КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Научно-практические основы биоинженерии»
Тема: Биоконверсия некондиционного картофеля и возможность его переработки в энергонасыщенные смеси
Оценка________ Рейтинг________
Зав. кафедрой____________________________ (__А.Г. Кутузов_______)
Руководитель____________________________ (__А.С. Понкратов_____)
Студент_________________________________ (__С . А . Бозоро в_______)
Нормоконтролер_________________________ (__З.Р. Якупова________)
Казань-2018 г.
АННОТАЦИЯ
По теме курсовой работы,
дисциплины « Научно-практические основы биоинженерии »
« Биоконверсия некондиционного картофеля и возможность его переработки в энергонасыщенные смеси».
Ключевые слова: биоковерсия картофеля, картофельный крахмал, глюкозы, этанол, корм животным в качестве кормовые добавки.
Картофель – ценная продовольственная культура. В народе его часто называют «вторым хлебом». И это вполне естественно, так как он никогда не приедается и из него можно приготовить более 200 разнообразных блюд, обладающих необходимой калорийностью. Рекомендуемая суточная норма потребления картофеля (300-400 г) обеспечивает около 10% физиологической потребности людей в калориях, а 1 кг картофеля дает до 830 ккал.
Целю данной курсовой работы является:
1) Выбор сырья
2) Выбор технологии производства этанола
3) Расчет материального баланса
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) Получение данных о составе картофеля и определение путей ее переработки для получения смеси.
2) Получение глюкозы из крахмала.
3) Получения этанола.
Содержание
Введение. 4
Глава 1. 5
1.1. Климат и погодные условия года. 5
1.2. Требования к теплу и свету. 7
1.3. Требования к влаге. 9
1.4. Требования к почве. 14
1.5. Требования к элементам питания. 16
Глава 2. 20
Разработка научно-обоснованной технологии. 20
2.1.Переработка некондиционного картофеля. 20
2.2.Технологическая схема получения сырого картофельного крахмала. 24
2.3.Необходимый материал, оборудование. 25
Глава3. 27
3.1. Расчет материального баланса. 27
Средний химический состав картофеля (%): 27
5. Заключение. 28
Библиографический список. 29
Введение
С точки зрения производства продуктов питания в расчете на единицу площади, как источник растительного протеина картофель уступает лишь сое, как источник энергии – кукурузе. Повышение содержания в нем сухого вещества до 30-40% увеличивает его питательную ценность и производство продуктов питания на единицу площади.
Картофель является прекрасным кормом для скота и птицы. Для этой цели используют клубни в сыром и запаренном виде, засилосованную ботву. При скармливании его коровам значительно повышаются надои молока. Если рацион свиней на 50-75% состоит из картофеля, они дают около 6-7 кг мяса и сала на 100 кг этого продукта. С единицы площади картофельного участка при средних урожаях получают в 2 раза больше кормовых единиц, чем с посевов овса, ячменя, ржи.
Картофель издавна применяется в народной медицине. Содержащиеся в клубнях соли калия, кальция, железа, серы, йода, марганца, магния оказывают профилактическое и терапевтическое действие при малокровии, заболевании щитовидной железы, язвенной болезни, гастрите. Вдыхая пар только что сваренного картофеля, многие излечиваются от респираторного заболевания. Накладывая его на пораженные экземой или ожогами участки кожи, избавляются от этих заболеваний. Картофельный крахмал широко используется в домашнем хозяйстве при стирке белья, выпечке кондитерских изделий.
Картофель играет заметную роль в увеличении плодородия почвы. Почва после картофеля, возделываемого при высокой агротехнике, остается рыхлой и очищенной от сорной растительности.
Основные регионы где выращивают картофель в промышленных масштабах, это Нечерноземная зона и Центрально-Черноземная зона. До 80% картофеля выращивается в подсобных хозяйствах. Посевная площадь около 3400 тысяч гектар. Урожайность около 30 тонн с гектара. Потенциальная урожайность до 60 т/га.
Глава 1
Месяц
Год
Осадки
Температура
Таблица 1.2. Сумма активных и эффективных температур по месяцам и за вегетационный период
| Период | Продолжительность, дни | Начало | Конец | Сумма положительных температур |
| С температурой >0 | 211-215 | 3-5.IV | 3-5.XI | 2500-2600 |
| >5 | 176-180 | 16-18.IV | 12-14.X | 2350-2450 |
| >10 | 137-140 | 2-4.V | 19-20.IX | 2100-2200 |
| >15 | 83-88 | 1-4.VI | 27-29.VIII | 1350-1500 |
| Безморозный | 142-147 | 5-6.V | 26-30.IX |
Сумма средних суточных температур за период активной вегетации растений колеблется от 2100º в северной части до 2350º в южной части.
Срок вегетации на территории области древесной и травяной растительности длится 173-182 дня с середины апреля до середины октября.
Оттаивание почвы начинается через 1-2 дня после схода устойчивого снежного покрова; средние даты оттаивания почвы до глубины 10 см: 6-9.IV; 30 см: 14-15.IV; полного оттаивания: средняя: 21-25.IV; ранняя: 6-10.IV; поздняя: 30.IV-6.V.
Благоприятные условия для проведения полевых работ до 15 апреля складываются редко, 1 раз в 10 лет. По средним многолетним данным в первой декаде апреля 5-6 дней почва бывает покрыта снегом и 4-5 дней бывает либо мерзлой, либо переувлажненной, т.е. в обоих случаях непригодна для обработки. Только в третьей декаде апреля условия для проведения полевых работ 7-8 дней бывают благоприятными, т.к. почва достигает мягкопластичного состояния. В первой декаде мая условия для проведения полевых работ становятся вполне благоприятными. В это время полевые работы в 80-90% лет могут проводиться 8-10 дней. Во второй декаде мая необходимые условия для полевых работ, когда последние могут проводиться в течение 5-6 дней в декаду, складываются очень редко – 1 раз в 10-20 лет.
Требования к теплу и свету
Картофель замедляет ростовые процессы при температуре почвы ниже 7…8 °С и в то же время сильно угнетается уже при температурах почвы выше 25 °С. При высокой относительной влажности и температуре -1,0…1,5 °С чернеет и погибает ботва. Особенно неустойчивы к пониженным температурам молодые растения. Однако при медленном снижении температуры в растениях картофеля накапливаются сахара, что повышает их устойчивость к небольшим заморозкам (до -2…-3 °С).
Клубни картофеля обычно не выносят температуры -1…-2 °С, что связано прежде всего с высоким содержанием в них воды. Однако в отдельные годы благодаря постепенному охлаждению клубней в осеннее время и накоплению в них значительного количества сахара они могут даже перезимовывать в почве.
Картофель является светолюбивым растением. Только при хорошем, полном, ровном (для всей наземной вегетативной массы) освещении можно вырастить высокий урожай картофеля. При возделывании в затененных местах наблюдаются вытягивание стеблей, некоторое пожелтение ботвы и задержка образования молодых клубней.
В системе агротехнических мероприятий большое значение имеют правильные способы и нормы посадки картофеля, которые обеспечивают регулирование доступа света к ассимилирующей поверхности листьев. В условиях полевой культуры особенно важно обеспечить оптимальную площадь произрастания, при которой достигается равномерная и максимальная освещенность листьев растений не только верхних ярусов, но и нижних.
Чтобы обеспечить равномерное освещение всей вегетативной массы растений, надо правильно рассчитать размещение клубней, установить такое направление рядков, при котором будет самое лучшее освещение растений. При северо-южном, северо-западном и юго-восточном направлениях рядков растения равномернее освещаются в течение дня. При северо-южном направлении рядков, например, урожай картофеля повышается на 16-20 ц/га, а крахмалистость клубней на 1-2%.
