苗振坤　李芝茹　徐克生　吳立國　蘇寧　滿大為

摘要：為探究精量播種過程中不同參數(shù)錐型吸種孔對芽種生長情況的影響，以樟子松芽種為研究對象，用不同下孔徑D（D1、D2、D3分別為3、3.5、4 mm）和不同孔深H（H1、H2、H3分別為1、1.5、2 mm）的吸種針進行芽種播種試驗，記錄其出苗時間、出苗率和生長情況。結(jié)果顯示：不同參數(shù)組合下的錐型吸種孔播種的樟子松芽種出苗時間、出苗率和生長情況差異顯著，說明吸附過程對樟子松芽種產(chǎn)生了損傷，影響其發(fā)育速度和對養(yǎng)料、水分的汲取。其中D1H2組合出苗時間最集中，出苗率（89.06%）最高，苗高（38～70 mm）、地徑（0.77～0.68 mm）最大，根表現(xiàn)出非向地性的苗株占出苗總數(shù)比率（10.53%）最低。因此D1H2（下孔徑3 mm，孔深1.5 mm）較其他參數(shù)組合的吸種孔更適宜對樟子松芽種進行精量播種。

關(guān)鍵詞：精量播種;錐型吸種孔;樟子松芽種;生長情況

中圖分類號：S723.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8023（2019）03-0013-07

The Influence of Cone Sucking Hole on the Growth

of Pinus sylvestris var. mongolica Bud Seeds

MIAO Zhenkun1，2， LI Zhiru1，2， XU Kesheng1，2*， WU Liguo1，2， SU Ning1，2， MAN Dawei1，2

（1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery， the State Forestry and Grassland Administration， Harbin 150086;

2.Lab of Forestry Electromechanical， the State Forestry and Grassland Administration， Harbin 150086）

Abstract：In order to explore the precision sowing effect and the damage behavior of different parameters cone sucking hole on Pinus sylvestris var. mongolica bud seeds， the sowing experiment with different base hole diameter D （D1， D2 and D3 were 3 mm， 3.5 mm， 4 mm） and different hole depth H （H1， H2 and H3 were 1 mm， 1.5 mm， 2 mm） were made， the seedling emergence time， emergence rate and growing states were recorded. The results showed that： the seedling emergence time， emergence rate and growing states of P. sylvestris var. mongolica bud seeds with different parameters combination of cone sucking hole had significant difference， indicating that the adsorption process made damage to the bud seeds，affecting the speed of its development and nourishment and water absorption. The combination of D1H2 had the highest time focus rate， the highest emergence rate（89.06%）， the highest seedling height（38 mm-70 mm） and the largest diameter（0.77 mm to 0.68 mm）， it also had the fewest seedlings which the root showed ageotropic（10.53 %）. Therefore， D1H2（the base hole diameter was 3 mm and depth was 1.5 mm） was the optimum parameters combination for P. sylvestris var. mongolica bud seeds seeding.

Keywords：Precise seeding; cone sucking hole; Pinus sylvestris var. mongolica bud seeds; damage behavior

0引言

林木工廠化育苗以容器育苗技術(shù)為基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)的育苗方式相比：其育苗周期短、根系發(fā)達和移植成活率高，良種利用率可提高60%以上[1-4]。外部容器能保存水分，降低苗木在運輸、移植過程中根系、頂芽的損傷，可維持苗木在短期內(nèi)的生長，提高造林成活率[5-6]。精量播種環(huán)節(jié)是林木工廠化育苗技術(shù)的關(guān)鍵，研究結(jié)果表明[7-9]：通過轉(zhuǎn)換氣壓差實現(xiàn)種子吸附與投放的氣吸針式精量播種機[10]，對形狀不規(guī)則、球度不高的種子播種效果尤為顯著，并且針式吸種孔易于實現(xiàn)“一穴一?！钡淖鳂I(yè)需求，可通過重復(fù)播種實現(xiàn)“一穴多?！?。

