含水率对油菜收获物流损失的影响.doc

5第9期 刘德军等：含水率对油菜收获物流损失的影响含水率对油菜收获物流损失的影响的试验研究刘德军1,2，赵秀荣1，高连兴1，Srensen, C. G2（1. 沈阳农业大学工程学院，沈阳 110866; 2. 丹麦奥胡斯大学，生物系统工程系，FOULUM研究中心，丹麦DK-8830）摘 要：收获物流损失是影响油菜生产成本的重要因素，以DMH145油菜品种为对象，在丹麦FOULUM 农业研究中心试验研究了油菜籽粒含水率对油菜分段收获和联合收获中3种主要损失的影响，建立了含水率与3种主要损失及总损失之间的数学函数，另外秸秆含水率对秸秆收获物流损失的影响也进行了研究。结果表明：随着含水率的降低，脱粒损失和清选损失降低，但是过低的含水量会使割台损失增大。秸秆含水率对秸秆收获物流损失影响不显著。关键词：油菜，含水率，收获物流，收获损失doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.0910.000中图分类号：S313 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-0910-00-04刘德军，赵秀荣，高连兴，等. 含水率对油菜收获物流损失的影响的试验研究J. 农业工程学报，2011，27(910)：.Liu Dejun, Zhao Xiurong, Gao Lianxing, et al. Studies in eEffect of moisture content on rape harvest logistics lossesJ. Transactions of the CSAE, 2011, 27(910): . (in Chinese with English abstract)0 引 言收稿日期：2010-11-28 修订日期：2011-02-17基金项目：国家自然科学基金项目（51075284），丹麦政府战略研究项目DSF（F-03631）作者简介：刘德军（1972），男，辽宁省朝阳市人，副教授，博士，2010年赴丹麦奥胡斯大学研修，主要从事农业工程及农产品物流方面研究。沈阳 沈阳农业大学工程学院，110866。Email: 通信作者：赵秀荣（1967），女，辽宁省辽中县人，副教授。沈阳 沈阳农业大学工程学院，110866。Email: 收获物流是指农作物成熟后在田地利用机械或人工收割收获直至运输到工厂或仓库的实物流动过程，主要包括作物收割、脱粒、收集、晾晒、装卸搬运、田间运输、道路运输等作业过程。目前油菜的机械收获主要有分段收获和联合收获，国内外学者收获方式方面的的研究主要是产量、籽粒含油量、含水量、损失方面的研究，但结论不完全一致1。掌握适宜的收获时期对减少收获损失有很大的作用，不同的收获方式有不同的适宜收获期2。适宜的收获期可以从油菜籽含水量和油菜角果颜色2个方面判断。Sims认为联合收获宜在种子含水率12%20%左右进行，含水率过低，损失严重3。冷锁虎对Loof应标出参考文献编号等人关于油菜收获时间及损失的研究进行了分析，Loof应标出参考文献编号认为在角果黄色、籽粒变成黑色或稍后的时期内含油量达到高峰，籽粒产量一般在角果黄色时最高，收获推迟会使产量降低，但是如果能避免收获过程中的损失，推迟收获会获得更高的产量。Nordestgard应标出参考文献编号认为冬油菜在50%的角果变黄、其内部籽粒变为棕色时割晒最好。Bhan应标出参考文献编号认为在生理成熟和完全成熟时收获，产量相近，但千粒重、含油量在籽粒完全成熟时收获明显较高。油菜收获损失的大小受很多因素的影响，降低收获损失是收获技术中的难点问题。有资料表明应标出参考文献编号参考文献7-18在文中引用处需标出序号在油菜收获过程中，总损失平均为8.54%。其中割台损失7.69%，约有70%的损失发生在进入收获机之前4，国内学者认为分段收获在割晒时的额外损失可以被其潜在的产量所弥补，从而总的损失少，产量较高，特别是遇到阴雨的天气更明显，而在天气较好，成熟度较一致的情况下，只要掌握适宜的时期，两种收获方式的损失差不多2。早在1974年Audsley等应标出参考文献编号就对谷物的收获损失问题进行了研究，并建立了不同的数学模型，Claus Srensen在前人研究基础上建立了油菜的收获损失数学模型，相关系数0.765，可见谷物收获损失方面的模型数据由于作物本身性状差别较大，应用起来存在较大的误差。