农户生产水平的“腾格里”无芒隐子草种子脱粒与清选技术研究

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(兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室，兰州大学草地农业教育部工程研究中心，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

无芒隐子草(Cleistogenessongorica)为禾本科隐子草属多年生草本植物，是我国北方年降水量100～200 mm干旱荒漠草原的优势种和建群种，亦在哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦以及俄罗斯等一带一路国家广泛分布[1-3]。“腾格里”无芒隐子草(‘Tenggeli’)是兰州大学草地农业科技学院对采自于内蒙古阿拉善地区的野生种质，经过10余年的栽培驯化选育，于2016年通过全国草品种审定委员会审定登记的野生栽培品种(品种登记号：499)[4]。该品种具有极强的抗旱、抗寒和耐瘠薄的特性，且有较高的营养价值，在我国干旱、半干旱地区可作为运动场草坪、生态用种以及退化草原修复的重要草种，具有广泛的推广和利用价值[5]。目前已经进入规模化种子扩繁阶段。以往，在该品种的萌发特性[6-11]、建植技术[12]、种子生产关键技术[13-14]等方面开展了许多研究，为种子规模化扩繁奠定了重要的技术基础。但是，由于无芒隐子草种子紧紧包裹于节间叶鞘，且种子千粒重仅为0.24 g左右[15]，这两个特性为该草的种子脱粒和清选带来了严重困难[16]，致使种子收获损失大，净度低，严重制约了该品种的规模化生产和推广利用。

种子收获是决定种子生产成败的关键环节，种子的脱粒与清选构成了种子收获的主要内容。有研究表明，多年生禾草种子在收获过程中的产量损失可达实际种子产量的20%～75%[17-18]，同时不同的脱粒处理会显著影响种子质量[19-20]。不同的草种由于其生物学特性的差异，通常需要采用不同的收获技术或方法。针对狗尾草(Setariasphacelata)、臂形草(Brachiariadecumbens)等落粒性较强的禾草，通常采用套袋收种法[18, 21-23]或堆捂收种法[24-26]，以防止落粒给种子生产带来损失。刘波等[17]研究认为针对籽粒较小且收获时含水量相对较高(20%左右)的禾本科牧草，如扁穗冰草(Agropyroncristatum)与新麦草(Psathyrostachysjuncea)而言，联合收割机直接收获可获得最大收获率，分别达到人工完全收获的76%与66.1%。而无芒雀麦(Bromusinermis)由于种子扁长，重量轻，从小穗上脱粒比较困难，采用机械收获的损失很大，故适用于人工分段收获。广泛分布于热带、暖温带地区的重要牧草狼尾草(Pennisetumclandestinum)，其种子成熟后包裹于叶鞘中，在我国南方空气湿度较高的地区，通常采用木刀脱粒机进行脱粒[27]。无芒隐子草亦有类似的特殊繁殖生物学特性，在生产上应针对这种特性并结合种子生产区域的气候特征重点解决脱粒和清选的技术问题。

甘肃省河西走廊地区气候干燥，降水量少，日照充足，灌溉便利，是进行种子生产的理想区域，已发展成为覆盖农作物、蔬菜、花卉等植物种子生产的优势产业区[28]。近年来，当地在包括多年生禾草在内的牧草种子生产已初见规模。与发达国家优势牧草种子生产地区大规模机械化作业不同，我国的牧草种子产业起步晚，发展慢，规模化程度低[29-30]，目前主要以企业建设基地生产+农户自行组织生产的方式进行种子扩繁，具有连片种植与农户分散种植并存的特点[17]，需要根据具体草种选择适合的种子扩繁模式。前期研究认为无芒隐子草种子产量在河西走廊地区可达500 kg·hm-2，同时其种子较小，具有较高的繁殖系数[15]。所以，无芒隐子草的种子扩繁不需要连片的大规模种子生产基地，在中小规模的农户生产水平(3.5 hm2左右及以下)上便可以满足生产实践对种子的需求。

本研究在甘肃省榆中县开展了小区预试验，进一步在河西走廊民勤县农户生产规模条件下，研究了不同脱粒和清选技术处理对“腾格里”无芒隐子草种子收获率与质量的影响。以期为农户生产规模的无芒隐子草种子收获与其推广利用提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

