玉米流体穴播种子物理机械特性研究

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2011 年第 4 期 总第 236 期
中国农机化
Chinese Agricultural Mechanization
No.4, 2011 Total No.236
玉米流体穴播种子物理机械特性研究 *
辛明金,宋玉秋,白晓虎,任文涛,胡艳清
(沈阳农业大学工程学院,沈阳市,110866)
摘要:玉米种子浸泡后进行流体播种是解决干旱半干旱缺水地区玉米播种存在的出苗难、缺苗断垄等问题及提高施水利用 率的有效途径。 但播前浸种的种子物理机械特性发生了很大变化,采用现有干种播种机无法播种。 本文对不同浸泡时间的 12 种样品进行了研究,分析了玉米种子吸水膨胀后的尺寸、含水量、千粒 重 、容 重 、密 度 、摩 擦 角 等 物 理 机 械 特 性 以 及 抗 破 坏作用能力,找出了各参数随浸泡时间的变化规律和差异,确定了玉米种子合适的浸泡时间为 16~24h,为流体播种等湿种 播种机具的研究提供依据。 关键词:玉米;播前浸种;物理机械特性 中图分类号:O346 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1006-7205.2011.04.011
0 9.63 11.48 0 7.93 9.64 0 5.42 8.64 0 1 9.67 12.8 0.42 8.15 10.1 2.77 5.45 9.1 0.55 2 9.79 12.2 1.66 8.24 10.4 3.91 5.51 8.8 1.65 3 9.92 12.1 3.01 8.39 10.1 5.8 5.64 8.8 4.03 4 10.03 11.8 4.15 8.57 10.24 8.07 5.51 9.98 1.65 8 10.13 11.78 5.19 8.67 10.2 9.33 5.85 10.5 7.88 12 10.21 12 6.02 8.83 10.5 11.3 6.35 9.7 17 16 10.26 11.7 6.54 8.85 10.2 11.6 6.34 10.9 16.8 20 10.25 12.56 6.44 8.93 11 12.6 6.39 10.3 17.8 24 10.24 12 6.33 8.96 11.68 13 6.46 8.8 19 36 10.25 11.84 6.44 9.01 10.5 13.6 6.52 9.8 20.1 48 10.26 11.8 6.54 8.97 10.66 13.1 6.54 10.62 20.5
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种机已无法应用,必须进行重新设计。表 1 还给出了随
收稿日期:2010 年 4 月 16 日 修回日期:2010 年 6 月 3 日
* 辽wenku.baidu.com省教育厅科研计划项目— ——流体穴播机理及其排种部件的试验研究(项目编号:2008634)
辛明金,男,1968 年生,山东枣庄人,博士,沈阳农业大学工程学院副教授;研究方向为农牧机械。
2.2 种子千粒重 本研究测定浸泡后种子的千粒重, 一方面了解种
子随浸泡时间千粒重的变化情况, 更重要一方面是为 研究种子在流体中的动力学特性奠定基础。 每次试验 重复做 5 次,取平均值。 千粒重随浸泡时间变化规律如 图 1 所示。 从图 1 中可看出,随着浸泡时间的延长,种 子的千粒重呈上升的趋势;浸泡初期千粒重增加快,表 明种子迅速吸水;浸泡 16~20h 后千粒重变化幅度变化 不大, 表明随着浸泡过程的进行, 种子含水量趋于饱 和,吸水能力下降。 所以可以断定浸泡 16~20h 时种子 已吸收足够的水分。
子的发芽和出苗,提高了发芽率和出苗率,保证产量。 2.1 种子尺寸
但种子浸泡后的大小、 摩擦特性等物理机械特性发生
种子尺寸用籽粒的平均长、宽、厚来表示,试验中
了很大变化,采用现有干种播种机无法播种,即使可以 每个时间段的测定重复 90 次,取平均值计算测试结果