Наиболее рациональна такая густота посадки, при которой формируется 40-50 тыс. м2 листовой поверхности на 1 га. В этом случае обеспечивается достаточная освещенность растений, ботва дольше остается жизнедеятельной, наиболее полно поглощая солнечную радиацию. Надземные органы картофеля лучше растут и развиваются при длинном дне, а клубнеобразование интенсивнее протекает при коротком.
По современной фотопериодической классификации культурные сорта картофеля относят к короткодневным растениям, но в условиях средних широт он вполне мирится с длинным днем. Сокращение продолжительности дня ускоряет развитие растений.
Для образования и функционирования столонов, для образования клубней картофеля требуется полная светоизоляция. Под светонепроницаемой (черной) органической пленкой картофель дает урожай выше и в более ранние сроки, чем при выращивании обычным способом. Эта способность картофеля может быть использована в будущем .
Клубни картофеля, пролежавшие после выкопки из земли несколько дней на свету, зеленеют, в них образуется хлорофилл и ядовитый алкалоид – соланин. Озеленение полезно для семенных клубней: накопление соланина повышает устойчивость их к болезням, озелененные клубни обладают лучшей семенной продуктивностью (прорастает наибольшее (от возможного) количество почек в глазках, ростки с высокой жизнеспособностью, крепче держатся на клубнях, не обламываются при машинной посадке). Клубни продовольственного и кормового назначения озеленять нельзя, так как они приобретают неприятный горький привкус и становятся ядовитыми.
Отношение картофеля к температуре (к теплу), освещению и продолжительности светового дня неоднозначно. При слабом освещении для нормального роста и развития растений требуется повышенная температура. В условиях продолжительного освещения картофель хорошо растет и развивается даже при пониженных температурах. Так, на севере Нечерноземной зоны (в районе Хибин) в условиях 20-часового светового дня при относительно низкой температуре (10-12°) картофель дает неплохой урожай. При таких же температурных условиях, но при сокращенном до 10 часов световом дне урожай значительно снижается, а при температуре 15-35° и удлиненном дне картофель развивал лишь ботву, клубни не завязывались.
Требования к влаге
Потребность картофеля в воде определяется его химическим составом (около 75-80% его массы – вода), образованием сравнительно большой надземной массы и урожая клубней. Транспирационный коэффициент колеблется от 65 до 130 и более воды на 1 кг сухого вещества. А так как картофельное растение способно давать высокие урожаи (до двух и более килограммов клубней и зеленой ботвы на 1 куст), то на создание такого урожая требуется много воды.
Картофель дает максимальный урожай и бывает более здоровым при высоком содержании влаги в почве – в пределах 60-80% ее полной влагоемкости. Однако переувлажнение почвы вредно для картофеля. В этом случае трудно поддерживать почву в рыхлом и воздухопроницаемом состоянии. При избытке влаги в почве в клубнях меньше накапливается сухого вещества и крахмала, растения больше поражаются грибными и бактериальными болезнями.
Требуя много влаги (до 200 кг на 100 м2 посадок в сутки), картофель в разные периоды роста и развития потребляет ее неодинаково.
При полном появлении всходов, в начале формирования ботвы, картофельное растение будет нормально расти и развиваться и при небольшом запасе влаги в почве, но этот период непродолжителен, особенно у раннеспелых сортов. По мере роста ботвы, увеличения листовой поверхности потребность картофельного растения в воде возрастает. В фазу бутонизации и начала цветения картофель очень чувствителен к недостатку влаги в почве. Этот недостаток может быть причиной сбрасывания бутонов и цветков. Максимальное количество воды требуется в период наибольшего прироста урожая клубней, интенсивного роста ботвы. Необеспечение картофельного растения водой в этот период намного больше снизит урожайность, чем в другие периоды. При длительной засухе в фазе цветения урожайность может снизиться на 50-60%, ухудшатся семенные и вкусовые качества. Оптимальная влажность зависит от температуры: при низкой температуре допустима невысокая влажность, а при температуре 19-20° – наибольший прирост клубней при влажности почвы около 100% от наименьшей полевой влагоемкости. Потребность картофельного растения в осадках (поливе) зависит от механического состава почвы, содержания в ней органических и питательных веществ, – от водных свойств почвы. Чем богаче почва питательными веществами (при высокой буферности ее), тем меньше требуется воды на образование урожая клубней.
С начала физиологического созревания основной массы клубней и начала отмирания ботвы потребность в воде у картофеля снижается: прирост клубней уменьшается, уплотняется кожура, уменьшается испарение воды листьями.
Наибольшее значение для картофеля в нашей зоне имеют июльские и августовские осадки. Для раннеспелых сортов картофеля более высокая потребность в воде во второй половине июня. Потребность картофельного растения в воде может удовлетворяться как за счет осадков (при правильном использовании их), так и за счет полива. При равном количестве осадков и дождевания в первом случае прибавка урожая больше, так как дождь увлажняет и большую толщу воздуха.
В тех хозяйствах, где влагообеспечение – ненадежный фактор, следует организовать полив. Но производство картофеля с применением дождевания (полива) должно быть рентабельным.
Картофельное растение чувствительно к недостатку влаги в почве, но для него вредно и даже губительно переувлажнение почвы. В Нечерноземной зоне в период наибольшего потребления влаги (цветение и клубнеобразование) верхней границей оптимальной влажности почвы является наименьшая полевая влагоемкость, а нижней границей 65-70% от наименьшей полевой влагоемкости. При запасах продуктивной влаги в пахотном слое больше 67-70 мм на дерново-подзолистых суглинках и супесях клубнеобразование полностью прекращается из-за переувлажнения почвы. Продолжительное переувлажнение почвы (98-100%) губительно для картофельного растения. Продолжительное переувлажнение приводит к удушению клубней, их загниванию от недостатка кислорода воздуха. Начало удушения клубней можно обнаружить по разрастающимся чечевичкам – органам дыхания клубней. Чечевички имеют светло-кремовый цвет (светлее кожуры белокожих клубней), они представляют собой рыхлые бугорки из крахмала. При повышенной температуре в переувлажненной почве клубни быстро гибнут.
Когда происходит естественное увядание ботвы, ее постепенное отмирание и прирост клубней снижается, картофельное растение все меньше берет влаги из почвы. В этот период желательна теплая погода без осадков. Она будет благоприятна для образования на клубнях толстой крепкой кожуры. Клубни, закончившие формирование при сухой теплой погоде, хорошо хранятся, обладают хорошими семенными и вкусовыми качествами. Программируя урожай, управляя ростом и развитием картофельного растения, надо подгадывать так, чтобы конец формирования клубней приходился на теплый сухой период осени.
При избытке влаги в почве и низкой температуре кожура на клубнях непрочная, она разрушается даже при слабых механических воздействиях на клубни. Такие клубни трудно хранить, у них понижены семенные качества.
Нельзя допускать переувлажнения почвы. Надо применять комплекс агроприемов против переувлажнения. В этом деле постоянно действующими факторами являются хорошие водные и воздушные свойства почвы. Их надо создавать. Почва должна обладать хорошей водопроницаемостью и водоудерживающей способностью. Против переувлажнения почвы в период вегетации картофеля необходимо провести агротехнические и гидротехнические работы: узкозагонную вспашку, гребневание поверхности поля с осени, вырыть осушительные каналы. На полях, где возможно переувлажнение, посадку клубней, надо проводить в гребни, специально нарезаемые для этой цели.
