摘要 总结了智能化水稻芽种生产工艺技术、生产设备构成、工作原理及生产系统的功能特点等，分析了该系统在其他农作物芽种生产上的应用，以供参考。
关键词 智能化；水稻；芽种生产；其他农作物；应用
中图分类号 S233.71 文献标识码 B 文章编号 1007-5739（2013）17-0091-02
智能化水稻芽种生产系统由供热、供水、选种、浸种催芽箱和智能控制系统等5个部分组成，可实现浸种、给排水、破胸和催芽等全过程的温度控制和液位控制，可解决人工选种和传统浸种催芽所带来的受热、受氧不均和人工翻种随意性等问题，从而提高水稻芽种质量、芽种生产效率和水稻产量[1-3]。该技术与装备在黑龙江省已经得到广泛的推广应用，对推动黑龙江省水稻育苗现代化进程、提高水稻生产机械化、标准化水平起到了积极的促进作用，为实现黑龙江省农业增产、农民增收、实施5 000万t粮食产能巩固工程、推进黑龙江省现代农业进程和保障国家粮食安全起到了关键的促进作用。该技术与装备可用于棉花、甜菜和玉米等其他农作物种子集中处理和催芽领域，以提高棉花等相关农作物产量、质量和规模化生产水平，为加快发展现代农业和进一步增强农村发展活力提供技术装备保障[4-5]。
1 智能化水稻芽种生产工艺技术
1.1 水稻芽种生产工艺及流程
晒后稻种装袋、装箱，经11～13 ℃水浸种7～10 d，32～33 ℃水破胸10～12 h，25～28 ℃水催芽10～12 h，常温晾芽后可播种育苗，其工艺流程见图1。
1.2 总体布置
每栋催芽温室摆放2排浸种催芽箱，中间为公共操作通道，每排由若干个浸种催芽箱和1个热水箱组成1个独立控制系统单元，2个控制单元间的供排水管路相连。
1.3 主要技术
1.3.1 热水制备系统。可根据投资情况选择燃油热水锅炉、普通电热水锅炉、电磁感应热水装置和空气源热泵热水装置。在水稻芽种生产上创新应用专用型空气源热泵和电磁感应热水装置等。空气源热泵是一种高效集热并转移热量的装置，运用逆卡诺循环原理，采用小部分电力驱动压缩机运行，整个热泵系统投入运转，通过蒸发器不断从低温大气环境中吸收热量，通过冷凝器将系统吸收的热量和消耗的电能传递低温环境。其电热转化效率在200%以上（黑龙江省3—4月水稻芽种生产季节），能耗显著降低。电磁感应热水制备装置在智能化水稻芽种生产中的应用，可使得系统更安全实用，提高系统的现代化和智能化程度，减少环境污染，与燃油锅炉、普通电热锅炉相比，可节省热源费用、提高使用寿命、降低维护费用，可在智能化水稻芽种生产中广泛推广使用的新型热水制备装置。
1.3.2 单泵液体换向供回水。由单一循环水泵、电动阀和复用管路联合完成单管路变换液体流向，使浸种催芽箱与热水箱的水进行单泵循环，解决了传统双向流动装置中使用2条管路、使用安装复杂等问题，简化系统，降低成本，简化操作。
1.3.3 喷淋增氧动态催芽。通过布置在浸种催芽箱上部边缘的环形喷淋水管进行增氧，提高种子发芽能力，达到增氧动态催芽、提高芽种质量的目的，这也是“快、齐、匀、壮”的水稻芽种生产的关键和技术瓶颈。
1.3.4 浸种催芽箱箱底过滤。采用箱底过滤器阻止箱内种子等杂物进入管道系统，以保证泵阀正常工作，同时，改变进出水口水流方向与强度，使得透水与回水过程更加平稳，从而提高浸种催芽箱内种子受热均衡性。
1.3.5 热水管泵复用调配技术。通过管路、循环泵和电动阀门优化组合设计，动态调配管路水流方向，使得系统内的大循环（热水箱与每个浸种催芽箱之间的供回水、加热装置联合为热水箱加热循环）和自循环（单台加热装置为对应的催芽箱喷淋、增氧和保温循环）有机结合，顺利而有序地完成热水制备、增氧催芽、喷淋保温和透水增温等工艺过程（图2）。
2 水稻芽种生产设备构成及工作原理
每个独立控制单元由以下4个部分组成：一是热水制备系统。包括1个热水箱、1台热水循环泵、1台电加热装置、多个水流方向控制电动阀门和热水循环管路。主要工作原理是：通过1台热水循环泵和1台电加热器将热水箱内的水加热，当水箱水温达到设定值时，加热循环系统自动关闭，不再加热。反之，当水箱水温低于设定温度值时，电加热器热水循环泵自动启动加热。二是大循环浸种催芽供回水循环系统。包括多个浸种催芽箱、1个热水箱、1台给回水复用循环泵、多台箱底过滤器、多个水流方向控制电动阀、多个给回水复用电动阀和1套给回水复用管路。主要工作原理是：当某一浸种催芽箱需要注入某温度的水时，该浸种催芽箱的给、回水电动阀打开，同时给水泵启动，将需要的热水箱内的水注入该浸种催芽箱，完成透水过程；当该浸种催芽箱内水温降低到设定值时（或设定一时间段后），自动启动回水泵，同时给、回水电动阀自动打开，这样将浸种催芽箱的水返回到热水箱内，完成回水过程。三是小循环自动电加热系统。它包括1台自身小循环水泵、1个手动阀门、1台电加热器、1套喷淋系统、1套给、回水管道系统。主要工作原理是：在浸种阶段每天需要翻种1～2次。在破胸和催芽阶段，当适温热水注入浸种催芽箱后或排水后，该系统利用剩余少量水进行自动恒温循环喷淋，起到增氧翻种作用，实现恒温有氧破胸催芽。四是浸种催芽箱和热水箱部分。箱内均设有温度监测、水位监测。热水箱，设有自动冷水补水电控阀门，根据设定水位和温度进行自动补水或降温。
