篩孔尺寸及風(fēng)速對雜交水稻種子精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)

年 偉，鄧 偉，李小林，徐雨然，張錦文，呂永剛，谷安宇，魯志良

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，云南 昆明 650205)

篩孔尺寸及風(fēng)速對雜交水稻種子精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)

年 偉，鄧 偉*，李小林**，徐雨然，張錦文，呂永剛，谷安宇，魯志良

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，云南 昆明 650205)

選擇影響雜交水稻種子風(fēng)篩精選中的3個主要因素，研究了各因素對雜交水稻種子精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，在所選因素水平區(qū)間，上篩孔尺寸是雜交粳稻滇雜31獲選率、雜交秈稻岡優(yōu)827凈度的重要影響因素，上篩孔尺寸與凈度負(fù)相關(guān)，與獲選率正相關(guān)；下篩孔尺寸不是凈度的重要影響因素，卻是獲選率的重要影響因素且與之負(fù)相關(guān)；風(fēng)速既不是凈度也不是獲選率的重要影響因素。

篩孔尺寸；雜交水稻種子；精選質(zhì)量；貢獻(xiàn)

種子加工是種子質(zhì)量控制技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，其核心為種子凈度控制技術(shù)，而風(fēng)篩精選是一切種子加工技術(shù)的關(guān)鍵工序[1]，通過不同形狀、不同尺寸篩孔及不同風(fēng)速的組合來分離雜質(zhì)與凈種子，從而提高種子的凈度。

雜交水稻的生產(chǎn)對中國糧食安全具有重要意義[2]，其種子精選的效益顯著，經(jīng)過精選分級后的種子，本身凈度可提高2 %～5 %，千粒重提高5 %左右，能節(jié)省種子用量10 %～20 %，同樣條件下可提高發(fā)芽率2 %～3 %，增產(chǎn)5 %～10 %[3]。通過精選加工，可使黑粉病粒含量下降5.25 %～14.50 %[4]，還能100 %去除稻曲病粒[5]。種子籽粒間及其與雜質(zhì)的外形尺寸差異是精選加工的基礎(chǔ)，涂小平[6]對雜交水稻穗芽種子的精選效果進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)通過精選能有效地清除全部長芽芽谷和大部分短芽芽谷，但萌動種子精選效果不佳，精選還能明顯提高種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率及種子活力。Matthews和Spadaro[7]的研究結(jié)果顯示，厚度最小單個稻谷籽粒的平均質(zhì)量約為最大厚度籽粒的2/3，且厚度越小，不成熟籽粒的含量越多，即厚度分級具有對籽粒成熟度的分級效果。這為水稻種子精選加工中大多使用長孔篩進(jìn)行厚度分離提供了理論依據(jù)。Jindal和Siebenmorgen[8]的研究結(jié)果顯示，在同樣的水解吸條件下，厚度大的籽粒其平衡含水率稍微小于厚度小的籽粒。從種子加工的角度來看，先經(jīng)過厚度分選后能降低對稻谷進(jìn)行干燥時所需的能量，還能一定程度上避免因長時間烘干造成的發(fā)芽率降低[9]。國外在籽粒厚度的不同引起種子物理及物理化學(xué)性質(zhì)的不同方面有較多深入的研究，國內(nèi)在風(fēng)篩精選能有效提高雜交水稻種子質(zhì)量方面的研究較多，而各加工參數(shù)在雜交水稻種子風(fēng)篩精選質(zhì)量中所起的作用大小和貢獻(xiàn)國內(nèi)尚未見報道。為此，本文章選用2個雜交水稻品種，考察上篩孔尺寸、下篩孔尺寸及風(fēng)速3個主要加工參數(shù)對精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)，同時探討它們與精選質(zhì)量的相關(guān)度，旨在為雜交水稻種子的精選提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗使用的雜交粳稻種子‘滇雜31’為粳型三系雜交稻，產(chǎn)自云南省普洱市景谷縣，水分含量12.8 %，所含雜質(zhì)中短小枝梗較多；雜交秈稻種子‘岡優(yōu)827’為秈型三系雜交水稻，產(chǎn)自四川省眉山市洪雅縣，水分含量12.6 %，裂穎籽粒較多。

