Термогенез семьи в период медосбора

Опубликовал: Petr_MS

Термогенез семьи в период медосбора

Период сбора и переработки нектара — один из наиболее напряженных в жизни пчелиной семьи: пчелы собирают нектар, раскладывают его тонким слоем по ячейкам, периодически «перелопачивают», инвертируют и испаряют из него излишнюю влагу, а готовый продукт переносят в ячейки и запечатывают их.

Изучению этой проблемы посвящены работы L.Armbruster (1928), Г.Ф.Таранова (1948), И.А.Мельничука (1967) и многих других авторов, однако в целом этот вопрос остается мало изученным, особенно в части, касающейся энергетики и динамики происходящих процессов.

Предпринимался ряд попыток оценить энергетические затраты семьи в этот период по расходу потребляемых кормов, что вынуждало исследователей прибегать к всевозможной изоляции пчел, ограничению их деятельности, таким образом, семья оказывалась в неестественных условиях (А.Н.Гареев, 1969). В 2002 г. мы провели опыт по оценке энергозатрат семьи при переработке нектара, регистрируя ее термогенез. В опыте участвовала семья приокского породного типа, находящаяся в улье-калориметре, с помощью которого и определяли ее тепловыделение. Учет вели ежедневно утром и вечером как в период медосбора, так и при его отсутствии. В отдельные дни работала автоматическая запись показаний. Одновременно фиксировали принос нектара, температуру и влажность воздуха внутри улья и вне его.

1. Привесы контрольного улья в летний период, 2002 г., кг

Лето 2002 г. было крайне засушливым, нектар растения выделяли лишь в редкие дни. Как видно из таблицы 1, более или менее ощутимые привесы отмечались в третьей декаде июня и первой декаде июля, но именно такой характер медосбора позволил выявить изменения энергетических затрат семьи.

На рисунке 1 представлен режим температуры и влажности в пчелиной семье во время медосбора (29.06-06.07), а также в предшествующий и последующий за ним периоды (21-28.06 и 07-10.07). Температура в гнезде до начала медосбора держалась на уровне 32°С (lim 30-35°C), что очень близко к максимально допустимой для пчел. С поступлением нектара она плавно поднялась до 35°С и, продержавшись на таком уровне в течение 5 дней, понизилась после окончания медосбора до 34°С. Относительная влажность воздуха в улье перед медосбором составляла в среднем 41% (lim 40-43%). При поступлении нектара она постепенно понизилась до 32%, а с окончанием (одновременно с падением температуры) поднялась сначала до 40, а затем до 43%.

На рисунке 2 показан термогенез семьи в этот период, из которого следует, что при переработке принесенного нектара (1,1-1,9 кг/день) при температуре наружного воздуха 21-25°С он составлял 25-28 Вт, в то время как в безмедосборный период при такой же наружной температуре — 20-24 Вт (разница составляет 4-5 Вт). Это вполне объяснимо, поскольку период медосбора в большинстве случаев совпадает с временем, когда в семье есть расплод, для обогрева которого пчелы поддерживают температуру, близкую к предельной — 36°С.

При более обильном медосборе зона, занятая созревающим медом расширяется, и среднеобъемная температура гнезда увеличивается, тепловыделение семьи может возрасти. При переработке нектара тепло теряется и с испаряющейся влагой (на испарение1 кгводы при температуре 30°С тратится 2428,6 кДж (580,5 ккал). Допустим, должно испариться 30% воды, а продолжительность созревания меда 5 сут, можно оценить суммарные энергозатраты семьи. Результаты приведены в таблице 2, из которой следует, что в условиях проведенного опыта затраты тепла на испарение воды в первый день были равны 8,9%, на пятый день они возросли до 27,7%.

2. Затраты энергии на переработку нектара

Процесс испарения влаги из нектара по своей физической сущности — это обычная конвективная сушка. В соответствии с общей теорией она обычно делится на два периода: постоянной скорости и период падающей скорости сушки (А.В.Лыков, 1968; О.Кришер, 1961). В режиме постоянной скорости (первый период), когда влагосодержание продукта больше гигроскопического, температура его поверхности остается постоянной и равной температуре мокрого термометра. Как только влагосодержание на поверхности сохнущего продукта достигнет гигроскопического, образуется подсушенный слой, и поступающая на поверхность влага должна его преодолеть. При этом температура поверхности постепенно возрастает и начинается второй период сушки. У разных материалов он протекает по-разному. У капиллярно-пористых тел испарение влаги перемещается вглубь, у пастообразных — продолжается с поверхности. Теория сушки позволяет объяснить сущность происходящих в этот период в улье процессов и соответственно работу и поведение пчел.