Воздушный режим почвы – важнейший фактор в жизни картофельного растения. Корневая система в процессе дыхания поглощает большое количество кислорода. Суточная потребность составляет 1 мг кислорода на 1 г сухого вещества. Особенно высокая потребность в кислороде у столонов и клубней. Поэтому в период клубнеобразования необходимо обеспечить свободный приток воздуха в зону размещения корней, столонов и клубней картофеля. Это успешно достигается на почвах с хорошим водным и воздушным режимом при правильной системе применения органических удобрений, обработки почвы, ухода за картофелем.
В одних и тех же капиллярах и скважинах не могут одновременно находиться воздух и вода. Структура почвы, система обработки ее должны быть такими, чтобы в корнеобитаемом слое почвы одновременно находились вода и воздух в соотношениях, благоприятных для картофельного растения. До роста и развития столонов, до начала клубнеобразования для корневой системы картофеля требуется не менее 5% концентрации кислорода в общем объеме воздуха в почве. С ростом столонов, а затем и клубней потребность в кислороде возрастает. В период интенсивного клубнеобразования содержание кислорода в почвенном воздухе должно быть около 20% при хорошем доступе воздуха в почву. Лучшая воздухопроницаемость у почв со скважностью 45-65% от объема почвы при оптимальной влажности ее. Высокая скважность, пористость почвы находится в прямой зависимости от ее структурности, рыхлости. Чем плотнее почва, тем ниже ее скважность. При плотности с объемным весом 1-1,2 г/см3 для дерново-подзолистой суглинистой почвы и не более 1,2-1,4 г/см3 – для супесчаных и песчаных почв кислорода в почвенном воздухе бывает достаточно, если почва не переувлажнена. В рыхлой почве свободно происходит обмен между почвенным и атмосферным воздухом. При уплотнении почвы содержание кислорода уменьшается, а концентрация углекислого газа (углекислоты) возрастает, что отрицательно сказывается на корневой системе картофеля. Для оптимального роста и развития корневой системы картофеля концентрация углекислого газа в почвенном воздухе не должна превышать одного процента. При высокой концентрации углекислого газа и недостатке кислорода в почвенном воздухе (2%) верхушки корней чернеют и загнивают. При уменьшении содержания кислорода ниже 2% картофель погибает. Для предотвращения накопления излишнего содержания углекислоты в почве, улучшения воздухообмена применяют глубокую вспашку, а если глубина гумусового горизонта не позволяет сделать это, то рыхлят подпахотный слой почвоуглубителями, производят кротование почвы. При уходе за картофелем применяют по возможности глубокое рыхление, не допуская повреждения корневой системы. Хороший воздушный обмен в почве – одно из главных условий для выращивания высокого урожая картофеля.
Требования к почве
Произрастает картофель на почвах разных типов, разновидностей, различного механического состава и различных свойств. Но высокий урожай картофеля можно получить лишь при обеспечении его всеми факторами жизни, в том числе достаточным притоком кислорода воздуха к корням растений. Это легче достигается на рыхлых почвах. Картофель считают культурой рыхлых почв.
От почвы картофель требует такой рыхлости, при которой бы она не представляла значительного механического сопротивления развитию столонов и клубней, была проницаема для воздуха, содержала достаточное количество влаги и не страдала бы от ее избытка. Для картофеля более подходящими будут почвы: супесчаные и не слишком бедные песчаные, суглинистые (особенно черноземы с высокой степенью скважности), самые лучшие – легкосуглинистые. При высоком уровне агротехники на этих почвах получают высокие урожаи картофеля с большим содержанием сухих веществ, отличных вкусовых качеств (у соответствующих сортов), хорошо хранящиеся. И наоборот, на тяжелых глинистых почвах для выращивания высоких урожаев нужно больше затрат, чтобы придать почве рыхлое состояние. Качество клубней на тяжелых почвах бывает плохое: ниже содержание крахмала, неудовлетворительные вкусовые качества, клубни плохо хранятся.
В районах, где достаточно осадков, картофель можно выращивать на бедных песчаных почвах. По способности «мириться» с такими почвами картофель стоит на первом месте среди всех сельскохозяйственных культур.
Урожай картофеля, качество его зависит от плотности, от твердости почв. На суглинистых дерново-подзолистых почвах для картофеля создаются лучшие условия и он накапливает более высокий урожай клубней при плотности почвы, равной 1,1-1,2 г/см3, на легких супесчаных почвах – 1,4-1,5 и на суглинистых черноземах – 0,9-1,1 г/см3.
Всходы картофеля на уплотненных до 1,35-1,5 г/см3 суглинистых почвах появляются на 5-6 дней позднее, чем на почвах с меньшей плотностью – 1,1-1,2 г/см3. С уплотнением почвы до 1,57-1,6 г/см3 посадочные клубни загнивают и не дают всходов. При уплотнении тяжелосуглинистой почвы до 1,4-1,5 г/см3 большая часть клубней формируются уродливыми. На таких почвах корни развиваются в верхнем слое, слабо ветвятся. На урожае уплотнение различных по механическому составу, почв сказывается по-разному. Так, на суглинистой почве уплотнение сверх 1,2 г/см3 вызывает резкое снижение урожая клубней, а на песчаной почве уплотнение до 1,5-1,6 г/см3 сказывается на урожае слабо. Черноземы – преимущественно среднего механического состава, и поэтому более благоприятное состояние почвы для картофеля будет, когда плотность ее не превысит 0,9-1,1 г/см3. На структурных черноземах, обладающих хорошими воздушными, водными и другими свойствами, выращивают высокие урожаи картофеля.Тяжелые суглинки и сильно уплотненные почвы, особенно при близком уровне грунтовых вод, непригодны для картофеля. Они препятствуют свободному развитию клубней и способствуют заболеваниям вследствие избыточной увлажненности. Не подходят для картофеля и засоленные почвы, так как он характеризуется очень плохой солее выносливостью.
Картофель может расти и развиваться и на кислых и слабощелочных почвах, но оптимальной кислотностью для него является рНсол 5-6.
Оптимальное содержание гумуса а почве должно находиться в пределах 3,5-4%. Для выращивания семенного материла хорошими почвами являются торфяники, обладающие потенциально высоким плодородием и благоприятными физическими свойствами (оптимальными скважностью и влагоемкостью, малой плотностью).
Требования к элементам питания
Картофель предъявляет более высокие требования к питательным веществам, чем многие другие культуры. Это связано с большим накоплением сухого вещества в урожае и слабо развитой корневой системой. Так, например, на супесчаных почвах общая масса корней в период максимального развития ботвы составляет только 1/12 часть ее массы. При этом 60% корней располагаются в слое почвы толщиной до 20 см, 16-18 – в слое 20-40 см, 17-20 – в слое 40-60 см и всего лишь 2-3% в более глубоких слоях.
В составе сухого вещества картофеля насчитывается 26 различных химических элементов, но наибольшую потребность картофель испытывает в пяти: азоте, фосфоре, калии, кальции и магнии. В среднем на каждые 100 кг клубней картофель (ботва и клубни) выносит: азота – около 0,5 кг, фосфора – 0,2, калия – 0,9, кальция – около 0,4, магния – 0,2 кг (см. табл. 2.1).