材料制備：試驗前，先除去夾雜的較大枝梗、灰塵等雜質(zhì)，而正常籽粒、裂穎粒、霉變粒、空癟粒及米粒等得以保留。

試驗采用丹麥Westrup有限責(zé)任公司生產(chǎn)的LA-LS小型風(fēng)篩精選試驗臺，使用香港恒高電子集團(tuán)生產(chǎn)的AR816型風(fēng)速計測定風(fēng)速。

1.2 試驗設(shè)計

采用3因素(上篩孔尺寸A、下篩孔尺寸B、風(fēng)速C)4水平正交試驗設(shè)計，因素水平表見表1，不考慮因素間的互作，使用5因素4水平(L1645)正交表，共16個處理，第4及第5列為空列(表2)。除篩孔尺寸和風(fēng)力因素外，篩孔形狀、篩子的振動頻率、喂料量等因素也會影響種子的分選效果[10-12]，基于前人的研究并結(jié)合LA-LS小型風(fēng)篩精選試驗臺的實際條件，對這些非考察因素確定如下。

表1 因素水平

表2 L16(45)正交試驗

1.2.1 篩孔形狀的確定 在作物生長發(fā)育與產(chǎn)量的眾多影響因素中，種子粒度的大小是最容易判斷和分選的性狀，種子粒度通常以千粒重、比重、外形尺寸等表示，以千粒重的應(yīng)用最為廣泛[13]；而粒重是受粒長、粒寬和粒厚3個因素的影響，三者均與粒重呈正相關(guān)，其中以粒厚的相關(guān)系數(shù)為最大[14]，加之厚度分級具有對水稻籽粒成熟度的分級效果[7]，因此，一般情況下的水稻種子風(fēng)篩精選多以厚度來分選。

長孔篩的篩孔尺寸有2個維度，即長度和寬度，其長度遠(yuǎn)大于種子自身長度，目的是增加種子的透篩概率，寬度小于種子籽粒寬度，種子在篩片上的運動方向與篩孔長度方向一致，種子邊緣到達(dá)篩孔邊緣時，由于水稻種子厚度比種子的長度和寬度都小，在自身重力的作用下，水稻種子就會沿厚度方向垂直從篩孔下落，從而達(dá)到分選的目的?；诖耍x擇了長孔篩作為研究對象。

1.2.2 振動頻率的確定 種子風(fēng)篩精選設(shè)備的篩片是一種往復(fù)振動篩，也是一種平面篩，影響物料運動狀態(tài)的主要參數(shù)有振幅、振動頻率、振動方向角、篩面傾角、物料的物理機(jī)械特性等[15-17]。目前國內(nèi)外使用的小型種子精選試驗臺大都采用了固定振幅、固定篩片傾角，而振動頻率可調(diào)的設(shè)計，黃興國[17]的試驗結(jié)果與這樣的趨勢相吻合。

本試驗中所采用的LA-LS小型風(fēng)篩精選試驗臺也基于這樣的趨勢而設(shè)計，其篩箱的振幅、振動方向角、篩面傾角等機(jī)械參數(shù)均為固定不可調(diào)，振動頻率由無級可調(diào)開關(guān)控制并顯示。根據(jù)黃興國[18]對水稻種子進(jìn)行風(fēng)篩精選時的最佳振動頻率范圍為365～490 r/min的研究結(jié)果，試驗開始前對LA-LS的振動頻率進(jìn)行了人為選擇，以種子在篩面上能自然分布而不重疊、能保持連續(xù)地流動而又稍微跳動為原則，最終確定振動頻率為450 r/min。

