不同类型玉米收割机对籽粒收获质量的影响评价

李平芳，王海涛，王建峰，郭晓云，丁伟利，张正霞，徐汝阳，夏来坤

（1郸城县农机化技术推广服务站，河南 郸城 477150；2河南省农业科学院粮食作物研究所/河南省玉米绿色精准生产国际联合实验室，河南 郑州 450002）

0 引言

玉米联合收获技术是指将摘穗、剥皮、脱粒、秸秆处理等工序通过联合收获机一次性完成。目前，玉米机械联合收获主要是通过果穗收获和籽粒收获两种方式进行，果穗收获是利用玉米联合收获机进行摘穗和剥皮，将收获的玉米果穗人工晾晒，待含水率降低13%左右时用玉米脱粒机进行脱粒。现阶段带有剥皮装置的玉米果穗联合收获机技术已基本成熟，性能比较完善，得到广泛应用。这种收获方式虽能极大地降低劳动强度，但晾晒和脱粒工序依然需要大量人工，且劳动强度大，不能够实现全程机械化收获，随着农村劳动力的日益减少，果穗收获机械化程度不足的缺陷日益表现出来[1]。玉米籽粒收获能够一次性完成摘穗、脱粒、清选等工序，收获的玉米籽粒通过干燥设备进行干燥或短时间晾晒即可直接贮藏或出售。此种方式能够实现玉米收获全程机械化，最大程度降低劳动强度，减少人工成本投入，其高效率、低成本优势已被广大农民认可[1-2]，机械保有量迅速增加，作业面积逐年扩大。

玉米是中国主要粮食作物之一。中国玉米籽粒收获机械主要有玉米联合收割机整机式和谷物联合收割机互换割台式两种。互换割台式由于能实现多种作物收获，并且价格低、投入少、收益高，而深受大部分机手青睐。但互换割台式收割机受设计性能、可靠性、配套主机、安装调试、玉米品种特性、机手作业水平等多方面的因素影响，作业质量存在较大差异[3-4]。

评价玉米收割机籽粒收获质量的重要指标有破碎率、损失率、含杂率等[5-6]，诸多研究研究提出收获前含水率显著影响玉米籽粒收获质量，且含水率越高，破碎率越大[7-8]。不同机型、不同机器及其维护和作业也是影响玉米粒收质量的重要因素[3]。前人多有关于含水率对破碎率的影响[9]、同类机型对籽粒收获质量的影响[8]、不同品种收获质量的差异[10］、不同收获方式对收获质量的影响等方面的研究[11]，就不同类型收割机对不同基因型玉米籽粒收获质量的影响研究文献较少，本研究主要就这方面根据取得的试验数据进行分析，以期为玉米籽粒收获收割机的选择和玉米籽粒机收技术的推广提供依据。

1 材料与方法

1.1 参试品种及收割机型号

参试玉米品种7个：‘郑单958’、‘丰德存玉10号’、‘豫单 9953’、‘丰德存玉 13 号’、‘先玉 1550’、‘郑单5179’、‘郑单5176’，由河南省农业科学院粮食作物研究所提供。

参试收割机3种型号：谷王4LZ-7B谷物收割机配喜盈盈牌割台、福田4LZ-8谷物收割机配“喜盈盈牌”割台、雷沃4LZ-8E2谷物收割机配“天人牌”割台，割台均是挂接半喂入型式，主要技术参数见表1。

表1 3种型号的收割机主要技术参数

1.2 试验地土壤和气候条件

试验于2020年6月—9月在河南省周口市郸城县胡集乡大于村（县农业机械管理局全程机械化试验示范基地，N33.698°、E115.141°）进行，气候属温带季风气候，海拔41.5 m。土质属粘壤土，土壤肥力均匀中上等，排灌设施齐全。当年6—9月平均气温27.1℃，比常年增加1.7℃，降雨量148.7 mm，比常年增加23.7 mm，日照时数171.4 h，比常年减少9 h。前茬作物小麦，产量7500 kg/hm2，

