玉米籽粒脱水及机收籽粒研究进展

刘兴舟，李 猛，张 建，陈瑞佶，付 华，马桂美，周言虎，庄小林

（1宿州市农业科学院，安徽宿州 234000；2泗县农业农村局，安徽宿州 234000）

0 引言

玉米总产量已稳居世界粮食作物之首，中国作为世界第二大玉米生产国，玉米总产量占全球玉米产量的20%以上，主要产品为玉米籽粒[1]。2020年，随着新冠疫情不断蔓延，国际粮食贸易形势不断变化，粮食紧缺趋势不断加强，对中国粮食生产效率提出了新的要求。如何提高玉米生产全程机械化率，特别是籽粒机收水平是中国玉米机械化收获的发展方向[2-3]，与欧美国家不同，中国玉米产区气候条件多样，差异明显，同时玉米籽粒机收关键技术研究不足，严重制约籽粒机收技术的推广和应用，目前中国玉米籽粒机收比例尚不足10%[3-4]。限制籽粒机收技术在中国推广应用的原因较为复杂，籽粒机收质量不佳、破碎率偏高是其中的重要因素之一，而籽粒含水率偏高是导致中国籽粒机收质量不佳的主要因素，含水率与破碎率、杂质率及机收损失率之间均呈极显著正相关[5-8]，籽粒含水率为18%～23%时破碎率最低[9-10]。当前中国玉米收获期籽粒含水率通常在22%～40%，玉米籽粒机收平均籽粒破碎率高达8.63%，高于国家标准“玉米收获机械技术条件”(GB/T 21961—2008)的要求[5]。相同籽粒含水率下品种耐破碎性存在明显差异[11]。前人研究表明，玉米籽粒含水量降低分为2 个阶段，第一阶段发生于籽粒灌浆到乳熟期，属于发育失水；第二阶段由籽粒蜡熟期至收获期，主要通过籽粒表面蒸发作用进行水分散失[12]。玉米籽粒脱水速率受籽粒灌浆速度和果穗农艺性状、生态气候因素和栽培措施等因素影响[13]。后期籽粒脱水速度减缓，霉变粒时有发生[5,14-15]。收获时高籽粒含水量适宜黄曲霉、镰孢菌等真菌生存，增大堆积晾晒储藏过程中霉变粒发生的风险，产生黄曲霉毒素、呕吐毒素等污染，影响玉米营养品质和粮食安全，危害人畜健康[16-17]，前人研究多数集中在生理生化、籽粒含水率、籽粒破碎率等方面分析玉米籽粒机收存在的问题和研究方向。为此，本研究从品种、播期、水肥管理、收获等多个方面总结分析了国内外有关研究，从品种差异、农艺措施、生态因素等方面进行分析，以期探索中国籽粒机收进一步研究方向，为进一步创新玉米籽粒机收栽培技术措施、配套农机具研制、保障玉米产品质量安全和推进玉米产业发展提供技术支持。

1 品种差异对籽粒脱水的影响

品种的科学选择是解决收获期玉米籽粒含水率高的首要途径。自20世纪80年代以来，为了获得更高的单产，中国玉米品种选育目标曾为稀植大穗，注重单株产量潜力、大果穗、晚熟等性状，对早熟、收获期籽粒含水率低、耐密植等性状重视不足，玉米收获时，籽粒含水率普遍在30%～40%[5,7]。近10年来，育种思路转变，育种家更加注重早熟、耐密植、收获期低籽粒含水率等性状，收获期籽粒含水率平均为26.83%[5]。有研究表明，不同品种间籽粒含水率及成熟后的脱水速率存在显著差异[18-20]，主要影响因素有熟期、籽粒类型、籽粒物质构成等[21-23]，苞叶和果穗性状也会显著影响籽粒脱水速率[23-24]。苞叶薄短、穗粒数少、籽粒小、硬粒等穗部特征有利于籽粒脱水[25]。早晚熟品种通过合理搭配，可延长玉米播种和籽粒机收作业时间，提高农机装备利用效率和生产效益[26]。不同杂种优势群自交系籽粒脱水速率存在差异，授粉后40天籽粒脱水速率依次是瑞德群>兰卡斯特群>旅大红骨群>混合群>P群>唐四平头群[27]。