1.2.3 喂料量的確定 喂料量決定了單位時間內(nèi)單位篩片面積的負(fù)荷量，會對篩分性能產(chǎn)生影響，其原因是如果喂料量過大而篩片振動頻率過低造成排種過慢，加大了單位篩片面積上的負(fù)荷，種子就會在篩面上層疊而漏選，造成透篩概率降低；而較高的振動頻率雖然能提高生產(chǎn)效率，但會使種子在篩面上劇烈跳動，也會降低透篩概率。孫秀芝等[19]以小麥為材料，研究了不同喂料量與篩分性能的關(guān)系，其試驗結(jié)果顯示，在篩片面積相同的情況下，篩分性能與喂料量呈負(fù)相關(guān)。本試驗為了尋求較為合理的喂料量，先將篩箱振動頻率固定為450 r/min，在不考慮產(chǎn)能的條件下，以種子能在篩面上均勻分布、不重疊為目標(biāo)，最終將喂料器開關(guān)確定在“2”刻度。

1.3 測定方法

將1.1制備的試驗材料平鋪于干凈地面，采用5點取樣法取樣，樣品經(jīng)充分混合、分樣后，依據(jù)1.2的試驗設(shè)計對每個處理展開試驗。具體步驟為，待設(shè)備運行平穩(wěn)后，于主出料口有物料排出后開始對每個出料口進(jìn)行取樣，計時60 s，取樣結(jié)束后分揀各出料口凈種子、雜質(zhì)并稱重，分別以公式(1)和公式(2)計算凈度和獲選率。每個處理重復(fù)3次，每次重復(fù)及更換不同因素組合時徹底清理篩片，并清空設(shè)備內(nèi)及沉降室殘留的物料，重復(fù)上述步驟。

1.3.1 凈度的計算

(1)

式中，J——凈度，Wzj——主出料口凈種子重量，Wzy——主出料口所有物料重量，即凈度為主出料口凈種子占主出料口所有物料的重量百分比。

1.3.2 獲選率的計算

(2)

式中，X——獲選率，Wzj——主出料口凈種子重量，∑Wgj——各出料口凈種子重量，即獲選率為主出料口凈種子占各出料口凈種子總量的重量百分比。

1.3.3 風(fēng)速的測定LA-LS配有前吸和后吸2個風(fēng)道，前吸風(fēng)道的作用是在種子經(jīng)過篩片之前將灰塵、空癟粒及谷殼等輕雜質(zhì)去除，達(dá)到減小篩片負(fù)荷提高種子透篩概率的目的，后吸風(fēng)道和出料口垂直，種子經(jīng)過出料口時受到后吸風(fēng)道內(nèi)垂直氣流的作用，較輕的種子和雜質(zhì)會被分離。為了降低對試驗的干擾，本試驗關(guān)閉前吸風(fēng)道而使用后吸風(fēng)道的風(fēng)速作為考察因素。

根據(jù)以往的實際經(jīng)驗，精選水稻種子時LA-LS的風(fēng)速旋鈕刻度一般在2.0～2.5，基于此，將旋鈕刻度進(jìn)行上下浮動構(gòu)成4個風(fēng)速水平。具體測量方法為，設(shè)備空載時待風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，通過調(diào)節(jié)控制風(fēng)門大小的旋鈕而實現(xiàn)風(fēng)速大小的調(diào)整，使用AR816型風(fēng)速計于出料口處分別測量旋鈕刻度位于1.5、2.0、2.5和3.0時連續(xù)60s內(nèi)的平均風(fēng)速，重復(fù)3次，取其算術(shù)平均值(表1)。

1.4 統(tǒng)計分析方法

試驗按1.2的設(shè)計進(jìn)行正交設(shè)計方差分析，將3個因素的4個水平值分別與凈度和獲選率值進(jìn)行相關(guān)分析。

表3 各因素水平凈度及獲選率均值

注：*為優(yōu)水平 。

Notes:* meant good level.

