樟子松果園烘裂脫粒工藝研究

樟子松果園烘裂脫粒工藝研究

樟子松是中國(guó)東北、西北地區(qū)、內(nèi)蒙古和華北廣大地區(qū)種植的樹(shù)種。它具有耐寒、耐脊薄、生長(zhǎng)快、天然更新能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在內(nèi)蒙海拉爾的沙漠上,它茁壯成長(zhǎng),大片成林。因此,在沙漠、荒山和平原造林中,它是可選擇的優(yōu)良樹(shù)種。在東北、內(nèi)蒙地區(qū),樟子松球果每年九至十月份成熟,成熟的球果鱗片,將種籽緊緊地包裹在它們之間。至翌年四至五月份,當(dāng)春風(fēng)驟起,氣候干燥,溫度升高時(shí),球果的鱗片自然變形,球果開(kāi)裂,夾在球果鱗片間的種籽才能脫出。由于樟子松種子本身帶薄翅,自球果內(nèi)脫出后,隨風(fēng)飄舞,散落遠(yuǎn)方,無(wú)法收集。因此,人工造林所需的種籽,必須用機(jī)械或熱烘等方法,自采集的球果中提取。但用機(jī)械的方法使鱗片變形,球果開(kāi)裂,提取其中的種籽比較困難。目前,我國(guó)普遍采用加熱的辦法,將球果烘裂取種。例如,內(nèi)蒙海拉爾地區(qū)紅花爾吉林業(yè)局,是將樟子松球果分層放置在干燥室的架子上,用火炕、火墻加熱,將溫度控制在55℃～60℃之間。從球果放入干燥室至球果全部開(kāi)裂的時(shí)間為一個(gè)生產(chǎn)周期。紅花爾吉林業(yè)局干燥室的一個(gè)生產(chǎn)周期約兩至三天,即四十八小時(shí)至七十二小時(shí)。牡丹江青山林場(chǎng)的干燥室是用“地籠”加熱。使?fàn)t內(nèi)產(chǎn)生的燃?xì)?從地下煙道通過(guò),用來(lái)加熱室內(nèi)的地面,使干燥室的溫度上升到規(guī)定的溫度。球果在干燥室內(nèi)分兩層放置,一個(gè)生產(chǎn)周期約需一周時(shí)間。本研究的目的是通過(guò)對(duì)樟子松球果,在不同條件下烘裂、出種及發(fā)芽情況的觀(guān)察,結(jié)合樟子松球果組織結(jié)構(gòu)特性的分析,探討最合理、最適宜的處理?xiàng)l件和熱烘的工藝過(guò)程,以便為設(shè)計(jì)高效能的樟子松球果烘裂脫粒機(jī)提供工藝設(shè)計(jì)參數(shù),為縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)率,制定合理的工藝過(guò)程提供試驗(yàn)依據(jù)。一、球的開(kāi)裂試驗(yàn)試驗(yàn)是用一九八O年十月,由內(nèi)蒙紅花爾吉林業(yè)局寄來(lái)的球果進(jìn)行的。十個(gè)為一組,共七組。每個(gè)球果拴上塑料標(biāo)簽,標(biāo)簽記錄球果的原重與編號(hào),防止在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生混亂。各組球果用不同的方法進(jìn)行處理。處理的方法有;在不同的烘干時(shí)間過(guò)程中,浸清水、鹽水、堿水和洗衣粉水。利用恒溫干燥箱對(duì)球果加熱。箱內(nèi)的鼓風(fēng)機(jī),既可攪動(dòng)箱內(nèi)熱空氣,使箱內(nèi)各處溫度均勻,同時(shí)也起排出潮氣的作用。根據(jù)前次試驗(yàn)最佳的球果烘裂溫度范圍為55°～60℃。在這個(gè)溫度范圍內(nèi),球果的烘裂、出籽速度及發(fā)芽率都較高,因比,本次試驗(yàn)的溫度仍控制在這個(gè)范圍內(nèi)。