李毅峰，劉成侶

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 廣州 510520）

1 種子超聲波處理機(jī)技術(shù)發(fā)展概況

1.1 技術(shù)原理

種子超聲波處理機(jī)主要原理是通過(guò)剛性盛載容腔體壁、直接縱向地把超聲波作球體聚焦、推向種子聚集空間，使超聲彈性機(jī)械波能在種子粒群中傳導(dǎo)、繞旋、反彈、穿透，令種子接受超聲波輻照能。水稻種子經(jīng)超聲波處理（干法或濕法），促進(jìn)種子透氣、種子吸水和種子淀粉酶活性增加，進(jìn)而種子發(fā)芽率提高、秧苗強(qiáng)壯、抗逆性強(qiáng)、早生快發(fā)，主莖苗增加和低位大分蘗增加，從而導(dǎo)致有效穗增加、每穗粒數(shù)增多和產(chǎn)量提高。水稻種子經(jīng)超聲波處理，亦能提高水稻糙米率和整精米率以及香米香氣含量，降低稻米堊白米率和堊白度，顯著改良稻米品質(zhì)。

物理技術(shù)處理種子的研究屬于現(xiàn)代生物物理工程領(lǐng)域，旨在通過(guò)物理手段改善作物種子性狀，以達(dá)到增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。利用物理作用原理在線批量處理植物種子，整個(gè)流程為全自動(dòng)及智能化。超聲場(chǎng)處理種子具有三大優(yōu)點(diǎn)：一是能促進(jìn)苗齊、苗壯，增加秧苗的抗逆能力；二是在施肥量和農(nóng)藥噴施量不增加的前提下，協(xié)調(diào)水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因子，增加水稻的產(chǎn)量；三是改善稻米的品質(zhì)，增加水稻種植的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

利用特定頻率和功率超聲波對(duì)作物種子進(jìn)行處理可以提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)。以水稻為例，對(duì)不同基因型水稻種子超聲波處理后，有3 個(gè)特點(diǎn)：一是縮短發(fā)芽周期、提高種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率，降低種子腐爛率，同時(shí)出苗整齊、苗壯，提高秧苗的抗逆能力；二是通過(guò)超聲波處理提高了不同基因型水稻的地上部干物質(zhì)積累總量、凈光合速率、葉綠素含量和葉面積指數(shù)，顯著提高了水稻的有效穗數(shù)和單位面積穎花數(shù)，最終表現(xiàn)為不同基因型水稻產(chǎn)量的提高；三是通過(guò)超聲波處理還能夠降低水稻品種的堊白度和堊白粒率，改善稻米的外觀品質(zhì)。對(duì)于其他作物而言亦有相同效果。

1.3 國(guó)外相關(guān)技術(shù)方法情況

不同于生物改良種子技術(shù)，通過(guò)物理的方式處理種子，能更直接更快捷使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到增產(chǎn)提質(zhì)效果。因此，世界各農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)很重視物理處理種子技術(shù)的開發(fā)。目前，國(guó)際上都采用磁化、激光輻照等技術(shù)處理種子以達(dá)到作物增產(chǎn)的目的。由于在國(guó)外該類設(shè)備主要處于理論階段，國(guó)內(nèi)尚未見同類設(shè)備，未有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制標(biāo)過(guò)程以自主制定為主。

