玉米籽粒脫水及機收籽粒研究進展

劉興舟，李 猛，張 建，陳瑞佶，付 華，馬桂美，周言虎，莊小林

（1宿州市農業科學院，安徽宿州 234000；2泗縣農業農村局，安徽宿州 234000）

0 引言

玉米總產量已穩居世界糧食作物之首，中國作為世界第二大玉米生產國，玉米總產量占全球玉米產量的20%以上，主要產品為玉米籽粒[1]。2020年，隨著新冠疫情不斷蔓延，國際糧食貿易形勢不斷變化，糧食緊缺趨勢不斷加強，對中國糧食生產效率提出了新的要求。如何提高玉米生產全程機械化率，特別是籽粒機收水平是中國玉米機械化收獲的發展方向[2-3]，與歐美國家不同，中國玉米產區氣候條件多樣，差異明顯，同時玉米籽粒機收關鍵技術研究不足，嚴重制約籽粒機收技術的推廣和應用，目前中國玉米籽粒機收比例尚不足10%[3-4]。限制籽粒機收技術在中國推廣應用的原因較為復雜，籽粒機收質量不佳、破碎率偏高是其中的重要因素之一，而籽粒含水率偏高是導致中國籽粒機收質量不佳的主要因素，含水率與破碎率、雜質率及機收損失率之間均呈極顯著正相關[5-8]，籽粒含水率為18%～23%時破碎率最低[9-10]。當前中國玉米收獲期籽粒含水率通常在22%～40%，玉米籽粒機收平均籽粒破碎率高達8.63%，高于國家標準“玉米收獲機械技術條件”(GB/T 21961—2008)的要求[5]。相同籽粒含水率下品種耐破碎性存在明顯差異[11]。前人研究表明，玉米籽粒含水量降低分為2 個階段，第一階段發生于籽粒灌漿到乳熟期，屬于發育失水；第二階段由籽粒蠟熟期至收獲期，主要通過籽粒表面蒸發作用進行水分散失[12]。玉米籽粒脫水速率受籽粒灌漿速度和果穗農藝性狀、生態氣候因素和栽培措施等因素影響[13]。后期籽粒脫水速度減緩，霉變粒時有發生[5,14-15]。收獲時高籽粒含水量適宜黃曲霉、鐮孢菌等真菌生存，增大堆積晾曬儲藏過程中霉變粒發生的風險，產生黃曲霉毒素、嘔吐毒素等污染，影響玉米營養品質和糧食安全，危害人畜健康[16-17]，前人研究多數集中在生理生化、籽粒含水率、籽粒破碎率等方面分析玉米籽粒機收存在的問題和研究方向。為此，本研究從品種、播期、水肥管理、收獲等多個方面總結分析了國內外有關研究，從品種差異、農藝措施、生態因素等方面進行分析，以期探索中國籽粒機收進一步研究方向，為進一步創新玉米籽粒機收栽培技術措施、配套農機具研制、保障玉米產品質量安全和推進玉米產業發展提供技術支持。

1 品種差異對籽粒脫水的影響

品種的科學選擇是解決收獲期玉米籽粒含水率高的首要途徑。自20世紀80年代以來，為了獲得更高的單產，中國玉米品種選育目標曾為稀植大穗，注重單株產量潛力、大果穗、晚熟等性狀，對早熟、收獲期籽粒含水率低、耐密植等性狀重視不足，玉米收獲時，籽粒含水率普遍在30%～40%[5,7]。近10年來，育種思路轉變，育種家更加注重早熟、耐密植、收獲期低籽粒含水率等性狀，收獲期籽粒含水率平均為26.83%[5]。有研究表明，不同品種間籽粒含水率及成熟后的脫水速率存在顯著差異[18-20]，主要影響因素有熟期、籽粒類型、籽粒物質構成等[21-23]，苞葉和果穗性狀也會顯著影響籽粒脫水速率[23-24]。苞葉薄短、穗粒數少、籽粒小、硬粒等穗部特征有利于籽粒脫水[25]。早晚熟品種通過合理搭配，可延長玉米播種和籽粒機收作業時間，提高農機裝備利用效率和生產效益[26]。不同雜種優勢群自交系籽粒脫水速率存在差異，授粉后40天籽粒脫水速率依次是瑞德群>蘭卡斯特群>旅大紅骨群>混合群>P群>唐四平頭群[27]。

