山西省春玉米宜机械粒收品种筛选及影响因素分析

阎晓光 李 洪 董红芬 李爱军 杜艳伟 王国梁 周 楠 胡丹珠

(山西农业大学谷子研究所，山西 长治 046011)

玉米是我国种植面积和产量最大的粮食作物[1-2],全国31个省区都有种植,其中山西省春玉米的种植面积占全省种植面积的75%[3-4]。随着我国经济的飞速发展，农业劳动力的季节性短缺问题日趋严重，因此大力发展玉米生产机械化是现代玉米生产技术体系的中心，也是我国玉米产业持续发展的未来趋势。玉米机械粒收是一种高效的生产方式。自20世纪70年代以来大部分美洲和欧洲国家已实现玉米机械化收获籽粒[5-6]。而我国玉米机械化收获籽粒技术的研究起步较晚，当前机械收获主要以摘穗为主，籽粒收获比例低[7-9]，且玉米的机械化籽粒收获程度远低于水稻和小麦，导致玉米的种植面积和产量与机械化粒收水平严重不协调[10-11]。玉米机械粒收可以提高劳动生产率，节省劳动力，降低农民的劳动强度，同时降低机械穗收后期运输、仓储、脱粒环节的生产成本[12]。因此，玉米机械粒收技术是全程机械化生产的关键环节，对于转变玉米生产方式，引导全国玉米高产高效生产，提高玉米产业竞争力具有重要的实践意义[13]。

目前学者们主要致力于研究适宜机械化收获籽粒的品种来提高我国机械化粒收水平[14-16]。而我国玉米种植区域广泛、生态类型多样化，机械粒收技术在不同区域应用会存在的问题尚不清楚。针对不同区域生态环境选择生育期适合且与当地光温条件匹配的品种，有利于提高我国玉米机械籽粒收获质量。玉米粒收质量包括收获时籽粒含水率、破碎率、杂质率和损失率，损失率又包括落穗率和落粒率。前人研究表明，玉米收获期籽粒含水率是影响机械粒收质量的关键因素[17]，降低籽粒含水率可以减小机械化收获籽粒时的破碎率和杂质率，从而降低损失率[18-19]。山西省春玉米生产区为一年一季，于4月底5月初播种，9月底10月初收获，后期光热资源丰富，可以通过调整不同品种收获期来降低收获时玉米籽粒含水率，从而实现高质量的机械粒收。目前关于山西省机械粒收质量影响因素以及适宜机械粒收品种筛选的研究尚鲜见报道。基于此，本试验于2018—2020年在长治和晋中2个试验点，对33个品种、112个品次的机械粒收数据进行分析，研究影响山西省玉米机械粒收质量的主要因素及其相互关系，依据收获时籽粒含水率和产量筛选适宜山西省机械粒收的品种，以期为玉米机械粒收技术在山西省的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验地概况

试验于2018—2020年分别在山西省长治市长子县谷村国家玉米产业技术体系长治综合试验站试验基地(35°33′N，111°24′E)和山西省晋中市榆次区什贴村(37°42′N，113°59′E)进行，2个试验点均属于暖温带大陆性季风气候，长子县和榆次区年平均降雨量分别为559.6和456.2 mm。2018—2020年玉米生育期内试验地区气象资料详见表1。供试品种以当前主栽品种为主，两地的供试品种完全一致，具体试验品种、播种、收获时期详见表2。

1.2 试验设计

2个试验点测试品种共计112个品次，不同品种田间随机排列，不设重复，小区宽3 m，长240 m，5行区设置，种植密度75 000株·hm-2。三至五叶期喷施苞卫(30%苯唑草酮)苗后除草剂，整个生育期无灌溉，其他栽培管理措施同普通大田。收获时每个品种随机选取5个样点，每个样点长30 m，宽1.8 m(一个割幅为3行)。2个试验点的收获均由同一位机手操作同一台玉米籽粒收获机[春雨CP S30玉米收获机，科乐收农业机械(山东)有限责任公司]收获，割幅为3行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒含水率、收获时籽粒破碎率、杂质率 机械粒收后随机取籽粒样品3份，每份200 g，采用烘干法测定其含水率，取平均值。机械粒收后随机取籽粒样品3份，每份500 g，人工将破碎籽粒与非籽粒杂质挑拣出来分别称重，计算破碎率和杂质率，取其平均值。

