黎子明
(江西省农业机械研究所，江西南昌 330044)
0 引言
种子作为一种具有生命的生产资料，在农业生产中具有重要的作用。种子加工就是对种子从收获到播种前采取的各种技术处理，以改变种子的物理特性，提高种子品质，获得具有高净度、高发芽率、高纯度和高活力商品种子的过程，是种子产业发展的核心。
种子是农业生产中的核心。俗话说，国以农为本，农以种为先，种子在农业生产中具有核心地位。有研究资料表明，过去100 年农业生产效率提升的60%来源于种子技术。从中长期发展趋势上看，由于受资源约束的影响，未来农业生产效率的提升75～90%将来源于种子和生物技术[1]。
国家对种业发展十分重视，已上升到国家战略。2011年4月11日，国务院印发《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》，5月10日，国务院又召开了全国现代农作物种业工作会议，全面部署加快推进现代农作物种业发展各项工作。国务院总理温家宝就我国种业发展作出重要批示，要求加快制订《全国现代农作物种业发展规划》，强化政策支持，加大投入力度，着力提高我国种子产业发展水平。我国种业发展引起全社会前所未有的高度关注，种业发展面临重大机遇，种子加工作为种子生产的核心环节，其技术、设备需求也将越来越大。
1 种子加工工艺流程及各个环节的基本要求
不同种类种子的形态特征、化学性质、物理特性各不相同，对加工设备的性能和加工工艺的要求不同。种子加工成套设备常用的工艺流程如图所示[2]。
1.1 预清选
其主要目的是除去秸秆、玉米芯等大的杂质和皮屑、灰尘等轻杂物，为进一步加工打下基础。由于对预清选后的种子质量要求不高，目前国内的一些加工生产线并没有配备相应的预清选设备，但从生产线的自动化程度、生产效率、烘干种子时节约能耗的角度来看，配备预清选设备是必要的。
1.2 干燥
种子干燥是制种、贮种的重要环节，而机械干燥可以实现机械化、自动化作业，操作简单省力，生产率高，大大缩短干燥时间。种子具有生命，对温度的变化特别敏感，这就要求在干燥过程中必须低温干燥、精确控温，做到安全高效、受热均匀、节能和环保[3]。
干燥方式有分批式和连续式两种，循环干燥是分批式的一种。高水分稻谷、蔬菜种子多采用分批干燥，玉米和小麦种子多采用连续式干燥。
对种子干燥机的要求主要有如下几点：
1）保证烘后发芽率不低于自然晾晒；
2）烘后种子水分均匀，不均匀度<2.5%；
3）在结构上力求装卸方便，清种容易，不混种；
4）干燥室内温度均匀，种子受热温度不超过规定值，干燥时间不宜过长；
5）种子干燥的最终水分一般应低于粮食的储存水分，有时达8～9%；
6）设计时应考虑能烘干多种作物的种子，或同一作物但不同品种的种子，能烘极少量的种子；
7）能耗小，成本低，干燥效率高，经济性好。
1.3 精选
精选是一切种子加工中的核心工序，利用风筛精选机不同筛片尺寸和风量大小的复式组合，从种子中剔除比合乎要求种子宽度或厚度过大、过小或悬浮重量更轻的种子和杂质，有效地提高种子的净度和千粒重。由于是复式的加工工序，不同种类的种子对喂料速度、筛孔种类和尺寸的选择以及风量大小的要求都是很严格的[4]。
1.3.1 喂料速度的选择。种子的外形尺寸、重量和喂料速度成正比的关系，在保证最大加工速率的前提下，应以筛面均匀布满种子为宜，且种子层厚度不能超过筛框高度（避免溢出）。喂料速度过快，容易引起精选机出口的堵塞，还会造成部分种子的漏选。同类种子，其筛程越长则精选效果越好。
1.3.2 筛孔种类和尺寸的选择。圆孔筛和长孔筛最为常用，若要按种子的宽度进行分离，则选用圆孔筛；若按种子的厚度分离，则选用长孔筛。以玉米为例，不能以种子的长度进行分级，厚度只是用来分离圆、扁粒而不能分离大小。可先用长孔筛分出圆、扁粒（一般可用宽度5.5～6.5mm的筛片），然后再用圆孔筛分出大、小粒。如加工大豆用的下筛，若以半粒豆杂质为主，可用长孔筛或长孔筛和圆孔筛的组合使用效果更为理想。在筛孔尺寸的选择上，应根据种子、杂质的尺寸分布、成品净度要求和获选率要求进行选择。值得提出的是，种子尺寸越接近筛孔尺寸，其通过率越小，因此在确定筛孔尺寸时，应比被筛种子分界尺寸稍大些[4]。