相比于裸種，芽種的出苗率更高。因此播種前，對大多數(shù)林木種子通過催芽處理來提高其出苗率[11-12]。而種子的初生芽極其脆弱，精量播種時對芽種的隨機吸附，易對初生芽造成致命或非致命的損傷。因此，在前期對樟子松芽種精量穴盤播種試驗[13]的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)化吸種孔的結(jié)構(gòu)，將吸種孔由原來的直孔改為錐型孔，以期降低在播種過程中芽種的損傷率，探究吸種過程中錐型吸種孔對芽種生長情況的影響具有重要意義。本文以樟子松芽種為研究對象，布設(shè)不同參數(shù)的錐型吸種孔，研究錐型吸種孔對樟子松芽種的損傷，以及對苗木初期生長的影響，進而完善樟子松芽種精量穴盤播種技術(shù)，為氣吸針式精量穴盤播種技術(shù)在林木工廠化育苗中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗用樟子松種子采購于加格達奇林業(yè)局種苗管理站，其純凈度為98.1%，千粒重為7.12～7.37 g，含水率為11.76%。無紡布育苗杯規(guī)格為上口徑為58 mm，下口徑為46 mm，杯高為105 mm，裝填好基質(zhì)將其置于8行4列的32穴育苗穴盤中（苗杯中心距為67.5 mm）;育苗基質(zhì)配方為泥炭、蛭石、珍珠巖按體積比3∶1∶1配比，拌有美國辛普勞公司研制的愛貝施（APEX）長效釋控肥。試驗所用的氣吸針式精量穴盤播種機（圖1），其主要由播種器、供種機構(gòu)、壓穴機構(gòu)和穴盤自動步進機構(gòu)組成，其中播種器如圖2所示，依靠轉(zhuǎn)換氣室內(nèi)部正、負壓差實現(xiàn)投、取種工作，吸種負壓值可調(diào)（調(diào)節(jié)范圍：1～20 kPa），吸種針可更換，吸種率可達98%以上，將播種深度設(shè)為0.5 mm，;不同型號的吸種針采用透明樹脂材料3D打印而成。

1.2種子催芽

將消毒后的樟子松種子浸泡在200 mg/L赤霉素溶液中，24 h后用蒸餾水對種子進行反復(fù)沖洗，最后將種子平鋪到器皿內(nèi)，于室溫環(huán)境下進行催芽，催芽至90%以上的種子露白。完成芽種活力篩選后，隨機抽取100粒芽種，用測量精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測量種子的三軸尺寸及平均芽長，統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)后得到芽種的長、寬、高及芽長尺寸符合正態(tài)分布，其均值分別為4.09、2.45、1.96、3 mm。

1.3錐型吸種孔參數(shù)

錐型吸種孔結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要尺寸參數(shù)有上孔直徑d、下孔直徑D、深度H及錐度C。錐度計算公式如下：

C=（D-d）/H。（1）

式中：C為吸種孔的錐度（通常以1：n的形式表示）;d為上孔直徑，mm;D為下孔直徑，mm;H為錐型孔深度，mm。

由公式（1）可知，上孔直徑、下孔直徑及深度決定了吸種孔的錐度。錐型吸種孔上孔直徑與種子最大直徑的比值應(yīng)大于且接近于0.2[14]，因此選取上孔直徑d=0.9 mm。由圖4可知，吸種孔下孔直徑D應(yīng)小于芽種三軸尺寸中的最大值，即D<4.09 mm;當(dāng)下孔直徑D值過小時則會導(dǎo)致芽種與錐型孔無法形成密閉空間，易造成漏播。在吸附取種過程中，為減小吸種孔底部邊緣與種芽發(fā)生碰撞的概率，錐型孔深度H應(yīng)大于0.5倍的芽種厚度，即H > 0.98 mm;在上、下孔直徑不變的情況下，錐型孔深度越大，吸種孔錐度越小，不利于吸附取種。

1.4試驗方法

2018年5月5日，選1 000粒具有活力的芽種用于播種試驗。播種前，將育苗穴盤內(nèi)的基質(zhì)充分吸水，為芽種發(fā)育提供充足的水分及養(yǎng)料;用壓穴板對育苗穴盤中基質(zhì)進行壓穴，保證每個容器的穴孔深度相同，穴孔深度為10 mm。通過氣吸針式精量穴盤播種機對芽種進行吸附取種，將吸種孔下孔直徑D和錐型孔深度H分別設(shè)置了3個水平（D1、D2、D3分別為3、3.5、4 mm;H1、H2、H3分別為1、1.5、2 mm）。試驗采用2因素3水平析因設(shè)計，共計9種組合，每個組合重復(fù)取種64次。播種機吸種負壓值設(shè)定為6.7 kPa[11]，在該負壓值下每種組合的吸種單粒率均在98%以上。機器吸種后采用人工播種方式，將吸附取種后的芽種播種到育苗穴盤中，并確保種芽朝向一致向下。完成播種后，對其進行人工覆土，覆土厚度為穴孔深度（10 mm）。對播種的樟子松芽種進行集中培育、統(tǒng)一管理，記錄樟子松幼苗的出苗時間，統(tǒng)計15 d內(nèi)的出苗率，分析其中出苗時間嚴(yán)重遲緩和一直不出苗的原因。播種一個月后，用刻度尺和游標(biāo)卡尺測量正常生長苗木的苗高和地徑，每7 d記錄一次，共記錄5次。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用EXCEL2010和SPSS20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同錐型吸種孔參數(shù)組合下樟子松出苗時間與出苗率