1.3.2 落粒率、落穗率和总损失率 机械粒收后在机收区随机选取3个样点，每个样点长3 m，宽1.8 m(一个割幅宽3行区)。人工拣拾样点内全部落穗与落粒，分别对落穗的籽粒、落粒称重，根据样点面积计算单位面积的落穗粒重与落粒重。对应机收面积和机收籽粒重计算机收单位面积产量。并根据以下公式计算落粒损失率、落穗损失率和总损失率：

落粒损失率=落粒重/(机收产量 + 落粒重 + 落穗粒重)× 100%

(1)

落穗损失率=落穗粒重/(机收产量+落粒重+ 落穗粒重)× 100%

(2)

总损失率=落粒损失率+落穗损失率

(3)。

1.3.3 宜机械粒收品种筛选方法 以每年两地玉米品种产量平均值与收获时籽粒含水率平均值为指标，采用双向平均作图法将参试品种分为4个部分[2]，分别位于坐标图4个象限，位于Ⅰ象限的品种产量和籽粒含水率均高于平均值，位于Ⅱ象限的品种产量高于平均值，籽粒含水率低于平均值，位于Ⅲ象限的品种产量和籽粒含水率均低于平均值，位于Ⅳ象限的品种产量低于平均值，籽粒含水率高于平均值，其中位于Ⅱ象限的品种为理想宜机械粒收品种。

1.4 数据处理

采用 Microsoft Excel 2007软件处理数据并作图，采用SPSS 19软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 机械粒收质量整体情况

对2018—2020年获取的112个机械粒收样本数据进行质量指标与产量统计分析，结果如表3所示，收获时籽粒含水率范围为20.41%～38.92%，平均籽粒含水率为27.64%；机械粒收籽粒破碎率范围为1.33%～9.71%，平均破碎率为5.50%，平均破碎率高于《GB/T 21962-2008玉米收获机械技术条件》中≤5%的国家标准[20]；机械粒收杂质率范围为0.53%～6.34%，平均杂质率为2.71%，符合≤3%的国家标准；落穗损失率范围为0.54%～9.84%，平均落穗损失率为3.13%；落粒损失率范围为0.42%～3.22%，平均落粒损失率为1.62%；总损失率范围为1.71%～13.00%，平均总损失率为4.75%，符合≤5%的国家标准，总损失率中落穗损失率占比65.89%；收获时产量范围为8 210.51～11 902.90 kg·hm-2， 平均产量为10 375.66 kg·hm-2。粒收质量指标的变异系数均在30%以上，籽粒含水率变异系数为14.12%，产量变异系数为7.71%，表明相比籽粒含水率与产量，粒收质量指标在品种和外界因素的影响下变异更大。本试验中粒收质量平均值指标仅有破碎率未达国家标准，可见破碎率高是影响山西省春玉米机械粒收质量的关键因素。

2.2 籽粒含水率与机械粒收质量指标相关分析

对收获时籽粒含水率与机械粒收质量指标进行相关分析，结果如表4所示，籽粒含水率与粒收破碎率、杂质率呈极显著正相关，与落穗损失率呈极显著负相关，与落粒损失率呈显著正相关，与总损失率相关性不显著，说明籽粒含水率是影响机收破碎率、杂质率、落穗损失率和落粒损失率的关键因素。机械粒收质量指标间相关关系表现为机收破碎率与杂质率、落粒损失率呈极显著正相关；杂质率与落穗损失率呈极显著负相关，与总损失率呈显著负相关；落穗损失率与落粒损失率呈极显著负相关，与总损失率呈极显著正相关；落粒损失率与总损失率呈极显著正相关。落穗损失率与总损失率的关系相较于落粒损失率与总损失率的关系更为密切。

表3 2018—2020年机械粒收质量指标与产量统计Table 3 Quality index and output statistics of mechanical grain harvest from 2018 to 2020