Таблица 2.1. Вынос питательных веществ на 100ц клубней при орошении
|
| Урожайность, ц/га | Вынос 100 ц клубней, кг | ||
| N | P2O5 | К2О | ||
| Дерново-подзолистая, связно-песчаная | 300-400 | 90-107 | 27-31 | 112-129 |
| Дерново-подзолистая, суглинистая | 300 | 70 | 22 | 120 |
| Выщелоченный чернозем | 360 | 54 | 20 | 58 |
| Торфяно-болотная (с регулируемым УГВ) | 320 | 76 | 18 | 77 |
От всходов до начала бутонизации среднепоздние сорта картофеля накапливают 20-27% питательных веществ, от бутонизации до конца цветения – 40-60% и после цветения – 20-33%. Максимальная потребность в элементах питания у картофеля отмечается в фазу бутонизации–цветения, так как в это время наблюдается наивысший прирост надземной массы (рис. 2.1).
Ко времени уборки в клубнях картофеля накапливается примерно 80% азота, 90% фосфора и более 90% калия от общего их количества во всем урожае. Как правило, ранние сорта потребляют меньше питательных веществ на единицу основной продукции, чем поздние, что объясняется прежде всего более высоким соотношением ботвы и клубней у поздних сортов.
Рисунок 2.1. Потребление элементов питания растением картофеля.
Азотистые соединения поступают в растение преимущественно в первую половину вегетационного периода, когда происходит интенсивное развитие ботвы. В это время растение картофеля потребляет много азота, потому что он является основным компонентом белков, идущих на образование стеблей и листьев. При отмирании ботвы потребление азота из почвы резко уменьшается.
При недостатке в почве азота наблюдается слабое развитие надземных органов картофеля, листья приобретают бледно-зеленую окраску. При избыточном азотном питании отмечается чрезмерный прирост ботвы, задерживается образование клубней, снижается устойчивость их к механическим повреждениям при уборке и к болезням во время хранения.
Фосфор нужен для образования в растениях картофеля протоплазмы и других сложных белковых соединений. Он играет большую роль в улучшении углеводного и белкового обмена. Если в почве не хватает легкорастворимого фосфора, то задерживается развитие растений, особенно цветение и созревание, замедляется рост корней. Достаточное питание фосфором способствует лучшему развитию корневой системы, раннему клубнеобразованию и большему накоплению крахмала в клубнях.
Фосфорнокислые соединения картофель использует в меньших количествах, чем азотистые. Максимум потребления приходится на период интенсивного образования ботвы и клубней.
При недостатке калия листья приобретают бронзовость, становятся морщинистыми и преждевременно отмирают. При внесении калийных удобрений растения становятся более устойчивыми к пониженным температурам, к грибным и бактериальным заболеваниям, а мякоть клубней меньше темнеет после очистки и варки.
Недостаток кальция и магния сказывается на поступлении в растения других питательных элементов, при этом уменьшается устойчивость их к болезням, ослабляется окраска листьев. Все это приводит к снижению интенсивности клубнеобразования и крахмалонакопления.
Таким образом, сравнительно слабая корневая система растений и большое количество потребляемых питательных веществ обусловливают необходимость внесения повышенных доз удобрений под эту культуру, чтобы обеспечить формирование высокого урожая.
Основным источником пополнения запасов питательных веществ для картофеля, особенно в Нечерноземье, являются различные виды органических удобрений, ив первую очередь навоз, торфонавозные и другие компосты.
Органические удобрения не только улучшают снабжение растений необходимыми питательными веществами, особенно в год их внесения, но и вызывают коренные изменения в общем плодородии почвы. Под влиянием систематического применения органических удобрений в почве накапливаются фосфорнокислые соединения, калий, постепенно уменьшается гидролитическая кислотность, увеличиваются сумма поглощенных оснований и содержание гумуса.
При длительном применении органических удобрений почва становится более структурной, улучшается ее водный, воздушный и тепловой режимы. Легкие супесчаные и тем более песчаные почвы становятся более буферными, с большой поглотительной способностью, более связными, лучше удерживают в пахотном слое питательные вещества и воду, тяжелые суглинистые почвы – менее связными, более рыхлыми и проницаемыми для воды и воздуха. Для картофеля же изменение физических свойств почвы имеет особенно большое значение, так как урожай клубней формируется в пахотном слое почвы. Здесь же находятся столоны, клетки которых в несколько раз крупнее, чем клетки корней. Такая особенность строения столонов, так же как и клубней, обусловливает их незначительную способность раздвигать почвенные частицы, поэтому рыхлая, хорошо аэрируемая почва необходима для возделывания картофеля.
Глава 2
Глава3
Библиографический список
1. Безотходная технология переработки картофеля/ И. И. Паромчик, Ф. И. Субоч, Е. Н. Скачков — Минск: Наука и техника, 1990. — 136 с.
2. Бутковский В. А., Нерко А. И., Мельников Е. М. Технология перерабатывающих производств. — М.: Интеграф сервис, 1999. — 472 с.
3. Кузнецова Н. А. Переработка плодов, овощей и картофеля/ Справочное пособие. — Минск: Уражай, 1993. — 344 с.
4. Марх А. Г., Зыкина Т. Ф., Голубев В. В. Технохимический контроль консервного производства. — М.: Агропромиздат, 1989. — 304 с.
5. Николаева A.M., Лычников Д. С., Неверов А. Н. Идентификация и фальсификация пищевых продуктов/ Товарный справочник. — М.: Экономика, 1996. —109 с.
6. Справочник по качеству овощей и картофеля/ Под ред. проф. С. Ф. Полищук — Киев: Урожай, 1991. — 224 с.
7. Справочник цеха малой мощности по переработке плодов и овощей/ Под ред. Э. С. Горенькова, ВНИИКОП. — М.: Видное, 1993. — 104 с.
8. Волкинд И. Л. Промышленная технология хранения картофеля, овощей и плодов. — М.: Агропромиздат, 1989.
9. Дементьева М. И. Болезни плодов, овощей и картофеля при хранении. — М.: Агропромиздат, 1988.
10. Дьяченко В. С. Хранение картофеля, овощей и плодов. — М.: Агропромиздат, 1987.
11. Момот В. В., Балабанов В. В. Механизация процессов хранения и переработки плодов и овощей. — М.: Агропромиздат, 1988.
12. Скрипников Ю. Г. Прогрессивная технология хранения и переработки плодов и овощей. — М.: Агропромиздат, 1989.
13. Технология переработки продукции растениеводства / Под ред. Н. М. Личко. - М.: Колос 2000 Серия «Учебники и учеб. Пособия для студентов ВУЗов».
14. Г. Н. Кругляков; Г. В. Круглякова. Товароведения продовольственных товаров. Изд. Центр «Март» Ростов на Дону 2000.
15. Агрономическая тетрадь. Возделывание картофеля по интенсивной технологии / Под общ.ред. Б.Ф. Хлевного. - М.: Россельхозиздат, 1986. -96 с., ил.
16. Агрохимия / Б.А. Ягодин, П.М. Смирнов, А.В. Петербургский и др.: под ред. Б.А. Ягодина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989.
17. Верещагин Н.И. и др. Высокие урожаи невозможны без внедрения новых технологий / Картофель и овощи, 2004, №2, с. 24-25
18. Ганжара Н.Ф. Практикум по почвоведению. / Ганжара Н.Ф., Борисов Б.А., Байбеков Р.Ф. – Под редакцией доктора биологических наук, профессора Н.Ф. Ганжары. – М.: Агроконсалт, 2002.
19. Ермолаева С.Г. Перспективные сорта картофеля для Тульской области / Картофель и овощи, 2003, №6, стр 14.
20. Земледелие / Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др.; под ред. А.И. Пупонина. – М.: Колос, 2000.
21. Карманов С.Н., Серебренников В.С. Картофель. - М.: Росагропромиздат, 1991. - 64с.: ил.
22. Лисицын И.Л. Производство картофеля: агротехника и экономика. (О выращивании высоких урожаев). - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1986. - 159 с.
