种植密度对不同玉米品种籽粒脱水特性和机收质量的影响

刘亚楠，路战远，孙峰成，张向前，张佳倩，包额尔敦嘎，冯 晔，于 洋，钱德芳

(1．内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.河北农业大学，河北 保定 071000；3.内蒙古大学，内蒙古 呼和浩特 010020；4.通辽市农业科学研究院，内蒙古 通辽 028015；5.内蒙古宏博种业科技有限公司，内蒙古 通辽 028000)

机械化籽粒收获是玉米全程机械化收获的最后一环，也是实现玉米集约化高效生产的重要措施[1]。机械粒收对玉米籽粒含水率有着较为严格要求，籽粒含水率高导致高破损率，不但造成减产，还给收获、干燥、储藏、运输以及加工带来诸多不便[2]。有研究表明，机械粒收的籽粒破损率随着籽粒含水率降低呈现先降低再升高的规律，也有研究认为，符合机械化籽粒收获的玉米籽粒含水率为25%[3]。目前，我国普遍存在玉米收获时籽粒含水率过高的现象，我国东北部地区尤为严重，一定程度上阻碍了玉米全程机械化的发展[4]。玉米收获时籽粒含水率与品种的脱水特性密切相关。研究表明，玉米籽粒脱水总体分为 2 个阶段： 以籽粒生理成熟时期为节点，生理成熟前受源库关系调控，为发育失水；生理成熟后主要受环境因素影响，为物理脱水[5]。不同种植密度对籽粒含水率及脱水速率的影响也有学者进行了研究，丁佳琦[6]研究表明，不同密度对玉米单交种和自交系的平均灌浆和脱水速率影响差异较小。冯鹏等[7]研究表明，种植密度对玉米生理成熟前籽粒平均脱水速率影响不显著，而对生理成熟后籽粒平均脱水速率影响较大。

为进一步探究种植密度对玉米籽粒含水率、脱水速率以及机械粒收性状的影响，本试验对5个不同玉米品种3个密度条件进行了连续2 a相关指标的动态研究，以期阐明不同密度下玉米籽粒在收获期的脱水特性及其对机收质量的影响，为玉米合理密植和提高机械化收获质量提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018—2019年在通辽市农业科学研究院内(122°32′15″E，43°44′01″N)进行。试验地土壤为栗钙土，地势较为平坦，排灌方便，地力均匀一致。前茬作物为玉米。播种前0～20 cm土壤有机质含量为21.43 g/kg、碱解氮含量为73.90 mg/kg、速效磷含量为35.70 mg/kg、速效钾含量为112.93 mg/kg，pH值为7.85。

1.2 试验材料

供试材料见表1,其中郑单958和先玉335是目前我国种植面积最大的玉米品种，粒收1号是目前国内耐密性较强，抗倒性较好地适宜机收的苗头品种，中农222和中农239是由中国农业大学提供的苗头品种，经过3 a品种筛选试验选出的耐密性较好的品种。

表1 供试材料的名称、来源Tab.1 Name and source of material to be tested

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，主处理为密度，副处理为品种。设置3个密度6.0万，7.5万，9.0万株/hm2。2018年采用小区试验，面积约40 m2，3次重复。采用60 cm等行距人工播种，于2018年5月10日播种，10月9日收获；2019年采用大区试验，每处理大区面积为700 m2，5月9日播种，10月8日收获。按12 000 kg/hm2的目标产量施用 N 288 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，施肥方式为一次性播前施入，按高产田水平进行田间管理。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生育期记录 播种后及时观察并记录各处理出苗期、吐丝期(R1)及生理成熟期(R6)的时间，生理成熟期以果穗中下部籽粒黑层出现、乳线消失日期为准。

1.4.2 籽粒含水率以及脱水速率 在各品种玉米抽雄吐丝期前选取长势一致的植株进行套袋，套袋植株数量依据取样次数和重复数确定。当某一品种到达抽雄吐丝期时，则将该品种套袋植株进行统一授粉，并将果穗挂牌标记日期。在授粉后60 d开始(生理成熟前7～14 d)，每隔5 d测定一次籽粒含水率，每个小区每次随机选取5个穗，立即脱粒称质量，然后放入烘箱80 ℃恒温烘干至恒质量，计算籽粒含水率和脱水速率。

