我國芝麻適宜機械化種植與收獲的關鍵農藝性狀研究進展

王 臻 周 芳 楊遠霄 周 婷 劉紅艷

（中國農業科學院油料作物研究所/農業農村部油料作物生物學與遺傳育種重點實驗室，湖北武漢430062）

芝麻（Sesamum indicumL.）屬胡麻科（Pedaliaceae）芝麻屬（Sesamum）一年生草本植物，廣泛種植在亞洲、非洲等70 多個國家[1]。全世界年種植面積約1000萬hm2，總產300萬t左右，其中我國總產40萬～50 萬t，占世界總產的1/7～1/6[2]。芝麻種子富含不飽和脂肪酸、維生素，鈣、鐵、鋅等微量元素，以及特有的抗氧化物質芝麻素等，是人民高質量生活不可或缺的特色保健食品[3]。近年來，隨著人民生活水平的提高，芝麻年進口量已達100 萬t[4-5]。面對巨大的需求量，充分利用現代化的機械設備提高芝麻生產效率是促進芝麻產業發展的重要任務之一。

相較于花生、油菜等油料作物，我國芝麻機械化生產技術研究起步較晚，發展進程較慢，至今仍以傳統的手工操作為主，這種耕作方式勞動力投入大、生產成本高、經濟效益低，嚴重制約著我國芝麻生產的發展。芝麻全程機械化生產涉及3 個重要環節——播種、田間管理、收獲，它們是提高我國芝麻生產水平的關鍵環節。目前，我國在播種、間苗、除草、收獲等方面的機械化水平已有所進步，但仍然處于引進、開發、試驗和推廣階段，主要引用和改制小麥、玉米、油菜等作物的種植機械，尚且還沒有芝麻專用的機械生產廠家。據調查研究，全國50 個芝麻主產縣已改制出近300 款機械，大多由小麥、玉米、油菜等作物機械設備轉化或改制而來[6-10]，主要由種植大戶和農場用于芝麻種植。

芝麻機械化種植過程中存在諸多不利因素，如種子小而扁平，對于播種孔和播種量的控制難度較大；生存環境嚴格，要求地塊質量高；苗期生長緩慢，苗間距小易形成簇苗，化學噴藥過程中不易控制噴藥范圍，易傷苗；成熟期植株高大，遇大風大雨天氣莖稈易倒伏；花期長，收獲時同一植株籽粒成熟度不一致；成熟時蒴果易開裂，種子易散落；收獲時節雨水過多，種子易發霉腐爛；機械收割損失嚴重；籽粒干燥儲藏期間，含油量、出油率和油脂品質易發生變化，也容易產生病蟲害。因此采取各種措施不斷增加芝麻產量和收益、發掘適宜芝麻全程機械化栽培的技術措施逐漸成為芝麻研究領域的重大課題。

本文針對芝麻機械化生產過程中存在的問題，總結前人研究成果，主要對適宜機械化收獲的品種、抗倒伏性、裂蒴性、抗病性、理想株型等關鍵農藝性狀和收獲方式進行總結，提出適宜我國芝麻機械化種植與收獲的關鍵技術措施，以期為我國芝麻產業高質量快速發展提供參考。

1 我國芝麻生產現狀

1.1芝麻種植面積、單產及總產2012-2021 年我國芝麻整體生產情況如圖1。2016 年播種季長期陰雨導致很多地區芝麻無法播種，改種其他作物，因此種植面積和總產突降：面積由2015 年的301.23 千hm2降到2016 年的230.21 千hm2，降幅23.58%；總產由2015 年的45.03 萬t 降到2016 年的35.20 萬t，降幅21.83%。受2016 年種植情況影響，2017 年種植面積和總產與上年相比均變化不大，此后恢復增長并趨于平穩態勢。總的來說，我國芝麻屬于小宗經濟作物，種植面積基本維持在260 千～ 280 千hm2，總產維持在40 萬～ 50 萬t，年度間變化不大。

圖1 2012-2021 年我國芝麻種植面積、單產及總產變化

1.2我國芝麻機械化生產現狀芝麻屬于小宗作物，在農業農村部網站上未查到芝麻機械化耕地、播種、間苗、收獲等機械化利用面積和機械化比率等相關數據，而水稻、小麥、玉米、油菜等大宗作物機械化開發早、機械化程度高。2020 年我國小麥、水稻、玉米、油菜的綜合機械化比率分別為97.2%、84.4%、89.8%、59.9%[11]。相比于大宗作物，芝麻產量長期低而不穩，多種植于面積較小、形狀不規則、難以使用機器的地塊，因此無論是夏播區還是秋播區基本多為人工播種，無專門的芝麻播種機，僅有極少量種植大戶或農場用油菜播種機播種芝麻。在收獲方面，芝麻機收僅處于試驗階段，主要原因是芝麻屬于無限花序，下部蒴果成熟裂開時，上部蒴果未完全成熟呈閉蒴狀態，不能實現一次性機械收獲，一般進行兩段式收獲。由河南省農業科學院選育出的芝麻品種豫芝ND837 和豫芝NS610 抗落粒性強，可實現一次性機械收獲，但是鑒于芝麻區域性較強的特點，在某些省份達不到高產，目前推廣面積未輻射到全國。

