玉米机械脱粒籽粒含水量与破碎率的相关研究

宋俊乔，卢道文，张莹莹，李永江，董文恒，孙海潮，芦连勇，牛永锋，张晓辉，张 盼

（安阳市农业科学院，河南 安阳 455000）

籽粒机械收获是近期玉米收获技术和生产方式转变的主要方向[1-3]，影响籽粒机收的一个非常重要的指标就是籽粒破碎率。关于籽粒破碎率的研究，国外集中于20世纪60-90年代，与其大面积机械化生产的时间重叠[4，5]；国内虽有陆续展开，但主要集中在摘穗收获中的破碎情况[6-8]，灌浆速率与脱水速率的相关关系[9-13]，以及不同机收农机之间的差异与原理分析等[14-16]。以籽粒机收中的破碎率与籽粒含水量关系为切入点，研究籽粒含水量对籽粒破碎率的影响以及估计破碎率≤5% 情况下的籽粒含水量区间，旨为玉米适时收获提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试玉米杂交种共8个，分别为郑单958、先玉335、华美1号、迪卡517、迪卡516、联创808、宇玉30和安玉308。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验设8个玉米品种处理，2017年6月11日在安阳市农业科学院柏庄试验基地播种。小区面积48 m2（行长5.0 m，行距0.6 m，16行/区），随机区组排列，密度75 000株/hm2，3次重复。其他管理同大田常规。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 不同时期的籽粒含水量和破碎率。分别在玉米授粉后第42天、第49天、第56天和第62天（收获时）取样，每次取2行，采用玉米小区脱粒机DSTAD（铁岭东升玉米品种实验中心生产）进行脱粒。随机取籽粒500 g左右，称量鲜重（G1）；之后，放入烘箱内烘干，晾凉后称量干重（G2）。计算籽粒含水量〔（G1-G2）/G1×100%〕。并将烘干籽粒样品中的破碎籽粒人工捡出，称量破碎籽粒重（G3），计算籽粒破碎率（G3/G2×100%）。

1.2.2.2 8个材料整体的籽粒破碎率与籽粒含水量分析以及机收籽粒的含水量区间估计。对8个材料4次取样的籽粒破碎率和籽粒含水量分别作为一个整体，对2个指标进行person相关性分析和回归分析。然后，根据GB/T 21961—2008（玉米收获机械 技术条件）规定的籽粒破碎率≤5% 要求，对机收籽粒的整体含水量区间进行估计。

1.2.2.3 8个材料单独的籽粒破碎率与籽粒含水量回归分析以及机收籽粒的含水量区间估计。分别对每个材料的籽粒破碎率和籽粒含水量进行回归分析，根据回归方程，计算各材料宜机收籽粒的含水量区间［Tmin，Tmax］；并根据其第56天到收获时（第62天）的脱水速率（P62-56），对每个材料的适宜收获时间（D）进行估算。计算公式为：

式中，T62为授粉后第62天的籽粒含水量，T56为授粉后第56天的籽粒含水量，Tmin、Tmax分别为回归方程预估籽粒破碎率≤5% 时籽粒含水量区间的最小值和最大值。

1.2.3 数据分析 利用Excel软件计算各个时期的籽粒含水量和籽粒破碎率。利用SPSS Statistics 17.0软件对试验数据进行相关性分析和回归分析，采用Excel绘制相应的回归曲线。

2 结果与分析

2.1 8个材料籽粒含水量与籽粒破碎率的整体分析

2.1.1 相关性分析 整体的籽粒破碎率与籽粒含水量相关性分析结果（表1）显示，二者相关系数为0.871；P约0.001，达到了极显著水平。说明籽粒含水量对籽粒破碎率的影响非常大。二者之间的相关性达到了极显著水平，可以进行回归分析，并进行籽粒含水量估计。

表1 8个材料粒整体含水量与籽粒破碎率的相关系数和回归分析系数的显著性分析Table 1 Significance analysis of correlation coefficient and determination coefficient of grain moisture and breaking rate for 8 corn materials

2.1.2 回归分析 将整体的籽粒破碎率（y）与籽粒含水量（x）进行曲线回归分析，结果（图1）显示，y=0.128x2-5.551x+63.564，R2=0.879；P约0.001，达到了极显著水平。说明该回归方程成立，可以利用该方程根据籽粒含水量对籽粒破碎率进行有效预测。自变量籽粒含水量可以解释因变量籽粒破碎率变化的87.9% ，由此可知，籽粒含水量是影响机收籽粒破碎率的主要因素。因此，籽粒含水量仍将是玉米宜机收育种的主要关注方向。

