寒地水稻大棚育秧蒸汽催苗系统设计及参数优化

【摘要】：黑龙江省是我国粮食主产省份之一，主产作物为水稻、玉米和大豆。但因其地处我国北方高寒地区，具有年平均太阳辐射量偏低，作物气候生长期偏短的特点。使得一些晚熟高产品种难以在此地区进行有效推广。尤其是水稻的种植，常常需要通过提早扣棚提温、提早育苗，抢夺有效积温，从而达到水稻高产的效果。 本论文的主要研究对像是水稻种植前期催苗和育苗的生产工艺。针对当前水稻催芽育苗存在的一系列问题，试提出了一套适合在我国北方高寒地区使用且可以广泛推广的一套蒸汽催苗系统。 该蒸汽增温育苗系统主要由电蒸汽发生器、温度控制器、压力喷头、对流风扇、三通、弯头、不锈钢无缝管，继电器和塑料小棚（5*2*1m）组成。该蒸汽增温小棚架设于常规温室大棚内，此常规温室大棚配有锅炉保温系统，使棚内温度维持在18-22℃。其工作原理为，当蒸汽发生器通电后开始工作，当蒸汽发生器产出的蒸汽压力超过压力喷头额定压力时由四个压力喷头开始向小棚内注入蒸汽，小棚内分布的15个温度传感器将采集到的温度反馈到温度控制仪上，当任意一点温度传感器反馈温度超过温度控制仪设定的上限（31℃）或低于下限（29℃）时，向继电器发出继电器信号，关闭或开启蒸汽发生器和对流风扇电源，以达到控制温度的目的。 本实验选取影响蒸汽增温系统工作效率的四个主要运行参数喷头数量（A）、喷头处蒸汽压力（B）、对流风扇转数（C）和喷气时间（D）作为试验因素，实施中心组合试验来优化该蒸汽增温系统工作运转参数。通过对中心组合实验结果进行分析拟合回归方程，得到了以棚内15个温度探头间温度间观测值的方差值为函数，四个因素为自变量的二次回归方程。采用Design Expert软件对该回归方程进行方差分析，其结果表明，A、B和C三个因素对方程影响显著，D因素对方程影响不显著，且A和C之间存在交互作用。优化的系统运行最佳参数为喷头个数为4、喷头压力2.5巴、风扇转数2000rpm和喷气时间30s时，此时棚内地面15个测温点间方差最小为0.0183。 为了验证该蒸汽增温系统的实用性，本试验后期又进行了实际催苗育苗实验，选取三种不同品种的稻谷种子并设立对照组进行试验。结果表明，相同品种的稻谷种子，在配有蒸汽增温系统的小棚内生长情况整体要明显好于对照组（无任何额外人工增温措施）。具体是从出苗时间、整体出芽率和后期成苗个体素质上均要好于对照组。