筛孔尺寸及风速对杂交水稻种子精选质量的贡献

年 伟，邓 伟，李小林，徐雨然，张锦文，吕永刚，谷安宇，鲁志良

(云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205)

筛孔尺寸及风速对杂交水稻种子精选质量的贡献

年 伟，邓 伟*，李小林**，徐雨然，张锦文，吕永刚，谷安宇，鲁志良

(云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205)

选择影响杂交水稻种子风筛精选中的3个主要因素，研究了各因素对杂交水稻种子精选质量的贡献。结果表明，在所选因素水平区间，上筛孔尺寸是杂交粳稻滇杂31获选率、杂交籼稻冈优827净度的重要影响因素，上筛孔尺寸与净度负相关，与获选率正相关；下筛孔尺寸不是净度的重要影响因素，却是获选率的重要影响因素且与之负相关；风速既不是净度也不是获选率的重要影响因素。

筛孔尺寸；杂交水稻种子；精选质量；贡献

种子加工是种子质量控制技术中的重要环节，其核心为种子净度控制技术，而风筛精选是一切种子加工技术的关键工序[1]，通过不同形状、不同尺寸筛孔及不同风速的组合来分离杂质与净种子，从而提高种子的净度。

杂交水稻的生产对中国粮食安全具有重要意义[2]，其种子精选的效益显著，经过精选分级后的种子，本身净度可提高2 %～5 %，千粒重提高5 %左右，能节省种子用量10 %～20 %，同样条件下可提高发芽率2 %～3 %，增产5 %～10 %[3]。通过精选加工，可使黑粉病粒含量下降5.25 %～14.50 %[4]，还能100 %去除稻曲病粒[5]。种子籽粒间及其与杂质的外形尺寸差异是精选加工的基础，涂小平[6]对杂交水稻穗芽种子的精选效果进行了研究，发现通过精选能有效地清除全部长芽芽谷和大部分短芽芽谷，但萌动种子精选效果不佳，精选还能明显提高种子发芽势、发芽率及种子活力。Matthews和Spadaro[7]的研究结果显示，厚度最小单个稻谷籽粒的平均质量约为最大厚度籽粒的2/3，且厚度越小，不成熟籽粒的含量越多，即厚度分级具有对籽粒成熟度的分级效果。这为水稻种子精选加工中大多使用长孔筛进行厚度分离提供了理论依据。Jindal和Siebenmorgen[8]的研究结果显示，在同样的水解吸条件下，厚度大的籽粒其平衡含水率稍微小于厚度小的籽粒。从种子加工的角度来看，先经过厚度分选后能降低对稻谷进行干燥时所需的能量，还能一定程度上避免因长时间烘干造成的发芽率降低[9]。国外在籽粒厚度的不同引起种子物理及物理化学性质的不同方面有较多深入的研究，国内在风筛精选能有效提高杂交水稻种子质量方面的研究较多，而各加工参数在杂交水稻种子风筛精选质量中所起的作用大小和贡献国内尚未见报道。为此，本文章选用2个杂交水稻品种，考察上筛孔尺寸、下筛孔尺寸及风速3个主要加工参数对精选质量的贡献，同时探讨它们与精选质量的相关度，旨在为杂交水稻种子的精选提供借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验使用的杂交粳稻种子‘滇杂31’为粳型三系杂交稻，产自云南省普洱市景谷县，水分含量12.8 %，所含杂质中短小枝梗较多；杂交籼稻种子‘冈优827’为籼型三系杂交水稻，产自四川省眉山市洪雅县，水分含量12.6 %，裂颖籽粒较多。

材料制备：试验前，先除去夹杂的较大枝梗、灰尘等杂质，而正常籽粒、裂颖粒、霉变粒、空瘪粒及米粒等得以保留。

试验采用丹麦Westrup有限责任公司生产的LA-LS小型风筛精选试验台，使用香港恒高电子集团生产的AR816型风速计测定风速。

1.2 试验设计

采用3因素(上筛孔尺寸A、下筛孔尺寸B、风速C)4水平正交试验设计，因素水平表见表1，不考虑因素间的互作，使用5因素4水平(L1645)正交表，共16个处理，第4及第5列为空列(表2)。除筛孔尺寸和风力因素外，筛孔形状、筛子的振动频率、喂料量等因素也会影响种子的分选效果[10-12]，基于前人的研究并结合LA-LS小型风筛精选试验台的实际条件，对这些非考察因素确定如下。

