淮北不同生态区丰产稳产宜机收玉米新品种筛选

郑飞 陈静 崔亚坤 孔令杰 孟庆长李杰 刘瑞响 张美景 赵文明 陈艳萍

（1 江苏省农业科学院粮食作物研究所，210014，江苏南京；2 句容苏科鲜食玉米研究有限公司，212000，江苏镇江）

淮北地区地处黄淮海地区南部，泛指淮河以北，包括皖北、苏北和鲁南等广大地区。该地区是我国夏播玉米种植的主要区域之一，种植制度主要为小麦―水稻（玉米）一年两熟模式，农忙时，劳动力不足，难以满足该地区农业生产需求[1-2]。玉米机械粒收是当前转变玉米生产方式、解决生产力不足和生产成本过高、提高玉米竞争力以及实现全程机械化作业的重要途径[3-4]。传统生产方式重点关注玉米品种的稳产和高产，对机械粒收质量特性要求不高。近几年，在市场推动和政府部门的扶持帮助下，该区域玉米机械收获的发展速度明显加快，但机收籽粒质量差，籽粒含水率高，破碎率高，田间落穗损失大，适宜当地气候的宜机械粒收品种缺乏，这些因素严重制约了玉米生产全程机械化的普及和应用[5-6]。因此，培育和筛选出适合该地区推广种植的高产、稳产、适宜籽粒机收的夏玉米品种显得尤为迫切。为应对淮北区不同的生态条件，本研究于2020 年选择淮北区5 个试验地点，对9 个品种的生育期、籽粒含水率、籽粒破碎率、产量、倒伏倒折率和茎腐病发病率进行调查，综合分析其丰产性、稳产性和宜机收性[7-11]，为淮北区玉米机械粒收新品种的选育推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年在5 个试点开展，分别是安徽省宿州市薛安村（E1，116°56′48″E，33°43′9″N）、江苏省丰县王沟镇王半截楼村（E2，116°26′18″E，34°42′26″N）、睢宁县朱楼村（E3，117°54′58″E，33°50′37″N）、宿迁市洋河镇（E4，118°20′49″E，33°47′47″N）和淮安市淮阴农业科学研究所（E5，118°54′22″E，33°41′52″N）。

1.2 试验材料

供试玉米品种为9 个，均已被黄淮海区和江苏农作物品种审定委员会审（认）定，分别是苏玉29、苏玉10 号、苏玉41、苏玉39、迪卡517、苏科玉51417、苏科玉206、郑单958（对照1，CK1）和先玉335（对照2，CK2）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 每个试验点均采用完全随机区组设计，2 次重复，等行距种植，行距0.5m，每小区4 行，行长5m，小区面积10m2，每小区76 株，种植密度75 000 株/hm2，田间栽培管理按照当地玉米大田生产进行。

1.3.2 调查性状及方法 调查出苗期、成熟期、籽粒含水率、籽粒破碎率、产量、倒伏倒折率和茎腐病发病率。采用家用“188 小型柴油半自动收割机”收获中间2 行，直接脱粒后，从籽粒样品中随机称取2.0kg，挑选其中破碎籽粒称重。测定含水量，实收每小区中间2 行，采用铁岭东升玉米品种试验中心自主研发的“粮食水分重量测量软件”系统进行脱粒测产，最终折合含水量14%的单位面积产量。

1.3.3 数据分析 采用高稳系数法（high stability coefficient，HSC）[12]检验品种的丰产性和稳定性，并结合标准差和变异系数进行估算。同时运用加性主效应和乘积交互作用模型（additive main efects and multiplicative interaction，AMMI）[13]对每一个品种与环境交互作用进行主成分分析（interaction principal component analysis，IPCA）[10-11]。

