Вверх тормашками

Влияние четырех систем выемки силоса на его вторичное нагревание исследовал в своей научной работе Ян-Кристоф Вортманн из Геттингенского университета.

В прошлом году только в одной Германии под кукурузный силос, который в дальнейшем используется в качестве корма для КРС или субстрата для биогазовых установок, было выделено 2,25 млн га. Решающую роль в сохранении энергетической ценности силоса играет степень уплотнения, поскольку чем она выше, тем меньше воздуха остается в силосной яме (см. таблицу «Проникновение воздуха»). Пока вроде бы ничего нового, ну а если кратко анонсировать выводы диссертации, то хорошо спрессованный силос неплохо переносит даже не слишком эффективные системы выемки.

Во всем виноваты дрожжи

После вскрытия силосной ямы кислород устремляется на ее срез, в результате чего аэробная среда приводит к активизации дрожжей. За счет этого силос теряет биологическую устойчивость, что, в свою очередь, способствует вторичному нагреванию и при неблагоприятном развитии событий может привести к полной потере корма. Ну а если без крайностей, то вторичное нагревание вызывает потерю энергии, равной 1 МДж чистой энергии лактации на 1 кг сухого вещества. Явным признаком вторичного нагревания является повышение температуры в силосной яме. Предположим, нормальная температура в ядре ямы 15 °C. Если же по результатам измерений температура ядра 20 °C, то в данном случае можно говорить о наличии вторичного нагревания. При этом действует правило: температура ядра в меньшей степени подвержена влиянию внешних температур.

Говорить о наличии вторичного нагревания можно и тогда, когда температура на глубине 40 см повышается более чем на 5 °C. Хотя здесь необходимо учитывать влияние температуры окружающей среды на момент сбора урожая. Если уборка кукурузы проходила в условиях высокой температуры воздуха, то и температура в сердцевине силосной ямы окажется выше. Ну а поскольку при наличии большой силосной ямы и хорошего уплотнения силосной массы это тепло может отводиться через зону выемки корма, то и тут не идет речь о вторичном нагревании, даже если нормальная температура значительно превысила 20 °C.

Способ выемки силосной массы

Поскольку вторичное нагревание связано с воздействием на срез силосной ямы кислорода, то способ выемки силоса приобретает первостепенное значение. Известно также, что продвижение внутрь должно быть максимально быстрым. Зимой это 1 м, летом — от 2 до 2,5 м в неделю. К тому же в одном и том же месте выемку силоса необходимо производить от четырех до семи раз в неделю.

Измерения температуры на срезе силосной ямы производились с помощью тепловизора

До настоящего времени влияние системы выемки силоса на вторичное нагревание исследовано недостаточно. Есть лишь обобщенная рекомендация, чтобы срез был по возможности ровным. Ну а для того, чтобы описать влияние той или иной навески на вероятное вторичное нагревание, Ян-Кристоф Вортманн из Геттингенского университета взял для своей диссертации четыре навесных орудия для выемки силосной массы:

— грейферный ковш Saphir GS 20 с шириной захвата 2 м;

— ковш с ножом для силоса Saphir SSE178 шириной 1,78 м;

— захват с ножом для силоса Saphir SSZE178 шириной 1,78 м;

— ковш неизвестного производителя шириной 2,4 м.

Все навески эксплуатировались в агрегате с обычными тракторами мощностью 180 л. с. Испытания проводились в земле Нижняя Саксония на биогазовой установке мощностью 500 кВт.

Ход испытаний

Для начала с помощью специального бура диаметром 52 мм измерили плотность силосной ямы, а затем посредством микроволнового излучения определили массу сухого вещества. Далее с помощью тепловизора Dräger TermalScan была определена температура поверхности. Измерения внутри силосной ямы производились палочковым термометром на глубине 10, 20 и 50 см. Во избежание влияния внешней температуры и влажности воздуха Ян-Кристоф установил около силосной ямы устройство регистрации данных.

Замеры производились с 4 по 22 июня 2019 года ежедневно, в 9 часов утра, что позволило исключить влияние прямых солнечных лучей на результаты измерений. Для начала с помощью баллончика с краской была выровнена и разделена на четыре участка поверхность выемки силоса. Ширина каждого участка составила 2,5 м.

Каждый из участков был разделен еще на три сегмента. Расстояние от верхней кромки верхних блоков до верхней кромки силосной ямы составило 1,5 м, от нижней кромки нижних блоков до пола — 2 м. Для определения плотности и температуры в сердцевине силосной ямы каждый блок был поделен еще на девять частей. Таким образом, для каждого навесного орудия измерения ежедневно производились в 27 точках. Итого — 108 точек для определения температуры сердцевины, причем в трех местоположениях. Для того чтобы отследить долгосрочную динамику температур, замеры осуществлялись спустя два часа после выемки силоса, а затем в следующие три дня подряд.

Полезно знать

— Влияние системы выемки силоса на его вторичное нагревание до настоящего времени изучено недостаточно.

— Хорошо спрессованная силосная масса компенсирует даже далеко не оптимальные орудия для выемки силоса.

— Если закладка силосной ямы осуществлялась в условиях высоких температур, сама яма большая, а силосная масса плотно спрессована, то и повышенная температура в сердцевине силосной массы может продержаться несколько месяцев.