試驗(yàn)過(guò)程中,球果每次出烘箱后,對(duì)每組分別用天平稱(chēng)出每個(gè)球果的果皮與種籽重量,并進(jìn)行分組、分號(hào)照像,以便觀(guān)察、分析、對(duì)比。為闡述、分析方便,本研究使用了以下各種用語(yǔ),其含義如下:第二、三組球果處理方法相同,所得的結(jié)果也相同。第一、二次,由于是干烘,球果鱗片變形小,開(kāi)裂程度小。在第三次入爐烘干前浸了清水,球果開(kāi)裂顯著(如圖7、圖8所示),中下部的種籽也能出來(lái),故出種也不少(參看圖9)。第四次是干烘,開(kāi)裂的變化不大,原殘存在球果內(nèi)的種子不多,所以出籽量也少,而且質(zhì)量較次。第四組球果一至三次是干烘,開(kāi)裂速度緩慢,變化不大。第四次球果烘前浸了清水,故開(kāi)裂度大,與前次相比十分顯著(見(jiàn)圖10,圖11)。從出籽情況看,仍是第二次較多,第四次也多,這是因?yàn)樗_(kāi)裂得較好,球果中、下部分的種子也能出來(lái)的緣故。第五組球果干烘的1～2次,開(kāi)裂速度緩慢(其中1、3號(hào)球果由于有蟲(chóng)害,始終沒(méi)有開(kāi)裂),第三次球果入干燥箱前浸了不同濃度的鹽水,但其開(kāi)裂程度不如浸清水的球果大。以后各次,雖在入烘箱前浸了清水,但球果開(kāi)裂速度仍不太理想(見(jiàn)圖12,圖13)。第六組球果,1～2次是干烘,球果的開(kāi)裂速度緩慢。第三次球果入烘箱前浸不同濃度的堿水,其開(kāi)裂速度雖比干烘時(shí)快一些,但其程度仍比浸清水略差一些。至第四次出箱時(shí),球果的開(kāi)裂程度才與第二組第三次相近,從時(shí)間上看,多烘了3～4小時(shí)。以后各次,球果入烘箱前浸了清水,其開(kāi)裂程度才逐漸與二、三組球果相應(yīng)的次數(shù)的開(kāi)裂情況相近。第七組球果,在第三次入箱前浸了洗衣粉水,其結(jié)果與第六組球果相似,10號(hào)球果因蟲(chóng)害未開(kāi)。二、干烘和浸水是根綜合上述各組球果的烘裂情況,可以看出:1)球果在55?！?0℃的恒溫下干烘時(shí),其開(kāi)裂速度是緩慢的。如第一組球果,連:續(xù)干烘了十四小時(shí)二十五分,還沒(méi)達(dá)到全開(kāi)的程度(如果在第五次入箱前不進(jìn)行水浸,即使再延長(zhǎng)干烘時(shí)間,球果也難達(dá)到全開(kāi)的程度)。其出籽重量比約為百分之六、七十。在實(shí)驗(yàn)中,每次取籽都是將球果的尖部朝下,輕輕敲擊桌面,所以雖然球果的開(kāi)裂程度小,種籽也能從球果中脫落出來(lái)。出籽重量比所以達(dá)到60～70%,就是這種原因。2)當(dāng)球果干烘一段時(shí)間,其鱗片略向外張開(kāi),鱗片間呈現(xiàn)裂紋(試驗(yàn)表明,所有鱗片出現(xiàn)裂縫,需要3～6小時(shí)左右),然后浸水再烘,經(jīng)四小時(shí)左右,球果開(kāi)裂程度較大,再經(jīng)四小時(shí)左右烘干,球果的鱗片幾乎全部張開(kāi)。以后再繼續(xù)加溫,它的開(kāi)裂程度變化不大。從球果開(kāi)始烘干,至浸水后四小時(shí),共連續(xù)烘十小時(shí),其出籽重量比達(dá)75～80%(如第二、三組球果)它比干烘的效果好,在同樣的時(shí)間內(nèi),多出10%的種籽而時(shí)間約縮短30%。3)球果在烘裂過(guò)程中的浸水應(yīng)選擇在球果鱗片均勻出現(xiàn)裂縫時(shí)為好,特別是球果底部的鱗片間出現(xiàn)裂縫時(shí)為宜。