水稻种子接触静电对播种落地偏移量影响的试验与研究

侯召龙，谭峰，孙雪成，才巧玲

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

水稻种子接触静电对播种落地偏移量影响的试验与研究

侯召龙，谭峰，孙雪成，才巧玲

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆 163319）

在100 mm、150 mm、200 mm距地高度下，分别测量水稻种子在接触静电和未接触静电情况时，种子通过接触式静电试验装置后的落地偏移量。将三组对照试验的数据进行统计分析，试验结果表明：水稻种子接触带电后，种子落地偏移量明显减小；随种子距地高度的不断增加，种子落地偏移量也会变大；静电电压为17kV时，种子落地偏移量可比对照组平均减小5～9 mm。

窜穴；静电；接触；偏移量；距地高度

水稻是我国主要粮食作物之一[1]。它种植的各个环节都关系着水稻的产量，其中水稻播种是水稻种植中一个重要的环节，但在播种过程中常出现播种不均的现象，严重影响到水稻在农业生产中的产量。这种播种不均的现象主要是由于水稻种子从播种机落下到土床时被弹起，跳跃到其他空穴内[2]。然而近年来，高压静电处理种子在农业生产中的应用日益广泛，如静电选种、静电促进植物生长等[3]。高压静电技术的应用原理是利用静电现象使物质带电，荷电物质在电场中受电场力作用而发生力学现象[4]。

依据电荷具有“同性相斥，异性相吸”的特性，笔者设计了三组不同距地高度的对照试验，利用静电发生器使育秧盘内土床局部带有大量负电荷，而给水稻种子带上正电荷，在水稻种子播种下落过程中将会受电场力作用而吸附在土床上，以此减小落地后种子弹跳的偏移量。故针对水稻种子播种不均这一现象，试验统计分析了不同高度下，水稻播种落地偏移量的变化规律，而后对相同高度下水稻种子添加静电后的效果进行了分析研究，为高压静电能够减小水稻播种落地偏移量的理论提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用黑龙江八一农垦大学农学院提供的水稻种子（龙粳31）。先将水稻种子进行浸种催芽处理[5]。为了减少稻种个别差异影响各对照组的试验结

果，待种子破胸阶段完成后，尽量挑选出大小均匀、颗粒饱满、芽长在1～2 mm的稻种作为试验种子待用。

1.2 试验装置

试验装置主要由静电发生器、高速摄像机、静电板、调节支架和育秧盘等设备组成，如图1所示。试验采用接触式添加静电的方式，将高压静电发生器的正极端接在一块长为120 mm，宽为80 mm的静电板上，负极与育秧盘土床相连，育秧盘长为590 mm，宽为390 mm，高为27 mm；将静电板以一定倾斜角θ固定在一个可调节高度的支架上，以便调节水稻种子从投落点到土面的落地高度H；在调节支架两侧各放一台高速摄像机，正对着育秧盘土面。

图1 接触式静电试验装置Fig.1Test apparatus of contacting static

1.2.1 静电发生器

为了给水稻种子及秧盘土床添加静电，试验选用的静电装置为HR-JD-20K型高压静电发生器，其电路原理图如图2所示。该高压发生器输出电压可达到20 kV（可调），输出电流小于1 mA[6]。为了保证试验的安全性，试验用的高压静电发生器的输出静电电压为17 kV。

图2 高压静电发生器Fig.2High-voltage static generator

1.2.2 高速摄像机

“虽然对于伦理道德不曾说及，而那种偶像破坏的精神与力量却是极大，给思想界开了一个透气的孔，这可以算是第一个思想革命家。”〔10〕

由于种子着地瞬间，肉眼难于记下种子下落的初落点，故根据拍摄需要和现有实际条件，选用2台高速摄像机对水稻种子与育秧盘土床表面发生触碰后的运动轨迹进行拍摄。该摄像机型号为维视MVVD040SM/SC，采用帧曝光作为传感器，图像质量高，颜色还原性好，以USB2.0作为输出，信号稳定。

