清理加工工序對新疆機采棉品質的影響

吳艷琴， 田景山， 張煦怡， 徐守振， 左文慶， 張旺鋒， 勾 玲， 張亞黎， 董恒義， 酒興麗， 余永川， 趙 湛

(1. 石河子大學 農學院， 新疆 石河子 832000； 2. 新疆生產建設兵團 綠洲生態農業重點實驗室，新疆 石河子 832000； 3. 新疆生產建設兵團第八師， 新疆 石河子 832000； 4. 新疆生產建設兵團第一師， 新疆 阿拉爾 843301)

新疆具有發展棉花的資源優勢，棉花總產量占全國的84.9%[1]。發展機采棉能有效降低棉花的生產成本，提高勞動生產效率，推動棉花生產向農業現代化快速轉型。當機采棉田脫葉率大于或等于80%、棉鈴吐絮率大于或等于85%時可進行一次性機械采收，機采作業一般要求采凈率大于90%、含雜率小于12%。據調查，新疆棉區的機采棉采凈率在90%以上[2]，機采籽棉含雜率在3.4%～17.8%之間[3]。籽棉含雜率高，棉花加工廠一般使用多道清理工序以提高原棉外觀品質和清雜效率，這勢必會造成纖維品質的損傷[4-6]。

機采棉清理加工工序一般采用多道籽棉清理工序和皮棉清理工序，以降低含雜率和提高原棉品級[7-8]。籽棉清理主要是清除鈴殼、莖稈等大雜質[9-10]，經多道籽棉清理后54%～83%的雜質被清除，提高了軋花效率和減少了皮棉清理道數[11]。過度增加籽棉清理道數雖會顯著增加原棉顏色等級，但也會持續增加軋花成本和加劇纖維品質的損傷[11-13]。相關研究表明，籽棉清理工序對纖維長度的影響較小[14-15]，但籽棉清理后斷裂比強度顯著降低了0.9～2.5 cN/tex，這主要與葉雜黏著性密切相關[6]。

皮棉清理工序主要是再次清除皮棉中的籽屑、種皮、碎葉片等較小雜質，皮棉清理顯著降低了雜質含量和提高了顏色等級[7,16]，但纖維品質受到明顯損傷，纖維長度降低[17-19],短纖維率增加[7,19]。皮棉清理對纖維斷裂比強度的影響較為復雜，有研究認為影響不大[17-18]，也有研究認為使其下降[19]，甚至還有研究認為皮棉清理使斷裂比強度增加[20]。基于此，本文開展了機采棉清理加工工序對纖維品質影響的研究，分析籽棉清理和皮棉清理工序對纖維品質的損傷程度，探討最大限度降低纖維品質損傷的適宜機采棉清理道數。

1 試樣選取與測試方法

1.1 試樣采集

試驗于2013—2015年在新疆生產建設兵團第八師133團和149團、第七師125團和127團、第一師12團進行，材料選擇當地大面積種植的棉花品種，所選品種有新陸中28號、新陸中37號、魯棉研24號、新陸早45號、新陸早50號、新陸早60號、品系166共7個棉花品種，每個品種種植面積為3.5～20 hm2。待所選的12個條田機械采收后，將籽棉送往當地棉花加工廠，并將同一條田的機采籽棉在同一條軋花線上進行清理加工。4道籽棉清理工序包括一級傾斜式籽棉清理機、提凈式籽棉清理機、二級傾斜式籽棉清理機、回收式籽棉清理機清理，3道籽棉清理工序包括一級傾斜式籽棉清理機、提凈式籽棉清理機和回收式籽棉清理機清理，2道籽棉清理工序包括一級傾斜式籽棉清理機和回收式籽棉清理機清理。3道皮棉清理工序包括氣流式皮棉清理機清理、二級鋸齒式皮棉清理機清理；2道皮棉清理工序包括氣流式皮棉清理機和鋸齒式皮棉清理機清理。

機采棉試樣取樣方法見文獻[3]中的方法，在籽棉喂料機前、每道籽棉清理機和皮棉清理機后，抽取籽棉試樣或皮棉試樣。其中，第1道皮棉清理的皮棉試樣在經軋花機和第1道氣流式皮棉清理機后抽取試樣。機采棉經過每道清理工序后每隔30 s取樣1次，每道工序每次抽取籽棉1 000 g或皮棉500 g，重復3次。

