山西省春玉米宜機械粒收品種篩選及影響因素分析

閻曉光 李 洪 董紅芬 李愛軍 杜艷偉 王國梁 周 楠 胡丹珠

(山西農業大學谷子研究所，山西 長治 046011)

玉米是我國種植面積和產量最大的糧食作物[1-2],全國31個省區都有種植,其中山西省春玉米的種植面積占全省種植面積的75%[3-4]。隨著我國經濟的飛速發展，農業勞動力的季節性短缺問題日趨嚴重，因此大力發展玉米生產機械化是現代玉米生產技術體系的中心，也是我國玉米產業持續發展的未來趨勢。玉米機械粒收是一種高效的生產方式。自20世紀70年代以來大部分美洲和歐洲國家已實現玉米機械化收獲籽粒[5-6]。而我國玉米機械化收獲籽粒技術的研究起步較晚，當前機械收獲主要以摘穗為主，籽粒收獲比例低[7-9]，且玉米的機械化籽粒收獲程度遠低于水稻和小麥，導致玉米的種植面積和產量與機械化粒收水平嚴重不協調[10-11]。玉米機械粒收可以提高勞動生產率，節省勞動力，降低農民的勞動強度，同時降低機械穗收后期運輸、倉儲、脫粒環節的生產成本[12]。因此，玉米機械粒收技術是全程機械化生產的關鍵環節，對于轉變玉米生產方式，引導全國玉米高產高效生產，提高玉米產業競爭力具有重要的實踐意義[13]。

目前學者們主要致力于研究適宜機械化收獲籽粒的品種來提高我國機械化粒收水平[14-16]。而我國玉米種植區域廣泛、生態類型多樣化，機械粒收技術在不同區域應用會存在的問題尚不清楚。針對不同區域生態環境選擇生育期適合且與當地光溫條件匹配的品種，有利于提高我國玉米機械籽粒收獲質量。玉米粒收質量包括收獲時籽粒含水率、破碎率、雜質率和損失率，損失率又包括落穗率和落粒率。前人研究表明，玉米收獲期籽粒含水率是影響機械粒收質量的關鍵因素[17]，降低籽粒含水率可以減小機械化收獲籽粒時的破碎率和雜質率，從而降低損失率[18-19]。山西省春玉米生產區為一年一季，于4月底5月初播種，9月底10月初收獲，后期光熱資源豐富，可以通過調整不同品種收獲期來降低收獲時玉米籽粒含水率，從而實現高質量的機械粒收。目前關于山西省機械粒收質量影響因素以及適宜機械粒收品種篩選的研究尚鮮見報道。基于此，本試驗于2018—2020年在長治和晉中2個試驗點，對33個品種、112個品次的機械粒收數據進行分析，研究影響山西省玉米機械粒收質量的主要因素及其相互關系，依據收獲時籽粒含水率和產量篩選適宜山西省機械粒收的品種，以期為玉米機械粒收技術在山西省的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地概況

試驗于2018—2020年分別在山西省長治市長子縣谷村國家玉米產業技術體系長治綜合試驗站試驗基地(35°33′N，111°24′E)和山西省晉中市榆次區什貼村(37°42′N，113°59′E)進行，2個試驗點均屬于暖溫帶大陸性季風氣候，長子縣和榆次區年平均降雨量分別為559.6和456.2 mm。2018—2020年玉米生育期內試驗地區氣象資料詳見表1。供試品種以當前主栽品種為主，兩地的供試品種完全一致，具體試驗品種、播種、收獲時期詳見表2。

1.2 試驗設計

2個試驗點測試品種共計112個品次，不同品種田間隨機排列，不設重復，小區寬3 m，長240 m，5行區設置，種植密度75 000株·hm-2。三至五葉期噴施苞衛(30%苯唑草酮)苗后除草劑，整個生育期無灌溉，其他栽培管理措施同普通大田。收獲時每個品種隨機選取5個樣點，每個樣點長30 m，寬1.8 m(一個割幅為3行)。2個試驗點的收獲均由同一位機手操作同一臺玉米籽粒收獲機[春雨CP S30玉米收獲機，科樂收農業機械(山東)有限責任公司]收獲，割幅為3行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 籽粒含水率、收獲時籽粒破碎率、雜質率 機械粒收后隨機取籽粒樣品3份，每份200 g，采用烘干法測定其含水率，取平均值。機械粒收后隨機取籽粒樣品3份，每份500 g，人工將破碎籽粒與非籽粒雜質挑揀出來分別稱重，計算破碎率和雜質率，取其平均值。