表1 因素水平

表2 L16(45)正交试验

1.2.1 筛孔形状的确定 在作物生长发育与产量的众多影响因素中，种子粒度的大小是最容易判断和分选的性状，种子粒度通常以千粒重、比重、外形尺寸等表示，以千粒重的应用最为广泛[13]；而粒重是受粒长、粒宽和粒厚3个因素的影响，三者均与粒重呈正相关，其中以粒厚的相关系数为最大[14]，加之厚度分级具有对水稻籽粒成熟度的分级效果[7]，因此，一般情况下的水稻种子风筛精选多以厚度来分选。

长孔筛的筛孔尺寸有2个维度，即长度和宽度，其长度远大于种子自身长度，目的是增加种子的透筛概率，宽度小于种子籽粒宽度，种子在筛片上的运动方向与筛孔长度方向一致，种子边缘到达筛孔边缘时，由于水稻种子厚度比种子的长度和宽度都小，在自身重力的作用下，水稻种子就会沿厚度方向垂直从筛孔下落，从而达到分选的目的。基于此，选择了长孔筛作为研究对象。

1.2.2 振动频率的确定 种子风筛精选设备的筛片是一种往复振动筛，也是一种平面筛，影响物料运动状态的主要参数有振幅、振动频率、振动方向角、筛面倾角、物料的物理机械特性等[15-17]。目前国内外使用的小型种子精选试验台大都采用了固定振幅、固定筛片倾角，而振动频率可调的设计，黄兴国[17]的试验结果与这样的趋势相吻合。

本试验中所采用的LA-LS小型风筛精选试验台也基于这样的趋势而设计，其筛箱的振幅、振动方向角、筛面倾角等机械参数均为固定不可调，振动频率由无级可调开关控制并显示。根据黄兴国[18]对水稻种子进行风筛精选时的最佳振动频率范围为365～490 r/min的研究结果，试验开始前对LA-LS的振动频率进行了人为选择，以种子在筛面上能自然分布而不重叠、能保持连续地流动而又稍微跳动为原则，最终确定振动频率为450 r/min。

1.2.3 喂料量的确定 喂料量决定了单位时间内单位筛片面积的负荷量，会对筛分性能产生影响，其原因是如果喂料量过大而筛片振动频率过低造成排种过慢，加大了单位筛片面积上的负荷，种子就会在筛面上层叠而漏选，造成透筛概率降低；而较高的振动频率虽然能提高生产效率，但会使种子在筛面上剧烈跳动，也会降低透筛概率。孙秀芝等[19]以小麦为材料，研究了不同喂料量与筛分性能的关系，其试验结果显示，在筛片面积相同的情况下，筛分性能与喂料量呈负相关。本试验为了寻求较为合理的喂料量，先将筛箱振动频率固定为450 r/min，在不考虑产能的条件下，以种子能在筛面上均匀分布、不重叠为目标，最终将喂料器开关确定在“2”刻度。

1.3 测定方法

将1.1制备的试验材料平铺于干净地面，采用5点取样法取样，样品经充分混合、分样后，依据1.2的试验设计对每个处理展开试验。具体步骤为，待设备运行平稳后，于主出料口有物料排出后开始对每个出料口进行取样，计时60 s，取样结束后分拣各出料口净种子、杂质并称重，分别以公式(1)和公式(2)计算净度和获选率。每个处理重复3次，每次重复及更换不同因素组合时彻底清理筛片，并清空设备内及沉降室残留的物料，重复上述步骤。

1.3.1 净度的计算

(1)

式中，J——净度，Wzj——主出料口净种子重量，Wzy——主出料口所有物料重量，即净度为主出料口净种子占主出料口所有物料的重量百分比。

1.3.2 获选率的计算

(2)