В начальный период, когда влажность нектара высокая, интенсивность сушки (количество влаги, испарившейся с открытой поверхности) равна интенсивности испарения с открытой поверхности воды. Непосредственно над пленкой нектара, как и над любой мокрой поверхностью, водяные пары находятся в состоянии насыщения, имеют более высокий потенциал и диффундируют внутрь улья. Тепло, затраченное на испарение воды, отбирается у нектара и охлаждает его. Одновременно с охлаждением идет поступление тепла за счет внутриульевого воздуха, температура которого поддерживается пчелами на постоянном и довольно высоком уровне. Обогащенный влагой благодаря вентиляции он удаляется из улья.

Количество испарившейся влаги в этот период определяют следующим простым соотношением, представляющим собой балансовое уравнение тепла

где α — коэффициент теплообмена внутреннего воздуха с поверхностью нектара, Вт/м²град; F — площадь поверхности, испаряющейся жидкости, м²; t_B и t_n — температура соответственно внутри улья и на поверхности нектара, град.; G — количество испаряющейся воды, кг; г — теплота парообразования, кДж/кг.

Откуда

Сопоставив приведенное соотношение с поведением и работой пчел в этот период, легко обнаружить, как удачно они в процессе длительной эволюции приспособились к естественным явлениям природы и успешно их используют.

Из формулы (2) следует, чем больше испаряющая поверхность — F, тем больше количество испарения влаги. Поэтому во время медосбора пчелы размещают нектар тонким слоем по большой поверхности. Так, по наблюдениям L. Armbruster, в первый день переработки нектара ячейка, вмещающая 0,43 г. зрелого меда, содержала всего лишь 0,14 г. свежего нектара. Г.Ф.Таранов подсчитал, что для размещения и переработки в мед1 кгпринесенного нектара пчелам требуется 3 гнездовые или 6 магазинных сотовых рамок. Это технологически необходимая площадь, под готовый мед требуются дополнительные соты.

Наряду с вышеописанным интенсивность испарения, как это следует из формулы (2), зависит и от разности температур в улье и на испаряющей поверхности. В первом периоде, как уже отмечалось, температура поверхности t_П равна температуре мокрого термометра t_M, тогда At = t_B — t_M. В соответствии с закономерностями термодинамики влажного воздуха с ростом температуры в улье при прочих равных условиях понижается его относительная влажность. Легко показать, как рост температуры воздуха, так и снижение его влажности способствуют повышению At и повышению интенсивности испарения воды.

Так, при температуре в улье 36°С и относительной влажности воздуха 35% ∆t составляет 12,5°С, при 32°С — 11,7°С, при 28°С — 10,4°С, при 24°С — 9,4°С и при 20°С — 8,3°С, то есть при понижении температуры воздуха в улье с 36 до 20°С интенсивность испарения воды из нектара снижается на 33,6%, а если учесть, что с понижением температуры повышается влажность воздуха, этот показатель будет еще больше.

В пчеловодстве много внимания уделяется роли пчел-вентилировщиц, сидящих на сотах и интенсивно машущих крыльями. Считается, что они занимаются принудительной вентиляцией объема улья (Ф.С.Батталов, 1959). Однако с этим вряд ли можно согласиться. Разрозненные движения крыльями не могут создать аэродинамических предпосылок для направленного движения воздуха. Но, создавая локальные движения воздуха, они интенсифицируют процесс испарения воды из нектара. Таким образом, процесс тепло- и массообмена из свободного становится более интенсивным — принудительным. Согласно формуле (2) это приводит к возрастанию коэффициента — α. Но долго первый период сушки нектара продолжаться не может. По достижении на испаряющей поверхности равновесного влагосодержания у продуктов, подобных меду, испарение влаги из нижележащих слоев не происходит. Вода может перемещаться к поверхности лишь под действием разности концентраций влаги в нижележащих слоях и иссушенной пленке, однако этот процесс крайне медленный. В опытах E.C. Martin (1958) равновесная влажность меда устанавливалась примерно через 20 дней. При таких условиях температура сохнущей поверхности равна температуре окружающей среды (А.В.Лыков, 1968); в нашем случае — температуре внутри улья. Повышение интенсивности сушки за счет увеличения скорости движения воздуха либо невозможно, либо очень незначительно. Поэтому работу пчел-вентилировщиц и наблюдаем лишь при поступлении свежего нектара, при подсыхании продукта она становится бессмысленной и пчелы ее не делают.

