повышенная почвенная кислотность, так как озимая пшеница наиболее благоприятно развивается при рН_KCl 6,0–6,5. Повышение кислотности и соответствующее снижение величины рН_KCl до 4,5–4,8 снижает ее урожайность в 1,5–2 раза.

2.2 Методы исследований

Оценку действия микроэлементов на озимую пшеницу проводили в лабораторном, вегетационном и полевом опытах. Для предпосевной обработки семян и некорневой подкормки растений пшеницы микроэлементами использовали 0,05% растворы вышеуказанных солей и 0,05% раствор борной кислоты. Рабочий раствор препарата «Полидон Амино Старт» готовили в соответствии с инструкцией по применению разбавлением в воде в двадцать раз. Рабочий раствор препарата «Полидон Профи» – готовили разбавлением в десять раз.

Зерно озимой пшеницы обрабатывали рабочими растворами с экспозицией десять секунд. Это, с одной стороны, гарантировало полный контакт всей поверхности зерен с препаратом, с другой стороны, приближало воздействие препарата по времени к производственной технологии предпосевной обработки семян.

Оценку влияния микроэлементов на энергию прорастания и лабораторную всхожесть озимой пшеницы проводили методом проращивания семян в рулонах бумаги (ГОСТ 12038-84). Это, в отличие от других методов, позволяло определять как энергию прорастания и лабораторную всхожесть, так и получать дополнительную информацию о влиянии микроэлементов на длину ростков.

Для изучения действия солей отдельных микроэлементов на зерно готовили 0,05% растворы из химически чистых соединений в дистиллированной воде. Для оценки действия микроэлементов в реальных условиях рабочие растворы готовили на природной воде (предварительно из воды удаляли хлор ее отстаиванием в течение суток).

Учитывая литературные сведения об усиленном действии на зерно смеси микроэлементов в сочетании с макроэлементами, в схемы опытов кроме микроэлементов входили азот, фосфор и калий. Кроме того схемы различались по концентрации раствора микроэлементов (таблицы 7–8). Кроме 0,05% растворов микроэлементов испытывались 0,005% растворы.

В отличие от лабораторного опыта в вегетационном опыте определяли комплексное воздействие микроэлементов на озимую пшеницу. При этом проводили как предпосевную обработку семян рабочими растворами микроэлементов со стандартной концентрацией в природной воде, так и некорневые подкормки растений микроэлементами в середине и в конце фазы кущения.

Таблица 7. Схема лабораторного опыта по изучению действия микроэлементов на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян озимой пшеницы (рабочие растворы на дистиллированной воде)

Таблица 8. Схема лабораторного опыта по изучению действия микроэлементов на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян озимой пшеницы (рабочие растворы на природной воде)

Вегетационный опыт с почвенными культурами был заложен 19.04.2019 г. В опыте использовались цилиндрические сосуды, диаметром 20 см, высотой 40 см. Масса сухой почвы – 10 кг. Почва в сосудах (кроме контрольного варианта) предварительно смешивалась с макроэлементами в дозе N_0,1P_0,1K_0,1. При этом на один сосуд приходилось 6,25 г азофоски (марка 16:16:16).

Схема вегетационного опыта по изучению действия комплекса микроэлементов представлена в таблице 9.

Таблица 9. Схема вегетационного опыта с микроэлементами

Повторность вегетационного опыта пятикратная. Полив растений в период роста проводили не природной, а дистиллированной водой (чтобы исключить искажающее действие солей, содержащихся в природной воде). Учет урожая зеленой массы растений озимой пшеницы проведен 06.06.2019 г.

Изучение действия листовых подкормок пшеницы микроэлементами проведено в полевом опыте. Полевой опыт с микроэлементами проведен на базе стационарного полевого опыта кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии на варианте с систематическим внесением оптимальной дозы минеральных удобрений под озимую пшеницу (N₆₀P₆₀K₆₀). Предшественник – вико-овсяная смесь. Схема опыта включает аналогичные варианты, что и в вегетационном опыте. Отличие полевого опыта состоит в отсутствии предпосевной обработки семян микроэлементами. Общая площадь опытной делянки 17,8 м ×2,8 м = 49,8 м², учетная – 2,0 м × 17,0 м = 34 м². Повторность опыта четырехкратная. Размещение вариантов в пространстве – рендомизированное, в два яруса.

Таким образом, в полевом опыте изучается действие микроэлементов в виде некорневой подкормки растений данными растворами в фазу кущения и трубкования. Первое опрыскивание (конец кущения – начало трубкования) проведено 25.04.2019 г. после 20.00 часов ранцевым опрыскивателем при понижении температуры воздуха до 20⁰С. Второе опрыскивание (конец трубкования – начало колошения) проведено 22.05.2019 г.

Перед уборкой урожая (13.07.2019 г.) поделяночно отобраны сноповые образцы пшеницы для определения структуры урожая. Учет урожая проведен сплошным методом, прямым комбайнированием специальным комбайном марки Terrion SR 2010.

Агрохимический анализ почвенных и растительных образцов проведен в лаборатории кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии общепринятыми методами. В почве определяли: влажность – термостатно-весовым методом (ГОСТ 28268–89); рН_KCl – потенциометрическим методом в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26483-85); гидролитическая кислотность – по Каппену (ГОСТ 26212-91); содержание обменного кальция и магния – комплексонометрическим методом (ГОСТ 26487-85); содержание аммонийного азота – фотометрическим методом (ГОСТ 26489); содержание нитратного азота – потенциометрическим методом (ГОСТ 26488); содержание подвижных форм фосфора и калия – по Чирикову в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-91); содержание подвижных форм меди, цинка и марганца – на атомно-адсорбционном спектрофотометре в ацетатно аммонийной вытяжке с рН 4,8 (РД 52.18.289–90), бора – (ГОСТ 50688–94).

В растениях определяли: содержание азота (ГОСТ 13496-93) и фосфора (ГОСТ 26657-97) – колориметрическим методом, калия – на пламенном фотометре (ГОСТ 30504-97); содержание меди, цинка и марганца – на атомно-адсорбционном спектрофотометре (ГОСТ 30692–2000), бора – (МУ ЦИНАО, 1977); количество и качество клейковины – по ГОСТ Р 54478-2011; натура зерна – на пурке (ГОСТ 10840-2017); масса 1000 зерен – весовым методом (ГОСТ ISO 520-2014) [17].

2.3 Условия проведения опыта

Для озимой пшеницы погодные условия 2018–2019 гг. нельзя оценить однозначно, таблица 10. Так, посев и дальнейшее осеннее развитие пшеницы осенью 2018 г. проходили при повышенной температуре, в среднем – на 2–4⁰С выше среднемноголетней для этого периода.

Таблица 10. Метеоусловия периода вегетации озимой пшеницы, 2018-2019 гг.

Повышенной температуре воздуха осенью соответствовала высокая засушливость. В августе 2018 г. осадков выпало в три раза меньше нормы и, соответственно, посев и всходы растений шли при недостатке влаги.

Зимовка пшеницы, напротив, проходила в благоприятных условиях. Уже в декабре выпало очень много снега, что позволило растениям легко перенести декабрьские и январские морозы.

Весна и весеннее снеготаяние проходили для пшеницы также наилучшим образом. Несмотря на повышенное количество осадков в марте, накопленный снег таял постепенно, начиная с февраля. Предполагаемого сильного половодья не было, как и поверхностного стока. Все зимние запасы влаги ушли в почву, создав в ней мощный влагозапас.

Таким образом, возобновление вегетации озимой пшеницы весной шло при хорошем обеспечении почвы влагой в сочетании с более теплой, чем обычно погодой (на 2⁰С).

Дальнейшее развитие озимой пшеницы (конец кущения, трубкование, колошение, цветение) также проходило при более теплой погоде (на 2–4⁰С выше, чем обычно) и с хорошей увлажненностью почвы. Дополнительно на высокие почвенные влагозапасы наложились обильные осадки в мае (в два раза выше нормы).

Однако в последующем месяце – июне – условия развития пшеницы сменились на противоположные, резко отрицательные. Очень жаркая погода (днем до 35–37⁰С и до 25⁰С – ночью) в сочетании с почти полным отсутствием осадков (в шесть раз меньше нормы) не позволили озимой пшенице реализовать накопленный до этого потенциал. Зерно при таких условиях не могло нормально налиться и сформировать высокое его качество.

Таким образом, в целом можно охарактеризовать условия развития озимой пшеницы в 2019 году как очень хорошие до июня и неблагоприятные в июне на этапе налива и созревания зерна.

3. Результаты исследований

3.1 Влияние предпосевной обработки семян микроэлементами на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян озимой пшеницы

Изучение действия предпосевной обработки семян микроэлементами на прорастание озимой пшеницы проводили, как указывалось выше, в различных условиях (растворами различной концентрации, разными микроэлементами, на дистиллированной и водопроводной воде, в виде простых солей и в сочетании их с комплексообразователями и стимуляторами роста, с макроэлементами).

Результаты изучения действия каждого микроэлемента в отдельности в растворах на дистиллированной воде представлены в таблице 11 и приложении А (таблицы 1 и 2). Так, видно, что наиболее сильно побуждают семена к прорастанию цинк и смесь микроэлементов. От их действия количество проклюнувшихся семян через сутки составляет 80%, что значительно (на 27 процентных пункта) выше, чем на контроле (дистиллированная вода). Наименее активно действовали бор и марганец.

