Развитие семян (процесс зернообразования).
С момента оплодотворения до полной зрелости в семени наблюдается ряд сложных превращений, т.е. происходит его развитие. Этот процесс наиболее подробно изучен у зерновых культур.
Н.Н. Кулешов предложил следующие принципы зернооброзования у мятликовых: весь процесс делится на три этапа - формирование, налив и созревание; фазы развития зерна связаны с определенным содержанием в нем влаги; содержание влаги для каждой фазы развития постоянное при любых условиях; поступление пластических веществ в зерно прекращается в начале восковой спелости и при повышении влажности возобновляться не может, прерывается биологическая связь семян с растениями.
Выделяют еще период послеуборочного дозревания. В это время в семени происходят сложные биохимические преобразования различных соединений и появляется новое и самое главное свойство семян – нормальная всхожесть, то есть семена во всех отношениях готовы начать новый цикл жизни растений.
Длительность каждого этапа и фазы и их характер определяется не только видовыми и сортовыми особенностями, но и условиями, в которых развиваются семена.
Жаркая и сухая погода вызывает запал и захват, прерывается процесс поступления сухих веществ, зерно формируется щуплое. При дождливой погоде налив зерна затягивается, некоторые вещества не превращаются в конечные продукты. Иногда наблюдается так называемое стекание зерна – снижение его массы и натуры на корню или в валках. Семена имеют пониженные урожайные свойства, обладают длительным послеуборочным периодом дозревания, плохо хранятся.
И наоборот нормальная температура, достаточная влажность, хорошая обеспеченность элементами питания обеспечивает формирование крупных, физиологически зрелых семян с высокими посевными и урожайными свойствами.
Покой, долговечность и прорастание семян.
Созревшее семя, находится в состоянии условного покоя, дышит и расходует на дыхание сухое вещество.
Под покоем семян понимают состояние жизнеспособных семян, при котором они не прорастают в благоприятных для данного вида условиях, прорастают замедленно или только при специфических условиях.
Способствующий сохранению вида в природе, в условиях сельскохозяйственного производства покой семян может иметь и отрицательное, и положительное значение. Состояние покоя семян не обеспечивает быстрое и дружное появление всходов, затрудняет определение лабораторной всхожести. В других случаях желательно иметь более продолжительный период покоя, например, чтобы избежать прорастание семян на корню или в валках. Основные причины состояния покоя семян – непроницаемость плодовых и семенных оболочек для воды и воздуха, наличие в семенах веществ (ингибиторов) задерживающих прорастание, а также внешние условия. Разнообразие форм проявления покоя вызывает необходимость их классификации и разработки эффективных методов ускорения прорастания семян.
Наиболее распространенная классификация, основанная на различиях механизмов торможения прорастания семян. В зависимости от того, какая часть семени задерживает его прорастание выделяют три типа покоя.
Эндогенный тип – определяется свойствами зародыша или эндосперма, экзогенный – обусловлен свойствами внешних покровов (семенных и плодовых оболочек), и комбинированный.
Существует квалификация, основанная на различии семян по глубине покоя. По этой классификации, выделяют два типа. При действительном, или истинном покое, семена не прорастают ни при каких сочетаниях внешних условий. Для их прорастания необходима стратификация, т.е. выдерживание во влажном песке, торфе, на льду (1-3 месяца) при температуре 1-50С или под снегом для ускорения прорастания после посева. В относительном покое (второй тип) семена способны прорастать, но только в определенных специфических условиях. Данный тип покоя проявляется в виде послеуборочного дозревания. Длительность послеуборочного дозревания – наследуемый признак культуры и сорта.
В семеноведении выделяют также понятия вынужденного и вторичного покоя. Вынужденный покой семян наступает при их попадании в глубокие почвы. При этом проявляется сложная реакция семян на качество света.
Вторичный покой, состояние, возникающее у семян при неблагоприятных условиях прорастания: ограничение газообмена, высокая или низкая температура, условия освещения.
Особый тип покоя семян так называемая твердосемянность. Среди полевых культур она особенно характерна для бобовых культур, особенно трав. При твердосемянности прорастание задерживается на первом этапе путем предотвращения доступа воды к зародышу.
Для устранения твердосемянности широко используется скарификация, т.е. повреждение кожуры семени в результате трения о шероховатую поверхность. Этот прием осуществляется в специальных машинах – скарификаторах.