盡管總體上芝麻機播和機收均處于研發起步階段，但芝麻種植面積小，播種方式多樣，可撒播、條播、點播。人工播種方式并不是限制芝麻生產的主要因素，而一次性機收則是提高芝麻生產效率的關鍵。林勇翔等[12]通過試驗得出，機械化播種每hm2用工0.17 個，人工播種用工5 個，機械化播種可節約人工4.83 個，效率是人工播種的29 倍；使用雷沃GM100 型聯合收割機收割，每hm2用工0.14 個，人工割倒打捆用工55.6 個，人工敲打脫粒用工25 個，使用聯合收割機進行機械收獲比傳統的人工收獲節約用工80.46 個，效率是傳統人工收獲的575.7 倍。由此可知，利用機械播種和收割可大大提升芝麻生產效率，因此，選育適宜機械化收獲的品種，配套相應的栽培技術和機器設備，對于提高我國芝麻的機播機收比率、促進芝麻產業發展具有重要的現實意義。

2 適宜機械化收獲芝麻品種應具備的重要農藝性狀

各地應在適合當地生態條件、種植制度、茬口、綜合農藝性狀優良的主推品種中，選擇具有抗倒伏、抗裂蒴、抗落粒、抗病、株型緊湊、耐密植、株高適中、莖粗適中等適應機械化作業特性相對較好，且中早熟、耐高溫、耐旱、耐漬的芝麻品種。目前，生產中的少數品種具備了一個或幾個優良特性，它們對于機械化大力開展具有一定的推動作用。例如，劉紅艷等[13]創制的密蒴芝麻新種質21XZ98，單株蒴果數多、落花落蕾少、蒴果排列整齊一致、抗病抗逆性強。張艷欣等[14]、王林海等[15]利用中芝13 和矮稈種質ZZM2748（株高不足90cm）進行雜交，后代中發現多個矮稈植株，并利用分子標記輔助選擇找到2 個與矮稈性狀緊密連鎖的分子標記ZZM5914、ZZM5932，植株具有典型的矮縮性狀，并且蒴果密集、莖稈粗壯、抗倒性極強。張秀榮等[16]選育的微裂蒴芝麻品種中芝78 和中芝75，大田機收損失率分別為14.4%和10.8%。河南省農業科學院芝麻研究中心張海洋團隊研發的宜機收品種豫芝ND837、豫芝NS610、豫芝619 均具有很好的籽粒保持特性，其中豫芝ND837 每667m2產量最高可達183kg，較傳統品種增產15%以上，機收損失率最低3%左右[17]。盡管如此，目前關于抗倒伏、抗莖點枯病、抗枯萎病、株型緊湊耐密植的高產芝麻品種還是比較匱乏。

2.1莖稈抗倒伏性芝麻屬夏作物，直立草本，植株高大，招風，莖稈纖維組織較脆弱，在夏季受臺風和暴雨影響時極易發生倒伏和折斷。倒伏一般發生在終花期和成熟期。倒伏后，田間小氣候發生惡化，泥土和葉片粘在果殼上易發霉腐爛，光合效率、抗病性、有效蒴果數都會大幅度下降，在降低種子飽滿度、產量和品質的同時，機收難度急劇增加。芝麻倒伏分為莖倒和根倒，莖倒為基部莖節發生的彎曲或折斷，根倒為直立莖稈由根莖的傾斜而產生的歪倒。芝麻發生倒伏的最主要原因是：下部莖節機械組織發育很好，而上部莖節機械組織發育不完全（維管束粗、木質化程度低），莖節內多為薄壁細胞，含水量高[18]。由于植株倒伏程度不同，研究人員一般用倒伏指數來評價作物莖稈抗倒性，倒伏指數越小，抗倒性越強。計算公式為倒伏指數（LⅠ，Lodging index）（cm/g/g）= 高 度（cm）× 鮮 重（g）/ 抗 折力（g）[19]。倒伏指數與植株高度、株型、莖稈內部組織結構和化學成分、葉片重量等密切相關[11]。植株高度偏矮或者適中、莖稈粗壯、根系發達、節間短、蒴果密、始蒴高度低則抗倒伏性強。細胞壁的主要組成成分是木質素、纖維素和果膠，有研究表明高濃度木質素和纖維素可增強細胞壁強度，從而提高莖稈物理強度[20]。關于作物倒伏機理研究在水稻[21]、小麥[22]、玉米[23]、油菜[24-25]等大宗作物上研究較為深入。張建等[24]認為木質素含量、機械組織面積與抗倒伏顯著相關。Wei 等[25]認為糖基水解酶（BnaA01g00480D）和CYT1（BnaA04g22820D），轉錄因子SHINE1（ERF 家族）、DAR6（LⅠM 家族）是調節木質素合成的關鍵基因。Hirano 等[26]對水稻莖稈抗折突變體smos1（small organ size 1）進行研究，發現稈壁厚度對水稻抗倒伏也起到重要作用。而關于芝麻抗倒伏分子機理研究尚未見報道。