3 智能化水稻芽种生产系统功能特点
该成套设备具备分箱控制、操作简单灵活、实用耐用和节能环保等特点，系统设计科学合理，工艺连续性强，劳动强度低，智能化程度、芽种质量和生产效率高，可实现浸种、排水、破胸和催芽等全过程自动控温、自控液位和自控给排水等控制过程，可广泛应用于各种大中型水稻芽种集中生产车间。主要技术特点归纳如下。
3.1 智能化程度高
系统全部采用电脑智能控制，通过智能模块采集温度传感器和压力传感器的数据，经过智能模块传送PLC处理，经过PLC对数据进行分析处理，对浸种、破胸和催芽过程进行控制，并且把处理过程传送给分箱控制系统，通过触摸屏进行直观地控制操作。同时，采集到的数据也被传送到中央控制室，中央控制室对采集到的温度和液位数据进行实时显示、监控和存贮，实现在中央控制室对现场进行智能控制。
3.2 自动化程度高
该芽种生产系统可实现浸种、排水、破胸和催芽等全过程自动控温、自控液位和自控给排水等控制过程，以及超限延时、温度超限瞬时报警等；此外，可根据客户需要，增设与智能温室集中控制系统的接口，以进一步提高芽种生产全过程的控制精度。
3.3 机械化程度高
该系统选配连续式水稻自动选种机，在传统盐水选种基础上，通过增加气流或水流辅助选种装置和传送提升装置来提高选种精度和效率。该设备可实现进料、水选、排瘪种和提升出料等机械选种，提高智能化水稻芽种生产线的机械化程度，从根本上解决水稻集中育秧系统中的连续性差、机械化程度低、生产效率低和劳动强度大等多年来一直未解决的难题。此外，该系统还可通过选配装卸袋吊车，实现机械装箱和机械出芽种，进一步提高系统的机械化率。
3.4 芽种质量高
创新应用组合清洁能源复用供热、单泵液体换向供回水和浸种催芽箱箱底过滤等国内领先水平的新技术，为种子创造更加适宜的萌发条件，可解决传统浸种催芽所带来的受热、受氧不均和人工翻种随意性等问题，是使稻种发芽更加“快、齐、匀、壮”的有力保障，从而提高水稻芽种质量。
3.5 环保、耐用
电热水装置工作时不产生有害废气，不耗用室内氧气，不产生噪音，且不对周围环境造成影响，符合当前的世界潮流；电磁技术使水磁化，长期使用内胆不易产生水垢，延长加热器炉胆寿命，另外，组合式玻璃钢水箱的使用寿命可达15年以上。
4 系统在其他农作物芽种生产上的应用
目前，我国的棉花、玉米和甜菜等种子浸种、催芽方式是机器和手工并存，近几年部分种植户开始试用小型催芽机，而绝大部分农户仍以手工控制的土法为主。从发展趋势上看，随着现代农业的发展，在棉花、玉米和甜菜主产区，芽种生产将由中小型向大型芽种集中生产系统方向发展，集选种、消毒、浸种和催芽于一身的芽种生产系统集成，将以连续作业的全程自动监控的生产线模块的形式在未来棉花、玉米和甜菜等规模化生产中得到广泛推广应用。目前，国内棉花选种、浸种和催芽装置基本上处于小型化、手工催芽阶段，存在受热、受氧不均和人工翻种随意性等问题，会导致不同程度的不均衡萌芽现象，难以达到理想的“快、齐、匀、壮”的工艺技术要求，同时，在棉花、玉米和甜菜等农作物机械化生产过程中尚处于播前系统不连续的半机械化状态，存在生产效率低、劳动强度大等问题，目前的芽种生产技术已远远不能满足现代化大规模高效的棉花芽种生产系统的新需求。该芽种生产系统可实现集中生产芽种（浸种和催芽），可播全苗、早出苗、早发育，可早育苗、育壮苗、抗灾害、创高产。
5 参考文献
[1] 赵忠良，李含锋，闫景凤，等.黑龙江省大中型水稻芽种生产设备的发展趋势[J].农机化研究，2011（2）：242-244.
[2] 赵忠良，金锟鹏，闫景凤，等.空气源热泵在寒冷地区水稻芽种生产系统中的应用[J].农机化研究，2011（9）：205-207.
[3] 赵丽平，刘春旭，张连萍，等.寒冷地区现代温室加温系统[J].农机化研究，2011（10）：245-248.
[4] 赵忠良，王春华，闫景凤，等.电磁感应热水器在寒冷地区水稻芽种生产系统中的应用[J].现代农业科技，2012（12）：184，191.
[5] 赵忠良，王春华，张连萍，等.新疆地区大中型棉花芽种生产设备的发展趋势[J].现代农业科技，2012（13）：213，218.
