機械粒收推動玉米生產方式轉型

李少昆，王克如，謝瑞芝，明博

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機械粒收推動玉米生產方式轉型

李少昆，王克如，謝瑞芝，明博

（中國農業科學院作物科學研究所/農業部作物生理生態重點實驗室，北京 100081）

玉米機械粒收是利用聯合收獲機摘穗、脫粒一次完成的收獲方式，由于減少了果穗儲運、晾曬、脫粒等作業環節，不僅大大降低勞動強度、節約人力成本，還可降低晾曬、脫粒過程中的籽粒霉爛與損失，是我國玉米機械收獲的發展方向和今后玉米生產轉方式的重點[1]。美、德等國20世紀50年代玉米收獲作業也以機械穗收為主，70年代全面采用田間機械粒收[2-4]。目前我國玉米機械播種率已超過80%，但機械收獲率仍較低，2015年統計為63%，且以穗收為主；粒收主要分布在新疆、黑龍江3—5積溫帶和內蒙古東北部等玉米產區[5]，占比不足5%。玉米機械收獲、特別是粒收水平低是制約我國玉米全程機械化發展的瓶頸。

國外有關玉米機械粒收技術、相關基礎理論研究及適合粒收品種選育的轉型主要集中于20世紀60—90年代，為機械粒收技術的全面普及提供了支撐。20世紀60年代，隨著能夠實現田間籽粒直接收獲的玉米割臺被廣泛接受，粒收技術才迅速發展起來[6]。在美國玉米帶的Iowa，Illinois，Indiana，Minnesota等州，玉米籽粒聯合收獲的面積從1964年的24%增加到1968年的48%[7-9]，從此機械粒收技術在美國全面鋪開。美國在剛推廣機械粒收技術時，籽粒水分一般在20%以下，機械損傷問題并不突出。但烘干技術被廣泛采用后，20%—35%之間水分的玉米都能收獲，因水分高導致的籽粒機械損傷過大、烘干成本高等問題出現[2-3]，使得農民遭受巨大損失[10]，并嚴重威脅到了美國玉米在國際市場的地位[11]。為此，美國和一些玉米生產技術先進國家開展了大量相關研究，通過品種改良、提早成熟延長脫水時間、改進粒收機械等措施，逐步解決了籽粒含水率高、機械粒收質量不佳的問題。

推廣機械粒收是玉米生產方式的一次重大變革，涉及農機、品種、栽培、收儲、烘干、銷售、加工等多個環節，是一項系統工程。以往我國玉米生產以人工收獲和機械穗收為主，在玉米品種籽粒脫水特征和影響因素、生理成熟后田間站稈晾曬、收獲機械及其作業質量、籽粒烘干收儲等與機械粒收相關領域的研究較為薄弱，制約了粒收技術的應用推廣。其中，品種是當前影響我國該技術推廣的主要制約因素。20世紀80年代以來，我國玉米育種以高產為目標，在傳統人工收獲條件下，采取了高稈稀植大穗、延長生育期獲取高產的育種路線，加之脫水性狀的復雜性，相關籽粒脫水研究進展較慢，后期脫水快的種質資源嚴重不足。目前，我國許多玉米產區種植的品種生育期偏長，收獲時籽粒含水量通常在30%—40%，活稈成熟現象還較為普遍，不僅難以實現機械粒收，而且堆積晾曬過程中霉變嚴重，影響玉米商用品質。培育早熟、籽粒脫水快、收獲時含水量低的品種應成為各產區機械粒收技術推廣的前提。此外，籽粒破碎率作為評價玉米機械粒收質量的主要指標，據本團隊在全國16個省市區194個地塊獲得2 450組機械粒收田間測試樣本[5，12-19]統計分析表明，當前玉米機械粒收破碎率均值為8.56%，高于≤5%的要求[5]。籽粒破碎不僅造成玉米收獲損失、降低玉米等級和銷售價格，而且增大烘干成本、增加安全貯藏的難度，成為我國玉米機械粒收技術推廣的重要限制因素。鑒于破碎率受品種遺傳因素、收獲機械及其作業質量、天氣因素、栽培措施等多因素綜合影響[2,4-5,20-22]，深入研究這些因素對破碎率影響的定量關系，才能為制定高質量的收獲措施提供依據。為推動玉米機械粒收技術的應用，中國農業科學院作物栽培與生理創新團隊自2010年起開展宜機收品種的篩選、影響收獲質量關鍵因素的研究與技術集成示范，取得較大進展。《中國農業科學》50卷11期“玉米栽培研究”專刊中曾集中發表了6篇團隊在玉米機械粒收方面的研究論文，本欄目又以“玉米機械粒收專題”形式發表5篇文章，其中，《玉米生長后期倒伏研究進展》針對倒伏這一制約玉米種植密度進一步提高和機械粒收技術發展的重要因素，從玉米生育后期植株的衰老生理及其影響因素角度進行綜述分析，提出提高玉米后期抗倒伏能力的措施與建議?！队衩灼贩N穗部性狀差異及其對籽粒脫水的影響》測定了苞葉、籽粒、穗軸、穗柄等4個部位共計41項穗部性狀指標，剖析了這些性狀在品種間的差異及其對籽粒脫水的影響，發現苞葉短、穗軸生理成熟期含水率低、果穗夾角大、穗粒數少、籽粒小等穗部特征有利于籽粒脫水?！队衩姿胼S機械強度及其對機械粒收籽粒破碎率的影響》一文研究了玉米生育后期穗軸機械強度的變化特征及其影響因素，提出玉米穗軸機械強度是影響機械粒收籽粒破碎的重要因素之一，生育后期穗軸干物質積累和含水率是影響穗軸機械強度的重要因素?！断挠衩鬃蚜Ｃ撍卣骷芭c灌漿特性的關系研究》通過系統觀測玉米籽粒灌漿和脫水動態，建立了玉米籽粒含水率與授粉后積溫（＞0℃）的預測模型，分析了夏玉米籽粒脫水和灌漿特征及二者之間的關系，提出灌漿期積溫和生理成熟期籽粒含水率兩個參數作為粒收品種篩選指標的建議?！痘谄贩N熟期和籽粒脫水特性的機收粒玉米適宜播期與收獲期分析》利用籽粒含水率預測模型，分析了西北灌溉春玉米籽粒含水率變化動態及其適宜機械粒收收獲期，以規模化生產的大農場為研究對象，提出了高產高效協同生產目標下的品種和播期的配置原則，為規?；a條件下基于粒收品種的搭配提供了依據。希望這些論文的發表，能拋磚引玉，帶動更多科技工作者開展玉米機械粒收相關理論與技術研究，促進以機械粒收為核心的現代玉米生產技術的推廣應用。

