種質資源庫建設的關鍵技術

我國是一個蔬菜種質資源十分豐富的國家,是公認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。據已入國家長期庫蔬菜種質統計,廣東省的菜心、芥蘭、豇豆、節瓜、苦瓜、絲瓜等在全國占有絕對優勢。/六五0至/八五0期間, 廣東省農科院蔬菜研究所共收集保存蔬菜種質資源3 000多份,并對廣東省的蔬菜種質資源進行了性狀鑒定,經整理和繁殖,送交國家種質資源庫作長期保存。/九五0期間,廣東省農科院蔬菜所與中國農科院作物 品種資源研究所共同對京九鐵路沿線粵北段平遠、和平、龍川、始興4個縣的蔬菜資源進行了搶救性考察收集,收集到各類蔬菜種質資源502份。但是,由于種質資源庫建設滯后,貯存設備、設施不夠完善,原收集保存的部分種質資源包括部分我省傳統的名優蔬菜品種已損失。

2002年,廣東省科技廳與廣州市科技局共同資助立項,建立廣東蔬菜種質資源庫。至2003年10月,廣東省農科院蔬菜研究所已建成一座體積55 m3、庫容約2.3萬份、可調溫調濕的現代化蔬菜種質資源中期庫。現將該種質資源庫建設的技術關鍵報道如下。

1 機組的選擇

制冷機組是種質資源庫的核心部分,其制冷除濕性能直接關系到種質貯藏的壽命。廣東蔬菜種質資源庫建設對外招標要求達到的技術指標是冷庫溫度(-5)e,相對濕度[50%。制冷機組的選購根據種質庫的耗冷量來決定。

1.1 種質庫耗冷量計算方法

本種質庫總耗冷量(Q)由圍護結構耗冷量(Qa)、日進貨耗冷量(Qb)、操作耗冷量(Qc)3部分組成。具體計算方法為:Q= (Qa+Qb+Qc)R[3],其中R為管道耗冷系數,取1.07,經計算求得本種質庫總耗冷量為2329.7 W。

1.1.1 圍護結構耗冷量(Qa) Qa=KFvt。其中,K:傳熱系數,150 mm厚聚氨酯K=0.17 W/m2#e;F:圍護結構外表面積,為105.3 m2;vt:室內裝配庫溫度為32e,冷庫最低設計溫度為-10e,計算出vt值為42e。計得本種質庫圍護結構耗冷量為751.8W。

1.1.2 日進貨耗冷量(Qb) 本種質庫為中期庫,使用要求是每10天左右進貨1次,每次約25 kg,按鋁箔袋包裝,每天進貨1次計算,日進貨耗冷量Qb=Qb1+Qb2。(1)種質耗冷量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。計得本種質庫日進貨耗冷量為15.5 W。

1.1.3 操作耗冷量(Qc) 包括照明耗冷量(Qc1)、電動機運轉耗冷量(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、21.73 m2為冷庫內面積;(2)電動機運轉耗冷量Qc2=860 N=137.6 W,其中N為冷風機電機功率,所選設備為0.16 W,860為熱功當量;(3)開門耗冷量按每天開門0.5 h、室溫32e、庫溫-10e計算,Qc3=465.2 W;(4)工作人員耗冷量按每天進入冷庫4人次、每人每次0.5 h計算,Qc4=709.4 W。計得本種質庫操作耗冷量為1410.1 W。

1.2 設備選型

根據上述計算得出的總耗冷量,結合設備招標提供的技術參數,廣東蔬菜種質資源庫選用了低溫風冷型可調溫調濕的農業種子貯藏庫專用機組。該機組制冷及除濕日 運轉時間合計設計為18 h,選機負荷為3106.3 W。在夏季室外環境溫度為40e、庫溫為-10e時,主機(5HP)制冷量為6047.6 W,備用機(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 庫體構建

種質庫的庫體包括墻體、頂板、地下保溫層和地坪等。為了減少外界熱量傳入庫內,影響庫溫的相對穩定,節省能耗,種質庫采用的保溫層必須具有良好的絕熱性能。根據廣東蔬菜種質資源庫要達到的技術指標及中期庫一般采用的保溫層材料及厚度,該種質庫的墻板及頂板選用了國內優質的150 mm厚聚氨酯雙面噴塑鋼板冷庫板,現場拼裝施工,其優點是比重輕、導熱系數小、吸水率低,有自熄性。庫門為150 mm厚聚氨酯冷藏門,配進口閉門器及五金件,根據種質庫原門洞大小預先訂造。地下保溫板選用導熱系數為0.027W/m#k的進口舒泰龍XPS保溫材料, 厚度為125mm。所有庫板接縫及地坪保溫板均進行密封防潮處理。考慮到移動種子架滑軌承重問題,在地下保溫層上鋪設了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號硅酸鹽水泥,鋪設混凝土時還預留了庫內化霜水的地漏。

