發布時間：2020-02-24所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:為了探明不同品種淀粉薯莖稈的機械特性，以提高馬鈴薯機械化粉碎還田作業質量，對馬鈴薯收獲階段不同時期的莖稈進行物理特性分析。以北方地區淀粉薯興佳2號、延薯4號為試驗對象，采用電子萬能試驗機、電子天平及電熱恒溫鼓風干燥箱等儀器設備，研究收獲
摘要:為了探明不同品種淀粉薯莖稈的機械特性，以提高馬鈴薯機械化粉碎還田作業質量，對馬鈴薯收獲階段不同時期的莖稈進行物理特性分析。以北方地區淀粉薯興佳2號、延薯4號為試驗對象，采用電子萬能試驗機、電子天平及電熱恒溫鼓風干燥箱等儀器設備，研究收獲期內兩種淀粉薯莖稈的離地高度和剪切力的變化，得出最佳打秧離地高度為9cm及破壞馬鈴薯莖稈的基礎數據。同時，對收獲3個時期、兩個品種的薯秧含水率進行測量，得出越臨近收獲期莖稈含水率越低的規律，確定淀粉薯殺秧最佳時期;在離地高度為9cm時，分別對3個時期、兩個不同品種的淀粉薯莖稈進行直徑與剪切力的測量，分別擬合出淀粉薯興佳2號、延薯4號莖稈剪切力與作物直徑間的函數關系式，對比相同作物的函數關系式變化趨勢，得出最佳的時間為10月7號。本研究為馬鈴薯莖稈粉碎機轉速、切刀速度及切刀拉力等參數的設計提供了依據，并為適宜的馬鈴薯莖稈粉碎期選擇提供了參考。
關鍵詞:淀粉薯;莖稈;機械特性;剪切力
0引言
馬鈴薯屬茄科草本植物，種植遍布世界各地，是人類第四大食物來源[1]。馬鈴薯淀粉薯是國內重要的新型能源原料、糧食、淀粉原料及抗癌保健品等，是我國糧食生產中重要的原料之一。在我國北方種植的淀粉薯中，以興佳2號、延薯4號為主要代表。近年來，中國馬鈴薯機械化呈上升的趨勢[2]，圖1為2008-2016年全國馬鈴薯機收面積變化圖。由圖1可知:2016年，全國馬鈴薯機收面積為1389.83khm2，較2008年增長了197.97%，增長速度很快。馬鈴薯在機械帶秧挖掘收獲作業時，秧莖容易纏繞設備零部件而引起損壞，且極易造成擁堵，增大功耗，影響挖掘效率和效果。因此，馬鈴薯收獲前應進行殺秧處理，使馬鈴薯與莖稈分離，減少收獲行進過程中的阻力，降低能耗，提升收獲作業速度，減低分離器的故障率，提升收獲質量，提高收獲效率[3-5];同時，促使薯秧的營養物質回流到薯塊上，便于貯藏，提升馬鈴薯的經濟效益。另外，秧莖切碎回到田里，還能起到增加土壤肥沃程度的作用。
馬鈴薯殺秧方式主要有3種，包括自然殺秧、化學殺秧和機械殺秧。自然殺秧方式包含霜凍殺秧，即利用晚間及清晨霜降凍死馬鈴薯，達到殺秧效果。該方式受自然因素影響較大，易誤農時，但成本低�；瘜W殺秧主要是利用硫酸銅等農藥使薯秧快速枯萎，作業效率快，但對環境造成污染。機械殺秧主要包含切秧、粉碎秧及壓秧等作業方式，受自然因素影響較小，但成本較高。綜上所述，在所有的殺秧方式中，以機械殺秧應用最為普遍。殺秧的時間因地而異:南方作物積溫較高，一般選擇在收獲前1～3周殺秧，此時的薯體已基本生長充分，而且土地表面干凈，馬鈴薯表皮老化，損傷率較低;北方作物積溫低，馬鈴薯生長緩慢，為保證產量不能過早進行馬鈴薯殺秧作業，一般在選擇在收獲前短時間內進行殺秧，且與馬鈴薯聯合
馬鈴薯莖稈機械特性是影響馬鈴薯殺秧機的傷薯率、漏打率和葉打碎長度合格率等作業指標的重要因素，因此本試驗對不同收獲期及離地高度不同的馬鈴薯秧，進行了含水率、剪切力的測試，并將莖稈品種、莖稈直徑等影響因素考慮在內的分析，得出最佳的馬鈴薯殺秧時間、離地高度，旨在為馬鈴薯殺秧機相關結構設計及作業參數提供理論依據[9-10]。
1材料與方法
1.1試驗材料
1.1試驗材料選取馬鈴薯淀粉薯中具有代表性的興佳2號、延薯4號為試驗對象，樣本取自黑龍江省九三管局鶴山農場第一管理區。該地區的馬鈴薯種植土壤偏黏，土壤含水率為27.3%，5月初栽，9月末開始殺秧，10月初進行收獲作業，一年一季種植，種植模式為單壟單行，壟距為90cm。國內外普遍認為收獲前1～3周殺秧，為馬鈴薯最佳的殺秧時間。為了研究具體時間，本次試驗材料取樣時間為2018年9月27號、2018年10月7號、2018年10月17號;每個時間段間隔10天，取3次樣，每次取10個樣本，共采樣30個。采集期間馬鈴薯秧還在處于生長狀態，如圖2所示。采集的興佳2號薯秧長度為80～120cm;薯秧莖稈直徑為0.41～2.1cm，采集的延薯4號薯秧長度為70～110cm;薯秧莖稈直徑為0.43～2.1cm。
