廣州種質(zhì)資源庫建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

     我國是一個蔬菜種質(zhì)資源十分豐富的國家,是公認(rèn)的世界上許多蔬菜起源中心之一。在我國,南北蔬菜種類有很大差異,南方蔬菜種類比北方豐富,尤其是廣東省蔬菜資源在我國占有重要地位。據(jù)已入國家長期庫蔬菜種質(zhì)統(tǒng)計(jì),廣東省的菜心、芥蘭、豇豆、節(jié)瓜、苦瓜、絲瓜等在全國占有絕對優(yōu)勢。/六五0至/八五0期間,廣東省農(nóng)科院蔬菜研究所共收集保存蔬菜種質(zhì)資源3 000多份,并對廣東省的蔬菜種質(zhì)資源進(jìn)行了性狀鑒定,經(jīng)整理和繁殖,送交國家種質(zhì)資源庫作長期保存。/九五0期間,廣東省農(nóng)科院蔬菜所與中國農(nóng)科院作物品種資源研究所共同對京九鐵路沿線粵北段平遠(yuǎn)、和平、龍川、始興4個縣的蔬菜資源進(jìn)行了搶救性考察收集,收集到各類蔬菜種質(zhì)資源502份。但是,由于種質(zhì)資源庫建設(shè)滯后,貯存設(shè)備、設(shè)施不夠完善,原收集保存的部分種質(zhì)資源包括部分我省傳統(tǒng)的名優(yōu)蔬菜品種已損失。
     2002年,廣東省科技廳與廣州市科技局共同資助立項(xiàng),建立廣東蔬菜種質(zhì)資源庫。至2003年10月,廣東省農(nóng)科院蔬菜研究所已建成一座體積55 m3、庫容約2.3萬份、可調(diào)溫調(diào)濕的現(xiàn)代化蔬菜種質(zhì)資源中期庫�，F(xiàn)將該種質(zhì)資源庫建設(shè)的技術(shù)關(guān)鍵報(bào)道如下。
1 機(jī)組的選擇
     制冷機(jī)組是種質(zhì)資源庫的核心部分,其制冷除濕性能直接關(guān)系到種質(zhì)貯藏的壽命。廣東蔬菜種質(zhì)資源庫建設(shè)對外招標(biāo)要求達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)是冷庫溫度(-5)e,相對濕度[50%。制冷機(jī)組的選購根據(jù)種質(zhì)庫的耗冷量來決定。
1.1 種質(zhì)庫耗冷量計(jì)算方法
     本種質(zhì)庫總耗冷量(Q)由圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗冷量(Qa)、日進(jìn)貨耗冷量(Qb)、操作耗冷量(Qc)3部分組成。具體計(jì)算方法為:Q=(Qa+Qb+Qc)R[3],其中R為管道耗冷系數(shù),取1.07,經(jīng)計(jì)算求得本種質(zhì)庫總耗冷量為2329.7 W。
1.1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗冷量(Qa) Qa=KFvt。其中,K:傳熱系數(shù),150 mm厚聚氨酯K=0.17 W/m2#e;F:圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面積,為105.3 m2;vt:室內(nèi)裝配庫溫度為32e,冷庫最低設(shè)計(jì)溫度為-10e,計(jì)算出vt值為42e。計(jì)得本種質(zhì)庫圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗冷量為751.8W。
1.1.2 日進(jìn)貨耗冷量(Qb) 本種質(zhì)庫為中期庫,使用要求是每10天左右進(jìn)貨1次,每次約25 kg,按鋁箔袋包裝,每天進(jìn)貨1次計(jì)算,日進(jìn)貨耗冷量Qb=Qb1+Qb2。(1)種質(zhì)耗冷量Qb1= G1@C1@vt@0.28/24=13.4 W,其中G1=25 kg、C1=1.09 kJ/kg#e、vt=42e、0.28為單位換算率(下同);(2)包裝耗冷量Qb2=G2@C2@vt@0.28/24=2.1 W,其中G2為鋁箔袋包裝約10 kg、C2=0.42 kJ/kg#e、vt=42e。計(jì)得本種質(zhì)庫日進(jìn)貨耗冷量為15.5 W。