1.3.2 落粒率、落穗率和總損失率 機械粒收后在機收區隨機選取3個樣點，每個樣點長3 m，寬1.8 m(一個割幅寬3行區)。人工揀拾樣點內全部落穗與落粒，分別對落穗的籽粒、落粒稱重，根據樣點面積計算單位面積的落穗粒重與落粒重。對應機收面積和機收籽粒重計算機收單位面積產量。并根據以下公式計算落粒損失率、落穗損失率和總損失率：

落粒損失率=落粒重/(機收產量 + 落粒重 + 落穗粒重)× 100%

(1)

落穗損失率=落穗粒重/(機收產量+落粒重+ 落穗粒重)× 100%

(2)

總損失率=落粒損失率+落穗損失率

(3)。

1.3.3 宜機械粒收品種篩選方法 以每年兩地玉米品種產量平均值與收獲時籽粒含水率平均值為指標，采用雙向平均作圖法將參試品種分為4個部分[2]，分別位于坐標圖4個象限，位于Ⅰ象限的品種產量和籽粒含水率均高于平均值，位于Ⅱ象限的品種產量高于平均值，籽粒含水率低于平均值，位于Ⅲ象限的品種產量和籽粒含水率均低于平均值，位于Ⅳ象限的品種產量低于平均值，籽粒含水率高于平均值，其中位于Ⅱ象限的品種為理想宜機械粒收品種。

1.4 數據處理

采用 Microsoft Excel 2007軟件處理數據并作圖，采用SPSS 19軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 機械粒收質量整體情況

對2018—2020年獲取的112個機械粒收樣本數據進行質量指標與產量統計分析，結果如表3所示，收獲時籽粒含水率范圍為20.41%～38.92%，平均籽粒含水率為27.64%；機械粒收籽粒破碎率范圍為1.33%～9.71%，平均破碎率為5.50%，平均破碎率高于《GB/T 21962-2008玉米收獲機械技術條件》中≤5%的國家標準[20]；機械粒收雜質率范圍為0.53%～6.34%，平均雜質率為2.71%，符合≤3%的國家標準；落穗損失率范圍為0.54%～9.84%，平均落穗損失率為3.13%；落粒損失率范圍為0.42%～3.22%，平均落粒損失率為1.62%；總損失率范圍為1.71%～13.00%，平均總損失率為4.75%，符合≤5%的國家標準，總損失率中落穗損失率占比65.89%；收獲時產量范圍為8 210.51～11 902.90 kg·hm-2， 平均產量為10 375.66 kg·hm-2。粒收質量指標的變異系數均在30%以上，籽粒含水率變異系數為14.12%，產量變異系數為7.71%，表明相比籽粒含水率與產量，粒收質量指標在品種和外界因素的影響下變異更大。本試驗中粒收質量平均值指標僅有破碎率未達國家標準，可見破碎率高是影響山西省春玉米機械粒收質量的關鍵因素。

2.2 籽粒含水率與機械粒收質量指標相關分析

對收獲時籽粒含水率與機械粒收質量指標進行相關分析，結果如表4所示，籽粒含水率與粒收破碎率、雜質率呈極顯著正相關，與落穗損失率呈極顯著負相關，與落粒損失率呈顯著正相關，與總損失率相關性不顯著，說明籽粒含水率是影響機收破碎率、雜質率、落穗損失率和落粒損失率的關鍵因素。機械粒收質量指標間相關關系表現為機收破碎率與雜質率、落粒損失率呈極顯著正相關；雜質率與落穗損失率呈極顯著負相關，與總損失率呈顯著負相關；落穗損失率與落粒損失率呈極顯著負相關，與總損失率呈極顯著正相關；落粒損失率與總損失率呈極顯著正相關。落穗損失率與總損失率的關系相較于落粒損失率與總損失率的關系更為密切。

表3 2018—2020年機械粒收質量指標與產量統計Table 3 Quality index and output statistics of mechanical grain harvest from 2018 to 2020

