專題導(dǎo)讀: 加強(qiáng)籽粒脫水與植株倒伏特性研究、推動(dòng)玉米機(jī)械粒收技術(shù)應(yīng)用

李少昆 謝瑞芝 王克如 明 博 侯 鵬

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專題導(dǎo)讀: 加強(qiáng)籽粒脫水與植株倒伏特性研究、推動(dòng)玉米機(jī)械粒收技術(shù)應(yīng)用

李少昆 謝瑞芝 王克如 明 博 侯 鵬

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

全程機(jī)械化是現(xiàn)代玉米生產(chǎn)方式的方向, 當(dāng)前條件下, 機(jī)械收獲、特別是機(jī)械粒收是我國玉米全程機(jī)械化發(fā)展的瓶頸[1-5]。為推動(dòng)玉米機(jī)械粒收技術(shù)的應(yīng)用, 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物栽培與生理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自2010年起開展了相關(guān)工作, 先后發(fā)表了30余篇相關(guān)研究論文, 涉及玉米機(jī)械籽粒收獲的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、模式集成等不同層面, 研究包括籽粒脫水的生理機(jī)制[6-8]、不同品種的遺傳差異[9-10]、區(qū)域生態(tài)資源特點(diǎn)與品種搭配[11-12]、機(jī)具的配套與應(yīng)用[13]、籽粒含水和植株倒伏等限制收獲質(zhì)量提升的關(guān)鍵因素[14-15], 以及其他與玉米機(jī)械粒收相關(guān)的內(nèi)容[16-18], 為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了支持?！蹲魑飳W(xué)報(bào)》以專欄形式集中刊發(fā)該研究團(tuán)隊(duì)的5篇論文, 方便相關(guān)研究工作者了解最新研究動(dòng)態(tài)。籽粒破碎率高、落穗落粒帶來的產(chǎn)量損失是當(dāng)前我國玉米機(jī)械籽粒收獲存在的主要質(zhì)量問題, 也是影響生產(chǎn)者采用該技術(shù)的主要制約因素[18-20]。黃淮海區(qū)域是我國玉米的重要產(chǎn)區(qū), 但小麥、玉米一年兩熟的種植模式以及玉米生長季節(jié)光熱資源的限制[6,12], 加之生產(chǎn)方式和機(jī)具、烘干收儲(chǔ)設(shè)施配套等問題, 黃淮海夏玉米區(qū)籽粒機(jī)械收獲技術(shù)的推廣應(yīng)用更為復(fù)雜。雖然前人大量的研究表明, 籽粒破碎率與籽粒含水率存在顯著的相關(guān)關(guān)系[5,17,21-23], 但“夏玉米籽粒含水率對機(jī)械粒收質(zhì)量的影響”一文[24]仍做出了一定的新意: 為減少收獲機(jī)械及其操作等外界條件的影響, 研究采用同一臺(tái)收獲機(jī)和操作人員對同一地塊進(jìn)行分期收獲。在籽粒含水率9.68%~41.36%的調(diào)查范圍內(nèi), 隨著籽粒含水率的下降, 呈現(xiàn)籽粒破碎率和落粒率先降低后升高, 雜質(zhì)率逐漸降低, 而落穗率逐漸增加的趨勢。即使籽粒含水率相近, 不同品種的收獲質(zhì)量也存在顯著差異, 其中籽粒破碎率是決定機(jī)械粒收質(zhì)量的關(guān)鍵因素。以破碎率5%和落穗率5%為標(biāo)準(zhǔn), 本試驗(yàn)條件下適宜機(jī)械粒收的籽粒含水率范圍為16.15%~24.78%, 籽粒含水率在20%左右時(shí), 收獲質(zhì)量最佳, 這與目前該區(qū)域確定的宜機(jī)收玉米品種的選擇標(biāo)準(zhǔn)仍存在一定的距離[5-6], 為選育和篩選適宜品種提出了新的要求。

