Цукрові буряки із польових кагатів — якість врожаю та втрати при зберіганні (частина 1)

 

Якість врожаю цукрових буряків залежить від ґрунтових умов, типу та налаштувань збиральної техніки, а також сорту буряків. Якість врожаю може викликати значні втрати під час зберігання, особливо, коли трапляються пошкодження коренеплодів. Для визначення якості врожаю комерційних цукрових буряків та кількісної оцінки втрат при зберіганні в Німеччині було досліджено 92 польових кагати комерційних цукрових буряків та зібрано інформацію про умови збирання. Також було визначено кількість налиплої землі, залишки листя, діаметр обрізаної вершини голівки коренеплоду, пошкодження поверхні кореня буряка. Шість відібраних зразків цукрових буряків зберігалися в кліматичному контейнері при 9 °С протягом 10 тижнів. Результати продемонстрували досить хорошу якість цукрових буряків. Вологість ґрунту під час збирання не мала жодного впливу на якість врожаю та втрати при зберіганні. Дуже легкі та більш важкі ґрунти призводять до нижчої якості врожаю (налипла земля, пошкодження кореня, тощо) та більших втрат при зберіганні, порівняно зі звичайними суглинними ґрунтами. Було виявлено значні відмінності між трьома видами комбайнів. Взагалі, сильні пошкодження кореня та серйозні поверхневі пошкодження буряка були пов’язані з високим рівнем розвитку цвілі та гнилей, вмістом інвертного цукру після зберігання та великими втратами цукру. Зокрема, із п’яти найбільш широко використовуваних сортів буряків один виявився дуже схильним до пошкоджень, що призвело до великих втрат при зберіганні. Факторний аналіз показав, що вплив копки/сортування комбайна та сорту є важливішим для якості врожаю та втрати цукрових буряків під час зберігання, ніж ґрунтові умови під час збирання. Тому потрібно враховувати оптимізацію цих умов.

За матеріалами статті на тему «Цукровий буряк із польових затискачів — якість врожаю та втрата при зберіганні» («Sugar beet from field clamps — harvest quality and storage loss») журналу «Цукрова галузь» («Sugar Industry») 143 (2018) №68.

Якість врожаю цукрових буряків — це ключова тема обговорення, мабуть, чи не з самого початку виробництва цукрових буряків. Часто основна увага приділялася очистці коренів (залишків землі) та втратам у вазі (втрати цілого буряка, дефекти, пошкодження). Декілька років тому якість врожаю сильно погіршилася, беручи до уваги обрізання бадилля та головки цукрових буряків.

Останнім часом зі збільшенням тривалості переробної кампанії подовжилися і терміни зберігання, відповідно все більше уваги почали приділяти питанню якості врожаю у контексті втрат буряків при зберіганні. Результати досліджень свідчать про те, що пошкодження коренеплодів під час збиральних робіт збільшують втрати цукру під час зберігання.

На якість врожаю впливають численні фактори. Відмінності між типами бурякозбиральної техніки різних компаній були детально досліджені під час тестування. Системи очищення, очисні турбіни чи осьові ролики, схоже, можуть викликати різні пошкодження коренів.

Але ґрунтові умови також можуть значно впливати на якість врожаю. Зокрема, кількість налиплої на цукрових буряках землі залежить не тільки від вологості ґрунту, але й від його текстури. У вологих, а тим більше мокрих погодних умовах під час збирання врожаю важкі або глинисті ґрунти є основною причиною збільшення кількості налиплої землі на коренях.  Тому інтенсивність очищення збиральної техніки потрібно підлаштовувати до конкретних умов. Але агресивна чистка може призводити до механічних пошкоджень буряка, що часто збільшує втрати цукру після зберігання. Однак останні дослідження викликають певну невизначеність щодо рівня пошкоджень під час збирання цукрових буряків, особливо в контексті впливу на втрати цукру під час зберігання травмованих буряків у кагаті.

Окрім ґрунтових та технічних умов, висадка цукрових буряків також може викликати відмінності у якості врожаю. Тим не менш густоту стояння цукрових буряків із просівами зазвичай важче збільшити через значні відмінності у рості рослин у межах від 50 до 110 тис. шт. на га при тому, що не було констатовано жодного впливу густоти стояння на якість врожаю. Результати проведених досліджень, однак, припускають, що сорти цукрових буряків відрізняються їх схильністю до пошкоджень, що згодом призводить до явних втрат при зберіганні.