2.3 籽粒含水率與機收質量指標的關系

收獲時籽粒含水率是一個重要的經濟指標，其對粒收質量的高低起著關鍵作用。由圖1可知，隨著籽粒含水率的降低，機收籽粒破碎率表現出前期快速降低后期有所升高的趨勢，擬合方程為y=0.018x2-0.788x+13.18(R2=0.615**)。依據該方程計算，當籽粒含水率為21.89%時，籽粒破碎率為3.56%，達到籽粒破碎率的最低值；當籽粒含水率在16.92%～24.85%區間收獲時，籽粒破碎率符合≤5%的國家標準。雜質率隨著籽粒含水率的降低表現為逐步降低并趨于穩定的趨勢，擬合方程為y=0.076e0.130x(R2=0.760**)。依據該方程計算，當籽粒含水率高于28.82%時，雜質率高于3%的國家標準。落穗損失率隨著籽粒含水率降低表現為升高趨勢，擬合方程為y=19.89e-0.080x(R2=0.588**)。依據該方程計算，當含水率低于15.60%時，落穗損失率≥5%。落粒損失率隨著籽粒含水率的降低呈現出前期降低后期升高趨勢，擬合方程為y=0.014x2-0.604x+8.312(R2=0.691**)。依據該方程計算，當籽粒含水率為21.57%時，落粒損失率達到最小值(1.78%)。

表4 籽粒含水率與機械粒收質量指標相關分析Table 4 Correlation analysis of grain moisture content and mechanical harvest quality index

圖1 收獲時籽粒含水率與破碎率、雜質率、落穗損失率、落粒損失率的關系Fig.1 Relationships of grain moisture content with broken rate, impurity rate, ear loss rate and grain loss rate in maize

2.4 宜機械粒收品種篩選結果

以粒收時籽粒含水率為橫坐標，粒收產量為縱坐標，采用雙向平均作圖法，將2018—2020年參試玉米品種劃分為4個類型，篩選出籽粒含水率低、粒收產量高的品種，結果如圖2所示。2018年2個試驗點參試品種共計42個品次，收獲時平均籽粒含水率為28.22%，平均粒收產量為10 312.16 kg·hm-2，收獲時籽粒含水率低于平均值且粒收產量高于平均值的品種為長單511、DF607、長單716、太玉219、迪卡159；2019年2個試驗點參試品種為42個品次，收獲時平均籽粒含水率為27.83%，平均粒收產量為10 464.34 kg·hm-2， 收獲時籽粒含水率低于平均值且粒收產量高于平均值的品種為長單511、登海671、長單716、迪卡159；2020年2個試驗點參試品種為28個品次，收獲時平均籽粒含水率為26.92%，平均粒收產量為10 349.35 kg·hm-2，收獲時籽粒含水率低于平均值且粒收產量高于平均值的品種為長單511、迪卡159、長單716。3年試驗中，雙惠87均出現在Ⅰ象限，表現為粒收產量高且籽粒含水率高的特點；長單511、長單716、迪卡159均出現在Ⅱ象限，表現為產量高于平均值，籽粒含水率低于平均值的特點，是理想的適宜機械粒收品種；長單510、迪卡517均出現在Ⅲ象限，收獲時表現為籽粒含水率和產量均較低。

圖2 2018—2020年試驗品種籽粒含水率與產量雙向平均圖Fig.2 Two way average of water content and yield of test varieties from 2018 to 2020

3 討論

3.1 籽粒破碎率高是影響山西省春玉米機械粒收質量的主要因素

籽粒破碎率高是我國玉米機械粒收中普遍存在的問題[21-23]。趙波等[24]在西南區進行多點多品種粒收試驗，對788組樣本數據分析后發現，籽粒破碎率高是西南玉米機械粒收技術發展的主要限制因素；李少昆等[25]于內蒙古歷時5年對139個品次機械粒收樣本數據進行分析發現，收獲時籽粒破碎率和產量總損失率的平均值均高于國家標準。本研究由2018—2020年獲得的112個品次玉米機械粒收田間測試樣本分析發現，山西省春玉米機械粒收的籽粒平均破碎率為5.50%、雜質率為2.71%、總損失率為4.75%。在機械粒收主要質量指標中，除籽粒破碎率平均值高于5%的國家標準外，雜質率和總損失率均符合國家標準，因此籽粒破碎率高是影響山西省春玉米機械粒收質量的主要因素。籽粒總損失率平均為4.75%，存在偏高的問題，其中落穗損失率占比為65.89%，落穗損失率對籽粒總損失率的影響程度高于落粒損失率。造成落穗損失率高的原因可能是生理成熟后處于田間站桿脫水階段，不同品種會出現不同程度倒伏情況，機收時未收到倒伏植株果穗[26]。因此在山西省春玉米機械粒收過程中，需要選擇抗莖腐病、抗倒伏性好的品種，通過減少粒收時落穗損失率以降低粒收總損失率，從而保證粒收質量和產量。

