专题导读: 加强籽粒脱水与植株倒伏特性研究、推动玉米机械粒收技术应用

李少昆 谢瑞芝 王克如 明 博 侯 鹏



专题导读: 加强籽粒脱水与植株倒伏特性研究、推动玉米机械粒收技术应用

李少昆 谢瑞芝 王克如 明 博 侯 鹏

中国农业科学院作物科学研究所 / 农业部作物生理生态重点实验室, 北京 100081

全程机械化是现代玉米生产方式的方向, 当前条件下, 机械收获、特别是机械粒收是我国玉米全程机械化发展的瓶颈[1-5]。为推动玉米机械粒收技术的应用, 中国农业科学院作物栽培与生理创新团队自2010年起开展了相关工作, 先后发表了30余篇相关研究论文, 涉及玉米机械籽粒收获的理论基础、关键技术、模式集成等不同层面, 研究包括籽粒脱水的生理机制[6-8]、不同品种的遗传差异[9-10]、区域生态资源特点与品种搭配[11-12]、机具的配套与应用[13]、籽粒含水和植株倒伏等限制收获质量提升的关键因素[14-15], 以及其他与玉米机械粒收相关的内容[16-18], 为该技术的推广应用提供了支持。《作物学报》以专栏形式集中刊发该研究团队的5篇论文, 方便相关研究工作者了解最新研究动态。籽粒破碎率高、落穗落粒带来的产量损失是当前我国玉米机械籽粒收获存在的主要质量问题, 也是影响生产者采用该技术的主要制约因素[18-20]。黄淮海区域是我国玉米的重要产区, 但小麦、玉米一年两熟的种植模式以及玉米生长季节光热资源的限制[6,12], 加之生产方式和机具、烘干收储设施配套等问题, 黄淮海夏玉米区籽粒机械收获技术的推广应用更为复杂。虽然前人大量的研究表明, 籽粒破碎率与籽粒含水率存在显著的相关关系[5,17,21-23], 但“夏玉米籽粒含水率对机械粒收质量的影响”一文[24]仍做出了一定的新意: 为减少收获机械及其操作等外界条件的影响, 研究采用同一台收获机和操作人员对同一地块进行分期收获。在籽粒含水率9.68%~41.36%的调查范围内, 随着籽粒含水率的下降, 呈现籽粒破碎率和落粒率先降低后升高, 杂质率逐渐降低, 而落穗率逐渐增加的趋势。即使籽粒含水率相近, 不同品种的收获质量也存在显著差异, 其中籽粒破碎率是决定机械粒收质量的关键因素。以破碎率5%和落穗率5%为标准, 本试验条件下适宜机械粒收的籽粒含水率范围为16.15%~24.78%, 籽粒含水率在20%左右时, 收获质量最佳, 这与目前该区域确定的宜机收玉米品种的选择标准仍存在一定的距离[5-6], 为选育和筛选适宜品种提出了新的要求。

玉米的籽粒脱水过程受品种的遗传和环境等多种因素的影响[8], “黄淮海夏玉米籽粒脱水与气象因子关系的研究”一文[25]调查了2015—2017年4个玉米品种籽粒含水率的变化过程, 采用Logistic Power模型和去趋势的分析方法, 将玉米籽粒的实际含水率分为趋势含水率、气象含水率与随机误差, 研究范围内玉米籽粒的气象含水率与研究分析的大部分气象因子呈现显著或极显著的相关关系: 生理成熟前蒸发量的贡献最大, 温度、风速主要通过蒸发量起间接作用; 生理成熟后温度和相对湿度主要为直接作用, 且相对湿度的作用略大于温度。“黄淮海夏玉米品种脱水类型与机械粒收时间的确立”一文[26]则以27个区域主推品种为对象, 以授粉至生理成熟积温和生理成熟期籽粒含水率为指标, 将参试品种划分为4种类型; 基于玉米生长进程及籽粒含水率动态测试, 结合历史气象资料, 利用地统计分析技术, 明确了不同类型品种适宜机械粒收的时空分布规律。研究还发现, 在当前种植模式下, 黄淮海南部的豫南、皖北地区, 研究搜集的各类玉米品种均能满足籽粒脱水至适宜机械粒收含水率的要求, 而在黄淮海北部、关中西部以及山东半岛地区, 则需通过选择早熟和籽粒脱水快的品种加以解决。除了具体的研究结果, 这两篇论文采用的分析方法, 如去趋势分析和地统计分析的应用, 也为相关研究提供了借鉴。