式中，X——获选率，Wzj——主出料口净种子重量，∑Wgj——各出料口净种子重量，即获选率为主出料口净种子占各出料口净种子总量的重量百分比。

1.3.3 风速的测定LA-LS配有前吸和后吸2个风道，前吸风道的作用是在种子经过筛片之前将灰尘、空瘪粒及谷壳等轻杂质去除，达到减小筛片负荷提高种子透筛概率的目的，后吸风道和出料口垂直，种子经过出料口时受到后吸风道内垂直气流的作用，较轻的种子和杂质会被分离。为了降低对试验的干扰，本试验关闭前吸风道而使用后吸风道的风速作为考察因素。

根据以往的实际经验，精选水稻种子时LA-LS的风速旋钮刻度一般在2.0～2.5，基于此，将旋钮刻度进行上下浮动构成4个风速水平。具体测量方法为，设备空载时待风机运转平稳后，通过调节控制风门大小的旋钮而实现风速大小的调整，使用AR816型风速计于出料口处分别测量旋钮刻度位于1.5、2.0、2.5和3.0时连续60s内的平均风速，重复3次，取其算术平均值(表1)。

1.4 统计分析方法

试验按1.2的设计进行正交设计方差分析，将3个因素的4个水平值分别与净度和获选率值进行相关分析。

表3 各因素水平净度及获选率均值

注：*为优水平 。

Notes:* meant good level.

2 结果与分析

依据1.2的试验设计及1.4的统计分析方法，整理成各因素水平净度及获选率均值表(表3)，从表3可以看出各因素的优水平，由于本文章的重点放在各因素对精选质量的贡献而不是对加工参数的选优，因此，在这方面就不再鏖述，多重比较结果也将其省略。

2.1 各因素对净度的贡献

按1.4的统计方法，将净度的方差分析结果列于表4。以因素平方和与总平方和之比来计算各因素对试验指标变异的贡献率[20]，贡献率的大小可对因素的重要程度进行量化，贡献率越大，说明该因素对评价指标的影响能力越强。根据显著因素的判别标准，如果某因素的显著性水平值α≤0.1(表4及表5中为P值)，就可视该因素为显著因素即重要影响因素[21]。

由表4来看，对于杂交粳稻滇杂31，上筛孔尺寸、下筛孔尺寸和风速3个因素均不是其净度的重要影响因素，贡献率从大到小依次为风速>上筛孔

表4 净度方差分析表(完全随机模型)

注：*表示该项为空闲因子 。

Note：* meant idle factor.

表5 获选率方差分析(完全随机模型)

注：*表示该项为空闲因子。

Notes：* meant idle factor.

表6 因素与净度和获选率的相关度

注：*P< 0.05，**P< 0.01。y1:滇杂31净度;y2:滇杂31获选率;y3:冈优827净度;y4:冈优827获选率。 Notes：*meant significant difference at 0.05 level, ** meant significant difference at 0.01 level.y1:Neatness of Dianza 31;y2:Elected rate of Dianza 31;y3:Neatness of Gangyou 827;y4:Elected rate of Gangyou 827.

尺寸>下筛孔尺寸。而对杂交籼稻冈优827，上筛孔尺寸是其净度的重要影响因素，贡献率为67.38 %，而下筛孔尺寸和风速均不是其净度的重要影响因素。下筛孔尺寸对杂交粳稻滇杂31和杂交籼稻冈优827的贡献率相当。

2.2 各因素对获选率的贡献

按公式(2)，获选率不受杂质含量的影响，只与筛孔尺寸和风速大小相关。

表5的结果表明，对于杂交粳稻滇杂31，上筛孔尺寸和下筛孔尺寸均为获选率的重要影响因素，贡献率分别为98.31 %和1.39 %，风速对其获选率的影响和贡献可以忽略。上筛孔尺寸、下筛孔尺寸和风速3个因素对杂交籼稻冈优827获选率的贡献率分别为3.67 %、81.23 %和7.52 %；下筛孔尺寸是其获选率的重要影响因素，而上筛孔尺寸和风速则不是，风速的作用大于上筛孔的作用，因素影响的重要性和贡献大小依次为下筛孔尺寸>风速>上筛孔尺寸。

