大豆種子精選的重要性與機(jī)械化精選技術(shù)特征

賀尚玉

(五常市興隆鄉(xiāng)農(nóng)機(jī)管理站，黑龍江 五常 150225)

0 引言

大豆是我國重要的農(nóng)作物，大豆的優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)能夠為社會生產(chǎn)生活提供良好的物資支持，大豆作為我國人民生活中重要的蛋白質(zhì)和食用油原料，深受社會各界的廣泛關(guān)注。同時大豆也是重要的飼料物資，在畜牧業(yè)中，大豆生產(chǎn)的豆粕供給著60%左右的飼料蛋白，此外，大豆產(chǎn)業(yè)鏈廣泛涉及種植業(yè)、加工業(yè)、飼料業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)大豆生產(chǎn)是涉及國計民生的重要工作。隨著國家大豆振興計劃的逐步實施，我國的大豆種植面積實現(xiàn)了快速增長，對大豆的品質(zhì)、產(chǎn)出等要求也明顯提高。從我國整體的大豆生產(chǎn)來看，2020年度中國大豆播種面積為987萬hm2，比2019年增長5.9%，2020年平均大豆產(chǎn)量達(dá)到1 980 kg·hm-2，實現(xiàn)了近15年的穩(wěn)步增長。但與此同時，我國2020年的大豆進(jìn)口規(guī)模達(dá)到1億t，進(jìn)口依存度達(dá)到83.7%，為進(jìn)一步保障大豆種植業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，快速提升我國大豆的生產(chǎn)能力已十分迫切。

從機(jī)械化生產(chǎn)的角度來看，大豆種子的品質(zhì)對于生產(chǎn)實施質(zhì)量和大豆最終產(chǎn)量影響很大，為有效實施大豆的機(jī)械化生產(chǎn)，大豆種子的精選是初期的最重要工作之一。長久以來，大豆的種子精選主要依靠人工篩選的方式實施，盡管篩選的準(zhǔn)確性較好，但是效率低下，已逐漸不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。因此，利用現(xiàn)代化的機(jī)械技術(shù)，結(jié)合自動控制、計算機(jī)等先進(jìn)學(xué)科，研究大豆種子精選的機(jī)械化實現(xiàn)途徑，對于大豆產(chǎn)業(yè)的升級和糧食優(yōu)產(chǎn)高產(chǎn)意義重大。

1 大豆種子及其精選技術(shù)的應(yīng)用及研究情況

隨著高速播種機(jī)技術(shù)的普及與應(yīng)用，為切實提升播種的精確性和效率，必須對種子進(jìn)行精選處理，以實現(xiàn)播種機(jī)的農(nóng)藝需求。種子精選機(jī)械技術(shù)作為種子工程實施的重要機(jī)型，對其開展相關(guān)的研究和應(yīng)用探索意義重大。從大豆種子和精選技術(shù)的研究探索來看，現(xiàn)階段的相關(guān)研究數(shù)量和深入程度明顯落后于小麥、玉米等大宗糧食作物，且生產(chǎn)中實際應(yīng)用的大豆種子精選設(shè)備也存在技術(shù)落后、功能單一可靠性不強(qiáng)等問題。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來針對大豆種子的研發(fā)工作得到了加強(qiáng)，加之國家加強(qiáng)對大豆生產(chǎn)的政策支持，使大豆種子相關(guān)的科研工作得到了有效實施，并為我國大豆種子精選技術(shù)的深入應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的大豆種子精選設(shè)備包括大豆選種器、大豆精選機(jī)等，這些機(jī)型大多利用振動、離心轉(zhuǎn)動等方式對種子進(jìn)行精選，這些設(shè)備存在兩大弊端，一是設(shè)備的精選能力有限，往往只能實現(xiàn)去除雜質(zhì)和部分尺寸不合格的種子，不能實現(xiàn)精選；二是設(shè)備質(zhì)量粗糙，生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)磨損、損壞種子等問題，且機(jī)具體積大、振動噪音大[1]。