3 種子架的選用

種質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庫的有效庫容。廣東蔬菜種質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,每節長60 cm。距地板15 cm高開始放種子筐,一共可擺放規格為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。

廣東蔬菜種質資源庫的設計貯 存量為:大粒蔬菜種質每份120~200 g、小粒蔬菜種質每份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算,廣東蔬 菜種質資源庫的庫容量達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用最廣泛。我國國家種質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。廣東蔬菜種質資源庫選用鋁箔袋作為包裝 容器,其優點是使用方便、造價低、占用貯藏空間少、質量輕、搬運和管理方便等。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@200px,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。

5 種質資源前處理室建設

為了保證入庫種子的初始發芽力及在庫內能保持較長的貯藏時間,種子入庫前必須進行發芽率測定和干燥處理。本所于2003年12月已建成了蔬菜種質資源前處理室。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備。種子發芽率測定所采用的技術主要依據5農作物種子檢驗規程發芽試驗6(GB/T 3543.4-1995)要求,并結合實際情況作了適當的調整。種子干燥采用的條件是烘箱溫度為(30?2)e、室內溫度<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,經抽測的種子含水量應達到中期 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的15%~20%。

6 廣東蔬菜種質資源庫的運行情況

種質庫建成后即進入調試和試運行,目的是檢查機組的制冷除濕效果是否達到設計標準。機組運行前需預熱,預熱時間根據氣溫而定,一般為2~8 h,氣溫低則預熱時間長。預熱完成后,可根據要求設定庫房溫度和濕度。本種質庫所用機組運行時先制冷后除濕,即當溫度降到設定值、庫內濕度上升到一定值后 再除濕。廣東蔬菜種質資源庫運行一段時間后的監測結果見表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,主機和備用機的溫、濕度均 能降到設定值(-5e,45%)。當庫溫\-2.9e時開始制冷,這時庫內相對濕度增加,而在停機后相對濕度下降;當相對濕度\48.0%時開始除濕,這 時庫內溫度上升。在運行過程中,機組還會根據蒸發器結霜情況自動除霜,這時庫內溫度會略為上升,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。按冷庫設計規范[5],除霜過程中庫內溫度升高幅度應[7e。在名義工況下,當庫容100 m3時,制冷設備工作時間系數應[0.7。試驗結果表明,兩臺機組的工作時間系數、除霜過程溫度升高值均符合規范要求,說明該種質資源庫的各項運行指標達 到設計要求。由于本種質庫備用機功率較小,按原設計要求,僅在主機發生故障時及年氣溫較低的12~2月份使用。

注: (1)主機檢測日期為6月12日,外界環境溫度為29.6~33.6e,相對濕度為57%~65%;備用機檢測日期為6月13日,外界環境溫度為 31.8~33.1e,相對濕度為41%~46%。(2)表中溫、濕度為庫內環境數值,取平均值;表中/-0表示未能獲得相應數據。(3)工作時間系數= 每天工作時間/24。

7 結語

廣東蔬菜種質資源庫經過9個月的運行,庫內溫、濕度技術指標達到作物種質資源中期庫設計要求,即庫溫為(-5?5)e、相對濕度[50%,運行情況正常, 可以接納種質入庫保存。該種質庫采用移動式密集種子架,使庫內只需留相互垂直的兩條通道,大大地提高了種質庫的有效庫容,庫容達到2.3萬份以上。經過干 燥、密封包裝,原始活力達到國家種質庫初始芽率標準的蔬菜種質,在該種質庫內保存,其活力預計可維持在10~15年,從而為我省蔬菜種質資源的妥善保存創 造了極為有利的條件。

目前制冷機組有風冷和水冷兩種類型。水冷式機組需設置水泵、水箱、散熱塔等設備,投資較多,給水系統停水時間較長時就不能正常工作。風冷式機組無須輔助設備,投資較少,使用方便,容易實現自動控制,但在氣溫較高時,冷凝溫度也較高。因此,在建設種質資源庫時,應根據實際情況綜合考慮,平衡利弊,揚長避短, 選擇適合的制冷機組。廣東蔬菜種質資源庫為一個獨立的庫房,因此需配備2臺機組:主機1臺,備用機1臺。如果在同一地點建設多個種質資源庫,從節約成本角 度考慮,溫、濕度技術要求相同的2~3個冷庫可通過聯控系統實現共用1臺備用機組,還可將各種質庫的控制系統集中安裝到1間房內,用聯網計算機對庫內的運 行情況(溫、濕度條件等)集中監測,用閉路電視監控系統對整個庫內場景實時監控,實現多個種質資源庫的現代化管理。