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大蒜种子与机械播种相关特性的探讨

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摘要:大蒜种子的外形尺寸特征、悬浮特性,是播种机械实现单粒播种的重要依据,蒜种破碎是机械对蒜种的严重损伤,导致不能发芽。为此,对大蒜种子的外形尺寸和悬浮特性及破碎力进行试验研究,为大蒜种子机械化清选和播种提供数据。选择大瓣种苍山大蒜、小瓣种金乡大蒜及杞县大蒜为研究对象,使用统计学方法,以大蒜种子的长、宽、厚、悬浮速度及压碎力为指标,研究蒜种大小尺寸的分布、含水率对大蒜种子悬浮速度及大蒜种子抗破坏能力的影响。结果表明:大蒜种子厚度方向的尺寸差异最大;大蒜种子的悬浮速度随含水率的上升而增加,同一含水率下,大瓣种子的悬浮速度大于小瓣种子;压碎力与含水率呈反比,且大瓣种子弧面更易受到破坏。

关键词:大蒜种子;外形尺寸;破碎;悬浮速度;机械播种

0引言

我国是大蒜生产大国,大蒜产量占全球总产量的70%以上[1],2015年全国大蒜种植面积约40万hm2[2]。大蒜种植主要产地集中在山东、河南、江苏、河北及安徽5省。山东是我国第一大蒜产区,山东金乡县是大蒜生产加工和出口的重要基地,是全国著名的大蒜之乡;兰陵县苍山大蒜走出一条“大蒜农业”向“大蒜工业”转化的路子,叫响了“天下第一蒜”。河南杞县种植历史悠久,气候条件优越,是“全国园艺产品出口示范区”。随着人们对大蒜需求量的不断增加,大蒜种植面积呈逐年递增趋势[3]。目前,大蒜播种主要靠人工进行,劳动强度大,生产效率低;而机械化播种具有效率高,作业成本低,用工少等优点[4-6]。蒜种单粒化是播种机械化的关键之一,大蒜种子形状复杂且不规则,不易实现机械单粒排种,通常要先对蒜种进行分级处理以提高大蒜播种机的单粒率。目前,对农作物种子物理特性的研究[7-8]主要有玉米、麦粒、花生等,对于大蒜种子物理特性的研究较少。为此,以较为典型的山东苍山大蒜、金乡大蒜和河南杞县大蒜为研究对象,使用统计学方法,分析研究大蒜种子与机械播种相关的物理特性,以期为大蒜收稿日期:2017-03-14基金项目:山东省农机装备研发创新计划项目(2015YZ209)作者简介:徐陶(1991-),女,山东昌乐人,硕士研究生,(E-mail)1126618569@qq.com。通讯作者:宋井玲(1964-),女,吉林伊通人,教授,硕士生导师,(E-mail)songjingling@tom.com。种子清选、分级及播种等机械化生产提供理论依据和数据参考。

1蒜种的选择

大蒜蒜瓣大小不同,有大瓣种和小瓣种之分,如山东的苍山大蒜属于大瓣种,金乡大蒜、杞县大蒜属于小瓣种,如图1所示。根据栽培农艺要求,用作蒜种的大蒜蒜瓣必须皮色纯正,形状规范,个头饱满,外皮完整。

2大蒜种子物理特性研究

2.1大蒜种子外形尺寸的测量及分析

2.1.1大蒜种子外形尺寸的测量

大蒜种子形状复杂,可用蒜种的长、宽、厚3个尺寸来描述蒜种的几何特征。

2.1.2大蒜种子外形尺寸的分析

大蒜种子的长、宽、厚尺寸分布。①长度尺寸,苍山大蒜和杞县大蒜种子分别集中分布在29~31mm,金乡大蒜28~30mm,各约占48%、46%、36%;②宽度尺寸,苍山大蒜集中分布在22~24mm,杞县大蒜和金乡大蒜集中分布在20~23mm,各约占50%、66%、63%;③厚度尺寸,苍山大蒜、金乡大蒜、杞县大蒜种子尺寸均集中分布在17~19mm,各约占41%、38%、42%。

2.2大蒜种子的悬浮速度

悬浮速度是农业物料的一个重要特性参数。物料的悬浮速度又称临界速度,是指物料自由下落时,在自身重力与受到的气流作用下达到临界平衡状态时的气流速度,物料在该状态下受力平衡,绝对速度为零[11]。为提高大蒜种子气力式排种器的单粒率,需对大蒜种子的悬浮特性进行试验研究,利用气流对大蒜种子进行清选,也与大蒜种子的悬浮特性有关。