Однако через сутки эти характеристики существенно сближаются по величине. Общее количество проклюнувшихся в опыте зерен уже составляет 96–100%. В этом случае наиболее эффективно действовала медь.

Таблица 11. Динамика начала развития озимой пшеницы в опыте с микроэлементами (на дистиллированной воде)

Результаты наблюдений за появлением в дальнейшем ростков и их развитием представлены в таблице 12, приложении А (таблицы 3–5) и на рисунке 1. Видно, что через двое суток проращивания большая часть проклюнувшихся зерен дали ростки. При этом наиболее активно действовали смесь микроэлементов, а также, хотя и в меньшей степени, медь и бор. На этих вариантах количество зерен с ростками составляло 71–79%, что на 16–24 процентных пункта больше, чем на контроле. Однако через сутки эти показатели уже составляют 92–98% и различия между вариантами по этим показателям существенно уменьшаются. При этом на вариантах со смесью микроэлементов, а также с бором и медью, значения этих показателей как и в предыдущие сутки остаются максимальными в опыте (94–98%).

Таблица 12. Динамика прорастания зерен озимой пшеницы

Таким образом, чистые растворы смеси микроэлементов, а также бора и меди в дистиллированной воде действуют положительно и повышают энергию прорастания озимой пшеницы на 2–6 процентных пункта.

Через семь суток различия между вариантами по лабораторной всхожести сильно сглаживаются. Так, она составляет в опыте 96–99,5%. В этом случае можно отметить несколько большее влияние меди и смеси микроэлементов – 99,5 и 99,0%, что на 3,0–3,5 процентных пункта выше контроля.

Резюмируя, можно сказать, что в целом смесь микроэлементов положительно и стабильно сильнее действует как на энергию прорастания (на шесть процентных пункта), так и на всхожесть (на три процентных пункта).

Что касается бора и меди, то бор несколько сильнее действует в начале (на энергию прорастания), а медь – сильнее на окончательный результат – на лабораторную всхожесть.

Действие микроэлементов на длину ростков представлено в таблице 13 и приложении А (таблицы 6 и 7). Данные свидетельствуют о том, что через трое суток проращивания длина ростков пшеницы в значительной степени коррелируют с энергией прорастания. Через трое суток самые высокие ростки отмечаются от действия смеси микроэлементов, бора и меди (на 0,9–2,1 мм выше контроля).

Однако впоследствии (к седьмым суткам) увеличение длины ростков под влиянием бора приостанавливается и наибольший рост отмечается на вариантах с медью и смесью микроэлементов. По сравнению с контролем ростки на этих вариантах на 3,9–4,5 мм выше, или, соответственно – на 4,3–5,0%.

Таблица 13. Динамика развития ростков в длину, мм

Таким образом, под влиянием рекомендованных концентраций растворов микроэлементов в дистиллированной воде (0,05%) семена озимой пшеницы быстрее проклевываются, в особенности, от смеси микроэлементов, меди и цинка – на 27 процентных пункта. Появление ростков (энергия прорастания) увеличивается от этих элементов на 2-4 процентных пункта, лабораторная всхожесть – на 3,0–3,5 процентных пункта, а длина ростков на седьмые сутки – на 3,9–4,5 мм или на 4,3–5,0%. При этом наиболее стабильно действуют смесь микроэлементов и медь. Бор и цинк действуют только в первые 1–3 дня, а к седьмому дню они не давали положительного эффекта.

Поскольку в производстве используют не дистиллированную воду, а природную, то в состав опытов вошли варианты с природной водой. Результаты действия промышленных препаратов «Полидон Профи» и «Полидон Амино Старт» и рабочих растворов простых солей, приготовленных на природной воде с концентрацией 0,005% микро- и 0,05% макроэлементов, приведены в таблице 14, приложении А (таблицы 8–10), на рисунках 2 и 3.

Таблица 14. Энергия прорастания, всхожесть и длина проростков озимой пшеницы в лабораторном опыте (на природной воде), 2019 г.

Оценка действия рабочих растворов смеси микроэлементов на природной воде с концентрацией 0,005% при их сочетании с макроэлементами (NPK 0,05%) и комплексообразователем (трилон Б), показывает довольно сильное повышение энергии прорастания – с 82,3 до 87,0%. Эта закономерность в основном сохраняется и для величин лабораторной всхожести, хотя и в более сглаженной форме (94 и 97%, соответственно).

Под действием данной смеси длина ростков пшеницы на седьмые сутки превышала контроль на 5,1 мм или на 5,6%.

Вода

Смесь микроэлементов (0,005%) + NPK (0,05%) + трилон Б

Полидон Профи

Полидон амино старт

Рисунок 2. Состояние семян озимой пшеницы в опыте, 3 сутки

Действие промышленных препаратов было также положительным, но выражалось несколько слабее. При этом препарат «Полидон Амино Старт» уступал препарату «Полидон Профи».

В заключение можно сказать, что действие микроэлементов на прорастание семян озимой пшеницы в случае предпосевного смачивания их в рабочем растворе неоднозначное и изменяется от их концентрации в растворе и от сопутствующих им в растворе соединений. В чистых растворах солей микроэлементов на дистиллированной воде концентрацией 0,05% наибольшее положительное и наиболее стабильное влияние оказывает медь и смесь микроэлементов. От них на первые сутки проращивания увеличивается число проклюнувшихся семян на 27 процентных пункта, в последующем энергия прорастания от них увеличивается на 2–4 процентных пункта, лабораторная всхожесть – на 3,0–3,5 процентных пункта, длина ростков на седьмые сутки – на 3,9–4,5 мм или на 4,3–5,0%.

Бор активнее воздействует на начало прорастания, но ослабляет развитие проростков впоследствии.

В растворах, приготовленных на природной воде, наилучшие результаты получены в случае использования относительно низко концентрированных растворов смеси микроэлементов (0,005%, в хелатной форме) в сочетании с NPK (0,05%). Из промышленных препаратов – лучшим является препарат «Полидон Профи», хотя и уступает по действию смеси микроэлементов, но превосходит действие препарата «Полидон Амино Старт».

3.2 Влияние микроэлементов на урожайность зеленой массы озимой пшеницы в вегетационном опыте

В условиях вегетационного опыта проводилось изучение комплексного воздействия микроэлементов на озимую пшеницу путем предпосевной обработки семян и путем листовых подкормок. Почвенные условия, на фоне которых изучали действие на пшеницу микроудобрений, были хорошо выровнены между вариантами по всем физико-химическим показателям (таблица 15).

Таблица 15. Физико-химические свойства чернозема выщелоченного в вегетационном опыте (уборка зеленой массы озимой пшеницы), 2019 г.

Различия по вариантам с микроэлементами в этом отношении были совершенно незначительными. Однако по отношению к контролю (без удобрений) на всех изучаемых вариантах отмечается подкисление почвы. При этом рН_KCl изменяется на 0,2 единицы, а гидролитическая кислотность, соответственно, возрастает с 4,6 до 4,9 мг-экв./100 г почвы.

Почти аналогично можно сказать и о содержании элементов питания в почве фона и на вариантах с микроудобрениями (таблица 16).

Таблица 16. Содержание элементов питания в почве в вегетационном опыте при уборке зеленой массы озимой пшеницы, 2019 г.

Так, содержание фосфора на всех этих вариантах составляло 100 мг/кг почвы, а содержание калия незначительно, но все же стало ниже фона на 1–2 мг/кг почвы. Снижение содержания минерального азота относительно фона было почти таким же – на 0,4–1,6 мг/кг почвы.

Вносимые в почву макроудобрения и предпосевная обработка семян растворами, содержащими микроэлементы, по-разному влияли на рост и развитие озимой пшеницы. Так, полевая всхожесть семян на контрольном и фоновом вариантах различалась не сильно (рисунки 4 и 5, приложение Б, таблица 1). Использование растворов микроэлементов для предпосевной обработки семян оказывало положительное влияние на данный показатель. При этом обработка семян простыми солями микроэлементов в сочетании с комплексообразователем (трилоном Б, вариант 5) увеличивала полевую всхожесть на 6,0 процентных пунктов, а в сочетании с азотной кислотой – на 11,1 процентных пункта по отношению к фону.

Наибольшее увеличение полевой всхожести наблюдалось в случае предпосевной обработки семян препаратами «Полидон Амино Старт» и в особенности – препаратом «Полидон Профи» (на 13,9 и 19,6 процентных пунктов, соответственно).

Таким образом, использование микроэлементов для предпосевной обработки семян, как в составе простых солей, так и в форме промышленных препаратов увеличивало их полевую всхожесть. Наибольшее положительное влияние на этот показатель оказывали комплексные препараты, в особенности «Полидон Профи».