因?yàn)樵谶@樣的條件下浸水,各鱗片的內(nèi)外表面都可以吸收水分,有助于球果開(kāi)裂。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),浸水時(shí),球果底部鱗片松開(kāi)的程度,決定了球果開(kāi)裂速度的快慢。松開(kāi)的程度較好時(shí)浸水,其開(kāi)裂速度就快,反之則慢。如第二組的4、5號(hào)球果(參看圖7、圖8)。4)在烘裂過(guò)程中,浸鹽、堿、洗衣粉水溶液的效果不如浸清水顯著,而且對(duì)發(fā)芽率有不利的影響。本試驗(yàn)所做種子發(fā)芽試驗(yàn),是在出籽后馬上進(jìn)行的,如果處理出來(lái)的種子,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的儲(chǔ)存,對(duì)種子的發(fā)芽,是否會(huì)有更大的不利影響,有待以后進(jìn)一步試驗(yàn)。三、樟子松果實(shí)的組織結(jié)構(gòu)與開(kāi)裂之間的關(guān)系1樟子松屬一種大尺寸材料,其結(jié)果從以下5個(gè)月內(nèi),土壤厚度為10.2.樟子松球果的最大直徑約為2～3.5厘米,長(zhǎng)約4～6厘米,每個(gè)球果約有50～70個(gè)鱗片?？拷训镊[片較短,往上逐漸變長(zhǎng),果心呈兩頭尖的錐體。上部的錐角較小,長(zhǎng)度大;下部的錐角較大,長(zhǎng)度小,其形狀如圖14。果心的外表皮,是由1～1.5毫米厚的木質(zhì)組織構(gòu)成,黃白色,在顯微鏡下觀(guān)察,它的組織細(xì)膩,有縱向纖維,其硬度比果心中部高一倍左右。果心中部的組織是棕紅色,在顯微鏡下觀(guān)察,呈小顆粒狀。這兩種組織均延伸至球果的鱗片上,構(gòu)成鱗片的特殊結(jié)構(gòu)。鱗片的內(nèi)側(cè)面,叫向軸面,有一層厚約0.1毫米左右的薄膜,韌性較好,抗彎能力強(qiáng)。緊挨著是一層黃白色木質(zhì)組織,它是果心外表皮組織的延伸物。如將鱗片與果心的連接部分稱(chēng)為根部,則這種木質(zhì)組織,從鱗片根部起約五毫米左右是連成片的,越接近鱗片端部,它的厚度越薄,繼續(xù)往上就分成數(shù)十根木質(zhì)纖維,其直徑約為0.11毫米,一直延伸至鱗片端的鱗臍內(nèi)。木質(zhì)纖維之間有棕紅色顆粒狀結(jié)構(gòu),質(zhì)地松軟,它比果心中部的軟組織還要松軟,為區(qū)別起見(jiàn),稱(chēng)它為顆粒組織。樟子松鱗片的外側(cè)面,叫背軸面,是由一層與果心內(nèi)部相同的組織構(gòu)成,它有一定的密度,干燥后有較大的收縮能力。從鱗片的根部往上,厚度逐漸減小,它的寬度也逐漸縮小,其他部位為顆粒組織所占據(jù)。干燥時(shí),厚度大的地方收縮應(yīng)力大,而木質(zhì)部分的收縮小,故使鱗片張開(kāi),球果開(kāi)裂。變形較大的地方在鱗片的根部。鱗片的橫剖面,是中間厚,兩側(cè)薄。向軸面的曲率半徑小,即彎曲度大;背軸面的曲率半徑大,即彎曲度小。在生長(zhǎng)過(guò)程中,球果鱗片外側(cè)面的軟組織生長(zhǎng)速度略高于內(nèi)側(cè)的木質(zhì)組織,使鱗片有一個(gè)緊貼果心的應(yīng)力。鱗片是分層交叉重疊,從球果的尖部起,重疊到球果的根部,疊在上面的鱗片長(zhǎng)度,逐層縮短(由于果心細(xì)長(zhǎng),所以靠近端部的球果鱗片也是短的),每層約差半個(gè)鱗臍的長(zhǎng)度。