川中丘陵区夏播机收玉米生产面临的问题及育种对策

杜 林，马孝玲，赵后娟 ，李红梅，何立群，李晓叶，李 燕，唐海涛*

(1.四川省农业科学院作物研究所，成都 610066；2.云南省景洪市种子管理站，云南 景洪 666100；3.云南省西双版纳州农业科学研究所，云南 西双版纳 666100)

玉米是我国播种面积和产量均位居第1的主要农作物。2019年我国玉米播种面积突破4×107hm2，其中四川省玉米播种面积达1.84×106hm2，排名第8。四川作为生猪养殖和酿酒生产大省，对饲用玉米和工业玉米的需求量巨大。在玉米供需平衡方面，四川省玉米每年供需缺口基本在3～4×106t左右，供需缺口较大，每年需从“三北”地区购进大量玉米用以满足需求[1]。在玉米消费方面，饲料用量占比最大，一直保持在玉米消费总量的60%以上。另外四川省是我国重要的基酒生产大省，需要大量的优质玉米作为酿酒发酵原料。近年来，四川省玉米工业消费量占比快速上升，从10年前的6%上升至近30%，且一直处于上升趋势。

2020年末四川省常住人口8367.5万人，常住人口城镇化率56.73%，比2010年提高16.55%。面对乡村农耕人员急剧减少，劳动力越加匮乏，劳动成本提高，随之新生起各种农业种植公司、生产合作社及家庭农场，农业生产进入规模化程度增强，这对本区大面积夏播玉米品种生产及全程机械化收获要求更高加明确。当前四川省整体玉米机械化生产基础薄弱，机械化水平较低。通过对川中丘陵地区夏播机收玉米限制因子和增产途径的分析，有利于提升该区夏播玉米生产的机械化水平、玉米产量和效益，致使川中丘陵区玉米的可持续发展。文章针对川中丘陵区复杂多变的气候环境和特殊的地理条件，分析了川中丘陵区夏播机收玉米生产现状，提出了本区玉米育种目标。玉米产量品质的提升可从2个方面思考，一是针对当地自然气候、地理土质、耕作制度、经济需求等条件，通过遗传改良培育出适宜当地特殊要求的优良杂交玉米新品种，以达到增产增质的目的。二是通过不断提高栽培管理水平，确保品种的生产潜力得到最大程度的发挥。

1 面临的突出问题

1.1 恶劣气候环境与土质导致玉米产量下降

川中丘陵区夏播玉米面临的恶劣气候环境等非生物逆境胁迫对玉米生产的影响程度远大于生物胁迫。反复无常的气候变化迫使本区玉米难以发挥出自身潜在优势，爆发严重灾害可致使作物绝收。因降水时空分布不均和光辐射减少造成的阴雨寡照、高温多湿已成为玉米降质减产的隐性灾害之一，灾害严重年份玉米可减产30%以上[2]。玉米营养生长期缺水时，会出现花期不协调，影响玉米授粉，甚至会导致雄穗与雌穗不能成功孕育。最终导致玉米产量大幅度下降[3]。因此，影响川中丘陵区夏播玉米生长的主要气候灾害以干旱、寡照、后期绵雨、低温为主。据2006年相关资料统计，四川、重庆等省市因旱受灾面积高达3.38×106hm2，其中绝收面积7.21×105hm2。经济损失高达192.6亿元，其中农产经济损失高达81.3%[4]。另外丘陵区土质因素也是制约玉米产量提升的重要原因之一，存在土壤瘠薄、有机质含量低、保水保肥能力差、有效磷钾供给缺乏等[5]。