Варианты опыта слева направо: 1. Без удобрений — контроль. 2. N0,1P0,1K0,1 — фон. 3. Фон + Полидон Амино Старт. 4. Фон + Полидон Профи. 5. Фон + микроэлементы + трилон Б. 6. Фон + микроэлементы + HNO3

Рисунок 5. Состояние посевов в вегетационном опыте, 7 сутки

Использование удобрений способствовало созданию более благоприятных условий для развития растений и в дальнейший период их вегетации. Так, наименьшая в опыте кустистость растений (1,0 шт.) наблюдалась на контрольном варианте (рисунок 6, приложение Б, таблицы 2 и 3). Использование удобрений, содержащих только макроэлементы (вариант 2), увеличивало ее на 1,9 шт., а обработка семян микроэлементами в сочетании с некорневыми подкормками микроэлементами (варианты 3–6) – на 2,0-2,2 шт. по сравнению с контролем. При этом наибольшая кустистость озимой пшеницы наблюдалась при использовании препарата «Полидон Профи». Между препаратом «Полидон Амино Старт» и солями микроэлементов, используемыми совместно с трилоном Б и азотной кислотой, различий по этому показателю практически не наблюдалось.

Варианты опыта: 1. Без удобрений — контроль. 2. N0,1P0,1K0,1 — фон. 3. Фон + Полидон Амино Старт. 4. Фон + Полидон Профи. 5. Фон + микроэлементы + трилон Б. 6. Фон + микроэлементы + HNO3

Рисунок 6. Влияние удобрений на кустистость и высоту растений

Практически такие же закономерности отмечаются и в отношении высоты растений в опыте. Различие состояло лишь в том, что несколько ярче проявилось положительное влияние препарата «Полидон Амино Старт» по сравнению с минеральными формами микроэлементов (варианты 5 и 6). Но в целом наибольшая высота растений, как и их кустистость, отмечалась на варианте с использованием препарата «Полидон Профи».

Учет урожая зеленой массы озимой пшеницы в опыте (таблица 17, приложение Б, таблица 4) показал, что внесение фоновых минеральных удобрений сопровождалось резким ростом урожайности зеленой массы пшеницы – на 241%.

Таблица 17. Урожайность зеленой массы озимой пшеницы в вегетационном опыте

Использование микроэлементов для предпосевной обработки семян и некорневых подкормок растений на фоне внесения в почву N_0,1P_0,1K_0,1, обеспечивало дополнительно рост урожайности зеленой массы озимой пшеницы на 0,3–2,1 г/сосуд по сравнению с вариантом 2. При этом математически доказуемую прибавку урожайности к фону обеспечивало лишь применение препарата «Полидон Профи» (вариант 4). Стоит отметить, что состояние растений на этом варианте было заметно лучше перед уборкой, чем на других вариантах опыта (рисунок 7).

Варианты с использованием микроэлементов, хотя и различались между собой, но математически эти различия доказуемыми не были. Можно говорить лишь о некоторой тенденции лучшего действия (в убывающей последовательности) препаратов «Полидон Профи» и «Полидон Амино Старт» (варианты 3 и 4) по сравнению с внесением традиционных растворов микроэлементов (варианты 5 и 6). В то же время эффективность вариантов 5 и 6, где микроэлементы использовались в форме комплексов и простых солей, соответственно, была практически одинаковой.

Содержание элементов питания в сухой массе озимой пшеницы (таблица 18) также зависело от внесения удобрений. На не удобренном варианте оно было минимальным в опыте. Использование удобрений, увеличивая содержание элементов питания в почве, создавало условия для большего их потребления растениями. Так, содержание азота в сухой массе озимой пшеницы от внесения азофоски (вариант 2) увеличивалось на 2,33 процентных пункта, а при совместном использовании азофоски и растворов, содержащих микроэлементы – на 2,4-2,86 процентных пункта. Подобным закономерностям подчинялось и изменение содержания фосфора и калия в растениях.

Варианты опыта: 1. Без удобрений — контроль. 2. N0,1P0,1K0,1 — фон. 3. Фон + Полидон Амино Старт. 4. Фон + Полидон Профи. 5. Фон + микроэлементы + трилон Б. 6. Фон + микроэлементы + HNO3

Рисунок 7. Состояние растений озимой пшеницы перед учетом урожая в вегетационном опыте

Таблица 18. Содержание NPK в сухой массе озимой пшеницы (вегетационный опыт)

Таким образом, микроэлементы заметно увеличивали потребление макроэлементов из почвы.

Две листовые подкормки озимой пшеницы растворами микроэлементами в вегетационном опыте, проведенные в середине и в конце фазы кущения, увеличили содержание в зеленой массе растений всех вносимых микроэлементов, в особенности меди и марганца (таблица 19). Оно увеличилось, соответственно, с 2,43 и со 140 мг/кг до 3,16 и 180 мг/кг сухой надземной массы растений, то есть примерно в 1,3 раза.

При этом содержание цинка и бора соответствует оптимальным уровням, а содержание марганца в зеленой массе соответствует высокой обеспеченности растений. И только содержание меди остается ниже оптимального уровня.

Таблица 19. Содержание микроэлементов в зеленой массе озимой пшеницы (мг/кг) в вегетационном опыте, конец кущения, 2019 г.

Следует заметить, что в опыте наибольший рост содержания в растениях меди марганца и бора обеспечивает препарат «Полидон Профи». А наибольшее увеличение цинка отмечено от действия препарата «Полидон Амино Старт».

Таким образом, комплексное воздействие растворами микроэлементов (на семена перед посевом и на листья растений в последующем) увеличивает содержание в зеленой массе озимой пшеницы всех микроэлементов и обеспечивает всем им (кроме меди) оптимальный и высокий уровень содержания в растении. Содержание меди в зеленой массе также заметно повышается, но не достигает оптимума.

Расчет выноса элементов питания (таблица 20) показал, что минимальную величину он принимал на контрольном варианте. Внесение удобрения, содержащего только макроэлементы, (вариант 2) увеличивало вынос на 0,30, 0,13 и 0,38 г/сосуд, соответственно, по азоту, фосфору и калию относительно контрольного варианта. При использовании микроэлементов вынос азота дополнительно увеличивался к фону на 10–50 мг/сосуд, вынос фосфора – на 10–30 мг/сосуд, калия – также на 10–30 мг/сосуд.

При этом по сравнению с фоновым вариантом, варианты опыта с микроэлементами обеспечивали рост коэффициентов использования элементов питания из удобрений на 3,0–16,0% по азоту, на 7,0–23% по фосфору и на 3,0–8,0% по калию. Наибольшее увеличение коэффициентов использования элементов питания из удобрений наблюдалась на варианте с препаратом «Полидон Профи» (на 16,7% по азоту, на 23,1% по фосфору и на 7,9% по калию). Остальные варианты с микроэлементами по этому показателю, особенно в отношении фосфора и калия, практически не различались.

Таблица 20. Вынос элементов питания и коэффициенты их использования озимой пшеницей из почвенных запасов и удобрений (вегетационный опыт)

* для контрольного варианта приведены коэффициенты использования элементов питания из почвенных запасов

Таким образом, проведенные в вегетационном опыте исследования показали, что использование микроэлементов повышает полевую всхожесть семян озимой пшеницы (на 10–23,6%), увеличивает кустистость растений на 0,1–0,3 шт., длину листьев (на 0,7–4,0 см), урожайность зеленой массы (на 0,3–2,1 г/сосуд) и ее качество, а также повышает коэффициенты использования элементов питания из удобрений – по азоту на 3,3–16,7%, по фосфору на 7,7–23,1%, по калию на 2,6–7,9%, по сравнению с использованием удобрений, содержащих только макроэлементы. Наибольшей эффективностью в опыте отличался вариант с препаратом «Полидон Профи». Несколько ниже было положительное действие препарата «Полидон Амино Старт». Использование микроэлементов совместно с трилоном Б (хелатная форма) и в виде простых солей характеризовалось практически равным эффектом, который был ниже, чем от промышленных препаратов.

3.3 Действие микроэлементов на озимую пшеницу в полевом опыте

Изучение эффективности листовых подкормок озимой пшеницы растворами микроэлементов, таблицы 21 и 22, приложение В (таблицы 1–12) показало, что, несмотря на неблагоприятные метеоусловия в период налива и созревания зерна, все изучаемые препараты с микроэлементами «Полидон Профи», «Полидон Амино Старт», а также раствор в природной воде простых солей микроэлементов в сочетании с комплексообразователем (трилон Б) значительно увеличили урожайность озимой пшеницы – на 2,5–3,7 ц/га. Наибольшую прибавку давал препарат «Полидон Профи» (3,7 ц/га), наименьшую, но ощутимую – смесь микроэлементов (2,5 ц/га).

Влияние микроэлементов на озимую пшеницу проявилось и в изменении биометрических показателей растений. Растения от них становятся на 5–9 см выше. Но средняя длина колоса практически не меняется и даже снижается на 0,1 мм. Из всех препаратов действие препарата «Полидон Профи» на биометрику в целом выражено относительно сильнее.

Вместе с ростом урожайности зерна, урожайность соломы выросла еще больше. Это привело к увеличению соотношения солома : зерно с 1,2 ед. (на фоне) до 1,3ед. (на всех других вариантах с микроэлементами).

Интересно отметить заметные различия в действии препаратов на структуру урожая колосьев. Так, в общей массе колосьев пшеницы на фоновом варианте мелкие колосья с зерном, т.е. в основном колосья боковых стеблей, составляют около 32%. От действия микроэлементов их количество не уменьшилось, а наоборот возросло до 36–43%. Учитывая, что урожайность при этом также возросла, можно заключить, что этот факт обусловлен большим вовлечением в формирование урожая вторичных стеблей (дополнительно к основным).