小区预试验的脱粒技术研究于2014年10月在兰州大学草地农业科技学院榆中试验站(35°57′ N, 104°09′ E)进行。该试验区属大陆性半干旱气候，海拔1720 m，年均温为6.7 ℃，年均降水量382 mm，蒸发量1343 mm(数据由中国气象数据网提供)。土壤为黄绵土，播种前对土壤理化性质进行化验，结果如下：pH值8.59，有机质含量4.5%，全氮含量0.128%，硝态氮含量6.42 mg·kg-1，铵态氮含量5.73 mg·kg-1，速效磷、钾含量分别为75.52 mg·kg-1与113.33 mg·kg-1。

农户生产规模的种子脱粒与清选技术研究于2017年10月在兰州大学草地农业科技学院民勤试验站(38°44′ N, 103°1′ E)进行。该试验区位于甘肃河西走廊地区，属大陆性干旱气候，海拔1307 m，年均温为8.3 ℃，年平均降水量127 mm，蒸发量2623 mm (数据由中国气象数据网提供)。土壤为沙壤土，播种前对土壤理化性质进行化验，结果如下：pH值8.01，有机质含量12.19 g·kg-1，全氮含量7.76 g·kg-1，速效氮、磷、钾含量分别为31.08 mg·kg-1, 17.48 mg·kg-1, 118.36 mg·kg-1。

1.2 小区预试验的脱粒技术研究

1.2.1脱粒处理 在播种第3年的无芒隐子草种子生产试验田中，将成熟的无芒隐子草生殖枝齐地刈割，晾晒4～5 d后开始脱粒处理(种子含水量达10%左右)。采用的脱粒处理包括：木棒敲打50 min以及石磙重量与碾压时间的不同组合，共计10个预处理，以手工完全脱粒为对照(control)，具体见表1。每处理采用1 kg生殖枝脱粒，4次重复。

表1 小区预试验的脱粒处理Table 1 Seed threshing pre-treatments at the experimental condition

1.2.2收获率 用不同的脱粒处理对1 kg无芒隐子草生殖枝进行脱粒后，过筛孔尺寸为0.7 mm的种子筛清选并称重，以人工完全脱粒为对照(收获率100%)，计算各处理的收获率。

收获率=(各处理种子产量/对照种子产量)×100%

1.2.3种子质量 种子收获后进行萌发试验，采用纸上发芽法，每处理4次重复，每重复50粒种子。将培养皿置于35 ℃/20 ℃变温培养箱中[8](35 ℃对应8 h光照，20 ℃对应16 h黑暗)进行发芽，以胚根突出2 mm为萌发的标准，逐日统计发芽数，并补充蒸馏水以保持发芽床湿润，发芽时间持续14 d，第7天从每皿中随机选取10株幼苗测定根长、苗长。发芽试验结束后，按照如下公式计算发芽率、发芽指数以及活力指数[31-32]，并统计不正常幼苗数，计算不正常苗率[33]。

发芽率(germination percentage, GP)=(发芽种子数/供试种子数)×100%

发芽指数(germination index, GI)=∑(Gt/Dt)

式中：Gt指t日内发芽数；Dt指相应的发芽天数。

活力指数(vigor index, VI)=GI×幼苗长度(cm)

1.3 农户生产规模的种子脱粒与清选技术研究

1.3.1脱粒处理 在播种第4年的无芒隐子草种子生产试验田中，随机选取地块0.133 hm2(2亩)，将成熟的无芒隐子草生殖枝齐地刈割，晾晒2～3 d后开始脱粒处理(种子含水量达10%左右)。将收获的所有生殖枝均匀摊成面积30 m×10 m，厚度30 cm左右的矩形草堆，据上述1.1部分的试验适宜技术进行细化处理：用50 kg 石磙以20 km·h-1的速度碾压遍次的16个处理，包括碾压0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70和75遍。处理后分别取样，每次取样时在草堆中随机剪取0.5 m×0.5 m的样框，4次重复。将样框中的种子过筛孔尺寸为0.7 mm的筛子筛选2遍，称重并计算得种子产量；以未石磙碾压手工完全脱粒的种子为对照。