1.2 病虫害爆发日趋严重

四川丘陵区常年发生的玉米病虫害种类约占我国玉米病虫害55%以上，且年年不同[6]。近年受极端天气的影响，玉米病害、虫害的种类以及危害程度不断增加，对玉米生产的威胁仅次于自然灾害，是影响玉米高产稳产的主要因素之一。川中丘陵区玉米病害主要有小斑病、大班病、锈病、弯孢菌叶斑病等叶部病害，穗腐病、丝黑穗病等穗部病害，以及纹枯病、茎腐病等茎部病害。虫害主要有蚜虫、地老虎、红蜘蛛、玉米螟、椿象等。其中小斑病、纹枯病普遍发生在3级以上，少数杂交组合达5～7级[7]。穗腐病近几年普遍发生，并有上升趋势，发病率严重时可高达 72.48%，病穗率达 100%，该病不仅使玉米产量直接减产，还严重降低了玉米品质[8]。本区玉米苗期的危害最显著是弯刺黑蝽且有加重趋势，致使心叶畸形、皱缩、卷曲、矮化[9]，发病率高达30%。玉米螟虫对第二代的为害株率在5%～10%，在川中丘陵夏播玉米区普遍发生。

1.3 适宜品种极度缺乏

适宜川中丘陵区夏播的机收品种极度缺乏。根据中国种业大数据2016年统计，四川省推广面积2.67×104hm2以上有“中单808”“荃玉9号”“成单30”“正红505”“正红311”等品种，均是适宜在四川盆地丘陵、平坝种植的春播中晚熟、半紧凑、高杆型稀植品种。孔凡磊等人于[10]2017～2019年在四川省中江县对28个玉米品种、98个品次夏玉米机械粒收品种筛选试验研究。结果表明,四川夏玉米机械粒收存在的主要问题是玉米籽粒破碎率和落穗损失率高。机械粒收籽粒破碎率均为5.63%,落穗损失率均为4.12%,籽粒总损失率均为4.76%,杂质率均为2.39%,其中落穗损失占籽粒总损失的86.55%。这些品种多与川中丘陵区夏播机收玉米品种要求的耐密植、中低杆紧凑型、穗位低、早熟及收获时籽粒破碎率、掉穗率低等目标性状有较大差距，说明本区适宜品种极度缺乏。

1.4 适宜农机具研发薄弱

据统计，2014年四川省玉米机耕的机械化率为60.34%，机播的机械化率为2.56%，机收的机械化率为0.36%[11],与全国玉米平均机械化使用标准相差甚远。其中机耕程度在川中丘陵区较高，但多数在连片大面积或田块综合条件不错的农业大户中进行机耕。因农机性能设计欠缺，长年仅用旋耕方式进行土地耕作，导致土壤旋耕层变浅、土壤明显板结紧实，部分地块严重板结的发生、耕层土壤深度显著减少。地块较小时则采用单一的手扶式旋耕机作业，不仅劳动强度大，效率还低。川中丘陵区夏播玉米机播尚处于起步阶段。当前其机具结构简单作业范围窄，播种效果不理想，无法实现精准播种，常出现播种不均匀、漏播、重播、出苗率低以及苗势不均的现象。玉米机械籽粒直收是转变玉米生产方式的主要方法，也是川中丘陵夏播玉米机械化生产的重点发展方向。当前川中丘陵区玉米穗收仍然以人工收获为主，但收获时劳动力不足、成本较高效益低、阴雨收获紧张，导致本区玉米生产难以提升比较效益[12]。机械收获籽粒是川中丘陵夏播玉米机械化生产中普及率最低的环节。近年来，川中丘陵夏播玉米区的一些专业农业种植公司、农机服务社从北方、黄淮海等地引进玉米收获机，逐步扩大机收籽粒作业范围。这些北方引进的籽粒收获机具结构简单、功耗小，抓取茎秆的能力强、摘穗效果较好。但在收获成熟度较高的果穗时存在辊子易缠草、收获质量差、果穗损失严重的问题[13]。同时，还存在本地适应性差、动力与功能匹配不当，同时，适宜北方较大地块的的玉米收获机，在川中丘陵区作业时，出现机型体积大，转移不方便的问题。而转移方便的机型动力偏小，功能不全。

2 川中丘陵区夏播玉米的育种对策

当前川中丘陵区夏播机收玉米育种的目标，是在高产的基础上，强化适宜机械化粒收的特征特性。如中低杆、紧凑型、雄穗小花粉量足、穗轴细但质地坚硬不易碎、籽粒大小适中但容重较高破碎率低、根系发达、茎秆坚韧等。品种选育过程中，应尽可能地多地集中优良性状,最大限度地通过提高品种自身优势，增加适应性，使玉米生产潜力达到高产、稳产与机收相融合的目标。