Таблица 21. Урожайность озимой пшеницы и ее биометрические показатели в плевом опыте с микроэлементами, 2019 г.

Таким образом, увеличение урожайности озимой пшеницы от микроэлементов связано не только с основными стеблями, но и с дополнительным переходом вторичных стеблей из разряда непродуктивных в продуктивные. Как показали расчеты, это приводит к увеличению общего числа продуктивных стеблей на единице площади с 285 шт./м² (на фоне) до 303–333 шт./м² (на вариантах с микроэлементами). В наибольшей степени способствует переходу вторичных стеблей из непродуктивных в продуктивные препарат «Полидон Амино Старт» (увеличение составляет 48 шт./м²). От действия препарата «Полидон Профи» и смеси микроэлементов это увеличение значительно ниже и составляет – 18–30 шт./м². Поэтому рост урожайности от «Полидон Профи» и смеси микроэлементов, вероятно, обусловлен не столько боковыми побегами, сколько с увеличением количества зерен в колосе или с увеличением размеров и веса зерна. Однако, как показали измерения, таблица 24, число зерен, приходящееся в среднем на один колос, не увеличилось от микроэлементов, и даже несколько уменьшилось от их действия (с 31 до 28 и 30 шт.). Это связано с тем, что данные показатели – средние характеристики колосьев. То есть, уменьшение числа зерен в усредненном колосе связано с ростом доли мелких колосьев в структуре урожая под действием микроэлементов.

Таблица 22. Влияние удобрений на биометрические показатели зерна озимой пшеницы в полевом опыте, 2019г.

В целом, большее число продуктивных стеблей на вариантах с микроэлементами выражается в увеличении числа зерен на 1 м² на 288–432 шт. При этом размер и вес зерен также растет (с 41,0 до 42,5–43,1 г на 1000 зерен).

Таким образом, под действием листовых подкормок растворами микроэлементов урожайность зерна повышается на 2,5–3,7 ц/га или на 6,8–10,1%, высота растений – на 5,7–9,5 см или на 6,0–10,0%, число продуктивных вторичных стеблей – на 18–48 шт./м² или на 6,3–16,8%, число зерен с 1 м² – на 288–432 шт./м² или на 3,2–4,9%, масса 1000 зерен – на 1,6–2,1 г, натура зерна – на 2–3 г/л.

При этом качество зерна (таблица 23, приложение В, таблицы 13 и 14) также повышается: содержание сырого протеина в зерне – на 1,6–2,3% (с 11,6 на фоне до 13,2–13,9% на вариантах с микроэлементами), содержание сырой клейковины на 3,6–4,3%, сбор сырого протеина – на 0,9–1,4 ц/га. По величине ИДК клейковина на всех вариантах относится к первой группе качества (45–75 ед.) При этом практически по всем показателям препарат «Полидон Профи» действует наиболее значимо. Менее сильно действует смесь микроэлементов в сочетании с трилоном Б.

Некорневые подкормки микроэлементами также повышают содержание элементов питания в зерне и соломе (таблица 24, приложение В, таблицы 15–20).

Наиболее значительно увеличивается содержание азота и фосфора в зерне – на 0,2–0,4 процентных пункта и на 0,13–0,20 процентных пункта, соответственно. Содержание калия в зерне при этом практически не изменяется. Однако в соломе содержание калия в опыте отчетливо возрастает – на 0,03–0,14 процентных пункта.

Таблица 23. Урожайность и качество зерна озимой пшеницы в полевом опыте, 2019 г.

Таблица 24. Содержание элементов питания в растениях озимой пшеницы в полевом опыте с микроэлементами, 2019 г.

Под влиянием двух листовых подкормок озимой пшеницы растворами микроэлементами их содержание в урожае соломы увеличилось, но не одинаково (таблица 25). Так, в меньшей степени увеличилось содержание марганца и бора (на 3–5% относительно фона) и сильно увеличилось содержание цинка (примерно на 14%) и, в особенности, меди (с 0,52 до 0,69% или на 24%). Содержание марганца в соломе близко к средним значениям, но содержание остальных элементов (медь, цинк, бор) – ниже среднего уровня.

Что касается зерна, то содержание в нем и марганца и цинка соответствует среднему уровню для ЦЧЗ. Содержание бора в зерне (2,1–2,3 мг/кг) с одной стороны укладывается в пределы очень широкого интервала по Кабата-Пендиас (1–15 мг/кг) [8], но, с другой стороны, полученное содержание бора все же ниже часто встречаемых значений для ЦЧЗ (6-7 мг/кг). Содержание меди в зерне находится вблизи нижней границы средних значений (4,0 мг/кг) и составляет 3,8–4,1 мг/кг.

Таблица 25. Содержание микроэлементов в зерне и соломе озимой пшеницы в полевом опыте, 2019 г.

В целом можно отметить, что содержание микроэлементов в зерне изменяется под действием корневых подкормок слабее, чем в соломе и в большинстве случаев находится близко к среднему для ЦЧЗ содержанию. Поэтому целесообразнее оценивать условия микроэлементного питания озимой пшеницы не по составу зерна, а по химическому составу листьев во время вегетации в процессе листовой диагностики.

В заключение можно сказать, что черноземы как в вегетационном, так и в полевом опыте очень сильно обеднены медью и цинком. Использование листовых подкормок озимой пшеницы микроэлементами позволяет уменьшить, а в отношении марганца, и устранить недостаток микроэлементов в питании растений. Среди микроэлементов наиболее дефицитным в питании остается медь.

В связи с ростом содержания макроэлементов в зерне и соломе пшеницы и ростом ее урожайности их общий вынос пшеницей под действием микроэлементов существенно возрастает, так как растения в этом случае приобретают большую способность использовать почвенные запасы элементов питания (таблица 26).

При этом коэффициенты использования пшеницей фосфора и калия из почвы (таблица 27) увеличиваются с 9,4% до 11,8 и 12,70 по фосфору и с 21,3% до 24,9 и 25,9% – по калию. В целом наиболее значимо в этом отношении действие препарата «Полидон Профи».

Таблица 26. Вынос элементов питания озимой пшеницей из почвы (кг/га) в полевом опыте с микроэлементами, 2019 г.

Таблица 27. Коэффициенты использования элементов питания озимой пшеницей из почвенных запасов (%) в полевом опыте с микроэлементами, 2019 г.

В заключение можно сказать, что применяемые листовые подкормки озимой пшеницы микроэлементами в составе всех препаратов положительно действуют на величину урожая, качество зерна и его биометрические показатели, но наиболее эффективно действует препарат «Полидон Профи».

Заключение

1. Действие микроэлементов на прорастание семян, урожайность и качество зерна озимой пшеницы не однозначно и зависит от концентрации рабочих растворов, наличия в них сопутствующих макроэлементов, комплексообразователей, стимуляторов роста и т.п., способа воздействия.

2. Предпосевное смачивание семян в 0,05% растворе простых солей микроэлементов в дистиллированной воде активизирует процессы прорастания. Наиболее сильно и стабильно действует раствор меди и раствор комплекса микроэлементов (меди, цинка, марганца и бора). От них в первые сутки число проклюнувшихся семян увеличивается на 27 процентных пункта, энергия прорастания – на 2–4 процентных пункта, лабораторная всхожесть на 3,0–3,5 процентных пункта, длина ростков на седьмые сутки – на 3,9–4,5 мм или на 4,3–5,0%. Бор и цинк активно действуют только на начало прорастания, но потом их действие либо не обнаруживается, либо приобретает отрицательную направленность.

3. Сравнение растворов промышленных препаратов «Полидон Профи» и «Полидон Амино Старт» с растворами простых солей в сочетании с азотом, фосфором и калием по их действию на прорастание зерна показало, что смесь микроэлементов (0,005%) в сочетании с азотом, фосфором и калием (0,05%) действует положительно на процессы прорастания, причем несколько лучше, чем промышленные препараты «Полидон Профи» и «Полидон Амино Старт». Так, смесь микроэлементов увеличивает энергию прорастания на 5,7%, лабораторную всхожесть – на 3,3%, длину ростков на седьмой день – на 5,6%.У лучшего из промышленных препаратов «Полидон Профи» эти показатели на 1,2–4,7 процентных пункта ниже.

4. Результаты исследований в вегетационном и полевом опытах показали, что почва в обоих опытах по обеспеченности подвижными формами меди, цинка и бора относится к классу низкой обеспеченности. А обеспеченность почвы марганцем – средняя, что, однако, также может сдерживать рост урожая интенсивных сортов озимой пшеницы.

5. Листовые подкормки озимой пшеницы растворами микроэлементов на всех вариантах опыта действуют положительно и повышают ее урожайность на 2,5–3,7 ц/га или на 6,8–10,1%, высоту растений – на 5,7–9,5 см или на 6,0–10,0%, число продуктивных стеблей на 18–48 шт./м² или на 6,3–16,8%, массу 1000 зерен – на 1,6–2,1 г, натуру – на 2–3 г/л. При этом, хотя раствор простых солей микроэлементов несколько уступает по действию на урожайность пшеницы промышленным препаратам «Полидон Профи» и «Полидон Амино Старт», но разница находится в пределах ошибки опыта.

