种用花生荚果含水量对机械剥壳效率及效果的影响

丁 彬谢吉先*冯梦诗陈志德常 蕾蒋 莹

(1.江苏省农业科学院泰州农科所,江苏 泰州 225300;2.江苏省农业科学院经济作物研究所,江苏 南京 210014)

花生在收获后,食用、加工和种植利用前需要先脱壳,花生脱壳有传统的手工剥壳和机械脱壳两种方法。 手工剥壳具有脱壳品质好、对籽仁无破损等优点,但在大面积种植时,无法满足高效生产的要求,机械脱壳已成必然,然而机械脱壳破碎率较高,且破碎的花生多数为饱满籽粒[1]。 破碎的花生籽仁价格低,只能用于榨油、食品加工和食用,而不能用作花生种子[2],且因缺少完整的种皮保护导致脱脂、霉变,易遭受黄曲霉毒素的侵染[3-4]。

花生脱壳除了受到物理机械特性、脱壳原理与方法、脱壳机工作部件参数、施加力大小和方式的影响,还受到花生的生物学特性、脱壳时花生的含水量、花生品种等多种因素共同影响[5-7],其中花生含水量是影响机械脱壳性能的重要因素之一。 为避免机械脱壳造成的种用花生籽仁的损伤影响出苗率和产量,本试验通过研究不同荚果含水量对剥壳效率、籽仁破损率及苗情效果等性能指标的影响,以期明确适宜机械剥壳的理想荚果含水量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种泰花8号和泰花9号由江苏省泰兴市农业科学研究所选育,并分别于2011年和2015年通过国家新品种鉴定[8-9];宁泰9922是由江苏省农业科学院经济作物研究所和泰兴市农业科学研究所共同选育而成的花生新品种[10]。

1.2 试验设计

将2019年夏季收获的花生种子自然晾晒3 d,以获得相同含水量的样本,随机分成6组,每组样品3 kg,每个样品三次重复。 泰花8号荚果调节含水量为:9.0%(S1)、10.5%(S2)、12.0%(S3)、13.5%(S4)和15.0%(S5),对照采用人工剥壳,含水量为9.0%(CK1);泰花9号荚果调节含水量为:9.0%(S6)、10.5%(S7)、12.0%(S8)、13.5%(S9)和15.0%(S10),对照采用人工剥壳,含水量为9.0%(CK2);宁泰9922荚果调节含水量为:9.0%(S11)、10.5%(S12)、12.0%(S13)、13.5%(S14)和15.0%(S15),对照采用人工剥壳,含水量为9.0%(CK3)。 统一采用花生种子剥壳机(曲阜市富兴机械设备有限公司生产,型号:FX-BOa)和人工两种方式进行剥壳后备用。 播种时只保留完整籽仁,破碎籽仁剔除。

于2020年在江苏省农业科学院泰州农科所试验基地进行,砂壤土,地势平坦,排灌良好,肥力中等均匀。 前茬为芋头,然后冬闲,4月23日耕翻整地,施用商品有机肥15000 kg/hm2、15-15-15硫基绿聚能缓控释复合肥600 kg/hm2,机械起垄,垄宽75 cm,垄面宽45 cm,垄高15 cm,每垄播2行,穴距18～20 cm,重复3次,每小区4垄,宽3.2 m,长4.0 m,间隔0.4 m,随机区组排列,四周设保护行。 在进行地膜覆盖前用96%异丙甲草胺乳油1.5 L/hm2+水50 L/hm2喷雾化除,5月4日按试验设计要求对小区进行人工铺膜,5月8日播种,每穴2粒、3粒相间播种。 7月10日用花生超生宝0.75 kg/hm2+水50 L/hm2化控,同时用苏云金杆菌1.5 kg/hm2+水50 L/hm2兼治斜纹夜蛾。8月29-30日成熟并收获。

1.3 数据处理

数据经Excel整理后进行数据分析,采用SPSS 16.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 荚果含水量对花生剥壳率的影响

