成熟期馬鈴薯秧拔取力及影響因素研究

辛青青,呂釗欽,張萬枝,劉理民,程祥勛

(山東農業大學 機械與電子工程學院,山東 泰安 271018)

0 引言

馬鈴薯是我國重要的農作物之一,被農業部認定為繼水稻、小麥、玉米之外的第四大糧食作物,對于保障我國糧食安全和生態環境的穩定具有重要作用。近年來,我國馬鈴薯生產快速發展,產地覆蓋我國大部分省區市,年種植面積567萬hm2左右,總產量保持在9 000萬t以上[1]。目前,國內進行馬鈴薯收獲作業時都是人工將馬鈴薯秧蔓割去,然后使用馬鈴薯收獲機將馬鈴薯從田里挖出,這種收獲工藝存在勞動力成本及人工作業量太大的問題。本文研究馬鈴薯秧在承受一種向上拔取力時的收獲情況,旨在為馬鈴薯秧回收作業機的研制提供基礎理論依據。

目前,國內對植物莖稈的研究很多,對農作物秧蔓拔取情況的研究也不在少數。中國農業機械化研究院李凱鋒采用統計學和回歸分析的方法研究胡蘿卜拔取力與各物理參數間的相關關系[2];唐遵峰等設計了一種具有整理棉桿和分離泥土功能的不對行拔取收獲臺[3];山東省農業機械科學研究所薦世春研制了拔取角度可調的手動棉花秸稈拔取測量裝置,采用智能顯示儀拉力傳感器,可測量最大拔取力并記錄拔取力的變化情況[4]。

通過查閱資料和文獻可知:影響馬鈴薯秧拔取力的因素主要有馬鈴薯秧的質量(體現馬鈴薯秧的生長情況,是否茁壯健康)、土壤硬度及土壤含水率。本文主要研究馬鈴薯秧的質量、土壤硬度和土壤含水率對馬鈴薯秧拔取力的影響情況,為馬鈴薯秧回收作業機的收秧方式選擇提供理論支持。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點為山東省泰安市農業科學研究院馬鈴薯種植基地,試驗田面積約600hm2。以中薯8號馬鈴薯為試驗對象,2月底播種,6月中旬收獲,種植模式為單壟單行種植。人工起壟,壟高200～300mm,壟距700～800mm,株距250mm。試驗材料取樣時間為2018年6月13日,將馬鈴薯連根拔起,馬鈴薯塊莖留在土里。

1.2 試驗儀器

試驗中采用的儀器設備主要有NK-500指針式推拉力計、土壤硬度計、電子秤及水分烘干箱。

試驗先用土壤硬度計測量土壤的硬度,將硬度計插進田壟中大概250mm的位置,插入過程中讀數,讀取顯示屏上最大的數值,記錄為土壤硬度值。圖1所示為土壤硬度測量試驗現場圖。

指針式推拉力計的一端用繩子綁住,繩子的另一端綁在馬鈴薯秧蔓的根部,拿著拉力計向上拔取;將馬鈴薯秧拔出后,拉力計的指針位置不會再變化,讀取拉力計上的讀數,即為馬鈴薯秧的拔取力。圖2所示為拔取力測量試驗現場圖。將馬鈴薯秧拔出后,摘去多余的土豆,去掉根部的土壤,用電子秤稱重馬鈴薯秧的質量。

將馬鈴薯秧拔出后馬上在拔取位置對土壤采樣,放在密封袋中,將土壤帶回實驗室,用水分烘干箱蒸發水分,測量土壤含水率。圖3所示為水分烘干箱。

圖1 土壤硬度測量試驗現場圖

圖3 水分烘干箱

1.3 試驗方法

試驗采用五點取樣法(即先確定對角線的中點作為中心抽樣點,再在對角線上選擇4個與中心樣點距離相等的點作為樣點),共采集拔取力樣本數據100組(前20組一并采集土壤硬度和土壤含水率)、土壤硬度數據20組、土壤含水率數據20組。試驗過程中,記錄拔取力和土壤硬度,在實驗室測量土壤的含水率。

2 試驗結果分析

2.1 拔取力統計分析

將試驗中得到的拔取力數據采用Origin 9.0軟件做正態測試,得到頻數直方圖,如圖4所示。圖4中,曲線是利用樣本數據的平均值和標準差生成的正態分布密度曲線,樣本數據的平均值為162.32,標準差為37.86202。柯爾莫諾夫-斯米爾諾夫檢驗的測試結果為試驗數據的顯著性大于默認顯著水平0.05,屬于正態分布。

圖4 試驗數據的頻數直方圖及正態分布密度曲線

2.2 拔取力與馬鈴薯秧質量的關系

試驗中的前20組數據采集了對應馬鈴薯樣本的拔取力、馬鈴薯秧質量、土壤硬度和含水率。采用Origin 9.0 軟件對拔取力和馬鈴薯秧的質量進行線性擬合,觀察其顯著性。線性擬合結果如圖5所示。試驗數據的顯著性小于默認顯著水平0.05,拔取力與馬鈴薯秧質量的線性關系明顯。方差分析如表1所示。

圖5 拔取力與馬鈴薯秧質量的線性擬合結果圖

表1 拔取力與馬鈴薯秧質量的方差分析表

2.3 拔取力與土壤硬度的關系

采用Origin 9.0 軟件對拔取力和土壤硬度進行線性擬合,觀察其顯著性。線性擬合結果如圖6所示。

圖6 拔取力與土壤硬度的線性擬合結果圖

試驗數據的顯著性大于默認顯著水平0.05,拔取力與土壤硬度的線性關系不明顯,即土壤硬度對拔取力的影響不顯著。方差分析如表2所示。

表2 拔取力與土壤硬度的方差分析表

2.4 拔取力與土壤含水率的關系

采用Origin 9.0 軟件對拔取力和土壤含水率進行線性擬合,觀察其顯著性,線性擬合結果如圖7所示。試驗數據的顯著性大于默認顯著水平0.05,拔取力與土壤含水率的線性關系不明顯,即土壤含水率對拔取力的影響不顯著。方差分析如表3所示。

圖7 拔取力與土壤含水率的線性擬合結果圖

表3 拔取力與土壤含水率的方差分析表

3 結論

1)以成熟期品種中薯8號馬鈴薯秧為試驗材料,在試驗田中用指針式推拉力計測量馬鈴薯秧的拔取力,用土壤硬度計測量對應馬鈴薯樣本的土壤硬度,并將對應樣本處土壤進行采樣,測量土壤含水率。使用軟件對試驗數據進行線性擬合,探討馬鈴薯秧拔取力與馬鈴薯秧的質量、土壤硬度、土壤含水率之間的線性關系。

2)馬鈴薯秧的質量對拔取力影響顯著,馬鈴薯秧的質量越大,拔取力越大。土壤硬度、土壤含水率對拔取力的影響不顯著。

3)試驗結果為建立馬鈴薯秧拔取過程的力學模型提供了理論依據,對馬鈴薯秧回收作業機收獲方式的確定等具有一定的參考和指導意義。