鱗臍是四棱錐體,具有三角形斷面,內(nèi)部組織均勻,抗彎性能好,剛性大。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有良好的力學(xué)性能,使球果變成一個(gè)結(jié)實(shí)的,掰不開(kāi)的果實(shí)(圖15)。沒(méi)有開(kāi)裂的球果表面,是由一個(gè)個(gè)呈四棱錐形的鱗臍組成,表面是青黃色,略有光澤,透水性、透氣性均不好,有利于保持球果內(nèi)部的水分。每年九月分左右成熟的球果留在樹(shù)上,經(jīng)過(guò)7～8個(gè)月的風(fēng)吹雨淋,到次年四、五月份才干燥開(kāi)裂,就是這個(gè)緣故。2成分配的球與球浸水處理的球在烘干過(guò)程中,鱗臍表面先受熱干燥,特別是在鱗臍的邊緣較薄處先干燥收縮。在橫截面上,球果鱗片內(nèi)側(cè)曲率半徑逐步加大,使球果的鱗片間出現(xiàn)裂縫。只要底部的短鱗片有微小的變形,下層鱗片所受的向心壓力就會(huì)減小,或消失,于是從下部鱗片開(kāi)始,各層鱗片間開(kāi)始松動(dòng),出現(xiàn)裂縫。由于底部短鱗片生長(zhǎng)角度位置的關(guān)系,它們的微小變形,就可以使球果的其他鱗片產(chǎn)生較大的變形空隙,球果上部鱗片的變形,將使底部鱗片互相靠緊,如圖16所示。由于球果鱗片所含水分不多,干燥時(shí)球果鱗片兩種組織因失去水分所引起的體積變形量的差別和由此而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力差小,所以干烘球果時(shí),它們的開(kāi)裂速度比較緩慢。如第一組球果連續(xù)烘了十多個(gè)小時(shí),球果開(kāi)裂的程度還是很小?？梢酝茰y(cè),新采集下來(lái)的球果,馬上進(jìn)行處理,它的開(kāi)裂速度可以快一些,能縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)率。如果新采集下來(lái)的球果,不馬上進(jìn)行處理,而讓它在自然條件下,緩慢地干燥,即使經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間,球果的開(kāi)裂程度仍然很小。這是因?yàn)榍蚬[片失水緩慢,兩種組織的體積變形互相牽制,影響球果的開(kāi)裂速度與開(kāi)裂程度。在進(jìn)行烘裂處理時(shí),鱗片內(nèi)水分已降低得很少,烘干過(guò)程中,鱗片喪失的水分少,兩種組織體積變形量相差甚小,產(chǎn)生的收縮應(yīng)力差,所以拖長(zhǎng)了開(kāi)裂的時(shí)間,甚至久烘不開(kāi)。為了加速球果的開(kāi)裂,用浸水的辦法來(lái)提高鱗片的含水量,使它各種組織軟化。在干燥過(guò)程中,每個(gè)鱗片的兩種組織體積收縮程度差大,產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力,促使鱗片產(chǎn)生較大的變形,向外張開(kāi),加速球果的開(kāi)裂。從第二、三、四組球果在浸水前后烘裂的照片,可以明顯地看到它們之間的區(qū)別;浸水前開(kāi)裂速度慢,浸水后開(kāi)裂速度快。這說(shuō)明了在烘干過(guò)程中,浸水處理可以縮短球果脫粒的生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)率。但是,浸水需要掌握好時(shí)機(jī),才能獲得較好的效果。