黄淮海区域玉米从穗收到籽粒直收制约因素和前景展望

马景周，刘经纬，汪 亮，朱利萍，王 蕊，张瑞平，马晓红

（1.新乡市职业教育中心，河南 新乡 453000；2.新乡市农业科学院，河南 新乡 453000；3.北京联创种业有限公司，河南 郑州 450000；4.获嘉县农业局，河南 获嘉 453800）

玉米是一种重要的粮食作物和经济作物，不仅在畜牧业、渔业等养殖业中作为主要的饲料来源，也是化工、食品、医药等领域必需的工业原料，处于非常重要的地位［1-2］。玉米在我国种植广泛，从黑龙江省黑河起，向南直到海南三亚，从东南沿海起，一直到西北边陲，均有玉米的种植。据农业农村部统计数据显示，2021年，我国玉米种植面积为4 267万hm2。目前，我国玉米的种植面积和总产量略低于美国，在全世界排第2位。黄淮海区域作为我国粮食主产区之一，也是我国最大的夏玉米集中产区，传统的玉米穗收方式，不仅人力成本高，而且果穗晾晒、储运困难，夏季连绵阴雨时易腐烂、霉变发芽，给农民带来不必要的损失。因此，推进机械化收获对于黄淮海区域玉米产业的发展至关重要。

未来机械收获发展的趋势是将籽粒直接收获归仓。但是，当前玉米生产全程机械化收获尚是中国实现机械收获的瓶颈［3-5］。近年来，国家推行了一系列强农惠农政策，使得我国玉米机械化收获得到了快速发展，2019年全国玉米收获机械保有量为36.4万台，玉米机收率达70%以上，比2011年增长36.4%［6-7］。现有的玉米收获机类型主要包括穗收型、茎穗兼收型和籽收型［8-9］。目前我国玉米收获机以穗收型为主，玉米籽粒机收率比较低。尽管籽粒收获机能够一次性实现玉米的摘穗、脱粒、分离、清选作业，极大地缩短了收获周期，提高了作业效率，但由于存在籽粒损失多、含杂率高等问题［10］，严重降低玉米籽粒机收的质量和产量，限制了其发展。因此，分析玉米从穗收到粒收的制约因素，寻找合适的解决方式，对于推进玉米籽粒收获的发展，提高我国玉米机械化耕作水平有着重要意义。

1 玉米从穗收到籽粒直收的制约因素

1.1 品种的制约因素

近年来，玉米生产方式发生了巨大变化，逐步由人工收获过渡到机械穗收，再到粒收，相应地对玉米品种也提出了一定的要求。玉米籽粒直收通常要求玉米为早熟，起码是中早熟的硬粒型品种，并且为矮秆型、耐密性好，后期秸秆能坚挺抗倒伏。对果穗和籽粒的要求是，穗位整齐一致，苞叶疏松，籽粒能快速脱水。然而，目前，黄淮海区域种植的玉米品种绝大部分达不到籽粒直收的要求，主要表现在以下几个方面。

1.1.1 含水率高 玉米籽粒直收，含水率在22%～25%时效果最好［2，11］。黄淮海地区是我国夏玉米主产区，主体种植模式为冬小麦—夏玉米一年两熟制［12］。玉米种植时间一般在6月上旬，整个生长期3个多月，9月20日左右开始收获，此时玉米含水量在33%左右。有研究显示，籽粒含水率与机收籽粒破碎率呈显著正相关，含水率越大，籽粒破碎率越高［13-17］。籽粒破碎率高，是制约我国玉米机械粒收快速发展的最主要的质量问题［5］。黄淮海区域夏玉米的种植模式和现种植的玉米品种，使得籽粒含水率偏高，导致机械收获脱粒过程中籽粒破碎率偏高，达8.5%以上，无法满足籽粒直收破碎率≤5%的要求，造成产量损失。因此，不少育种工作者都在尝试培育新的硬粒型玉米，现已育成的硬粒型玉米有粒收1号等［18］。邱军等［19］研究表明，河南地区的一些早熟脱水快的品种，如丰德存玉13、新单58、迪卡517、东方红119等，基本符合籽粒机收对性状的要求。