6. Под действием листовых подкормок на всех вариантах опыта растут показатели качества зерна: содержание сырого протеина в зерне – на 1,6–2,3%, сырой клейковины – на 3,6–4,3%. Но заметного влияния на качество клейковины по величине ИДК не обнаружено. Наибольшее повышение качества зерна отмечается от действия препарата «Полидон Профи».

7. Листовые подкормки озимой пшеницы в полевом опыте увеличивают коэффициенты использования из почвы фосфора с 9,4 до 11,8 и 12,7% и калия – с 21,3 до 24,9 и 25,9%. Коэффициент использования азота из удобрений в вегетационном опыте возрастает с 30 до 31–35%. Наиболее сильно повышает величину этих коэффициентов препарат «Полидон Профи».

Таким образом, на основании проведенных исследований производству можно рекомендовать предпосевную обработку семян озимой пшеницы 0,005% раствором смеси простых солей микроэлементов с добавлением макроэлементов (азота, фосфора и калия – 0,05%) или использовать промышленный препарат «Полидон Профи».

Для листовой подкормки озимой пшеницы можно рекомендовать как промышленные препараты «Полидон Профи» и «Полидон Амино Старт», так и смесь простых солей микроэлементов в концентрации 0,05%.

Список литературы

1. Агроэкологическая оценка почв хозяйств юго-востока Воронежской области / А.М. Жабин [и др.] // Агрохимический вестник. – 2004. – № 2. – С. 8-10.

2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 142 с.

3. Анспок П.И. Микроудобрения: справочник / П.И. Анспок. – Л.: Агропромиздат, 1990. – 272 с.

4. Власюк П.А. Микроэлементы в окружающей среде / П.А. Власюк. – Киев: Наукова Думка, 1980. – 247 с.

5. Влияние микроэлементов цинка и марганца на мукомольные и хлебопекарные качества зерна озимой пшеницы / А.И. Семашкина [и др.] // Сахарная свекла. – 2017. – № 7. – С. 9.

6. Ильин В.Б. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов (Mn, Cu, Mo, B) в южной части Западной Сибири / В.Б. Ильин. – Новосибирск: Наука, 1973. – 390 с.

7. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва – растение / В.Б. Ильин. – Новосибирск: Наука, 1991. –150 с.

8. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. – М.: Мир, 1989. – 439 с.

9. Каталымов М.В. Микроэлементы и их роль в повышении урожайности / М.В. Каталымов. – М.: Госхимиздат, 1957. – 64 с.

10. Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения / М.В. Каталымов. – М.-Л.: Химия, 1965. – 330 с.

11. Климкина Е.В. Влияние уровней загрязнения чернозема выщелоченного тяжелыми металлами на продуктивность зернопаропропашного севооборота: автореф. дис. … канд. с.-х. наук / Е.В. Климкина. – Воронеж, 2005. – 24 с.

12. Корчагин В.И. Эколого-агрохимическая оценка плодородия почв Воронежской области / В.И. Корчагин: дисс. … к-та с.-х. наук. – Воронеж, 2017. – 256 с.

13. Костин В.И. Влияние микроэлементов — синергистов на фотосинтетические показатели и урожайность озимой пшеницы / В.И. Костин, Ф.А. Мударисов, А.И. Семашкина // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2017. – № 4 (40). – С. 30-35.

14. Лазарев В.И. Влияние комплексных удобрений с микроэлементами на урожайность и качество зерна озимой пшеницы в условиях Курской области / В.И. Лазарев, А.Б. Вартанова // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. – 2014. – № 6. – С. 45-48.

15. Лебедовский И.А. Влияние микроэлементов на продуктивность и качество озимой пшеницы, возделываемой на черноземе выщелоченном Западного Предкавказья // И.А. Лебедовский, И.В. Шабанова, Е.А. Яковлева // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – № 82. – С. 684-695.

16. Лукин С.В. Динамика содержания подвижных форм цинка и марганца в пахотных почвах Белгородской области / С.В. Лукин, П.М. Авраменко, С.В. Меленцова // Агрохимия. – 2006. – № 7. – С. 5-8.

17. Минеев В.Г. Практикум по агрохимии / В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, О.А. Амельянчик [и др.] – М.: Изд-во МГУ, 2001. – 689 с.

18. Мязин Н.Г. Агроэкологическое обоснование интенсивного применения агрохимических средств в севооборотах ЦЧЗ: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук / Н.Г. Мязин. – Воронеж, 1994. – 44 с.

19. Опытное исследование влияния микроэлементов на урожайность озимой пшеницы / Ю.М. Исаев [и др.] // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 10-2. – С. 236.

20. Панасин В.И. Особенности распространения микроэлементов в почвах Калининградской области / В.И. Панасин // Агрохимический вестник. – № 6. – С. 8-11.

21. Пейве Я.В. Агрохимия и биохимия микроэлементов / Я.В. Пейве. – М.: Наука, 1980. – 430 с.

22. Пейве Я.В. Руководство по применению микроудобрений / Я.В. Пейве. – М.: Сельхозиздат, 1963. – 224 с.

23. Посевные площади, валовые сборы и урожайность пшеницы в России. Итоги 2018 года. – Режим доступа: https://agrovesti.net/lib/industries/cereals/posevnye-ploshchadi-valovye-sbory-i-urozhajnost-pshenitsy-v-rossii-itogi-2018-goda.html

24. Протасова Н.А. Микроэлементы (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Sr, Ba, B, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального Черноземья / Н.А. Протасова, А.П. Щербаков. – Воронеж: ФГБОУ ВО ВГУ, 2003. – 368 с.

25. Столповский Ю.И. Микроэлементы и микроудобрения / Ю.И. Столповский. – Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ, 2015. – 171 с.

26. Толоконников А.М. Влияние некорневых подкормок микроэлементами на урожайность и качество зерна озимой пшеницы на черноземе выщелоченном // А. М. Толоконников, Н.Г. Мязин // Агрохимический вестник. – 2012. – № 4. – С. 13-14.

27. Чумаченко И.Н. Физиологическая роль микроэлементов в питании растений / И.Н. Чумаченко // Химизация сельского хозяйства. – 1989. – С. 30-32.

28. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений / М.Я. Школьник. – Л.: Наука, 1974. – 324 с.

29. Щукин В.Б. Влияние некорневых подкормок микроэлементами на формирование продуктивного стеблестоя растениями озимой пшеницы / В.Б. Щукин, А.А. Громов, Н.В. Щукина // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2006. – № 3 (11). – С. 10-12.

Приложения

РЕФЕРАТ

Отчет 96 с, 4 рис., 27 табл., 28 источн., 26 прил.

Создание региональной модели органического сельского земледелия с целью повышения плодородия почвы, сохранения земель сельскохозяйственного назначения и получения экологически чистой продукции

Проведены исследования, цель которых разработать региональную модель органического сельского земледелия, обеспечивающая повышение плодородия почвы, сохранение земель сельскохозяйственного назначения и получение экологически чистой продукции. В результате исследований в зоне недостаточного увлажнения теоретически и практически обоснованы схемы севооборотов переходного периода к органическому земледелию и схемы севооборотов для органического земледелия при различном уровне засоренности полей и специализации хозяйства. Доказана необходимость использования в севооборотах бинарных посевов, вспашки на глубину 20-22 см под подсолнечник, а под остальные культуры – дисковой обработки на глубину 10-12 и 12-14 см, обеспечивающих повышение на 48-74% содержания детрита, при равномерном их распределении в пахотном слое почвы. Получены экспериментальные данные по скорости разложению биомассы исследуемых культур в чистом виде, смесей биомассы и в севооборотах, позволяющие увеличивать темпы их минерализации в смеси на 5-28% и на 12-16% в севооборотах с бинарными посевами. Рекомендовано сельскохозяйственному производству в зоне недостаточного увлажнения внедрение севооборотов с бинарными посевами культур достоверно повышающего на 0,1-0,2% содержание общего гумуса на фоне вспашки на глубину 20-22 см и на 0,2% при безотвальном рыхлении на ту же глубину.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что для органического земледелия разработано направление возделывания культур севооборота в бинарных посевах с многолетними бобовыми травами в комплексе с другими приёмами биологизации (солома + пожнивный сидерат) и основной обработки почвы способствует улучшению основных показателей почвенного плодородия. Показана важная роль разработанного комплекса приёмов органического земледелия в воспроизводстве плодородия почвы. Установлена высокая экономическая эффективность новой технологии возделывания культур севооборота, включающей использование комплекса приёмов органического земледелия и основной обработки почвы.

Разработана рабочая программа и курс лекций «Органическое земледелие», поэтому результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе в курсах общего земледелия и растениеводства студентами агрономических специальностей.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап развития земледелия характеризуется расширением использования интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Это позволило увеличить урожайность зерновых культур и производство зерна в Воронежской области. Однако появились проблемы обеспечения устойчивого функционирования агроэкосистем из-за использования возрастающих объемов средств химизации, оказывающих отрицательное влияние на плодородие почвы. Предотвращение негативных сторон интенсификации возможно в процессе воспроизводства почвенного плодородия при внедрении севооборотов с использованием приемов биологизации [2-24, 26-28].

В условиях высокоинтенсивного земледелия переход к органическому земледелию позволяет ослабить экологические проблемы, а в экономически слабых хозяйствах овладение биологическими способами ведения земледелия создает условия для повышения продуктивности агроценозов.