23. Почвоведение / И.С. Кауричев, Н.П. Панов, Н.Н. Розов и др.; Под ред. И.С. Каучерева. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989.
24. Производство картофеля: возделывание, уборка, послеуборочная доработка, хранение. Справочник / Сост. Б.А. Писарев. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 223 с.
25. Растениеводство / Г.С. Посыпанов, В.Е. Долгодворов, Г.В. Коренев и др.; Под ред. Г.С. Посыпанова. –М.: Колос, 1997. – с.: ил.
26. Ратников А.И. Почвы Тульской области. – Тульское книжное издательство, 1955.
27. Рекомендации по возделыванию картофеля сорта Невский. Редактор Л.В. Евсюкова. - Ленинград: Северо-Западный НИИ сельского хозяйства, 1987.
28. Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. – М.: КолосС, 2003.
29. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под ред. Б.А. Ягодина. – М.: Мир, 2003.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
« Казанский национальный исследовательский технологический университет » (ФГБОУ ВО «КНИТУ»)
ОТЗЫВ
руководителя курсовой работы (проекта)
Тема работы (проета):_________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Автор (студент/ка) ____________________________________________________________
Группа ______________________________________________________________________
Факультет ___________________________________________________________________
Кафедра _____________________________________________________________________
Направление ________________________________________________________________
Программа _______________________________________________________________
Руководитель ________________________________________________________________
Отмеченные достоинства ____________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________
Отмеченные недостатки _____________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Заключение _______________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Оценка ___________________________________________________________
Руководитель _______________ «___»_____________20__ г.
(подпись)
Индекс компетенции
Содержание компетенции
Уровни освоения компетенции
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Научно-практические основы биоинженерии»
Тема: Биоконверсия некондиционного картофеля и возможность его переработки в энергонасыщенные смеси
Оценка________ Рейтинг________
Зав. кафедрой____________________________ (__А.Г. Кутузов_______)
Руководитель____________________________ (__А.С. Понкратов_____)
Студент_________________________________ (__С . А . Бозоро в_______)
Нормоконтролер_________________________ (__З.Р. Якупова________)
Казань-2018 г.
АННОТАЦИЯ
По теме курсовой работы,
дисциплины « Научно-практические основы биоинженерии »
« Биоконверсия некондиционного картофеля и возможность его переработки в энергонасыщенные смеси».
Ключевые слова: биоковерсия картофеля, картофельный крахмал, глюкозы, этанол, корм животным в качестве кормовые добавки.
Картофель – ценная продовольственная культура. В народе его часто называют «вторым хлебом». И это вполне естественно, так как он никогда не приедается и из него можно приготовить более 200 разнообразных блюд, обладающих необходимой калорийностью. Рекомендуемая суточная норма потребления картофеля (300-400 г) обеспечивает около 10% физиологической потребности людей в калориях, а 1 кг картофеля дает до 830 ккал.
Целю данной курсовой работы является:
1) Выбор сырья
2) Выбор технологии производства этанола
3) Расчет материального баланса
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) Получение данных о составе картофеля и определение путей ее переработки для получения смеси.
2) Получение глюкозы из крахмала.
3) Получения этанола.
Содержание
Введение. 4
Глава 1. 5
1.1. Климат и погодные условия года. 5
1.2. Требования к теплу и свету. 7
1.3. Требования к влаге. 9
1.4. Требования к почве. 14
1.5. Требования к элементам питания. 16
Глава 2. 20
Разработка научно-обоснованной технологии. 20
2.1.Переработка некондиционного картофеля. 20
2.2.Технологическая схема получения сырого картофельного крахмала. 24
2.3.Необходимый материал, оборудование. 25
Глава3. 27
3.1. Расчет материального баланса. 27
Средний химический состав картофеля (%): 27
5. Заключение. 28
Библиографический список. 29
Введение
С точки зрения производства продуктов питания в расчете на единицу площади, как источник растительного протеина картофель уступает лишь сое, как источник энергии – кукурузе. Повышение содержания в нем сухого вещества до 30-40% увеличивает его питательную ценность и производство продуктов питания на единицу площади.
Картофель является прекрасным кормом для скота и птицы. Для этой цели используют клубни в сыром и запаренном виде, засилосованную ботву. При скармливании его коровам значительно повышаются надои молока. Если рацион свиней на 50-75% состоит из картофеля, они дают около 6-7 кг мяса и сала на 100 кг этого продукта. С единицы площади картофельного участка при средних урожаях получают в 2 раза больше кормовых единиц, чем с посевов овса, ячменя, ржи.
Картофель издавна применяется в народной медицине. Содержащиеся в клубнях соли калия, кальция, железа, серы, йода, марганца, магния оказывают профилактическое и терапевтическое действие при малокровии, заболевании щитовидной железы, язвенной болезни, гастрите. Вдыхая пар только что сваренного картофеля, многие излечиваются от респираторного заболевания. Накладывая его на пораженные экземой или ожогами участки кожи, избавляются от этих заболеваний. Картофельный крахмал широко используется в домашнем хозяйстве при стирке белья, выпечке кондитерских изделий.
Картофель играет заметную роль в увеличении плодородия почвы. Почва после картофеля, возделываемого при высокой агротехнике, остается рыхлой и очищенной от сорной растительности.
Основные регионы где выращивают картофель в промышленных масштабах, это Нечерноземная зона и Центрально-Черноземная зона. До 80% картофеля выращивается в подсобных хозяйствах. Посевная площадь около 3400 тысяч гектар. Урожайность около 30 тонн с гектара. Потенциальная урожайность до 60 т/га.
Глава 1
Климат и погодные условия года
Тульская область занимает северную часть лесостепной зоны, в которой лесные массивы чередуются со степными участками. Леса занимают 13,4% всей территории. Почвенный покров области неоднороден, на почвенной карте выделяют 11 разновидностей почв, но в основном на территории области преобладают серые лесные почвы (около 35%), черноземы (46%), дерново-подзолистые на западе вдоль правого берега р. Оки (площадь около 30 тыс.га), а в долинах рек в пределах пойменных и надпойменных террас развиты аллювиальные почвы (35 тыс.га). Это объясняется расположением Тульской области на границе между черноземной и нечерноземной почвенными зонами. По механическому составу преобладают суглинистые и глинистые почвы, что непосредственно связано с составом почвообразующих горных пород. В результате совместной деятельности человека и экзогенных геологических процессов в настоящее время в Тульской области около 43% общей площади сельхозугодий являются подверженными интенсивной эрозии.
Климат Тульской области характеризуется теплым летом, умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными, но менее длительными переходными сезонами года весны и осени. По увлажнению Тульская область относится к зоне достаточного увлажнения.
Среднегодовая сумма осадков – 500-675 мм с колебанием в отдельные годы от 275 мм (1920 г.) до 980 (1933 г.). 2/3 осадков выпадает в виде дождя, 1/3 – в виде снега. Осадки в летний период носят преимущественно ливневой характер. Количество осадков и средние температуры по месяцам представлены в таблице 1.1.
Сумма активных температур и сумма эффективных температур по месяцам и за вегетационный период представлена в таблице 1.2.
