CN102422807B - 一种吹拂授粉器及使用此吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及杂交育种领域,具体涉及一种吹拂授粉器及使用此吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,包括风机和导气装置;所述风机的出风口与导气装置连接,导气装置的出气端连接有喷气嘴;所述喷气嘴为可调式喷气嘴,通过喷气嘴可调整喷出气流与水平面的角度;喷气嘴与导气装置的出气端垂直,即气流通过导气装置进入喷气嘴后流动方向将改变90°;喷气嘴为两个,分别朝向导气装置出气端的左上方和右上方;风机连接有提供电力的电瓶和调节气流流速的流速调节装置。本发明所提供的吹拂授粉器与本发明所述的吹拂授粉方法,可利用气流将父本的成熟花粉直接吹到母本区上空,之后花粉自然下落完成授粉过程,使杂交育种的结实率明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及杂交育种领域,具体涉及一种吹拂授粉器及使用此吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法。
背景技术
随着人类社会的发展,人口压力和人们的物质文化需求使得传统农作物在产量、质量等方面都已无法满足现实需求,因此急需对农作物进行改良。现在普遍采用杂交育种作为改良方法,在杂交育种的过程中授粉环节是最重要也是最难以控制的环节之一。传统上是直接通过自然风来吹扬父本花穗为母本区授粉杂交育种结实率较小,产量最低且不可控,远远达不到育种要求;现在水稻、玉米等杂交育种一般是通过人工拿竹竿扑打植物穗颈或用机器部件直接振动植物穗颈的方式授粉,将父本花粉从花穗上分离并飞扬到母本区进行花穗授粉或是直接通过自然风来吹扬父本花穗为母本区授粉,而无论哪种方式花粉的飞扬距离都过短,导致结实率低下。
发明内容
本发明提供了一种吹拂授粉器。
此外,本发明还提供了一种使用此吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法。
使用该吹拂授粉器与该吹拂授粉方法配合能够显著提高杂交育种的结实率。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:一种用于前述吹拂授粉方法的吹拂授粉器,包括风机和导气装置;所述风机的出风口与导气装置连接,导气装置的出气端连接有喷气嘴;所述喷气嘴为可调式喷气嘴,通过喷气嘴可调整喷出气流与水平面的角度;喷气嘴与导气装置的出气端垂直,即气流通过导气装置进入喷气嘴后流动方向将改变90°;喷气嘴为两个,分别朝向导气装置出气端的左上方和右上方;风机连接有提供电力的电瓶和调节气流流速的流速调节装置。
进一步地,前述的吹拂授粉器中,导气装置包括硬导气管和软导气管,风机的出风口与软导气管的一端连接,软导气管的另一端与硬导气管连接;硬导气管与风机的出风口垂直;
进一步地,前述的吹拂授粉器中,硬导气管的中部优选设置有手柄。
进一步地,前述的吹拂授粉器中,风机的下方设有电瓶盒,电瓶和流速调节装置装在电瓶盒内;
进一步地,前述的吹拂授粉器中,所述流速调节装置包括电子调节器和流速调节旋钮,流速调节旋钮的头部伸出电瓶盒。
进一步地,前述的吹拂授粉器中,电瓶盒上连接有散热装置;
进一步地,前述的吹拂授粉器中,优选在电瓶盒与风机出风口之间连接一根散热通风管,利用风机的吹出的风进行散热。
进一步地,前述的吹拂授粉器中,风机、导气装置、电瓶与流速调节装置均设置在背架上,背架上设置有用于背负的背带。
一种吹拂授粉方法,将喷气嘴对准父本花穗喷气,使植物穗株随风顺风倾斜,倾斜后的穗株花穗从穗根到穗顶都处在风力控制范围,父本的成熟花粉在持续不断的吹拂下被带到空中;通过控制气流大小和气流轴线与水平面夹角使花粉飘落到母本区。
进一步地,前述的吹拂授粉方法中,吹拂过程中各参数满足如下公式(1):
X:花粉的横向最大运动距离,单位m;
Vo:吹拂气流离开喷气嘴时的初速度,单位m/s;
Vx:吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度,单位m/s;
bx:吹拂气流在到达母本区时的气流纵向宽度,单位m;
bo:吹拂气流离开喷气嘴时的纵向宽度,单位m;
β:吹拂气流轴线与水平面的锐角夹角度数,单位°;
Ψ:湍流系数。
进一步地,前述的吹拂授粉方法中,所述参数bx满足如下公式(2):
bx=2xtgα+bo;
α:吹拂气流的纵向的边界与气流轴线的夹角,单位°;
x:吹拂气流到达母本区时气流的轴向距离,单位:m。
其中,
参数α进一步满足如下公式(3):
α=arctg(1.899ψ);
参数x进一步满足如下公式(4):