1.1.2 抗倒伏能力不强 我国目前种植的玉米植株高大，穗位偏高，在熟期前后的抗倒伏能力普遍较弱，因此，容易发生倒伏现象，包括根倒和茎折。根倒和茎折同时出现的情况多发生在生理成熟前期，之后多以茎折为主［20-21］。倒伏导致玉米行距错位或匍匐在地面，虽对人工收获没有实质性的影响，但后期倒伏导致的穗位降低或落穗会对机械收获造成一定的障碍，影响机械收获质量和收获效率［21-22］。倒伏对玉米产量造成的损失主要表现为落穗率增加，薛军等［22］认为，倒伏每增加1%，落穗率增加0.15%。对黄淮海夏玉米来说，倒伏造成的落穗损失要高于北方和西北春玉米，但玉米倒伏并不是机械粒收时落穗损失的全部原因，田间落穗损失还受其他因素的影响。

1.1.3 脱水速度较慢 玉米的脱水速度不是指玉米成熟时的水分含量，而是指玉米籽粒成熟即黑层出现之后的脱水速度。基因型是影响收获时籽粒含水量的决定因素，玉米籽粒脱水速度主要由基因型决定，不同基因型间脱水速度差异极显著。过去以人工收获和晾晒为主，脱水速度没有引起育种家的重视，也未被列入育种目标。因此，我国自育的主栽品种多数脱水速度偏慢，不能满足机械化收获的要求。随着机械化收获的发展，玉米机收也逐渐普及，玉米品种脱水速度逐渐成为育种的核心指标之一，越来越受到育种家的重视。研究表明，从株型上看，籽粒脱水速度与植株高度呈显著负相关，与穗位高度呈正相关，也就是说，矮株和高穗位有助于果穗的快速脱水。从穗部性状来看，穗粗和轴粗与籽粒脱水速度呈显著负相关，较少的穗行数、较小的果穗和较小的籽粒有利于籽粒脱水，植株果穗与茎秆夹角也与籽粒脱水速度呈正相关［23-25］。从果穗苞叶性状来看，苞叶厚度、苞叶层数是影响籽粒脱水速度的重要因素，籽粒脱水速度与果皮厚度呈负相关，疏松或者短的苞叶、含水量低的苞叶等有利于加快籽粒脱水速度［25-27］。这些研究都为粒收型玉米的育种工作提供了有力的工作基础。

1.1.4 种植密度弹性小 黄淮海玉米种植以小麦和玉米一年两熟轮作种植模式为主，热量资源相对不足，留给玉米的全生育期只有120 d，生育期长的品种产量相对较高，但缺乏充足的时间降低玉米水分，而生育期短的品种产量相对较低。但是熟期大幅提早造成的单株产量损失，可以通过增加种植密度，来保证籽粒产量，从而实现宜粒收玉米品种高产稳产。因此，耐密性也就成为宜粒收玉米品种的另一重要性状［27］。种植密度加大，必然会伴随人工收获劳动时间、强度和成本的增加，不太容易被农民接受。但随着机械化籽粒收获的逐步实现，这些问题将被消除。有研究显示，种植密度也是影响机械化籽粒收获的一个因素。前期田间研究结果表明，植株呈塔型、株高2.50～2.70 m、密度67 500～82 500株/hm2的品种更适合玉米籽粒直收。卜俊周等［28］研究表明，在玉米种植密度相同的条件下，配置60 cm行距较配置65 cm行距机械粒收损失率小，收获效率高。

1.2 玉米机收设备的制约因素

目前，我国玉米机收以果穗收获为主，后续需要脱粒、晾晒，二次用工成本仍然较高；受季节影响，易遭风、雨等自然天气侵蚀而造成减产［29］。玉米较低的机械化收获率，影响了我国玉米种植的收益，制约了玉米的市场竞争力。目前，玉米籽粒直收的推广应用，除玉米品种的制约外，还面临着很多条件的限制。