2.2蒴果抗裂蒴性芝麻蒴果皮由子房壁發育而成，分為外果皮、中果皮和內果皮3 層。每心皮有2個假室，每室有1 排種子著生在胎座上[27]。芝麻蒴果開裂是一個復雜的過程，是在逐漸成熟干燥過程中蒴果發生開裂的。蒴果開裂經歷5 個重要步驟，即蒴果打開、蒴果分裂、蒴果收縮、膜完整性和胎盤附著[28]，最后到完全成熟時，蒴果從果尖沿果瓣縱軸方向的室間裂縫向下自然開裂，從而造成自然落粒[27]。前3 個步驟中的任何一個環節不發生或者發生程度輕，后2 個步驟中任何一個環節保持程度較好都會增強芝麻品種的抗裂蒴性。品種不同蒴果構造也不完全相同，因此當蒴果開裂時種子從胎盤上脫落后保留在蒴果內的籽粒數量也不相同。目前絕大多數芝麻完全成熟時都會自然落粒，普通品種機收損失率高達37.29%，因收獲延遲導致機收損失率更大。因此為了降低機收損失率，最好將宜機收時間控制在3～5d。由于芝麻多種植在面積不大、地塊不規則的荒坡地、門前屋后，規模化機收更加困難。因此，加強抗裂蒴品種選育，提高抗裂蒴性以降低機收損失率、延長機收時間是目前芝麻品種培育的重要研究方向。

關于芝麻裂蒴性鑒定方法研究較少。美國芝麻育種家Langham 公布了兩種鑒定芝麻抗落粒的方法。一種是自然法，通過計算正常收獲時的種子保留量與田間自然成熟3 個月后的種子保留量比值來鑒定品種的抗落粒性，抗性好的品種比值為65%～97%；另一種是機械法，取完全成熟開裂的芝麻蒴果放入錐形瓶中來回振動10min，計算種子保留量，抗落粒性好的品種保留量為65%以上[28]。師立松等[29]先烘干進入成熟期2 周后的主莖中部蒴果，再測量計算蒴果長、蒴果寬、蒴果厚、裂口寬、裂口深、果皮重、裂口深/蒴果長、果皮重/蒴果長、開裂角度C1 和C2 等10 項指標，通過相關性分析、主成分分析、隸屬函數、線性回歸等統計學分析，最后確定裂口寬可以作為芝麻抗裂蒴性鑒定評價的指標。抗裂蒴性等級劃分標準為：高抗（裂口寬≤0.7cm），抗（0.7cm＜裂口寬≤0.9cm），中間型（0.9cm＜裂口寬≤1.1cm），裂（1.1cm＜裂口寬≤1.5cm），易裂（裂口寬＞1.5cm）。這些抗裂蒴的判斷方法與標準對于培育抗裂蒴芝麻品種具有重要的指導作用。

前人對芝麻蒴果開裂性進行了深入的遺傳學研究。Langham[30]利用開裂品種和不開裂品種進行雜交獲得F2，成熟后1 個月在田間調查蒴果開裂與不開裂植株比例，結果發現分離比為3∶1，表明蒴果開裂由1 對ID/id基因控制，且開裂為顯性。而Kotcha 等[31]認為蒴果的開裂性與不開裂性分別由2 對顯性上位性基因和隱性上位性基因控制。Culp[32-33]則認為“紙殼蒴果”為單基因隱性遺傳，而且這個性狀是重復隱性上位的結果。