1.3 试验设计

小区设置采用随机排列法，不设重复，每个品种一个小区，小区面积3333m2，每台参试收割机均收获每个小区面积的1/3，共21个作业单元，每个作业单元选取代表性的3个点进行数据调查，共取得63个样本点数据。6月1日用两行玉米播种机铁茬播种，行距60cm，密度54000株/hm2，种肥同播施基肥西洋复合肥40kg(N:P:K=28:10:7)。6月2日浇蒙头水，其它管理措施同当地大田水平。9月24日收获。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 收获前含水率 在3种机型对应的每个品种收获区域随机选取5穗，及时手工脱粒，用PM-8188谷物水分仪测量含水率。

1.4.2 籽粒损失率 在收获后的地块上随机选取3个点，每个点1m2，拣取落籽和落穗，落穗脱粒后，连同落籽称重，取得1m2籽粒损失质量(WL)，按式(1)计算籽粒损失率(SL)。

式中，WL为1m2的籽粒重量，WZ为1 hm2的籽粒重量。

1.4.3 杂质率 从接粮口接取约不少于2 kg的混合籽粒，从中选出杂质，分别称出混合籽粒质量(WH)及杂质质量(WZZ)，按式(2)计算籽粒含杂率(ZL)。

1.4.4 破碎率 从接粮口接取约不少于2 kg的样品，拣出机器损伤、有明显裂纹及破皮的籽粒，分别称出破损籽粒质量(WP)及样品籽粒总质量(WY)，按式(3)计算籽粒破碎率(PL)。

1.5 数据分析

采用Excel 2007和SPSS Statistics 22.0系统软件进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 参试玉米品种的基本特征与籽粒破碎率、损失率、含杂率的关系

2.1.1 参试玉米品种的基本特征 从表2看出：7个参试品种中，株高、穗位高、叶片数3个特征均是‘先玉1550’最高或最多，分别为291 cm、113 cm、20个，均是‘丰德存玉10号’最低或最少，分别为239 cm、81 cm、18.56个，7个品种这3个特征间最高或最低分别相差52cm、32cm、1.44个；实际密度‘丰德存玉13号’最高52875株/hm2，‘郑单 5176’最低 37410 株/hm2，相差 15465株/hm2；穗粒数‘郑单5176’最高599个/穗‘，郑单5179’最低512个/穗，相差87个/穗；收获前含水率郑单958最高26.69%‘，丰德存玉10号’最低24.47%，相差2.22%；千粒重‘郑单 5176’最高 344.29 g，‘豫单 9953’最低266.60 g，相差 77.69 g；产量‘丰德存玉 13号’最高9219.30 kg/hm2，‘郑单 5179’最低 6015.90 kg/hm2。参试品种的株高、穗位高、叶片数、实际密度、穗粒数、千粒重及产量7个基本特征存在显著差异，只有收获前含水率不存在显著差异。

表2 参试品种的基本特征差异

2.1.2 玉米籽粒破碎率、损失率、杂质率与参试品种的各基本特征的相关关系 从表3看出，本试验条件下破碎率与收获前含水率呈极显著的正相关关系，相关系数为0.753，与穗粒数呈显著的正相关，相关系数为0.435，与株高、密度、单产均呈不显著正相关，相关系数分别为0.021、0.002、0.053，与生育期、穗位高、叶片数、千粒重均呈不显著负相关，相关系数分别为-0.675、-0.134、-0.028、-0.034。说明玉米的基本特征中穗粒数能显著影响籽粒破碎率，穗粒数越多破碎率越大，其它特征对破碎率没有显著影响。