1.2.1 适宜玉米粒收机械种类及购买成本的限制

一些发达国家，如美国、德国等，已有几十年的玉米机械化收获历史，对玉米收获机的研究较多，玉米收获机生产制造技术已经成熟［29］。我国玉米机械化起步晚，自20世纪70年代我国首台玉米收获机4YW-2型牵引式卧辊玉米摘穗机自行研制成功以来，我国玉米收获机械技术在不断创新。但是，与发达国家相比，我国在玉米收获机械理论研究和产品开发与功能设计、推广应用等方面还有很大差距［29-30］，目前用于籽粒直收的收获机种类还比较少。此外，当前大多数玉米收获机械价格偏高，而玉米机械作业时间短且集中，导致作业使用成本高，经营户收益偏低，延长了农户回收机械成本的周期。如遇阴雨连绵，极易出现玉米收获机不能进地作业，对本来就利用率低、闲置时间长的玉米收获机来说，更是雪上加霜，从而影响了农民购机作业的积极性。

1.2.2 种植制度和地块对农机的限制 黄淮海地区农村地域广，不同地区气候、水文存在差异，受这些因素的影响，不同地方种植制度也有所不同，有选择机种的，也有选择手工劳作的。玉米种植方式不同，导致株距、行距等不易统一［31-32］。在小麦、玉米一年两熟制区域，“收麦种秋”和“收秋种麦”是最繁忙的季节，农民传统的“见籽不顾苗”观念，使得玉米种的晚收的早，水分含量高，不利于玉米的籽粒直收［33］。不同农户在选择玉米品种方面也存在差异，玉米品种不同，熟期也不一致。这些因素都给机械收获带来一定的困难，影响机械的工作效率，导致目前市场上销售的玉米收获机不能很好适应当地玉米种植的农艺要求，为企业研发适应性较强的农机带来了难度，不利于玉米机械化收获。

除此之外，农机手素质也影响着机械的使用效率，玉米籽粒收获机的整机性能发挥受农机手操作水平、专业知识和对机具保养与维护的影响［34］，因此，加大对农机手的培训力度，提高农机手的综合素质，降低机械故障率，对于玉米籽粒直收机的推广应用也有着重要意义。

1.2.3 土地经营模式的限制 目前，黄淮海地区仍然实行联产承包制，田块分散至一家一户，地块不连片，缺乏种植大户和家庭农场，使得土地不能规模化经营，影响机具作业效率［34-35］。尤其是家庭人口少的农户，土地面积也小，大型粒收机械无法进地，不能充分发挥作用，而单行玉米收获机等小型机械的收获行数少，效率偏低，机具需要在田间往复行走，易压实耕地［36］。这些因素都制约着农业机械化的进一步发展。

2 玉米籽粒直收的应用前景展望

随着农业基础地位的不断凸显，经过一代又一代农业科技工作者的接续奋斗，一些宜机收品种的选育、收获时籽粒破碎率高的产业技术难题已被攻克。一些灌浆速率高、成熟期脱水快、收获时含水率低的适合籽粒粒收的玉米新品种已审定通过。玉米机收已逐渐用于生产上，利用机械一次性完成玉米果穗的采摘和剥皮，并可以直接脱粒、清选，将玉米秸秆切割还田，最大程度地节约劳动力，省去了晾晒，减少了因下雨产生的霉变［37］。玉米机械籽粒收获高效生产技术已被列为“2020中国农业农村重大新技术新产品新装备”［38］，这对推动玉米机械粒收的快速发展起着重要作用。

2019年9月，农业农村部等部门联合发布《关于实施家庭农场培育计划的指导意见》，扶持规模适度的农户、家庭农场稳定流转土地，整合土地资源、改善基础设施、提高经营能力，农村土地得到充分利用。特别是一些适应黄淮海玉米种植区的专用联合收获机投入使用，大大缩短了玉米收获时间，玉米生产正向规模化、集约化方向发展。从病虫害防治到专用联合收获机械的综合解决方案，实现了育种目标和生产方式的变革。截至2020年，我国玉米籽粒机收新品种推广面积已从“十二五”末的零星起步，发展到140多万hm2。玉米籽粒直收显而易见的优势使得农民的接受程度越来越高，因此，玉米从穗收到粒收，是未来农业发展的必然，籽粒直收具有广阔的应用前景。