2 农艺措施差异对籽粒脱水的影响

2.1 播种收获时间对籽粒脱水的影响

前人研究表明，适度提前播种可能造成一定产量损失，主要由于出苗不良，但在高纬度地区可避免秋季早霜影响，可促进玉米成熟脱水，降低籽粒烘干成本[28-29]，但黄淮海区域提前播种，夏玉米花期遭遇高温热害的概率最大[30]，且粗缩病发生较重[31]，西南区和东华北区域播种窗口期偏短，提前播种受限。适度延迟播种对于籽粒营养品质影响不显著，但产量会显著降低，且籽粒后期脱水较难[32-33]。

前人研究多认为玉米籽粒乳线消失，出现黑胚层为最佳收获期，此时籽粒含水率在20%～40%，且籽粒干重最大[34-36]，人们一般认为籽粒含水率在28%以下时收获，可满足粮食烘干收储企业的要求[5]。延缓收获不同品种玉米的含水率显著降低，但其变化率存在差异。延缓收获使落粒率显著下降。延缓进行籽粒收获后，籽粒含杂率均低于国标要求；而平均籽粒破碎率达13.23%，高于国标要求[30]。玉米生理成熟后，田间站秆晾晒是国外对于籽粒机收的有效措施之一，其对籽粒重并无显著影响[37-39]。

2.2 种植密度及模式对籽粒脱水的影响

种植密度对籽粒脱水的影响说法不一，有研究表明，较高的种植密度会增加植株高度，延迟成熟期[40]。但多数试验证明，随种植密度增加，机收籽粒时籽粒含水率、破碎率和杂质率均呈降低趋势，但高密度下腐籽率显著增加，种植密度、基因型显著影响籽粒机收质量,基因型的影响大于种植密度[41]。玉米在宽行距下不同种植密度的产量均优于窄行距，但籽粒含水率恰恰相反[42-43]。随着行距的减小，玉米籽粒产量增加，且籽粒脱水速率随种植密度的增加略有增加[44]。

此外，宽窄行栽培[45]、一穴多株[46]、间作套种[47-48]以及合理选择行向[49-50]等栽培措施均可改善灌浆期田间小气候，提高光热资源利用效率，可促进灌浆期籽粒脱水。

2.3 肥水管理对籽粒脱水的影响

前人研究证明，养分缺乏将延迟玉米成熟时间[51],但合理控制氮素供给可促进植株成熟，加快后期籽粒脱水速率[52]。增加氮肥可提高玉米籽粒产量，但会延迟玉米成熟期及成熟时籽粒含水量[53]，过量氮肥也会延迟玉米成熟[54]。施用过磷酸钙的玉米生理成熟期要早于其他类型磷肥[55]，分层施磷可延迟玉米叶片衰老，有助于提高籽粒产量[56]。施用钾肥可加速玉米成熟，显著增加籽粒产量[57]，通过根际合理配施钾肥，可有效降低寒地玉米收获时籽粒水分[58]，生育中期叶面喷施适宜浓度的钾肥，可加快玉米生理成熟[53]。

玉米籽粒成熟过程中干物质和水分两者共同影响籽粒含水率的变化[54]，生理成熟前为生理脱水阶段，脱水速率主要受籽粒发育控制。干物质运输和积累是籽粒水分损失的主要驱动力[41]，籽粒含水量与籽粒灌浆速率和持续期密切相关，籽粒含水率下降速度受干物质积累速率的影响[55]。适时适度水分调亏，可抑制玉米植株高度，提高籽粒灌浆效率，促进作物生长、提高产量、改善品质[56-57]。拔节期至灌浆期多次灌溉，成熟期不进行灌溉，保持适度水分亏缺可实现制种玉米节水高产[58]。