2 結(jié)果與分析

依據(jù)1.2的試驗設(shè)計及1.4的統(tǒng)計分析方法，整理成各因素水平凈度及獲選率均值表(表3)，從表3可以看出各因素的優(yōu)水平，由于本文章的重點放在各因素對精選質(zhì)量的貢獻(xiàn)而不是對加工參數(shù)的選優(yōu)，因此，在這方面就不再鏖述，多重比較結(jié)果也將其省略。

2.1 各因素對凈度的貢獻(xiàn)

按1.4的統(tǒng)計方法，將凈度的方差分析結(jié)果列于表4。以因素平方和與總平方和之比來計算各因素對試驗指標(biāo)變異的貢獻(xiàn)率[20]，貢獻(xiàn)率的大小可對因素的重要程度進(jìn)行量化，貢獻(xiàn)率越大，說明該因素對評價指標(biāo)的影響能力越強(qiáng)。根據(jù)顯著因素的判別標(biāo)準(zhǔn)，如果某因素的顯著性水平值α≤0.1(表4及表5中為P值)，就可視該因素為顯著因素即重要影響因素[21]。

由表4來看，對于雜交粳稻滇雜31，上篩孔尺寸、下篩孔尺寸和風(fēng)速3個因素均不是其凈度的重要影響因素，貢獻(xiàn)率從大到小依次為風(fēng)速>上篩孔

表4 凈度方差分析表(完全隨機(jī)模型)

注：*表示該項為空閑因子 。

Note：* meant idle factor.

表5 獲選率方差分析(完全隨機(jī)模型)

注：*表示該項為空閑因子。

Notes：* meant idle factor.

表6 因素與凈度和獲選率的相關(guān)度

注：*P< 0.05，**P< 0.01。y1:滇雜31凈度;y2:滇雜31獲選率;y3:岡優(yōu)827凈度;y4:岡優(yōu)827獲選率。 Notes：*meant significant difference at 0.05 level, ** meant significant difference at 0.01 level.y1:Neatness of Dianza 31;y2:Elected rate of Dianza 31;y3:Neatness of Gangyou 827;y4:Elected rate of Gangyou 827.

尺寸>下篩孔尺寸。而對雜交秈稻岡優(yōu)827，上篩孔尺寸是其凈度的重要影響因素，貢獻(xiàn)率為67.38 %，而下篩孔尺寸和風(fēng)速均不是其凈度的重要影響因素。下篩孔尺寸對雜交粳稻滇雜31和雜交秈稻岡優(yōu)827的貢獻(xiàn)率相當(dāng)。

2.2 各因素對獲選率的貢獻(xiàn)

按公式(2)，獲選率不受雜質(zhì)含量的影響，只與篩孔尺寸和風(fēng)速大小相關(guān)。

表5的結(jié)果表明，對于雜交粳稻滇雜31，上篩孔尺寸和下篩孔尺寸均為獲選率的重要影響因素，貢獻(xiàn)率分別為98.31 %和1.39 %，風(fēng)速對其獲選率的影響和貢獻(xiàn)可以忽略。上篩孔尺寸、下篩孔尺寸和風(fēng)速3個因素對雜交秈稻岡優(yōu)827獲選率的貢獻(xiàn)率分別為3.67 %、81.23 %和7.52 %；下篩孔尺寸是其獲選率的重要影響因素，而上篩孔尺寸和風(fēng)速則不是，風(fēng)速的作用大于上篩孔的作用，因素影響的重要性和貢獻(xiàn)大小依次為下篩孔尺寸>風(fēng)速>上篩孔尺寸。

