脫毒微型馬鈴薯機械物理特性試驗

摘要：對３個不同品種脫毒微型馬鈴薯的質量、幾何尺寸、密度、滾動穩定角、休止角和含水率等進行了測試并對幾何尺寸等參數的分布特性進行了分析。試驗測得微型薯質量分布集中在３～６ ｇ，平均值４．８３ ｇ；球形度平均值０．７４；容積密度平均值６３３．０７ ｋｇ／ｍ３；粒子密度平均值１ ０５８．２９ ｋｇ／ｍ３；含水率平均值８２．６２％（w.b）；微型薯在塑料上的滾動特性比鋼板上好。

關鍵詞：馬鈴薯；微型薯；物理特性；試驗

中圖分類號：Ｓ２２３．９９ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）01－0152-04

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｉｓｅａｓｅ－ｆｒｅｅ Ｍｉｎｉ－ｔｕｂｅｒ

ＸＩＥ Ｊｉｎｇ－ｂｏ，ＤＵＡＮ Ｈｏｎｇ－ｂｉｎｇ，ＭＡＯ Ｑｉｏｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｅｉｇｈｔ， ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｓｉｚｅ， ｄｅｎｓｉｔｙ， ｒｏｌｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｇｌｅ， ｃａｅｓｕｒａｌ ａｎｇｌｅ， ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ｍｉｎｉ－ｔｕｂｅｒ ｓｅｅｄｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｎａｒｒｏｗ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｉ－ｔｕｂｅｒ ｗａｓ ３～６ｇ． Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ｍａｓｓ， ｓｐｈｅｒｉｃｉｔｙ， ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗｅｒｅ ４．８３ｇ， ０．７４， ６３３．０７ ｋｇ／ｍ３， １ ０５８．２９ ｋｇ／ｍ３ ａｎｄ ８２．６２％（ｗ．ｂ） ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｉｎｉｔｕｂｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｗｅｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｏｔａｔｏ； ｍｉｎｉ－ｔｕｂｅｒ； ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

馬鈴薯屬于塊莖類作物，是繼小麥、水稻、玉米之后的第四大糧食作物，也是一種世界經濟性作物。馬鈴薯在糧食、蔬菜、工業原料以及飼料生產等方面都有廣泛的用途，適宜種植范圍廣，營養豐富均衡，產量高［１］。我國的馬鈴薯種植面積和產量均居世界第一，單產水平卻低于世界平均水平，與發達國家相比相差甚遠［２］。據聯合國糧農組織報告，歐美發達國家的馬鈴薯單產為３５～４３ ｔ／ｈｍ２，而我國的馬鈴薯產量僅為１５ ｔ／ｈｍ２，其中一個重要原因就是馬鈴薯的種薯問題［3］。目前我國馬鈴薯種薯主要以切塊薯為主，種植機械也是以切塊薯為對象進行設計與研究。隨著我國馬鈴薯脫毒技術的快速發展，脫毒微型種薯產量、質量都有了很大的提高，脫毒微型薯是利用脫毒試管苗或由其生產的試管薯，在防蟲網室或溫室內采用無土栽培技術生產的微型脫毒小薯［4］。據不完全統計，利用脫毒技術生產的微型薯２０１０年產量達到６億粒之多［5－8］。而與微型薯相配套種植機械的研究與設計尚未見報道，且針對微型薯的物理特性研究也鮮見報道。研究通過對微型薯的幾何參數、物理參數的測定，為精量（精密）播種微型薯排種和分級方法的選擇與設計提供基本的試驗數據。

１ 材料與方法

１．１ 供試材料

以湖北凱瑞百谷農業科技發展有限公司銷售量較好的３個微型薯品種費烏瑞它、南中５５２、中薯３號為研究對象，購買３個品種３～１０ ｇ的微型薯，在收獲不久、未經催芽狀態下進行試驗，測定其質量、幾何尺寸、密度、滾動穩定角、休止角及含水率。

１．２ 測定方法

１．２．１ 微型薯質量與尺寸的測定 依據參考文獻［9］規定，隨機取樣并標號，對不同品種微型薯各測定１００次（其中費烏瑞它測定１５０次）。用電子天平（精度０．０１ｇ）測定質量，物料的長、寬、厚用游標卡尺（精度０．０２ ｍｍ）測得。

１．２．２ 微型薯密度與含水率的測定 測量容積密度時，將微型薯裝填入已知容積（２ ５００ ｍＬ）的容器內，測得容器內種薯質量后除以容器容積即得到容積密度。為得到一致的裝填效果，將容器施以一定振動，多余的微型薯用薄塑料板輕輕刮除，并多次重復以減小誤差［10］。