倒伏对玉米生产的影响是显而易见的: 玉米生理成熟前倒伏影响籽粒灌浆速率, 减少产量; 生理成熟后倒伏加大收获难度, 降低效益[14]。“倒伏对玉米机械粒收田间损失和收获效率的影响”一文[27]的调查发现, 倒伏对产量的影响主要为落穗损失, 北方和西北春玉米区采用半喂入式机械, 落穗率和倒伏率呈线性增加趋势; 而黄淮海夏玉米区采用全喂入式机械, 落穗率随倒伏率增加呈指数递增趋势。由于收获机械的差异, 倒伏对黄淮海夏玉米区机械粒收落穗损失的影响更大。该文通过人工模拟倒伏控制试验发现, 倒伏每增加1%, 落穗率增加0.59%; 虽然降低收获机割台可以减少落穗损失, 但是降低了收获速度。减少倒伏是降低玉米机械粒收田间损失的关键措施。“玉米生理成熟后倒伏变化及其影响因素分析”一文[28]的研究结果表明: 玉米生理成熟后, 茎折率升高是倒伏增加的主要原因, 而茎折率是随茎秆的抗折力降低而升高的。随着成熟后的时间推移, 玉米植株重心高度逐渐降低, 茎秆基部穿刺强度、压碎强度、弯曲强度均逐渐降低, 且与基部节间单位长度干重和含水率降低密切相关。国家标准“玉米收获机械技术条件”(GB/T-21962-2008)中规定机械粒收的条件为田间植株倒伏率应低于5%[29], 适期收获、降低倒伏率才能保证收获质量。

机械粒收技术是玉米生产方式的一次重大变革, 但推广和应用的玉米机械收粒技术必须适合当地的生产和生态条件[2]。美、德等国在20世纪70年代全面采用田间机械粒收技术前后, 也开展了大量的相关基础理论研究、机收技术及适合粒收品种选育的研究工作[30-31]。中国玉米种植模式多样、种植区域更为广泛, 系统研究玉米机械籽粒收获相关理论问题、关键技术及各地技术应用的关键限制性因素, 为玉米机械籽粒收获技术的全面推广应用提供支持。希望这些论文的发表, 能为不同方向、不同层次、不同区域的玉米机械粒收研究提供借鉴, 带动玉米机械籽粒收获理论研究、关键技术、模式集成等的发展, 促进以机械粒收为核心的玉米现代生产技术的转变和提升。

[1] 李少昆, 赵久然, 董树亭, 赵明, 李潮海, 崔彦宏, 刘永红, 高聚林, 薛吉全, 王立春, 王璞, 陆卫平, 王俊河, 杨祈峰, 王子明.中国玉米栽培研究进展与展望. 中国农业科学, 2017, 50: 1941–1959 Li S K, Zhao J R, Dong S T, Zhao M, Li C H, Cui Y H, Liu Y H, Gao J L, Xue J Q, Wang L C, Wang P, Lu W P, Wang J H, Yang Q F, Wang Z M. Advances and prospects of maize cultivation in China., 2017, 50: 2052–2060 (in Chinese with English abstract)

[2] 李少昆. 我国玉米机械粒收质量影响因素及粒收技术发展方向. 石河子大学学报(自然科学版), 2017, 35: 265–272 Li S K. Factors affecting the quality of maize grain mechanical harvest and the development trend of grain harvest technology., 2017, 35: 265–272 (in Chinese with English abstract)

[3] 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

[4] 柳枫贺, 王克如, 李健, 王喜梅, 孙亚玲, 陈永生, 王玉华, 韩冬生, 李少昆. 影响玉米机械收粒质量因素的分析. 作物杂志, 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 with English abstract)

[5] 柴宗文, 王克如, 郭银巧, 谢瑞芝, 李璐璐, 明博, 侯鹏, 刘朝巍, 初振东, 张万旭, 张国强, 刘广周, 李少昆. 玉米机械粒收质量现状及其与含水率的关系. 中国农业科学, 2017, 50: 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: 2036–2043 (in Chinese with English abstract)

[6] 李璐璐, 明博, 高尚, 谢瑞芝, 侯鹏, 王克如, 李少昆. 夏玉米籽粒脱水特性及与灌浆特性的关系. 中国农业科学, 2018, 51: 1878–1889 Li L L, Ming B, Gao S, Xie R Z, Hou P, Wang K R, Li S K. Grain dehydration characters of summer maize and its relationship with grain filling., 2018, 51: 1878–1889 (in Chinese with English abstract)