針對現(xiàn)階段大豆種子精選中存在的問題，我國農(nóng)機(jī)企業(yè)和科研工作人員結(jié)合國際先進(jìn)技術(shù)開展了大量的研究工作，為大豆種子精選設(shè)備的研究應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。賈振超等[2]針對我國大豆種子精選分級的技術(shù)現(xiàn)狀展開研究，分析了大豆精選分級裝備及技術(shù)原理，對比了國內(nèi)國際技術(shù)差異，總結(jié)了大豆精選工藝合理流程，強(qiáng)調(diào)了大豆精選分級技術(shù)裝備的合理發(fā)展途徑；王衍武等[3]對大豆種子粒徑變幅植株的生長發(fā)育進(jìn)程及產(chǎn)量性狀變化進(jìn)行了研究，實驗證實了大豆前期生長發(fā)育與子粒大小和粒徑變幅有直接相關(guān)；肖培[4]試驗研究了大豆分級播種對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響關(guān)系，驗證了分級播種對株高、莖粗、干物質(zhì)累積及最終產(chǎn)量的影響，分析了多項不同處理方式的優(yōu)缺點差異，為大豆種子分級篩選和技術(shù)應(yīng)用奠定實踐基礎(chǔ)；徐新華等[5]對黃淮海地區(qū)不同規(guī)模大豆生產(chǎn)基地機(jī)具配套模式進(jìn)行研究，設(shè)計了大豆生產(chǎn)全程機(jī)械化生產(chǎn)模式和規(guī)范，說明了大豆種子與施肥機(jī)具技術(shù)匹配的重要性，強(qiáng)調(diào)應(yīng)形成大豆機(jī)械化持續(xù)發(fā)展的技術(shù)體系。

2 大豆種子精選的重要性

2.1 提高種子的整體質(zhì)量

種子的精選工作對于提升種子品質(zhì)作用明顯，種子精選不僅能剔除種子中的雜物和損壞、干癟的種子，還能有效保證種子的品質(zhì)統(tǒng)一性。經(jīng)過機(jī)械化精選的大豆種子，能夠?qū)崿F(xiàn)飽滿度、種子直徑、外形整齊度等參數(shù)的均勻統(tǒng)一，還能進(jìn)一步提升大豆種子在播種后的發(fā)芽率。通常情況下，采用傳統(tǒng)的振動式精選設(shè)備，利用振動篩篩選一次僅能提升種子純凈度約2%～3%，而利用自動化的螺旋靜電組合精選一次可提升純凈度9%～15%，精選后的種子更適合機(jī)械化大規(guī)模播種使用，并顯著提高大豆種子的整體質(zhì)量。

2.2 使播種浪費(fèi)問題得到控制

進(jìn)行分級和精選后的大豆種子，由于品質(zhì)得到了更好的保證，在良好的純凈度指標(biāo)下，單粒種子的發(fā)芽率得到明顯提高，利用精選后的種子進(jìn)行精精量播種，既能有效減少單位面積的播種量，又能保證大豆生長單位面積的最佳株數(shù)。對比而言，傳統(tǒng)的粗精選種子播種時每公頃耗種量約90～100 kg，而經(jīng)過現(xiàn)代化技術(shù)精選的優(yōu)質(zhì)大豆種子每公頃僅為55～65 kg，省種率在26.5%以上。

2.3 促進(jìn)大豆產(chǎn)量的提高

經(jīng)過現(xiàn)代化設(shè)備精選的大豆種子，種子的平均質(zhì)量得到了更好的保證，播種后更能保證實現(xiàn)苗齊、苗壯，有效避免了弱苗、病秧等問題。與此同時，由于種子含雜率顯著降低，劣質(zhì)種子也被篩選排除，有效保證了機(jī)械播種的成功率，使機(jī)械播種時的漏播問題明顯減少，播種成功率明顯上升。比較來看，經(jīng)過精選的種子與傳統(tǒng)粗精選的種子對比，每公頃可實現(xiàn)增產(chǎn)5%～15%，能更好保證大豆生產(chǎn)效益。

2.4 有效減輕選種、播種工作強(qiáng)度

傳統(tǒng)的粗精選種子，為保證播種質(zhì)量，農(nóng)民在購置后往往還須雇傭工人再次進(jìn)行手工挑選，這在一定程度上增加了播種的準(zhǔn)備工作量。通過高質(zhì)量的機(jī)械裝備實現(xiàn)精量選種的自動化實施，能夠顯著提高勞動效率，使播種前不必專門實施人工選種工作。種子精選設(shè)備工作效率與3人共同選種相比，可提高工作效率25～30倍，并減少種子準(zhǔn)備工作40%以上的工作量。同時利用精選種子播種，播種機(jī)出現(xiàn)堵塞、空播、卡種等問題概率降低，田間維護(hù)與播種質(zhì)量檢查的工作量明顯減少，且精播后的大豆植株密度均勻，便于田間管理。

3 機(jī)械化精選的典型技術(shù)

3.1 風(fēng)選篩選技術(shù)