由图1可知,泰花8号、泰花9号、宁泰9922籽仁剥壳率均随含水量的增加而降低。 且相同含水量条件下,泰花9号剥壳率＞宁泰9922＞泰花8号。 含水量越高剥壳率越低,可能是由于随含水量的增加使花生壳中纤维弹性增加、韧性增大,从而破壳时所需要机械力增大。 而机械力增加会增大脱壳难度,影响剥壳率。

图1 不同荚果含水量对机械剥壳花生剥壳率的影响Fig.1 Effect of different pod moisture content on husking rate of peanut by mechanical husking

2.2 荚果含水量对花生籽仁破损的影响

图2可知,泰花8号、泰花9号、宁泰9922籽仁破损率初始均随着荚果含水量的增加而降低,当含水量进一步增大时,籽仁破损率又开始升高,总体呈现出U 形曲线变化趋势。 泰花8号含水量在13.5%时籽仁破损率最低,为6.30%,对照CK1人工剥壳籽仁破损率1.33%;泰花9号含水量在12.0%时籽仁破损率最低,为8.10%,对照CK2人工剥壳籽仁破损率3.81%;宁泰9922含水量在12.0%时籽仁破损率最低,为1.11%,对照CK3人工剥壳籽仁破损率1.09%。

图2 不同荚果含水量对机械剥壳花生籽仁破损的影响Fig.2 Effect of different pod moisture content on damage of peanut kernels by mechanical husking

2.3 不同剥壳方式、荚果含水量对花生剥壳种子出苗率的影响

自然条件下,田间种子出苗情况可反映出种子出苗能力的强弱。 表1可见,荚果含水量升高有助于提高剥壳种子出苗率,在含水量相同条件下,对照手工剥壳种子出苗率CK1＞S1,CK2＞S6,CK3＞S11。 泰花8号机械剥壳种子含水量在9.0%时,出苗率为87.06%,含水量进一步提高时,出苗率也在提高,含水量在15.0%时,出苗率最高,为95.0%。 含水量对泰花9号和宁泰9922的出苗率与泰花8号趋势相似,主要原因是随着含水量的增加,机械剥壳对籽仁的破损率减小,从而使得出苗率提高。

表1 不同剥壳方式对不同荚果含水量花生出苗率的影响Table 1 Effects of different husking methods on the emergence rate of peanuts with different pod moisture content

2.4 不同剥壳方式、荚果含水量对剥壳种子出苗花生苗情的影响

种子出苗期为5月20日;泰花9号和宁泰9922机械剥壳荚果含水量在9.0%时,剥壳种子出苗期为5月20日,荚果含水量在10.5%～15.0%时,剥壳种子出苗期提前1 d为5月19日,对照CK2和CK3剥壳种子出苗期为5月20日。

泰花8号机械剥壳荚果含水量在9.0%时,剥壳种子发育植株开花期为6月13日,含水量大于10.5%时,开花期提前1 d。 泰花9号机械剥壳荚果含水量在9.0%～10.5%时,剥壳种子发育植株开花期为6月13日,含水量大于12.0%时,开花期提前1d。 宁泰9922机械剥壳荚果含水量在9.0%时,剥壳种子发育植株开花期为6月12日,含水量大于10.5%时,开花期提前1 d。 相同含水量时,对照手工剥壳种子发育植株开花期比机械剥壳提前1 d。

泰花8号机械剥壳荚果含水量在15.0%时,即S5剥壳种子发育植株成熟期比S1～S4提前1d。 宁泰9922机械剥壳荚果含水量大于10.5%时,剥壳种子发育植株成熟期比含水量为9.0%时提前1 d。 全生育期为111～113 d。

表2 不同剥壳方式和不同荚果含水量对剥壳种子发育植株生育期的影响Table 2 Effects of different husking methods and different pod water content on development of husked seed grown plant