[7] 李璐璐, 王克如, 谢瑞芝, 明博, 赵磊, 李姗姗, 侯鹏, 李少昆.玉米生理成熟后田间脱水期间籽粒重量与含水率变化研究. 中国农业科学, 2017, 50: 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: 2052–2060 (in Chinese with English abstract)

[8] 王克如, 李少昆. 玉米籽粒脱水速率影响因素分析. 中国农业科学, 2017, 50: 2027–2035 Wang K R, Li S K. Analysis of influencing factors on kernel dry-down-rate of maize hybrids., 2017, 50: 2027–2035 (in Chinese with English abstract)

[9] 李璐璐, 谢瑞芝, 范盼盼, 雷晓鹏, 王克如, 侯鹏, 李少昆. 郑单958 与先玉335 子粒脱水特征研究. 玉米科学, 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 Zhengdan 958 and Xianyu 335., 2016, 24(2): 57–61 (in Chinese with English abstract)

[10] 李璐璐, 谢瑞芝, 王克如, 明博, 侯鹏, 李少昆. 黄淮海夏玉米生理成熟期子粒含水率研究. 作物杂志, 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 Huang-Huai-Hai region., 2017, (2): 88–92 (in Chinese with English abstract)

[11] 张万旭, 明博, 王克如, 刘朝巍, 侯鹏, 陈江鲁, 张国强, 杨京京, 车淑玲, 谢瑞芝, 李少昆. 基于品种熟期和籽粒脱水特性的机收粒玉米适宜播期与收获期分析. 中国农业科学, 2018, 51: 1890–1898 Zhang W X, Ming B, Wang K R, Liu C W, Hou P, Chen J L, Zhang G Q, Yang J J, Che S L, Xie R Z, Li S K. Analysis of sowing and harvesting allocation of maize based on cultivar maturity and grain dehydration characteristics., 2018, 51: 1890–1898 (in Chinese with English abstract)

[12] 谢瑞芝, 雷晓鹏, 王克如, 郭银巧, 柴宗文, 侯鹏, 李少昆. 黄淮海夏玉米子粒机械收获研究初报. 作物杂志, 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 Huang-Huai-Hai plain., 2014, (2): 76–79 (in Chinese with English abstract)

[13] 王克如, 李璐璐, 郭银巧, 范盼盼, 柴宗文, 侯鹏, 谢瑞芝, 李少昆. 不同机械作业对玉米子粒收获质量的影响. 玉米科学, 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 with English abstract)

[14] 薛军, 王克如, 谢瑞芝, 勾玲, 张旺锋, 明博, 侯鹏, 李少昆. 玉米生长后期倒伏研究进展, 中国农业科学, 2018, 51: 1845–1854 Xue J, Wang K R, Xie R Z, Gou L, Zhang W F, Ming B, Hou P, Li S K. Research progress of maize lodging during Late stage., 2018, 51: 1845–1854 (in Chinese with English abstract)

[15] Xue J, Xie R Z, Zhang W F, Wang K R, Hou P, Ming B, Gou L, Li S K. Research progress on reduced lodging of high-yield and -density maize., 2017, 16: 2717–2725

[16] 李少昆, 王克如, 谢瑞芝, 李璐璐, 明博, 柴宗文, 侯鹏, 初振东, 张万旭, 刘朝巍. 玉米籽粒机械收获破碎率研究. 作物杂志, 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 with English abstract)

[17] 王克如, 李少昆. 玉米籽粒机械收获破碎率研究进展. 中国农业科学, 2017, 50: 2018–2026 Wang K R, Li S K. Progresses in research on grain broken rate by combine harvesting maize., 2017, 50: 2018–2026 (in Chinese with English abstract)

[18] 郭银巧, 柴宗文, 王克如, 谢瑞芝, 汤秋香, 刘广周, 明博, 李少昆. 玉米收获方式及其效益分析. 农学学报, 2017, 7(12): 8–11 Guo Y Q, Chai Z W, Wang K R, Xie R Z, Tang Q X, Liu G Z, Ming B, Li S K. Corn harvest methods and benefit analysis., 2017, 7(12): 8–11 (in Chinese with English abstract)