1.2試驗儀器
試驗所用的主要儀器設備包括長春新特試驗機有限公司生產的WDW-100型微機控制電子萬能試驗機、河北布谷機械制造廠生產的打秧機、上海森信實驗儀器有限公司生產的DGG-9030B型電熱恒溫鼓風干燥箱、電子天平、卷尺及電子游標卡尺等。
河北布谷機械制造廠生產的打秧機，在實際應用中因價格便宜、性能可靠而大多還用作馬鈴薯殺秧。其與約翰迪爾1204型拖拉機牽引配套，動力由拖拉機提供。該機為臥式逆向型粉碎機，刀輥上甩刀采用交錯平衡排列方式，機具平衡性較強;刀輥空轉額定轉速為1600r/min，配有32把錘爪式甩刀，適宜作業壟寬為90cm左右，適用于雙壟作業。作業時，拖拉機牽引打秧機(高度可調)沿壟溝方向前進，由拖拉機后傳動軸為打秧機刀輥提供動力;錘爪式刀片掛在刀輥上，刀輥高速旋轉將莖稈沖擊切斷，并進入罩殼進行二次粉碎;粉碎后的莖稈從罩殼末端拋撒于地面，完成打秧作業。
1.3試驗方法
1.3.1淀粉薯莖稈的含水率的測定
馬鈴薯在收獲前殺秧時處于正常生長狀態下直接被粉碎還田，所以馬鈴薯莖稈的機械特性測定是在鮮秧稈狀態進行的。
每次在田間隨機取樣興佳2號、延薯4號的莖稈各10根，從距離地面2cm處的根部剪斷，共采集3次。在實驗室將莖稈叉及葉片去除掉，根據上海森信實驗儀器有限公司生產的DGG-9030B型電熱恒溫鼓風干燥箱水分測定的要求，將待測馬鈴薯莖稈進行碾碎處理;然后，放入干燥箱內，用105℃恒溫干燥10h，測定含水率，每個品種測試重復10次，最后取平均值。
1.3.2淀粉薯莖稈剪切強度的測定
淀粉薯莖稈是地下塊莖連接葉片進行傳輸營養的主要通道，在離地高度越低的地方莖稈越粗，韌性越強，因此莖稈剪斷時最低的地方剪切力最大。馬鈴薯打秧作業時，甩刀端的線性速度約為28～56m/s，靠沖擊將莖稈切斷，并進入罩殼進行二次粉碎;粉碎后的莖稈從罩殼末端拋撒于地面，莖稈主要受到剪切力，而拉力和滑切力較小，因此本次試驗測量莖稈的剪切力[11-12]。
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在測量莖稈含水率的同時，在WDW-100型微機控制電子萬能試驗機上進行莖稈剪切力試驗，如圖3所示。試驗機精度級別為1級，力值精確度為1%，位移精確度為0.1%。本次試驗選定加載速度為20mm/min，上限載荷為500N，下降最大載荷為10N;測量時，每組試驗在相同條件下重復10次，最后取平均值。
1.3.3馬鈴薯打秧機田間作業
為了進一步驗證不同離地高度、不同品種馬鈴薯莖稈對殺秧作業的影響，采用布谷機械制造廠生產的打秧機分別對興佳2號、延薯4號進行田間作業測試，如圖4所示。根據NY/T2706-2015馬鈴薯打秧機質量評價技術規范，對作業后莖葉打碎長度合格率、留茬長度及傷薯率等指標進行測試[13]。
2結果與分析
2.1莖稈含水率變化規律
通過試驗結果得知:興佳2號、延薯4號在9月27日采集時含水率為90.72%、88.24%;10月7日時含水率分別為87.24%、84.79%，10天馬鈴薯莖稈含水率分別下降了3.48%和3.45%;到10月17日時含水率為82.61%、79.32%，10天含水率分別下降了4.63%、5.47%。數據呈現出越臨近收獲期莖稈含水率越低的規律，
馬鈴薯在生長過程中需要大量水分，中期莖稈水分含量較大，收獲期前植株葉片枯萎，加上植物蒸騰作用變大，莖稈含水率相對較低，故越臨近收獲期莖稈含水率越低。
2.2莖稈機械特性的變化規律
