大蒜種子與機械播種相關(guān)特性的探討 大蒜種子與機械播種相關(guān)特性的探討 2017/08/26 摘要:大蒜種子的外形尺寸特征、懸浮特性，是播種機械實現(xiàn)單粒播種的重要依據(jù)，蒜種破碎是機械對蒜種的嚴(yán)重?fù)p傷，導(dǎo)致不能發(fā)芽。為此，對大蒜種子的外形尺寸和懸浮特性及破碎力進行試驗研究，為大蒜種子機械化清選和播種提供數(shù)據(jù)。選擇大瓣種蒼山大蒜、小瓣種金鄉(xiāng)大蒜及杞縣大蒜為研究對象，使用統(tǒng)計學(xué)方法，以大蒜種子的長、寬、厚、懸浮速度及壓碎力為指標(biāo)，研究蒜種大小尺寸的分布、含水率對大蒜種子懸浮速度及大蒜種子抗破壞能力的影響。結(jié)果表明:大蒜種子厚度方向的尺寸差異最大;大蒜種子的懸浮速度隨含水率的上升而增加，同一含水率下，大瓣種子的懸浮速度大于小瓣種子;壓碎力與含水率呈反比，且大瓣種子弧面更易受到破壞。 關(guān)鍵詞:大蒜種子;外形尺寸;破碎;懸浮速度;機械播種 0引言 我國是大蒜生產(chǎn)大國，大蒜產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的70%以上［1］，2015年全國大蒜種植面積約40萬hm2［2］。大蒜種植主要產(chǎn)地集中在山東、河南、江蘇、河北及安徽5省。山東是我國第一大蒜產(chǎn)區(qū)，山東金鄉(xiāng)縣是大蒜生產(chǎn)加工和出口的重要基地，是全國著名的大蒜之鄉(xiāng);蘭陵縣蒼山大蒜走出一條“大蒜農(nóng)業(yè)”向“大蒜工業(yè)”轉(zhuǎn)化的路子，叫響了“天下第一蒜”。河南杞縣種植歷史悠久，氣候條件優(yōu)越，是“全國園藝產(chǎn)品出口示范區(qū)”。隨著人們對大蒜需求量的不斷增加，大蒜種植面積呈逐年遞增趨勢［3］。目前，大蒜播種主要靠人工進行，勞動強度大，生產(chǎn)效率低;而機械化播種具有效率高，作業(yè)成本低，用工少等優(yōu)點［4－6］。蒜種單?；遣シN機械化的關(guān)鍵之一，大蒜種子形狀復(fù)雜且不規(guī)則，不易實現(xiàn)機械單粒排種，通常要先對蒜種進行分級處理以提高大蒜播種機的單粒率。目前，對農(nóng)作物種子物理特性的研究［7－8］主要有玉米、麥粒、花生等，對于大蒜種子物理特性的研究較少。為此，以較為典型的山東蒼山大蒜、金鄉(xiāng)大蒜和河南杞縣大蒜為研究對象，使用統(tǒng)計學(xué)方法，分析研究大蒜種子與機械播種相關(guān)的物理特性，以期為大蒜收稿日期:2017－03－14基金項目:山東省農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新計劃項目(2015YZ209)作者簡介:徐陶(1991－)，女，山東昌樂人，碩士研究生，(E－mail)1126618569@qq．com。通訊作者:宋井玲(1964－)，女，吉林伊通人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E－mail)songjingling@tom．com。種子清選、分級及播種等機械化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。 1蒜種的選擇 大蒜蒜瓣大小不同，有大瓣種和小瓣種之分，如山東的蒼山大蒜屬于大瓣種，金鄉(xiāng)大蒜、杞縣大蒜屬于小瓣種，如圖1所示。根據(jù)栽培農(nóng)藝要求，用作蒜種的大蒜蒜瓣必須皮色純正，形狀規(guī)范，個頭飽滿，外皮完整。 2大蒜種子物理特性研究 2．1大蒜種子外形尺寸的測量及分析 2．1．1大蒜種子外形尺寸的測量 大蒜種子形狀復(fù)雜，可用蒜種的長、寬、厚3個尺寸來描述蒜種的幾何特征。 2．1．2大蒜種子外形尺寸的分析 大蒜種子的長、寬、厚尺寸分布。①長度尺寸，蒼山大蒜和杞縣大蒜種子分別集中分布在29～31mm，金鄉(xiāng)大蒜28～30mm，各約占48%、46%、36%;②寬度尺寸，蒼山大蒜集中分布在22～24mm，杞縣大蒜和金鄉(xiāng)大蒜集中分布在20～23mm，各約占50%、66%、63%;③厚度尺寸，蒼山大蒜、金鄉(xiāng)大蒜、杞縣大蒜種子尺寸均集中分布在17～19mm，各約占41%、38%、42%。 2．2大蒜種子的懸浮速度 懸浮速度是農(nóng)業(yè)物料的一個重要特性參數(shù)。物料的懸浮速度又稱臨界速度，是指物料自由下落時，在自身重力與受到的氣流作用下達(dá)到臨界平衡狀態(tài)時的氣流速度，物料在該狀態(tài)下受力平衡，絕對速度為零［11］。為提高大蒜種子氣力式排種器的單粒率，需對大蒜種子的懸浮特性進行試驗研究，利用氣流對大蒜種子進行清選，也與大蒜種子的懸浮特性有關(guān)。 2．2．1試驗裝置與試驗方法測量 大蒜種子懸浮速度的裝置主要有黑龍江農(nóng)業(yè)儀器設(shè)備修造生產(chǎn)的型號PS－20谷物漂浮速度試驗臺。 2．2．2大蒜種子懸浮速度結(jié)果分析 通過對大蒜種子懸浮速度試驗結(jié)果整理與分析，得出大蒜種子懸浮速度與含水率的變化關(guān)系。 2．