2.4 其他农艺措施对籽粒脱水的影响

除上述农艺措施外，还有植物生长调节剂和生育后期物理调控等农艺措施可对籽粒脱水产生影响。生育后期喷施适宜浓度的ABA或乙烯利，可提升籽粒脱水速度[59-60]。在严重干旱条件下，低种植密度喷洒乙烯利后玉米产量下降，而在高种植密度条件下恰恰相反[61]。剪叶、去顶等农艺措施可以减少植株绿叶面积，加速籽粒脱水[62-63]。特别在较高种植密度条件下，吐丝期适度剪叶可以延迟玉米叶片衰老，增加籽粒千粒重，提高单产[64]。适当减少苞叶层数，有利于籽粒生育后期脱水[65-66]。

3 生态因素对籽粒脱水的影响

生理成熟后为自然脱水阶段，主要受生态因素特别是田间自然环境等的影响[67]。在东华北区域玉米机械化籽粒冬收技术应用较多，相比于生理成熟后立即收获，通过田间自然脱水，可减少破碎率和收获损失，提高玉米品质[68]。随玉米籽粒含水量降低，自然落粒率随之增加，当含水量降至25%以下时，自然落粒率迅速增加至10%[69]。生理成熟后10 天华北地区春玉米籽粒含水率可下降至28%，下降到25%的概率为50%[70-71]，如华北地区麦玉轮作利用品种更新增加10天左右空窗期，则有利于进行籽粒机收。

4 展望

综上，针对玉米群体生产、资源高效等方面国内外学者开展了大量的研究，取得了阶段性的成果，但由于中国玉米种植区气候条件多样，生态类型复杂，不同地区玉米品种籽粒脱水特征差异明显。导致目前生产上农户多数仍以穗收作为主要的玉米机械化收获方式，收获后通过晾晒和烘干进行籽粒脱水，制约了玉米籽粒机收的推广应用。

针对这些问题，首先需要组织跨生态区域联合攻关，加强籽粒脱水机制研究，明确不同类型玉米籽粒脱水的遗传差异和不同生态区影响收获期籽粒含水率的主要限制因素，开展农艺措施调控玉米籽粒快速脱水的研究，从源头理清实现玉米籽粒快速脱水的主要途径。

其次根据各生态区域的不同生态环境条件、生产特点和机械化水平，开展针对性的适宜机收、籽粒脱水快的玉米新品种选育工作，并对配套栽培技术与种植模式进行研究，因地制宜地开展玉米籽粒水分高效调控理论与技术研究。如在东华北春播玉米区可借鉴欧美早熟密植品种模式，选择早熟、成熟期籽粒含水量较低的品种，借此延长籽粒脱水时间，通过增加种植密度保证单产增加，推进区域机械粒收技术的应用。在西北玉米区，土地集中，机械化程度高，适宜通过选育和选用早熟、脱水快的耐密植高产品种，不同熟期品种搭配种植，降低籽粒含水率，并借此延长收割机作业期，实现玉米高质量机械粒收大面积应用。在黄淮海区域，对于南部热量资源充足的区域，可以引导农民改变种植习惯，玉米适宜晚收，促进玉米籽粒后期熟后脱水，而在黄淮海区域，目前品种收获时籽粒含水率难以降低到28%以下，如何协调热量资源配置，培育和选用早熟品种，是实现玉米籽粒机收的关键因素。西南地区地形复杂，因海拔不同形成了多种差异明显的生态类型，可选择集中连片种植的平地、浅丘地区，开展玉米机械粒收技术试验示范和推广。

同时，由于目前生产实践上化学调控催熟剂等的应用，今后针对玉米植物生长调节剂技术的研发，应开展从调节剂或其复配剂的筛选及其施用技术研究，不同生态区化学调控促籽粒脱水效果等方面开展研究。并最终从玉米产量、生理生化特性、籽粒含水率、籽粒破损率等方面评价不同农艺措施的调控效果，明确其促进籽粒脱水的机理。此外，应开展配套轻简化农机装备的研制，农艺农机深度融合，进而加快玉米机械化籽粒直收技术推广，实现玉米产业提质增效。