高产水稻谷柄连接力研究——以湖南地区为例

欧佳顺，刘大为，李旭，任述光，谢方平,3*

(1.湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油协同创新中心，湖南 长沙 410128；3.湖南农业大学 农业装备与工程研究中心，湖南 长沙 410128)



高产水稻谷柄连接力研究
——以湖南地区为例

欧佳顺1,2，刘大为1,2，李旭1,2，任述光1，谢方平1,2,3*

(1.湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128；2.南方粮油协同创新中心，湖南 长沙 410128；3.湖南农业大学 农业装备与工程研究中心，湖南 长沙 410128)

摘要：作为水稻物理机械特性主要指标，谷粒与粒柄的连接力是衡量脱粒难易程度的重要因素。为了给水稻脱粒机械的研发提供相应的理论分析及数据支持，本文对湖南地区14种高产水稻进行了谷粒与粒柄之间连接力的测试，分析了不同位置分枝连接力的大小和含水率对连接力的影响。得到了谷柄连接力的分布范围，以及高产水稻产量与谷柄连接力之间的关系。结果表明，水稻顶部分枝连接力最小，底部分枝连接力最大；随着含水率下降，谷柄连接力呈减小的趋势；谷柄连接力的分布是呈右偏态分布；连接力与单位产量呈正相关关系。

关键词：高产； 水稻； 连接力

脱粒力直接影响水稻收获环节中谷粒破损率、脱净率和被脱谷粒带柄率大小，谷粒与粒柄之间的连接力则影响脱粒难易程度，连接力越大，谷粒越难以从谷柄上脱下，反之则越容易从谷柄上脱下，因此研究连接力具有重要意义。

国内外学者对于水稻的力学特性和脱粒特性做了一定的研究。肖林桦对籼稻、粳稻、杂交稻和糯稻等十多种水稻的谷粒与粒柄之间的抗拉强度进行了测定与分析[1]。谢方平等[2～4]对南方几种常见水稻品种的粒穗分离力进行了测试，研究了不同品种、不同收获期、含水率和不同分枝部位对水稻谷柄连接力的影响，但其仅用测得的平均力去衡量不同品种整体连接力大小。李耀明、孙夕龙研究了受力方向对连接力的影响，发现受力方向与谷柄夹角为0°时最大[5～7]。

近几年，随着生物技术对品种的不断改良，水稻生物特性和物理特性发生了较大改变，尤其是高产水稻品种培育，使得单株穗头上能承受更大的重力。但改良后的水稻品种连接力是否变化，目前鲜有报道，因此有必要研究现有生物技术改良下的高产水稻产量、含水率和不同收获期对谷柄连接力的影响和连接力的分布规律，可为脱粒机的优化提供数据支持和设计依据。

1材料与方法

1.1材料

试验材料如表1所示。运用五点采样法采样，保证区组间差异最小，即在田间的一块矩形区域内，在四个角采3～5株，对角线交点处采3～5株。试验在湖南农业大学力学实验室完成。

1.2试验方法和装置

试验所用主要仪器为深圳市新三思材料检测有限公司生产的CMT6104型微机控制电子万能试验机，传感器精确度为0.001 N。101型电热鼓风干燥箱，精度为1 ℃。HX2002T型电子天平，精确度为0.01 g。

2结果与分析

2.1不同水稻品种的连接力

不同水稻品种连接力的测量结果如表2所示。早稻、中稻和晚稻连接力平均力的范围分别为0.660 0～0.842 9 N、1.003 7～1.022 4 N和0.660 0～0.861 0 N，中稻的连接力比早稻和晚稻都要大，早稻和晚稻的连接力比较接近。用变异系数分析离散程度以消除测量尺度和量纲的影响，从表2中可以看出，除湘晚籼17号变异系数为0.442 9外，其它6个晚稻品种的变异系数集中在0.356 1～0.392 7。这说明早稻的连接力比中稻和晚稻更加离散，而晚稻的连接力相对较为集中。各个品种之间谷柄连接力的分布范围有所差异，对每个品种的所有数据以0.2范围内的频段进行统计，得到频率分布直方图如图1所示。从图1中可以看出，各品种谷柄连接力大都在平均值附近。求得所有不同品种的偏度均大于0，即数据呈现右偏态。

2.2产量与谷柄连接力的关系分析

对11个品种的水稻进行连接力频率分布统计和6次方曲线拟合，得到频率分布曲线图如图2所示。从图2可以看出，早稻湘早籼25号比浙辐7号平均力大，并且湘早籼25号的集中分布力比浙辐7号偏右，这说明湘早籼25号的整体连接力比浙辐7号大。同理，中稻深优9595比叁两优1813的平均连接力大；晚稻丰源优299的平均力比丰源优272大。采自湖南农业大学耘园的晚稻湘晚籼17号、盛泰优9712、H优518、五优308和深优9586五个品种，除湘晚籼17号和五优308平均力偏小外，其它3个品种的平均力随产量升高而增大，频率分布曲线峰值也依次往右偏。由此可知，水稻产量越高，频率分布曲线的峰值越偏右，即整体的连接力随产量增加而增大。因此，在对高产水稻脱粒时应根据产量适当调整脱粒力，单位面积产量大的水稻应该提高脱粒力，以减少未脱净率，反之应减小脱粒力，减少种子破碎率[8～11]。