籽粒含水率=(籽粒鲜质量-籽粒干质量)/籽粒鲜质量×100%

①

籽粒脱水速率(%/d)=(前一次取样籽粒含水率-后一次取样籽粒含水率)/2次取样间隔天数

②

1.4.3 籽粒机械粒收质量 2019年在机械粒收测试地点，每个品种收获后从机仓内随机取收获的籽粒样品不少于2 kg并混合均匀，用PM-8188谷物水分测定仪测定籽粒含水率，重复5次，取平均值即为该品种收获期的籽粒含水率；然后称取600 g籽粒样品，手工分拣将其分为籽粒和非籽粒两部分；籽粒部分称质量记为KW1，非籽粒部分称质量记为NKW；再根据籽粒的完整性，将其分为完整籽粒和破碎籽粒并分别称质量，完整粒质量记为KW2，破碎粒质量记为BKW，重复3次。

破碎率=(BKW/(KW2+BKW))×100%

③

含杂率=(NKW/(KW1+NKW))×100%

④

在收割段随机选取3个样点，取每个样点2 m 为1个割幅宽(7 行玉米)的面积，收集样点内落粒与落穗，并将落穗手工脱粒，称量落粒质量与落穗质量。将理论产量、落粒质量和落穗粒质量分别折合成单位面积数值。

落粒率=(单位面积落粒质量/单位面积产量)×100%

⑤

落穗率=(单位面积落穗质量/单位面积产量)×100%

⑥

用最小二乘法拟合各品种脱水速率随授粉后天数变化的曲线，曲线用二次拟合多项式表示。

y=a+bx+cx2

⑦

其中，y表示籽粒脱水速率(%/d)，x表示授粉后天数(d)，a、b、c为模型参数。

1.5 数据处理方法

数据计算与统计分析采用Excel 2007和SPSS 23.0进行，绘图使用SigmaPlot 12.5。

2 结果与分析

2.1 参试品种生育期和有效积温比较

调查结果表明，参试品种生育期2018年平均为135.6 d，2019年平均为135.8 d，年际间相差0.2 d，各品种之间生育期相差在3 d以内，所需有效积温(≥10 ℃)相差13.6～20.6 ℃。其中生育期最长的品种为ZD958和LS1， 2 a均为137 d，所需有效积温分别为1 789.2 ℃和1 759.1 ℃；其次是中农222，生育期2018年是135 d，2019年为137 d。各参试品种在不同种植密度下生育期一致，不同年份间参试品种吐丝到成熟的天数相近，均在72～74 d(表2)。参试品种生育期和灌浆期较为接近，比较不同品种间脱水性状时，可以减小天气状况的影响。

2.2 不同密度下各品种籽粒含水率比较

由表3可知，品种、年份、密度以及品种和年份的交互达极显著水平(P<0.01)，品种和密度的交互达显著水平(P<0.05)。不同密度下各品种籽粒含水率见表4，各种植密度下所有参试品种的籽粒含水率均随时间推移逐渐降低，总体上看，连续2 a试验9.0万株/hm2籽粒含水率均表现为低于7.5万，6.0万株/hm2处理，而2个低密度处理之间差异不显著。2018年ZD958和LS1在各密度处理下的籽粒含水率均显著高于其他3个品种(P<0.05)，ZN239显著低于另外2个品种(P<0.05)；2019年ZD958籽粒含水率在各密度下均为最高，显著高于其他4个品种(P<0.05)，ZN239和XY335显著低于另外2个品种(P<0.05)，而LS1、ZN222之间籽粒含水率无显著差异。

表2 各品种生育期进程和有效积温Tab.2 Growth procession and effective accumulated temperature of maize varieties

表3 不同品种间籽粒含水率方差分析Tab.3 Variance analysis of grain moisture content of different maize varieties

表4 不同密度下各品种籽粒含水率Tab.4 Grain moisture content of different maize varieties differing in density %

