播種紙帶的選擇與性能分析①

秦青青， 張艷麗， 牛國玲， 石統(tǒng)宇， 朱世偉

(佳木斯大學(xué)機械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

對于小粒蔬菜農(nóng)作物的種植，傳統(tǒng)的撒播和條播方式不僅增加勞動成本，種植效率低，而且在種植過程中的間苗的工序會浪費大量的時間和成本。而隨著我國近年來機械加工技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)在精密播種方面取得了很大的進步，我國學(xué)者將日本的紙膜覆蓋技術(shù)[1]引用到種子帶編織技術(shù)。李秀、王家勝等學(xué)者[2]研究了種子帶編織技術(shù)，該技術(shù)是將種子精確地播種在可降解的紙帶上，再按照農(nóng)作物的深度和行距埋在土壤里，從而解決了單粒精密播種的問題[3-5]。梁麗娜[6]的水稻育秧技術(shù)，在育秧紙帶上刷上一層粘結(jié)劑，通過排種裝置把水稻播種到涂膠處，再覆上一層木漿紙袋將種子密封，農(nóng)民只需要把種子帶平鋪到育秧土上，即可完成水稻的播種，保證了播量精度和定位精度。但是在播種胡蘿卜等小粒種子時，并不能有效的控制播種間距和播種量，容易造成種子的漏播、重播，很難確保種子的精密播種。針對上述問題，提出了一種紙帶播種技術(shù)，在紙帶上覆上一層粘結(jié)劑，排種器根據(jù)播種農(nóng)藝把種子播種到紙帶上，通過播種機的其他裝置把紙帶播種到土里，不僅夠使種子均勻播種，而且還省去了日后間苗工序，從而節(jié)約成本，因此選擇一種適合播種紙帶的材料具有很大的實用價值。

1 播種紙帶材料的要求

根據(jù)紙帶播種技術(shù)，種子紙帶材料應(yīng)具有：①要有一定的韌性，便于紙帶在播種機上移動時不會增大種子間的株距；②強度好，在紙帶上點完膠后具有一定的抗拉強度；③易分解，紙帶遇水后快速吸水，使紙帶順利鉆出紙面，對種子發(fā)芽、出牙沒有負(fù)面影響。在紙帶制作的過程中，粘結(jié)劑作為重要的粘結(jié)介質(zhì)，它不能影響影響種子的發(fā)芽、生長、遇水即化；常溫下易干，保證紙帶一定的韌性且價格低廉。

通過對市場上各種粘結(jié)劑的調(diào)查和查閱相關(guān)文獻[7-9]，選用“帝制”品牌的糯米膠(主要成分為食用性糯米、水、防腐劑、pH值為7，呈中性)。本品以食用糯米為原料，日本高科技向?qū)ЫY(jié)合CTT高粘技術(shù)，粘結(jié)力強，水溶性好，使用方便，環(huán)保無害，可與水任意調(diào)配比例，方便試驗要求。

2 紙帶拉伸試驗

2.1 試驗過程

本試驗采用萬能試驗機WDT-10D，該設(shè)備可顯示力-位移曲線圖，輸出最大力、最大變形位移和實驗時間，可做壓縮和三點彎曲試驗。為了測試每種紙的能夠承受的最大拉力，將每種紙折成一定的形狀，并使用精度為0.02mm的游標(biāo)卡尺來測量紙的長寬厚3個參數(shù)。紙的兩邊固定在萬能試驗臺夾具的兩端。按下啟動按鈕進行拉伸實驗，在紙拉斷的瞬間停止試驗，用游標(biāo)卡尺再次測量紙的長寬厚的3個參數(shù)，為計算紙的力學(xué)參數(shù)做鋪墊。圖1的(1)-(6)分別是A4紙、抽紙、毛筆練習(xí)紙、牛皮紙、食品包裝紙、衛(wèi)生紙的力-位移曲線圖。

(1) (2)

2.2 試驗分析

彈性模量是反映彈性變形應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系的常數(shù)，在工程上也作剛度，表示材料對彈性變形的能力。其值越大，使材料發(fā)生彈性變形的應(yīng)力也越大，即在一定應(yīng)力下，發(fā)生彈性變形越小。應(yīng)力、應(yīng)變和彈性模量如公式(1)，試驗所得紙張的力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 各種紙的力學(xué)參數(shù)