1.3.3 风量大小的选择。在种子外形大小相当的前提下，其自身的饱满度不完全相同，悬浮重量也就不同。当种子自身重量小于气流对它的压力时，种子就被气流带走，利用这个原理，通过调节风量的大小就可分离出较轻的种子和杂质。在加工如水稻等较轻的种子时，要适当减小除尘系统的引力，以降低损耗。
1.4 长度分选
经过精选后，有些种子中含有比要求的种子长或短的籽粒或杂质需要清除。例如，春小麦中的燕麦，小麦中的破碎粒、草籽、土粒，水稻中的大米粒等，使用窝眼筒进行分选具有很好的效果。窝眼筒清选也是按长度分选最重要、应用最广泛的加工工序。其除短杂和除长杂的工序分别称之为正分选和逆分选。在生产过程中，应当正分选与逆分选相结合，同时清除短杂和长杂以提高加工质量。在窝眼形状的选择上，也要根据不同作物而选用具有针对性的窝眼。例如，用近似半球形Ⅱ型窝眼对水稻种子的破碎粒和小籽粒具有较好的分选效果；在除去小麦种子中搀杂的土粒时，用圆形窝眼同样具有良好的效果。
1.5 种子包衣
种子包衣是实现种子质量标准化的重要措施。该工序要求种衣剂在种子表面分布均匀、严格控制好药种比例，并根据不同作物和不同防治对象选用不同剂型的种衣剂。种衣剂分布的均匀性由设备自身的性能所决定。但值得注意的是，包衣种子经提升机的提升后，由于机械作用和种子间的相互摩擦，会造成种子表面部分种衣剂脱落。可通过改进工艺，如将包衣机位置提升，经包衣的种子无需提升而直接进入计量包装工艺前的暂储仓来加以解决。另一方面，在对流动性较差的种子（如水稻种子）进行包衣时，要适当控制给料速度，以免包衣机出料口发生堵塞。
对于采用高压空气进行种衣剂雾化的种子包衣机，要求药种混合机构密闭且配备有独立的袋式除尘系统，以减小雾化的种衣剂颗粒对人和环境造成的危害；此外，操作人员应适时采取必要的防护措施，如佩戴橡胶手套、防毒口罩等。
1.6 计量包装
在种子包装材料、标签的使用以及计量精度等方面，国家有关部门及相关法律已做出了明确的规定。实际生产中，应定时对包装好的成品进行抽检，严格把关，做到包装质量、计量精度合格。全自动计量包装机组具有高效、简便、计量准确等特点，但对包装材料要求严格、投资大。目前我国各地的种子加工量、包装材料的使用不一，应根据实际情况选用适当的计量包装机械，不仅能节省资金，也不会造成资源浪费。
种子包装时必须注意以下几点：
1）种子必须经过精选和药剂处理；
2）严格控制种子含水量。
3）注意种子标签、实行商标策略；
4）选择合适的包装材料和包装规格；
5）包装计量要准确无误；
6）种子包装上印刷的图文要醒目明了；
7）种子包装必须以销售计划为依据；
8）原则上陈种子不予包装。
高效、优质的加工工序是种子加工产业得以顺利发展的重要保障，这同精良的种子加工设备和科学合理的生产线流程设计是紧密相关的。
2 种子加工机械存在的问题及发展趋势
种子加工是实现种子商品化、标准化的重要手段，在种业中的地位和作用不言而喻。竞争开放的种子市场对种子质量、科技含量的需求不断提高，自然对种子加工也提出了全新的要求，而理想的种子加工效果只有通过先进的种子加工机械来实现。80年代起，我国种子机械从开始起步走向蓬勃发展，通过引进、仿制、消化、吸收，成功研制并推广了一批种子精选、烘干、包衣及中小型成套设备。然而现有机型还存在一些问题，已不能满足日益提高的现代种子加工要求。
2.1 现有种子加工机械存在的问题
种子加工主要包括种子干燥、清选、包衣、包装等核心环节，从使用相应国产种子加工机械看，普遍存在一些问题：
2.1.1 种子干燥设备。大多采用连续流动循环式粮食（谷物）干燥设备对种子进行烘干，没有将种子看作是活的生命有机体，很少研究热风温度、干燥时间等因素对种子活力的影响。从而导致机型单一、烘干工艺落后，没有适合种子干燥的专用机型或特定工艺。对不同类种子干燥缺少相应的实验数据，实际操作中带有很大的盲目性；干燥机械化水平、自动化程度低，几乎全过程由人工控制；热效率低、单位能耗大，导致运行成本高，并难以达到大批量加工的生产率要求；干燥过程中易产生破碎粒、“爆腰”粒，影响种子质量；干燥机热风炉故障率高，机器可靠性差，运行中噪音、灰尘大，环境污染严重[5]。