2.3 各因素與指標(biāo)的相關(guān)度

從表6可以看出，在所選因素的水平區(qū)間，上篩孔尺寸與凈度呈負(fù)相關(guān)，與獲選率為正相關(guān)，表明要提高凈度，應(yīng)縮小上篩孔尺寸，但會導(dǎo)致獲選率降低；下篩孔尺寸與凈度沒有相關(guān)性，而與獲選率呈負(fù)相關(guān)，則不影響凈度的前提下可以縮小下篩孔尺寸來提高獲選率；風(fēng)速與滇雜31的獲選率沒有相關(guān)性，與凈度呈極顯著正相關(guān)，與岡優(yōu)827的凈度和獲選率皆為較弱的負(fù)相關(guān)，則可以使用較高的風(fēng)速來提高滇雜31的凈度而不影響其獲選率。另外，無論是滇雜31還是岡優(yōu)827，其凈度與獲選率為負(fù)相關(guān)，則在提高凈度，會降低獲選率，為此，要用較小的上篩孔尺寸和較大的下篩孔尺寸以獲得較高凈度。

3 討 論

(1)為降低試驗誤差，每個因素組合設(shè)計3次重復(fù)，但從表4及表5來看，空白列1和空白列2均歸為了誤差項，表4中滇雜31的誤差平方和超過了上篩孔、下篩孔和風(fēng)速的平方和，岡優(yōu)827的誤差平方和超過了下篩孔和風(fēng)速的平方和；表5中滇雜31的誤差平方和超過了風(fēng)速的平方和，岡優(yōu)827的誤差平方和超過了上篩孔和風(fēng)速的平方和?？瞻琢械淖饔檬菍Α罢`差”進(jìn)行估計，但實際上，這種誤差包含了某2個甚至3個因素的交互作用和真正的誤差，試驗設(shè)計沒有考慮因素的交互作用，因此在一定程度上加大了誤差項。為了降低誤差，還應(yīng)適當(dāng)增加重復(fù)數(shù)。

(2)凈度與雜質(zhì)含量密切相關(guān)，除去雜交粳稻與雜交秈稻自身在籽粒厚度上的差異，供試材料所含雜質(zhì)的類別和厚度也會對二者精選后的凈度產(chǎn)生影響，因此不能簡單地認(rèn)定各因素對凈度的貢獻(xiàn)就是如本試驗所得結(jié)果。獲選率與雜質(zhì)含量無關(guān)，只與所用篩孔尺寸及風(fēng)速有關(guān)，因而本試驗的結(jié)果能真實反映3個參數(shù)對獲選率的貢獻(xiàn)。

(3)凈度與獲選率是一對矛盾體，在生產(chǎn)中，首先是獲得高凈度種子，因此應(yīng)使用較小的上篩孔尺寸和較大的下篩孔尺寸，對于被淘汰出來的凈種子，更換篩孔尺寸后進(jìn)行再選是一個較好的解決辦法。

(4)試驗中各因素水平的取值范圍不能覆蓋整個籽粒厚度的分布范圍，只是在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上選擇了較為合適的范圍[22]。

[1]年 偉,汪永華,邵源梅. 種子加工工序及其基本要求[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2005(4):65-67.

[2]陳 燦, 林秀芳, 陳勤平,等. 廣西不同產(chǎn)量水平普通玉米穗部性狀與其產(chǎn)量的相關(guān)與通徑分析[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2015, 46(5):760-765.

[3]谷鐵城,汪裕安. 種子加工原理與技術(shù)[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 2001.

[4]姚祖武. 精選機(jī)清除雜交水稻種子黑粉病粒效果顯著[J]. 種子, 1988(6):46-47.

[5]王茂才. 稻曲病發(fā)生與防治的初步研究[J]. 江西植保, 1985(3):1-4.

[6]涂小平,李伊霞,施寶女. 雜交水稻穗芽種子精選效果初探[J]. 雜交水稻, 2000, 15(3):23-25.

[7]Matthews J, Spadaro J J. Breakage of long-grain rice in relation to kernel thickness[J]. Cereal Chemistry, 1976, 53(1):13-19.