1.3.2种子清选处理 采用了不同的过筛次数与风扇风速相结合的清选方法，试验中所用种子筛的筛孔尺寸为0.7 mm，所需风速由小电风扇(格力KYT-2501a, 珠海)得到，并用便携式风速仪(华谊PM6265, 深圳)确定风速。共设计了如下14个清选处理(表2)。其中，传统的无芒隐子草种子清选方式为仅过筛两遍而不风选，故以此处理为对照(control)。每处理取1 kg碾压脱粒后的物料进行清选，4次重复。

表2 农户生产规模条件下种子清选处理Table 2 Seed cleaning treatments at the smallholder’s production level

1.3.3测定指标 种子质量：种子脱粒处理后进行萌发试验，方法同1.2.3。

种子净度：用对角线分样法从每重复中取出3.2 g无芒隐子草种子，按照种子检验规程测量种子净度。

千粒重：每重复用万分之一天平称取8个百粒重，并计算千粒重。

空瘪率：每重复选择500粒种子，挑出空瘪种子，计算空瘪率。

1.4 数据分析

用Genstat (2015, 18th, VSN International Ltd., UK)软件中的最小显著差异法(Fisher’s protected least significant difference, LSD)对数据进行显著性差异分析，在分析前将收获率、发芽率、不正常苗率、净度以及空瘪率的数据进行反正弦转换。利用Excel 2007 软件作图，图中结果用平均值±标准误表示。

2 结果与分析

图1 小区预试验不同脱粒处理对无芒隐子草种子收获率的影响Fig.1 Effects of different threshing pre-treatments on C. songorica seed harvest rate at the experimental condition 不同字母表示处理间收获率差异显著(P<0.05)。A-对照：手工完全脱粒。B-预处理1：木棒敲打50 min。C-预处理2：50 kg石磙碾压10 min。D-预处理3：50 kg石磙碾压20 min。E-预处理4：50 kg石磙碾压30 min。F-预处理5：75 kg石磙碾压10 min。G-预处理6：75 kg石磙碾压20 min。H-预处理7：75 kg石磙碾压30 min。I-预处理8：100 kg石磙碾压10 min。J-预处理9：100 kg石磙碾压20 min。K-预处理10：100 kg石磙碾压30 min。下同。Different letters indicate significant differences of harvest rate among different treatments at P<0.05 level. A-control: manual completed threshing, B-pre-treatment 1: beating with a stick for 50 min, C-pre-treatment 2: grinding with a 50 kg roller for 10 min, D-pre-treatment 3: grinding with a 50 kg roller for 20 min, E-pre-treatment 4: grinding with a 50 kg roller for 30 min, F-pre-treatment 5: grinding with a 75 kg roller for 10 min, G-pre-treatment 6: grinding with a 75 kg roller for 20 min, H-pre-treatment 7: grinding with a 75 kg roller for 30 min, I-pre-treatment 8: grinding with a 100 kg roller for 10 min, J-pre-treatment 9: grinding with a 100 kg roller for 20 min, K-pre-treatment 10: grinding with a 100 kg roller for 30 min. The same below.

2.1 小区预试验条件下的脱粒技术研究

由图1可以看出，不同脱粒预处理对无芒隐子草种子收获率影响显著(P<0.05)。在本试验中，手工完全脱粒(对照)所需时间为155 min。随着石磙重量的增加，收获率显著降低。在石磙重量为50 kg的情况下，脱粒20 min以及30 min处理的收获率显著高于脱粒10 min处理，其余重量下脱粒时间对收获率影响不显著(图1)。除对照外，预处理1与预处理3可获得较高的收获率，且以预处理3收获率最高，达93.7%，较预处理1高10.3%，同时更加节省时间(图1, 表1)。人工完全脱粒与木棒敲打脱粒法获得的种子发芽率、发芽指数与活力指数均较高，同时不正常苗率较低。在石磙脱粒处理中，随着石磙重量与作用时间的增加，以上指标均呈现下降趋势，其中预处理9发芽率最低，但仍然达到87%，同时预处理9发芽指数也显著低于其他处理(P<0.05)。不同脱粒方式显著影响无芒隐子草不正常苗率(P<0.05)，随着收获过程中施加于种子的物理作用力度增加，萌发试验中出现更多的不正常苗。用石磙进行脱粒收获较手工和木棒敲打脱粒法出现更多的不正常苗，在所有石磙处理中，随着重量和作用时间增大，不正常苗率增加(表3)。