В этот период скорость сушки обратно пропорциональна толщине слоя, а ее длительность возрастает уже пропорционально квадрату толщины. Видимо, этим можно объяснить стремление пчел размещать сохнущий продукт слоем не более 3-4 мми по нескольку раз перемешивать и переносить его. Характерно, что при искусственной сушке аналогичных продуктов (мыло, пасты, пюре) их также стремятся размещать как можно более тонким слоем (S.Kamei, 1935).

Процессу сгущения нектара сопутствует биохимический процесс расщепления содержащихся в нем сложных сахаров до простых. Отдельные авторы полагают, что это явление само по себе связано с затратами энергии, и предлагают рецепты по его ускорению, например добавление в сироп кислот или меда, содержащего их (И.А.Мельничук, 1962). На наш взгляд, такое положение необходимо уточнить. Инверсия сложных сахаров до простых не только не требует затрат энергии, но и идет с ее выделением (И.А.Каблуков, 1931).

В отличие  от 2002 г. в летний сезон 2003 г. шел небольшой, но довольно устойчивый медосбор, продолжавшийся с 05.07 по 07.08, что наложило отпечаток и на характер термогенеза семьи (рис. 3). О затратах энергии пчелами в этот период можно судить по кривой 1 (рис. 4), которая отражает общий тер-могенез семьи, не подразделяя его на базовый и термогенез, связанный с переработкой нектара. При 18°С базовый термогенез (кривая 2) составлял 19 Вт, а при переработке нектара — 33 Вт (возрос на 73%). При температуре 24°С это превышение сократилось до 7 Вт и составляло 41%.

При рассмотрении процесса переработки нектара невольно возникает вопрос: за счет чего растет термогенез — это следствие затрат энергии на перемешивание и перенос нектара или результат простого повышения температуры гнезда? Сравнивая поведение кривых 1 и 2, отмечаем, что с ростом наружной температуры они сближаются; более того, если их поведение не изменится, то при 32°С они пересекутся. Это означает, что рост термогенеза при переработке нектара есть следствие простого повышения температуры гнезда. В самом деле если бы это был результат перемешивания нектара, то кривые бы не пересекались, а в лучшем случае расположились бы параллельно.

Видимо, неслучайно пересечение приходится на точку наружной температуры 32°С. Если учесть, что температура внутри улья всегда выше наружной, она будет близка к максимально приемлемой — 36°С, то есть пчелы во время медосбора поддерживают ее на максимуме. Это подтверждают и прямые измерения температуры.

На основе проведенных наблюдений мы установили следующее.

1. В период основного медосбора в семье отмечается большое количество расплода, занимающего довольно обширную зону с предельной для пчел температурой (32-35°С) и довольно высокой температурой внешней среды. В этих условиях рост термогенеза сравнительно невысок и определяется объемом нагретой зоны.

2. Большое количество энергии пчелы тратят на испарение из нектара воды (в наших опытах — до 27,7%).

3. В первый период переработки нектара интенсивность испарения воды из него определяется условиями массообмена на поверхности. Высокая температура в улье (до 36°С), пониженная влажность воздуха, увеличенная поверхность испарения, действия пчел-вентилировщиц способствуют ускорению созревания нектара.

4. В период постоянной скорости сушки (влагосодержание поверхности нектара достигает равновесного) эти механизмы перестают действовать и интенсивность процесса определяется лишь диффузией влаги из нижележащих слоев к поверхности. При таких условиях у пчел остается единственный способ интенсификации процесса — многократное перемешивание и перемещение нектара.

А.И.КАСЬЯНОВ
НИИ пчеловодства
ж-л «Пчеловодство» №5, 2007 г.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Общайтесь со мной:

Хотите получать новые статьи на почту? Введите свой Email