2 農藝措施差異對籽粒脫水的影響

2.1 播種收獲時間對籽粒脫水的影響

前人研究表明，適度提前播種可能造成一定產量損失，主要由于出苗不良，但在高緯度地區可避免秋季早霜影響，可促進玉米成熟脫水，降低籽粒烘干成本[28-29]，但黃淮海區域提前播種，夏玉米花期遭遇高溫熱害的概率最大[30]，且粗縮病發生較重[31]，西南區和東華北區域播種窗口期偏短，提前播種受限。適度延遲播種對于籽粒營養品質影響不顯著，但產量會顯著降低，且籽粒后期脫水較難[32-33]。

前人研究多認為玉米籽粒乳線消失，出現黑胚層為最佳收獲期，此時籽粒含水率在20%～40%，且籽粒干重最大[34-36]，人們一般認為籽粒含水率在28%以下時收獲，可滿足糧食烘干收儲企業的要求[5]。延緩收獲不同品種玉米的含水率顯著降低，但其變化率存在差異。延緩收獲使落粒率顯著下降。延緩進行籽粒收獲后，籽粒含雜率均低于國標要求；而平均籽粒破碎率達13.23%，高于國標要求[30]。玉米生理成熟后，田間站稈晾曬是國外對于籽粒機收的有效措施之一，其對籽粒重并無顯著影響[37-39]。

2.2 種植密度及模式對籽粒脫水的影響

種植密度對籽粒脫水的影響說法不一，有研究表明，較高的種植密度會增加植株高度，延遲成熟期[40]。但多數試驗證明，隨種植密度增加，機收籽粒時籽粒含水率、破碎率和雜質率均呈降低趨勢，但高密度下腐籽率顯著增加，種植密度、基因型顯著影響籽粒機收質量,基因型的影響大于種植密度[41]。玉米在寬行距下不同種植密度的產量均優于窄行距，但籽粒含水率恰恰相反[42-43]。隨著行距的減小，玉米籽粒產量增加，且籽粒脫水速率隨種植密度的增加略有增加[44]。

此外，寬窄行栽培[45]、一穴多株[46]、間作套種[47-48]以及合理選擇行向[49-50]等栽培措施均可改善灌漿期田間小氣候，提高光熱資源利用效率，可促進灌漿期籽粒脫水。

2.3 肥水管理對籽粒脫水的影響

前人研究證明，養分缺乏將延遲玉米成熟時間[51],但合理控制氮素供給可促進植株成熟，加快后期籽粒脫水速率[52]。增加氮肥可提高玉米籽粒產量，但會延遲玉米成熟期及成熟時籽粒含水量[53]，過量氮肥也會延遲玉米成熟[54]。施用過磷酸鈣的玉米生理成熟期要早于其他類型磷肥[55]，分層施磷可延遲玉米葉片衰老，有助于提高籽粒產量[56]。施用鉀肥可加速玉米成熟，顯著增加籽粒產量[57]，通過根際合理配施鉀肥，可有效降低寒地玉米收獲時籽粒水分[58]，生育中期葉面噴施適宜濃度的鉀肥，可加快玉米生理成熟[53]。

玉米籽粒成熟過程中干物質和水分兩者共同影響籽粒含水率的變化[54]，生理成熟前為生理脫水階段，脫水速率主要受籽粒發育控制。干物質運輸和積累是籽粒水分損失的主要驅動力[41]，籽粒含水量與籽粒灌漿速率和持續期密切相關，籽粒含水率下降速度受干物質積累速率的影響[55]。適時適度水分調虧，可抑制玉米植株高度，提高籽粒灌漿效率，促進作物生長、提高產量、改善品質[56-57]。拔節期至灌漿期多次灌溉，成熟期不進行灌溉，保持適度水分虧缺可實現制種玉米節水高產[58]。