早在2003 年，Uzun 等[34]就利用BSA 法將閉蒴突變體cc3和當地品種Muganli-57 雜交構建遺傳群體，結果找到一個與閉蒴基因緊密連鎖的AFLP 標記。Phumichai 等[35]構建了一個F2群體，利用AFLP 分子標記技術找到一個可以區分蒴果開裂與否的標記Si-SR-32-19。Zhang 等[36]發現芝麻閉蒴和卷葉2 個性狀緊密連鎖，并在第8 號連鎖群上定位到同時控制這2 個性狀的基因SiCL1，該基因編碼一個轉錄抑制因子KAN1 蛋白，基因序列由20 個核苷酸（caggtagctatatgca）突變為6 個核苷酸（tctttg），最終導致翻譯提前終止。通過對控制蒴果性狀進行基因克隆和遺傳轉化，最終可以實現芝麻的精準分子設計育種，縮短育種年限，快速高效地培育出優質的抗裂蒴品種。

2.3芝麻莖點枯病和枯萎病抗性芝麻在全國各地均可種植，但由于芝麻對氣候和栽培條件非常敏感，在不利條件下極易感染各種病害。在我國東北、江西、華北以及黃淮主產區主要病害為莖點枯病和枯萎病，這兩種病害常年發病率分別為30%和15%左右，重者可達50%～70%[37]。莖點枯病和枯萎病發生后，芝麻莖稈易折斷倒伏，蒴果易沾染泥土和腐爛葉片，機收時難度增加，且收獲率低下。

芝麻莖點枯病由菜豆殼球孢菌（Macrophomina phaseoli（Maubl.）Ashby.）侵染引起，主要侵染時期為苗期及盛花期，與降雨、空氣濕度關系密切。其發病周期短，病害蔓延快，防控難度大。芝麻莖點枯病菌在種子、土壤和病殘體上以菌核形式越冬，并在次年作為初侵染源侵染植株。播種后在適宜的環境條件下，種子萌發激發菌核產生菌絲，對種子和芽苗進行侵染，造成爛種、爛芽，幼苗出土后菌核萌發侵染幼苗。開花結果期病害多自根部開始，之后由下而上蔓延，根部感病后，主根、支根逐漸變褐色[38]。

芝麻莖點枯病菌能分泌一組胞外降解纖維素的酶系：濾紙酶、天然纖維素降解酶、內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，該酶系能夠降解芝麻秸稈纖維素[39]，使得菌絲趁機入侵和增殖。菌絲侵染植物后，莖稈中纖維素發生改變，皮層內部布滿小菌核及病菌孢子器，后期莖稈中空，易折斷，導致植株枯死。目前已從病原菌中克隆出2 個egl基因，egl1基因的表達產物有分解纖維素的活性，egl2基因的表達產物對病原菌在寄主上的營養生長有利[39]。芝麻過氧化物酶（POD）不僅能夠清除體內過多的活性氧，還可以加固細胞壁和誘導木質素的合成，以阻止病原菌的蔓延。已有研究從病原菌的細胞壁中分離出了一種激發子，它能誘導抗性寄主快速合成酚類物質苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶，這是抗病品種對病原菌的一種防衛機制[40]。

目前已鑒定出一些莖點枯病抗性基因，如NBS類RGAs基因。于沐[41]通過基因克隆的方法推測RGAs基因中SIRGA1、SIRGA4、SIRGA11、SIRGA12基因可能與芝麻的基礎防衛反應相關，SIRGA8基因可能與芝麻對莖點枯病的抗性反應有關。陳燕華[42]借助轉錄組測序技術鑒定出基因SiPYL4、SiTLP在芝麻莖點枯病抗性中發揮著重要作用。因此借助轉基因技術導入外源DNA 片段進行芝麻抗性育種可有效提高品種抗病性。還需要注意的是莖點枯病抗性與開花時間存在負相關，表現為中晚熟品種抗性較強；地方種質的病株率和病情指數低于改良品系。因此利用地方種質資源作為親本選育中晚熟品種有利于防御莖點枯病菌侵染。

芝麻枯萎病由尖孢鐮刀菌芝麻專化型（Fusarium oxysporum f.sp.sesami）侵染引起，植株在生長發育的任何時期均可被侵染。尖孢鐮刀菌厚垣孢子能夠在土壤中長期存活，即便在無寄主的情況下也可活6 年以上，因此控制難度較大。侵染時病菌多從苗的根尖、傷口侵入，從根部侵入后進入導管，沿導管蔓延到莖、葉、蒴果和種子，致使全株發病枯死。病菌侵入植株后，在導管中繁殖，產生果膠酶、纖維素酶等水解酶，使得細胞壁成分降解，菌絲趁機入侵和增殖；同時由于破壞了維管束，妨礙了水分、養分的正常運轉，干擾代謝，導致氣孔非正常開合，有利于菌絲侵染。菌絲侵染植物后，還會產生鐮刀菌酸毒素，被上行液流帶動散布到植株葉片內，殺死維管束周圍的細胞，破壞葉綠素，引起葉片變黃，橫切病莖可見木質部維管束變褐色，病株易早熟[43]。