(1)

式中：σ為最大應(yīng)力，N/m2；F為最大力，N；S為紙張樣品拉斷的截面積，m2；ε為應(yīng)變；L0為變形前長度，m；L為變形后長度，m；E為彈性模量，N/m2；

由表1可知，σ衛(wèi)<σ毛<σA4<σ食<σ牛<σ面，而E衛(wèi)

3 紙帶降解性試驗

3.1 試驗過程

選用毛筆練習(xí)紙、面巾紙、牛皮紙、九寸三紅胡蘿卜種子、濕度計、花盆、沙土、膠水等作為試驗材料。把濕度計的按鈕撥到“pH”端，用水浸濕土壤，把濕度計探針要插入土壤三分之二的深度(10cm以上)，經(jīng)檢測，濕度計酸堿度的讀數(shù)大概是6，符合pH5-8的要求。

按照行距20cm,株距15cm的農(nóng)藝要求把相同數(shù)量的胡蘿卜種子分別粘在三種紙上，進行覆土與不覆土兩種試驗。在第一種不覆土的試驗中，在粘上種子的紙上扎上小孔，方便種子從扎孔處長出來，將紙帶正放(粘上種子的那一面為正)在花盆里；在第二種覆土實驗中，將紙帶反放在花盆里，覆上2cm的沙土。澆上適量的水，放置在通風(fēng)溫暖的環(huán)境中。

3.2 試驗分析

根據(jù)農(nóng)藝要求，發(fā)芽溫度大概是20-25℃，發(fā)芽那幾天的溫度大概是20-30℃，符合要求，6月15日下午開始種植，到6月20號，種子開始發(fā)芽，并與一周后(6月26)、20天后(7月20日)的兩種實驗結(jié)果進行對比。

圖2為胡蘿卜種子覆土實驗。在6.15-6.20期間，面巾紙和毛筆練習(xí)紙的成活率皆為40%；說明這兩種紙在土壤里隨著時間腐爛，并未影響到種子的生長；而牛皮紙隨著時間的增加，成活率逐漸減少，這是因為牛皮紙是一種復(fù)合型紙，其耐水性好，在土壤里腐爛要比普通紙的時間長，影響到種子的生長。由此可知，面巾紙和毛筆練習(xí)紙可作為播種紙帶。

圖2 胡蘿卜種子覆土試驗

圖3為胡蘿卜種子不覆土試驗。在6.15-6.20期間，面巾紙比毛筆練習(xí)紙的成活率高，但也是呈逐漸減少的狀態(tài)，這是因為在沒有覆土的情況下，種子是沒辦法吸收土壤里的養(yǎng)分，沒有土壤的保護，陽光直接照射在紙上，很大程度上造成了幼芽的死亡，從而降低了成活率；牛皮紙的成活率比其他兩種低，尤其在6.28-7.20期間，成活率降至零。由此可知，牛皮紙的材料不符合紙帶降解的特性，不能作為播種紙帶。

圖3 胡蘿卜種子不覆土試驗

根據(jù)胡蘿卜種子成活率的狀態(tài)來看，毛筆練習(xí)紙和面巾紙符合紙的降解性實驗要求，而根據(jù)紙的拉伸實驗的結(jié)果，σ衛(wèi)<σ毛<σA4<σ食<σ牛<σ面，而E衛(wèi)

4 結(jié) 論

根據(jù)胡蘿卜的播種農(nóng)藝和自身的特性，設(shè)計了紙帶的播種農(nóng)藝，對播種紙帶和粘結(jié)劑進行了研究。用萬能試驗機將牛皮紙、抽紙和衛(wèi)生紙等紙進行拉伸實驗，再將胡蘿卜種子粘在紙上種植在土里進行降解性試驗，通過得出的實驗數(shù)據(jù)選擇含有木漿紙的抽紙來作為紙帶材料，其種子的成活率比其他幾種紙的成活率高，能夠解決小粒蔬菜精密播種的問題，滿足紙帶式播種機在農(nóng)田中的應(yīng)用。