高稳系数法计算公式如下。

式中，HSCi为第i个品种的高稳系数；i为第i个品种的平均产量；Si为第i个品种的产量变异标准差；CK为对照品种的产量平均数[12]。

1.4 数据处理

应用Microsoft Excel 2003 和DPS 7.05r 软件进行系统分析及图表绘制。

2 结果与分析

2.1 各品种不同试点间丰产、稳产性及适应性分析

从表1 可以看出，苏科玉206 平均产量最高，苏玉10 号最低，苏科玉206 比郑单958（CK1）增产11.65%，差异达极显著水平；苏玉39、苏科玉1417、迪卡517、苏玉29 与郑单958（CK1）差异不显著；苏科玉206、苏玉39、苏科玉1417 和迪卡517 相比先玉335（CK2）属于增产极显著品种，其中苏科玉206 比先玉335（CK2）增产22.42%，差异达极显著水平，这反映了不同基因型品种对不同环境表现出不同适应性。

表1 各品种的相关参数统计结果Table 1 Statistical results of parameters of various varieties

从表1 看出，高稳系数表现为苏科玉206＞迪卡517＞郑单958＞苏玉39＞苏科玉1417＞苏玉29＞先玉335＞苏玉10 号＞苏玉41。

综合各试点结果（表2）可以看出，苏科玉206具有很好的高产稳产性，并且适应性较广，在淮北夏玉米播种区具有很好推广应用前景；苏玉39 和苏科玉1417 高产、稳产和适应性表现较好，可以作为淮北夏玉米播种区的搭配品种。

表2 各品种丰产性及其稳定性分析Table 2 Analysis of yielding ability and yield stability of various varieties

2.2 品种高产稳产性AMMI 模型分析

由参试品种产量AMMI 模型分析结果（表3）可知，基因型、环境效应和基因与环境互作效应均达到极显著水平。基因型间的变异平方和占总变异平方和的17.39%；环境间的变异平方和占总变异平方和的56.64%；而基因型和环境交互作用的变异平方和占18.45%，从多点品种比较试验产量差异情况看，影响产量的因素除了品种自身基因型差异外，更主要与环境、基因型与环境互作有关。分析结果显示，PCA1 和PCA2 之和反映了86.90%的基因型与环境的交互作用，同时也达到极显著差异水平。因此可以用产量与IPCA1 的双标图反映品种间和产量间的丰产性与稳定性。

表3 品种产量结果AMMI 模型分析Table 3 AMMI model analysis for yields of various varieties

AMMI 模型能直观地反映各品种丰产性和稳定性差异，以及各试验点对品种筛选鉴别能力[13]。品种IPCA 的绝对值越大，说明基因型与环境互作普遍，该品种越不稳定[13]。以品种和地点平均产量为横坐标、IPCA1 为纵坐标作图，可通过双标图直观看出基因型、环境、基因型×环境互作的大致情况[14]。靠近水平线的品种为较稳定的品种，高产稳产性品种在AMMI 双标图对应的位置是最右边靠水平线[14-16]。从图1 横坐标可以看出，苏科玉206产量高，丰产性强；苏玉10 号产量不高，丰产性差。垂直方向表明基因型与环境交互作用的差异，苏玉10号、迪卡517、苏玉29和苏科玉206的IPCA1绝对值小，表明该品种对环境的适应能力强；苏玉39 和苏科玉51417 的IPCA1 绝对值相对较小，表明这2 个品种也具有较强的广适性；郑单958、先玉335 和苏玉41 的IPCA1 绝对值大，表现不稳定。从环境IPCA 绝对值大小来看，E1 和E5 环境对品种筛选能力强，要求在其环境条件下种植的品种具有较强的适应性；E4 试点环境则对品种筛选能力低，大多数品种均适宜在该环境中种植。

图1 品种产量AMMI 模型双标图Fig.1 The double-axes diagram of AMMI model analysis for the yields of varieties

综合分析可知，苏科玉206 变异系数小，适应淮北区气候，丰产性和稳产性评价很好，具有较高的推广应用前景，建议在淮北夏玉米种植区推广；苏科玉1417、苏玉39、苏玉29 和迪卡517 丰产性一般，稳产性很好，属于较适宜该地区推广或搭配的品种；郑单958、苏玉10 号、苏玉41 和先玉335产量低，可能适合特定小气候区域种植。