2.5 不同剥壳方式、荚果含水量对植株性状的影响

表3可知,在本试验荚果含水量范围内,随荚果相对含水量的增加,其剥壳种子发育植株的株高和叶龄逐渐增大,且在苗期和花针期差异较显著。

表3 不同剥壳方式、荚果含水量对剥壳种子出苗品质的影响Table 3 The effect of different husking methods and pod moisture content on emergence quality of husked seed

不同剥壳方式和荚果含水量对泰花8号剥壳种子发育植株株高在苗期影响显著,花针期和结荚期以后差异缩小,成熟期各处理差异均不显著;对泰花9号剥壳种子发育植株株高在花针期以后差异不显著;对宁泰9922剥壳种子发育植株株高影响最大。

高含水量与低含水量荚果相比,对剥壳种子发育植株叶龄差异影响显著,随着含水量的增加,叶龄在增大。 说明在本次试验荚果含水量范围内,高含水量对剥壳种子发育植株叶龄生长起促进作用。

不同剥壳方式和荚果含水量在剥壳种子发育植株不同生长时期对植株分枝数影响差异较小。荚果含水量在12.0%～15.0%时,对泰花8号剥壳种子发育植株花针期分枝数与其他处理差异显著;对泰花9号剥壳种子发育植株在全生育期差异均不显著;对宁泰9922剥壳种子发育植株分枝数的影响在结荚期和成熟期与泰花8号和泰花9号不同,荚果含水量在15.0%时剥壳种子发育植株成熟期与其他处理差异显著。

2.6 不同剥壳方式和荚果含水量对剥壳种子发育植株鲜物质量的影响

表4可知,荚果相对含水量的增加,有利于荚果鲜物质量的积累,泰花8 号、泰花9 号和宁泰9922荚果含水量在9.0%时,机械脱壳和人工剥壳种子发育植株在整个生育期鲜物质量的积累差异不显著。 荚果含水量在15.0%时,3个品种剥壳种子发育植株在整个生育期内鲜物质量的积累均最大;荚果含水量在9.0%时,剥壳种子发育植株鲜物质量的积累均最小,且荚果含水量在15.0%与9.0%时差异显著。 剥壳种子发育植株绿叶鲜质量在全生育期内先增大后减少,结荚期达到最大。

表4 不同剥壳方式和荚果含水量对剥壳种子发育植株生长发育的影响Table 4 Effects of different husking methods and pod moisture content on development of husked seed grown plant

2.7 不同剥壳方式和荚果含水量对剥壳种子发育植株荚果产量的影响

表5可见,高含水量下机械脱壳和手工剥壳种子发育植株荚果干质量表现出产量优势。 泰花8号和泰花9号机械脱壳下,荚果含水量在15.0%时的S5和S10处理剥壳种子发育植株荚果产量最高,分别为4 843 kg/hm2和5 250 kg/hm2;其次为对照CK1和CK2荚果含水量9.0%时,手工剥壳种子发育植株荚果产量为4 843 kg/hm2和5 157 kg/hm2,但分别与S5和S10处理差异不显著,机械脱壳下S1、S2、S3和S4差异不显著,S6和S7差异不显著,S8和S9差异不显著。 宁泰9922机械脱壳下荚果含水量在15.0%时,S15剥壳产量最高,为4 935 kg/hm2;其次为对照CK3 荚果含水量在9.0%时,手工剥壳种子发育植株荚果产量为4 583 kg/hm2,处理间差异显著;其次为S14处理,其剥壳种子发育植株荚果产量与对照CK3差异不显著;再次为S11处理,与S13处理剥壳种子发育植株荚果产量差异不显著;S12处理剥壳种子发育植株荚果产量最低,为4 352 kg/hm2。

表5 不同剥壳方式和荚果含水量对剥壳种子发育植株荚果产量的影响Table 5 Effects of different husking methods and pod moisture content on yield of husked seed grown plant