进一步地,前述的吹拂授粉方法中,吹拂授粉植物的一块母本区两侧分别设有一块父本区,每个父本区内种植有一行平行于母本区的父本,两块父本区和一块母本区共同构成一块实验子区,相邻两个实验子区之间,距离较近的两块父本区互相平行;在吹拂授粉时相邻两块实验子区之间距离较近的两块父本同时进行吹拂授粉。
进一步地,前述的吹拂授粉方法中,当吹拂授粉植物为水稻时,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度为0.8~4.0m/s;优选为1.8~2.8m/s。
进一步地,前述的吹拂授粉方法中,当吹拂授粉的植物为玉米时,吹拂气流速度在到达母本区时的气流轴线速度为1.0~4.5m/s;优选为1.8~2.8m/s。
通过使用本发明所述的吹拂授粉器与本发明所述的吹拂授粉方法相结合,可利用气流将父本的成熟花粉直接吹到母本区上空,之后花粉自然下落完成授粉过程,使杂交育种的结实率明显提高。
本发明所提供的吹拂授粉器及使用此吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法还具有下列技术效果:
(1)可同时对两块水稻实验子区进行吹拂授粉作业,工作效率成倍提高;
(2)可根据需要调整喷气嘴改变喷出气流与水平面的夹角以及喷出气流的流速,应用范围广泛,适应能力强;
(3)结构紧凑,可随身背负,减轻工作人员的负担,提高工作效率;
(4)设计巧妙,可利用风机给自身的电瓶盒降温散热,无需另设其它装置;
(5)在吹拂授粉前便可由公式计算得到所需数据,之后可直接按照计算数据进行调整,省去了繁琐的调试过程,使用更加方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例1的吹拂授粉器主视结构图;
图2为本发明具体实施例1的吹拂授粉器左视结构图;
图3为本发明具体实施例1的吹拂授粉器右视结构图;
图4为本发明具体实施例2的水稻吹拂授粉方法示意图。
附图标记:1-喷气嘴,2-手柄,3-背架,4-风机,5-软导气管,6-散热通风管,7-电瓶盒,8-流速调节旋钮,9-背带,10-硬导气管,11-电子调节器,12-电瓶。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,基于本发明中的具体实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
一种吹拂授粉器,包括风机和导气装置;所述风机的出风口与导气装置连接,导气装置的出气端连接有喷气嘴;所述喷气嘴为可调式喷气嘴,通过喷气嘴可调整喷出气流与水平面的角度;喷气嘴与导气装置的出气端垂直,即气流通过导气装置进入喷气嘴后流动方向将改变90°;喷气嘴为两个,分别朝向导气装置出气端的左上方和右上方;风机连接有提供电力的电瓶和调节气流流速的流速调节装置。
具体实施时可以将导气装置设置为硬导气管和软导气管两部分,风机的出风口与软导气管的一端连接,软导气管的另一端与硬导气管连接;硬导气管与风机的出风口垂直。
这样风机不与硬导气管直接相连,而是通过软导气管过渡,气流在软导气管内平缓转向,不会遇到较大阻力,气流动能损失小,节约能源;同时使用软导气管连接更为灵活,必要时可使硬导气管在一定范围内转动调整吹气方向,提高适应能力。
在使用时可根据需要在硬导气管的中部设置手柄。
这样在使用时可以用手握住手柄来控制硬导气管的方向,控制更加准确也更方便。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,可以在风机的下方设置电瓶盒,电瓶和流速调节装置装在电瓶盒内;
这样设计可以使吹拂授粉器的整体结构更加紧凑,方便人员携带。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,所述流速调节装置优选包括电子调节器和流速调节旋钮,流速调节旋钮的头部伸出电瓶盒。
采用电子调节器通过电流调节风机功率进而达到调节气流流速的目的已经是非常成熟的方法,可靠性高,而且调节方便。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,所述电瓶盒上连接有散热装置。
安装散热装置可调节电瓶盒内的环境温度,使内部的仪器和设备不会因温度过高而损坏。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,可在电瓶盒与风机出风口之间连接一根散热通风管,利用风机的吹出的风进行散热。
这样设计省去了单独的散热装置,进一步降低了吹拂授粉器的体积和重量,同时因为无需为单独的散热装置供电,延长了电瓶的使用时间。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,所述风机、导气装置、电瓶与流速调节装置均设置在背架上,背架上设置有用于背负的背带。