目前已鑒定出一些枯萎病抗性基因，如Duan等[44]通過重測序和關聯分析發現SiUTC115363基因中有2 個SNPs 與枯萎病抗性直接相關。董朱霞等[45]通過鑒定發現，分枝型芝麻植株枯萎病抗性強于單稈型植株，黃色種皮材料抗性略高于其他種皮顏色材料，其他農藝性狀如莖稈茸毛數量、葉片大小、葉片形狀、葉片色澤、花色等與抗病性沒有顯著相關性，并且野生種的抗病性明顯高于栽培種。因此，利用野生種和轉基因技術導入抗病基因選育分枝型黃色籽粒芝麻品種可能是育種方向之一。

2.4宜機收芝麻理想株型在芝麻生產中，宜機收芝麻品種要求株高160cm 左右，具有莖稈粗壯抗倒伏、抗裂蒴或者抗落粒、抗莖點枯病和枯萎病、單稈型或者分枝少而集中、始蒴部位低、葉面積小、葉夾角小、葉片上舉、蒴果數量多、耐密植等特點。但由于芝麻株型易受地力、播種期、播種方式、播種密度、追肥等栽培條件以及當地的光、溫、水等自然環境因素影響，導致芝麻在理想株型遺傳改良過程中進展緩慢。

2.4.1株高在所有宜機收性狀中，株高是最關鍵的性狀。矮稈、半矮稈植株抗倒性強，但由于始蒴部位過低，割臺在高于或者等于始蒴部位的時候，易導致蒴果不能全部卷入割臺內。植株過矮時，脫粒滾筒莖稈量減少，脫粒難度、籽粒損失率反而增加[46]。當株高適當降低時，種植密度可適當增加，以便于機械收割。

2.4.2株型芝麻株型屬單稈型還是分枝型直接反映了植株緊湊程度，其與機收損失密切相關。汪文祥等[47]根據分枝角度大小將油菜株型劃分為緊湊型（＜30°）、中間型（30°～40°）和松散型（＞40°）。分枝角度越大，株型越松散，機收時越會因為分枝相互纏繞而增加產量損失。相反，株型越緊湊，植株越耐密植，越有利于機收[48]。油菜分枝角度受多基因控制，且已篩選出與分枝角度相關的候選基因[49-50]。而芝麻在分枝角度與機收關系方面的研究尚未見報道。

芝麻理想株型構建還應充分考慮分枝部位、始蒴部位、分枝長度、分枝數量等性狀。芝麻莖稈呈四方型，莖粗、皮厚和木質化程度隨莖稈部位上升而降低，理論上植株切割部位越高越有利于機械切割，以減少機械損傷。芝麻分枝長度隨著生部位升高而變短，一次分枝數越少、分枝著生部位越集中株型就越緊湊。分枝越多，籽粒灌漿充實時間越長，上下部蒴果成熟度越不一致，宜機收時間越不好把握，機收損失率也越高。因此，理想株型是一個綜合性狀，以機收產量達最高值為鑒別標準。

2.5成熟一致性任何一種作物成熟一致性越好越有利于機械收獲，以降低成熟不一致導致的損失。芝麻為無限花序，目前世界上仍然有99%的芝麻只能在下部蒴果炸裂時提前開始人工收獲，充分晾曬后再人工脫粒，以避免中上部蒴果落粒對產量造成的損失[51]，但這樣會因為中上部籽粒未完全成熟而引起含油量及產量降低；待到上部蒴果完全成熟后再機械收獲則會出現中下部蒴果炸裂的情況，裂蒴嚴重的會導致50%以上的產量損失[27]，也不利于機械化收獲。蒴果成熟度不一致，機械收割脫粒時滾筒難以滿足所有蒴果脫殼要求，未完全成熟蒴果籽粒不易脫出，導致產量損失、籽粒顏色差和機械糊篩。因此，生產上，選擇適宜機收時間應充分考慮種子成熟率和損失率，以獲得最佳產量和最佳商品性為衡量標準。