籽粒含水率达到机收标准所需天数受年份、品种和种植密度影响。2019年各品种籽粒含水率降至25%所需天数少于2018年；2018年各品种籽粒含水率降至25%所需天数从少到多依次为ZN239(75～77 d)、XY335(77～78 d)、ZN222(78～79 d)、ZD958(82～84 d)和LS1(83～85 d)；2019年各品种籽粒含水率降至25%所需天数从少到多依次为ZN239(73～75 d)、XY335(75～76 d)、ZN222(79～82 d)、LS1(80～82 d)和ZD958(82～85d d)。同一品种9.0万株/hm2密度下籽粒含水率降至25%较6.0万株/hm2密度提前1～3 d。

2.3 不同密度下各品种脱水速率

由表5方差分析可知，品种和年份对于玉米籽粒脱水速率影响达极显著水平(P<0.01)，而密度对玉米籽粒脱水速率则无显著影响。由表6可知，在同一密度下，不同品种脱水速率2018年从快到慢依次为：XY335、ZN239、ZN222、LS1和ZD958，其中XY335的平均脱水速率比ZD958在6.0，7.5，9.0万株/hm2下分别快0.086，0.122，0.099 百分点/d；2019年，6.0，9.0万株/hm2密度下，脱水速率最快的是XY335，其次是ZN239，其余依次为ZN222，ZD958和LS1，在7.5万株/hm2密度下，ZN239脱水最快，XY335次之，最慢的为ZD958。2018年各参试品种脱水速率大于2019年，这可能与2个年度之间的气温有关，2018年同期平均温度大于2019年，较高温度有利于籽粒脱水。

表5 不同品种籽粒脱水速率方差分析Tab.5 Variance analysis of dehydration rate of maize varieties

表6 不同密度下各品种籽粒脱水速率Tab.6 Dehydration rate of different maize varieties differing in density %/d

表6(续) %/d

图1 2018年各品种籽粒脱水速率动态变化Fig.1 Dynamic change of dehydration rate of different maize varieties in 2018

由图1和图2可知，参试品种籽粒脱水速率随时间推移呈现“倒U”曲线变化，峰值出现在授粉后70～75 d。不同品种脱水速率达最大值的时间存在差异，2018年LS1在授粉后70 d脱水速率达最大值，XY335、ZD958、ZN222和ZN239在授粉后75 d达最大值，2019年脱水速率在70 d达最大值的品种为XY335和ZN239，另外3个品种在授粉后75 d达最大值。另外，不同品种的曲线曲率存在差异，连续2 a试验中，ZD958和ZN222的曲率均较大，说明这2个品种脱水速率随时间变化较大，容易受到环境影响，而ZN239的脱水速率曲线则连续2 a表现为曲率变化相对平缓，说明该品种脱水速率受环境影响较小，其他2个品种年际间存在较大差异性，可能与品种和环境互作有关。

图2 2019年各品种籽粒脱水速率动态变化Fig.2 Dynamic change of dehydration rate of different maize varieties in 2019

2.4 不同密度对玉米籽粒收获质量的影响

种植密度和品种对玉米籽粒机收质量及籽粒含水率的影响见表7和图3。收获密度极显著影响收获时的籽粒含水率和籽粒破碎率(P<0.01)，显著影响籽粒含杂率和落粒率(P<0.05)，对落穗率影响不显著；品种对于玉米收获质量的各个指标的影响均达极显著水平(P<0.01)；密度和品种间交互作用对玉米收获质量的各个指标的影响不显著。

从玉米收获的各个指标来看密度对其影响，在籽粒含水率方面，随着密度的增加，各个品种的籽粒含水率均有降低的趋势；含杂率方面，不同密度之间存在差异，但不同品种并无统一规律；在落穗率方面，各品种在不同密度下无明显变化规律；从破碎率来看，各个品种均表现为随密度增大而降低；落粒率则无明显变化规律。通过考察各个品种可知，LS1和ZN239的收获质量较好，在籽粒含杂率、落穗率、破碎率和落粒率方面表现优于其他品种，而XY335在上述指标中表现弱于其他品种。由此可见，选择合适的品种是提高机收籽粒质量的关键。

表7 种植密度和品种对玉米籽粒机收质量影响的方差分析Tab.7 The effect of planting density on mechanically grain harvesting quality

图中不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。Different small letters in the figure indicate significant differences at 0.05 levels.