2.2 农户生产规模下种子脱粒技术研究

在收种规模较大、一次性收获0.133 hm2地块生殖枝的情况下，不同石磙碾压遍数处理对无芒隐子草种子收获率影响显著 (P<0.05)。随着脱粒遍数的增加，无芒隐子草种子收获率显著提高(P<0.05)，至碾压遍数为45遍时，种子收获率达到最大，为78%，此时大约需要27 min。此后随着脱粒遍数的增加种子收获率呈略微下降趋势，但较碾压45遍处理均无显著性差异(图2)。所有碾压脱粒处理下种子质量均维持在较高水平，种子发芽率均在85%以上，且不正常苗率不超过3%。随着碾压遍数的增加，无芒隐子草种子发芽率、发芽指数、活力指数均呈现降低趋势，但仅在碾压65与70遍时种子发芽率显著低于碾压0-10遍以及20遍处理(P<0.05)，不正常苗率则随着碾压遍数增加呈升高趋势(表4)。不同碾压脱粒遍数对无芒隐子草根长、苗长均无显著影响(数据未展示)。

表3 小区预试验不同脱粒处理对无芒隐子草种子质量的影响Table 3 Effects of different threshing pre-treatments on C. songorica seed quality at the experimental condition

注：同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference (P<0.05), the same below.

图2 农户生产规模下不同脱粒处理对无芒隐子草种子收获率的影响Fig.2 Effects of seed threshing treatments on C. songorica seed harvest rate at the smallholder’s level

表4 农户生产规模下不同脱粒处理对无芒隐子草种子质量的影响Table 4 Effects of seed threshing treatments on C. songorica seed quality at the smallholder’s level

2.3 农户生产水平下种子清选技术研究

不同清选处理对无芒隐子草种子净度影响显著(P<0.05) (表5)。在过筛次数相同的情况下，随着风选过程中风速的增大，种子净度显著上升，而筛2次的情况下种子净度明显好于筛1次，各处理中以处理8和处理9净度最高，均在85%以上，较对照提升了20个百分点，其余处理净度均不理想。种子空瘪率随风速的提高呈下降趋势，然而除处理9显著低于对照外(P<0.05)，其余处理与对照均无显著差异(表5)。种子千粒重随着气流速度的增大亦呈增大趋势，然而仅在清选风速高于3.5 m·s-1的情况下，种子千粒重显著高于对照(P<0.05)，其余处理下千粒重与对照均无显著差异。各处理中以处理2与10千粒重最高，为0.2443 g。

表5 农户生产规模下不同清选处理对无芒隐子草种子净度、空瘪率与千粒重的影响Table 5 Effects of different seed cleaning treatments on C. songorica seed purity, hallow rate, and thousand seed weight at the smallholder’s level

注：筛1次-5.5 m·s-1风选：过筛一次后再用5.5 m·s-1风速风选，其他类同。

Note: Sieving once -5.5 m·s-1: Sieving once, then cleaning with 5.5 m·s-1wind speed. Similar description applied to other treatments.