При переводе земледелия на органическое земледелие с максимальным использованием биологических факторов необходимо решить множество вопросов, главным из которых является воспроизводство плодородия почвы. Органическая система земледелия – высшая ступень биологизации земледелия. Это земледелие является наукоемким сегментом АПК. Его эффективность напрямую связана с интеллектуальным кадровым потенциалом. Огромных усилий, преодоления психологического барьера потребует от всех работников сельскохозяйственной науки и производства подобное преобразование систем земледелия. Необходимы разработка и совершенствование применительно к современным адаптивным технологиям различных схем чередования культур в севооборотах с экологической направленностью, совершенствование приемов обработки почвы, системы удобрений, налаживание семеноводства многолетних бобовых трав и т.д.

Цель исследований – разработать региональную модель органического сельского земледелия, обеспечивающая повышение плодородия почвы, сохранение земель сельскохозяйственного назначения и получение экологически чистой продукции

Задачи исследований:

1) определить эффективность приемов повышения плодородия на показатели плодородия пахотного слоя почвы под культурами севооборотов;

2) определить темпы разложения растительных остатков культур в севооборотах с бинарными посевами;

3) выявить влияние приемов органического земледелия на урожайность и качество культур севооборотов;

4) дать экономическую оценку влияния приемов органического земледелия и основной обработки почвы на показатели плодородия пахотного слоя почвы под культурами севооборотов;

5) рекомендовать производству в зоне недостаточного увлажнения схемы севооборотов переходного периода и схемы севооборотов для органического земледелия.

Научная новизна. Основные научные результаты, определяющие новизну исследования, состоят в следующем:

— в зоне недостаточного увлажнения теоретически и практически обоснованы схемы севооборотов переходного периода к органическому земледелию и схемы севооборотов для органического земледелия при различном уровне засоренности полей и специализации хозяйства;

— доказана необходимость использования в севооборотах бинарных посевов, вспашки на глубину 20-22 см под подсолнечник, а под остальные культуры – дисковой обработки на глубину 10-12 и 12-14 см, обеспечивающих повышение на 48-74% содержания детрита, при равномерном их распределении в пахотном слое почвы;

— получены экспериментальные данные по скорости разложению растительных остатков исследуемых культур в чистом виде, смесей биомассы и в севооборотах, позволяющие увеличивать темпы их минерализации в смеси на 5-28% и на 12-16% в севооборотах с бинарными посевами;

— рекомендовано сельскохозяйственному производству в зоне недостаточного увлажнения внедрение севооборотов с бинарными посевами культур достоверно повышающего на 0,1-0,2% содержание общего гумуса на фоне отвальной вспашки на глубину 20-22 см и на 0,2% при безотвальном рыхлении на ту же глубину.

Теоретическая и практическая значимость работы. Для органического земледелия разработано направление возделывания культур севооборота в бинарных посевах с многолетними бобовыми травами в комплексе с другими приёмами биологизации (солома + пожнивный сидерат) и основной обработки почвы способствует улучшению основных показателей почвенного плодородия.

Показана важная роль разработанного комплекса приёмов органического земледелия в воспроизводстве плодородия почвы.

Установлена высокая экономическая эффективность новой технологии возделывания культур севооборота, включающей использование комплекса приёмов биологизации и основной обработки почвы.

Разработана рабочая программа и курс лекций «Органическое земледелие», поэтому результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе в курсах общего земледелия, растениеводства и агропочвоведения студентами агрономических специальностей.

УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в 2010-2019 годах в стационарных опытах, заложенном в КФХ «ИП Палихов А.А.» Хохольского района Воронежской области. Почва опытного участка – чернозём типичный, среднемощный, глинистый с содержанием гумуса в пахотном слое почвы 5,2-5,3%. Сумма обменных оснований – 34,1, содержание подвижного фосфора (по Чирикову) – 113, обменного калия (по Чирикову) – 184, гидролизуемого азота – 62,9 мг/кг почвы. Климат зоны – умеренно континентальный с неустойчивым увлажнением.

Технологии возделывания культур, за исключением изучаемых приемов, типичная для ЦЧР.

При закладке опыта использовали общепринятую методику полевого опыта. Общая площадь делянки – 150 м² , учетной – 100 м². Повторность – трехкратная. Размещение вариантов – рендомизированное.

Схема опыта 1:

Фактор А. Схемы севооборотов:

1. Чистый пар – озимая пшеница – ячмень — подсолнечник (контроль)

2. Сидеральный пар — озимая пшеница – ячмень — подсолнечник + эспарцет.

3. Занятый пар — озимая пшеница – ячмень — подсолнечник + вика.

Фактор Б. Приемы повышения плодородия почвы:

1. Пожнивно-корневые остатки (фон) – Фон (контроль)

2. Фон + солома ячменя и озимой пшеницы (Ся)

3. Фон + пожнивной сидерат редька масличная – Фон + ПС

4. Фон + (NPK)₂₄

5. Фон + Ся + (NPK)₂₄

6. Фон + Ся + ПС

7. Фон + ПС + (NPK)₂₄

8. Фон + Ся + ПС + (NPK)₂₄

Схема опыта 2:

1. Севооборот №1(контроль): чистый пар – озимая пшеница – ячмень – подсолнечник/кукуруза.

2. Севооборот №2: сидеральный донниковый пар (донник 2-го года жизни) – озимая пшеница – ячмень (пожнивный сидерат редька масличная) – бинарный посев подсолнечника с донником жёлтым (1-го года жизни)/кукуруза.

3. Севооборот №3: занятый пар (люцерна синяя 2-го года жизни) – бинарный посев озимой пшеницы с люцерной синей (3-го года жизни) – ячмень (пожнивный сидерат редька масличная) – бинарный посев подсолнечника с люцерной синей (1-го года жизни)/кукуруза.

Варианты основной обработки почвы под подсолнечник: вспашка – 20-22 см (контроль); дисковая обработка – 10-12 см; плоскорезная обработка – 20-22 см.

На всех вариантах опыта побочная продукция используется на удобрение, донник жёлтый в паровом поле на сидерат. Зелёная масса люцерны синей отчуждается на корм и сено. Возделывание культур осуществлялось по общепринятым для лесостепи ЦЧР технологиям за исключением изучаемых приёмов.

Каждый из вариантов подразделяется ещё по вариантам основной обработки почвы: 1) вспашка – глубина 20-22 см; 2) дисковая обработка – глубина 10-12 см; 3) плоскорезная обработка – глубина 20-22 см. На всех вариантах солома ячменя использовалась в качестве органического удобрения путём заделки её в почву дисковыми орудиями на глубину 10-12 см сразу после уборки предшественника.

Массу корневых остатков отбирали по Н.З. Станкову [25] буром до глубины 30 см в 3-кратной повторности. Выделение корневых остатков из почвы проводили методом декантации в воде, сливая, всплывшие корни (и другие органические остатки) через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. После отмывки растительные остатки высушивали до абсолютно сухого состояния и взвешивали.

Содержание в детрите по методике ТСХА [1], углерод в детрите определяли по Анстету, общий азот, фосфор, калий по методу К.Е. Гинзбург [1].

Уборку урожая зерновых культур в севооборотах проводили комбайном «Сампо», подсолнечника — вручную. Урожай с учетных делянок пересчитывали на 100% чистоту и стандартную влажность. Результаты исследований обрабатывали методами дисперсионного анализа с использованием типовых программ.

Измельченная солома ячменя и озимой пшеницы заделывалась в почву на глубину 10-12 см дисковыми орудиями сразу после уборки. Посев пожнивного сидерата (редька масличная) проводили после уборки ячменя (вторая половина июля). В фазе массового цветения сидерата (вторая половина сентября) его зеленая масса заделывалась в почву дисковым орудием на глубину 10-12 см. Минеральные удобрения (азофоска 16:16:16) вносились в полном объеме при посеве подсолнечника. Основная обработка почвы – вспашка на глубину 20-22 см. Средства защиты растений не применялись.

В модельных полевых опытах изучали темпы разложения биомассы культур изучаемых севооборотов. Для этого в капроновые сетчатые мешочки размером 15 × 30 см помещали 0,6 кг абсолютно сухой почвы, которую предварительно просеивали через сито с диаметром отверстий 3 мм. Ежегодно в этот мешочек добавляли по 15 г абсолютно сухих послеуборочных остатков согласно чередованию по схеме севооборотов. Все образцы заделывали сразу в пахотный слой почвы 0-30 см. Повторность опыта трехкратная.

Почву участка в течение вегетационного периода поддерживали в чистом от сорняков состоянии. Отмывка образцов проводилась через год методом декантации, водой отделяли растительные остатки от почвы, сливая через сито с диаметром отверстий 0,25 мм. Отмытую массу растительных остатков высушивали в термостате (t не более 70°С) до абсолютно сухого состояния, а затем взвешивали.

За период исследований (2010-2019 гг.) агроклиматические факторы складывались неодинаково: засушливые 2014, 2015, 2019 годы (ГТК 0,7-0,9), недостаточно влажные 2010, 2011. 2018 годы (ГТК–1,0), избыточно влажные 2012, 2013, 2016, 2017 годы (ГТК – 1,6-2,3).