1.1.3 操作耗冷量(Qc) 包括照明耗冷量(Qc1)、電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)耗冷量(Qc2)、開門耗冷量(Qc3)和工作人員耗冷量(Qc4),操作耗冷量Qc=Qc1+Qc2+Qc3+Qc4。(1)照明耗冷量Qc1=7.5 W/m2@21.73 m2@0.6=97.8 W,其中7.5 W/m2為單位面積照明燈功率、0.6為同期使用系數(shù)、21.73 m2為冷庫內(nèi)面積;(2)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)耗冷量Qc2=860 N=137.6 W,其中N為冷風(fēng)機(jī)電機(jī)功率,所選設(shè)備為0.16 W,860為熱功當(dāng)量;(3)開門耗冷量按每天開門0.5 h、室溫32e、庫溫-10e計(jì)算,Qc3=465.2 W;(4)工作人員耗冷量按每天進(jìn)入冷庫4人次、每人每次0.5 h計(jì)算,Qc4=709.4 W。計(jì)得本種質(zhì)庫操作耗冷量為1410.1 W。
1.2 設(shè)備選型
     根據(jù)上述計(jì)算得出的總耗冷量,結(jié)合設(shè)備招標(biāo)提供的技術(shù)參數(shù),廣東蔬菜種質(zhì)資源庫選用了低溫風(fēng)冷型可調(diào)溫調(diào)濕的農(nóng)業(yè)種子貯藏庫專用機(jī)組。該機(jī)組制冷及除濕日運(yùn)轉(zhuǎn)時間合計(jì)設(shè)計(jì)為18 h,選機(jī)負(fù)荷為3106.3 W。在夏季室外環(huán)境溫度為40e、庫溫為-10e時,主機(jī)(5HP)制冷量為6047.6 W,備用機(jī)(3HP)制冷量為3605.3 W,完全可以滿足庫溫-10e時制冷量3106.3 W的要求。
2 庫體構(gòu)建
     種質(zhì)庫的庫體包括墻體、頂板、地下保溫層和地坪等。為了減少外界熱量傳入庫內(nèi),影響庫溫的相對穩(wěn)定,節(jié)省能耗,種質(zhì)庫采用的保溫層必須具有良好的絕熱性能。根據(jù)廣東蔬菜種質(zhì)資源庫要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)及中期庫一般采用的保溫層材料及厚度,該種質(zhì)庫的墻板及頂板選用了國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的150 mm厚聚氨酯雙面噴塑鋼板冷庫板,現(xiàn)場拼裝施工,其優(yōu)點(diǎn)是比重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率低,有自熄性。庫門為150 mm厚聚氨酯冷藏門,配進(jìn)口閉門器及五金件,根據(jù)種質(zhì)庫原門洞大小預(yù)先訂造。地下保溫板選用導(dǎo)熱系數(shù)為0.027W/m#k的進(jìn)口舒泰龍XPS保溫材料,厚度為125mm。所有庫板接縫及地坪保溫板均進(jìn)行密封防潮處理�？紤]到移動種子架滑軌承重問題,在地下保溫層上鋪設(shè)了10 cm厚的鋼筋混凝土,以減輕滑軌對保溫板的局部壓力。為了防凍,混凝土所用水泥為高標(biāo)號硅酸鹽水泥,鋪設(shè)混凝土?xí)r還預(yù)留了庫內(nèi)化霜水的地漏。
3 種子架的選用
     種質(zhì)資源庫的種子架有固定式和活動式兩種類型。固定式種子架不能移動,種子架之間要留走廊,以便存取種子和人員通過,走廊占用面積較多,因此大大降低了種質(zhì)庫的有效庫容。廣東蔬菜種質(zhì)資源庫采用的是移動式密集種子架,由架體、種子筐和傳動裝置組成。移動種子架架體大小為寬2.65 m、長4.16 m、高2.00 m,體積22.05 m3。種子架分12層,層間距15 cm;分8列,每列寬52 cm、長265 cm;每列4節(jié),每節(jié)長60 cm。距地板15 cm高開始放種子筐,一共可擺放規(guī)格為59.5 cm@49.0 cm@13.0 cm的種子筐384個。傳動裝置由軌道、滾輪、鏈條、軸承、鏈輪、軸和搖把等組成,種子架可通過搖把輕便地來回移動。