2.8 收获产量与植株性状相关性分析

将产量与种用荚果含水量、出苗率、株高、叶龄、绿叶鲜质量、茎枝鲜质量、根鲜质量等植株性状进行相关性分析(表6)。 花生产量与出苗率呈极显著正相关,与叶龄呈显著正相关。 花生产量与种用荚果含水量呈正相关,但相关性不显著,因此提高产量关键因素是减少种用籽仁的破损率从而提高出苗率。

表6 荚果产量与植株性状相关性分析Table 6 Correlation analysis of pod yield and plant characters

3 讨 论

近年来花生剥壳机发展迅速,类型多样,主要采用撞切式脱壳法使花生外壳产生碎裂并在花生与脱壳部件、花生之间的摩擦力作用下进一步破碎,进而达到花生籽仁与壳分离的目的[11]。 栾玉娜在花生米机械损伤特征及其对发芽的影响时表明花生产生内部机械损伤主要是由于花生在脱壳过程中受到脱壳机的挤压、揉搓、冲击和剪切作用所致,胚轴和胚根部位由于没有子叶的保护而受损伤,同时机械冲击作用也会对子叶造成损伤,使子叶形成裂纹[12]。 那雪姣等以四粒红和花育23号为材料研究机械脱壳过程中花生仁损伤机理和规律时表明花生仁的破碎变形量和最大破碎载荷都随着加载速率的增大而减小[13]。

随着花生种植业的不断发展,提高花生机械剥壳脱净率与降低损伤率具有重要的现实意义。 易克传等人研究不同含水量下花生正压和侧压的抗破壳强度和抗破壳变形量,结果表明2种花生正压时果仁破损力均小于侧压,破损力均随着含水量的增加而增大[14]。 郭陞垚以泉花551品种为试验材料,研究手工剥壳和机械脱壳两种方式对不同含水量春花生种子发芽和出苗的影响,结果手工剥壳的春花生种子含水量在6.23%时种子出苗率最高,机械脱壳的花生种子含水量在19.60%时种子出苗率最高[15]。

本研究结果表明,花生荚果在低含水量时,机械脱壳率高,但籽仁破损率高、发芽率低,适当进行喷水处理有助于减少花生籽仁破损、提高种子发芽率,这与崔凤高等研究结果趋势相一致[16]。 同时,种子含水量增加,泰花8号、泰花9号和宁泰9922均表现为出苗期提前1 d。 本研究结果表明,含水量越低剥壳率越高,因此生产上应降低荚果含水量,从而提高生产效率。 但就荚果含水量而言,含水量较低时,花生籽仁表现为脆性,受到较小压力就易产生破损;随着荚果含水量的增加,一方面花生仁中淀粉的韧性变大,使抗破损力增大;另一方面花生仁对水分的吸收能力接近饱和,种皮与外壳间间隙变小,脱壳时容易造成果仁破损,导致花生机械脱壳种子的出苗率与发芽率均低于手工剥壳。本研究中3种不同类型花生品种含水量在12.0%～13.5%时,籽仁破损率最低。

相同含水量荚果机械脱壳与手工脱壳对脱壳种子出苗品质影响差异不显著、对产量影响差异显著;但是机械剥壳条件下随着荚果含水量的提高,剥壳种子发育花生产量呈递增趋势,泰花8号、泰花9号和宁泰9922均在荚果含水量为15.0%时剥壳种子发育花生产量最高,但与低含水量下手工剥壳种子发育花生产量差异不显著。 同时相关性分析结果表明花生产量与出苗率呈极显著正相关,与种用荚果含水量呈正相关,但相关性不显著。 主要是由于在低含水量时,机械脱壳造成籽仁损伤使出苗率降低,造成产量下降;同时籽仁在低含水量状态下,手工剥壳也会造成少量籽仁破损,导致出苗率产量略低于荚果含水量为15.0%时的机械脱壳处理。 因此生产上既要考虑生产效率,也要考虑机械剥壳对籽仁造成的破损率。 建议大面积播种前种用荚果含水量控制在12.0%～13.5%。