Інформацію про вплив збиральної техніки, інтенсивності очищення, а також сортів буряків на якість врожаю було отримано далеко від наукових експериментів із визначеною варіацією розглянутих факторів. Але даних про якість врожаю комерційних цукрових буряків та фактори, які на неї впливають, досить мало. Тому основними завданнями даної статті є: 1) кількісна оцінка якості врожаю, особливо ступеня пошкоджень, що виникають під час збирання у регіонах вирощування цукрових буряків у Німеччині, а потім 2) аналіз важливості якості врожаю у контексті втрат при зберіганні. Крім того, основною метою є: 3) розглянути внесок різних факторів впливу (таких як ґрунтові умови під час збирання врожаю, система збирання та сорт буряків) на якість врожаю та втрати при зберіганні.

Матеріал та методи

Моніторинг польових кагатів

Зразки цукрових буряків було відібрано з 92 комерційних польових кагатів 18 цукрових заводів, тим самим залучивши чотири цукрові компанії Німеччини (Sudzucker, Nordzucker, Pfeifer & Langen, Suiker Unie — Zuckerfabrik Anklam). Таким чином, моніторинг кагатів охопив основні райони вирощування цукрових буряків у Німеччині.

Ґрунтові умови

Кагати були вибрані з урахуванням різних систем збирання та типів ґрунтів. Також було зафіксовано інформацію про різні сорти цукрових буряків та вологість ґрунту під час збирання (Графік 1). Тип ґрунту не визначався в деталях, оскільки глинисті ґрунти також часто розглядалися як лесові ґрунти та чорноземи (що вказує на генезис). У моніторинг були включені переважно глинисті ґрунти як звичайні ґрунти для вирощування цукрових буряків, а також супіщані ґрунти. У більшості випадків ґрунтові умови під час збиральної кампанії 2017 року були вологими та навіть мокрими.

Збиральна техніка

Самохідні, переважно шестирядні комбайни (винятки: два кагати з 9-ти рядними, три кагати з 12-ти рядними комбайнами) від 3 компаній з різними моделями (Grimme: Maxtron; Holmer: T 3, T 4, Ropa: Panther, Тигр 4, 5, 6, V8) були задіяні в дослідженнях. Одинадцять кагатів було укладено за технологією дефоліації (машинами двох компаній). Оскільки кагати розташовувались у різних регіонах, оператори та зокрема налаштування техніки змінювалися відповідно до кожного кагату та ґрунтових умов.

Сорти

Загалом у дослідженнях було використано 17 сортів цукрових буряків (Alcedo, Annalaura, Brix. BTS 440, BTS 655, BTS 770, BTS 8750 N, Danicia, Daphne, Hannibal, Isabella, Julius, Kleist, Lisanna, Rashida, Strauss, Васко) (Графік 1).

Графік 1. Типи ґрунтів, вологість ґрунту під час збирання врожаю, збиральна техніка та сорти у моніторингу кагатів, 92 кагати в Німеччині, 2017 рік

Оскільки моніторинг кагатів повинен виділити загальні взаємозв'язки, збиральна техніка (власне: компанії-виробники збиральної техніки) та сорти буряків не називаються в результатах.

Три типи комбайнів були практично однаково задіяні в роботі на різних типах ґрунтів (Таблиця 1), можливо, комбайн 2 був трохи більше задіяний на лесових ґрунтах. Сорти не можна було віднести аналогічно до певних комбайнів, оскільки комбайн 2 був задіяний на більшості полів із сортом 2, тоді як комбайн 1 не працював із сортом 3 та 5.

Таблиця 1. Відсоток польових кагатів із певним типом ґрунту та певним сортом буряків, які збиралися трьома типами комбайнів; моніторинг кагатів, 92 польових кагати в Німеччині, 2017 рік

Тип ґрунту Відсоток польових кагатів (%)
Комбайн 1 Комбайн 2 Комбайн 3
глинистий пісок 2,2 4,4 3,3
супіщаний ґрунт 3,3 11,0 15,5
глиняний 6,6 6,4 13,3
лесовий 2,2 9,7 3,3
чорнозем 3,3 3,3 3,3
важкі суглинки 2,2 3,3 3,3
Сорт*
1 13,4 16,8 20,2
2 1,0 10,1 6,7
3 0,0 3,4 8,4
4 1,7 3,4 5,0
5 0,0 3,2 6,7

* 100% = 60 польових кагатів: сума 5 сортів

Відбір проб та зберігання

Безпосередньо після збирання врожаю, в кінці жовтня / на початку листопада 2017 року, з кожного кагату було відібрано від 200 до 220 буряків, виключивши буряки з очевидними проблемами, такими як гнилі та пошкодження мишами.