这样在进行吹拂授粉时可以直接将吹拂授粉器背负在身上,减轻了人员的劳动强度,同时由于背负状态下人员更便于移动,所以工作效率也有所提高。
此外本发明还提供了一种使用本发明所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,包括将喷气嘴对准父本花穗喷气,使植物穗株随风顺风倾斜,倾斜后的穗株花穗从穗根到穗顶都处在风力控制范围,父本的成熟花粉在持续不断的吹拂下被带到空中;通过控制气流大小和气流轴线与水平面夹角使花粉飘落到母本区。
按照以上吹拂授粉方法可以利用气流吹拂将父本的成熟花粉吹拂到母本区完成授粉过程,相比以往的竹竿授粉法或机械授粉法,杂交育种的结实率明显提高。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,吹拂过程中各参数可满足如下公式(1):
X:花粉的横向最大运动距离,单位m;
Vo:吹拂气流离开喷气嘴时的初速度,单位m/s;
Vx:吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度,单位m/s;
bx:吹拂气流在到达母本区时的气流纵向宽度,单位m;
bo:吹拂气流离开喷气嘴时的纵向宽度,单位m;
β:吹拂气流轴线与水平面的锐角夹角度数,单位°;
Ψ:湍流系数。
具体操作时可先确定一些参数,通过公式求得其它参数。例如,在吹拂授粉前通过测量得到参数bo,预先设定一个Vo值,当Vo确定时可通过实际测量直接测得bx值,也可通过计算得到bx,参数bx满足如下公式(2):
bx=2xtgα+bo;
α:吹拂气流的纵向的边界与气流轴线的夹角,单位°;
x:吹拂气流到达母本区时气流的轴向距离,单位:m。
其中,
参数α进一步满足如下公式(3):
α=arctg(1.899ψ);
参数x进一步满足如下公式(4):
通过喷气嘴的形状确定参数Ψ,一般的圆形喷气嘴Ψ为0.076,锥形喷气嘴Ψ为0.066,长方形喷气嘴Ψ为0.1,这时,根据水稻特性以及杂交育种的种植方法确定最佳的X和Vx值,一般情况下参数X的值为父本区与母本区中心的垂直距离。将Ψ带入公式(3)求得α,将bo、Ψ、Vx和Vo带入公式(4)求得x;之后将x、α和bo带入公式(2)进一步求得bx;最后将bx及其它已确定参数带入公式(1),这样通过公式(1)计算便可提前算出要想达到预想的Vx值所需的β值,然后直接将吹拂授粉器的喷气嘴喷气方向与水平面的夹角调整到β值,按公式中的Vo值进行吹拂即可。这种方法省去了繁琐的调试过程,调整速度快,效率高。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,吹拂授粉植物的一块母本区两侧分别设有一块父本区,每个父本区内种植有一行平行于母本区的父本,两块父本区和一块母本区共同构成一块实验子区,相邻两个实验子区之间,距离较近的两块父本区互相平行;在吹拂授粉时相邻两块实验子区之间距离较近的两块父本同时进行吹拂授粉。
这样杂交育种的授粉效率可成倍提高,同时减轻人员的工作量。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,对水稻进行吹拂授粉的吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度为0.8~4.0m/s。
在此速度范围内可以保证水稻父本的花粉进入母本区上空后还能继续深入一段距离,提高母本区内部的结实率。
根据现有水稻杂交育种的种植方法,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度优选为1.8~2.8m/s。
这样可以保证从单侧父本区飞离的花粉能够覆盖1/2的母本区面积,两侧父本区飞离的花粉正好完整覆盖整个母本区,没有交叉也没有遗漏,这种情况下水稻的结实率可达到最高。
采用传统的竹竿授粉平均一个劳动者最多能管理3亩水稻杂交育种田,水稻结实率平均数不超过40%,亩产杂交水稻干种子200~250kg,而用吹拂授粉器吹拂授粉平均一个劳动者至少能管理5亩杂交育种田,水稻结实率大于50%,亩产杂交水稻干种子300~350kg,种子按现在市场价20元/kg计算,每亩按增产50kg,直接增效1000元/亩,还节省了人工成本,效果是显而易见的。
在本发明的各个实施方式中,作为优选方案,对玉米进行吹拂授粉的吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度为1.0~4.5m/s。
在此速度范围内可以保证玉米父本的花粉进入母本区上空后还能继续深入一段距离,提高母本区内部的结实率。