2.1 针对抗逆性目标选育

土壤条件差、干旱、寡照、绵雨、高温多湿是胁迫本区玉米生长的主要气候不利因子，这些因素使玉米生长环境很难满足其对水、温、光、肥的需求。其中土层浅薄松散，保水保肥性差、缺磷缺氮等是限制玉米生长的突出问题之一。其次，干旱是限制川中丘陵区玉米单产长期徘徊在3000～4050kg/hm2主要气象因素。本区春、夏、伏旱时有发生,出现频率分别是60%、71%、69%,严重干旱年分别占26%、23%、48%[14]。因此增强玉米抵抗自然灾害的能力。同时还需要对现有玉米基因杂交育种的研究进行深化，让玉米基因之中的抗逆性因素可以得到全面的改善。

2.2 主要病虫害抗性育种目标

四川病虫害种类多，包括大斑病、小斑病、弯孢菌叶斑病、穗腐病、丝黑穗病、茎腐病、纹枯病等病害，以及玉米螟、地老虎、蚜虫、红蜘蛛、椿象等虫害。其中玉米纹枯病、穗粒腐病、茎腐病和地老虎、蚜虫、玉米螟是影响川中丘陵区玉米高产稳产的主要病虫害类型。育种过程中，要研究病虫害爆发原因和规律，加强对育种材料的针对性改良。

2.3 机收品种选育目标

据研究表明，夏玉米较春玉米相比在性状表达上需要许多性状进行优化。因夏季光照和积温变化，夏玉米光合作用率提高，营养生长至生殖生长阶段的时间均较春玉米快，其中全生育期平均提前18.6d。同时，夏玉米株高、穗位高和穗位系数较春玉米分别提高了5.90%、28.36%、22.28%。吐丝期叶面积指数夏玉米也显著高于春玉米。拔节期干物质积累春玉米显著高于夏玉米，而成熟期则表现为夏玉米显著高于春玉米。玉米吐丝前物质积累率春播(40.74%)显著高于夏播(37.72%)，而吐丝后物质积累率夏播显著高于春播[15]。为适应机械化生产，川中丘陵区夏播机收玉米需要的优良性状包括：生育期较短、耐密植、茎秆坚韧、根系发达、抗倒伏、苞叶总宽度较窄、果穗脱水速度快、机收籽粒破碎率低、果穗遗落率低等。还要求种子的发芽率达到98%以上,纯度95%以上,种子大小均匀一致,籽粒饱满。

2.4 夏播玉米机械研发目标

随着土地规模化迅速推进，农村的生产方式以及经营方式正发生着深刻变化，玉米生产管理技术也应该相应地向机械化方向变革[16]。应加快中丘陵区夏播玉米机械化生产的研发，以动力足、效率高、宽幅合理、操作轻便等一体化的方向发展[17]，与川中丘陵区独有的生态条件和种植模式相结合研发出适用的机具，解决好机具体型与动力、功能和易操作之间的矛盾。同时，加强适宜川中丘陵区夏播玉米耕、管、收各环节的农机具的研发工作是十分必要的,也是走农业可持续发展道路的必然要求[18]。

3 展望

川中丘陵区大致处在28°N～31°N之间，海拔在250～600m，属温带和亚热带湿润、半湿润气候。近年该区夏播玉米生长常遭受自然灾害性天气的影响，干旱、寡照、绵雨、高温多湿等是本区的主要灾害。随着农村劳动力急剧减少，玉米供需矛盾加剧等问题的出现，未来川中丘陵区夏播玉米生产必须向集约化、机械化、深加工发展。

针对川中丘陵区夏播玉米所面临的自然灾害，品种选育过程中应加强对品种抗旱、抗倒伏、寡照、绵雨、高温多湿等逆境的研究。通过植株表现型和遗传基因之间的关联性，利用分子标记辅助育种、全基因选择、单倍体育种等技术手段，培育对本区独有栽培条件、生态环境具有特殊适应性、抗性，并适宜全程机械化耕收的优良杂交玉米新品种，是推动川中丘陵区夏播玉米生产的最佳途径。