2.3不同分枝连接力

为了研究穗头不同部位的分枝连接力，对11个高产水稻品种进行测试。试验时将水稻穗头划分成三部分，如图3所示。在3个部位随机选取1个分枝，每一分枝都是从分枝的顶端开始往下测定连接力。每一个品种测试8～10株，并对不同位置的分枝求平均力，结果如表3所示。由表3可以看出，早稻湘早籼25号和浙辐7号顶部分枝连接力比中部分枝均要小，中部分枝连接力比底部均要小，其余多数品种都有同样的结果。这说明，穗头顶部最容易脱落，其次是中部，底部最难脱落。因此，在分析收割机的震动对谷粒的脱落影响时，首先考虑的是穗头顶部分枝的连接力大小，在设计全喂入式的割台[12,13]或者半喂入式联合收割机的夹持输送装置时，其震动力要小于顶部分枝的连接力，避免谷粒损失。

2.4不同含水率连接力变化

试验对中稻叁两优1813和深优9595两个品种的水稻在不同含水率情况下进行连接力测定试验。将水稻置于保鲜袋中4 d，每一天对其含水率和连接力进行测定。结果如表4所示。由表4可知，含水率降低将使连接力减弱。水稻在成熟过程中，含水率逐渐减少，所以水稻越成熟越有利于脱粒，但是过于成熟，谷粒容易自动脱落，在收获时应该把握好成熟度，减少收获过程中的损失。

3结论

(1)不同水稻品种之间的连接力有所差异，但是其各频段的连接力分布均一致，呈非正态右偏分布，偏度均大于0，频率分布图表明，连接力主要集中分布在0.2～1.6 N之间。

(2)从产量看，水稻产量越高，连接力整体越大，增大了脱粒难度。

(3)从穗头部位看，顶部的分枝连接力最小，中部分枝连接力稍大，而底部最大，这与传统水稻穗头不同位置的分枝分布规律一致。

(4)含水率降低，连接力变小，而且含水率降低越快，连接力减小速度越明显。

参考文献

[1]肖林桦. 水稻籽粒和粒柄抗拉强度的研究[J]. 农业机械学报，1984(2)：11-18.

[2]谢方平，罗锡文，汤楚宙. 水稻粒穗分离力的研究[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版)，2004, 30(5)：469-471.

[3]任述光，谢方平，罗锡文, 等．柔性齿与刚性齿脱粒水稻功耗比较分析与试验[J]. 农业工程学报，2013, 29(5)：12-18.

[4]惠东志，谢方平，卢向阳，等. 水稻脱粒损伤成因及其调控方法分析[J]. 农机化研究，2009(5)：235-240.

[5]李耀明，孙夕龙，徐立章. 水稻穗头连接力的试验与分析[J]. 江苏大学学报(自然科学版)，2008，29(2)：97-101.

[6]孙夕龙. 水稻脱粒带柄率的影响因素与分析[D]. 镇江：江苏大学，2007.

[7]李耀明，徐立章，孙夕龙. 稻谷带柄的影响因素分析[J]. 农业工程学报，2007, 23 (12)：131-134.

[8]徐立章，李耀明，李洪昌．水稻谷粒脱粒损伤的影响因素分析[J]. 农业机械学报，2008, 39(12)：55-59.

[9]李耀明，许太白，徐立章，等. 多滚筒脱粒分离装置试验台[J]. 农业机械学报，2013, 44(4)：95-98.

[10]王显仁，李耀明，徐立章．水稻脱粒破碎率与脱粒元件速度关系研究[J]. 农业工程学报，2007, 23(8)：16-19.

[11]徐立章，李耀明. 水稻谷粒冲击损伤临界速度分析[J]. 农业机械学报，2009, 40(8)：54-57.

[12]罗海峰，汤楚宙，官春云，等.油菜机收割台茎秆分离装置设计与试验[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版)，2012，38(5)：548-550.

[13]李耀明，李有为，徐立章, 等. 联合收获机割台机架结构参数优化[J]. 农业工程学报，2014, 30(18)：30-37.

(编辑：李晓斌)

The research of connecting force of high-yielding rice—case in Hunan Province

Ou Jiashun1,2， Liu Dawei1,2， Li Xu1,2，Ren Shuguang1，Xie Fangping1,2,3*

(1.CollegeofEngineering，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；2.CollaborativeInnovationCenterofSouthernGrainandOil，Changsha410128，China；3.ResearchcenterofAgriculturalEquipmentandEngineering，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China)

Key words:High yield； Paddy rice； Connecting force

Abstract:As the main index of the physical and mechanical properties of rice, grain and grain handle connecting force is an important factor to measure the degree of difficulty of threshing. In this paper, tests of connecting handles between the rice grains and the grain handles of 14 kinds of high-yielding rice in Hunan have been done. Research on the curve of the relationship between connection force and displacement, got the valley handle connected power distribution, and got the relationship between yield and connecting force of high-yielding rice. The article also analyzed the effects of different positions branch connection force, and the relationship between the connection force and water content was discussed. The results showed that the top branch connecting force was minimum, the bottom branch connections force was maximum. The valley handle connecting force was a decreasing trend with moisture content decreased. Distribution of valley handle connecting force was right-skewed distribution and the connection force was positively correlated with the yield.

收稿日期：2016-01-26 修回日期：2016-04-02

作者简介：欧佳顺(1989-)，男(汉)，湖南郴州人，在读硕士，研究方向：农业机械设计与研究 *通讯作者：谢方平，教授，博士生导师。Tel：0731-86417980；E-mail：hunanxie2002@163.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51175173)

中图分类号：S225.4

文献标识码：A

文章编号：1671-8151(2016)06-0433-06