2 《種子超聲波處理機(jī) 質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的意義和基本原則

2.1 意義

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)主要作物種植面積如表1所示。

表1 全國(guó)主要作物種植面積不完全統(tǒng)計(jì)表

超聲波處理作物全國(guó)覆蓋情況，如圖1 所示。

圖1 超聲波處理作物全國(guó)覆蓋圖

2016—2020 年（作物）超聲處理服務(wù)面積，如表2 所示。

表2 2016—2020年（作物）超聲處理服務(wù)面積表

在超聲波處理作物的實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)性能有所改善。例如，經(jīng)超聲波增產(chǎn)調(diào)優(yōu)技術(shù)處理過(guò)的水稻種子從圖片可以看出提高了種子的發(fā)芽率，根系發(fā)達(dá)，秧苗時(shí)期白根多，根系茂盛，分蘗期莖粗、株高、葉寬、側(cè)根多，分蘗多有助于增加有效穗形成水稻大穗。又例如，經(jīng)過(guò)超聲波增產(chǎn)調(diào)優(yōu)技術(shù)處理的小麥種子與常規(guī)對(duì)比，在幼苗期出芽快、出苗齊，整個(gè)生育期可以明顯看到，處理過(guò)的較常規(guī)長(zhǎng)勢(shì)旺盛，植株根莖粗壯，根系發(fā)達(dá)，分蘗更多，有效穗數(shù)、大穗多。再例如，經(jīng)過(guò)超聲波增產(chǎn)調(diào)優(yōu)技術(shù)處理的玉米種子與常規(guī)對(duì)比，發(fā)芽快、出苗齊、苗壯、基部節(jié)間短，苗期長(zhǎng)勢(shì)旺，莖稈較常規(guī)更粗壯，植株根系特別發(fā)達(dá)，根長(zhǎng)且多，整個(gè)生育期間抗病能力較常規(guī)顯著增強(qiáng)，葉片寬、葉片厚，顏色深綠，葉綠素含量高，玉米穗不禿尖，穗粒飽滿，穗大小均勻一致。

2.2 基本原則

《種子超聲波處理機(jī) 質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程，基于國(guó)內(nèi)外超聲波種子處理的相關(guān)技術(shù)研究成果，遵循以下主要原則。

1）統(tǒng)一協(xié)調(diào)性。本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T 1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1 部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)則編寫，在布局、格式、措詞等方面保持統(tǒng)一協(xié)調(diào)；標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容也保持與現(xiàn)行相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)。

2）適應(yīng)性。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)水平相適的同時(shí)，也顧及同類產(chǎn)品未來(lái)的發(fā)展方向，具有較強(qiáng)的可操作性。

3）一致性。本標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中，參照了《GB/T 3543.4 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》、《GB/T 3543.4 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 水分測(cè)定》、《GB/T 5520 糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》，在內(nèi)容等方面保證與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致，符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4）規(guī)范性。標(biāo)準(zhǔn)在編制過(guò)程中，已注意到其合理性，以及結(jié)構(gòu)與內(nèi)在的關(guān)聯(lián)，內(nèi)容劃分也經(jīng)過(guò)充分考慮，編制組認(rèn)為章條款的確立是科學(xué)、合理、有序的，做到提綱挈領(lǐng)。

5）服務(wù)經(jīng)驗(yàn)及其專家意見。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)起草人以及超聲波種子處理專家多年的業(yè)務(wù)服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，編制了技術(shù)要求、試驗(yàn)方法等，并根據(jù)服務(wù)專家意見進(jìn)行了修改。

3 《種子超聲波處理機(jī) 質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》技術(shù)要求

3.1 核心術(shù)語(yǔ)和定義

《種子超聲波處理機(jī) 質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出了種子超聲波處理機(jī)（ultrasonic seeds processor）、發(fā)芽率增值（increment in germination percentage）等術(shù)語(yǔ)和定義。其中，“種子超聲波處理機(jī)”被定義為通過(guò)對(duì)農(nóng)作物種子進(jìn)行超聲波處理，以增加其發(fā)芽率的設(shè)備；“發(fā)芽率增值”是指農(nóng)作物種子經(jīng)處理機(jī)處理后，其發(fā)芽率提高的百分?jǐn)?shù)。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容指標(biāo)或要求確定的依據(jù)

《超聲波種子處理機(jī) 質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》共有正文7 章，包括第1 章范圍、第2 章規(guī)范性引用文件、第3 章術(shù)語(yǔ)和定義、第4 章基本要求、第5 章質(zhì)量要求、第6 章檢測(cè)方法、第7 章檢驗(yàn)規(guī)則。標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容指標(biāo)或要求確定的依據(jù)說(shuō)明如下。

3.2.1 范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通過(guò)超聲波對(duì)農(nóng)作物種子進(jìn)行處理，達(dá)到增加發(fā)芽率從而提高產(chǎn)量的超聲波種子處理機(jī)的質(zhì)量要求、檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則，適用于超聲波種子處理機(jī)質(zhì)量評(píng)價(jià)。