Відібрані буряки поміщали в біг-беги. Із кожного біг-бегу по 10 нет-бегів (карманів) було заповнено 20 буряками. Чотири однакові мішки були проаналізовані як контрольний зразок перед зберіганням, а шість мішків як зразок зберігання після самого зберігання. Буряки зберігалися протягом 10 тижнів до середини січня 2018 року в кліматичному контейнері з постійною температурою 9 °С і близько 98% вологістю повітря.

Якість врожаю та пошкодження

Перед зберіганням визначалася якість врожаю на 10 відібраних коренеплодах. Діаметр обрізаної голівки і кінчика кореня вимірювався за допомогою калібрування, визначалися поверхневі пошкодження (1 = тільки поверхневі пошкодження, 2 = поверхневі пошкодження та незначні дефекти, 3 = значні механічні пошкодження зламаного кореня) та залишки бадилля (усі < 2 см) визначалися як 1 = мало, 2 = помірна кількість, 3 = багато. Кількість налиплої землі обчислювалася як різниця в масі буряка до та після промивання і стосувалася чистого коренеплоду.

Після зберігання із кожного мішка було відібрано по 10 буряків для визначення ступеня розвитку цвілі та гнилі (1 = незначний, 2 = помірний, 3 = високий).

Дослідження

Після екстракції розчином сульфат алюмінію визначався вміст цукру, калію, натрію, аміно-азоту та глюкози за допомогою автоматизованого аналізатора (Anton Paar OptoTec GmbH, Seelze) згідно ICUMSA (1994, 2017). Вміст інвертного цукру розраховувався виходячи з вимірюваного вмісту глюкози, помноженого на коефіцієнт 1.735.

Втрати цукру під час зберігання розраховували виходячи з різниці між вмістом цукру перед та після зберігання, відносно до вмісту цукру перед зберіганням (= 100%). Передбачалося, що на початку зберігання піддослідні зразки буряків мали той же вміст цукру, що і контрольні зразки.

Статистика

Дані були статистично проаналізовані за допомогою програми SAS 9.4 (SAS Institute Inc,. Кері, Північна Кароліна, США). Отримані дані подаються у вигляді діаграм, з урахуванням усіх значень.

Для кращого визначення параметрів було проведено багатофакторний аналіз (факторний аналіз, PROC FACTOR). Інформація по параметрам зжата, і два нові фактори були сформовані за критерієм ElGENVALUE-ONE (Фактор 1 та Фактор 2). Метод варімакс використовувався як ортогональне перетворення для обертання до максимального відхилення, обґрунтованого новими факторами. Фактор 1 складається із розвитку цвілі та гнилей, втрат цукру та інвертного цукру, які тісно пов'язані (= втрати при зберіганні; пояснює 41% загальної дисперсії). Фактор 2 (= пошкодження; пояснює 29% загальної дисперсії) складається з дефекту кореневого кінчика та пошкодження поверхні кореня, які тісно пов'язані між собою та негативно впливають на вміст цукру в буряку перед його зберіганням.

Вміст цукру враховувався як важлива характеристика складу цукрових буряків. На Графіку 6 центр є загальним середнім значенням усіх даних і прирівнюється до 0. Чим більша відстань до центру (тим більше навантаження), тим вище значення параметра чи фактору. Оскільки кількість налиплої землі, залишки бадилля та діаметр обрізаної голівки кореня не мали великого значення для втрат при зберіганні, вони не враховувалися в дослідженнях.

Результати

У середньому діаметр обрізаної голівки кореня склав 4,6 см (2,1-9,0 см), залишки бадилля — 1,4 (0,6-2,7), налипла земля — 4,1% (1,7-10,2%), діаметр кінчика кореня склав 2,6 см (1,3-4,6 см), а пошкодження поверхні — 1,7 (1,0-2,6). Далі показано, що якість врожаю та подальші втрати при зберіганні відображаються під впливом різних факторів (Графік 2-5). Нарешті, загальний взаємозв'язок окреслений у факторному аналізі на Графіку 6.