到目前为止关于油菜含水率与收获物流损失的文献报道尚不多见，在实际收获作业中也往往凭经验进行，本文重点研究含水率对油菜籽收获过程3种主要损失的影响，建立数学模型，以及含水率对秸秆收获物流损失的影响。1 材料与方法1.1 试验条件及机具试验内容主要是测试含水率对目前油菜分段收获和联合收获2种工艺模式的影响。试验田块位于丹麦奥胡斯大学FOULUM农业研究中心附近HENRICK农场，油菜品种为：DMH145，采用全机械化直播方式种植，油菜根部株径平均为25.7 mm，茎高平均为1 540 mm，分枝角果离地高度平均为690 mm，产量4.8 t/ham2。试验田块规则，田块1长度120 m，宽度50 m用于分段收获，试验田块2长度200 m，宽度50 m用于联合收获。油菜分段收获早于联合收获3 d进行，采用自身驱动HESSTON8100割晒机，全部割倒后每隔1 d进行收获作业。试验所用机具如表1列出。试验从2010-08-13小雨过后进行，角果颜色比例绿黄黑=45%55%5%，茎秆无倒伏，机具操作人员具有多年收获经验，操作熟练，试验条件满足试验要求。表1 试验用的机具型号及参数Table 1 Models and parameters of machinery in experiment过程或功能机器型号与组合驱动类型与功率工作宽度/m有效宽度/m生产率/(ham2h-1)割晒HESSTON 8100自身驱动1204.23.913.86捡拾脱粒HESSTON 4900+FIAT 160-49 4WD拖拉机驱动1608.47.941.98联合收获NEW HOLLANDS 2200自身驱动6.15.761.49秸秆打包KRONE VAR10 PACK 1800+ NEW HOLLAND M160拖拉机驱动1601装卸搬运SANDERSON TL7 TELESKOPLASSER自身驱动2.18籽粒运输SCANIA 93M 2501857.5秸秆运输FENDT 312 LAS FARMER 4WD9211.51.2 测试指标及方法试验过程及方法交待不够清楚测试指标主要有油菜籽粒平均含水率，秸秆含水率、割台损失率（联合收获）或捡拾损失率（分段收获），脱粒损失率，清选损失率和秸秆物流损失率。损失率的计算公式为关于籽粒或秸秆的损失试验与计算方法过于笼统： L=q/W100%，其式中，L表示损失率，q表示在相应操作过程中油菜籽粒或秸秆散落、遗失的损失量，单位kg；，W表示油菜籽粒或秸秆的总质量，单位是kg。籽粒在装卸、运输等过程中损失可以忽略不计，秸秆籽粒平均含水率的测定采用常用的ASAE标准S358,26，用精度0.001电子天平称量样本湿质量后，在103空气干燥箱中干燥24 h后称质量，最后计算得出籽粒平均含水率。在试验区内，用编织布将联合收获机排草口排出的茎秆全部收集，分离出茎秆中夹带的籽粒和未脱净的角果，用于计算脱粒损失；用透气良好的无纺布做成口袋固定于排风口，分离出籽粒和角果用于收集清选损失；再收集测试区内散落籽粒，用于测量割台损失。试验测试过程中，机器每收获行驶510 m随机停车，收集样本，样本大小不固定，分布在1050 kg范围内，通过计算获得损失率数据。联合收获试验与分段收获试验隔天交替进行，试验共进行19 d，每个项目（每天）重复3次，以获得收获损失和不同含水率数据。通过将收集到的所有籽粒和集料箱中的籽粒分别称重，就可以计算出各个部分的损失率。秸秆收获主要是将脱粒后的秸秆利用打包机捡拾打包成方包或圆柱形包，每包550 kg。秸秆收获损失根据不同收获过程分别测试计算获得。秸秆打包损失是指利用秸秆打包机每打包一包秸秆过程中遗失、散落在田间的秸秆损失量与秸秆总质量的比值，损失量通过人工捡拾田间秸秆称重获得。脱粒损失是指脱粒过程中折断、脱离、损毁的秸秆损失量与秸秆总质量的比值，损失量也通过人工收集获得。秸秆田间运输堆存损失主要是指打包后的秸秆在田间运输集中堆存过程及储存过程中的损失量与总质量的比值。秸秆储存过程中损失量受含水率、空气湿度、降雨、储存时间等多因素影响，秸秆的发霉、变质、散落都计为田间运输堆存损失。而如果打包后及时运输到仓库中，相对损失较低，本试验未进行研究。秸秆道路运输损失是指秸秆道路运输过程中损失量与秸秆总量的比值。秸秆脱粒损失、打包损失、装卸损失试验样本大小为单个包重量质量，每个试验重复5次。秸秆打包、运输、储存过程如图1所示。