當前，育種者應重點培育開花期早而集中的品種和有限花序品種。有限花序品種成熟期相對一致，籽粒大而飽滿，適宜機收。缺陷是植株偏矮，蒴果數量少，產量偏低。如果能夠以有限花序材料為親本，成功轉育出株高中等、蒴果數量多、開花集中的品種，對于適宜機械化收獲的品種培育具有重要意義。除了品種選育之外，還可以噴施外源激素（如乙烯利）、蒴果催枯干燥劑（百草枯、敵草快、滅草喹、唑草酮）等促進蒴果成熟一致。乙烯利主要是通過誘導植物釋放乙烯來促進熟果脫水成熟。百草枯是一類毒性極強的觸殺劑，一部分藥劑會殘留在籽粒上，存在極大的安全隱患，現在基本處于淘汰狀態。敵草快通過破壞植物細胞膜結構從而使植物枯黃失水[52]。滅草喹抑制纈氨酸和亮氨酸等支鏈氨基酸的合成，當植株的葉和根吸收后，藥劑會在木質部和韌皮部傳導并在分生組織中累積，從而使分生組織壞死，實現催枯效果。唑草酮通過抑制葉綠素生物合成過程中的原卟啉原氧化酶，使原卟啉原ⅠX 氧化酶迅速累積氧化，并生成單態氧，進而引起細胞膜的不飽和脂肪酸過氧化，導致膜滲漏，色素破壞，葉片迅速干枯死亡，從而實現催枯效果[52]。噴施蒴果催枯干燥劑盡管能夠促進成熟一致，但是化學藥劑始終對農產品存在殘留污染，未來發展趨勢還是以品種選育為主，化控逐漸被替代。

3 適宜機收關鍵農藝性狀的栽培及化學調控

3.1抗倒伏性芝麻倒伏后，輕則減產10%～50%，重則減產70%～80%，嚴重影響產量和品質，同時機收損失率和難度急劇增加。為防止倒伏，可適當降低氮肥使用量，合理密植，深耕深植，早間苗定苗，花期少澆灌多排水，花期噴施多效唑和蕓苔素等激素來降低株高、增強莖稈韌性，從而降低倒伏角度，增強抗倒伏性。研究表明優化施氮量和分期（4 次）施氮可改善玉米莖稈形態特征、莖稈機械強度、木質素含量和根系生長，顯著降低倒伏率。優化氮用量顯著降低了玉米節間長度、株高、穗高、重心高度和倒伏百分比，顯著提高了玉米節間直徑、灌漿度和莖稈力學性能強度、根系生長和木質素含量；分次施氮顯著改善了玉米莖稈形態特征、莖稈機械強度、木質素含量及根系生長，并減少節間長度、株高、穗高、重心高度、倒伏率。研究顯示，密度與玉米的莖稈質量性狀、氣生根數量、莖粗和紋枯病發生呈極顯著負相關，與株高、中心高度、穗位、節間長度、莖腐病和玉米螟感病程度呈極顯著正相關[53]。密度增大使植株個體在群體中的資源競爭更加激烈，致使莖稈細弱，玉米抗倒伏能力減弱。盡管不同玉米品種對密度的敏感程度不盡相同，但高密度下植株抗倒伏能力均顯著下降。外源生長調節劑是通過調節內源激素來控制作物生長發育和功能表達的。研究表明，合理劑量的生長調節劑可以調節群體形態，顯著縮短基部節間長度，降低重心高度；同時提高群體功能，增強根系活性，延長葉片功能期，增強抗倒伏能力[54]。因此，類似地適當控施氮肥、增施磷鉀肥、合理密植、葉面噴施蕓苔素或者多效唑等，或許可以顯著提高芝麻抗倒伏性，利于機械化收獲。

3.2蒴果抗裂蒴性增強芝麻蒴果抗裂蒴性，可降低機收損失和延長機收時間。研究表明油菜品種秦優7 號密度為45 萬/hm2時抗裂莢性明顯強于密度為30 萬/hm2時，中雙11 號密度為60 萬/hm2時抗裂莢性明顯強于密度為15 萬/hm2時，施用硅肥1.44mmol/L 或噴施多效唑300mg/L，可提高角果抗裂性[55-56]。對于芝麻來說，目前無任何研究表明種植密度與施肥用量能顯著提高芝麻抗裂蒴性。當前唯一能提高芝麻抗裂蒴性的化控措施是在未完全成熟時噴施蒴果催枯干燥劑，使上部蒴果在未炸開時急速干燥。因此，未來應加強抗裂蒴性與栽培措施關系的研究，配套研究品種最佳種植密度、最佳施肥等栽培及化控措施，以確定品種的宜機收時間。