Как и все живые организмы, семена имеют ограниченную продолжительность жизни. Период, в течение которого семена сохраняют способность прорастать, называется долговечностью.
Различают долговечность биологическую и хозяйственную. Биологическая долговечность – свойство семян при оптимальных условиях хранения сохранять способность к прорастанию хотя бы у единичных семян в партии. Хозяйственная долговечность – свойство семян при оптимальных условиях хранения сохранять кондиционную всхожесть. В производственных условиях учитывается хозяйственная долговечность, особенно при заготовках переходящих, страховых, резервных фондов. Дольше других кондиционная всхожесть сохраняется у семян пшеницы, ячменя овса, бобовых трав (10-15 лет), менее долговечны семена ржи, подсолнечника, рапса, сои (2-5 лет).
Прорастание – сложный процесс, в результате которого покоящийся зачаток растения превращается в проросток. В дальнейшем развитии из проростка образуются всходы, уже способные к автотрофному питанию.
Для прорастания необходимы влага, кислород и определенная температура, для семян некоторых растений имеет значение наличие или отсутствие света.
С точки зрения семенного контроля в процессе прорастания на основе внешних признаков выделяют три фазы.
Фаза набухания – увеличение объема и массы семян.
Фаза наклевывания – появление корешка из семени, что указывает на прохождение процессов активации и наступление ростовых процессов.
Фаза роста характеризуется образованием проростка.
Некоторые ученые, кроме того, рассматривают понятие фазы становления проростка, под которой подразумевается рост его стеблевой части, обеспечивающей появление всходов над поверхностью почвы.
Полевая всхожесть семян.
Для выращивания планируемых высоких и устойчивых урожаев с хорошим качеством продукции очень важно получить и сохранить своевременные, дружные и полноценные всходы оптимальной густоты. Густота всходов определяется не только нормой высева, но и полевой всхожестью семян. Полевая всхожесть – это количество появившихся всходов, выраженное в процентах к количеству высеянных всхожих семян. Она практически во всех случаях ниже лабораторной. Полевая всхожесть коррелируется с показателем степени сохранности растений. Сохраняемость (показатель, обратный изреживаемости) – это число сохранившихся к уборке растений в процентах к числу взошедших. В совокупности полевая всхожесть и сохраняемость характеризуют общую выживаемость растений, т.е. число сохранившихся к уборке растений в процентах к числу высеянных всхожих семян. Данный показатель интегральный и характеризует способность семян создавать в конкретных условиях полноценные растения, участвующие в формировании урожая.
На полевую всхожесть влияют многочисленные факторы: это почвенно-климатические условия зоны, свойства почвы, метеорологические условия отдельных лет, биологические особенности сельскохозяйственных культур, болезни и вредители, качество семян и уровень агротехники.
Экологические и агротехнические условия выращивания высококачественных семян. Выращивание семян по технологическим, организационным и техническим особенностям отличается от выращивания урожая для продовольственных, технических или фуражных целей. Это прежде всего выращивание семян с высокими сортовыми, посевными качествами и урожайными свойствами по интенсивной технологии в специализированных семеноводческих хозяйствах.
При разработке технологии выращивания семян необходимо учитывать зональные особенности. Растения формируют высокий урожай и качественные семена только в благоприятных зонах возделывания. Для семенных посевов должен быть выделен отдельный севооборот без производства товарного зерна. Такие посевы надо размещать по оптимальным предшественникам, исключающим возможность их видового и сортового засорения. Удобрения сильно влияют на урожай и качество семян. Для семенных посевов особенно важна сбалансированность подвижных форм элементов минерального питания. Для большинства сельскохозяйственных культур умеренное азотное и усиленное фосфорное и калийное питание являются эффективным средством повышения посевных качеств и урожайных свойств семян.
Система обработки почвы должна быть энергосберегающей и приспособленной не только к почвенным разностям, но и к определенным культурам и сортам.
Предпосевная подготовка семян применяется для повышения их посевных качеств. Она включает воздушно-тепловой обогрев или активное вентилирование, протравливание, инокуляцию семян бобовых культур. Для подготовки семян некоторых культур используют также дражирование.
Воздушно-тепловой обогрев используют в том случае, если созревание и уборка проходили при пониженных температурах и повышенной влажности. В таких условиях обогрев способствует повышению энергии прорастания и полевой всхожести семян. Особенно полезен обогрев семян для озимых культур, которые в наших условиях высеваются свежеубранными семенами.