[1] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 侯鵬, 明博, 楊小霞, 韓冬生, 王玉華. 實施密植高產機械化生產實現玉米高產高效協同. 作物雜志, 2016(4): 1-6.

LI S K, WANG K R, XIE R Z, HOU P, MING B, YANG X X, HAN D S, WANG Y H. Implementing higher population and full mechanization technologies to achieve high yield and high efficiency in maize production., 2016(4): 1-6. (in Chinese)

[2] Waelti H. Physical properties and morphological characteristics of maize and their influence on threshing injury of kernels[D]. Ames: Iowa State University, 1967.

[3] Waelti H, Buchele W F. Factors affecting corn kernel damage combine cylinders., 1969, 12(1): 55-59.

[4] Dutta P K. Effects of grain moisture, drying methods, and variety on breakage susceptibility of shelled corns as measured by the Wisconsin Breakage Tester[D]. Ames: Iowa State University, 1986.

[5] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 李璐璐, 明博, 柴宗文, 侯鵬, 初振東, 張萬旭, 劉朝巍. 玉米籽粒機械收獲破碎率研究. 作物雜志, 2017(2): 76-80.

LI S K, WANG K R, XIE R Z, LI L L, MING B, CHAI Z W, HOU P, CHU Z D, ZHANG W X, LIU C W. Grain breakage rate of maize by mechanical harvesting in China.2017(2): 76-80. (in Chinese)

[6] YANG L, CUI T, QU Z, LI K H, YIN X W, HAN D D, YAN B X, ZHAO D Y, ZHANG D X. Development and application of mechanized maize harvesters.2016, 9(3): 15-28.

[7] HILBERT J H. Machine and machine operrator characteristics associated with corn harvest kernel damage[D]. Ames: Iowa State University, 1972.

[8] MIU P I.. BocaTaton: CRC Press Inc., 2015: 3-25.

[9] THOMAS E H. Total corn harvesting machine design and system analysis [D]. Ames: Iowa State University, 1969.

[10] HILL L D, HURBURGH C R, PAULSEN M R.. Urbana: University of Illinois, 1981.

[11] PAULSEN M R, NAVE W R. Corn damage from conventional and rotary combines.1980, 23(5): 1110-1116.

[12] 柳楓賀, 王克如, 李健, 王喜梅, 孫亞玲, 陳永生, 王玉華, 韓冬生, 李少昆. 影響玉米機械收粒質量因素的分析. 作物雜志, 2013(4): 116-119.