Результаты исследований

Накопление растительных остатков. Одной из задач, стоящих перед органическим земледелием, является формирование в почве бездефицитного баланса органического вещества. Важная роль в решении данной задачи отводится растительным остаткам, содержание которых в наших исследованиях зависело от изучаемых приемов повышения плодородия почвы (рис. 1).

Примечание: 1. Фон (не удобренный контроль); 2. Фон + солома ячменя и озимой пшеницы (Ся); 3. Фон + пожнивной сидерат редька масличная – Фон + ПС; 4. Фон + (NPK)₂₄; 5. Фон + Ся + (NPK)_24; 6. Фон + Ся + ПС

7. Фон + ПС + (NPK)₂₄; 8. Фон + Ся + ПС + (NPK)₂₄

Рисунок 1. Масса растительных остатков в пахотном слое почвы севооборотов при использовании различных приемов повышения плодородия почвы (опыт 2, среднее за 2016-2019 гг.)

При возделывании культур в одновидовом посеве (контроль) в пахотном слое почвы накапливалось 4,02 т/га растительных остатков. Севообороты с бинарными посевами подсолнечника с яровой викой и эспарцетом увеличивали эту массу на 33-39%.

Использование приемов повышения плодородия в севооборотах при одновидовом посеве масличной культуры обеспечивали увеличение поступающей в почву биомассы на 46-63%, а добавление к ним минеральных удобрений – на 23-73%. В зернопропашном севообороте на фоне бинарного посева подсолнечника с яровой викой прибавка составила соответственно 84-86% и 59-83%, а сидеральном севообороте на фоне совместного посева с эспарцетом – 81-95% и 59-83%.

Исследования, проведенные в опыте 1 показали (табл. 1), что содержание растительных остатков зависело от вида севооборота, приемов биологизации и способа обработки почвы.

Таблица 1. Масса растительных остатков в пахотном слое почвы различных севооборотов (опыт 1, среднее за 2013-2018 гг.)

Примечание: * Здесь и далее над чертой – при отвальной вспашке на 20-22 см, под чертой – при безотвальном плоскорезном рыхлении на 20-22 см

На фоне вспашки в зернопаропропашном севообороте в среднем за год поступало 5,2 т/га растительных остатков, а на фоне безотвального рыхления 5,1 т/га.

При использовании приемов биологизации в сидеральном севообороте (использование на удобрение сидерата в пару и пожнивно, соломы озимой пшеницы и ячменя) их масса увеличивалась на фоне вспашки на 46% и на 42% при безотвальном рыхлении.

В зернотравянопропашном севообороте содержание растительных остатков на этих фонах увеличивалась соответственно на 77% и 83%. Этому способствовало замена чистого пара на занятый (люцерна 2-го года жизни), бинарный посев озимой пшеницы с люцерной 3-го года жизни, пожнивной посев горчицы сарептской, бинарный посев подсолнечника с люцерной 1-го года жизни, а так же запашка соломы озимой пшеницы и ячменя.

Таким образом, использование приемов органического земледелия повышало массу растительных остатков в севооборотах с бинарными посевами на 33-83%, биологизация земледелия на фоне применения минеральных удобрений на 23-73%.

Разложение растительных остатков. Поступившие в почву после уборки растительные остатки возделываемых культур (солома, биомасса сидератов) подвергаются процессу разложения. Темпы разложения зависели от вида остатков (табл. 2, приложения 13-17).

В чистом виде в первый год наиболее интенсивно разлагались послеуборочные остатки редьки масличной (81%), эспарцета (67%) и яровой вики (55%), медленнее – подсолнечника (42%), ячменя (28%).

В течение второго года скорость разложения послеуборочных растительных остатков зависела от степени их разложения в первый год.

Если в первый год она была высокой, то на второй год снижалась. Так, за второй год разложилось: редька масличная – на 9%, яровой вики – на 17%, эспарцета – на 16%, соломы ячменя – на 46%, подсолнечника – на 30%

За третий год разлагалось от 5 до 12% послеуборочных остатков, что связано с недостатком субстрата для разложения. За это время практически полностью разложилась биомасса редьки масличной, эспарцета, а остатки ячменя и подсолнечника разложились только на 81-82%.

Таблица 2. Скорость разложения растительных остатков

сельскохозяйственных культур (модельный полевой опыт). 2016-2019 г.

За четвертый год разлагалось от 2 до 13% послеуборочных остатков, что связано с недостатком субстрата для разложения. За это время практически полностью разложилась биомасса редьки масличной, эспарцета, солома ячменя, и всех смесей остатков, а остатки подсолнечника разложились только на 90%.

Таким образом, результаты исследований микроделяночного полевого опыта показали, что исследуемые культуры по темпам разложения их растительных остатков располагаются в следующем убывающем порядке: редька масличная (97%); эспарцет (97%); яровая вика (95%); солома ячменя (95%); — подсолнечник (81%).

При возделывании сельскохозяйственных культур в пахотный слой почвы поступают растительные остатки нескольких культур, поэтому их интенсивность разложения будет другой.

Проведенными исследованиями установлено, что скорость разложения смеси растительных остатков культур была выше, чем темпы разложения остатков культур в чистом виде и зависела от состава смеси растительных остатков (табл. 2).

В первый год наиболее интенсивно разлагались смеси послеуборочных остатков подсолнечника и эспарцета – на 45%, подсолнечника и яровой вики – на 44%, соломы ячменя минерального азота – на 40%, соломы ячменя и редьки масличной – на 36%.

Скорость разложения смеси послеуборочных остатков в течение второго года, так же как и остатков в чистом виде, зависела от степени их разложения в предыдущий период. Если она была высокой в первый год, то на второй год она резко снижалась.

Интенсивнее разлагались послеуборочные остатки смеси соломы ячменя с минеральным азотом – на 37%, соломы ячменя и редьки масличной – на 39%, подсолнечника яровой викой – на 36%, медленнее – подсолнечник с эспарцетом– на 33%.

На третий год интенсивность разложения биомассы послеуборочных остатков смеси культур замедлилась и была следующей: солома ячменя с минеральным азотом – 7%, солома ячменя с редькой масличной – 18%, подсолнечник с яровой викой – 12%, подсолнечник с эспарцетом – 12%.

На четвертый год смеси растительных остатков разложились полностью.

Таким образом, скорость разложения смеси растительных остатков исследуемых культур за четыре года снижалась в убывающем порядке: солома ячменя с редькой масличной (97%), подсолнечник с яровой викой (95%), солома ячменя с минеральным азотом (95%), подсолнечник с эспарцетом (93%).

Результаты исследований в модельных полевых опытах по изучению темпов разложения растительных остатков доказывают целесообразность использование бинарных посевов подсолнечника c эспарцетом или яровой викой, а также посев пожнивного сидерата сразу же после уборки ячменя, используя для этой цели редьку масличную.

В опыте 1, поступившие в почву после уборки растительные остатки возделываемых культур (солома, биомасса сидератов) подвергаются процессу разложения. Темпы разложения зависели от вида остатков (табл. 3).

В первый год наиболее интенсивно разлагались послеуборочные остатки горчицы сарептской (82,0%), медленнее – подсолнечника (45,1%), ячменя (26,0%) и озимой пшеницы (25,0%). Темпы разложения растительных остатков многолетних бобовых трав зависели от года жизни и составили 59,4-66,0% у люцерны и 58,9-60,0% у донника. При этом следует отметить, что чем старше были многолетние травы, тем медленнее разлагались их растительные остатки.

Исследуемые культуры в чистом виде по темпам разложения их растительных остатков за четыре года располагаются в следующем убывающем порядке: люцерна 1-го года жизни (98,5%), горчица сарептская (98,1%), донник 1-го года жизни (97,3%), люцерна 2-го года жизни (96,8%), донник 2-го года жизни (95,8%), люцерна 3-го года жизни (94,6%), подсолнечник (92,7%), солома ячменя (94,2%).

В первый год наиболее интенсивно разлагались смеси послеуборочных остатков соломы озимой пшеницы и люцерны 3-го года жизни (53,5%), медленнее – подсолнечника и люцерны 1-го года жизни (49,0%), подсолнечника и донника 1-го года жизни (47,3%), соломы ячменя и горчицы сарептской (38,0%).

Таблица 3. Скорость разложения растительных остатков сельскохозяйственных культур (модельный полевой опыт 2), 2013-2016 г. [10]

Темпы разложения смеси растительных остатков культур за четыре года снижались в следующем убывающем порядке: солома ячменя с горчицей сарептской (98,1%), солома озимой пшеницы с люцерной 3-го года жизни (97,5%), подсолнечник с люцерной 1-го года жизни (96,8%), подсолнечник с донником 1-го года жизни (95,3%).

При изучении темпов разложения остатков важно знать, какова будет скорость деструкции при смешивании биомассы различных остатков (рис. 3).

При ежегодном поступлении в почву растительных остатков в порядке чередования культур в 1-м зернопаропропашном севообороте разложилось 30% всей поступившей биомассы. Скорость разложения массы растительных остатков увеличилась в сидеральном и зернотравянопропашном севооборотах соответственно на 12 и 16%. Отмеченные изменения можно объяснить увеличением темпов деструкции остатков культур севооборотов за счет поступления остатков многолетних бобовых трав, обогащенных азотом.