Перед посевом семена должны обязательно протравливаться. Наиболее эффективным способом обеззараживания является инкрустация. Инкрустация – это обработка семян пленкообразующими составами, обязательным компонентом которых, кроме протравителя, является прилипатель. В качестве прилипателя в производстве используется NaKMЦ (натриевая соль карбоксилметилцеллюлозы), ПВС (поливиниловый спирт). Ограничено используются ЖКУ (жидкие комплексные удобрения.
Дражирование семян – покрытие их защитной, питательной оболочкой, применяют для семян сахарной свеклы, кукурузы и некоторых кормовых культур. Дражированные семена высевают небольшими нормами, равномерно в рядках на заданную густоту растений.
На посевные качества семян влияют густота стеблестоя, площадь питания и конфигурация последней, т.е. норма высева и способ посева. Предел загущения посевов для формирования качественных семян наступает раньше, чем для формирования максимальной урожайности.
Преждевременная уборка ведет к получению щуплых и неполноценных семян, а запоздалая – к большим потерям из-за обламывания плодоносящих частей растений и осыпания семян.
Для культур с неравномерным и длительным периодом созревания семян (бобовые культуры), а также в районах с влажным и коротким вегетационным периодом применяются методы ускорения созревания семян (дефолиация, десикация, сеникация). Эти приемы способствуют перераспределению питательных веществ из вегетативных в репродуктивные органы растений, существенно улучшая качество семян и снижая количество неполноценных зерен.
Основными способами уборки семенных посевов являются двухфазный, или раздельный, и однофазный, или прямое комбайнирование.
При двухфазном способе растения скашиваются жатками и укладываются в валки (уборка ведется в восковой спелости при влажности семян 30-35 %), а затем после подсыхания их подбирают комбайном с подборщиком и обмолачивают семена. Прямое комбайнирование применяют в полной или в конце восковой спелости при влажности семян 18-20 %.
Практика показывает, что при двухфазной уборке посевные качества семян часто лучше, чем при уборке прямым комбайнированием. Выше бывает чистота семян, всхожесть и энергия прорастания также возрастают, семена лучше обмолачиваются.
В целом же на семенных посевах нужно применять и при необходимости сочетать различные способы уборки. Их выбор зависит от культуры, сорта, состояния посевов, погодных условий, наличия техники. Главное состоит в том, чтобы своевременно начинать уборку семенных посевов и быстро заканчивать ее, без потерь и снижения качества семян.
Причины ухудшения посевных качеств семян и условия их сохранения. Сортовая чистота – это лицо сорта, показатель культуры агронома. При размножении сортов в производственных условиях они растут не изолированно. Их окружают другие сорта этих же культур, как и другие культуры, что часто приводит к механическому засорению семенного материала. Это возможно при плохой очистке семян, комбайнов, зерноочистительных машин, сушилок, токов, транспортных средств, при перевозке зерна от комбайнов и т.д. Даже при тщательном соблюдении всех мер предосторожности через год – два в сорте появляется сортовая примесь, которая с годами вытесняет семена основного сорта. Механическое засорение ведет к снижению урожайности, ухудшению качества семян.
Кроме механического возможно и биологическое засорение в первую очередь у перекрестноопыляемых культур (озимой ржи, гречихи и др.), между тетраплоидными сортами и диплоидными. С этой целью различные тетраплоидные сорта, а также диплоидные между собой размещаются на расстоянии 250-350 м друг от друга или в отдельных производственных участках.
Тритикале является факультативным самоопылителем. Для семеноводческих посевов необходима пространственная изоляция не менее 250 м от других сортов этой же культуры. Между посевами тритикале и исходными родительскими формами норма пространственной изоляции не устанавливается, биологическое засорение не происходит.
Таким образом, для продления жизни сорта необходимо уменьшить до минимума все возможные каналы ухудшения качества его семенного материала. Семеноводческие посевы должны размещаться на отдельных площадях. Необходимо проводить видовые и сортовые прополки и прочистки и тщательно следить за очисткой сеялок, комбайнов, зерноочистительных машин и складских помещений. Целесообразно работы проводить на машинах после использования их на уборке и сортировке других легкоотделимых культур (озимые после овса и т.д.).
Рабочие органы комбайнов и других машин, воздействуя на семена, в той или иной степени травмируют их. В наибольшей степени семена травмируются в молотильном устройстве.