2.3 籽粒含水率与机收质量指标的关系

收获时籽粒含水率是一个重要的经济指标，其对粒收质量的高低起着关键作用。由图1可知，随着籽粒含水率的降低，机收籽粒破碎率表现出前期快速降低后期有所升高的趋势，拟合方程为y=0.018x2-0.788x+13.18(R2=0.615**)。依据该方程计算，当籽粒含水率为21.89%时，籽粒破碎率为3.56%，达到籽粒破碎率的最低值；当籽粒含水率在16.92%～24.85%区间收获时，籽粒破碎率符合≤5%的国家标准。杂质率随着籽粒含水率的降低表现为逐步降低并趋于稳定的趋势，拟合方程为y=0.076e0.130x(R2=0.760**)。依据该方程计算，当籽粒含水率高于28.82%时，杂质率高于3%的国家标准。落穗损失率随着籽粒含水率降低表现为升高趋势，拟合方程为y=19.89e-0.080x(R2=0.588**)。依据该方程计算，当含水率低于15.60%时，落穗损失率≥5%。落粒损失率随着籽粒含水率的降低呈现出前期降低后期升高趋势，拟合方程为y=0.014x2-0.604x+8.312(R2=0.691**)。依据该方程计算，当籽粒含水率为21.57%时，落粒损失率达到最小值(1.78%)。

表4 籽粒含水率与机械粒收质量指标相关分析Table 4 Correlation analysis of grain moisture content and mechanical harvest quality index

图1 收获时籽粒含水率与破碎率、杂质率、落穗损失率、落粒损失率的关系Fig.1 Relationships of grain moisture content with broken rate, impurity rate, ear loss rate and grain loss rate in maize

2.4 宜机械粒收品种筛选结果

以粒收时籽粒含水率为横坐标，粒收产量为纵坐标，采用双向平均作图法，将2018—2020年参试玉米品种划分为4个类型，筛选出籽粒含水率低、粒收产量高的品种，结果如图2所示。2018年2个试验点参试品种共计42个品次，收获时平均籽粒含水率为28.22%，平均粒收产量为10 312.16 kg·hm-2，收获时籽粒含水率低于平均值且粒收产量高于平均值的品种为长单511、DF607、长单716、太玉219、迪卡159；2019年2个试验点参试品种为42个品次，收获时平均籽粒含水率为27.83%，平均粒收产量为10 464.34 kg·hm-2， 收获时籽粒含水率低于平均值且粒收产量高于平均值的品种为长单511、登海671、长单716、迪卡159；2020年2个试验点参试品种为28个品次，收获时平均籽粒含水率为26.92%，平均粒收产量为10 349.35 kg·hm-2，收获时籽粒含水率低于平均值且粒收产量高于平均值的品种为长单511、迪卡159、长单716。3年试验中，双惠87均出现在Ⅰ象限，表现为粒收产量高且籽粒含水率高的特点；长单511、长单716、迪卡159均出现在Ⅱ象限，表现为产量高于平均值，籽粒含水率低于平均值的特点，是理想的适宜机械粒收品种；长单510、迪卡517均出现在Ⅲ象限，收获时表现为籽粒含水率和产量均较低。

图2 2018—2020年试验品种籽粒含水率与产量双向平均图Fig.2 Two way average of water content and yield of test varieties from 2018 to 2020

3 讨论

3.1 籽粒破碎率高是影响山西省春玉米机械粒收质量的主要因素

籽粒破碎率高是我国玉米机械粒收中普遍存在的问题[21-23]。赵波等[24]在西南区进行多点多品种粒收试验，对788组样本数据分析后发现，籽粒破碎率高是西南玉米机械粒收技术发展的主要限制因素；李少昆等[25]于内蒙古历时5年对139个品次机械粒收样本数据进行分析发现，收获时籽粒破碎率和产量总损失率的平均值均高于国家标准。本研究由2018—2020年获得的112个品次玉米机械粒收田间测试样本分析发现，山西省春玉米机械粒收的籽粒平均破碎率为5.50%、杂质率为2.71%、总损失率为4.75%。在机械粒收主要质量指标中，除籽粒破碎率平均值高于5%的国家标准外，杂质率和总损失率均符合国家标准，因此籽粒破碎率高是影响山西省春玉米机械粒收质量的主要因素。籽粒总损失率平均为4.75%，存在偏高的问题，其中落穗损失率占比为65.89%，落穗损失率对籽粒总损失率的影响程度高于落粒损失率。造成落穗损失率高的原因可能是生理成熟后处于田间站杆脱水阶段，不同品种会出现不同程度倒伏情况，机收时未收到倒伏植株果穗[26]。因此在山西省春玉米机械粒收过程中，需要选择抗茎腐病、抗倒伏性好的品种，通过减少粒收时落穗损失率以降低粒收总损失率，从而保证粒收质量和产量。