出苗時間越集中，越能夠保證苗木生長的一致性，更便于對容器苗統(tǒng)一的苗期管理。圖4為不同組合出苗時間箱圖，橫坐標(biāo)代表試驗參數(shù)組合，縱坐標(biāo)表示出苗時間。通過對不同錐型吸種孔參數(shù)組合樟子松容器苗的出苗時間分析可知（圖5），不同組合對出苗時間影響差異各不相同。所有組合中出苗時間均分布在播種后的2～11 d，最短出苗時間均為2 d，最長出苗時間略有不同。D1H1、D2H1和D3H3吸種孔參數(shù)處理中均出現(xiàn)了大于1.5倍四分位數(shù)間距的異常值，并且D2H1組別中出現(xiàn)了大于3倍四分位數(shù)間距的極端值。在其他組別中，D1H2的中位數(shù)位于上下四分位數(shù)中間位置，且中位數(shù)的數(shù)值僅大于D3H1組合。利用電子放大鏡，對播種15 d后仍未出苗的樟子松種子進行觀測，其未出苗的原因大多來自種芽受損，主要表現(xiàn)為種芽斷裂和種芽發(fā)育畸形（圖6）。

由表1可知，在樟子松芽種播種15 d后，不同錐型吸種孔參數(shù)組合對出苗率影響較為明顯，其中以D1H2（89.06%）組合出苗率最高，而D1H3組合出苗率最低僅為56.25%，且最高出苗率是最低出苗率的1.58倍。各組合出苗率從大到小依次為D1H2>D1H1>D2H3=D3H2=D3H3>D2H1>D3H1>D2H2>D1H3。利用電子放大鏡，對播種15 d后仍未出苗的樟子松種子進行觀測（圖6），其未出苗的原因大多來自種芽受損，主要表現(xiàn)為種芽斷裂和種芽發(fā)育畸形。

2.2不同錐型吸種孔參數(shù)組合下樟子松苗高、地徑動態(tài)變化

由圖7和圖8可知，播種一個月后，每個試驗參數(shù)組合的苗高和地徑都有所增長，但增長量和增長幅度各組合間存在著一定的差異。D1H1、D1H2吸種孔參數(shù)組合苗高總增長率分別為17.3%、16.1%，明顯高于其他組合;D3H3組合苗高總增長率為12.1%，在所有組合中最低。D1H2組合地徑增長率為20.9%，明顯高于其他組合;D2H3組合地徑增長率最低，為4.6%。但在苗高和地徑增長幅度方面，D1H2組合明顯優(yōu)于其他組合，其5次測量數(shù)據(jù)的增長幅度呈增加的趨勢。

2.3不同錐型吸種孔參數(shù)組合下樟子松苗高、地徑生長量

對播種一個月后，35 d內(nèi)樟子松苗高和地徑生長量進行分析（表2）可知：不同錐型吸種孔參數(shù)組合對樟子松幼苗生長的影響差異各有不同。錐型吸種孔下孔徑、深度及其交互作用均對樟子松苗高生長量有顯著影響;下孔徑對樟子松地徑生長量有顯著影響，而深度及其與下孔徑交互作用對地徑生長量沒有產(chǎn)生顯著影響。

樟子松苗高增長量為5.5～11.9 mm，D1H2組合最大，D3H3組合最小。在9組組合中，當(dāng)錐型孔下孔徑D相同，深度為1.5 mm（H2）時，苗高生長量最大;當(dāng)錐型孔深度H相同，下孔徑D的增大會導(dǎo)致苗高生長量減小，下孔徑為3 mm（D1）時，苗高生長量最大。樟子松地徑生長量為0.063～0.125 mm，D1H2組合最大，D2H3組合最小;其中D1H2與D2H2組存在顯著差異，其余組別間差異不顯著。