图1 8个材料籽粒整体含水量与籽粒破碎率的回归分析Fig.1 Regression analysis of grain moisture and grainbreaking rate of 8 corn materials

2.1.3 籽粒含水量区间估计 根据回归方程式（y=0.128x2-5.551x+63.564）预测破碎率≤5% 时的相应籽粒含水量区间，结果显示，当y≤0.05时，x的取值范围为18.1-25.2。由此可知，籽粒含水量为18.1% -25.2% 时，籽粒破碎率不高于5% 。

2.2 8个材料籽粒含水量与籽粒破碎率的单独回归分析和籽粒含水量区间估计

分别对每个材料的籽粒破碎率和籽粒含水量进行回归分析，然后，计算各材料宜机收籽粒的含水量区间；并参照不同时期的籽粒含水量，对每个材料的适宜收获时间进行估算。结果（表2）显示，不同材料宜机收籽粒的含水量区间和适宜收获时间不尽相同。

表2 8个材料破碎率≤5% 的籽粒含水量区间估计以及不同时期的籽粒含水量和脱水速率Table 2 Interval prediction of grain moisture with the grain breaking rate≤5% ，grain moisture in different times and moisture losing rate

联创808籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.245 8x2-13.190 0x+188.360 0，R2=0.964 3。由此可知，对于联创808而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了96.43% 。当籽粒破碎率≤5% 时，对籽粒含水量的评估为无解。说明该材料无法达到籽粒破碎率≤5% ，不适宜机收籽粒。

郑单958籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.467 3x2-27.609 0x+415.69 0，R2=0.988 1。由此可知，对于郑单958而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了98.81% 。当籽粒破碎率≤5% 时，对籽粒含水量的评估为无解。说明该材料无法达到籽粒破碎率≤5% ，不适宜机收籽粒。

先玉335籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.151 5x2-7.074 8x+87.213 0，R2=0.989 4。由此可知，对于先玉335而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了98.94% 。经宜机收籽粒含水量区间估计，在籽粒含水量处于21.8% -24.9% 时籽粒破碎率≤5% 。经宜机收天数的估计，先玉335从授粉后的第57天就可以进行机械收获，而且籽粒破碎率能够达到≤5% 的国家标准。

安玉308籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.030 5x2-0.231 5x-5.700 9，R2=0.973 0。由此可知，对于安玉308而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了97.3% 。经宜机收籽粒含水量区间估计，在籽粒含水量处于-15.3% -22.9% 时籽粒破碎率≤5% 。但是因为籽粒含水量不可能为负值，所以，对安玉308而言，只要籽粒含水量达到22.9% 以下，就可以保证籽粒破碎率在5% 以下。经宜机收天数的估计，安玉308从授粉后的第60天就可以进行机械收获，而且籽粒破碎率能够达到≤5% 的国家标准。

迪卡516籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.025 4x2-0.192 6x-7.423 0，R2=0.985 4。由此可知，对于迪卡516而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了98.54% 。经宜机收籽粒含水量区间估计，在籽粒含水量处于-18.6% -26.2% 时籽粒破碎率≤5% 。但是籽粒含水量不可能为负值，所以，对于迪卡516而言，只要籽粒含水量达到26.2% 以下，就可以保证籽粒破碎率在5% 以下。经宜机收天数的估计，迪卡516从授粉后的第59天就可以进行机械收获，而且籽粒破碎率能够达到≤5% 的国家标准。

迪卡517籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.099 6x2-4.381 8x+50.174 0，R2=0.999 1。由此可知，对于迪卡517而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了99.91% 。经宜机收籽粒含水量区间估计，在籽粒含水量处于16.5% -27.5% 时籽粒破碎率≤5% 。从迪卡517最后3次的调查数据显示，该材料在授粉后第49天时籽粒含水量已经达到27.14% ，可以进行机械收获，而且籽粒破碎率能够达到≤5% 的国家标准。

华美1号籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.077 2x2-2.615 7x+26.107 0，R2=0.998 6。由此可知，对于华美1号而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了99.86% 。经宜机收籽粒含水量区间估计，在籽粒含水量处于13.3% -20.6% 时籽粒破碎率≤5% 。经宜机收天数的估计，华美1号从授粉后的第58天就可以进行机械收获，而且籽粒破碎率能够达到≤5% 的国家标准。

宇玉30籽粒破碎率与籽粒含水量的曲线回归方程为y=0.126 5x2-4.714 3x+45.924 0，R2=0.993 8。由此可知，对于宇玉30而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响达到了99.38% 。经宜机收籽粒含水量区间估计，在籽粒含水量处于13.8% -23.5% 时籽粒破碎率≤5% 。经宜机收天数的估计，宇玉30从授粉后的第58天就可以进行机械收获，而且籽粒破碎率能够达到≤5% 的国家标准。