3 结论与讨论

3.1 种植密度对籽粒含水率及脱水速率的影响

近年来玉米高产栽培研究证明，通过选择熟期稍早的耐密品种，再适宜增加种植密度是玉米高产的一条有效途径[8-9]。而随着种植密度的增加，群体结构的增大带来植株间对光、热、肥、水的相互竞争，造成干物质积累较少，影响了灌浆后期同化物的形成，最终导致灌浆速率下降，同时也影响籽粒含水率和脱水速率[10]。有研究表明，生理成熟后随着密度的增加，籽粒含水率下降，脱水速率呈上升的趋势[11-12]。也有学者通过研究发现，玉米生理成熟期和收获期的籽粒含水率随密度的增加而增加，而脱水速率随密度的增加而降低，且不同品种之间的变异幅度较大[13]。谭福忠等[14]研究发现，当密度为67 500株/hm2时，含水率的下降及脱水速率的上升总体上达较高程度，当密度增加到96 500株/hm2时，相应的数值又开始下降。本研究表明，当种植密度为9.0万株/hm2时，参试品种的籽粒含水率小于6.0万，7.5 万株/hm22个低密度处理，而2个低密度处理间差异并不显著，原因可能是高密度条件下，群体之间竞争加剧，导致个体水肥不足引发早衰，因而籽粒含水率较低密度处理低。本研究还发现，密度对成熟期玉米籽粒脱水速率无显著影响，这可能与试验地气候环境有关，每年10月初试验地会迎来初霜，气温显著降低，加之大风天气原因，使得密度对籽粒脱水速率的影响效应大大降低，所以同一品种各密度间脱水速率差异并不显著。

3.2 品种对籽粒含水率及脱水速率的影响

影响玉米籽粒脱水速率的因素较多，品种本身、气象条件、栽培措施等都会对籽粒脱水速率和成熟期含水率产生显著影响[15-18]，其中品种本身的脱水特性是可遗传的。前人研究表明，穗行数越少、果穗越细，籽粒脱水越快[19-20]；籽粒越长、越宽、越厚，籽粒脱水速率越快[21-22]。籽粒类型不同，脱水速率也不同。硬粒型品种籽粒脱水速率高于马齿型品种[16，23-24]。玉米籽粒的密度和容重越高，籽粒含水率越低[20]。本研究中为了方便比较品种间差异，选取的参试品种熟期相近，减小了气候对于脱水特性的影响。结果表明，不同品种之间籽粒脱水速率和生理成熟期含水率存在差异，表明其受到品种本身特性的影响较大。其中郑单958由于苞叶层数较多，苞叶较长，包裹较紧密，因而脱水较慢，后期含水率较高，而先玉335的苞叶层数较少，包裹松散，因而脱水较快，这与杨美丽等[13]的研究结果一致。

3.3 种植密度对玉米收获质量的影响

玉米的籽粒机收质量受收获机械、品种特性及栽培措施等多种因素的影响。以往研究证明，种植密度影响玉米籽粒含水率和籽粒破碎率，王荣焕等[25]研究表明，不同密度条件下，京农科728籽粒机收时的籽粒含水率随种植密度增加呈升高趋势，在7.5万株/hm2密度处理下可实现机收籽粒质量和产量的协调统一。夏来坤等[26]研究证明，随种植密度从6.0万株/hm2增加到9.0万株/hm2，机收脱粒时籽粒含水率、破碎率和含杂率均呈降低趋势。本试验条件下，随种植密度增加，籽粒含水率、破碎率呈降低趋势。这可能是因为玉米群体与个体矛盾随密度增加而被激化，导致早衰而降低籽粒含水率，而籽粒破碎率在一定范围内，随籽粒含水率降低而减少，因此2个指标随密度变化呈现较好的一致性，而在其他3个收获指标方面，各品种随密度提高并无明显变化规律，说明在落穗率、落粒率和含杂率方面，品种对其影响占主导地位。因此，在提高机械化收获质量方面，应注重品种的选择。

本研究表明，不同种植密度下玉米籽粒含水率存在差异，但种植密度对脱水速率无显著影响，品种本身特性对脱水速率影响极显著。随种植密度增加，籽粒含水率、破碎率呈降低趋势，因此选择籽粒脱水快的品种并适当增密种植，有利于实现机械粒收。本研究综合熟期、品种脱水特性和机收质量得出，ZD958和XY335不适宜当地机械收获，LS1，ZN239和ZN222为适宜当地机收的品种，且适宜增密种植。