隋榮娟，潘瀅月，孫居彥

（山東農(nóng)業(yè)工程學院，山東 濟南 250100）

花生是世界四大油料作物之一，也是重要的經(jīng)濟作物，我國花生的總產(chǎn)量和出口量均居世界首位[1，2]。收獲是花生生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，然而我國花生生產(chǎn)機械化水平較低，2015年中國花生收獲機械化剛剛進入初級水平[2]。目前，花生聯(lián)合收獲機械存在損失率較高的問題，其中，因果柄節(jié)點斷裂而造成的機械損失超過總損失的90%[3，4]。因此，研究鮮濕花生果柄的抗拉性能對于設計新型花生收獲機械以及改進現(xiàn)有收獲機技術參數(shù)以降低花生損傷率及提高經(jīng)濟效益具有重要意義。

影響果柄抗拉性能的因素有多個，其中果柄含水率是最重要的因素。大部分研究表明，收獲期內(nèi)秧蔓-果柄節(jié)點的抗拉強度略高于果柄-莢果節(jié)點[5-7]。孫同珍[8]的研究表明，花生成熟初期，果柄-莢果節(jié)點抗拉強度較??；但在花生成熟后期，秧蔓-果柄、果柄-莢果節(jié)點的抗拉強度幾乎相同。沈一[9]研究了不同品種花生果柄的抗拉性能，結(jié)果表明，不同品種花生之間果柄抗拉強度存在明顯差異，北方品種的果柄抗拉強度普遍高于南方品種。此外，孫雅文[10]研究了莢果成熟度對果柄抗拉強度的影響。

除了以上因素，土壤質(zhì)地也會影響花生果柄節(jié)點抗拉性能。目前，有關土壤質(zhì)地對花生果柄節(jié)點抗拉性能的影響規(guī)律還不明確。我國花生品種眾多，各個區(qū)域土壤性質(zhì)相差很大，有必要進一步對不同品種花生開展研究，分析土壤質(zhì)地對果柄抗拉性能的影響。本研究針對同一植株不同成熟度的花生秧蔓-果柄、果柄-莢果節(jié)點抗拉強度進行測試，分析土壤質(zhì)地對兩者的影響，為花生收獲機械的優(yōu)化設計提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器

試驗對象為魯南地區(qū)種植的豐花1 號和魯花11 花生，取樣時花生處于收獲時期。花生種植土壤為砂土和壤土，一年一季種植，種植方式為雙行壟種，即壟距85 cm、壟高20 cm、穴距15 cm。

試驗中，分別采用CMT4503 型萬能材料試驗機、SFY-60 型鹵素快速水分測定儀測量果柄節(jié)點的抗拉性能和果柄含水率。

1.2 試驗方法

從砂土和壤土地中分別挖取5 株花生，在每個植株上選取不同成熟度的花生莢果，人為分為1～5五個等級，莢果成熟度越低等級越低。觀察發(fā)現(xiàn)，大部分花生莢果成熟度處在4、5 級。人工清理后，分別對秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點進行拉伸測試；拉斷后，對果柄含水率進行測量。

1.2.1 抗拉強度測試

將花生秧蔓、果柄、莢果按圖1 所示固定，對秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點分別進行拉伸試驗，以節(jié)點斷裂時對應的臨界拉力作為抗拉強度。試驗中加載速度為20 mm/min、上限載荷500 N。每項測試重復5 次，以平均值作為最終測試結(jié)果。

圖1 花生果柄節(jié)點拉伸試驗Fig.1 Tensile tests of peg nodes

1.2.2 果柄含水率測試

將拉斷后的果柄剪碎，然后稱量待測果柄的重量，設置烘干溫度為150℃，進行含水率測定。每項測試重復5 次，最后取平均值。

2 結(jié)果與分析

試驗發(fā)現(xiàn)，秧蔓-果柄拉伸時，斷裂點絕大多數(shù)處在兩者節(jié)點處；果柄-莢果拉伸的斷裂點在莢果的底部，一部分甚至將莢果底部的經(jīng)絡撕下而斷裂。果柄含水率隨莢果成熟度的增加而降低，其值在35%～60%之間。

