石墨潤滑劑用于窩眼式大豆精量播種機(jī)的適應(yīng)性試驗(yàn)

關(guān)鍵詞：石墨潤滑劑；大豆精量播種機(jī)；窩眼式排種器；種子萌發(fā)；種子流動(dòng)性

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，大豆作為重要的糧、油、飼和營養(yǎng)等功能兼?zhèn)涞慕?jīng)濟(jì)作物，在全球農(nóng)作物生產(chǎn)中占有重要地位[1]。大豆精量播種機(jī)作為提高播種效率和質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，成為影響大豆產(chǎn)量的關(guān)鍵，其工作性能的優(yōu)化至關(guān)重要[2]。窩眼式大豆精量播種機(jī)播種均勻，采用低位投種的導(dǎo)種方式，即將排種器設(shè)計(jì)為直接接觸種床土壤來降低投種點(diǎn)與種溝垂直高度，從而降低種子與種床土壤碰撞彈跳滑移[3]。因窩眼式排種器具有加工簡(jiǎn)單、成本低、排量精準(zhǔn)、均勻性好及作物株距易保證等優(yōu)點(diǎn)，而被大豆種植戶廣泛認(rèn)可[4]。此類型播種機(jī)雖有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在播種過程中，品種長度尺寸和厚度尺寸差值會(huì)影響播種合格率，從而影響排種器播種的精確性。單一品種排種器進(jìn)行不同品種排種作業(yè)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致播種合格率降低，重播率和漏播率增加[5]。不同籽粒形狀會(huì)造成漏播、重播等問題，尤其在播種大顆粒（大豆）品種時(shí)會(huì)出現(xiàn)堵種、卡種問題，造成缺苗斷行，影響播種質(zhì)量。另外種子生產(chǎn)過程中處理方式不當(dāng)，如暴曬會(huì)導(dǎo)致大豆光澤度變差等影響種子質(zhì)量，進(jìn)一步影響播種質(zhì)量[6]。石墨潤滑劑因其優(yōu)異的潤滑性能和生物相容性，因此本研究考慮播種時(shí)使用石墨潤滑劑提高種子流動(dòng)性，保證較好的播種質(zhì)量。

國內(nèi)外對(duì)大豆播種機(jī)的研究主要集中在提高播種精度、降低種子損傷率、增強(qiáng)播種機(jī)的適應(yīng)性等方面[7-8]。窩眼式排種器作為一種常用的精量播種設(shè)備，其性能受到種子形狀、大小、排種器結(jié)構(gòu)等多種因素的影響。石墨潤滑劑因其特有的物理化學(xué)性質(zhì)，被廣泛用于各種工業(yè)領(lǐng)域[9-10]。在農(nóng)業(yè)機(jī)械中，石墨潤滑劑的應(yīng)用主要集中在減少摩擦、降低能耗和提高作業(yè)效率。李飛翔等[11]通過堆積試驗(yàn)對(duì)玉米包衣種子的離散元參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。李佳俊[12]通過研究玉米種子表面摩擦系數(shù)與休止的研究為石墨潤滑劑在種子處理中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。然而，關(guān)于石墨潤滑劑在大豆播種機(jī)中的具體應(yīng)用和效果的研究還相對(duì)較少。

本研究旨在分析石墨潤滑劑對(duì)窩眼式大豆精量播種機(jī)的適應(yīng)性，探討其對(duì)大豆種子萌發(fā)和流動(dòng)性的影響，解決播種過程中的卡種問題，并提高播種效率。種子在排種器中的流動(dòng)性、發(fā)芽率和排種量是影響播種質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本研究認(rèn)為，石墨潤滑劑在大豆播種機(jī)中的應(yīng)用，有望提高播種精度，減少種子損傷。通過發(fā)芽率試驗(yàn)評(píng)估潤滑劑對(duì)不同大豆品種發(fā)芽率的影響，休止角試驗(yàn)測(cè)量潤滑劑對(duì)大豆種子休止角即種子流動(dòng)性的影響，排種器排種試驗(yàn)用于評(píng)估石墨潤滑劑在實(shí)際播種操作中的表現(xiàn)及石墨潤滑劑的應(yīng)用效果。