1.2 測定項目及方法

所有試樣統一風干、軋花，送至農業部棉花品質監督檢驗測試中心(新疆烏魯木齊和河南安陽)測定棉纖維上半部平均長度(長度)、斷裂比強度(比強度)、馬克隆值、長度整齊度和短纖維率，每個纖維重復測1～3次，樣品測定量為20 g/次，測試儀器為PREMIER HFT9000型和HVI 1000M 700型棉花纖維品質檢測儀。

纖維品質損傷量是第n道與第n-1道清理工序的差值，其中差值為負值表示第n道清理工序的纖維品質較第n-1道清理工序降低，正值則表示增加。S1、S2、S3、S4代表第1、2、3、4道籽棉清理加工工序，L1代表軋花和第1道皮棉清理加工工序，L2、L3代表第2、3道皮棉清理加工工序。S0代表進入籽棉喂料機工序前。

2 結果與分析

2.1 棉纖維長度的變化

表1示出機采棉清理加工工序對纖維品質的影響。由表可知，機采棉清理工序顯著降低了纖維長度，顯著性水平P值為0.002 2。隨著清理道數的增加，纖維長度呈下降趨勢，較加工前原棉纖維長度平均降低了1.0 mm，損傷量為-1.9～-0.1 mm。籽棉清理使纖維長度降低了0.2 mm，皮棉清理后則降低了0.8 mm。機采棉清理加工過程中纖維長度損傷量的變化如圖1所示。由圖可知：每經過1道籽棉清理工序纖維長度平均降低了0～0.2 mm，最大損傷量為-0.4 mm；每道皮棉清理工序使纖維長度平均降低了0.4 mm，尤其是第1道皮棉清理對纖維長度的損傷最大，損傷量為-1.0～-0.1 mm；第2、3道皮棉清理工序對纖維長度影響較小，損傷量為-0.3～-0.1 mm。

表1 機采棉清理加工工序對纖維品質的影響Tab.1 Effects of seed cotton cleaning and lint cleaning on fiber quality

圖1 機采棉清理加工過程中纖維長度損傷量的變化Fig.1 Changes of fiber length during cotton picker cleaning and processing

2.2 棉纖維比強度的變化

由表1可知，機采棉清理工序對纖維比強度的影響未達到顯著性差異水平，P值>0.25。隨著清理道數的增加，棉纖維比強度呈下降趨勢，皮棉清理后的纖維比強度較加工前平均降低了1.0 cN/tex，損傷量為-2.2～0.1 cN/tex。機采棉清理加工過程中比強度損傷量的變化如圖2所示。可以看出：籽棉清理工序使纖維比強度平均降低了0.7 cN/tex，不同籽棉清理道數對纖維比強度的影響不同，第2、3道籽棉清理的影響較大，損傷量為-1.7～0.2 cN/tex和-0.8～0.3 cN/tex；第1道籽棉清理的影響較小，損傷量僅為-0.5～0.1 cN/tex。皮棉清理后纖維比強度平均降低了0.3 cN/tex，每道皮棉清理工序對比強度的影響較小，最大損傷量僅為-0.4 cN/tex，有的比強度則增加了0.1～0.6 cN/tex。

圖2 機采棉清理加工過程中比強度損傷量的變化Fig.2 Changes of fiber strength during cotton picker cleaning and processing

2.3 棉纖維馬克隆值的變化

由表1可知，纖維馬克隆值受機采棉清理工序的影響較小，差異不顯著。隨著清理道數的增加，棉纖維馬克隆值呈下降趨勢，原棉纖維的馬克隆值較加工前平均降低了0.6，損傷量為-0.5～0.3。機采棉清理加工過程中纖維馬克隆值損傷量的變化如圖3所示。可以看出，籽棉清理和皮棉清理對棉纖維馬克隆值的影響較小，每道清理工序的平均損傷量為-0.2～0。

圖3 機采棉清理加工過程中纖維馬克隆值損傷量的變化Fig.3 Changes of fiber Micronaire during cotton picker cleaning and processing