2.1 成熟度對抗拉強度的影響

由試驗結(jié)果可知，豐花1 號花生秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點的臨界拉力分別處于4.2N～10.3N、3.5N～8.5N 范圍內(nèi)；魯花11 花生秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點的臨界拉力分別處于3.2N～10.5N、3N～8.4N 范圍內(nèi)。兩個品種花生的果柄節(jié)點抗拉強度相差較小，果柄節(jié)點臨界拉力隨莢果成熟度的變化規(guī)律曲線如圖2、圖3 所示。成熟度對果柄抗拉強度的影響實質(zhì)是果柄含水率的影響，因此，圖中采用果柄含水率代表了莢果成熟度。

圖2 豐花1號果柄節(jié)點抗拉強度隨莢果成熟度的變化規(guī)律Fig.2 Variation of the tensile strength with maturity of Fenghua No.1

圖3 魯花11果柄節(jié)點抗拉強度隨莢果成熟度的變化規(guī)律Fig.3 Variation of the tensile strength of the peg over pod maturity

從上圖可以看出，無論是壤土還是砂土中種植的花生，秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點的抗拉強度隨莢果成熟度的變化規(guī)律是一致的，都隨花生成熟度的增加而增大。莢果成熟度較低時（1-2 級），秧蔓-果柄節(jié)點抗拉強度與果柄-莢果節(jié)點的抗拉強度非常接近，因此，在機械摘果時會造成此類莢果帶柄率高。莢果成熟度較高時（3-5 級），秧蔓-果柄節(jié)點抗拉強度高于果柄-莢果節(jié)點，因此，在設計花生挖掘裝置和摘果裝置時，參數(shù)應以果柄-莢果節(jié)點抗拉強度為依據(jù)。

2.2 土壤質(zhì)地對果柄強度的影響

為了研究土壤質(zhì)地的影響，分別對砂土和壤土中種植的花生果柄節(jié)點抗拉強度進行了比較，其對照如圖4、圖5 所示。

圖4 土壤質(zhì)地對豐花1 號花生果柄節(jié)點強度的影響Fig.4 Effects of soil texture on the peg node strengths of Fenghua No.1

從圖中可以看出，與壤土地種植的花生相比，砂土地種植的花生不論是秧蔓-果柄節(jié)點還是果柄-莢果節(jié)點的抗拉強度都要高。對于豐花1 號花生，其值約高1.4N；魯花11 花生，其值約高2N。因此，在設計花生收獲機械時，需要考慮土壤質(zhì)地的影響，提高設備的適用性。

圖5 土壤質(zhì)地對魯花11 花生果柄節(jié)點強度的影響Fig.5 Effects of soil texture on the peg node strengths of Luhua 11

為了獲得不同土壤中果柄節(jié)點抗拉強度和含水率的定量關系，以豐花1 號為例，采用Origin 軟件對果柄含水率與臨界拉力進行了曲線擬合分析，結(jié)果表明兩者之間的關系近似為二次函數(shù)，函數(shù)關系式為：

式中，F(xiàn)1、F2分別為壤土種植花生秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點的臨界拉力，N；F′1、F′2分別為砂土種植花生秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點的臨界拉力，N；為果柄含水率（%），變化范圍為35%～60%。

3 結(jié)論

1）收獲期內(nèi)，兩個品種花生果柄的含水率都在35%-60%之間，其值隨莢果成熟度的增加而降低。

2）秧蔓-果柄、果柄-莢果節(jié)點的抗拉強度隨著果柄成熟度的增加而增加。莢果成熟度較低時，兩者的抗拉強度非常接近；莢果成熟度較高時，秧蔓-果柄節(jié)點抗拉強度高于果柄-莢果節(jié)點抗拉強度。

3）在本文研究的范圍內(nèi)，兩個品種花生果柄含水率與果柄節(jié)點抗拉強度都近似為二次函數(shù)關系。砂土種植的花生，秧蔓-果柄節(jié)點、果柄-莢果節(jié)點的抗拉強度都要高于壤土種植的花生。

以上研究針對山東地區(qū)的兩種花生品種以及砂土和壤土土壤質(zhì)地，對其他花生品種以及土壤質(zhì)地，還需要進一步研究。