1 石墨潤滑劑對(duì)大豆種子萌發(fā)效果的影響

由于玉米種子形狀不規(guī)則，外形差異較大，實(shí)際生產(chǎn)中，為保證播種質(zhì)量，玉米播種機(jī)添加種子潤滑劑的情況較為普遍。但種子潤滑劑能否也適用于大豆播種生產(chǎn)中還未嘗試，因此通過潤滑劑對(duì)大豆種子萌發(fā)效果的影響試驗(yàn)判斷石墨潤滑劑在大豆播種的適用性。

1.1 試驗(yàn)材料

新大豆26號(hào)、黑農(nóng)504號(hào)大豆種子；播種機(jī)專用石墨潤滑劑，河北省霸州市鵬灃五金制品廠；毛巾、自來水、塑料盒容器和標(biāo)簽等。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照GB/T5520—2011《糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》進(jìn)行，新鮮幼芽突破籽粒種皮（露白）即為正常發(fā)芽粒，發(fā)芽時(shí)間7d[13]。①種子選擇：選取健康、成熟且無病蟲害的大豆種子，每個(gè)品種300粒，共600粒。②潤滑劑處理：將種子分成6組，每組100粒，參照氣力式玉米精量播種機(jī)使用說明書，使用不同劑量的石墨潤滑劑進(jìn)行處理。新大豆26號(hào)不處理為對(duì)照組即A1處理、拌潤滑劑2g/kg即A2處理、拌潤滑劑5g/kg即A3處理；黑農(nóng)504號(hào)不處理為對(duì)照組即B1處理、拌潤滑劑2g/kg即B2處理、拌潤滑劑5g/kg即B3處理。③發(fā)芽床準(zhǔn)備：將毛巾浸濕，確保濕潤但不滴水。④種子包裹：將混合潤滑劑的種子平鋪在濕潤的毛巾上，將毛巾卷起，使種子被毛巾包裹在中間。⑤保持濕潤：確保毛巾在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持濕潤，每天檢查并適當(dāng)加水。⑥放置條件：將卷好的毛巾卷放置在容器中，保持環(huán)境溫度在大豆種子萌發(fā)的理想溫度范圍內(nèi)（室溫20～25°C）。⑦光照：在室內(nèi)散射光下進(jìn)行。⑧觀察記錄：定期觀察并記錄種子的萌發(fā)情況。⑨試驗(yàn)結(jié)束：達(dá)到試驗(yàn)的預(yù)定時(shí)間后，結(jié)束試驗(yàn)。

1.3 結(jié)果分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。按照式（1）計(jì)算發(fā)芽率。

由表1可知，新大豆26號(hào)、黑農(nóng)504號(hào)兩個(gè)大豆品種對(duì)照組的發(fā)芽率分別為90%、100%，可見兩種大豆由于品種特性不同造成發(fā)芽率不同。6組發(fā)芽率數(shù)據(jù)平均值95.5%，不同處理方式新大豆26號(hào)和黑農(nóng)504號(hào)發(fā)芽率平均值分別為91%、100%，最低值為新大豆26號(hào)A2處理為88%，同一品種對(duì)比發(fā)芽率最大值與最小值允許誤差lt;11%，各組結(jié)果均符合大豆種子發(fā)芽率≥85%的要求。

通過對(duì)比試驗(yàn)，使用石墨潤滑劑對(duì)大豆發(fā)芽率無明顯影響，因此在大豆播種時(shí)可以適量使用石墨潤滑劑對(duì)種子進(jìn)行處理。另外，通過潤滑作用可相應(yīng)減少種子在播種過程中的機(jī)械損傷，從而有利于種子的萌發(fā)。經(jīng)過石墨潤滑劑處理不影響大豆種子的發(fā)芽率。