3.2 收获时籽粒含水率对玉米粒收质量的影响

收获时籽粒含水率是影响我国玉米机械粒收质量的主要因素[27-28]。柴宗文等[29]利用2011—2015年在西北、黄淮海、东北和华北玉米产区168个地块获得的1 689组收获期样本数据，研究发现收获时籽粒含水率与破碎率、杂质率、机收损失率之间均呈极显著正相关关系，其中籽粒含水率与破碎率符合二次函数关系；孔凡磊等[30]研究四川省4个主推玉米品种籽粒含水率发现，玉米适宜机械粒收的籽粒含水率范围为18.96%～29.76%；李璐璐等[31]在研究夏玉米籽粒含水率对机收破碎率的影响中发现，随着玉米籽粒含水率逐渐降低，破碎率呈先降低后升高的趋势。本试验由同一位农机手使用同一台机械收获，并选择相同品种在2个地区进行，在消除收获农机、农机手、气候环境影响的基础上，研究不同品种籽粒含水率对粒收质量的影响。结果表明，随着籽粒含水率的降低，破碎率表现出前期快速降低后期有所升高的趋势，籽粒含水率在16.92%～24.85%，收获时籽粒破碎率符合≤5%的国家标准；杂质率随着籽粒含水率的降低表现为逐步降低并趋于稳定的趋势，籽粒含水率高于28.82%时，杂质率高于3%的国家标准；籽粒含水率低于15.60%时，落穗损失率≥5%；落粒损失率随着籽粒含水率的降低表现为前期降低后期升高趋势，籽粒含水率为21.57%时，落粒损失率达到最低值，即1.78%；籽粒含水率与总损失率的相关性不显著。综合分析得出，山西省春玉米机械粒收籽粒含水率的适宜范围为16.92%～24.85%，试验中3年的平均籽粒含水率均超出此范围，是破碎率高的主要原因。实际生产过程中可以通过粒收时间后移，充分利用山西省春播玉米传统收获时的间后期充足的光温资源，增加田间生理成熟后站杆脱水时间来降低收获时籽粒含水率，达到降低破碎率和杂质率的目的。但粒收时间后移有可能提高落穗损失率，针对这一问题，可以通过选择抗茎腐病、抗倒伏品种提高群体抗倒性，降低落穗损失率增加的风险。

3.3 适宜山西省春玉米机械粒收品种

机械粒收技术的推广应用受品种、收获机具、耕作模式、生产规模、农户意识等多种因素限制，其中收获质量的影响最为显著。目前适宜机械粒收玉米品种的选择尚无国家标准，前人研究普遍认为收获时籽粒含水率是影响粒收质量的关键因素[32-34]。且籽粒破碎率和杂质率随着含水率的升高显著增加，因此适宜机械粒收的玉米品种应同时具备收获时籽粒含水率低、产量高两个特点[35]。本研究通过籽粒含水率和产量双向平均作图法，筛选出了3个籽粒含水率低、产量高的宜粒收品种，分别是长单511、迪卡159、长单716。而山西省传统生产中对收获时籽粒含水率重视程度偏低，尤其近年来出现粮商在田间直收果穗的收购方式，使种植户陷入含水率高即产量高的误区。另外山西省传统生产的收获时间偏早，一般在10月1日前后收获，收获时籽粒含水率偏高，既增加了晾晒仓储成本，又加大了籽粒霉变风险，同时也未能充分利用春播玉米区收获后田间充足的光温资源，因此通过生理成熟后延长田间站杆脱水时间以降低收获时籽粒含水率，可获得高质量的粒收效果，同时也是一种简洁高效、提质增效的生产方式。

4 结论

破碎率高是影响山西省春玉米机械粒收质量的主要问题。收获时籽粒含水率高是粒收破碎率高的关键影响因素。山西省春玉米机械粒收时籽粒含水率范围为16.92%～24.85%时，可获得符合国家标准的粒收质量。本试验筛选出3个籽粒含水率低、产量高的品种，分别为长单511、迪卡159和长单716，可作为山西省春玉米适宜机械粒收品种进行推广。