2.4 其他農藝措施對籽粒脫水的影響

除上述農藝措施外，還有植物生長調節劑和生育后期物理調控等農藝措施可對籽粒脫水產生影響。生育后期噴施適宜濃度的ABA或乙烯利，可提升籽粒脫水速度[59-60]。在嚴重干旱條件下，低種植密度噴灑乙烯利后玉米產量下降，而在高種植密度條件下恰恰相反[61]。剪葉、去頂等農藝措施可以減少植株綠葉面積，加速籽粒脫水[62-63]。特別在較高種植密度條件下，吐絲期適度剪葉可以延遲玉米葉片衰老，增加籽粒千粒重，提高單產[64]。適當減少苞葉層數，有利于籽粒生育后期脫水[65-66]。

3 生態因素對籽粒脫水的影響

生理成熟后為自然脫水階段，主要受生態因素特別是田間自然環境等的影響[67]。在東華北區域玉米機械化籽粒冬收技術應用較多，相比于生理成熟后立即收獲，通過田間自然脫水，可減少破碎率和收獲損失，提高玉米品質[68]。隨玉米籽粒含水量降低，自然落粒率隨之增加，當含水量降至25%以下時，自然落粒率迅速增加至10%[69]。生理成熟后10 天華北地區春玉米籽粒含水率可下降至28%，下降到25%的概率為50%[70-71]，如華北地區麥玉輪作利用品種更新增加10天左右空窗期，則有利于進行籽粒機收。

4 展望

綜上，針對玉米群體生產、資源高效等方面國內外學者開展了大量的研究，取得了階段性的成果，但由于中國玉米種植區氣候條件多樣，生態類型復雜，不同地區玉米品種籽粒脫水特征差異明顯。導致目前生產上農戶多數仍以穗收作為主要的玉米機械化收獲方式，收獲后通過晾曬和烘干進行籽粒脫水，制約了玉米籽粒機收的推廣應用。

針對這些問題，首先需要組織跨生態區域聯合攻關，加強籽粒脫水機制研究，明確不同類型玉米籽粒脫水的遺傳差異和不同生態區影響收獲期籽粒含水率的主要限制因素，開展農藝措施調控玉米籽粒快速脫水的研究，從源頭理清實現玉米籽粒快速脫水的主要途徑。

其次根據各生態區域的不同生態環境條件、生產特點和機械化水平，開展針對性的適宜機收、籽粒脫水快的玉米新品種選育工作，并對配套栽培技術與種植模式進行研究，因地制宜地開展玉米籽粒水分高效調控理論與技術研究。如在東華北春播玉米區可借鑒歐美早熟密植品種模式，選擇早熟、成熟期籽粒含水量較低的品種，借此延長籽粒脫水時間，通過增加種植密度保證單產增加，推進區域機械粒收技術的應用。在西北玉米區，土地集中，機械化程度高，適宜通過選育和選用早熟、脫水快的耐密植高產品種，不同熟期品種搭配種植，降低籽粒含水率，并借此延長收割機作業期，實現玉米高質量機械粒收大面積應用。在黃淮海區域，對于南部熱量資源充足的區域，可以引導農民改變種植習慣，玉米適宜晚收，促進玉米籽粒后期熟后脫水，而在黃淮海區域，目前品種收獲時籽粒含水率難以降低到28%以下，如何協調熱量資源配置，培育和選用早熟品種，是實現玉米籽粒機收的關鍵因素。西南地區地形復雜，因海拔不同形成了多種差異明顯的生態類型，可選擇集中連片種植的平地、淺丘地區，開展玉米機械粒收技術試驗示范和推廣。

同時，由于目前生產實踐上化學調控催熟劑等的應用，今后針對玉米植物生長調節劑技術的研發，應開展從調節劑或其復配劑的篩選及其施用技術研究，不同生態區化學調控促籽粒脫水效果等方面開展研究。并最終從玉米產量、生理生化特性、籽粒含水率、籽粒破損率等方面評價不同農藝措施的調控效果，明確其促進籽粒脫水的機理。此外，應開展配套輕簡化農機裝備的研制，農藝農機深度融合，進而加快玉米機械化籽粒直收技術推廣，實現玉米產業提質增效。