3.3莖點枯病和枯萎病抗性芝麻發生倒伏后，葉片光合作用效率低，冠層通風效果差，導致莖點枯病和枯萎病發生率增加。芝麻本身較耐貧瘠，一旦在肥水充足的環境下，莖稈會快速生長，在過分密植和間苗定苗較晚的情況下，就易發病導致倒伏。稀植、氮肥較少的條件下，易培育壯苗，抗倒性反而增強。芝麻病菌屬于土傳病害，病菌在泥土中、病株殘體內或種子表里越冬，易在連作芝麻地、泥土肥力差、田間濕度大、高溫的情況下發生。因此水旱輪作、“四年種兩頭”、少灌水、及時排水、深溝窄廂等都是對芝麻病害的最佳防控措施。在保證芝麻產量沒有明顯下降的情況下，適當推遲播期、種植晚熟品種都有利于控制和減少芝麻病害的發生。此外，選擇抗病性強的品種對防治莖點枯病和枯萎病有很好的作用。綜上所述，芝麻適當晚播、種植晚熟品種、早間苗定苗、合理密度種植、少施氮肥、水旱輪作等栽培措施和選擇抗病性強的品種均可有效降低芝麻莖點枯病和枯萎病的發生。

3.4理想株型調控近20 年來，我國芝麻品種選育絕大多數為單稈型，分枝型品種逐漸被淘汰，生產上也極少看到分枝型品種。單稈型或少分枝品種在密度增加時，由于株型緊湊、相互之間不存在交叉纏繞或者交叉纏繞程度低而有利于機械收獲。播種時分廂溝，多采用中等密度直播再間苗方式，一壟多行，少數南方地區實行一壟兩行，株型緊湊，收獲時一般實行兩段式收獲，宜機收。美國等發達國家采用高密度直播不間苗方式，一壟兩行，深溝窄壟，芝麻品種多為分枝型，以主軸和少分枝為主，分枝間纏繞程度較小，也有利于機收。

播期和密度會顯著影響植株長勢、株高、始蒴高度、分枝數、分枝高度和蒴果數量。低密度種植時，單稈型品種可能會分出少量分枝，且分枝部位降低，但單株蒴果數會明顯增加，上下蒴果成熟不一致，分枝長度加長，反而不利于機械收獲。高密度種植時，分枝型品種可能分枝數量減少或者不分枝，且分枝部位增高，分枝長度降低，但單株蒴果數和單產會明顯減少，反而有利于機械收獲。因此，在弄清品種的生長特性時，應適當密植，始蒴部位稍微升高時，蒴果更加集中在中部和上部，有利于機械收獲。增加種植密度，割臺損失顯著下降，且增加密度芝麻分枝數顯著減少，有利于機械收獲。

3.5成熟一致性栽培調控芝麻花期較長，一般30d 甚至更長。縮短花期，增加每天開花數量，植株上的蒴果成熟時間差縮短，蒴果成熟一致性提高，更有利于機收。種植單稈型品種或者少分枝品種，主莖上的蒴果數比例增加，蒴果成熟度更加集中。合理密植，減少株行距，導致分枝型品種分枝數量少而短，蒴果成熟一致性提高。適當推遲播期，分枝型品種分枝數量減少，蒴果成熟一致性也提高。芝麻自然成熟前噴施敵草快、滅草喹、唑草酮等干燥劑3～5d 后，葉片枯黃蒴果快速干燥變褐，利于機收。因此，生產中可通過選種單稈型品種、合理密植、適當晚播、收獲前噴施干燥劑等措施，調節芝麻蒴果成熟一致性。

4 適宜芝麻機收的方式

芝麻機收方式分為一段式機械聯合收獲和兩段式機械收獲2 種。一段式機械聯合收獲是在田間芝麻全部呈干枯狀態時一次性完成切割、脫粒、清選等工序，這種方式收獲效率高，但是籽粒破損率高，易酸敗變質，且由于全部蒴果成熟需要的時間長，籽粒暴露在空氣中受氣候影響較大，收獲季遇雨種子易霉爛變質，不適宜在我國南方地區推廣。對于少數抗裂蒴性極強的品種來說，此收獲方式也適用。兩段式收獲是在芝麻下部葉片脫落，最下部1～2 個節位蒴果開裂時，用機器快速收割、自動捆綁、集中晾曬。待蒴果全部曬干炸裂時再人工投入機械完成脫粒、清選等工序。此方式適合絕大多數抗裂蒴性不強的芝麻品種，可提前倒茬7～10d，機收損失率低于一段式收獲。割倒后籽粒存在后熟過程，籽粒飽滿，無破損率，顏色好，品質及品相好。缺點是投入人工比一段式機械聯合收獲多，成本增加。如果割倒后不集中晾曬，遇陰雨天氣不用塑料遮蓋，效果與一段式無差異。