2.4不同錐型吸種孔參數(shù)組合下根非向地性統(tǒng)計

樟子松的根呈向地性，能夠深入到基質(zhì)中，并從育苗基質(zhì)中汲取養(yǎng)料和水分，以供苗木生產(chǎn)發(fā)育。通過表3可看出，播種15 d后，各個組合均有不同數(shù)量的苗木表現(xiàn)出了根的非向地性（如圖9所示）。其中，D1H2組合出現(xiàn)苗木根非向地性的數(shù)量最少，且占出苗總數(shù)的10.53%;D3H2組合出現(xiàn)苗木根非向地性的數(shù)量最多，且占出苗總數(shù)的34.04%。D1H3、D2H1、D3H3組合的根非向地性數(shù)量均為11，但由于這三個組合的出苗總數(shù)各不相同，其非向地性苗株所占比率也不相同。各個組合按根非向地性數(shù)量占出苗總數(shù)的比率由小到大依次為D1H2

3結(jié)論與討論

精量穴盤播種機是工廠化林木容器育苗的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞直接關(guān)系到苗木的產(chǎn)量和質(zhì)量[15]。在播種過程中，種子被吸種孔吸附過程的受力極其復(fù)雜，難以計算，往往通過增大吸附力來提高吸種孔的吸附性能[16-18]，但樟子松芽種與吸種孔的碰撞，會在一定程度上造成初生芽的損傷，吸附力越大其損傷越嚴(yán)重。本文針對錐型吸種孔對樟子松芽種的影響開展研究。結(jié)果顯示，不同錐型吸種孔參數(shù)組合的樟子松出苗時間差異顯著，出苗率也略有不同，說明吸種孔的吸附過程對樟子松芽種產(chǎn)生了損傷，影響了芽種的發(fā)育速度和對養(yǎng)料、水分的汲取，導(dǎo)致芽種無法出苗或出苗時間延緩。出苗時間越集中，越便于苗木統(tǒng)一化管理，因此D1H2出苗時間的情況明顯優(yōu)于其他組合。

苗高和地徑是評價苗木初期生長情況的重要指標(biāo)[19]。種子完成破土后，通過由胚根發(fā)育成的幼根吸收養(yǎng)料以供地上部分的生長。在本文所設(shè)9種吸種孔參數(shù)組合中，考察其增長幅度和變化趨勢，D1H2組合苗高和地徑的生長量最大、總增長率最高，苗高生長量和總增長率高于最劣組合D3H3的6.4 mm和5.2%，地徑生長量和總增長率高于最劣組合D2H3的0.06 mm和16.3%。

另外，本文還對樟子松容器苗出苗率及播種15 d后苗根的非向地性進了統(tǒng)計。結(jié)果顯示，9組吸種孔參數(shù)組合的出苗率差異明顯，均出現(xiàn)了不同數(shù)量、不同程度的苗根非向地性表征。苗木破土后，根表現(xiàn)出非向地性可能是由于樟子松芽種在被吸附時，其初出生芽（即幼根）受到了損傷，破壞了幼根的組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致生長素分泌紊亂。其中，D1H2組合的出苗率最高，為89.06%。全組共6株苗根表現(xiàn)出非向地性，占出苗總數(shù)的10.53%，均低于其他參數(shù)組合。

文中9種吸種孔參數(shù)組合中，D1H2（即吸種孔下孔徑3 mm，吸孔深度1.5 mm）在出苗時間、苗高、地徑、出苗率及根非向地性方面均優(yōu)于其他組合，為氣吸針式精量穴盤播種機吸種孔結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了數(shù)據(jù)參考。試驗中優(yōu)選出的錐型吸種孔參數(shù)組合，可為林木芽種精量穴盤播種技術(shù)的發(fā)展提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。此外，本文只研究了錐型吸種孔對樟子松芽種生長情況的影響，而對芽種損傷程度及由損傷所產(chǎn)生非正常生長的表征有待進一步研究。

【參考文獻】

[1]郝金魁，張西群，齊新，等.工廠化育苗技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（1）：349-351.

HAO J K， ZHANG X Q， QI X， et al. The technical status and development countermeasure of industrialized seedling production[J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 2012， 40（1）： 349-351.

[2]SI H P， SUN L， CHEN J， et al. Summary of the developing status of greenhouse tray seeder and seed metering device[J]. Applied Mechanics and Materials， 2013， 387（8）： 271-279.

[3]TIAN S B， QIU L C. Design on plug seedling automatic transplanter in greenhouse[J]. Applied Mechanics Research， 2011， 317（8）： 586-589.

[4]PANDIA O， SARACIN I， BOZGA I， et al. Studies regarding pneumatic equipment for sowing small seeds in cups[J]. Agriculture and Agricultural Science Procedia， 2015（6）： 690-695.

[5]武春成，狄文偉.工廠化育苗[M].北京：科學(xué)出版社，2016.