試驗(yàn)中曾有一組球果,在烘干前,進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的浸水,其效果不太顯著。這是因?yàn)槭骨蚬械亩嗔克终舭l(fā)出去需要較長(zhǎng)的時(shí)間,所以拖長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。四、幾個(gè)問(wèn)題的評(píng)論1裂的阻力受蟲(chóng)害的球果,一般在表面分泌出較多的松脂,在熱烘過(guò)程中,松脂融化,將鱗片粘住,一方面防礙了球果內(nèi)部水分的蒸發(fā),另一方面增加了鱗片開(kāi)裂的阻力,使球果在烘干時(shí)難於開(kāi)裂,或完全不能開(kāi)裂。把這種球果從受蟲(chóng)害的部位剖開(kāi),可以發(fā)現(xiàn)球果內(nèi)部組織混亂,鱗片之間互相粘連在一起,不像正常球果那樣鱗片之間條理分明。因此,不管怎樣干燥,它們也不能開(kāi)裂(參看圖10、圖11中第1、3號(hào)球果)。從剖面看,受蟲(chóng)害的球果,受害部分是沒(méi)有種子的,其他部位的種子,質(zhì)量較次。因此,有可能的話(huà),應(yīng)將它們淘汰,以免對(duì)它們進(jìn)行無(wú)意義的處理,浪費(fèi)人力物力和時(shí)間。2新壓緊的dna通過(guò)對(duì)球果烘干、開(kāi)裂和鱗片變形開(kāi)裂的觀(guān)察,發(fā)現(xiàn)球果底部鱗片的變形有兩種情祝;一種情況是底部的鱗片在干燥中發(fā)生變形,但在新的位置上鱗片之間重新壓緊,這是開(kāi)裂得比較好的情況。夾在鱗片間的種子大都可以順利地脫出。另一種情況是球果上部的鱗片變形張開(kāi),開(kāi)度足夠種子出來(lái),而下部鱗片間的開(kāi)裂不大?？磥?lái)這部分鱗片間的種子是不能出來(lái),或難于出來(lái)。這些球果是否需要重新浸水干燥呢?從這些球果剖面可以看到,與果心上部相連的鱗片間都包裹著帶翅的種籽,而與果心下部相連的鱗片間是沒(méi)有種子的,這部分的鱗片約占球果1/3的長(zhǎng)度。因此,開(kāi)裂不好的球果根部鱗片沒(méi)有必要再繼續(xù)烘裂處理。3果皮開(kāi)裂和最佳水合力的實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)中,各組球果的相對(duì)失水率,在第一、二次出烘箱時(shí),一般可達(dá)80～90%。即在球果開(kāi)始入箱烘干的六個(gè)小時(shí)內(nèi),球果大部分的水分已經(jīng)烘出,但是球果的開(kāi)裂程度卻不夠理想。這是因?yàn)榍蚬谏L(zhǎng)過(guò)程中,鱗片有較大的向心壓力,使球果各鱗片抱得很緊,要使它松開(kāi)、開(kāi)裂,需要較大的反向力,這力是靠鱗片內(nèi)兩種組織的體積變形差產(chǎn)生。當(dāng)球果相對(duì)失水率達(dá)80～90%時(shí),反向應(yīng)力剛剛克服鱗片的向心壓力,鱗片開(kāi)始向外產(chǎn)生變形。因此球果的開(kāi)裂程度不夠大。以后使鱗片繼續(xù)變形所需的應(yīng)力就逐漸減少,只要有少量的失水,所產(chǎn)生的組織應(yīng)力就夠了?？墒窃趯?shí)際烘干過(guò)程中,鱗片的組織變形應(yīng)力克服了向心力后,就沒(méi)有多少含水量了,繼續(xù)干燥也不能再產(chǎn)生足夠的組織變形。因此出現(xiàn)了開(kāi)裂速度的減緩和停頓。因而需要進(jìn)行浸水處理,以提高鱗片的含水量,使鱗片柔軟,促進(jìn)球果鱗片在烘