不同芝麻主產國，機械收獲方式也不一樣。美國主要采用一段式聯合收割機收獲；中國主要采用人工兩段式收割，很少采用一段式聯合收割機收獲和單獨兩段式機械收獲；印度和莫桑比克、坦桑尼亞、肯尼亞等非洲國家，主要采用蒴果成熟一個收獲一個的人工摘果方式，效率極其低下。我國各芝麻主產區應綜合考慮植株大小、品種裂蒴性、成熟一致性、機收損失率、茬口矛盾、天氣情況等，確定適宜的機械和收獲方式。

5 芝麻機械化種植面臨的問題

5.1現有品種對機械化種植適應性差，缺乏專用品種在機械化收獲環節，籽粒破損率、含水率較高，不能達到機械收獲的理想標準；蒴果開裂程度越大，機收時損失越大，目前國內適宜機收的抗裂蒴品種有豫芝NS610、豫芝ND837、豫芝619、中芝78、中芝75 等少數品種；國內芝麻品種抗倒伏能力普遍不強，沒有強抗倒伏品種相關報道，遇到災害年份減產幅度較大。

5.2現有機械化設備不足，機械化程度低我國水稻、小麥、玉米、大豆等農作物從品種選育、機械化裝備研發到配套的農藝栽培措施已基本實現全程機械化，而芝麻機械化水平卻嚴重不足，缺少專用的機械化裝備，如高效中耕除草、間苗和機收設備，缺乏高效施肥、節水灌溉裝備，現階段芝麻生產絕大部分還處于傳統的人工操作狀態。并且，國家在大力發展大宗農作物機械化生產技術研發和補貼的同時，對于芝麻等特色農作物的機械化生產卻幾乎沒有政策支持，這大大阻礙了芝麻等特色油料作物的發展，也不利于農民經濟的增收和社會效益的提升。

5.3現有機械化種植規模小，種植程度低我國農業正在向規模化不斷發展。而芝麻生產易受災害影響，加上缺乏技術指導，目前還停留在分散種植的小農生產狀態，標準化程度低，防災避災能力弱。此外，農田水利的設施條件差，缺乏節水灌溉、排水技術裝備，導致芝麻遇災年減產幅度大，農民種植積極性降低。

6 小結與展望

發展芝麻生產以滿足我國人民健康需求和保障油料供給是我國當前農業農村工作的重點任務，提高機械化種植與收獲率可節約勞動力、降低勞動力成本、提高經濟效益和農民種植積極性，有利于優質油料作物的健康發展。芝麻機械化收獲首先要解決農業機械問題，重點是適宜機械化種植與收獲的品種及配套栽培措施等問題，只有做到農機農藝配套融合，才能最大程度降低種子落粒損失、提高生產效率。

6.1適宜機械化種植的種質創新與新品種選育加速適宜機械化收獲的芝麻新品種選育，需要從種質資源搜集、種質創新等方面加強研究，明確宜機耕品種的育種目標，篩選出株高適中、結蒴集中、抗裂蒴、抗落粒、耐密植的新品種，并進行實際應用。

6.2適宜機械化種植的配套技術研究為將品種的增產潛力充分發揮出來，以不同品種特點和生產基地條件為基礎，對每一個階段的關鍵技術進行總結，制定出適合當地實際情況、因品種而異的系統生產技術標準，最終形成標準化的管理措施，這對提升產量和品質起到了有利的作用，達到了降本增效提質的目的。

6.3適宜機械化種植的機械設備研制政府應進行合理的規劃，加大對研發的投入力度，積極組織并大力推動科企之間的合作，協助和支持機械制造業，發揮對芝麻種植過程中各機械設備研發的推動作用，對芝麻播種機、中耕除草機以及割曬機、聯合收獲機進行篩選、引進和改制工作，確保改制出適合于分段收獲和聯合收獲的機械裝備。

6.4適宜機械化種植的主產區的建立及示范推廣我國對芝麻的需求不斷增長，需要制定合理的政策和措施，在主產區建立規模化的示范基地，集成示范芝麻全程機械化生產技術與裝備體系，降低生產成本，為大面積示范推廣高產、高質、宜機收新品種及機械化生產技術與裝備提供支撐。

6.5適宜機械化種植的生產補貼與研發經費的落實政府部門應該對芝麻產業的發展給予足夠的重視，強化對高產、高質、宜機收芝麻新品種選育相關基礎研究項目的政策和經費支持，強化惠農政策的落實，對芝麻特色油料實行生產補貼和最低收購價政策，以此來提升農民種植的積極性，保證芝麻特色油料作物良種繁育和加工企業的原料供應。