[19] 高巍, 陈志, 黄玉祥, 杨敏丽. 吉林省农户采用玉米机械化收获的影响因素分析. 农业机械学报, 2012, 43(增刊1): 175–179 Gao W, Chen Z, Huang Y X, Yang M L. Analysis of influencing factors on farmers’ adoption of maize mechanized harvesting in Jilin province., 2012, 43(supp1-1): 175–179 (in Chinese with English abstract)

[20] 潘伟光, 巩志磊, 卢海阳. 农户玉米收获环节采用机械化的影响因素分析: 基于山东省的实证研究. 中国农学通报, 2014, 30(14): 165–172 Pan W G, Gong Z L, Lu H Y. Factors analysis on producers’ application of mechanized maize harvesting: based on empirical research of Shandong province., 2014, 30(14): 165–172 (in Chinese with English abstract)

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

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

[23] Plett S. Corn kernel breakage as a function of grain moisture at harvest in a prairie environment., 1994, 74: 543–544

[24] 李璐璐, 薛军, 谢瑞芝, 王克如, 明博, 侯鹏, 高尚, 李少昆. 夏玉米籽粒含水率对机械粒收质量的影响. 作物学报, 2018, 44: 1747–1754 Li L L, Xue J, Xie R Z, Wang K R, Ming B, Hou P, Gao S, Li S K. Effects of grain moisture content on mechanical grain harvesting quality of summer maize., 2018, 44: 1747–1754

[25] 高尚, 明博, 李璐璐, 谢瑞芝, 薛军, 侯鹏, 王克如, 李少昆. 黄淮海夏玉米籽粒脱水与气象因子的关系. 作物学报, 2018, 44: 1755–1763 Gao S, Ming B, Li L L, Xie R Z, Xue J, Hou P, Wang K R, Li S K. Relationship between grain dehydration and meteorological factors in the Yellow-Huai-Hai rivers summer maize., 2018, 44: 1755–1763

[26] 李璐璐, 明博, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 李少昆. 黄淮海夏玉米品种脱水类型与机械粒收时间的确立. 作物学报, 2018, 44: 1764–1773 Li L L, Ming B, Xie R Z, Wang K R, Hou P, Li S K. Grain dehydration types and establishment of mechanical grain harvesting time for summer maize in the Yellow-Huai-Hai rivers plain., 2018, 44: 1764–1773

[27] 薛军, 李璐璐, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 明博, 张万旭, 张国强, 高尚, 白氏杰, 初振东, 李少昆. 倒伏对玉米机械粒收田间损失和收获效率的影响. 作物学报, 2018, 44: 1774–1781 Xue J, Li L L, Xie R Z, Wang K R, Hou P, Ming B, Zhang W X, Zhang G Q, Gao S, Bai S J, Chu Z D, Li S K. Effect of lodging on maize grain losing and harvest efficiency in mechanical grain harvest., 2018, 44: 1774–1781

[28] 薛军, 王群, 李璐璐, 张万旭, 谢瑞芝, 王克如, 明博, 侯鹏, 李少昆. 玉米生理成熟后倒伏变化及其影响因素. 作物学报, 2018, 44: 1782–1792 Xue J, Wang Q, Li L L, Zhang W X, Xie R Z, Wang K R, Ming B, Hou P, Li S K. Changes of maize lodging after physiological maturity and its influencing factors., 2018, 44: 1782–1792

[29] 国家质量监督检验检疫总局和国家标准化委员会. 玉米收获机械技术条件. GB/T 21962-2008, 2008 People’s Republic of China National Standard. Technical Requirements for Maize Combine Harvester. GB/T 21962-2008, 2008 (in Chinese with English abstract)

[30] Hill L D, Hurburgh C R, Paulsen M R. Illinois-Iowa Moisture Meter Recalibrations for Corn. Urbana: University of Illinois, 1981

[31] Petre M. Combine Harvesters: Theory, Modeling, and Design. BocaTaton: CRC Press Inc., 2015. pp 3–25

Editorial: Strengthening the Research of Grain Dehydration and Lodging Characteristics to Promote the Application of Maize Mechanical Grain Harvest Technology

LI Shao-Kun, XIE Rui-Zhi, WANG Ke-Ru, MING Bo, and HOU Peng

Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Beijing 100081, China

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

10.3724/SP.J.1006.2018.01743

本研究由国家重点研发计划项目(2016YFD0300605), 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2015CB150401), 国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-02-25)和中国农业科学院农业科技创新工程资助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300605), the National Basic Research Program of China (973 Program), the China Agriculture Research System (CARS-02-25), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program of CAAS.