2.1.2 种子清选设备。清选设备主要包括风筛式清选机、窝眼筒清选机、重力式清选机等机型。这些大都是国外样机的仿制产品，由于制造工艺、使用材质、加工精度等原因，使用性能已大大降低，造成清选分层（区）不明显，好种子与杂质难于彻底分离，遇到含杂量稍高的物料须经过反复加工后才能勉强达到要求；多为通用型设备，由于不同类种子的表面特征、理化特性等相差很大，专用机型缺乏，参数调节性差；易受电压波动等外界因素影响，清选效果时好时坏，运行稳定性差；较少考虑加工操作实际，工人完成清机、参数调节等工作时不便[6]。
2.1.3 种子包衣设备。目前大多是断续给料、药杯联动的早一代种子包衣机，属原理最简单的一种。国产包衣机存在的主要问题有：断续给料供药，种子与药液难于均匀接触，无法保证药液均匀粘附在种子表面；密封性能不理想，包衣剂毒性大，对加工人员造成危害并污染环境；用搅龙对种子进行搅拌，易破碎种子；包衣剂浓度高、粘性大，贮药桶内缺乏搅拌装置，形成的沉淀物常造成供药系统堵塞；种子包衣后含水量显著上升，必须翻晒（烘干）后才能安全贮藏，增多了加工工序及增大了工作量[7]。
2.1.4 种子包装设备。种子包装包括计量、制袋、充填、封袋等一系列流程。目前大部分包装工作仍是人工完成，国内还没有一台真正意义上的全自动种子包装机。国产半自动包装机多为通用型设备，广泛应用于食品、化工等行业进行自动称量，由于种子特殊的理化特性，
采用此类机型用于种子计量难于保证称重精度。可以说国内种子自动包装设备还是一个急需研究的课题[8]。
2.2 种子加工设备的发展趋势
种子加工成套设备一般包括烘干机、初清机、风筛清选机、窝眼清选机、比重清选机、包衣机、计量包装秤及其附属设备。我国种子加工设备及加工工艺的研制要立足中国国情，提高现有技术水平的同时，要重点开发研制特色化、易操作化、易维修以及价格低廉的种子加工机械。 智能化种子加工成套设备是种子加工的必然趋势。利用单片机和软件技术实现微电脑的智能化控制。这样，只需一台 PC 机便可控制一套设备、多台机器，可实现设备的远程控制、监视和报警等功能，节省了人力物力，提高了农业生产的自动化程度。其次，基于虚拟仪器软件技术的种子加工成套设备，利用多种传感器监测，实现温度、角度、药物浓度、速度等各数值的实时监测，根据数据库对加工工艺进行自动选择和电源控制，以适应不同种子的加工工艺要求，从而提高种子加工的精准性。并可以根据视频情况，对机械进行远程控制。自动化监测与控制，优化了控制参数，使得种子加工质量大大提高。这种自动化加工设备将是未来的发展趋势，在节约人力物力的同时，提高加工质量。再次，种子加工设备将向精准性高，可调性强，适应各类种子的加工方向发展，保证种子的加工质量的同时，还要考虑种子加工设备的环保性能，特别是加工车间室内外粉尘浓度含量、噪音及药物安全处理与排放等因素。欧洲各国种子加工企业基本采用计算机辅助设计的手段，板材加工采用数控技术加工中心进行生产，专用模具多，产品标准化、系列化、通用化程度高。我国种子加工行业要引进消化吸收国外先进技术，同时，加大力度进行国产化创新，产、学、研紧密结合，实现规模化、自动化、标准化、精细化、外向化种子加工处理系统[9] [10]。
3 种子加工设备研发方向
当前，我国种子加工技术与装备的供给还不能较好地满足种子加工业需求，市场上还缺乏成熟可用的大吨位高效种子加工设备、种子特种加工设备等，严重制约着我国种子产业发展。我们必须紧密跟踪国际种子加工技术前沿，结合当前市场需求和已有研发基础，持续研发大吨位高效种子加工技术装备，提高种子加工装备系列化水平；重点突破种子色选、引发处理及丸粒化处理等特种加工关键技术，为霉变、微裂种子选别、种子活力提高、种子精播提供有效装备；同时开展新型种子加工工艺技术原理、种子加工成套设备优化提升等方面研究，为种子产业发展提供有力技术支撑。重点研究方向为：
1）研发双风系自平衡式风筛清选、精细化自平衡式重力精选、智能化包衣等高效（12t/h以上）种子加工关键技术装备；
2）研发种子色选、引发处理及丸粒化处理等特种加工技术装备；
3）根据不同作物种子的特征差异，研究种子加工过程中的运动学和动力学特性，探索新型种子加工工艺技术原理；
4）开展种子加工成套设备集成研究，优化提升种子加工流水线弹性工艺技术和人性化操作技术。
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