通过大量的试验拍摄，将2台摄像机互成∠90°夹角，拍摄频率采用200帧·秒-1时，通过图像处理软件对录像进行逐帧分析查找，能够确定水稻种子下落到育秧盘内初落点的位置。

1.3 试验方法

试验于2014年春季，在黑龙江八一农垦大学信息技术学院实验室内进行。不同类型播种机播种时，种子下落的距地高度各不相同，一般为100 mm左右[7]。为了更好地观察种子接触高压静电对落地偏移量影响的试验效果，故试验距地高度H分别选为100、150、200 mm。将准备好的试验种子分成三组，每组种子在相同距地高度H下，通过接触式静电试验装置给种子不添加或添加静电后落地，做对照试验。

在相同距地高度H下，用绝缘夹子将每组种子以1粒为单位，分别从投落点自由落下，接触静电板后落在育秧盘土床内，利用分辨率为0.01 mm的数显游标卡尺测量初落点到终落点的距离L。种子下落过程示意图，如图3所示。如果水稻种子在下落过程中，出现打在盘壁或是其他种子身上的状况，则视为无效数据，不做记录。每组对照试验各采集50组有效数据，再通过数据分析，研究接触静电对水稻种子播种落地偏移量的影响。

图3 种子下落过程示意图Fig.3Schematic diagram of seed falling

1.4 影响试验主要因素

1.4.1 静电板角度

静电板角度是指静电板与竖直支架夹角θ（见图1）。种子打在静电板斜面后，下落方向会发生改变。夹角θ太大，种子下落方向改变越大，加大试验的非控制因素。为了使种子既能够打在静电板上，又尽量不会影响试验结果，故静电板角度与支架夹角θ固

1.4.2 打板前下落高度

打板前下落高度是指水稻种子在投落点下落到带电点的高度h（如图3所示）。高度h越大，种子打在静电板斜面时的瞬时速度也就越大，那么产生的横向偏移速度也就越大。为了减小种子下落的横向偏移速度对试验的影响，高度h应尽量小一些，故试验将h控制在3～4 cm。

1.4.3 种子落地角度

种子落地角度不同，其偏移的方向和距离也会不同。由于落地瞬间种身与地面的角度无法控制，为了保证试验的一致性，故采用绝缘夹将试验种子竖直夹起，在投落点时都保证种身是尖头朝下垂直于地面自由下落的。

2 结果与分析

在实际下落过程中，无法保证每粒种子都打在同一点上，为了更好地观察落种分布，我们假定所有种子下落的初落点都在同一个点上，把它视为原点，将在不同高度下落时所得的50组对照试验数据均匀分布在原点周围，得到水稻种子落地后分布对比图，如图4所示（单位均为mm）。

图4 稻种在不同高度落地分布对比图Fig.4Contrast of rice distribution at different height

从图4中可以看出，距地高度H=100 mm时，不接触静电的稻种落地偏移量范围在80 mm以内，其中在40 mm以内的有33次，而种子接触带电后，在40 mm以内的有38次。距地高度H=150 mm时，不接触静电的稻种落地偏移量范围在100 mm以内，其中在50 mm以内的有32次，而种子接触带电后，在50 mm以内的有42次。距地高度H=200 mm时，不接触静电的稻种落地偏移量范围在110 mm以内，其中在55 mm以内的有29次，而种子接触带电后，在55 mm以内的有38次。综上所述，在相同距地高度H下，相对不接触静电的试验，接触静电后稻种落地的分布较集中。

图5 稻种不同高度落地偏移量平均值对比Fig.5Deviation average of rice fall to the ground at different height

稻种落地偏移量的平均值和方差对比图，如图5、6所示。1、2、3组分别代表的是距地高度为100 mm、150 mm、200 mm时对照组数据。从图5的各组平均值中可以看出，无论是接触还是不接触静电，种子落地偏移量都会随着距地高度H的增高而变大，但接触静电后偏移量增加较平缓；H在100～200 mm范围内，接触静电能有效减小稻种落地的偏移量，相比对照组平均值可减小5～9 mm。