С помощью врезаемого термометра были проведены замеры температуры внутри силосной ямы на глубине 10, 20 и 50 см

А вот и участники испытаний: ковш, захват для силоса с ножом, ковш для силоса с ножом и грейферный захват

Высокое уплотнение

По результатам измерений плотность силоса оказалась в пределах 243–294 кг СВ/м³. В среднем получилось 272 кг СВ/м³. Нижний ярус был уплотнен великолепно — 283 кг СВ/м³, в центре среднестатистическое значение составило 276 кг СВ/м³, а в верхнем плотность по результатам измерений оказалась равной 256 кг СВ/м³.

Средние значения температур, полученных в течение девятидневного теста, составили от 15,9 до 20,5 °C. Непосредственно сразу после выемки силоса измерения на поверхности среза показали более низкие температуры, чем на глубине 10 см, причем независимо от навески, с помощью которой производилась выемка. Во всех трех блоках температура находилась в пределах 16–17 °C.

Спустя три дня после этого температура на поверхности среза подросла. Сегмент «3» указывает при этом на тот же тренд, что и сегмент «1»: непосредственно сразу после выемки каждый раз фиксировались повышенные температуры на поверхности среза по сравнению со следующими днями. При этом показатели температуры поверхности среза не находились в прямой зависимости от температуры окружающей среды.

Температура в сердцевине силосной ямы

С помощью пальчикового термометра были произведены измерения температуры на глубине 10, 20 и 50 см. Динамика температур на разной глубине силосной ямы — это фактически индикатор того, подвержен ли силос вторичному нагреванию.

Короче говоря, ни одна из испытываемых систем выемки силоса из ямы не привела в конечном итоге ко вторичному нагреванию силоса. При этом кривые температур демонстрируют удивительное «единодушие». Так, например, сразу после использования грейферного ковша GS 20 температура на глубине 10 см оказалась в пределах от 27,5 до почти 29 °C. На следующий день после выемки она упала в среднем на 3 °C — до примерно 25,5 °C. На этом же уровне держались и значения температуры после выемки силоса другими навесками, причем практически не меняясь.

На 20-сантиметровой глубине температурные значения сразу после выемки силоса превысили температуру, зафиксированную на 10-сантиметровой глубине, в среднем на 1 °C. А к следующему дню они довольно серьезно снизились — почти на 2 °C. На полуметровой глубине сразу после выемки температурные значения тоже оказались на 1 °C больше по сравнению с 20-сантиметровой глубиной. До следующего дня температура на этой глубине также упала, но всего на 1 °C, а вот позже падение оказалось не столь отчетливым.

Проникновение воздуха

Глубина проникновения воздуха в кукурузный силос в зависимости от его плотности; источник: Вортманн.

Для документирования температуры окружающей среды устройство регистрации данных фиксировало информацию о погоде

Все дело в сезоне-2018

Результаты диссертации на первый взгляд переворачивают все вверх тормашками. Поскольку согласно здравому смыслу именно поверхность среза силосной ямы под действием аэробных бактерий должна нагреваться больше, чем сердцевина. А объяснить этот феномен можно высокими температурами в сезон уборки кукурузы в августе 2018 года. Так что в сочетании с высокой плотностью силоса имеющаяся в массе тепловая энергия по большей части в ней сохранилась — именно поэтому сразу после закладки ямы температура в сердцевине оказалась выше, чем на срезе. Вместе с тем низкая температура окружающей среды оказала влияние на уровень температур на 20-сантиметровой глубине, что объясняет снижение температур к следующему дню.

Еще один заслуживающий внимания вывод был сделан на десятый день измерений: в точках на глубине 50 см значения оказались практически неизменными. Тем не менее различия проявились на глубине 10 и 20 см, но только при наличии рыхлой массы, что привело к нагреванию именно пограничного участка, причем иногда до 42 °C! По этой причине массу нужно удалять из силосной ямы с завидной регулярностью. С учетом данных обстоятельств системы выемки силоса, такие как ковш с ножом, более предпочтительны по сравнению с открытыми инструментами, например силосными вилами.

Поверхности срезов в этой научной работе тоже сравнивались. Среди участников испытаний преимущества продемонстрировали ковш и захват с ножами, поскольку именно такого рода навески оставляют аккуратный ровный срез с меньшей поверхностью для атаки аэробных бактерий.

Итак: Кристоф Вортманн из Геттингенского университета исследовал в своей диссертации влияние систем отбора силоса на его вторичное нагревание. Предоставленная для испытаний силосная яма имела великолепную плотность, благодаря чему высокие температуры, имевшие место при ее закладке, проявились вновь. В итоге это опровергло любые предположения о наличии вторичного нагревания.

Однако в ходе исследования удалось установить, что остатки рыхлого материала довольно быстро нагревались и тем самым оказывали негативное влияние на биологическую устойчивость силосной ямы. С учетом необходимости обеспечить гладкую поверхность среза силосной ямы силосный ковш с ножом по сравнению с тремя остальными системами выемки силоса — более совершенное орудие.

Текст: Мартин Цее

Фото: Штефан Товерник

Срез силосной ямы был разделен на четыре участка, на каждом из которых было взято три пробы