植物莖稈離地近部分最粗且韌性越強，纖維含量越高;隨著莖稈離地高度的上升，相對根部的莖稈相比細而柔軟，打秧作業時莖稈主要受到剪切力，而受到的拉力、滑切力較小，影響不大，本次試驗不考慮。為得到機械化最佳打秧高度，促進馬鈴薯機械化打秧效果，通過試驗在3個不同時期分別對興佳2號、延薯4號隨機采集10個樣本，分別測其直徑及離地高度為3、6、9、12cm時的剪切力值，得出9月27日、10月7日和10月17日時兩個品種莖稈的剪切力值都在離地高度為9～12cm時力值變化趨勢減緩或不變，打秧高度為12cm時莖稈留茬長度會出現高于標準15cm的情況。為此，馬鈴薯打秧機最佳離地高度應為9cm左右，如圖6～圖11所示。
2.3莖稈直徑與機械特性的關系
為了探明淀粉薯殺秧最佳時期，在離地高度為9cm時分別對3個時期、兩個不同品種的淀粉薯莖稈進行直徑與剪切力的測量(見圖12、圖13)，分別擬合出淀粉薯興佳2號、延薯4號莖稈剪切力與作物直徑間的函數關系式
其中，Y11為9月27日興佳2號的莖稈剪切力值;X11為興佳2號莖稈直徑;Y21為10月7日興佳2號的莖稈剪切力值;X22為興佳2號莖稈直徑;Y31為10月17日興佳2號的莖稈剪切力值;X32為興佳2號莖稈直徑。
淀粉薯莖稈在打秧期時莖稈直徑均大于10mm。由圖8可以看出:Y31的剪切力值當直徑大于6.4mm時遠高于Y21、Y11;Y21的剪切力值當直徑大于6.2mm時遠高于Y11;Y31到Y21變化趨勢遠遠小于Y21到Y11。由圖9中可以看出:Y32的剪切力值當直徑大于5.5mm時遠高于Y22、Y12;Y22的剪切力值當直徑大于6.2mm時遠大于Y12;Y32到Y22變化趨勢遠遠小于Y22到Y12�？紤]到馬鈴薯成熟后干物質積累情況，馬鈴薯最佳殺秧時間為10月7日前后。
3田間試驗
3.1試驗條件
2018年9月26-30日，在黑龍江省九三管局榮軍農場進行了打秧機田間作業試驗。試驗地為壟播水澆地種植的興佳2號和延薯4號兩個品種的淀粉薯，每個試驗區為雙壟長度為100m，離地高度分別為6、9、12cm。拖拉機由約翰迪爾1204拖拉機提供，打秧機為河北布谷機械制造廠生產的甩刀錘爪式殺秧機。
3.2試驗方法
按照國家行業標準《NY/T2706-2015馬鈴薯打秧機質量評價技術規范》規定的試驗方法[14]，分別在壟播水澆地種植的興佳2號和延薯4號兩個品種的淀粉薯種植田地進行殺秧試驗，測定馬鈴薯莖葉打碎長度合格率、留茬長度、傷薯率及漏打率作為打秧機的評價指標(見表1)，考查殺秧機傳動系統、刀片磨損及刀輥穩定等各部分的性能。
3)留茬長度T3。檢查測區隨機取10根打秧作業后莖秧留茬長度T3，結果取其平均值。
9月末收獲中末期時，馬鈴薯打秧機在不同試驗條件下的作業指標如表2所示。由表2可以看出:選擇離地高度為3cm時殺秧，兩種淀粉薯莖稈的留茬長度、漏打率低符合標準，但傷薯率高不符合標準;選擇離地高度為6cm時殺秧，兩種淀粉薯莖稈的留茬長度、漏打率低符合標準，但傷薯率高于標準;選擇離地高度為9cm時殺秧，兩種淀粉薯莖稈的留茬長度、漏打率、傷薯率均符合標準;選擇離地高度為12cm時殺秧，兩種淀粉薯莖稈的留茬長度、漏打率過高均不符合標準，傷薯率低符合標準。所以，馬鈴薯殺秧機在這一時期應選擇離地高度9cm，此為最佳殺秧高度。
4討論與結論
4.1討論
打秧作業后發現的問題:一是漏打率現象多發生在薯秧壟溝中;二是當馬鈴薯田左右兩根壟高低不一時殺秧效果不好;三是打秧機無法將倒伏在壟溝里的薯秧有效清除干凈。
4.2結論
1)兩種典型淀粉薯品種興佳2號、延薯4號莖稈在10月7日的含水率分別達到87.61%、86.36%;從9月27日到10月17日，20天內淀粉薯莖稈含水率分別下降了8.08%、8.92%。這表明，淀粉薯隨著收獲期的臨近，其莖稈的含水率逐步下降。
2)興佳2號、延薯4號莖稈剪切力從9月27日至10月17日呈增加的趨勢。這表明，淀粉薯在收獲期，隨著時間的延長，莖稈剪切力也隨之增加。
3)由所測剪切力與直徑間的關系可知，興佳2號、延薯4號的最佳殺秧高度為9cm。
4)在所測區間收獲時間內(9月27日、10月7日、10月17日)，通過興佳2號、延薯4號莖稈剪切力在3個時期擬合方程的對比，得出10月7日前后為淀粉薯莖稈最佳殺秧時間。5)以河北布谷機械制造廠生產的打秧機進行試驗，結果表明:2018年10月7日，離地高度為9cm時，兩種淀粉薯莖稈打秧后的留茬長度、漏打率及傷薯率均符合標準。
SCISSCIAHCI