3 讨论

草类植物较于农作物而言往往种子产量较低，并难以脱粒。因此探究适合的种子脱粒方法对禾草品种的种子扩繁与推广至关重要。禾草的不同生物学特性往往决定其适宜的脱粒方法[34]。例如，针对臂形草、狗尾草等落粒性较强的禾草常用套袋[18,21-23]、堆捂[24-26]等脱粒方法。狼尾草广泛分布于热带、暖温带，其种子成熟后包裹于叶鞘[35]，与无芒隐子草具有相似的繁殖生物学特性，王勃等[36]研究了不同脱粒方法对东非狼尾草种子数量的影响,认为人工完全脱粒处理下获得的种子纯净度最高，而筛孔直径为0.8 cm的木刀脱粒机脱粒法获得的种子数量最多，但是由于人工完全脱粒费时费力，因此木刀脱粒机脱粒法为适合东非狼尾草种子脱粒的方法。在热带暖温带地区，气候湿润，种子含水量相对较高，因此如果采用石磙脱粒可能效果不佳。而在河西走廊地区，由于气候干燥，无芒隐子草叶鞘与种子干燥较快，因此使用石磙进行碾压脱粒便可获得较好的脱粒效果。本研究发现在小区预试验条件下，手工完全脱粒(对照)、木棒捶打脱粒以及50 kg石磙碾压20 min脱粒均可以获得高于85%的收获率，由于无芒隐子草种子极小(千粒重仅为0.24 g左右)，且紧紧包裹于叶鞘中，难以脱粒，因此认为该收获水平在实际生产上已十分理想。在本试验中对照处理所需时间为155 min，而木棒捶打脱粒为50 min，两者时间成本均较高，故石磙脱粒法更适宜于向无芒隐子草规模化扩繁中推广。在农户生产规模条件下，50 kg石磙反复碾压45～55遍时，种子收获率达到最大，接近80%，此时时间花费也仅为27～33 min，因此在今后可以用作无芒隐子草种子规模化收获的方法。而此时如若继续增加碾压遍数，种子收获率则有降低趋势，这可能是因为随着石磙作用时间的增加，对部分种子造成了损伤，使收获到的种子数目降低。

不同脱粒方式对种子质量亦有一定影响。本研究中，随着石磙脱粒时间的延长，无芒隐子草种子发芽率、发芽指数与活力指数均出现一定程度的下降，而种子萌发中出现无根苗、无叶苗、黄化苗或者死苗等不正常苗的概率升高。这可能是因为随着种子受到的物理作用强度增大，种皮、种胚等部位受到损伤，从而令种子质量在一定程度上出现降低。王勃等[36]研究认为随着脱粒过程中机械作用强度的增加，东非狼尾草种子发芽率显著降低，与本研究结论类似。田小海等[37]研究了不同脱粒方式对水稻(Oryzasativa)品质的影响，认为碾子脱粒过程中随着强度增加出现碎米的概率增大，在油菜(Brassicacampestris)等作物上的研究亦表明，碾子脱粒中随着脱粒功耗的增加，油菜籽粒的破损率逐渐升高[38]。本试验发现在所有脱粒处理中，种子质量均保持在较高水平，发芽率最低仍超过85%，这种现象一方面是因为无芒隐子草种子不具有休眠特性，新收种子有着较高的活力，另一方面也说明脱粒处理对种子质量影响有限，在选择合适的脱粒方法时应该主要考虑对收获率的影响。

过筛遍数与风速显著影响无芒隐子草种子的净度、空瘪率与千粒重等指标。以往在无芒隐子草种子收获过程中，由于种子细小，且未量化适合的风选风速，收获到的种子净度一直较低。风选过程中气流速度过小无法将种子内的灰尘、麸皮以及质量较差的种子选出，又由于无芒隐子草种子本身极轻，气流速度过大又无法进行清选，本研究首次明确了无芒隐子草种子风选过程中的适宜气流速度，即4.5 m·s-1左右，在该风速下配合用24目(0.7 mm)筛子过筛两遍，种子净度可以接近90%，较传统清选方式(只过筛不风选)提高了20个百分点，考虑到无芒隐子草种子千粒重仅为0.24 g左右，该净度已相当理想。同时该风速下风选亦可以在一定程度上淘汰空瘪种子与质量较差、较轻的种子，从而降低空瘪率，提高收获种子的千粒重。不同禾草种子在清选过程中所需要的风速并不一致，主要由种子本身重力、体积、形状等性质决定[39]。有研究表明，9.3 m·s-1的清选气流速度可以有效淘汰鸭茅状摩擦禾(Tripsacumdactyloids)种子中空瘪种子以及杂质，使得种子批质量最大化[40]。

综上，本研究通过小区试验结合农户规模生产条件下的试验研究表明，采用50 kg石磙碾压45～55遍脱粒，然后利用筛孔尺寸为0.7 mm的筛子过筛两次、用4.5 m·s-1风速进行风选，是“腾格里”无芒隐子草种子的适宜脱粒和清选技术。其收获率可达78%，种子净度达90%，对种子质量无显著影响。该方法简便易行，可作为我国河西地区农户生产规模条件下的“腾格里”无芒隐子草种子适宜技术进行推广。