Таблица 1.1. Среднее месячное и годовое количество осадков, средняя месячная и годовая температура воздуха
Месяц
Год
Осадки
Температура
Таблица 1.2. Сумма активных и эффективных температур по месяцам и за вегетационный период
| Период | Продолжительность, дни | Начало | Конец | Сумма положительных температур |
| С температурой >0 | 211-215 | 3-5.IV | 3-5.XI | 2500-2600 |
| >5 | 176-180 | 16-18.IV | 12-14.X | 2350-2450 |
| >10 | 137-140 | 2-4.V | 19-20.IX | 2100-2200 |
| >15 | 83-88 | 1-4.VI | 27-29.VIII | 1350-1500 |
| Безморозный | 142-147 | 5-6.V | 26-30.IX |
Сумма средних суточных температур за период активной вегетации растений колеблется от 2100º в северной части до 2350º в южной части.
Срок вегетации на территории области древесной и травяной растительности длится 173-182 дня с середины апреля до середины октября.
Оттаивание почвы начинается через 1-2 дня после схода устойчивого снежного покрова; средние даты оттаивания почвы до глубины 10 см: 6-9.IV; 30 см: 14-15.IV; полного оттаивания: средняя: 21-25.IV; ранняя: 6-10.IV; поздняя: 30.IV-6.V.
Благоприятные условия для проведения полевых работ до 15 апреля складываются редко, 1 раз в 10 лет. По средним многолетним данным в первой декаде апреля 5-6 дней почва бывает покрыта снегом и 4-5 дней бывает либо мерзлой, либо переувлажненной, т.е. в обоих случаях непригодна для обработки. Только в третьей декаде апреля условия для проведения полевых работ 7-8 дней бывают благоприятными, т.к. почва достигает мягкопластичного состояния. В первой декаде мая условия для проведения полевых работ становятся вполне благоприятными. В это время полевые работы в 80-90% лет могут проводиться 8-10 дней. Во второй декаде мая необходимые условия для полевых работ, когда последние могут проводиться в течение 5-6 дней в декаду, складываются очень редко – 1 раз в 10-20 лет.
Требования к теплу и свету
Картофель замедляет ростовые процессы при температуре почвы ниже 7…8 °С и в то же время сильно угнетается уже при температурах почвы выше 25 °С. При высокой относительной влажности и температуре -1,0…1,5 °С чернеет и погибает ботва. Особенно неустойчивы к пониженным температурам молодые растения. Однако при медленном снижении температуры в растениях картофеля накапливаются сахара, что повышает их устойчивость к небольшим заморозкам (до -2…-3 °С).
Клубни картофеля обычно не выносят температуры -1…-2 °С, что связано прежде всего с высоким содержанием в них воды. Однако в отдельные годы благодаря постепенному охлаждению клубней в осеннее время и накоплению в них значительного количества сахара они могут даже перезимовывать в почве.
Картофель является светолюбивым растением. Только при хорошем, полном, ровном (для всей наземной вегетативной массы) освещении можно вырастить высокий урожай картофеля. При возделывании в затененных местах наблюдаются вытягивание стеблей, некоторое пожелтение ботвы и задержка образования молодых клубней.
В системе агротехнических мероприятий большое значение имеют правильные способы и нормы посадки картофеля, которые обеспечивают регулирование доступа света к ассимилирующей поверхности листьев. В условиях полевой культуры особенно важно обеспечить оптимальную площадь произрастания, при которой достигается равномерная и максимальная освещенность листьев растений не только верхних ярусов, но и нижних.
Чтобы обеспечить равномерное освещение всей вегетативной массы растений, надо правильно рассчитать размещение клубней, установить такое направление рядков, при котором будет самое лучшее освещение растений. При северо-южном, северо-западном и юго-восточном направлениях рядков растения равномернее освещаются в течение дня. При северо-южном направлении рядков, например, урожай картофеля повышается на 16-20 ц/га, а крахмалистость клубней на 1-2%.
Наиболее рациональна такая густота посадки, при которой формируется 40-50 тыс. м2 листовой поверхности на 1 га. В этом случае обеспечивается достаточная освещенность растений, ботва дольше остается жизнедеятельной, наиболее полно поглощая солнечную радиацию. Надземные органы картофеля лучше растут и развиваются при длинном дне, а клубнеобразование интенсивнее протекает при коротком.
По современной фотопериодической классификации культурные сорта картофеля относят к короткодневным растениям, но в условиях средних широт он вполне мирится с длинным днем. Сокращение продолжительности дня ускоряет развитие растений.
Для образования и функционирования столонов, для образования клубней картофеля требуется полная светоизоляция. Под светонепроницаемой (черной) органической пленкой картофель дает урожай выше и в более ранние сроки, чем при выращивании обычным способом. Эта способность картофеля может быть использована в будущем .
Клубни картофеля, пролежавшие после выкопки из земли несколько дней на свету, зеленеют, в них образуется хлорофилл и ядовитый алкалоид – соланин. Озеленение полезно для семенных клубней: накопление соланина повышает устойчивость их к болезням, озелененные клубни обладают лучшей семенной продуктивностью (прорастает наибольшее (от возможного) количество почек в глазках, ростки с высокой жизнеспособностью, крепче держатся на клубнях, не обламываются при машинной посадке). Клубни продовольственного и кормового назначения озеленять нельзя, так как они приобретают неприятный горький привкус и становятся ядовитыми.
Отношение картофеля к температуре (к теплу), освещению и продолжительности светового дня неоднозначно. При слабом освещении для нормального роста и развития растений требуется повышенная температура. В условиях продолжительного освещения картофель хорошо растет и развивается даже при пониженных температурах. Так, на севере Нечерноземной зоны (в районе Хибин) в условиях 20-часового светового дня при относительно низкой температуре (10-12°) картофель дает неплохой урожай. При таких же температурных условиях, но при сокращенном до 10 часов световом дне урожай значительно снижается, а при температуре 15-35° и удлиненном дне картофель развивал лишь ботву, клубни не завязывались.
Требования к влаге
Потребность картофеля в воде определяется его химическим составом (около 75-80% его массы – вода), образованием сравнительно большой надземной массы и урожая клубней. Транспирационный коэффициент колеблется от 65 до 130 и более воды на 1 кг сухого вещества. А так как картофельное растение способно давать высокие урожаи (до двух и более килограммов клубней и зеленой ботвы на 1 куст), то на создание такого урожая требуется много воды.
Картофель дает максимальный урожай и бывает более здоровым при высоком содержании влаги в почве – в пределах 60-80% ее полной влагоемкости. Однако переувлажнение почвы вредно для картофеля. В этом случае трудно поддерживать почву в рыхлом и воздухопроницаемом состоянии. При избытке влаги в почве в клубнях меньше накапливается сухого вещества и крахмала, растения больше поражаются грибными и бактериальными болезнями.
Требуя много влаги (до 200 кг на 100 м2 посадок в сутки), картофель в разные периоды роста и развития потребляет ее неодинаково.
При полном появлении всходов, в начале формирования ботвы, картофельное растение будет нормально расти и развиваться и при небольшом запасе влаги в почве, но этот период непродолжителен, особенно у раннеспелых сортов. По мере роста ботвы, увеличения листовой поверхности потребность картофельного растения в воде возрастает. В фазу бутонизации и начала цветения картофель очень чувствителен к недостатку влаги в почве. Этот недостаток может быть причиной сбрасывания бутонов и цветков. Максимальное количество воды требуется в период наибольшего прироста урожая клубней, интенсивного роста ботвы. Необеспечение картофельного растения водой в этот период намного больше снизит урожайность, чем в другие периоды. При длительной засухе в фазе цветения урожайность может снизиться на 50-60%, ухудшатся семенные и вкусовые качества. Оптимальная влажность зависит от температуры: при низкой температуре допустима невысокая влажность, а при температуре 19-20° – наибольший прирост клубней при влажности почвы около 100% от наименьшей полевой влагоемкости. Потребность картофельного растения в осадках (поливе) зависит от механического состава почвы, содержания в ней органических и питательных веществ, – от водных свойств почвы. Чем богаче почва питательными веществами (при высокой буферности ее), тем меньше требуется воды на образование урожая клубней.