Рисунок 3. Скорость разложения растительных остатков культур

севооборотов, % (модельный полевой опыт 2 в) 2013-2016 г. [10]

Химический состав растительных остатков. Темпы разложения биомассы растительных остатков культур и их смесей отличались по химическому составу. Это влияло на интенсивность процессов минерализации-гумификации органического вещества [2, 10].

Проведенные исследования показали (табл. 4, приложения 18-22), что растительные остатки растений в чистом виде и их смеси различались между собой по содержанию углерода, азота, фосфора и калия.

Больше всего азота содержали остатки эспарцета (1,46%), яровой вики (1,23%), редьки масличной (0,75%). В биомассе зерновых культур и подсолнечника азота было от 0,58 до 0,41%.

По содержанию фосфора остатки культур практически не отличались.

Растительные остатки культур по содержанию калия можно расположить в следующем убывающем порядке: эспарцет (1,35%), солома ячменя (1,10), подсолнечник (1,05%), редька масличная (0,84%), яровая вика (0,57%). Растительная биомасса смесей культур отличались по содержанию элементов питания от остатков одного вида растений.

Больше всего азота содержали смеси остатков соломы ячменя и редьки масличной (0,77%), соломы ячменя в смеси с минеральными удобрениями (0,73%). В биомассе остальных смесей количество азота было от 0,53 до 0,58%.

Остатки культур по содержанию фосфора практически не отличались. Содержание калия в них варьировало от 1,0 до 1,19%.

Многие ученые для оценки скорости разложения растительных остатков используют содержания в них углерода и азота, а так же их соотношение (С:N). Ими установлено, что скорость разложения растительных остатков достигает своего максимума при соотношении С : N ниже 25.

Проведенные исследования показали, что растительные остатки культур севооборотов различаются по содержанию углерода и азота.

Таблица 4. Химический состав растительных остатков

культур (модельный полевой опыт), 2019 г.

В остатках эспарцета и яровой вики оно варьировало от 24 до 37. Благодаря такому узкому соотношению эти остатки способны к быстрой минерализации. На остальных вариантах опыта это соотношение было от 53 до 93, поэтому эти остатки медленно разлагались.

Для ускорения темпов разложения остатков ячменя необходимо дополнительное внесение азотных минеральных удобрений (10-15 кг д.в. на 1 тонну). Это снижало соотношение С:N c 83 до 62.

При смешивании биомассы зерновых культур с многолетними бобовыми травами содержание азота повышается, а соотношение С:N становится уже.

Таким образом, по соотношению C:N, а следовательно и по большей скорости разложения, остатки культур можно расположить в следующем убывающем порядке: эспарцет, яровая вика, редька масличная, смесь соломы ячменя с редькой масличной, соломы ячменя, подсолнечник с эспарцетом, подсолнечник с яровой викой, подсолнечник.

Исследования, проведенные в опыте 2 показали (табл. 5), что растительные остатки одного вида растений различаются между собой по содержанию углерода, азота, фосфора и калия.

Больше всего азота содержали остатки люцерны, донника, горчицы. В биомассе зерновых культур и подсолнечника азота было от 0,92 до 1,05%.

По содержанию фосфора остатки культур (за исключением озимой пшеницы, ячменя, где содержание этого элемента доходило до 0,15-0,17%) практически не отличались.

Растительные остатки культур по содержанию калия можно расположить в следующем убывающем порядке: донник, люцерна, горчица, подсолнечник, озимая пшеница, ячмень.

Растительная биомасса смесей культур отличались по содержанию элементов питания от остатков одного вида растений. Больше всего азота содержали смеси остатков люцерны третьего года жизни и соломы озимой пшеницы – 1,28%. В биомассе остальных смесей количество азота было от 0,71 до 0,82%.

Остатки культур по содержанию фосфора (за исключением смеси подсолнечника и люцерны первого года жизни, где содержание этого элемента доходило до 0,32%) практически не отличались. Содержание калия в них варьировало от 0,22 до 0,25%.

Смеси остатки культур по содержанию калия можно расположить в следующем убывающем порядке: подсолнечник и донник первого года жизни (1,28%), подсолнечник и люцерна первого года жизни (1,24%), солома озимой пшеницы и люцерна третьего года жизни (1,15%), солома ячменя и горчица (1,05%).

Таблица 5 Химический состав растительных остатков культур [10]

Многие ученые для оценки скорости разложения растительных остатков используют содержания в них углерода и азота, а так же их соотношение (С:N). Ими установлено, что скорость разложения растительных остатков достигает своего максимума при соотношении С : N ниже 25.

Проведенные исследования показали, что растительные остатки культур севооборотов различаются по содержанию углерода и азота.

В остатках люцерны и донника оно варьировало от 23 до 35. Благодаря такому узкому соотношению эти остатки способны к быстрой минерализации. Сразу же после их запашки начинается бурный микробный процесс [16], в результате чего большая часть биомассы разлагается, что создает благоприятные условия для роста и развития последующих культур севооборота.

На остальных вариантах опыта это соотношение было от 41 до 93, поэтому эти остатки медленно разлагались. Для ускорения темпов разложения остатков на этих вариантах необходимо дополнительное внесение азотных минеральных удобрений (10-15 кг д.в. на 1 тонну), в то время как для разложения остатков донника и люцерны этого не требуется [10, 20, 23, 25].

При смешивании биомассы зерновых культур с многолетними бобовыми травами содержание азота повышается, а соотношение С : N становится уже.

Таким образом, по соотношению C:N, а следовательно и по большей скорости разложения, остатки культур можно расположить в следующем убывающем порядке: люцерна, донник, горчица, ячмень, озимая пшеница, подсолнечник.

Детрит. Поступившие в почву растительные остатки возделываемых культур подвергаются процессу разложения. При этом одна часть этих остатков разлагается до конечных продуктов, а другая часть принимает участие в образовании детрита, составной части гумуса.

Результаты проведенных исследований показали достоверные изменения показателя содержания детрита в пахотном слое почвы под влиянием изучаемых приемов (табл. 6, приложения 1-3).

Так, на вариантах севооборотов на фоне вспашки с одновидовыми посевами культур (контроль) содержание детрита было 0,197%, а его замена на занятый пар яровой викой повышало до 0,317%, на сидеральный с эспарцетом – до 0,265%. На вариантах севооборотов на фоне плоскорезной обработки с одновидовыми посевами культур (контроль) содержание гумуса было соответственно 0,172%, 0,281%, 0,247%.

В зернопаропропашных севооборотах с одновидовыми посевами культур на фоне вспашки органическая система удобрений увеличивала содержание в пахотном слое почвы детрита при использовании соломы до 0,200%, пожнивного посева до 0,195%, соломы с пожнивным посевом до 0,201%, а на фоне плоскорезной обработки было соответственно до 0,180%, 0,172%, 0,181%.

В сидеральных севооборотах с бинарными посевами культур на фоне вспашки органическая система удобрений увеличивала содержание детрита в пахотном слое почвы при использовании соломы до 0,270%, пожнивного посева до 0,269%, и соломы с пожнивным посевом до 0,265%, а на фоне плоскорезной обработки соответственно до 0,25%, 0,251%, 0,246%.

Таблица 6. Содержание детрита (%) в пахотном слое почвы севооборотов под влиянием различных агротехнических приемов, (среднее 2016-2019 г.)

Дополнительное внесение минеральных удобрений на вариантах зернопаропропашных севооборотов с одновидовыми посевами культур (контроль) на фоне вспашки содержание детрита повышалось до 0,199%. Его замена на занятый пар яровой викой повышало до 0,320%, на сидеральный пар с эспарцетом – до 0,265%. На вариантах севооборотов на фоне плоскорезной обработки с одновидовыми посевами культур содержание детрита было соответственно 0,170%, 0,249%, 0,283%.

Дополнительное внесение минеральных удобрений на вариантах сидеральных севооборотов с бинарными посевами культур на фоне вспашки повысило содержание детрита до 0,265%, при использовании соломы до 0,269%, пожнивного посева до 0,272%, и соломы с пожнивным посевом до 0,275%, а на фоне плоскорезной обработки его количество было соответственно до 0,49%, 0,252%, 0,254%.

Дополнительное внесение минеральных удобрений на вариантах зернопропашных севооборотов с бинарными посевами культур на фоне вспашки увеличило содержание детрита до 0,320%, при их использовании с соломой до 0,319%, с пожнивным посевом до 0,318%, совместно с соломой и пожнивным посевом до 0,324%, а на фоне плоскорезной обработки соответственно до 0,283%, 0,282%, 0,288%.

Таким образом, органическая система удобрений увеличивала содержание детрита в изучаемых севооборотах на фоне вспашки с 0,197 до 0,322%, плоскорезной обработки почвы с 0,172 до 0,286%. Биологизация земледелия с применением минеральных удобрений и бинарных посевов увеличивала содержание детрита в изучаемых севооборотах на фоне вспашки с 0,199 до 0,324%, плоскорезной обработки почвы с 0,170 до 0,288%.

Исследованиями, проведенными в опыте 2 установлено, что сезонная динамика детрита зависит от культур севооборота, периода вегетации, приемов биологизации, способов основной обработки почвы и гидротермических условий года (табл. 7).

В чистом пару зернопаропропашного севооборота (контроль) на фоне вспашки масса детрита составляла 0,120%, а на фоне безотвального рыхления – на 14% меньше.