2 石墨潤滑劑對(duì)大豆種子流動(dòng)性的影響

種子休止角是散粒體重要的物理特性之一，即種子自由下落所形成的圓錐形狀，其斜面與水平底面之間的夾角稱之為自然休止角，是影響大豆種子流動(dòng)性的主要指標(biāo)。休止角較小的種子具有更好的流動(dòng)性，在播種過程能夠更好地排種，保證播種質(zhì)量。影響大豆種子流動(dòng)性的其他因素有種子形狀和大小，形狀更圓滑、大小更一致的種子通常流動(dòng)性更好。種子表面的粗糙度和濕潤度也會(huì)影響其流動(dòng)性。含水量適中的種子流動(dòng)性較好，過高或過低的含水量都可能降低流動(dòng)性。環(huán)境條件如溫度和濕度等環(huán)境因素也會(huì)影響種子的流動(dòng)性。

2.1 試驗(yàn)材料

新大豆26號(hào)、黑農(nóng)504號(hào)大豆種子；播種機(jī)專用石墨潤滑劑；河北中科DT-1型種子休止角測(cè)量?jī)x。

2.2 試驗(yàn)方法

①準(zhǔn)備種子樣本：選取一定數(shù)量的大豆種子作為測(cè)試樣本。②潤滑劑處理：分組及處理方式同大豆種子萌發(fā)效果試驗(yàn)。③放置種子：將處理過的種子分別放入測(cè)量?jī)x，根據(jù)測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)，將測(cè)量?jī)x放置在平面上，減少對(duì)種堆的影響。④測(cè)量種堆高度：緩慢旋轉(zhuǎn)測(cè)量?jī)x手柄，提升平面底板，種子在測(cè)量?jī)x平面底板上形成種子堆，使用直尺測(cè)量種子堆底部的圓周直徑D和底板上種堆的高度H。⑤重復(fù)試驗(yàn)：為得到可靠數(shù)據(jù)，需要對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，計(jì)算并記錄平均值，結(jié)果如表2所示。⑥計(jì)算休止角：按照式（2）計(jì)算各組休止角。

2.3 結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)得的休止角數(shù)據(jù)，新大豆26號(hào)、黑農(nóng)504號(hào)兩個(gè)大豆品種的對(duì)照組休止角分別為26.05°、18.43°，平均種子休止角分別為25.01°、16.69°，可見兩個(gè)大豆品種由于品種特性及三軸尺寸不同造成種子休止角不同。經(jīng)過石墨潤滑劑處理過的種子休止角，較對(duì)照組的種子休止角有明顯變化，并且隨著石墨潤滑劑添加劑量的增加，種子休止角變小，即種子流動(dòng)性具有顯著提高的趨勢(shì)。

流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果表明，大豆種子添加適量石墨潤滑劑能夠顯著降低種子間的摩擦系數(shù)，提高種子的流動(dòng)性，從而減少排種過程中的堵塞和卡種現(xiàn)象，提高播種的均勻性和效率。潤滑劑的使用使得大豆種子的休止角減小，表明潤滑劑能夠降低大豆種子在播種機(jī)中的阻力，提高播種質(zhì)效。

3 石墨潤滑劑對(duì)大豆排種的影響

實(shí)際生產(chǎn)中大豆種子經(jīng)適宜濃度的種子包衣處理可有效提升作物前期抗逆性，為保障最終收獲產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)起到促進(jìn)作用[14]。試驗(yàn)時(shí)為盡可能模擬實(shí)際播種，選用包衣處理后的大豆種子。通過臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)試經(jīng)過石墨潤滑劑處理經(jīng)種衣劑包衣后的大豆種子，在使用窩眼式大豆排種器排種時(shí)有何影響和變化。