玉米的籽粒脫水過程受品種的遺傳和環(huán)境等多種因素的影響[8], “黃淮海夏玉米籽粒脫水與氣象因子關(guān)系的研究”一文[25]調(diào)查了2015—2017年4個(gè)玉米品種籽粒含水率的變化過程, 采用Logistic Power模型和去趨勢的分析方法, 將玉米籽粒的實(shí)際含水率分為趨勢含水率、氣象含水率與隨機(jī)誤差, 研究范圍內(nèi)玉米籽粒的氣象含水率與研究分析的大部分氣象因子呈現(xiàn)顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系: 生理成熟前蒸發(fā)量的貢獻(xiàn)最大, 溫度、風(fēng)速主要通過蒸發(fā)量起間接作用; 生理成熟后溫度和相對濕度主要為直接作用, 且相對濕度的作用略大于溫度?！包S淮海夏玉米品種脫水類型與機(jī)械粒收時(shí)間的確立”一文[26]則以27個(gè)區(qū)域主推品種為對象, 以授粉至生理成熟積溫和生理成熟期籽粒含水率為指標(biāo), 將參試品種劃分為4種類型; 基于玉米生長進(jìn)程及籽粒含水率動(dòng)態(tài)測試, 結(jié)合歷史氣象資料, 利用地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù), 明確了不同類型品種適宜機(jī)械粒收的時(shí)空分布規(guī)律。研究還發(fā)現(xiàn), 在當(dāng)前種植模式下, 黃淮海南部的豫南、皖北地區(qū), 研究搜集的各類玉米品種均能滿足籽粒脫水至適宜機(jī)械粒收含水率的要求, 而在黃淮海北部、關(guān)中西部以及山東半島地區(qū), 則需通過選擇早熟和籽粒脫水快的品種加以解決。除了具體的研究結(jié)果, 這兩篇論文采用的分析方法, 如去趨勢分析和地統(tǒng)計(jì)分析的應(yīng)用, 也為相關(guān)研究提供了借鑒。

倒伏對玉米生產(chǎn)的影響是顯而易見的: 玉米生理成熟前倒伏影響籽粒灌漿速率, 減少產(chǎn)量; 生理成熟后倒伏加大收獲難度, 降低效益[14]。“倒伏對玉米機(jī)械粒收田間損失和收獲效率的影響”一文[27]的調(diào)查發(fā)現(xiàn), 倒伏對產(chǎn)量的影響主要為落穗損失, 北方和西北春玉米區(qū)采用半喂入式機(jī)械, 落穗率和倒伏率呈線性增加趨勢; 而黃淮海夏玉米區(qū)采用全喂入式機(jī)械, 落穗率隨倒伏率增加呈指數(shù)遞增趨勢。由于收獲機(jī)械的差異, 倒伏對黃淮海夏玉米區(qū)機(jī)械粒收落穗損失的影響更大。該文通過人工模擬倒伏控制試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 倒伏每增加1%, 落穗率增加0.59%; 雖然降低收獲機(jī)割臺(tái)可以減少落穗損失, 但是降低了收獲速度。減少倒伏是降低玉米機(jī)械粒收田間損失的關(guān)鍵措施?！坝衩咨沓墒旌蟮狗兓捌溆绊懸蛩胤治觥币晃腫28]的研究結(jié)果表明: 玉米生理成熟后, 莖折率升高是倒伏增加的主要原因, 而莖折率是隨莖稈的抗折力降低而升高的。隨著成熟后的時(shí)間推移, 玉米植株重心高度逐漸降低, 莖稈基部穿刺強(qiáng)度、壓碎強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均逐漸降低, 且與基部節(jié)間單位長度干重和含水率降低密切相關(guān)。國家標(biāo)準(zhǔn)“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”(GB/T-21962-2008)中規(guī)定機(jī)械粒收的條件為田間植株倒伏率應(yīng)低于5%[29], 適期收獲、降低倒伏率才能保證收獲質(zhì)量。

機(jī)械粒收技術(shù)是玉米生產(chǎn)方式的一次重大變革, 但推廣和應(yīng)用的玉米機(jī)械收粒技術(shù)必須適合當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)和生態(tài)條件[2]。美、德等國在20世紀(jì)70年代全面采用田間機(jī)械粒收技術(shù)前后, 也開展了大量的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究、機(jī)收技術(shù)及適合粒收品種選育的研究工作[30-31]。中國玉米種植模式多樣、種植區(qū)域更為廣泛, 系統(tǒng)研究玉米機(jī)械籽粒收獲相關(guān)理論問題、關(guān)鍵技術(shù)及各地技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵限制性因素, 為玉米機(jī)械籽粒收獲技術(shù)的全面推廣應(yīng)用提供支持。希望這些論文的發(fā)表, 能為不同方向、不同層次、不同區(qū)域的玉米機(jī)械粒收研究提供借鑒, 帶動(dòng)玉米機(jī)械籽粒收獲理論研究、關(guān)鍵技術(shù)、模式集成等的發(fā)展, 促進(jìn)以機(jī)械粒收為核心的玉米現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的轉(zhuǎn)變和提升。

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Editorial: Strengthening the Research of Grain Dehydration and Lodging Characteristics to Promote the Application of Maize Mechanical Grain Harvest Technology

LI Shao-Kun, XIE Rui-Zhi, WANG Ke-Ru, MING Bo, and HOU Peng

Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Beijing 100081, China

李少昆, E-mail: lishaokun@caas.cn, Tel: 010-82108891

10.3724/SP.J.1006.2018.01743

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300605), 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2015CB150401), 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-02-25)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300605), the National Basic Research Program of China (973 Program), the China Agriculture Research System (CARS-02-25), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program of CAAS.