从8个材料籽粒破碎率与籽粒含水量的回归方程及破碎率≤5% 的籽粒含水量区间求解表可以看出，每个材料拟合方程的R2均跃95% ，说明对于每个材料而言，籽粒含水量对籽粒破碎率的影响都是相当大的。因为所有材料脱粒所用的机器都是一致的，所以，在排除机器影响所带来的误差情况下，籽粒含水量是对籽粒破碎率影响最为直接的因素。

3 结论与讨论

李少昆等[1]对全国16个玉米主产省（市、区）2450组籽粒收获样本的破碎率统计结果显示，收获时达到籽粒破碎率≤5% 国标的样本数仅占31.92% ；Waelti等[17]报道，在相同籽粒含水量条件下，具有机械损伤的籽粒其霉变速度较手工脱粒玉米快2-3倍，而且烘干费用是无破碎籽粒的6-7倍。所以，破碎率高是当前籽粒机械收获需要重点解决的问题。

我们近几年的研究结果显示，收获期籽粒含水量的遗传力较高，在后代的遗传中基因的加性效应占居主导地位，不易受环境条件的影响，所以，进行早代选择的可靠性很大[18，19]。收获时的籽粒含水量与父本的相关性大于与母本的相关性，早熟品种的脱水速率快于中熟品种，中熟品种的脱水速率快于中晚熟品种[20]。有关破碎率的影响因素及有关机理也在逐渐被大家认识。

为了减少因为脱粒机不同带来的误差，本试验采用相同型号的脱粒机，让破碎率的产生原因主要集中在品种本身和本试验研究的籽粒含水量上。本研究结果显示，在脱粒机器一致的情况下，籽粒含水量与籽粒破碎率的相关性达到了极显著水平。通过回归分析发现，整体籽粒破碎率产生的原因中籽粒含水量可以解释87.9% ，说明籽粒含水量是影响籽粒破碎率最直接的因素，也是影响力最大的因素。所以，在今后的育种进程中，籽粒含水量快速降低的材料依旧是关注的重点。

通过回归方程进行籽粒破碎率≤5% 的籽粒含水量区间预测，可以发现，对于整体材料而言，当籽粒含水量处于18.1% -25.2% 时，大部分材料可以达到机收国家标准。该结果可以用于指导实践。收获季节，可以通过测定籽粒含水量进行是否收获的判定。如果籽粒含水量在18.1% -25.2% ，那么就可以进行机械收获，且籽粒破碎率较低，从而获得相对较高的收益。

通过对各个材料籽粒破碎率与籽粒含水量的回归分析，获得了各个材料适合收获的籽粒含水量。结果显示，郑单958和联创808无法达到籽粒破碎率≤5% 的情况，说明这2个材料不适宜籽粒机收；先玉335宜机收籽粒的含水量为21.8% -24.9% ，从授粉后的第57天开始即可进行机械收获；迪卡516宜机收籽粒的含水量为-18.6% -26.2% ，从授粉后的第59天开始可以进行机械收获；迪卡517宜机收籽粒的含水量为16.5% -27.5% ，从授粉后的第49天开始可以进行机械收获；华美1号宜机收籽粒的含水量为13.3% -20.6% ，从授粉后的第58天开始可以进行机械收获；宇玉30宜机收籽粒的含水量为13.8% -23.5% ，从授粉后的第58天开始可以进行机械收获；安玉308宜机收籽粒的含水量为-15.3% -22.9% ，从授粉后的第60天开始可以进行机械收获。数据分析显示，迪卡517是本试验8个材料中最快达到籽粒破碎率≤5% 机收要求的玉米品种。

籽粒含水率与破碎率之间呈极显著的正相关，水分偏高是导致机收籽粒破碎率高的主要原因。20世纪80年代以来，我国玉米育种主要是围绕高产目标进行的，且以传统人工收获为主，收获时籽粒含水量不是关键因素。而当机械化收获成为农业现代化的大趋势时，传统选育品种的高秆稀植大穗、生育期长的特点成为了机收的主要矛盾，加上脱水性状的复杂性，因此，机收品种相关研究和材料创新进展较慢。目前，在我国许多玉米产区，收获时籽粒含水率通常在30% -40% ，难以实现籽粒机械直收，并且易导致堆积晾晒过程中发生霉变，影响玉米品质。因此，玉米收获时的籽粒水分含量已经成为一个重要的经济性状。今后，应注重选育早熟、籽粒脱水快、收获时籽粒含水量低的品种。这是各玉米产区推广籽粒机械收获技术的前提。