3.1 試驗(yàn)材料

一定數(shù)量經(jīng)種衣劑包衣處理過的新大豆26號(hào)大豆種子；播種機(jī)專用石墨潤滑劑；窩眼式大豆排種器，新疆天誠農(nóng)機(jī)制造有限公司，根據(jù)種子尺寸選擇合適的取種器；排種器試驗(yàn)臺(tái)架，新疆天誠農(nóng)機(jī)制造有限公司，進(jìn)行必要的調(diào)整和校準(zhǔn)；電子秤，精度0.1g。

3.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照GB/T6973—2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》規(guī)定，測(cè)定區(qū)段最小長度應(yīng)相當(dāng)于250個(gè)粒距所占的位置[15]。根據(jù)排種器粒距0.075m計(jì)算，即測(cè)定區(qū)段長度最小值18.75m。再根據(jù)調(diào)整好的試驗(yàn)臺(tái)架排種器線速度0.7m/s計(jì)算，測(cè)定27s的排種量即可，為增加測(cè)量的精確性和可靠性每輪測(cè)試120s時(shí)長的排種質(zhì)量。①種子準(zhǔn)備：將種子分成3組，為保證排種器充種效率，各組種子用量均以填滿種杯和種箱為準(zhǔn)。②潤滑劑處理：新大豆26號(hào)不處理為對(duì)照組即C1處理、拌潤滑劑2g/kg即C2處理、拌潤滑劑5g/kg即C3處理。③填充種子：將經(jīng)處理的大豆種子放入種箱，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)排種器確保排種器有效充種。④安全檢查：檢查排種器試驗(yàn)臺(tái)架電路是否連接完好，旋轉(zhuǎn)部件周圍有無障礙物，檢查安全后啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行排種試驗(yàn)。⑤排種測(cè)試：對(duì)各組大豆種子分別進(jìn)行排種測(cè)試，每組重復(fù)5次，每次取120s時(shí)長的排種質(zhì)量，稱量并記錄數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

3.3 結(jié)果分析

添加石墨潤滑劑后，種子流動(dòng)性得到改善，播種更加均勻，播種精度提高。石墨潤滑劑的使用還可以減少播種過程中的種子損傷和設(shè)備磨損。由表3可知，各組平均排種質(zhì)量分別為139.9、143.7和145.2g。不同劑量潤滑劑對(duì)排種質(zhì)量影響不明顯，但2組經(jīng)過石墨潤滑劑處理過的大豆種子的排種質(zhì)量均明顯高于對(duì)照組排種質(zhì)量，按大豆試樣百粒質(zhì)量26g計(jì)算，3組折合排種粒數(shù)分別為538、552和558粒，處理組分別比對(duì)照組排種質(zhì)量增加2.72%、3.79%，對(duì)比對(duì)照組對(duì)大豆排種器性能有顯著影響。潤滑劑的加入降低了播種機(jī)內(nèi)部的摩擦系數(shù)，這有助于減少播種過程中的卡種現(xiàn)象，提高播種機(jī)的運(yùn)行流暢性。

4 結(jié)束語

研究表明，石墨潤滑劑在窩眼式大豆精量播種機(jī)中的應(yīng)用具有潛力，能夠提高大豆種子的流動(dòng)性，改善排種性能，有效解決了播種過程中的卡種問題。在模擬播種試驗(yàn)中，使用石墨潤滑劑處理過的大豆種子在窩眼式排種器中表現(xiàn)出更好的排種性能。石墨潤滑劑能夠保持穩(wěn)定的潤滑效果，提高排種精度，降低空穴率，從而提高播種質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)出苗質(zhì)量提升。為此，在實(shí)際播種作業(yè)中，建議適量使用石墨潤滑劑以提高播種質(zhì)量。

未來需進(jìn)一步探討潤滑劑配方、對(duì)大豆品質(zhì)影響，以及石墨的化學(xué)穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、長期效果、最佳使用劑量和方法，以適應(yīng)不同品種大豆的需求，同時(shí)優(yōu)化播種機(jī)設(shè)計(jì)，以提高播種機(jī)的整體性能。