LIU F H, WANG K R, LI J, WANG X M, SUN Y L, CHEN Y S, WANG Y H, HAN D S, LI S K. Factors affecting corn mechanically harvesting grain quality., 2013(4): 116-119. (in Chinese)

[13] 王克如, 李璐璐, 郭銀巧, 范盼盼, 柴宗文, 侯鵬, 謝瑞芝, 李少昆. 不同機械作業對玉米子粒收獲質量的影響. 玉米科學, 2016, 24(1): 114-116.

WANG K R, LI L L, GUO Y Q, FAN P P, CHAI Z W, HOU P, XIE R Z, LI S K. Effects of different mechanical operation on maize grain harvest quality., 2016, 24(1): 114-116. (in Chinese)

[14] 李璐璐, 謝瑞芝, 范盼盼, 雷曉鵬, 王克如, 侯鵬, 李少昆. 鄭單958與先玉335子粒脫水特征研究. 玉米科學, 2016, 24(2): 57-61.

LI L L, XIE R Z, FAN P P, LEI X P, WANG K R, HOU P, LI S K. Study on dehydration in kernel between Zhengdan958 and Xianyu335., 2016, 24(2): 57-61. (in Chinese)

[15] 謝瑞芝, 雷曉鵬, 王克如, 郭銀巧, 柴宗文, 侯鵬, 李少昆. 黃淮海夏玉米子粒機械收獲研究初報. 作物雜志, 2014(2): 76-79.

XIE R Z, LEI X P, WANG K R, GUO Y Q, CHAI Z W, HOU P, LI S K. Research on corn mechanically harvesting grain quality in huanghuaihai plain., 2014(2): 76-79. (in Chinese)

[16] 張文杰, 王永宏, 王克如, 趙健, 趙如浪, 李少昆. 不同玉米品種子粒脫水速率研究. 作物雜志, 2016(1): 76-81.

ZHANG W J, WANG Y H, WANG K R, ZHAO J, ZHAO R L, LI S K. Grain dehydration rate of different maize varieties., 2016(1): 76-81. (in Chinese)

[17] 李璐璐, 王克如, 謝瑞芝, 明博, 趙磊, 李姍姍, 侯鵬, 李少昆. 玉米生理成熟后田間脫水期間籽粒重量與含水率變化研究. 中國農業科學, 2017, 50(11): 2052-2060.

LI L L, WANG K R, XIE R Z, MING B, ZHAO L, LI S S, HOU P, LI S K. Study on corn kernel weight and moisture content after physiological maturity in field., 2017, 50(11): 2052-2060. (in Chinese)

[18] 李璐璐，謝瑞芝, 王克如, 明博, 侯鵬, 李少昆. 黃淮海夏玉米生理成熟期子粒含水率研究. 作物雜志, 2017(2): 88-92.

LI L L, XIE R Z ,WANG K R , MING B , HOU P, LI S K. Kernel moisture content of summer maize at physiological maturity stage in Huanghuaihai Region., 2017(2): 88-92. (in Chinese)

[19] 柴宗文, 王克如, 郭銀巧, 謝瑞芝, 李璐璐, 明博, 侯鵬, 劉朝巍, 初振東, 張萬旭, 張國強, 劉廣周, 李少昆. 玉米機械粒收質量現狀及其與含水率的關系. 中國農業科學, 2017, 50(11): 2036-2043.

CHAI Z W, WANG K R, GUO Y Q, XIE R Z, LI L L, MING B, HOU P, LIU C W, CHU Z D, ZHANG W X, ZHANG G Q, LIU G Z, LI S K. Current status of maize mechanical grain harvesting and its relationship with grain moisture content.2017, 50(11): 2036-2043. (in Chinese)

[20] 王克如, 李少昆. 玉米籽粒脫水速率影響因素分析. 中國農業科學, 2017, 50(11): 2027-2035.

WANG K R, LI S K. Analysis of influencing factors on kernel dry-down-rate of maize hybrids.2017, 50(11): 2027-2035. (in Chinese)

[21] 王克如, 李少昆. 玉米籽粒機械收獲破碎率研究進展. 中國農業科學, 2017, 50(11): 2018-2026.

WANG K R, LI S K. Progresses in research on grain broken rate by combine harvesting maize.2017, 50(11): 2018-2026. (in Chinese)

[22] PETRE M.. BocaTaton: CRC Press Inc., 2015: 3-25.

（責任編輯 楊鑫浩）

Grain Mechanical Harvesting Technology Promotes the Transformation of Maize Production Mode

LI ShaoKun, WANG KeRu, XIE RuiZhi, MING Bo

(Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.003

2018-04-23；

2018-05-17

國家重點研發計劃（2016YFD0300110，2016YFD0300101）、國家玉米產業技術體系（CARS-02-25）、國家“973”計劃（2015CB150401）、中國農業科學院農業科技創新工程

李少昆，Tel：010-82108891；E-mail：lishaokun@caas.cn