2.3 各品种机械粒收质量性状的相关性分析

籽粒含水率与产量呈负相关，但未达到显著水平（表4），说明在品种比较试验中存在籽粒含水率低但产量较高的品种；生育期与产量呈正相关关系，未达到显著水平，说明生育期长的品种能较好地利用本地的光温资源，可以通过适当早播和晚收延长成熟后田间站秆脱水时间，能达到降低籽粒含水量、提高机械粒收的可行性。

表4 机械粒收质量性状的相关性分析Table 4 Correlation analysis of grain quality of mechanical kernel harvest

2.3.1 籽粒含水率与籽粒破碎率关系 由表4 所示，籽粒含水率和破碎率呈极显著正相关关系，二者符合一元二次函数关系y=0.1117x2–4.7793x+53.306（R2=0.9061，n=90）（图2），籽粒破碎率为5%时，籽粒含水率的临界值为26.42%，当籽粒含水量＞26.42%时，籽粒破碎率快速升高。所以在淮北区推广的玉米机械粒收品种要求籽粒含水率范围要≤26.42%，此时破碎率≤5%，符合《玉米收获机械技术条件：GB/T 21962-2008》规定[17]，适宜的籽粒含水率能显著降低籽粒破碎率。本试验中，迪卡517 平均籽粒破碎率为3.64%，符合国家标准；苏科玉206 平均籽粒破碎率为5.06%，略高于国家标准。

图2 籽粒含水率与破碎率关系Fig.2 The relationship between the grain moisture content and grain broken rate

2.3.2 籽粒含水率与生育期关系 籽粒含水率和生育期呈极显著正相关关系，二者符合一元二次函数关系y=0.0145x2–2.4322x+124.95（R2=0.4995，n=90）。生育期长的品种，籽粒含水率显著上升。由图3 所示，品种生育期长，脱水速率慢，是籽粒含水率高的主要原因。生育期≤100d，籽粒含水量≤26.42%，符合国家标准，故淮北区机械粒收品种应选择生育期≤100d 的品种。本试验品种生育期101～110d（表5），平均为105d，苏玉10 号（平均100.6d）、迪卡517（平均101.6d）和苏科玉206（平均103.8d）略高于国家标准。

图3 籽粒含水率与生育期关系Fig.3 The relationship between the grain moisture content and growth period

表5 9 个品种的相关参数调查结果Table 5 Survey results of parameters of the nine varieties

2.3.3 茎腐病发病率与倒伏倒折率关系 茎腐病发病率与倒伏倒折率呈正相关关系（r=0.08，n=90）（表4），但相关性不显著（图4），9 个品种倒伏倒折率为4.61%～26.44%，其中苏科玉206 抗倒性较好，倒伏倒折率最低，为4.61%，苏玉41 和苏玉29 等品种倒伏倒折较为严重（表1）。

图4 倒伏倒折率与茎腐病发病率关系Fig.4 The relationship between the incidence of stem rot and lodging and breaking rate

2.4 适宜淮北区机械粒收品种筛选

产量是决定收益的重要因素，籽粒破碎率是影响玉米机械粒收质量的关键因素[3]。以产量平均值和籽粒破碎率平均值2 个关键指标进行双向平均作图，可以将参试品种分为4 种类型，分别位于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限内[18-19]，能直观地反映高产量、低破碎率的玉米品种作为本地区适宜机械粒收的推荐品种（位于第Ⅱ象限）。如图5 所示，在5 个试点产量高于平均值、籽粒破碎率低于平均值的品种有苏科玉206（出现5 次）、迪卡517（出现3 次），出现2 次的品种有先玉335 和郑单958；其中稳定位于第Ⅲ象限的苏玉10 号表现出籽粒破碎率和平均产量低，该品种熟期短，适合淮北部分热量资源偏少的独特气候地区种植；稳定或较为稳定表现出产量水平和籽粒破碎率高，即位于第Ⅰ象限的品种有苏玉39（出现3次）、苏科玉1417（出现3 次）和苏玉29（出现2 次），这些品种一般生育期较长，产量潜力大，可以通过适当早播和晚收，延长成熟后的站秆脱水时间，可作为本地区搭配品种。各品种和各试点平均破碎率和产量见表5。

