2.2 马铃薯基础物理特性测定
作为排种器研制与开发的基础性研究——马铃薯种薯基础物理特性，该项研究可为排种器提供最基础的设计参数和依据，可使排种器更好地满足马铃薯播种农艺及播种质量要求，达到减少种薯损伤、提高播种精度、增产增收的目的。为实现高质量、高效率的播种作业，对马铃薯种薯物料特性进行研究是十分必要的。在试验前要对种薯进行人工分级清选，选取无病虫害的种薯作为供试样品。
2.2.1 马铃薯几何特性测定
马铃薯种薯的形状可近似为椭圆形，选取东北地区种植范围较广且尺寸等级不同的三种类型的马铃薯品种（费乌瑞它、尤金885和东农312）为测试对象，对种薯进行人工清选、分级处理。随机抽取每个品种的种薯200颗，利用游标卡尺（精度为0.02mm）对种薯的三轴尺寸长（L）、宽（W）、厚（H）进行测定，如图2-1所示。马铃薯种薯三轴尺寸的测定对排种器充种过程的研究具有重要意义，同时可为其关键部件（取种凹勺）的优化设计提供重要依据。在测定三轴尺寸后，按式（2-1）、式（2-2）、式（2-3）和式（2-4）即可计算得出种薯的其他几何特性。
图2-1 种薯几何特性测定
（1）三轴算术平均径
（2-1）
（2）几何平均径
（2-2）
（3）单粒种薯体积
（2-3）
（4）球形率
（2-4）
三个品种的马铃薯种薯的几何特性测定结果如表2-1所示。
表2-1 三个品种的马铃薯种薯的几何特性测定结果
由表2-1可知，费乌瑞它、尤金885、东农312的平均长分别为46.86mm、51.67mm和55.38mm，平均宽分别为40.12mm、46.21mm和42.75mm，平均厚分别为34.44mm、41.09mm和36.76mm；三轴算术平均径分别为40.47mm、46.32mm和44.96mm；几何平均径分别为40.15mm、46.12mm和44.32mm；球形率分别为0.86、0.89和0.80。
2.2.2 马铃薯质量及密度测定
1）质量测定
马铃薯种薯质量测定仪器采用电子分析天平（型号：FC204，上海精密科学仪器有限公司，精度为0.001g），如图2-2所示。随机选取每个品种的种薯100颗进行测定，试验数据取平均值作为马铃薯种薯质量，测定结果如表2-2所示。
图2-2 电子分析天平
表2-2 马铃薯种薯质量测定结果
2）密度测定
密度是农业物料的基本物理指标，马铃薯种薯的密度主要分为单粒密度与容积密度两类。在排种器充种、清种及虚拟仿真过程中仅需研究种薯单粒密度，因此主要对种薯单粒密度进行测定，种薯单粒密度为种薯质量m与体积V的比值，即
（2-5）
式中，
为马铃薯种薯单粒密度，单位为g/cm3；m为种薯质量，单位为g；V为种薯体积，单位为cm3。
目前，农业物料密度测定方法主要包括浸液法（包括悬浮法、比重天平法、量筒法）和气体置换法（包括定容积压缩法、定容积膨胀法、不定容积法）[68~70]。本书采用量筒法（排开的液体为水）测定种薯密度，试验用的体积量筒如图2-3所示。其步骤如下：
图2-3 体积量筒
（1）用量筒量取体积为V1的纯净水；
（2）用天平称取质量为m的马铃薯种薯；
（3）将种薯慢慢放入量筒内（防止水滴溅出），待水平面平稳后记下读数V2，得到种薯实际体积为V=V2-V1；
（4）利用密度计算公式求解马铃薯种薯密度
；
（5）重复5次独立测量，取5次数据的平均值作为马铃薯种薯密度。
根据上述方法，对三个品种的马铃薯种薯密度进行测定，测定结果如表2-3所示。
表2-3 三个品种的马铃薯种薯的密度测定结果
由表2-2和表2-3的测定结果可知，费乌瑞它、尤金885、东农312这三个品种种薯的平均质量分别为35.91g、52.88g和50.56g，平均密度分别为1.06g/cm3、1.03g/cm3和1.11g/cm3。
2.2.3 马铃薯含水率测定
种子所含水分的质量占整个种子质量的百分比就是种子的含水率，含水率的测定在农业工程领域占有重要的地位。农业物料的含水率与果实的鲜度、软硬性、流动性、保藏性和加工性等诸多方面有很大关系。
含水率的测定方法包括常压恒温烘干法、溶剂提取法、甲苯蒸馏法等，最基本、最常用的测定方法是常压恒温烘干法[71]。采用的测定仪器包括真空干燥箱（型号：DHG—9053A，上海一恒科学仪器有限公司）、电子分析天平（型号：FC204，上海精密科学仪器有限公司，精度为0.001g）、干燥器等，如图2-4所示。
图2-4 含水率测定仪器
马铃薯种薯含水率的测定方法采用常压恒温烘干法，本次试验严格依据国家标准GB/T3543.6—1995《农作物种子检验规程水分测定》进行测定。试验步骤如下：
（1）试验前称出样品盒的质量M1；
（2）为利于试样快速烘干，将马铃薯切成薄片，每份总质量均大于30g；
（3）将切片马铃薯放入样品盒中，称其总质量M2；
（4）将装有切片马铃薯的样品盒放入105℃的真空干燥箱内，通过持续加热烘干使总质量保持恒定，取出称其总质量M3；
（5）每个品种的种薯重复5次独立测量，取5次数据的平均值。
根据烘干后种薯失去的水分质量与烘干前的质量之比可计算种薯的含水率（湿基含水率），即
（2-6）
式中，M1为样品盒的质量，单位为g；M2为烘干前样品盒及切片马铃薯的总质量，单位为g；M3为烘干后样品盒及切片马铃薯的总质量，单位为g。
根据上述方法，对三个品种的马铃薯种薯含水率进行测定，测定结果如表2-4所示。
表2-4 三个品种的马铃薯种薯的含水率测定结果
由表2-4可知，马铃薯种薯的品种不同，含水率也存在一定的差异。在三个品种的马铃薯种薯中，费乌瑞它的平均含水率为74.8%，尤金885的平均含水率为75.7%，东农312的平均含水率为83.5%。由此可见，马铃薯种薯的含水率集中在74%～85%范围内。