超聲波種子處理機(jī)通過(guò)剛性有盛載容腔體壁直接縱向球體聚焦推向種子聚集空間，超聲彈性機(jī)械波能，在種子粒群中傳導(dǎo)、繞旋、反彈、穿透，令種子接受超聲波輻照能。例如，該類設(shè)備應(yīng)用于水稻種子處理時(shí)，超聲波種子處理機(jī)利用物理作用原理在線批量處理水稻種子。水稻種子經(jīng)超聲波處理，促進(jìn)種子透氣、種子吸水和種子淀粉酶活性增加，進(jìn)而種子發(fā)芽率提高、秧苗強(qiáng)壯、抗逆性強(qiáng)、早生快發(fā)，主莖苗增加和低位大分蘗增加，從而導(dǎo)致有效穗增加、每穗粒數(shù)增多和產(chǎn)量提高。

標(biāo)準(zhǔn)起草組在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，確定了利用超聲波技術(shù)手段處理種子設(shè)備質(zhì)量的指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容基于目前已較為成熟可靠的技術(shù)方法，既保證了對(duì)當(dāng)前超聲波種子處理機(jī)研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用的指導(dǎo)作用，也為今后相應(yīng)設(shè)備的改進(jìn)保留了充足的余地。

3.2.2 規(guī)范性引用文件

在獲取當(dāng)前國(guó)內(nèi)已有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)超聲波種子處理技術(shù)特點(diǎn)，參考了相關(guān)農(nóng)機(jī)具的標(biāo)準(zhǔn)，包括《GB/T 2828.11-2008 計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序第11 部分：小總體聲稱質(zhì)量水平的評(píng)定程序》、《GB/T 3543.4 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》、《GB/T 3543.6 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 水分測(cè)定》、《GB/T 3768 聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)和聲能量級(jí)采用反射面上方包絡(luò)測(cè)量面的簡(jiǎn)易法》、《GB/T 5520糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》、《GB/T 5667 農(nóng)業(yè)機(jī)械 生產(chǎn)試驗(yàn)方法》、《GB/T 9480 農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械、草坪和園藝動(dòng)力機(jī)械 使用說(shuō)明書編寫規(guī)則》、《GB 10395.1 農(nóng)林機(jī)械 安全 第1 部分：總則》、《GB 10396 農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械、草坪和園藝動(dòng)力機(jī)械 安全標(biāo)志和危險(xiǎn)圖形總則》、《GB/T 13306 標(biāo)牌》、《JB/T 5673 農(nóng)林拖拉機(jī)及機(jī)具涂漆 通用技術(shù)條件》、《JB/T 9832.2 農(nóng)林拖拉機(jī)及機(jī)具 漆膜 附著性能測(cè)定方法 壓切法》[1-12]。

其中《GB/T 2828.11-2008 計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)程序第11 部分：小總體聲稱質(zhì)量水平的評(píng)定程序》用于指導(dǎo)超聲波種子處理機(jī)的檢驗(yàn)抽樣[1]。

《GB/T 3543.6 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 水分測(cè)定》用于指導(dǎo)試驗(yàn)條件[3]?！禛B/T 3543.4 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》和《GB/T 5520 糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》用于指導(dǎo)發(fā)芽率增值性能試驗(yàn)[2]?！禛B/T 3768聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)和聲能量級(jí) 采用反射面上方包絡(luò)測(cè)量面的簡(jiǎn)易法》用于指導(dǎo)噪聲測(cè)定[4]?！禛B/T 5667 農(nóng)業(yè)機(jī)械 生產(chǎn)試驗(yàn)方法》用于指導(dǎo)生產(chǎn)試驗(yàn)考核[6]?！禛B 10395.1 農(nóng)林機(jī)械 安全第1 部分：總則》和《GB 10396 農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械、草坪和園藝動(dòng)力機(jī)械 安全標(biāo)志和危險(xiǎn)圖形 總則》用于指導(dǎo)安全防護(hù)和安全標(biāo)志[8-9]。其他引用標(biāo)準(zhǔn)用于說(shuō)明書、涂漆等相應(yīng)方面要求。