表3 玉米籽粒破碎率、损失率、杂质率与参试品种各基本特征的相关关系

籽粒损失率与生育期、密度、单产呈显著负相关，相关系数分别为-0.757、-0.526、-0.523，与株高、叶片数、收获前含水率、千粒重均呈不显著正相关，相关系数分别为0.055、0.124、0.224、0.182，与穗位高、穗粒数呈不显著负相关，相关系数分别为-0.016、-0.132。说明生育期、密度、单产能显著影响籽粒损失率，生育期越长、密度越大、单产越高，损失率就越小，其它特征对损失率没有显著影响。

杂质率与穗位高呈显著正相关，相关系数为0.415，与叶片数、穗粒数、收获前含水率、千粒重、单产呈不显著正相关，相关系数分别为0.151、0.159、0.024、0.409、0.077，与生育期、株高、密度呈不显著负相关，相关系数分别为-0.025、-0.014、-0.2。说明穗位高能显著影响籽粒杂质率，穗位越高杂质率越大，其它特征对杂质率不产生显著影响。

综上，在8项不同基因型玉米品种的基本特征中，株高、穗位高、叶片数、密度、穗粒数、千粒重、产量7项特征都存在显著差异，且穗位高、密度、穗粒数、单产对玉米籽粒收获质量产生影响；虽然品种间收获前含水率不存在显著差异，但从相关分析可以看出它会对破碎率产生极显著影响，对损失率、杂质率影响不大。

2.2 玉米籽粒收获前含水率对收获质量（破碎率、损失率、含杂率）的影响

2.2.1 不同收割机机型收获前含水率、破碎率、损失率、含杂率的差异 从（表4）看出，3种不同类型收割机所对应收获参试玉米品种的收获前含水率存在极显著差异。收获前含水率最大的样点是谷王4LZ-7B收获的郑单958为32.9%，最小的是福田4LZ-8E收获的丰德存10号为20.33%；平均值范围在23.65%～27.08%之间，相差14.5%；谷王4LZ-7B收获的含水率平均值最高，雷沃4LZ-8E2次之，福田4LZ-8E最低，收获前含水率极值变化幅度分别为43%、45%、31%。

表4 不同机型收割机籽粒收获前含水率、破碎率、损失率、含杂率差异、极值和变化幅度 %

破碎率存在极显著差异。破碎率最大的样点是雷沃4LZ-8E2收获的‘郑单5176’为8.90%，最小的是福田4LZ-8E收获的‘郑单958’为0.50%，平均值范围为2.89%～5.19%，相差79.58%；谷王4LZ-7B破碎率平均值最高，雷沃4LZ-8E2次之，福田4LZ-8E破碎率最低，破碎率极值变化幅度分别为709%、940%、310%；超过5%的国家标准(GB/T 21962—2008)的样点有20个，占总样点的31.75%，其中福田4LZ-8E(5%)、谷王4LZ-7B(55%)、雷沃4LZ-8E2(40%)。

损失率存在显著差异。损失率最大的样点是福田4LZ-8E收获的‘郑单5179’为1.82%，最小的是福田4LZ-8E收获的‘郑单9953’为0.08%，平均值范围在0.36%～0.68%，相差88.89%；谷王4LZ-7B损失率平均值最高，雷沃4LZ-8E2次之，福田4LZ-8E最低，损失率变化幅度分别为：338%、2175%、1744%。所有样点损失率数值和平均值均低于5%的国家标准。

杂质率不存在显著差异。杂质率最大的样点是谷王4LZ-7B收获的‘郑单958’为4.3%，最小的是福田4LZ-8E收获的‘郑单958’为0.1%，平均值范围为1.22%～1.36%，相差11.48%；雷沃4LZ-8E2杂质率平均值最大，福田4LZ-8E和谷王4LZ-7B次之，杂质率变化幅度分别为400%、3300%、2050%；超过3%国家标准的样点有3个，占总样点的4.76%，其中谷王4LZ-7B(66.67%)、福田4LZ-8E(33.33%)，雷沃4LZ-8E2收获的样点都不超过3%。