2.3 各因素与指标的相关度

从表6可以看出，在所选因素的水平区间，上筛孔尺寸与净度呈负相关，与获选率为正相关，表明要提高净度，应缩小上筛孔尺寸，但会导致获选率降低；下筛孔尺寸与净度没有相关性，而与获选率呈负相关，则不影响净度的前提下可以缩小下筛孔尺寸来提高获选率；风速与滇杂31的获选率没有相关性，与净度呈极显著正相关，与冈优827的净度和获选率皆为较弱的负相关，则可以使用较高的风速来提高滇杂31的净度而不影响其获选率。另外，无论是滇杂31还是冈优827，其净度与获选率为负相关，则在提高净度，会降低获选率，为此，要用较小的上筛孔尺寸和较大的下筛孔尺寸以获得较高净度。

3 讨 论

(1)为降低试验误差，每个因素组合设计3次重复，但从表4及表5来看，空白列1和空白列2均归为了误差项，表4中滇杂31的误差平方和超过了上筛孔、下筛孔和风速的平方和，冈优827的误差平方和超过了下筛孔和风速的平方和；表5中滇杂31的误差平方和超过了风速的平方和，冈优827的误差平方和超过了上筛孔和风速的平方和。空白列的作用是对“误差”进行估计，但实际上，这种误差包含了某2个甚至3个因素的交互作用和真正的误差，试验设计没有考虑因素的交互作用，因此在一定程度上加大了误差项。为了降低误差，还应适当增加重复数。

(2)净度与杂质含量密切相关，除去杂交粳稻与杂交籼稻自身在籽粒厚度上的差异，供试材料所含杂质的类别和厚度也会对二者精选后的净度产生影响，因此不能简单地认定各因素对净度的贡献就是如本试验所得结果。获选率与杂质含量无关，只与所用筛孔尺寸及风速有关，因而本试验的结果能真实反映3个参数对获选率的贡献。

(3)净度与获选率是一对矛盾体，在生产中，首先是获得高净度种子，因此应使用较小的上筛孔尺寸和较大的下筛孔尺寸，对于被淘汰出来的净种子，更换筛孔尺寸后进行再选是一个较好的解决办法。

(4)试验中各因素水平的取值范围不能覆盖整个籽粒厚度的分布范围，只是在相关研究的基础上选择了较为合适的范围[22]。

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(责任编辑 王家银)

Contribution of Sieve Size and Wind Speed to Fine Clean Quality of Hybrid Rice Seeds

NIAN Wei，DENG Wei*，LI Xiao-lin**，XU Yu-ran，ZHANG Jin-wen，LV Yong-gang，GU An-yu，LU Zhi-liang

(Food Crops Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences， Yunnan Kunming 650205，China)

Three main factors of air-and-screen processing of hybrid rice seeds were selected, the contribution of each factor to cleaning quality of hybrid rice seeds was studied. The results showed that in the selected range, upper sieve size was an important influencing factor to the elected rate of japonica hybrid rice Dianza 31 and the neatness of indica hybrid rice Gangyou 827, upper sieve size was negatively correlated with neatness and was positively correlated with neatness; lower sieve size was not an important influencing factor to neatness, but it was an important influencing factor to the elected rate and was positively correlated with it. Wind speed was not an important influencing factor to neatness or elected rate.

Sieve size; Hybrid rice seeds; Fine clean quality; Contribution

1001-4829(2016)12-2780-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.003

2015-01-19

云南省重点新产品开发计划资助项目(2013BB004);云南省科技创新平台建设计划资助项目(2013DH006);云南省省院省校科技合作资助项目(2014IB012)

年 伟(1975-)，助理研究员，主要从事种子加工技术研究，E-mail:nianwei0727@aliyun.com,*为共同第一作者， E-mail：confidence945@163.com,**为通讯作者，E-mail:xiaolinli@163.com。

S226.5;S511

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