3.2.3 技術(shù)要求

1）發(fā)芽率增值。用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品的功能特性。根據(jù)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院“超聲波處理水稻種子的增產(chǎn)效應(yīng)”研究，水稻種子經(jīng)超聲波處理后，顯著提高產(chǎn)量。其試驗(yàn)種子是粵晶絲苗陳種子（YO）和粵晶絲苗新種子（YN）；試驗(yàn)方法是干法超聲波處理（GC）和濕法超聲波處理（SC）。實(shí)驗(yàn)所得出對(duì)比數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 實(shí)驗(yàn)對(duì)比表

由其試驗(yàn)及研究得出超聲波處理種子后，作物增產(chǎn)的機(jī)理，如圖2 所示。

圖2 超聲波處理植物機(jī)理圖

可見，發(fā)芽率是影響增產(chǎn)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，本標(biāo)準(zhǔn)選擇“發(fā)芽率增值”作為技術(shù)要求的最主要性能指標(biāo)，能夠直接反應(yīng)超聲波種子處理機(jī)的最主要、最核心的質(zhì)量性能。根據(jù)試驗(yàn)把“發(fā)芽率增值”指標(biāo)定為不小于2%。這個(gè)指標(biāo)值反映當(dāng)前超聲波種子處理機(jī)的技術(shù)水平，使本標(biāo)準(zhǔn)起到提高處理機(jī)性能、指導(dǎo)處理機(jī)生產(chǎn)，使處理機(jī)的質(zhì)量提高，但也沒(méi)有盲目追求高指標(biāo)，而是同時(shí)考慮了經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)不同類型種子，發(fā)芽率測(cè)定按照《GB/T 3543.4 農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)》或《GB/T 5520 糧油檢驗(yàn) 發(fā)芽試驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)定[2]。

2）純工作小時(shí)生產(chǎn)率。用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品的作業(yè)能力，因?yàn)楦魃a(chǎn)廠家會(huì)有不同大小規(guī)格的設(shè)備，所以設(shè)置的要求是“≥企業(yè)明示值”。

3）千瓦小時(shí)生產(chǎn)率。用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品的能耗，因?yàn)樵O(shè)備的作業(yè)能力不同，能耗也不同，所以設(shè)置的要求是“≥企業(yè)明示值”。

4）噪聲。噪聲關(guān)乎正常工作過(guò)程的人體健康衛(wèi)生，列入了性能指標(biāo)并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置為“≤85dB（A）”[4]。

5）安全防護(hù)和安全標(biāo)志。安全防護(hù)主要規(guī)定了回轉(zhuǎn)件、發(fā)熱件、高壓件的防護(hù)，接地端子，防水，防潮，過(guò)載，漏電，絕緣套管，絕緣電阻等的要求。

安全標(biāo)志主要規(guī)定了電柜、傳動(dòng)、高壓、高溫、接地端子、超聲波元件等標(biāo)志。

6）使用有效度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，規(guī)定為“K18h應(yīng)不小于90%”。

4 結(jié)語(yǔ)

超聲波技術(shù)可用于種子處理，相對(duì)于其他物理方法處理種子，超聲波技術(shù)有其獨(dú)特的效果。隨著超聲波種子處理機(jī)產(chǎn)品在全國(guó)的推廣應(yīng)用，社會(huì)需求逐步擴(kuò)大，生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)量也逐年增長(zhǎng)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個(gè)別企業(yè)存在使用劣質(zhì)材料、以次充好的現(xiàn)象。劣質(zhì)的超聲波種子處理機(jī)會(huì)影響植物種子的酶活性，極有可能出現(xiàn)沒(méi)有增產(chǎn)效果、增產(chǎn)不顯著、嚴(yán)重影響種子生命的3 種情況，極大損害了廣大農(nóng)戶的權(quán)益。因此，生產(chǎn)企業(yè)和用戶都迫切需要能夠?qū)υ擃愒O(shè)備的性能質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)價(jià)的技術(shù)規(guī)范?！斗N子超聲波處理機(jī) 質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)專門針對(duì)水稻種子超聲波處理機(jī)規(guī)定了其術(shù)語(yǔ)和定義、基本要求、質(zhì)量要求、檢測(cè)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施，可以對(duì)該類設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)價(jià)，保證性能優(yōu)良的產(chǎn)品服務(wù)于“三農(nóng)”。