从试验取得的63个样点数据看，收获前含水率在一定范围变化时，3种不同类型的收割机的破碎率、损失率、杂质率都呈现出不同程度的变化幅度；破碎率、损失率、杂质率最低值都不是出现在收获前含水率的最低时，最高值都不是出现在收获前含水率的最低时，这与柴宗文等[12]的研究结论一致，这也进一步说明当籽粒含水率低于或高于一定值时，含水率不能解释籽粒破碎率、损失率、杂质率升高或降低的原因。不同类型收割机，因其滚筒转速、凹板间隙、振动筛孔大小和清选风机风力大小等机械参数不同在收获时会产生不同的收获质量；即使同一台玉米联合收割机在收割作业时，发动机转速、作业行走速度、喂入量也有随时变化，还有玉米的品种、长势状况、地形条件、机手操作熟练程度等因素，也是影响收获质量和变化幅度存在的原因[13]。

2.2.2 玉米籽粒收获前含水率与破碎率、损失率、含杂率的相关分析（表5）收获前含水率与破碎率呈极显著正相关，相关系数0.753(P=0.00)，与损失率、杂质率均呈不显著正相关，相关系数分别为0.224(P=0.078)、0.024(P=0.49)。破碎率与损失率呈不显著正相关，与杂质率呈不显著负相关，损失率与杂质率呈不显著正相关。说明收获前含水率是影响破碎率的主要因素，并不显著影响损失率和杂质率，破碎率、损失率、杂质率三者没有显著的相互影响和关联性，这和柴宗文[12]、夏来坤[14]、尚赏等[15]研究的不完全一致。

2.3 不同收割机机型收获前含水率与破碎率、损失率、含杂率的回归分析

收获前含水率(X)与破碎率(PL)进行回归分析（图1），得出3种型号收割机的线性回归方程(4)～(6)。

图1 不同机型收获前含水率与破碎率的关系

破碎率与收获前含水率都存在线性正相关，当破碎率要求低于国家标准5%时，3种收割机适宜的收获前含水率应分别不高于26.51%、26.95%、36.41%。说明不同类型的玉米籽粒收割机破碎率都随收获前含水率的增加而增大，这和前人研究的相一致。在破碎率要求一定数值区间的情况下，不同类型的收割机对玉米收获前含水率适应性存在差别。

收获前含水率(X)与损失率(SL)进行回归分析（图2），3种类型的收割机的线性回归方程(7)～(9)。

图2 不同机型收获前含水率与籽粒损失率的关系

谷王4LZ-7B、雷沃4LZ-8E2的损失率与收获前含水率存在线性正相关，损失率随收获前含水率增加而增大，福田4LZ-8E的损失率与收获前含水率存在线性负相关，损失率随收获前含水率增加而减小。3种机型的损失率平均值均在(0.68±0.33)%以下，明显低于5%的国家标准。说明不同类型收割机的损失率不都随收获前含水率的增加而增大。

图3 不同机型收获前含水率与杂质率的关系

收获前含水率(X)与杂质率(ZL)进行回归分析（图3），3种类型收割机的线性回归方程(10)～(12)。

福田4LZ-8E、雷沃4LZ-8E2的杂质率与收获前含水率存在线性正相关，杂质率随收获前含水率增加而增大，谷王4LZ-7B杂质率与收获前含水率存在线性负相关，损失率随收获前含水率的增加而减小。3种机型的杂质率平均值均在(1.36±0.60)%以下，低于3%的国家标准。说明不是所有类型收割机的杂质率都随收获前含水率的增加而增大。

玉米籽粒收获时，在国标(GB/T 21962—2008)要求收获前含水率不高于25%的情况下，福田4LZ-8E的破碎率、损失率、杂质率分别为4.05%、0.23%、1.4%，谷王4LZ-7B的分别为4.14%、0.68%、1.12%，雷沃4LZ-8E2分别为3.06%、0.50%、1.21%，破碎率为、损失率、杂质率都能达到5%、5%、3%的国家标准。