2.4 棉纖維長度整齊度的變化

由表1可知，機采棉清理工序顯著降低了纖維長度整齊度，P值為0.000 1。隨著清理道數的增加，棉纖維長度整齊度呈下降趨勢，原棉纖維長度整齊度較加工前平均降低了2.0%，損傷量為-4.1%～-0.5%。機采棉清理加工過程中纖維長度整齊度損傷量的變化如圖4所示。可看出，籽棉清理對纖維長度整齊度的影響較小，平均降低了0.3%，每道籽棉清理工序的損傷量為-0.5%～0%。皮棉清理對纖維長度整齊度的影響較大，平均降低了1.7%，尤其是第1道皮棉清理對纖維長度整齊度的損傷最大，損傷量為-3.1%～-0.2%，第2、3道皮棉清理工序對纖維長度整齊度影響較小，損傷量為-0.3%～0.1%。

圖4 機采棉清理加工過程中纖維長度整齊度損傷量的變化Fig.4 Changes of fiber uniformity index during cotton picker cleaning and processing

2.5 棉纖維短纖維率的變化

由表1可知，經機采棉清理工序后短纖維率顯著增加，P值為0.000 1。隨著清理道數的增加，棉纖維中短纖維率呈增加趨勢，原棉短纖維率較加工前平均增加了2.3%，損傷量為1.2%～3.9%。機采棉清理加工過程中纖維中短纖維率損傷量的變化如圖5所示。可看出：籽棉清理對短纖維率的影響較小，每道清理工序平均增加了0%～0.4%，最大損傷量為0.8%；皮棉清理對短纖維率的影響較大，以第1道皮棉清理工序的損傷量最大，增加了15%～24%，其損傷量分別是第2、3道工序的5和2.3倍；第2、3道皮棉清理工序后短纖維率僅增加了0.3%～0.7%。

圖5 機采棉清理加工過程中纖維中短纖維率損傷量的變化Fig.5 Changes of short fiber index during cotton picker cleaning and processing

2.6 皮棉含雜率的變化

機采棉清理加工工序對皮棉含雜率影響的方差分析如表2所示。

表2 機采棉清理加工工序對皮棉含雜率的影響Tab.2 Effect of seed cotton and lint cleaning on foreign matter content of lint

從表2可看出：機采棉經清理工序后皮棉含雜率顯著降低，P值均小于0.001；與加工前相比，籽棉清理和皮棉清理后總雜質含量顯著降低了8.8%和13.5%，葉雜質含量顯著降低了7.6%和10.0%；鈴殼和棉稈經皮棉清理全部被清除。

機采棉清理加工過程中皮棉葉雜含量的變化如圖6所示。可看出:隨著清理道數的增加，皮棉葉雜含量呈降低趨勢，每道籽棉清理工序使葉雜含量平均降低了2.4%，以第1道籽棉清理工序的降幅最大，為2.2%～10.3%；皮棉清理工序對葉雜含量的影響不顯著，在第1～3道皮棉清理后葉雜含量僅有1.5%～2.0%。

圖6 機采棉清理加工過程中皮棉葉雜含量的變化Fig.6 Changes of percent leaf trash during cotton picker cleaning and processing

3 結 論

1)機采棉清理加工工序造成了纖維品質不同程度的損傷，與加工前的機采籽棉比較，原棉纖維長度和長度整齊度顯著降低了1.0 mm和2.0%，短纖維率顯著增加了2.3%；纖維比強度和馬克隆值較加工前降低了1.0 cN/tex和0.6，但差異不顯著。

2)機采棉清理道數與纖維損傷程度有密切關系，增加清理道數加劇了纖維品質損傷。籽棉清理道數對纖維長度和短纖維率的影響較小，第2、3道籽棉清理工序對比強度損傷最大，降幅可達-1.7～-0.8 cN/tex。皮棉清理工序(含軋花工序)顯著影響了長度、整齊度和短纖維率，且以第1道皮棉清理工序對纖維品質的影響最大。

3)籽棉清理工序顯著降低了含雜率，葉雜含量顯著降低了7.6%，而皮棉清理工序清雜效率較低，含雜率維持在1.5%～2.0%。

4)機采棉籽棉清理工序可選擇使用1～2道，皮棉清理工序建議采用1道或嘗試不使用。

FZXB