由于微型薯體積較大且不溶于水，粒子密度的測量采用懸浮法，測得種薯的真實體積，即可得到其粒子密度。

采用ＨＮ１０１－２Ａ數顯電熱鼓風干燥箱進行微型薯含水率的測定，樣品置１０５ ℃干燥箱中烘８ h后蓋上皿蓋取出，冷卻至室溫稱重。然后放入１０５ ℃干燥箱中烘２ ｈ，在干燥器中冷卻至室溫再稱重，如此重復幾次，直至恒重［11］。由此即可得到其濕基含水率。

１．２．３ 微型薯滾動穩定角與休止角的測定 滾動穩定角反映物料與所接觸表面的滾動摩擦特性，采用如圖１所示的自制斜面儀進行測定。試驗時將單個微型薯放在平板上，轉動手柄使平板輕輕傾斜，待微型薯剛開始滾動時，平板角度即為微型薯的滾動穩定角。

自然休止角的測定采用注入法，當種薯從一定高度自由下落時會形成一個圓錐角，斜母線與水平底面的夾角即為自然休止角［１2］。

２ 結果與分析

２．１ 測量結果

依據以上測定方法，對微型薯的質量、幾何尺寸、密度、滾動穩定角、自然休止角等參數進行測量，并依據測量結果計算球形度、孔隙率等參數。測量及計算結果見表１～表３。

２．２ 物理特性分析

２．２．１ 微型薯質量及球形度分布分析 從表１與圖２、圖３可以得出，同一品種微型薯質量與球形度呈近似正態分布。微型薯質量分布集中在３～６ ｇ，占總體的８０％左右，質量平均值為４．８３ ｇ；微型薯球形度分布集中在０．６～０．８，占總體的７５％左右，球形度平均值為０．７４。表４與表５的方差分析結果表明，不同品種微型薯之間質量與球形度差異極顯著（Ｐ＜０．０１）。

微型薯質量、三軸尺寸和球形度主要作為其排種裝置型孔形狀和大小設計計算依據，應根據微型薯不同品種及同一品種集中分布規律分類設計排種型孔型式，滿足微型薯精量（精密）播種要求。

２．２．２ 微型薯密度分析 從表２可以得出，微型薯容積密度平均值為６３３．０７ ｋｇ／ｍ３，粒子密度平均值為１ ０５８．２９ ｋｇ／ｍ３，含水率平均值為８２．６２％。表６與表７的方差分析結果表明，不同品種微型薯之間容積密度差異顯著（Ｐ＜０．０５），粒子密度差異不顯著。

微型薯排種裝置種子室容積和材料主要根據其容積密度、粒子密度和孔隙率進行設計。不同品種微型薯幾何形狀和尺寸差異顯著，致使其孔隙率差異也顯著，因此在種子室設計容積和選材上應綜合考慮其密度和孔隙率［１3］。

２．２．３ 微型薯滾動穩定角分析 從表３可以得出，微型薯滾動穩定角平均值在鋼板上為１２．７８１°，在片狀模塑料（簡稱ＳＭＣ）上的平均值為１０．８６２°，在聚丙烯塑料（簡稱ＰＰ）上的平均值為１２．０９０°。同一品種微型薯滾動穩定角在鋼板上比塑料上大，說明微型薯在塑料上的滾動特性比鋼板好。表８、表９和表１０方差分析結果表明，不同品種微型薯之間在鋼板上的滾動穩定角差異顯著（Ｐ＜０．０５），在ＳＭＣ和ＰＰ上的差異極顯著（Ｐ＜０．０１）。

微型薯滾動穩定角和自然休止角是與摩擦特性有關的參數，由此主要確定排種器種子室的結構形式。試驗結果表明，設計種子室時壁面與水平面的夾角應大于２０°，壁面間的夾角應大于３５°。

３ 小結

微型薯質量分布集中在３～６ ｇ，平均值為４．８３ｇ；球形度分布集中在０．６～０．８，平均值為０．７４。不同品種微型薯之間質量與球形度差異極顯著。

微型薯容積密度、粒子密度、含水率平均值分別為６３３．０７ ｋｇ／ｍ３，１ ０５８．２９ ｋｇ／ｍ３，８２．６２％。不同品種微型薯之間容積密度差異顯著，粒子密度差異不顯著。

微型薯滾動穩定角在鋼板、ＳＭＣ、ＰＰ上平均值分別為１２．７８１°、１０．８６２°、１２．０９０°。同一品種微型薯滾動穩定角在鋼板上比塑料上大，不同品種微型薯之間在鋼板上的滾動穩定角差異顯著，在ＳＭＣ和ＰＰ上的差異極顯著。

微型薯基本物理特性參數是影響排種器設計和排種性能的最主要因素［１4］。結果顯示微型薯質量和體積較大，各單體之間質量和球形度差異也較大，不同品種微型薯物理特性差異明顯。因此，應根據微型薯物理特性設計計算排種器各參數，滿足播種要求的同時使排種器盡可能適應同一品種的大多數和不同品種的微型薯。

參考文獻：

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