3 结论与讨论

前人很多研究表明，玉米品种特性能显著影响收获质量[16-18]。了解籽粒机收品种的特定农艺性状关系，获得可直接籽粒收获的各项突出指标，选择早熟、适合机械收获的品种，最大限度地确保高产栽培与机械收割技术二者的有机统一[19-20]。本研究，各参试品种间的株高、穗位高、叶片数、实际密度、穗粒数、千粒重及产量7个基本特征存在显著差异，穗位高、密度、穗粒数、单产分别对玉米籽粒破碎率、损失率、杂质率产生显著影响，虽然品种间收获前含水率不存在显著差异，但会对破碎率产生极显著影响，对损失率、杂质率影响不大。

收获前含水率是评价玉米籽粒收获的重要指标[15]。3种类型收割机作业的收获前含水率与破碎率呈极显著正相关，与损失率、杂质率均呈不显著正相关。收获前含水率是影响破碎率的主要因素，并不显著影响损失率和杂质率，破碎率、损失率、杂质率三者没有显著的相互影响和关联性。福田4LZ-8E、谷王4LZ-7B、雷沃4LZ-8E2作业的的破碎率平均值分别为：(2.89±1.04)%、(5.19±1.65)%、(4.69±1.84)%，之间存在极显著差异(F=12.78、P=0.000≤0.01)，损失率平均值分别为：(0.36±0.37)%、(0.68±0.33)%、(0.46±0.38)%，之间存在显著差异(F=4.04、P=0.023≤0.023)，杂质率平均值分别为；(1.22±0.77)%、(1.22±1.05)%、(1.36±0.60)%，之间差异不显著(F=0.203、P=0.817≥0.05)。

通过回归分析，得出3种类型收割机收的获前含水率分别与破碎率、损失率、杂质率线性回归方程，破碎率：PL福田=-11.7+0.63x 、PL谷王=-6.86+0.44x、PL雷沃=-1.19+0.17x，损失率：SL福田=1.73-0.06x、SL谷王=-0.57+0.05x、SL雷沃=-1.73E-3+0.02x，杂质率：ZL福田=0.87+0.01x、ZL谷王=2.9-0.06x、ZL雷沃=-0.79+0.08x。可以看出：不同类型的玉米籽粒收割机破碎率都随收获前含水率的增加而增大，损失率和杂质率不都是随收获前含水率的增加而增大，说明不同类型收割机作业质量的差异主要体现在收获前含水率对破碎率的影响上。

在本试验条件下，收获前含水率在不高于国标(GB/T 21962—2008)要求的25%的情况下，3种类型的收割机的破碎率、损失率、杂质率都能达到5%、5%、3%的国家标准；在国标要求破碎率不大于5%时，3种类型收割机福田4LZ-8E、谷王4LZ-7B、雷沃4LZ-8E2适宜的收获前含水率分别不应高于26.51%、26.95%、36.41%，平均值为29.96%，在此含水率水平下，损失率、杂质率也不会高于国家标准，也即是说在收获前含水率不高于30%情况下，收割机作业质量都能保证达到国家标准。当然，不同类型收割机，因其滚筒转速、凹板间隙、振动筛孔大小和清选风机风力大小等机械参数不同在收获时会产生不同的收获质量；即使同一台玉米联合收割机在收割作业时，发动机转速、作业行走速度、喂入量也有随时变化，还有玉米的品种、栽培措施、长势状况、地形条件、机手操作熟练程度等因素，也是影响收获质量和变化幅度存在的原因[13,21]。所以机手在作业之前，要综合考虑玉米的长势、含水率大小、地形情况等因素，调试收割机各主要部件达到合理指标，选择合适的收割速度或喂入量，才能达到最佳的收割质量。