[8]Jindal V K, Siebenmorgen T J. Effect of rice kernel thickness on head rice yield reduction due to moisture adsorption[J]. Transactions of the ASME, 1994, 37(2):487-490.

[9]陳新紅,張安存,韓正光,等. 烘干溫度與時間對不同收獲期下水稻種子含水量和活力的影響及相關(guān)分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2014(6):2331-2338.

[10]董小平. 風(fēng)篩清選機(jī)篩片的選擇方法[J]. 種子世界, 1989, 30(4):30.

[11]趙國福,胡曉平,李彩花. 清選機(jī)篩選機(jī)構(gòu)主參數(shù)的試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 2006(9):15-17.

[12]玄義梅. 谷物清選機(jī)諸參數(shù)優(yōu)化的試驗研究[J]. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè), 1988(5):25-27.

[13]王景升. 再論種子粒度對作物出苗、生育與產(chǎn)量的影響[J]. 種子世界, 1984(2):11-13.

[14]熊振民,孔繁林. 大粒型水稻品種的遺傳動態(tài)及其選育[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué), 1976(2):26-29.

[15]宋建農(nóng),汪裕安,王佩德. 種子振動篩工作參數(shù)對篩分性能的影響[J]. 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)學(xué)報, 1991, 11(4):26-33.

[16]成 芳,王 俊. 風(fēng)篩式清選裝置主要參數(shù)的試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 1998(4):217-221.

[17]鄒必昌，彭三河，湯小凝. 谷物清選機(jī)構(gòu)主要參數(shù)優(yōu)化設(shè)計試驗研究[J]. 湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報, 2003, 23(2):108-112.

[18]黃興國. 小型種子篩選臺架的試驗研究[J]. 糧油加工與食品機(jī)械, 1982(6):8-15.

[19]孫秀芝,程 革,程萬里. 平面往復(fù)運動篩面尺寸對篩分性能影響的試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 1990(4):46-52.

[20]任露泉. 試驗優(yōu)化設(shè)計與分析[M]. 北京:高等教育出版社, 2003:596.

[21]唐起義,馮明光. 實用統(tǒng)計分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2002.

[22]李小林,年 偉,徐雨然,等. 水稻種子風(fēng)篩精選加工中篩片組合孔徑比參數(shù)研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011(6):150-157.

(責(zé)任編輯 王家銀)

Contribution of Sieve Size and Wind Speed to Fine Clean Quality of Hybrid Rice Seeds

NIAN Wei，DENG Wei*，LI Xiao-lin**，XU Yu-ran，ZHANG Jin-wen，LV Yong-gang，GU An-yu，LU Zhi-liang

(Food Crops Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences， Yunnan Kunming 650205，China)

Three main factors of air-and-screen processing of hybrid rice seeds were selected, the contribution of each factor to cleaning quality of hybrid rice seeds was studied. The results showed that in the selected range, upper sieve size was an important influencing factor to the elected rate of japonica hybrid rice Dianza 31 and the neatness of indica hybrid rice Gangyou 827, upper sieve size was negatively correlated with neatness and was positively correlated with neatness; lower sieve size was not an important influencing factor to neatness, but it was an important influencing factor to the elected rate and was positively correlated with it. Wind speed was not an important influencing factor to neatness or elected rate.

Sieve size; Hybrid rice seeds; Fine clean quality; Contribution

1001-4829(2016)12-2780-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.003

2015-01-19

云南省重點新產(chǎn)品開發(fā)計劃資助項目(2013BB004);云南省科技創(chuàng)新平臺建設(shè)計劃資助項目(2013DH006);云南省省院省?？萍己献髻Y助項目(2014IB012)

年 偉(1975-)，助理研究員，主要從事種子加工技術(shù)研究，E-mail:nianwei0727@aliyun.com,*為共同第一作者， E-mail：confidence945@163.com,**為通訊作者，E-mail:xiaolinli@163.com。

S226.5;S511

A