Ґрунтові умови

Вплив типів ґрунтів на якість врожаю та втрати при зберіганні показано на Графіку 2. Типи ґрунтів класифікуються від легких, піщаних ґрунтів (ліворуч) до важких ґрунтів із глиною (праворуч). Діаметр обрізаної голівки кореня та залишки бадилля різнилися між типами ґрунту, але вони не мали відношення до текстури ґрунту. На ґрунтах, де буряк підіймався вище над землею, було виявлено більше залишків бадилля. Кількість налиплої землі помітно збільшується від більш легких до важких ґрунтів (зліва направо). Пошкодження кореневого кінчика та поверхні коренеплоду показали подібну картину: вони були більш помітними на піщаних ґрунтах (глинистий пісок (гП), супіщаний ґрунт (сҐ)) та глинистих ґрунтах (важкі суглинки (вС)), порівняно зі звичайними супіщаними ґрунтами (глиняний (Г), лесовий (Л), чорнозем (Ч)). У залежності від типу ґрунту розвиток цвілі та гнилей після зберігання не сильно різнився. Вміст інвертного цукру після зберігання був більшим на піщаних та глинистих ґрунтах, а також на чорноземах, порівняно з супіщаними ґрунтами (суглинисті, глиняні, лесові ґрунти). Втрати цукру після зберігання були суттєво нижчими на суглинистих та глиняних ґрунтах, порівняно з іншими типами ґрунтів.

Вологість ґрунту під час збирання буряків не мала жодного впливу на якість врожаю та втрати при зберіганні (Графік 3).

Збиральна техніка

Тип комбайна мав значний вплив на якість врожаю та подальші втрати при зберіганні. Незважаючи на те, що середні значення мали значні відмінності, для всіх комбайнів зміна значень була подібною. Комбайн 1 показав найменший діаметр обрізаної голівки кореня, більше залишків бадилля та менші пошкодження кінчика кореня, ніж комбайни 2 та 3 (Графік 4). Комбайн 2 показав значне зниження кількості налиплої землі, але сильніші пошкодження поверхні кореня, ніж комбайни 1 і 3. Після зберігання розвиток цвілі, гнилей та вміст інвертного цукру збільшилися від комбайна 1 до 3, а потім до комбайна 2. Комбайн 2 викликав найбільші втрати цукру, порівняно з комбайнами 1 та 3.

Сорти

Сорти цукрових буряків показали значну різницю в якості врожаю та втратах при зберіганні (Графік 5). Найбільший вплив на якість врожайності та втрати при зберіганні мав сорт 2, він показав найбільші пошкодження кореневого кінчика та самої поверхні коренеплоду, а після зберігання ще й найінтенсивніший розвиток цвілі та гнилей, найбільші втрати цукру та інвертного цукру, порівняно з іншими сортами. З іншого боку, сорт 4 показав дуже низький рівень втрати цукру.

Графік 2. Якість врожаю та втрати цукрових буряків при зберіганні в залежності від типу ґрунту; 92 кагати в Німеччині, 2017 рік, зберігання в кліматичному контейнері при 9 °С протягом 10 тижнів; р = 0.05

Факторний аналіз

Оскільки вплив збиральної техніки і сортів також може залежати від того факту, що, комбайн 2 був, в основному, задіяний на більшості полів із сортом 2, було проведено факторний аналіз для об’єднання всіх даних та виділення загальних взаємозв'язків (Графік 6). Факторний аналіз може пояснити 70% варіації в наборі даних (41% з фактором 1 + 29% з фактором 2). Окрім того, цікаво відзначити, що вміст цукру в буряку перед зберіганням був пов’язаний зі ступенем пошкодження.

Між сортами 1, 5 та 3 не було жодної різниці у втратах при зберіганні, але була різниця у пошкодженнях (Графік 6, вгорі). Сорт 2 показав високий рівень пошкоджень та значні втрати при зберіганні. Сорт 4 також показав високий рівень пошкоджень, але втрати при зберіганні виявилися нижчими середнього рівня.

Стосовно збиральної техніки, було виявлено чіткий взаємозв'язок між ступенем пошкодження та втратами при зберіганні (Графік 6, внизу). Комбайн 1 завдав невеликої шкоди, розвиток цвілі та гнилей, рівень інвертного цукру та втрати при зберіганні були незначними. З іншого боку, комбайн 2 викликав більше пошкоджень коренеплодів та, в результаті, більші втрати при зберіганні.


2139