С начала физиологического созревания основной массы клубней и начала отмирания ботвы потребность в воде у картофеля снижается: прирост клубней уменьшается, уплотняется кожура, уменьшается испарение воды листьями.
Наибольшее значение для картофеля в нашей зоне имеют июльские и августовские осадки. Для раннеспелых сортов картофеля более высокая потребность в воде во второй половине июня. Потребность картофельного растения в воде может удовлетворяться как за счет осадков (при правильном использовании их), так и за счет полива. При равном количестве осадков и дождевания в первом случае прибавка урожая больше, так как дождь увлажняет и большую толщу воздуха.
В тех хозяйствах, где влагообеспечение – ненадежный фактор, следует организовать полив. Но производство картофеля с применением дождевания (полива) должно быть рентабельным.
Картофельное растение чувствительно к недостатку влаги в почве, но для него вредно и даже губительно переувлажнение почвы. В Нечерноземной зоне в период наибольшего потребления влаги (цветение и клубнеобразование) верхней границей оптимальной влажности почвы является наименьшая полевая влагоемкость, а нижней границей 65-70% от наименьшей полевой влагоемкости. При запасах продуктивной влаги в пахотном слое больше 67-70 мм на дерново-подзолистых суглинках и супесях клубнеобразование полностью прекращается из-за переувлажнения почвы. Продолжительное переувлажнение почвы (98-100%) губительно для картофельного растения. Продолжительное переувлажнение приводит к удушению клубней, их загниванию от недостатка кислорода воздуха. Начало удушения клубней можно обнаружить по разрастающимся чечевичкам – органам дыхания клубней. Чечевички имеют светло-кремовый цвет (светлее кожуры белокожих клубней), они представляют собой рыхлые бугорки из крахмала. При повышенной температуре в переувлажненной почве клубни быстро гибнут.
Когда происходит естественное увядание ботвы, ее постепенное отмирание и прирост клубней снижается, картофельное растение все меньше берет влаги из почвы. В этот период желательна теплая погода без осадков. Она будет благоприятна для образования на клубнях толстой крепкой кожуры. Клубни, закончившие формирование при сухой теплой погоде, хорошо хранятся, обладают хорошими семенными и вкусовыми качествами. Программируя урожай, управляя ростом и развитием картофельного растения, надо подгадывать так, чтобы конец формирования клубней приходился на теплый сухой период осени.
При избытке влаги в почве и низкой температуре кожура на клубнях непрочная, она разрушается даже при слабых механических воздействиях на клубни. Такие клубни трудно хранить, у них понижены семенные качества.
Нельзя допускать переувлажнения почвы. Надо применять комплекс агроприемов против переувлажнения. В этом деле постоянно действующими факторами являются хорошие водные и воздушные свойства почвы. Их надо создавать. Почва должна обладать хорошей водопроницаемостью и водоудерживающей способностью. Против переувлажнения почвы в период вегетации картофеля необходимо провести агротехнические и гидротехнические работы: узкозагонную вспашку, гребневание поверхности поля с осени, вырыть осушительные каналы. На полях, где возможно переувлажнение, посадку клубней, надо проводить в гребни, специально нарезаемые для этой цели.
Воздушный режим почвы – важнейший фактор в жизни картофельного растения. Корневая система в процессе дыхания поглощает большое количество кислорода. Суточная потребность составляет 1 мг кислорода на 1 г сухого вещества. Особенно высокая потребность в кислороде у столонов и клубней. Поэтому в период клубнеобразования необходимо обеспечить свободный приток воздуха в зону размещения корней, столонов и клубней картофеля. Это успешно достигается на почвах с хорошим водным и воздушным режимом при правильной системе применения органических удобрений, обработки почвы, ухода за картофелем.
В одних и тех же капиллярах и скважинах не могут одновременно находиться воздух и вода. Структура почвы, система обработки ее должны быть такими, чтобы в корнеобитаемом слое почвы одновременно находились вода и воздух в соотношениях, благоприятных для картофельного растения. До роста и развития столонов, до начала клубнеобразования для корневой системы картофеля требуется не менее 5% концентрации кислорода в общем объеме воздуха в почве. С ростом столонов, а затем и клубней потребность в кислороде возрастает. В период интенсивного клубнеобразования содержание кислорода в почвенном воздухе должно быть около 20% при хорошем доступе воздуха в почву. Лучшая воздухопроницаемость у почв со скважностью 45-65% от объема почвы при оптимальной влажности ее. Высокая скважность, пористость почвы находится в прямой зависимости от ее структурности, рыхлости. Чем плотнее почва, тем ниже ее скважность. При плотности с объемным весом 1-1,2 г/см3 для дерново-подзолистой суглинистой почвы и не более 1,2-1,4 г/см3 – для супесчаных и песчаных почв кислорода в почвенном воздухе бывает достаточно, если почва не переувлажнена. В рыхлой почве свободно происходит обмен между почвенным и атмосферным воздухом. При уплотнении почвы содержание кислорода уменьшается, а концентрация углекислого газа (углекислоты) возрастает, что отрицательно сказывается на корневой системе картофеля. Для оптимального роста и развития корневой системы картофеля концентрация углекислого газа в почвенном воздухе не должна превышать одного процента. При высокой концентрации углекислого газа и недостатке кислорода в почвенном воздухе (2%) верхушки корней чернеют и загнивают. При уменьшении содержания кислорода ниже 2% картофель погибает. Для предотвращения накопления излишнего содержания углекислоты в почве, улучшения воздухообмена применяют глубокую вспашку, а если глубина гумусового горизонта не позволяет сделать это, то рыхлят подпахотный слой почвоуглубителями, производят кротование почвы. При уходе за картофелем применяют по возможности глубокое рыхление, не допуская повреждения корневой системы. Хороший воздушный обмен в почве – одно из главных условий для выращивания высокого урожая картофеля.
Требования к почве
Произрастает картофель на почвах разных типов, разновидностей, различного механического состава и различных свойств. Но высокий урожай картофеля можно получить лишь при обеспечении его всеми факторами жизни, в том числе достаточным притоком кислорода воздуха к корням растений. Это легче достигается на рыхлых почвах. Картофель считают культурой рыхлых почв.
От почвы картофель требует такой рыхлости, при которой бы она не представляла значительного механического сопротивления развитию столонов и клубней, была проницаема для воздуха, содержала достаточное количество влаги и не страдала бы от ее избытка. Для картофеля более подходящими будут почвы: супесчаные и не слишком бедные песчаные, суглинистые (особенно черноземы с высокой степенью скважности), самые лучшие – легкосуглинистые. При высоком уровне агротехники на этих почвах получают высокие урожаи картофеля с большим содержанием сухих веществ, отличных вкусовых качеств (у соответствующих сортов), хорошо хранящиеся. И наоборот, на тяжелых глинистых почвах для выращивания высоких урожаев нужно больше затрат, чтобы придать почве рыхлое состояние. Качество клубней на тяжелых почвах бывает плохое: ниже содержание крахмала, неудовлетворительные вкусовые качества, клубни плохо хранятся.
В районах, где достаточно осадков, картофель можно выращивать на бедных песчаных почвах. По способности «мириться» с такими почвами картофель стоит на первом месте среди всех сельскохозяйственных культур.