图5 各试点产量和籽粒破碎率双向平均法示意图Fig.5 The diagram of two-way average method with grain broken rate and yield at experiment locations

3 讨论

苏北、皖北和鲁南地区虽地理位置接壤，但该地区地处南北气候过渡带，极端气候较多，在玉米生长中期，高温和干旱频发；成熟至收获期，台风和降雨频繁[3,6]。审定的品种难以全部覆盖该地区。传统品种特性重点关注其高产性和稳产性，对机械粒收综合性状的要求不高，随着玉米全程机械化推广，选育和筛选适宜当地气候宜机械粒收品种难度增大[20]。

面对玉米全程机械化籽粒机收技术推广存在的直接问题是籽粒破损率高、产量损失率大，间接反映出籽粒含水率高、倒伏倒折率高等成为制约机械粒收技术发展的严重因素[4-5]。当前，适宜机械粒收的品种应具备适宜当地气候特征、籽粒脱水快、抗茎腐病、产量潜力高等多重条件，适宜机械粒收品种的选育更是一项需要综合考虑以上多种因素的复杂工作。

已有研究[21-22]表明，随着机械收获和籽粒直收推广，茎腐病已成为玉米生产中最具威胁性的病害，是影响玉米倒伏倒折的关键因素。茎腐病发病率与成熟期、收获期田间玉米植株的倒伏倒折率均达到极显著正相关，严重影响机械粒收产量[22-23]。本试验表明，籽粒含水量与籽粒破碎率、生育期均呈极显著正相关关系，茎腐病发病率和倒伏倒折率呈正相关关系，这与前人[18,23-24]研究结果一致。虽然玉米茎腐病是引起植株倒伏倒折的主要原因，但植株感病后并不一定引起倒伏倒折，由于植株倒伏倒折还与发病时期、茎秆硬度和表皮韧性等特性有关[23]。本试验表明，玉米机械粒收时籽粒含水率为25.76%～32.06%，籽粒破碎率为3.64%～15.49%。田间管理措施适当情况下田间损失率主要为植株倒伏倒折引起[2-3]，本试验倒伏倒折率4.61%～26.44%，平均13.67%。宿迁和淮安点收获期籽粒破碎率≤5.0%的品种有5 个；宿州点收获期籽粒破碎率≤5.0%的有2 个，占该点总样本量的22.22%；这3个试验点收获期平均籽粒含水率分别为27.76%、28.50%和28.25%。而丰县和睢宁收获期籽粒破碎率≤5.0%的有2 个，平均籽粒含水率分别为30.53%和30.58%，所有测试结果籽粒含水率平均值均高于国家标准。淮北地处南北交接地区，多样性小气候地带，9 月底10 月初正值玉米成熟收获时期，这时期降温降雨频发，不同降雨量、降雨天数以及湿度严重影响玉米籽粒脱水速率。当下已审定的玉米品种具有早熟、抗倒伏倒折优良性状较少，说明适合本区域机械粒收品种较匮乏。

4 结论

本研究采用高稳系数法、AMMI 模型、籽粒破碎率和玉米产量双向平均法筛选出适宜当地气候机械粒收的玉米品种苏科玉206，该品种具有变异系数小（9.85%）、丰产性和稳产性好、在淮北区适应性广、耐密植、抗倒性好、籽粒脱水快的特点，收获期籽粒含水率26.74%、产量8379.1kg/hm2、籽粒破碎率5.06%、倒伏倒折率4.61%，可推荐为淮北区机械粒收备选品种；筛选出品种苏玉39 和苏科玉1417 的丰产性一般，稳产性很好，可作为本地区搭配种植品种，因其生育期长、脱水慢的特点，需采用早种晚收、站秆晾穗的种植模式，降低籽粒含水率，从而提高宜机械粒收的特性；苏玉10 号、苏玉41 和先玉335 在各点倒伏倒折率较高，产量一般，可能适合特定小气候区域种植。