3.2 收獲時籽粒含水率對玉米粒收質量的影響

收獲時籽粒含水率是影響我國玉米機械粒收質量的主要因素[27-28]。柴宗文等[29]利用2011—2015年在西北、黃淮海、東北和華北玉米產區168個地塊獲得的1 689組收獲期樣本數據，研究發現收獲時籽粒含水率與破碎率、雜質率、機收損失率之間均呈極顯著正相關關系，其中籽粒含水率與破碎率符合二次函數關系；孔凡磊等[30]研究四川省4個主推玉米品種籽粒含水率發現，玉米適宜機械粒收的籽粒含水率范圍為18.96%～29.76%；李璐璐等[31]在研究夏玉米籽粒含水率對機收破碎率的影響中發現，隨著玉米籽粒含水率逐漸降低，破碎率呈先降低后升高的趨勢。本試驗由同一位農機手使用同一臺機械收獲，并選擇相同品種在2個地區進行，在消除收獲農機、農機手、氣候環境影響的基礎上，研究不同品種籽粒含水率對粒收質量的影響。結果表明，隨著籽粒含水率的降低，破碎率表現出前期快速降低后期有所升高的趨勢，籽粒含水率在16.92%～24.85%，收獲時籽粒破碎率符合≤5%的國家標準；雜質率隨著籽粒含水率的降低表現為逐步降低并趨于穩定的趨勢，籽粒含水率高于28.82%時，雜質率高于3%的國家標準；籽粒含水率低于15.60%時，落穗損失率≥5%；落粒損失率隨著籽粒含水率的降低表現為前期降低后期升高趨勢，籽粒含水率為21.57%時，落粒損失率達到最低值，即1.78%；籽粒含水率與總損失率的相關性不顯著。綜合分析得出，山西省春玉米機械粒收籽粒含水率的適宜范圍為16.92%～24.85%，試驗中3年的平均籽粒含水率均超出此范圍，是破碎率高的主要原因。實際生產過程中可以通過粒收時間后移，充分利用山西省春播玉米傳統收獲時的間后期充足的光溫資源，增加田間生理成熟后站桿脫水時間來降低收獲時籽粒含水率，達到降低破碎率和雜質率的目的。但粒收時間后移有可能提高落穗損失率，針對這一問題，可以通過選擇抗莖腐病、抗倒伏品種提高群體抗倒性，降低落穗損失率增加的風險。

3.3 適宜山西省春玉米機械粒收品種

機械粒收技術的推廣應用受品種、收獲機具、耕作模式、生產規模、農戶意識等多種因素限制，其中收獲質量的影響最為顯著。目前適宜機械粒收玉米品種的選擇尚無國家標準，前人研究普遍認為收獲時籽粒含水率是影響粒收質量的關鍵因素[32-34]。且籽粒破碎率和雜質率隨著含水率的升高顯著增加，因此適宜機械粒收的玉米品種應同時具備收獲時籽粒含水率低、產量高兩個特點[35]。本研究通過籽粒含水率和產量雙向平均作圖法，篩選出了3個籽粒含水率低、產量高的宜粒收品種，分別是長單511、迪卡159、長單716。而山西省傳統生產中對收獲時籽粒含水率重視程度偏低，尤其近年來出現糧商在田間直收果穗的收購方式，使種植戶陷入含水率高即產量高的誤區。另外山西省傳統生產的收獲時間偏早，一般在10月1日前后收獲，收獲時籽粒含水率偏高，既增加了晾曬倉儲成本，又加大了籽粒霉變風險，同時也未能充分利用春播玉米區收獲后田間充足的光溫資源，因此通過生理成熟后延長田間站桿脫水時間以降低收獲時籽粒含水率，可獲得高質量的粒收效果，同時也是一種簡潔高效、提質增效的生產方式。

4 結論

破碎率高是影響山西省春玉米機械粒收質量的主要問題。收獲時籽粒含水率高是粒收破碎率高的關鍵影響因素。山西省春玉米機械粒收時籽粒含水率范圍為16.92%～24.85%時，可獲得符合國家標準的粒收質量。本試驗篩選出3個籽粒含水率低、產量高的品種，分別為長單511、迪卡159和長單716，可作為山西省春玉米適宜機械粒收品種進行推廣。