風(fēng)選篩選技術(shù)是大豆精選的常用技術(shù)，在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用的比較多，風(fēng)選篩選技術(shù)通常采用多重機(jī)械組合的形式實施選擇的過程。多采用風(fēng)機(jī)與篩網(wǎng)組合進(jìn)行篩選。該類型設(shè)備主要生產(chǎn)流程如下，首先將大豆種子連續(xù)的喂入到篩選機(jī)械之中，通過篩選機(jī)械的皮帶輸送機(jī)或螺旋輸送機(jī)將種子輸送到風(fēng)選結(jié)構(gòu)，通過軸流式風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吹力或吸力，將種子中的雜質(zhì)逐漸去除，去除的雜質(zhì)可被集中收集。經(jīng)過風(fēng)機(jī)初步去雜后的種子被繼續(xù)輸送到篩選裝置上，篩網(wǎng)上開有指定規(guī)格的孔，為實現(xiàn)多級篩選，通常上層篩網(wǎng)采用大直徑篩孔，下層篩網(wǎng)采用小直徑篩孔，用以篩分不同規(guī)格的種子，并去除細(xì)小的石子、塵土等雜物。篩分后的不同規(guī)格種子進(jìn)入不同的輸送裝置，被分別輸出，分別存放。風(fēng)選篩選設(shè)備的常見結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 風(fēng)選篩選機(jī)械結(jié)構(gòu)

風(fēng)選篩選機(jī)械的特點是結(jié)構(gòu)相對簡單，所使用的技術(shù)主要集中在機(jī)械技術(shù)，機(jī)具的購置成本較低，使用操作與維護(hù)都相對容易。其缺點是通過風(fēng)選裝置僅能去除較輕雜質(zhì)，篩選機(jī)構(gòu)的篩分過程也存在較多的不確定因素，無法對變質(zhì)、破裂、磨損等種子實現(xiàn)有效去除，無法去除混雜在種子中的石子等較重雜物，導(dǎo)致精選種子的質(zhì)量差強(qiáng)人意。

3.2 摩擦帶精選技術(shù)

摩擦帶精選技術(shù)是針對傳統(tǒng)的風(fēng)選篩選機(jī)械篩分后種子純凈度不高，種子種混雜有破損、蟲眼等問題，而研發(fā)的提純新工藝。摩擦帶精選技術(shù)是利用大豆種子近似于球形的特點，將具有一定摩擦力的傳送帶成一定角度傾斜布置，完好無破損的大豆會在自動重力作用下向下滑落，而破損、蟲洞的大豆以及石子、雜物等表面不光滑，形狀不規(guī)則，則被傳送帶向上方輸送，實現(xiàn)種子的精選。摩擦帶精選的方式能很好地實現(xiàn)大豆種子的提純，與風(fēng)選篩選機(jī)械分選的種子質(zhì)量相比，種子純度明顯提升，劣質(zhì)種子去除率也相對更高[6]。

3.3 功能復(fù)合型精選技術(shù)

很多進(jìn)行的種子精選設(shè)備將傳統(tǒng)的種子風(fēng)選、螺旋篩選、摩擦精選等技術(shù)進(jìn)行了整合，研制并生產(chǎn)了多級篩選的功能復(fù)合型種子精選機(jī)(圖2)。應(yīng)用功能復(fù)合型精選設(shè)備對大豆種子進(jìn)行精選，能夠在多級精選設(shè)備的作用下有效實現(xiàn)種子的提純，劣質(zhì)、損壞種子及雜質(zhì)的去除率得到進(jìn)一步提升，同時這類設(shè)備由于功能復(fù)合，通常體積較大，售價較高，且機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，維修保養(yǎng)相對不便。

圖2 功能復(fù)合型種子精選設(shè)備

3.4 智能精選技術(shù)

智能精選技術(shù)是利用現(xiàn)代化的自動控制技術(shù)完成大豆種子精選過程，常用的技術(shù)為圖像識別與自動化分選技術(shù)，主要是通過視覺技術(shù)獲取種子的外形特征，然后對種子的尺寸、周長、投影面積、形狀等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，利用RGB、HIS等色彩與圖形分析技術(shù)，實現(xiàn)種子表面色澤的分析，再結(jié)合計算機(jī)程序分析大豆種子的表面紋理，綜合評判種子品質(zhì)，并對劣質(zhì)種子進(jìn)行定位，然后通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)劣質(zhì)種子的去除。除圖像處理技術(shù)外，智能精選技術(shù)對種子的判斷還可依靠光譜分析技術(shù)、x-ray成像技術(shù)等實現(xiàn)劣質(zhì)種子的精準(zhǔn)定位去除[7]。但從目前來看，智能精選技術(shù)的很多設(shè)備仍處于研究實驗階段，其設(shè)備盡管精度較高，但存在著效率低下等問題，仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

4 結(jié)語

綜上所述，大豆種子的精選對于去除種子中的雜質(zhì)及劣質(zhì)種子，有效提高種子純凈度具有重要作用，經(jīng)過精選的大豆種子能更好地保證播種質(zhì)量，進(jìn)而提升大豆產(chǎn)量與效益?？傮w上看，我國現(xiàn)階段的大豆種子精選設(shè)備技術(shù)還較為落后，很多設(shè)備的精選質(zhì)量不盡人意，國產(chǎn)設(shè)備在自動化、智能化、功能復(fù)合化、結(jié)構(gòu)合理化方面還有很多工作要做。