应用,但也伤种严重。本文对浸泡后的玉米种子的各项 见表 1。 从表 1 中可以看出种子的长、宽、厚以及体积
子水分增加时,会响一些物理特性的改变,首先是种 子体积因吸胀而膨大;其次是种皮的皱褶逐步消失而 变成丰满光滑,种子间的间隙增大。 这些变化都在不 同程度上影响了容重。 由图 2 可看出,随着浸泡时间 的延长,种子的容重呈下降的趋势,波动幅度不大,以 干种子的容重最大为 0.835g/cm3,以浸泡 12~16h 左右 之后的容重趋于稳定。 从容重上看, 要求种子浸泡 12~16h。 2.4 种子密度
辛明金, 宋玉秋, 白晓虎, 任文涛,胡艳清. 玉米流体穴播种子物理机械特性研究[J]. 中国农机化, 2011, (4): 45~47, 37 XIN Ming-jin, SONG Yu-qiu, BAI Xiao -hu, REN Wen -tao, HU Yan -qing. Experimental study on physical and mechanical properties of pre-germinated maize seeds for fluid sowing [J]. Chinese Agricultural Mechanization, 2011, (4): 45~47, 37
旱造成玉米播种困难,影响种子的萌发出苗,以致缺苗 通过分析试验数据,得出不同浸泡时间对种子各项参
断垄,影响产量[1,2]。 流体穴播在播前对玉米种子进行浸 数的影响。
泡,使其吸收萌发所需要的水分,可缩短或省略在田间 吸水过程, 充分利用播前浸种所施加的水分来保障种
2 玉米种子浸泡后物理性质测定及结果分析
密度随浸泡时间变化规律曲线如图 2 所示。 从图 中可以看出,未浸泡种子的密度最大,随浸泡时间的 增加种子密度近似直线下降, 浸泡 20~24h 之后的种 子密度趋于稳定,变化不大。 随浸泡时间的延长,减小 对种液配制是有利,继续浸泡意义不大,会增加玉米 可溶性物质析出,影响种子活性。 由此确定种子可以 浸泡 20~24h。
本试验采用斜面仪进行测定的。 浸泡后种子的滑 动摩擦角随浸泡时间的变化规律如图 4 所示。 随着浸 泡时间的延长,种子的滑动摩擦角先呈上升趋势,后下 降。 在 0~8h 时间段里为上升,8h 后下降。 同种子休止 角的变化规律相似, 主要由于含水量达到一定时体积 因吸胀而膨大, 其种皮的皱褶逐步消失而变得丰满光 滑,滑动摩擦角随之减小。 从滑动摩擦角变化规律看, 种子浸泡时间应超过 12h。
3 玉米种子浸泡后摩擦特性测定及结果分析
3.1 种子休止角 测定休止角大小,为设计合理的种箱,解决浸泡
后种子排种难问题具有重要意义。 本试验采用排出 法。种子休止角随浸泡时间的变化规律如图 4 所示。 随着浸泡时间的延长,种子的静止角先是明显上升, 后 呈 变 化 趋 于 缓 和 。 在 0~4h 呈 近 线 性 关 系 变 化 ,在 4~16h 这 个 阶 段 上 升 ,幅 值 变 化 较 小 ,之 后 随 着 浸 泡 时间增加,休止角又有所减小。可以看出种子的水分 含量愈高,则颗粒间的摩擦力愈大,其休止角也相应 增大。 当含水量达到一定时,体积因吸胀而膨大;其 种皮的皱褶逐步消失而变得丰满光滑, 休止角随之 减小。 从休止角变化规律看, 种子浸泡时间应超过 20h 。 3.2 种子滑动摩擦角
图 2 不同浸泡时间下种子的容重、密度的变化规律
2.5 种子水分 种子水分测定所用的仪器是数显式电热恒温
干燥箱。 种子含水量随浸泡时间的变化曲线如图 3 所示。 由图 3 可看出,在浸泡初期,随着浸泡时间 的延长,种子的含水量呈明显上升趋势,近似直线 上 升 ; 浸 泡 16h 后 增 加 趋 势 趋 于 平 缓 。 浸 泡 20h 后 含 水 量 为 31.62% , 已 经 接 近 或 达 到 玉 米 种 子 发 芽 所 需 要 30% 的 含 水 量 。 建 议 种 子 在 室 温 下 浸 泡 时 间 为 16~20h。
图 5 种子最大承受力与浸泡时间的关系曲线
6 结论