2.2.1试验装置与试验方法测量

大蒜种子悬浮速度的装置主要有黑龙江农业仪器设备修造生产的型号PS-20谷物漂浮速度试验台。

2.2.2大蒜种子悬浮速度结果分析

通过对大蒜种子悬浮速度试验结果整理与分析,得出大蒜种子悬浮速度与含水率的变化关系。

2.3大蒜种子的抗压破坏性试验及分析

大蒜种子在运输及播种等机械的作用过程中不可避免地要受到压力和冲击力,若种子受到损伤,其生长能力将受到严重影响,出苗率降低,造成减产。蒜种的机械破损率是衡量蒜种运送和播种等机械工作性能的重要指标,因此有必要对大蒜种子的力学性质进行研究,测试大蒜种子在不同含水率下的抗破坏力,为大蒜播种机相关部件的设计提供力学数据参考。

2.3.1试验装置与试验方法

本试验利用南京航空航天大学研制的KB-1开口薄壁梁实验台(见图6),测量大蒜种子受压应力作用下遭到破坏的最大压力,用压碎力表示,单位N。大蒜种子通常有3个面,包括一个弧面和两个非弧面,受到同等力的作用时与压头的接触面不同,受破坏程度存在差异,因此对含水率为45%、50%、55%、60%的大蒜种子弧面及非弧面进行抗压破坏性试验,分别测试大蒜种子在两种状态下压碎力与含水率的变化关系。取直径14mm的压头,加载速度为5mm/min,边加载边观察示数;当示数骤停时表示大蒜种子已受到破坏,记录数值,每组100粒,共24组。

2.3.2大蒜种子抗压破坏性试验结果分析

大蒜种子的压碎力随含水率的变化。大蒜种子在两种状态下的压碎力均与含水率成反比,说明含水率是种子压碎力的影响因素。弧面朝下时的压碎力低于非弧面朝下的压碎力,这与种子与底面的接触面积有关。弧面近似为点接触,同等压力下所承受的压应力大,导致种子更易受到破坏。随含水率降低,苍山大蒜种子的压碎力与金乡大蒜和杞县大蒜差距逐渐加大,苍山大蒜的压碎力低于金乡大蒜和杞县大蒜。这主要是因为苍山大蒜种子外形饱满,同一含水率同等载荷下受到的压强更大,说明品种是种子压碎力的又一影响因素。通过以上分析得出结论:在播种及运输过程中为避免种子受到损伤,首先应考虑种子弧面的压碎力。以含水率为60%的苍山大蒜种子为例,播种机排种器采用指夹式取种时,应使夹紧力不大于弧面能承受的压力,即50.3N。

3结论

1)大瓣种比小瓣种在外形尺寸上大9%左右;小瓣种同一方向的尺寸差异大,大蒜种子长度尺寸波动最小,厚度尺寸波动最大;对于指夹式、勺链式等排种器,为提高单粒率对蒜种进行分级时,应优先按种子厚度进行分级。

2)大蒜种子在含水率为45.61%~59.60%时,悬浮速度在12~15.4m/s之间。利用气力对大蒜种子进行清选、排种时,需结合大蒜种子在不同含水率下的悬浮速度合理控制空气流速,以保证大蒜种子清选率及单粒排种。

3)在含水率、载荷一定的情况下,大瓣种更易受到破坏;大蒜种子弧面最易受到破坏。采用指夹式取种及在种子运输时,应使种子受到的力低于种子弧面能承受的压碎力。

参考文献:

[1]冯娟,章胜勇,王娟娟.我国保鲜大蒜出口收入不稳定性及其影响因素分析[J].广东农业科学,2014(12):214-218.

[2]2015年全国大蒜种植面积分布总况(含云南、四川等地)[EB/OL].[2015-05-28].

[4]郭毅,张祖立,于丽颖,等.大蒜播种机械的研究现状[J].农机化研究,2009,3l(6):22l-223.

[5]荐世春,刘元东.大蒜播种机蒜瓣自动定向控制装置的试验研究[J].农业装备与车辆工程,2009(10):28-37.

[6]金诚谦,袁文胜,吴崇友,等.大蒜播种时鳞芽朝向对大蒜生长发育影响的试验研究[J].农业工程学报,2008,24(4):155-158.

[7]崔清亮,郭玉明.农业物料物理特性的研究及其应用进展[J].农业现代化研究,2007,28(1):124-127.

[8]霍丽丽.粉碎秸秆类生物质原料物理特性试验[J].农业工程学报,2012,28(11):189-194.

[9]程智慧.大蒜标准化生产技术[M].北京:金盾出版社,2009.

[10]孔素萍.不同大蒜品种鳞芽分化与植株形态特征的相关性[J].山东农业科学,2010(11):10-13.

[11]周祖鄂.农业物料学[M].北京:北京农业出版社,1994.

[11]周夭佑.测定物料悬浮速度气吸式试验台的研究[J].四川工业学院学报,1988,7(2):74-79.

作者:徐陶;宋井玲;崔志超;李宁;蔡善儒;孙倩;马伟童 单位:山东理工大学

机械杂志责任编辑:张雨    阅读:人次