根据现有玉米杂交育种的种植方法,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度优选为1.8~2.8m/s。
这样可以保证从单侧父本区飞离的花粉能够覆盖1/2的母本区面积,两侧父本区飞离的花粉正好完整覆盖整个母本区,没有交叉也没有遗漏,这种情况下玉米的结实率可达到最高。
为更好的解释本发明,下面提供具体实施例进行说明。
具体实施例1
一种吹拂授粉器,如图1至3所示,包括风机4和导气装置;所述风机4的出风口与导气装置连接,导气装置的出气端连接有喷气嘴1;所述喷气嘴1为可调式喷气嘴,喷气嘴1的出气口成长方形,通过喷气嘴1可调整喷出气流与水平面的角度;喷气嘴1与导气装置的出气端垂直,即气流通过导气装置进入喷气嘴后流动方向将改变90°;喷气嘴1为两个,分别朝向导气装置出气端的左上方和右上方;风机4连接有提供电力的电瓶12和调节气流流速的流速调节装置。
所述导气装置包括硬导气管10和软导气管5,风机4的出风口与软导气管5的一端连接,软导气管5的另一端与硬导气管10连接;硬导气管10与风机4的出风口垂直;
硬导气管10的中部设置有手柄2。
所述风机4的下方设有电瓶盒7,电瓶12和流速调节装置装在电瓶盒7内;
所述流速调节装置包括电子调节器11和流速调节旋钮8,流速调节旋钮8的头部伸出电瓶盒7。
所述电瓶盒7上连接有散热装置;在电瓶盒7与风机4出风口之间连接一根散热通风管6,利用风机4的吹出的风进行散热。
所述风机4、导气装置、电瓶12与流速调节装置均设置在背架3上,背架3上设置有用于背负的背带9。
具体实施例2
一种使用具体实施例1所述的吹拂授粉器对水稻进行吹拂授粉的方法,将喷气嘴1对准父本花穗喷气,使植物穗株随风顺风倾斜,倾斜后的穗株花穗从穗根到穗顶都处在风力控制范围,父本的成熟花粉在持续不断的吹拂下被带到空中;通过控制气流大小和气流轴线与水平面夹角使花粉飘落到母本区。
所述水稻的一块母本区两侧分别设有一块父本区,每个父本区内种植有一行平行于母本区的父本,两块父本区和一块母本区共同构成一块实验子区,相邻两个实验子区之间,距离较近的两块父本区互相平行;在吹拂授粉时相邻两块实验子区之间距离较近的两块父本同时进行吹拂授粉。
所述吹拂过程中各参数满足如下公式(1):
参数bx满足如下公式(2):
bx=2xtgα+bo;
其中,
参数α进一步满足如下公式(3):
α=arctg(1.899ψ);
参数x进一步满足如下公式(4):
如图4所示,根据水稻的株高、种植分布等特性,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度Vx=1.8m/s,花粉的横向最大运动距离X=1.53;根据测量bo=0.005m;根据喷气嘴1的形状确定Ψ=0.1;设定Vo=12.48m/s,通过公式(3)计算得到参数α=10.75°,通过公式(4)计算得参数x=2.3m;进一步通过公式(2)计算得到参数bx=0.378m;将参数bo、bx、Vo、Vx、X和Ψ带入公式(1)得到参数β=60°。之后通过调整喷气嘴1的喷气方向与水平面的夹角到60°,将吹拂气流离开喷气嘴1的初速度设为12.48m/s即可进行吹拂授粉。
具体实施例3
一种使用具体实施例1所述的吹拂授粉器对玉米进行吹拂授粉的方法,将喷气嘴1对准父本花穗喷气,使植物穗株随风顺风倾斜,倾斜后的穗株花穗从穗根到穗顶都处在风力控制范围,父本的成熟花粉在持续不断的吹拂下被带到空中;通过控制气流大小和气流轴线与水平面夹角使花粉飘落到母本区。
所述玉米的一块母本区两侧分别设有一块父本区,每个父本区内种植有一行平行于母本区的父本,两块父本区和一块母本区共同构成一块实验子区,相邻两个实验子区之间,距离较近的两块父本区互相平行;在吹拂授粉时相邻两块实验子区之间距离较近的两块父本同时进行吹拂授粉。
所述吹拂过程中各参数满足如下公式(1):
参数bx满足如下公式(2):
bx=2xtgα+bo;
其中,
参数α进一步满足如下公式(3):
α=arctg(1.899ψ);
参数x进一步满足如下公式(4):
根据玉米的株高、种植分布等特性,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度Vx=2.8m/s;花粉的横向最大运动距离X=2.46;根据测量bo=0.005m;根据喷气嘴1的形状确定Ψ=0.1;设定Vo=20.50m/s,通过公式(3)计算得到参数α=5.375°,通过公式(4)计算得参数x=2.56m;进一步通过公式(2)计算得到参数bx=0.977m;将参数bo、bx、Vo、Vx、X和Ψ带入公式(1)得到参数β=60°。之后通过调整喷气嘴1的喷气方向与水平面的夹角到30°,将吹拂气流离开喷气嘴1的初速度设为20.50m/s即可进行吹拂授粉。