该内容及图与本文研究关系不大，可去掉 图1 油菜秸秆的打包、储藏与运输过程Fig.1 Baling, storage and transportation of rape straw2 结果与分析2.1 含水率对收获损失的影响通过20 d的试验获得联合收获含水率与3种主要收获损失及总损失率的关系如图2所示：分段收获含水率与3种收获损失及总损失的关系如图3所示。联合收获在很高的含水量情况下，脱粒损失和清选损失都很大，分别达到15.36%和18.84%，总损失高达35%，但是割台损失相对较小。只有当含水率达到11%以下的时候，割台损失才逐渐增大。在分段收获中，也呈现出相似的规律性，脱粒损失和清选损失也分别高达19.23%和16.54%，总损失高达37%。如图2，3可知，分段收获总损失确实比联合收获大，分段收获总损失最低10.56%，联合收获总损失最低8.55%。当含水率很高的时候进行收获，脱粒损失和清选损失都很大，这主要是因为不成熟籽粒比成熟籽粒轻，很容易被风连同杂质被吹出去，另外也是由于不成熟籽粒不容易脱粒造成。如果等一段时间收获，可以获得更多成熟一致的籽粒，籽粒平均含水率降低，这种情况也很容易准确设置收获机作业参数，使得清选和脱粒损失变小。随着含水率的降低，脱粒损失和清选损失降低，但是过低的含水率会使割台损失增加，表现为总损失增加。一般情况下会在含水率15%20%的时候进行联合收获，在含水率18%25%的时候进行分段收获，如图可知最佳收获时期是含水率10%左右进行联合收获，12%左右进行分段收获。所以在机器条件充足的情况下，拖后23 d进行收获，可以使总损失降到最低。图2 联合收获含水率与3种收获损失及总损失的关系Fig.2 Relations between moisture content and three main losses in combine harvest图3 分段收获含水率与3种主要收获损失及总损失的关系Fig.3 Relations between moisture content and three main losses in multi-steps harvest油菜收获采用联合收获还是分段收获，正如金诚谦（2010）分析那样，国内外学者主要在产量、籽粒含油率、含水率、损失等方面进行的研究，结论不完全一致1-3。多数试验结果认为用分段收获的方式较好，分段收获在割晒时的额外损失可以被其潜在的产量所补偿，从而总的损失少，产量较高，特别是遇到阴雨天气更明显。在天气较好成熟度较一致的情况下，只要掌握适宜的时期，两种收获方式的损失差不多，故都可采用2。然而从收获的总损失率来看，确实分段收获要大于联合收获，另外收获的过程是一个持续的过程，天气晴好条件下含水率会逐渐降低，而一旦下雨含水率会相应增加，过高和过低的含水率都会对损失产生很大的影响，只有掌握适宜的含水率，才能降低收获损失。采取分段收获还是联合收获还要根据具体的含水率情况而定。从收获损失形式来看，割台损失小于脱粒损失和清选损失，这与前人研究结果3：收获过程中总损失平均为8.54%，其中割台损失为7.69%，约有70%的损失发生在进入收获机之前的结论有很大出入。这主要是科研人员不断对收获机割台进行改进的结果，例如根据油菜生长特点，安装侧边竖立切割器,减少油菜收获分行损失；水平割台、左右分禾器向前延伸至拨禾轮前端，减少油菜籽粒散落地面的机会；减少拨禾轮对油菜打击次数，降低对果荚冲击力等11。应用回归分析的方法可以获得油菜籽粒含水率与损失率的关系函数，如表2所示。表2 含水率与收获过程中三项主要损失的关系函数表中符号含义应给出注释。Table 2 Functions of moisture content with tree main losses in harvesting收获方式损失类型回归模型复相关系数F检验值联合收获脱粒损失0.96462.303清选损失0.987687.591割台损失0.985259.362总损失0.990226.858分段收获脱粒损失0.97488.817清选损失0.987692.818捡拾损失0.91123.778总损失0.93634.369注：2.2 含水率对秸秆收获物流损失的影响籽粒收获后秸秆一般在田间自然风干，当含水率20%左右再进行打包作业。试验初期秸秆含水率38.8%，然后含水率逐渐降低，5次试验获得不同秸秆含水率对收获过程损失的影响如图4所示。