通过测定分析玉米种子及在不同浸泡时间下吸水 膨胀后的尺寸、含水量、千粒重、容重、密度、摩擦角等 物理机械特性以及抗破坏作用能力, 找出了各参数随 浸泡时间的变化规律和差异。 在玉米流体播种研究中, 以种子含水量达到玉米种子发芽所需要的含水量为 主;兼顾种子的尺寸、体积、千粒重、密度、容重等变化, 从而确定玉米种子合适的浸泡时间为 16~24h,得到此 浸泡时间下东单 60 玉米种子的物理机械特性以及抗 破坏作用能力等各参数值, 为流体播种等湿种播种机 具的研究提供依据。
最大承受力随浸泡时间变化曲线如图 5 所示。由图 5 可以看出, 种子在三个方向上的最大承受力不 同,在长度方向最大承受力 X 最小;厚度方向最大 承受力 Z 最大; 宽度方向最大承受力 Y 介于前二 者之间,更接近与长度方向最大承受力。 三个方向 的承受能力随着浸泡时间的延长, 有着相似的变 化趋势:干种子承受能力最大;在浸泡初期,随着 浸泡时间的增加, 种子的承受能力迅速下降;当 浸 泡 时 间 达 到 12 ~ 16h 时 , 种 子 的 承 受 能 力 下 降 幅 度减缓,特别是长宽两个 方 向 ,厚 度 方 向 上 仍继 续下降, 这与种子在浸泡过程中宽度方向尺寸变 化较大有关。 这也表明,种子浸泡后容易损伤,在 播种机具研究时必须考虑到这一点,应探求新的播 种机理。
图 1 不同浸泡时间下种子千粒重
2.3 种子容重 容重随浸泡时间变化规律曲线如图 2 所示。 当种
图 3 种子含水量随浸泡时间的变化规律
第4期
辛明金 等: 玉米流体穴播种子物理机械特性研究
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种子在水中浸泡近 20h 的时间才达到萌发所需要 的水分, 如果是干种坐水播种, 种子在田间需要至少 20h 的时间吸水膨胀。 干旱地区坐水播种施水量经过 20 多个小 时的入滲、蒸 发,用于种子 萌发出苗 的 水 量 大大减少,水的利用率降低。
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中国农机化
2011 年
机测试中种子的最大尺寸, 为研究流体浸泡种子的播 种机具奠定基础。
表 1 不同浸泡时间种子的尺寸 浸泡 平均 最大 长度 平均 最大 宽度 平均 最大 厚度 时间 长度 长度 变化率 宽度 宽度 变化率 厚度 厚度 变化率
h mm mm % mm mm % mm mm %
等北方大部分地区。 将随机选取的种子, 在室温条件 子的体积在浸泡 36h 时增加 45.48%。 由此可见种子吸
下 , 分 别 浸 泡 1h、2h、3h、4h、8h、12h、16h、20h、24h、 水后其长、宽、厚,以及体积发生了很大变化,现有的播
36h、48h,加上未浸泡的干种子作对照,共 12 种样 品。
物理机械特性进行测试研究, 为流体播种等湿种播种 均随浸泡时间的延长逐渐增大, 数据显示浸泡初期变
机具的研究提供依据。
化较快,后趋于稳定。浸泡后种子尺寸及体积变化率的
1 材料与方法
变化情况也是浸泡初期变化显著, 后趋于稳定。 浸泡 48h 后种子长度增加达 6.54%, 宽度增加达到 13.1%,
本研究所用玉米种子为东单 60,该品种适宜辽宁 种子在厚度方向上变化最大,增加量达到 20.5%;而种
图 4 种子休止角、滑动摩擦角随浸泡时间的变化规律
4 玉米种子浸泡后抗破坏作用测定及结果 分析
宋玉秋,女,1968 年生,吉林敦化人,博士,沈阳农业大学工程学院副教授;研究方向为农业机械。
白晓虎,男,1976 年生,山西大同人,硕士,沈阳农业大学工程学院讲师;研究方向为农牧机械。
任文涛,男,1958 年生,辽宁海城人,博士,沈阳农业大学工程学院教授,研究方向为农业机械。
胡艳清,女,1964 年生,辽宁本溪人,沈阳农业大学工程学院实验师,研究方向为农业机械实验。
0 引言
每次测量之前将种子表面附着的水分用干燥的滤纸 吸干,晾置片刻。 然后对不同浸泡时间下种子的尺寸、
玉米是重要的粮食饲料作物, 在我国种植面积常 千粒重、容重、密度、静止角、滑动摩擦角、种子水分、
年保持在 2×107hm2 以上,其中 2/3 为旱作玉米,常因干 抗破坏作用的能力进行测定, 每次试验重复做 5 次。
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