Урожай картофеля, качество его зависит от плотности, от твердости почв. На суглинистых дерново-подзолистых почвах для картофеля создаются лучшие условия и он накапливает более высокий урожай клубней при плотности почвы, равной 1,1-1,2 г/см3, на легких супесчаных почвах – 1,4-1,5 и на суглинистых черноземах – 0,9-1,1 г/см3.
Всходы картофеля на уплотненных до 1,35-1,5 г/см3 суглинистых почвах появляются на 5-6 дней позднее, чем на почвах с меньшей плотностью – 1,1-1,2 г/см3. С уплотнением почвы до 1,57-1,6 г/см3 посадочные клубни загнивают и не дают всходов. При уплотнении тяжелосуглинистой почвы до 1,4-1,5 г/см3 большая часть клубней формируются уродливыми. На таких почвах корни развиваются в верхнем слое, слабо ветвятся. На урожае уплотнение различных по механическому составу, почв сказывается по-разному. Так, на суглинистой почве уплотнение сверх 1,2 г/см3 вызывает резкое снижение урожая клубней, а на песчаной почве уплотнение до 1,5-1,6 г/см3 сказывается на урожае слабо. Черноземы – преимущественно среднего механического состава, и поэтому более благоприятное состояние почвы для картофеля будет, когда плотность ее не превысит 0,9-1,1 г/см3. На структурных черноземах, обладающих хорошими воздушными, водными и другими свойствами, выращивают высокие урожаи картофеля.Тяжелые суглинки и сильно уплотненные почвы, особенно при близком уровне грунтовых вод, непригодны для картофеля. Они препятствуют свободному развитию клубней и способствуют заболеваниям вследствие избыточной увлажненности. Не подходят для картофеля и засоленные почвы, так как он характеризуется очень плохой солее выносливостью.
Картофель может расти и развиваться и на кислых и слабощелочных почвах, но оптимальной кислотностью для него является рНсол 5-6.
Оптимальное содержание гумуса а почве должно находиться в пределах 3,5-4%. Для выращивания семенного материла хорошими почвами являются торфяники, обладающие потенциально высоким плодородием и благоприятными физическими свойствами (оптимальными скважностью и влагоемкостью, малой плотностью).
Требования к элементам питания
Картофель предъявляет более высокие требования к питательным веществам, чем многие другие культуры. Это связано с большим накоплением сухого вещества в урожае и слабо развитой корневой системой. Так, например, на супесчаных почвах общая масса корней в период максимального развития ботвы составляет только 1/12 часть ее массы. При этом 60% корней располагаются в слое почвы толщиной до 20 см, 16-18 – в слое 20-40 см, 17-20 – в слое 40-60 см и всего лишь 2-3% в более глубоких слоях.
В составе сухого вещества картофеля насчитывается 26 различных химических элементов, но наибольшую потребность картофель испытывает в пяти: азоте, фосфоре, калии, кальции и магнии. В среднем на каждые 100 кг клубней картофель (ботва и клубни) выносит: азота – около 0,5 кг, фосфора – 0,2, калия – 0,9, кальция – около 0,4, магния – 0,2 кг (см. табл. 2.1).
Таблица 2.1. Вынос питательных веществ на 100ц клубней при орошении
|
| Урожайность, ц/га | Вынос 100 ц клубней, кг | ||
| N | P2O5 | К2О | ||
| Дерново-подзолистая, связно-песчаная | 300-400 | 90-107 | 27-31 | 112-129 |
| Дерново-подзолистая, суглинистая | 300 | 70 | 22 | 120 |
| Выщелоченный чернозем | 360 | 54 | 20 | 58 |
| Торфяно-болотная (с регулируемым УГВ) | 320 | 76 | 18 | 77 |
От всходов до начала бутонизации среднепоздние сорта картофеля накапливают 20-27% питательных веществ, от бутонизации до конца цветения – 40-60% и после цветения – 20-33%. Максимальная потребность в элементах питания у картофеля отмечается в фазу бутонизации–цветения, так как в это время наблюдается наивысший прирост надземной массы (рис. 2.1).
Ко времени уборки в клубнях картофеля накапливается примерно 80% азота, 90% фосфора и более 90% калия от общего их количества во всем урожае. Как правило, ранние сорта потребляют меньше питательных веществ на единицу основной продукции, чем поздние, что объясняется прежде всего более высоким соотношением ботвы и клубней у поздних сортов.
Рисунок 2.1. Потребление элементов питания растением картофеля.
Азотистые соединения поступают в растение преимущественно в первую половину вегетационного периода, когда происходит интенсивное развитие ботвы. В это время растение картофеля потребляет много азота, потому что он является основным компонентом белков, идущих на образование стеблей и листьев. При отмирании ботвы потребление азота из почвы резко уменьшается.
При недостатке в почве азота наблюдается слабое развитие надземных органов картофеля, листья приобретают бледно-зеленую окраску. При избыточном азотном питании отмечается чрезмерный прирост ботвы, задерживается образование клубней, снижается устойчивость их к механическим повреждениям при уборке и к болезням во время хранения.
Фосфор нужен для образования в растениях картофеля протоплазмы и других сложных белковых соединений. Он играет большую роль в улучшении углеводного и белкового обмена. Если в почве не хватает легкорастворимого фосфора, то задерживается развитие растений, особенно цветение и созревание, замедляется рост корней. Достаточное питание фосфором способствует лучшему развитию корневой системы, раннему клубнеобразованию и большему накоплению крахмала в клубнях.
Фосфорнокислые соединения картофель использует в меньших количествах, чем азотистые. Максимум потребления приходится на период интенсивного образования ботвы и клубней.
При недостатке калия листья приобретают бронзовость, становятся морщинистыми и преждевременно отмирают. При внесении калийных удобрений растения становятся более устойчивыми к пониженным температурам, к грибным и бактериальным заболеваниям, а мякоть клубней меньше темнеет после очистки и варки.
Недостаток кальция и магния сказывается на поступлении в растения других питательных элементов, при этом уменьшается устойчивость их к болезням, ослабляется окраска листьев. Все это приводит к снижению интенсивности клубнеобразования и крахмалонакопления.
Таким образом, сравнительно слабая корневая система растений и большое количество потребляемых питательных веществ обусловливают необходимость внесения повышенных доз удобрений под эту культуру, чтобы обеспечить формирование высокого урожая.
Основным источником пополнения запасов питательных веществ для картофеля, особенно в Нечерноземье, являются различные виды органических удобрений, ив первую очередь навоз, торфонавозные и другие компосты.
Органические удобрения не только улучшают снабжение растений необходимыми питательными веществами, особенно в год их внесения, но и вызывают коренные изменения в общем плодородии почвы. Под влиянием систематического применения органических удобрений в почве накапливаются фосфорнокислые соединения, калий, постепенно уменьшается гидролитическая кислотность, увеличиваются сумма поглощенных оснований и содержание гумуса.
При длительном применении органических удобрений почва становится более структурной, улучшается ее водный, воздушный и тепловой режимы. Легкие супесчаные и тем более песчаные почвы становятся более буферными, с большой поглотительной способностью, более связными, лучше удерживают в пахотном слое питательные вещества и воду, тяжелые суглинистые почвы – менее связными, более рыхлыми и проницаемыми для воды и воздуха. Для картофеля же изменение физических свойств почвы имеет особенно большое значение, так как урожай клубней формируется в пахотном слое почвы. Здесь же находятся столоны, клетки которых в несколько раз крупнее, чем клетки корней. Такая особенность строения столонов, так же как и клубней, обусловливает их незначительную способность раздвигать почвенные частицы, поэтому рыхлая, хорошо аэрируемая почва необходима для возделывания картофеля.
Глава 2
Дата: 2018-12-21, просмотров: 283.