图4 秸秆不同含水率对收获过程的影响Fig.4 Effect of rapeseed straw moisture content on harvest loss试验得知，秸秆含水率对收获物流损失影响不大，这主要是由于油菜茎秆粗壮、韧性强，即使在很低的含水率下也不容易折断，而容易断裂的枝尖部分在脱粒中就已经断裂，所以脱粒过程秸秆损失较大。其次秸秆损失较大的过程是打包过程，捡拾、挤压使秸秆损失最高达到5.45%。田间运输堆存损失与含水率关系显著，相关系数为0.965。秸秆装卸损失不大，且与含水率关系不显著，这主要是因为油菜秸秆韧性强，不易断裂。道路运输损失最小，可以忽略不计。3 结论1）在不同含水率情况下，分段收获籽粒损失平均为18.771%，联合收获籽粒损失平均为16.358%，分段收获籽粒损失率高出联合收获2.4%，关于对产量的影响，本试验未做研究，但过高和过低的含水率都会对损失产生很大的影响，只有掌握适宜的含水率，才能降低收获损失。采取分段收获还是联合收获还要根据具体的含水率情况而定。2）在三大损失率中，割台损失最低值0.976%，无论对分段收获或联合收获来讲，割台损失都小于脱粒损失和清选损失，这跟前人研究结果：割台损失为7.69%，约有70%的损失发生在进入收获机之前3结论中不应出现参考文献的结论有很大的出入。这是科研人员对收获机割台不断进行研究改进的结果。3）脱粒损失和清选损失随着籽粒含水率的降低而降低，但是过低的含水率会使割台损失增加，总损失与含水率之间是CUBIC函数关系，相关系数分别达到0.990和0.936，关系显著，详见表2。4）油菜秸秆损失最严重的环节是脱粒和打包环节，损失率分别平均为4.32%和4.5%，其次是田间运输堆存环节和装卸搬运环节，道路运输损失微乎其微。秸秆含水率对收获物流损失影响不大，含水率对秸秆田间运输和堆存的影响显著，相关系数为0.965。分别对含水率和脱粒、打包物流损失进行相关分析，相关系数分别为0.358和0.465，关系不显著。参 考 文 献参考文献应按文中引用先后顺序编号1冷锁虎，朱耕如. 油菜机械化收获研究J. 中国油料，1992(3)：8285.中文期刊参考文献要列出英文对照，下同。2 金诚谦，吴崇友. 油菜收获技术基础研究现状与展望J.农机化研究，2010，1(1)：59.3Sims R E H. New zealand journal of experimental agriculture J. Applied Engineering in Agricultural, 1979(1): 7987.4 李耀明，徐立章，杨秀景，等. 油菜轴流脱粒滚筒性能对比试验J. 农业机械学报，2007，38(8)：8689.5Srensen C G. A Bayesian Network Based Decision Support System for the Management of Field Operations. Case: Harvesting OperationsD. Copenhagen:Technical Universityof Denmark, 2000: 193195.6ASAE S358.2. 2003.C. Lgathinathane, Alvin R. Womac, Shahasokhansanj, Lester O. Poodesimo. Vertical mass and moisture distribution in standing corn stalks. Written for 2004 ASAE/CSAE annual international meeting. The society for engineering in agricultural, food, and biological systems.著录不规范7Pitt R E. Silage and hay preservation. NRAES-5.Ithaca, NY: Northeast Regional Agricultural Service Cooperative Extension, 1990.著录不规范8Richey C B, Liljedahl J B, Lechtenberg V L. Corn stover harvest for energy productionJ. 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