WU C C， DI W W. Industrialized seedling production[M]. Beijing： Science Press， 2016.

[6]LV G H， LIU J H， WANG D， et al. A research of apparatus and optimal-control theory on precision seeding in forestry[J]. Applied Mechanics and Materials， 2013， 34（10）： 869-873.

[7]苗振坤.氣吸針板式林木種子精密播種機的設(shè)計與研究[D].北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2014.

MIAO Z K. The design and research on suction needle plate precision seeder of forest tree seed[D]. Beijing： Chinese Academy of Forestry， 2014.

[8]ZHAO M Q， LIU Y Q， HU Y W. An airflow field finite element analysis of the seed adsorption hole of pneumatic seeder[J]. Applied Mechanics and Materials， 2012， 117（10）： 1810-1815.

[9]LI X， LIAO Q X， YU J J， et al. Dynamic analysis and simulation on sucking process of pneumatic precision metering device for rapeseed [J]. Journal of Food， Agriculture & Environment， 2012，10（1）： 450-454.

[10]LUO J Y， LI Q G， WU X F， et al. Design and analysis on pneumatic system of 2RZ-J200 air-suction precision seeder[J]. Applied Mechanics and Materials， 2012， 246（12）： 759-764.

[11]SANTOS B H， ADAME R S， CORTEZ N， et al. Physical properties of ebony seed （Pithecellobiumflexicaule） and functional properties of whole and defatted ebony seed meal[J]. Journal of Food Science and Technology， 2015， 52（7）： 4483-4490.

[12]陳奶蓮，汪攀，吳鵬飛，等.不同杉木半同胞家系種子生物學(xué)特性的差異[J].森林與環(huán)境學(xué)報，2015，35（3）：230-235.

CHEN N L， WANG P， WU P F， et al. Differences in seed biological characteristics of different half-sib Chinese fir[J]. Journal of Forest and Environment， 2015， 35（3）： 230-235.

[13]苗振坤，李芝茹，吳立國，等.樟子松芽種精量穴盤播種試驗[J].森林與環(huán)境學(xué)報，2018，38（2）：229-233.

MIAO Z K， LI Z R， WU L G， et al. Experiment of precision plug sowing on bud seed of Pinus Sylvestris var. Mongolica[J]. Journal of Forest and Environment， 2018， 38（2）： 229-233.

[14]劉彩玲，宋建農(nóng)，張廣智，等.氣吸式水稻缽盤精量播種裝置的設(shè)計與試驗研究[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2005，36（2）：43-46.

LIU C L， SONG J N， ZHANG G Z， et al. Design and experimental study on rice precision suction seeder for pot seedling nursery box[J]. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery， 2005， 36（2）： 43-46.

[15]龔智強，陳進，李耀明，等.氣吸振動盤式排種裝置工作過程分析與研究[J].農(nóng)機化研究，2016，38（12） ：30-34.

GONG Z Q， CHEN J， LI Y M， et al. Research and analysis of vacuum-vibration tray seeding devices seeding process[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research， 2016， 38（12）： 30-34.

[16]張歡，羅昕，馬亞朋，等.氣吹供種盤吸式排種器排種性能試驗研究[J].機械設(shè)計與制造，2017，35（5） ：92-95.

ZHANG H， LUO X， MA Y P， et al. Experimental study on performance of air-blowing conveying seeds plate of suction seed metering device[J]. Machinery Design & Manufacture， 2017， 35（5）： 92-95.

[17]王保帥，楊永發(fā)，張帥，等.氣吸式玉米膜上精量穴播機的設(shè)計與分析[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2016，44（1）：25-28.

WANG B S， YANG Y F， ZHANG S， et al. Gas suction corn membrane precise dibbling machine design and analysis[J]. Forestry Machinery & Woodworking Equipment， 2016， 44（1）： 25-28.

[18]王金峰，楊永發(fā).氣吸組合式玉米、馬鈴薯播種機的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2017，45（2）：25-27.

WANG J F， YANG Y F. Structural design of air suction-type combined maize and potato planter[J]. Forestry Machinery & Woodworking Equipment， 2017， 45（2）： 25-27.

[19]鄭堅，馬曉華，廖亮，等.基質(zhì)成分配比對木荷容器苗生長及存苗率的影響[J].森林與環(huán)境學(xué)報，2017，37（2） ：218-224.

ZHENG J， MA X H， LIAO L， et al. Influence of formulated composition of matrix on growth and seedling survival rate of schima superba seedlings[J]. Journal of Forest and Environment， 2017， 37（2）： 218-224.