К травмированным относятся семена обрушенные, раздавленные, с полностью выбитым и частично отбитым зародышем и эндоспермом, с внутренними травмами, трещинами, вмятинами, а также с различными нарушениями целостности покровов.
Травмирование – одна из основных причин снижения урожайных свойств семян полевых культур. Повреждение только оболочек (микротравмы) отрицательно сказывается на посевных качествах семян. Многие микротравмы, не снижая лабораторную всхожесть семян, могут отрицательно влиять на полевую всхожесть и продуктивность растений.
Имеется ряд способов уменьшения травмирования семян. Прежде всего, необходимо правильно выбрать режим работы комбайна в зависимости от состояния и физико-механических свойств убираемой культуры и сорта.
Подготовка семян к хранению. Созревшее семя находится в состоянии условного покоя, дышит и расходует на дыхание сухое вещество. Для того чтобы семена хорошо хранились (находились в устойчивом состоянии), их подвергают послеуборочной обработке.
Послеуборочная обработка семян состоит из следующих операций: предварительной очистки, сушки, повторной очистки и сортирования. Предварительная очистка – это отделение семян от грубых и мелких примесей с помощью воздушной аспирации и решетного стана. Производительность машин первичной очистки, работающих во время поступления зерна от комбайнов, должна в 1,5 раза превышать производительность уборочных агрегатов. Первичную очистку зерна проводят различными машинами (ОВП-20А, ЗАВ-40, ЗВС-20 и др.). Трудноотделимые примеси выделяют, учитывая морфологические признаки и физические свойства семян. По плотности семян примеси можно удалить на пневматических сортировальных столах (ПСС-25). По характеру поверхности, используя электромагнитные машины, можно очистить семена с гладкой поверхностью от сорняков с шероховатой поверхностью и так далее.
Важным этапом в послеуборочной обработке семян является их сушка. Кондиционными по влажности являются семена (зерновые), высушенные до 14-15,5% в момент реализации и 12-14% для переходящих фондов. Если зерно имеет влажность 16-20%, достаточно его пропустить через сушку один раз, если 21-25% - необходимо сделать это дважды. За один пропуск рекомендуется снимать не более 6% влаги. Семена сушат при мягком режиме: для зерновых колосовых на шахтных сушилках температура теплоносителя должна быть 60-700С, семян – 43-450С; гречихи, просо 45-55 0С и 35-400С, зернобобовых 35-50 0С и 30-380С соответственно.
Хранение влажных семян даже в течение 24-28 часов приводит к снижению их всхожести в результате самосогревания и плесневения.
Наиболее эффективным способом сохранения всхожести семян и снижения влажности является их активное вентилирование. Продолжительность этого процесса зависит от культуры, влажности семян, температуры их насыпи, относительной влажности воздуха.
Для сушки семян применяют бункеры активного вентилирования, с напольной воздухоподогревательной системой. На семяочистительных заводах эти процессы осуществляются комплексно с использованием механизации. Активным вентилированием за двое – трое суток до влажности 14-15% можно высушить семена с влажностью 22-24% при подогреве воздуха до 30-350С и его подаче 1000 м3/ч на 1 т зерна.
После сушки, а если зерно сухое, после предварительной очистки семена поступают на сложные зерноочистительные машины для окончательной очистки и сортировки. Сортирование – обязательный прием подготовки семян, его проводят с целью выделения для посева крупных, тежеловестных и выравненных семян, удаление из партии мелких, щуплых и легковесных. Для проведения этой операции используют сортировальные машины: СМ-4, «Петкус-Гигант», Алмаз и др.
До начала сортирования из каждой партии отбираются образцы для фракционного анализа, который проводится с помощью набора лабораторных решет с разницей в ширине отверстий 0,2 мм. Для каждой из фракций подбирают соответствующие решета. У полученных фракций определяют массу 1000 семян, их жизнеспособность и примеси семян других культур. При сортировании семян регулируется поток воздуха, а работу триеров регулируют подбором цилиндров с соответствующим размером ячеек аналогично подбору решет, работу триерных цилиндров – количеством подачи семян и наклоном рабочей кромки желоба.
Очень важно, чтобы настройка очистительных машин позволяла за один проход получить качественные семена – это уменьшит травмирование, снизит затраты энергии, рабочей силы.
Для некоторых культур (кукуруза, подсолнечник, сахарная свекла) применяют калибровку, т.е. разделение их семян на однородные фракции по величине и форме.