最后应说明的是:以上实施方式及实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施方式及实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式或实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:
将喷气嘴对准父本花穗喷气,使父本花穗的穗株随风顺风倾斜,倾斜后的穗株花穗从穗根到穗顶都处在风力控制范围,穗株花穗上的成熟花粉在持续不断的吹拂下被带到空中;通过控制气流大小和气流轴线与水平面夹角使花粉飘落到母本区;
所述吹拂授粉器包括风机和导气装置;其中,
所述风机的出风口与导气装置连接,导气装置的出气端连接有喷气嘴;所述喷气嘴为可调式喷气嘴,通过喷气嘴调整喷出气流与水平面的角度;喷气嘴与导气装置的出气端垂直,即气流通过导气装置进入喷气嘴后流动方向将改变90°;喷气嘴为两个,分别朝向导气装置出气端的左上方和右上方;风机连接有提供电力的电瓶和调节气流流速的流速调节装置;
其中,吹拂过程中各参数满足如下公式(1):
X:花粉的横向最大运动距离,单位m;
Vo:吹拂气流离开喷气嘴时的初速度,单位m/s;
Vx:吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度,单位m/s;
bx:吹拂气流在到达母本区时的气流截面厚度,单位m;
bo:吹拂气流离开喷气嘴时的纵向宽度,单位m;
β:吹拂气流轴线与水平面的锐角夹角度数,单位°;
Ψ:湍流系数;
所述参数bx满足如下公式(2):
bx=2xtgα+bo;
α:吹拂气流的纵向的边界与气流轴线的夹角,单位°;
x:吹拂气流到达母本区时气流的轴向距离,单位:m;
其中,
参数α进一步满足如下公式(3):
α=arctg(1.899ψ);
参数x进一步满足如下公式(4):
2.如权利要求1所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:所述导气装置包括硬导气管和软导气管,风机的出风口与软导气管的一端连接,软导气管的另一端与硬导气管连接;硬导气管与风机的出风口垂直。
3.如权利要求2所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:硬导气管的中部设置有手柄。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:所述风机的下方设有电瓶盒,电瓶和流速调节装置装在电瓶盒内。
5.如权利要求4所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:所述流速调节装置包括电子调节器和流速调节旋钮,流速调节旋钮的头部伸出电瓶盒。
6.如权利要求4所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:所述电瓶盒上连接有散热装置。
7.如权利要求6所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:在电瓶盒与风机出风口之间连接一根散热通风管,利用风机的吹出的风进行散热。
8.如权利要求1所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:所述风机、导气装置、电瓶与流速调节装置均设置在背架上,背架上设置有用于背负的背带。
9.如权利要求1所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:吹拂授粉植物的一块母本区两侧分别设有一块父本区,每个父本区内种植有一行平行于母本区的父本,两块父本区和一块母本区共同构成一块实验子区,相邻两个实验子区之间,距离较近的两块父本区互相平行;在吹拂授粉时相邻两块实验子区之间距离较近的两块父本同时进行吹拂授粉。
10.如权利要求1所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:吹拂授粉的植物为水稻时,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度为0.8~4.0m/s;
吹拂授粉的植物为玉米时,吹拂气流速度在到达母本区时的气流轴线速度为1.0~4.5m/s。
11.如权利要求1所述的吹拂授粉器进行吹拂授粉的方法,其特征在于:吹拂授粉的植物为水稻时,吹拂气流在到达母本区时的气流轴线速度为1.8~2.8m/s;
吹拂授粉的植物为玉米时,吹拂气流速度在到达母本区时的气流轴线速度为1.8~2.8m/s。
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