廣東蔬菜種質(zhì)資源庫的設(shè)計(jì)貯存量為:大粒蔬菜種質(zhì)每份120~200 g、小粒蔬菜種質(zhì)每份30~60 g,每個種子筐可裝載大粒種子40~60份、小粒種子100~150份,按2/3的種子筐用于貯存大粒種子、1/3的種子筐用于貯存小粒種子計(jì)算,廣東蔬菜種質(zhì)資源庫的庫容量達(dá)2.3萬份以上。
4 包裝材料的選用
     為防止種子在貯藏過程中因吸濕而導(dǎo)致活力下降,必須將干燥后的種子裝入密封的容器中。目前使用較多的密封包裝容器有玻璃容器、金屬容器和鋁箔袋,其中鋁箔袋在世界上應(yīng)用最廣泛。我國國家種質(zhì)庫使用的種子包裝容器有螺旋式馬口鐵種子盒、防銹鋁一次性密封種子盒和鋁箔袋。廣東蔬菜種質(zhì)資源庫選用鋁箔袋作為包裝容器,其優(yōu)點(diǎn)是使用方便、造價低、占用貯藏空間少、質(zhì)量輕、搬運(yùn)和管理方便等。其原料主要是鋁箔和聚乙烯,每袋年滲水量小于40 mg。鋁箔袋規(guī)格有3種,大袋為26 cm@12 cm,用于包裝大粒種子,如菜豆、豇豆、苦瓜、絲瓜、甜玉米等;中袋為18 cm@10 cm,用于包裝中粒種子,如黃瓜、白瓜、西瓜等;小袋為12 cm@8cm,用于包裝小粒種子,如茄果類、葉菜類等。因種子袋封口需要,還配備了1臺自動熱合機(jī)。
5 種質(zhì)資源前處理室建設(shè)
     為了保證入庫種子的初始發(fā)芽力及在庫內(nèi)能保持較長的貯藏時間,種子入庫前必須進(jìn)行發(fā)芽率測定和干燥處理。本所于2003年12月已建成了蔬菜種質(zhì)資源前處理室。該前處理室添置了干燥箱、電子分析天平、快速水分測定儀等儀器設(shè)備。種子發(fā)芽率測定所采用的技術(shù)主要依據(jù)5農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程 發(fā)芽試驗(yàn)6(GB/T 3543.4-1995)要求,并結(jié)合實(shí)際情況作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。種子干燥采用的條件是烘箱溫度為(30?2)e、室內(nèi)溫度<18e、相對濕度<40%;干燥時間依種子大小、種殼厚度和和密度的不同而異,一般為3~5天。入庫種子含水量測定采用抽測的方法,經(jīng)抽測的種子含水量應(yīng)達(dá)到中期庫貯藏要求(<9%)。抽測比例為每批次每種作物送交入庫種子份數(shù)的15%~20%。
6 廣東蔬菜種質(zhì)資源庫的運(yùn)行情況
     種質(zhì)庫建成后即進(jìn)入調(diào)試和試運(yùn)行,目的是檢查機(jī)組的制冷除濕效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)組運(yùn)行前需預(yù)熱,預(yù)熱時間根據(jù)氣溫而定,一般為2~8 h,氣溫低則預(yù)熱時間長。預(yù)熱完成后,可根據(jù)要求設(shè)定庫房溫度和濕度。本種質(zhì)庫所用機(jī)組運(yùn)行時先制冷后除濕,即當(dāng)溫度降到設(shè)定值、庫內(nèi)濕度上升到一定值后再除濕。廣東蔬菜種質(zhì)資源庫運(yùn)行一段時間后的監(jiān)測結(jié)果見表1。從表1看出,在廣州市氣溫較高的6月中旬,甚至日氣溫較高的白天,主機(jī)和備用機(jī)的溫、濕度均能降到設(shè)定值(-5e,45%)。當(dāng)庫溫\-2.9e時開始制冷,這時庫內(nèi)相對濕度增加,而在停機(jī)后相對濕度下降;當(dāng)相對濕度\48.0%時開始除濕,這時庫內(nèi)溫度上升。在運(yùn)行過程中,機(jī)組還會根據(jù)蒸發(fā)器結(jié)霜情況自動除霜,這時庫內(nèi)溫度會略為上升,而相對濕度上升幅度較大,但在隨后的制冷過程中相對濕度又會降低至一定值。按冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范[5],除霜過程中庫內(nèi)溫度升高幅度應(yīng)[7e。在名義工況下,當(dāng)庫容100 m3時,制冷設(shè)備工作時間系數(shù)應(yīng)[0.7。試驗(yàn)結(jié)果表明,兩臺機(jī)組的工作時間系數(shù)、除霜過程溫度升高值均符合規(guī)范要求,說明該種質(zhì)資源庫的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于本種質(zhì)庫備用機(jī)功率較小,按原設(shè)計(jì)要求,僅在主機(jī)發(fā)生故障時及年氣溫較低的12~2月份使用。

注:(1)主機(jī)檢測日期為6月12日,外界環(huán)境溫度為29.6~33.6e,相對濕度為57%~65%;備用機(jī)檢測日期為6月13日,外界環(huán)境溫度為31.8~33.1e,相對濕度為41%~46%。(2)表中溫、濕度為庫內(nèi)環(huán)境數(shù)值,取平均值;表中/-0表示未能獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)。(3)工作時間系數(shù)=每天工作時間/24。
7 結(jié)語
     廣東蔬菜種質(zhì)資源庫經(jīng)過9個月的運(yùn)行,庫內(nèi)溫、濕度技術(shù)指標(biāo)達(dá)到作物種質(zhì)資源中期庫設(shè)計(jì)要求,即庫溫為(-5?5)e、相對濕度[50%,運(yùn)行情況正常,可以接納種質(zhì)入庫保存。該種質(zhì)庫采用移動式密集種子架,使庫內(nèi)只需留相互垂直的兩條通道,大大地提高了種質(zhì)庫的有效庫容,庫容達(dá)到2.3萬份以上。經(jīng)過干燥、密封包裝,原始活力達(dá)到國家種質(zhì)庫初始芽率標(biāo)準(zhǔn)的蔬菜種質(zhì),在該種質(zhì)庫內(nèi)保存,其活力預(yù)計(jì)可維持在10~15年,從而為我省蔬菜種質(zhì)資源的妥善保存創(chuàng)造了極為有利的條件。
     目前制冷機(jī)組有風(fēng)冷和水冷兩種類型。水冷式機(jī)組需設(shè)置水泵、水箱、散熱塔等設(shè)備,投資較多,給水系統(tǒng)停水時間較長時就不能正常工作。風(fēng)冷式機(jī)組無須輔助設(shè)備,投資較少,使用方便,容易實(shí)現(xiàn)自動控制,但在氣溫較高時,冷凝溫度也較高。因此,在建設(shè)種質(zhì)資源庫時,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮,平衡利弊,揚(yáng)長避短,選擇適合的制冷機(jī)組。廣東蔬菜種質(zhì)資源庫為一個獨(dú)立的庫房,因此需配備2臺機(jī)組:主機(jī)1臺,備用機(jī)1臺。如果在同一地點(diǎn)建設(shè)多個種質(zhì)資源庫,從節(jié)約成本角度考慮,溫、濕度技術(shù)要求相同的2~3個冷庫可通過聯(lián)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共用1臺備用機(jī)組,還可將各種質(zhì)庫的控制系統(tǒng)集中安裝到1間房內(nèi),用聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)對庫內(nèi)的運(yùn)行情況(溫、濕度條件等)集中監(jiān)測,用閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)對整個庫內(nèi)場景實(shí)時監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)多個種質(zhì)資源庫的現(xiàn)代化管理。

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