3大蒜種子的抗壓破壞性試驗及分析 大蒜種子在運輸及播種等機械的作用過程中不可避免地要受到壓力和沖擊力，若種子受到損傷，其生長能力將受到嚴(yán)重影響，出苗率降低，造成減產(chǎn)。蒜種的機械破損率是衡量蒜種運送和播種等機械工作性能的重要指標(biāo)，因此有必要對大蒜種子的力學(xué)性質(zhì)進行研究，測試大蒜種子在不同含水率下的抗破壞力，為大蒜播種機相關(guān)部件的設(shè)計提供力學(xué)數(shù)據(jù)參考。 2．3．1試驗裝置與試驗方法 本試驗利用南京航空航天大學(xué)研制的KB－1開口薄壁梁實驗臺(見圖6)，測量大蒜種子受壓應(yīng)力作用下遭到破壞的最大壓力，用壓碎力表示，單位N。大蒜種子通常有3個面，包括一個弧面和兩個非弧面，受到同等力的作用時與壓頭的接觸面不同，受破壞程度存在差異，因此對含水率為45%、50%、55%、60%的大蒜種子弧面及非弧面進行抗壓破壞性試驗，分別測試大蒜種子在兩種狀態(tài)下壓碎力與含水率的變化關(guān)系。取直徑14mm的壓頭，加載速度為5mm/min，邊加載邊觀察示數(shù);當(dāng)示數(shù)驟停時表示大蒜種子已受到破壞，記錄數(shù)值，每組100粒，共24組。 2．3．2大蒜種子抗壓破壞性試驗結(jié)果分析 大蒜種子的壓碎力隨含水率的變化。大蒜種子在兩種狀態(tài)下的壓碎力均與含水率成反比，說明含水率是種子壓碎力的影響因素。弧面朝下時的壓碎力低于非弧面朝下的壓碎力，這與種子與底面的接觸面積有關(guān)?；∶娼茷辄c接觸，同等壓力下所承受的壓應(yīng)力大，導(dǎo)致種子更易受到破壞。隨含水率降低，蒼山大蒜種子的壓碎力與金鄉(xiāng)大蒜和杞縣大蒜差距逐漸加大，蒼山大蒜的壓碎力低于金鄉(xiāng)大蒜和杞縣大蒜。這主要是因為蒼山大蒜種子外形飽滿，同一含水率同等載荷下受到的壓強更大，說明品種是種子壓碎力的又一影響因素。通過以上分析得出結(jié)論:在播種及運輸過程中為避免種子受到損傷，首先應(yīng)考慮種子弧面的壓碎力。以含水率為60%的蒼山大蒜種子為例，播種機排種器采用指夾式取種時，應(yīng)使夾緊力不大于弧面能承受的壓力，即50．3N。 3結(jié)論 1)大瓣種比小瓣種在外形尺寸上大9%左右;小瓣種同一方向的尺寸差異大，大蒜種子長度尺寸波動最小，厚度尺寸波動最大;對于指夾式、勺鏈?zhǔn)降扰欧N器，為提高單粒率對蒜種進行分級時，應(yīng)優(yōu)先按種子厚度進行分級。 2)大蒜種子在含水率為45．61%～59．60%時，懸浮速度在12～15．4m/s之間。利用氣力對大蒜種子進行清選、排種時，需結(jié)合大蒜種子在不同含水率下的懸浮速度合理控制空氣流速，以保證大蒜種子清選率及單粒排種。 3)在含水率、載荷一定的情況下，大瓣種更易受到破壞;大蒜種子弧面最易受到破壞。采用指夾式取種及在種子運輸時，應(yīng)使種子受到的力低于種子弧面能承受的壓碎力。 參考文獻(xiàn): ［1］馮娟，章勝勇，王娟娟．我國保鮮大蒜出口收入不穩(wěn)定性及其影響因素分析［J］．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(12):214－218． ［2］2015年全國大蒜種植面積分布總況(含云南、四川等地)［EB/OL］．［2015－05－28］. ［4］郭毅，張祖立，于麗穎，等．大蒜播種機械的研究現(xiàn)狀［J］．農(nóng)機化研究，2009，3l(6):22l－223． ［5］薦世春，劉元東．大蒜播種機蒜瓣自動定向控制裝置的試驗研究［J］．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009(10):28－37． ［6］金誠謙，袁文勝，吳崇友，等．大蒜播種時鱗芽朝向?qū)Υ笏馍L發(fā)育影響的試驗研究［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(4):155－158． ［7］崔清亮，郭玉明．農(nóng)業(yè)物料物理特性的研究及其應(yīng)用進展［J］．農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2007，28(1):124－127． ［8］霍麗麗．粉碎秸稈類生物質(zhì)原料物理特性試驗［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，28(11):189－194． ［9］程智慧．大蒜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)［M］．北京:金盾出版社，2009． ［10］孔素萍．不同大蒜品種鱗芽分化與植株形態(tài)特征的相關(guān)性［J］．山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010(11):10－13． ［11］周祖鄂．農(nóng)業(yè)物料學(xué)［M］．北京:北京農(nóng)業(yè)出版社，1994． ［11］周夭佑．測定物料懸浮速度氣吸式試驗臺的研究［J］．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1988，7(2):74－79．