图6 稻种不同高度落地偏移量方差值对比Fig.6Deviation variance of rice fall to the ground at different height

方差值能够反映出该组数据的稳定性[8]。从图6中可以看出，稻种不接触静电时，3组相对1、2组数据稳定性较差，说明此组在距地高度H=200 mm下落时，受到距地高度H影响较大，而接触静电组的落地偏移量稳定性变化并不明显，说明在此高度下，静电能够削弱距地高度H对偏移量的影响；在相同距地高度H下，接触静电的稻种落地偏移量方差值均比对照组小，稳定性好，说明高压静电发生器对稻种产生的静电力能够抵消稻种播种过程中落地时的部分弹跳力。

3 结论与讨论

经过初步探究证实了试验的设想是可行有效的。当稻种下落接近土床表面时，带有少量正电荷的稻种与带有大量负电荷的土床之间产生相互吸引的静电力，能够抵消落地时部分向上的弹力，使稻种的偏移量减小。在今后的研究中，可以在以下几点进行更深入的试验：

（1）当距地高度不变时，不同静电电压强度对稻种落地偏移量影响进行研究。

（2）改变静电电压是否会有其他变化，还可以深入探讨。

（3）能否通过感应静电的方式，消除稻种打在静电板时给稻种带来的偏移影响。

（4）对相应播种机如何改进，能够将高压静电更好地用于相应播种机上。

（5）研究分析稻种在短时间内带有正电荷，对水稻种子的发芽率和后期生长有无影响。

［1］许振明，李佳，路洪洲，等.高压耦合静电场下导电颗粒和非导电颗粒的动力学研究［J］.中国科学，2009，39（3）：423-430.

［2］张宁，廖庆喜.我国小粒径种子播种技术与装备的应用与研究进展［J］.中国农机化，2012（1）：94-96.

［3］任文涛，董滨，崔红光，等.水稻种子与斜面碰撞后运动规律的试验［J］.农业工程学报，2009，25（7）：103-107.

［4］胡文娟，曲英华.我国蔬菜穴盘育苗的研究现状分析［J］.温室园艺，2006（1）：30-31.

［5］柳咏芬.水稻钵盘精量播种装置机理与试验研究［D］.大庆:黑龙江八一农垦大学，2014.

［6］康敏，余登苑.滚筒式静电选种机的增产效应研究［J］.农业工程学报，2001（3）：92-96.

［7］张士兵,汪春,张欣悦,等.基于SPSS软件对水稻育秧土水分测定结果的拟合和修正［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2014,26（6）：32-35.

［8］李云雁，胡传荣.实验设计与数据处理［M］.2版北京：化学工业出版社，2008.

Experiment and Research of Effect on Landing Offset of Seeds with Contact Static

Hou Zhaolong，Tan Feng，Sun Xuecheng，Cai Qiaoling
（College of Information and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

The seeds from the ground height were 100，150 and 200 mm，and the landing offset of the seeds with contact and noncontact static were measured respectively by the static contact testing apparatus.The data of 3 groups of the controlled trials were analyzed，and the experimental results showed that the landing offset of seeds reduced significantly after contacting static，and the landing offset of seeds became large along with the increasing height.When the static voltage was 17 kV，the landing offset of rice seeds decreased 5-9 mm than that of control group on average.

channeling hole；static；contact；offset；ground height

S125

A

1002-2090（2015）02-0109-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2015.02.025

2014-08-01

黑龙江省自然科学基金项目（F201329）；国家科技支撑计划项目（2014BAD06B01）。

侯召龙（1988-），男，黑龙江八一农垦大学信息技术学院2012级硕士研究生。

谭峰，男，教授，博士研究生导师，E-mail：1125172819@qq.com。