玉米機械脫粒籽粒含水量與破碎率的相關(guān)研究

宋俊喬，盧道文，張瑩瑩，李永江，董文恒，孫海潮，蘆連勇，牛永鋒，張曉輝，張 盼

（安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 安陽 455000）

籽粒機械收獲是近期玉米收獲技術(shù)和生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的主要方向[1-3]，影響籽粒機收的一個非常重要的指標就是籽粒破碎率。關(guān)于籽粒破碎率的研究，國外集中于20世紀60-90年代，與其大面積機械化生產(chǎn)的時間重疊[4，5]；國內(nèi)雖有陸續(xù)展開，但主要集中在摘穗收獲中的破碎情況[6-8]，灌漿速率與脫水速率的相關(guān)關(guān)系[9-13]，以及不同機收農(nóng)機之間的差異與原理分析等[14-16]。以籽粒機收中的破碎率與籽粒含水量關(guān)系為切入點，研究籽粒含水量對籽粒破碎率的影響以及估計破碎率≤5% 情況下的籽粒含水量區(qū)間，旨為玉米適時收獲提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試玉米雜交種共8個，分別為鄭單958、先玉335、華美1號、迪卡517、迪卡516、聯(lián)創(chuàng)808、宇玉30和安玉308。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗設(shè)8個玉米品種處理，2017年6月11日在安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院柏莊試驗基地播種。小區(qū)面積48 m2（行長5.0 m，行距0.6 m，16行/區(qū)），隨機區(qū)組排列，密度75 000株/hm2，3次重復(fù)。其他管理同大田常規(guī)。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 不同時期的籽粒含水量和破碎率。分別在玉米授粉后第42天、第49天、第56天和第62天（收獲時）取樣，每次取2行，采用玉米小區(qū)脫粒機DSTAD（鐵嶺東升玉米品種實驗中心生產(chǎn)）進行脫粒。隨機取籽粒500 g左右，稱量鮮重（G1）；之后，放入烘箱內(nèi)烘干，晾涼后稱量干重（G2）。計算籽粒含水量〔（G1-G2）/G1×100%〕。并將烘干籽粒樣品中的破碎籽粒人工撿出，稱量破碎籽粒重（G3），計算籽粒破碎率（G3/G2×100%）。

1.2.2.2 8個材料整體的籽粒破碎率與籽粒含水量分析以及機收籽粒的含水量區(qū)間估計。對8個材料4次取樣的籽粒破碎率和籽粒含水量分別作為一個整體，對2個指標進行person相關(guān)性分析和回歸分析。然后，根據(jù)GB/T 21961—2008（玉米收獲機械 技術(shù)條件）規(guī)定的籽粒破碎率≤5% 要求，對機收籽粒的整體含水量區(qū)間進行估計。

1.2.2.3 8個材料單獨的籽粒破碎率與籽粒含水量回歸分析以及機收籽粒的含水量區(qū)間估計。分別對每個材料的籽粒破碎率和籽粒含水量進行回歸分析，根據(jù)回歸方程，計算各材料宜機收籽粒的含水量區(qū)間［Tmin，Tmax］；并根據(jù)其第56天到收獲時（第62天）的脫水速率（P62-56），對每個材料的適宜收獲時間（D）進行估算。計算公式為：

式中，T62為授粉后第62天的籽粒含水量，T56為授粉后第56天的籽粒含水量，Tmin、Tmax分別為回歸方程預(yù)估籽粒破碎率≤5% 時籽粒含水量區(qū)間的最小值和最大值。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 利用Excel軟件計算各個時期的籽粒含水量和籽粒破碎率。利用SPSS Statistics 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析和回歸分析，采用Excel繪制相應(yīng)的回歸曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 8個材料籽粒含水量與籽粒破碎率的整體分析

2.1.1 相關(guān)性分析 整體的籽粒破碎率與籽粒含水量相關(guān)性分析結(jié)果（表1）顯示，二者相關(guān)系數(shù)為0.871；P約0.001，達到了極顯著水平。說明籽粒含水量對籽粒破碎率的影響非常大。二者之間的相關(guān)性達到了極顯著水平，可以進行回歸分析，并進行籽粒含水量估計。

表1 8個材料粒整體含水量與籽粒破碎率的相關(guān)系數(shù)和回歸分析系數(shù)的顯著性分析Table 1 Significance analysis of correlation coefficient and determination coefficient of grain moisture and breaking rate for 8 corn materials

2.1.2 回歸分析 將整體的籽粒破碎率（y）與籽粒含水量（x）進行曲線回歸分析，結(jié)果（圖1）顯示，y=0.128x2-5.551x+63.564，R2=0.879；P約0.001，達到了極顯著水平。說明該回歸方程成立，可以利用該方程根據(jù)籽粒含水量對籽粒破碎率進行有效預(yù)測。自變量籽粒含水量可以解釋因變量籽粒破碎率變化的87.9% ，由此可知，籽粒含水量是影響機收籽粒破碎率的主要因素。因此，籽粒含水量仍將是玉米宜機收育種的主要關(guān)注方向。

圖1 8個材料籽粒整體含水量與籽粒破碎率的回歸分析Fig.1 Regression analysis of grain moisture and grainbreaking rate of 8 corn materials

2.1.3 籽粒含水量區(qū)間估計 根據(jù)回歸方程式（y=0.128x2-5.551x+63.564）預(yù)測破碎率≤5% 時的相應(yīng)籽粒含水量區(qū)間，結(jié)果顯示，當(dāng)y≤0.05時，x的取值范圍為18.1-25.2。由此可知，籽粒含水量為18.1% -25.2% 時，籽粒破碎率不高于5% 。

2.2 8個材料籽粒含水量與籽粒破碎率的單獨回歸分析和籽粒含水量區(qū)間估計

分別對每個材料的籽粒破碎率和籽粒含水量進行回歸分析，然后，計算各材料宜機收籽粒的含水量區(qū)間；并參照不同時期的籽粒含水量，對每個材料的適宜收獲時間進行估算。結(jié)果（表2）顯示，不同材料宜機收籽粒的含水量區(qū)間和適宜收獲時間不盡相同。

表2 8個材料破碎率≤5% 的籽粒含水量區(qū)間估計以及不同時期的籽粒含水量和脫水速率Table 2 Interval prediction of grain moisture with the grain breaking rate≤5% ，grain moisture in different times and moisture losing rate

聯(lián)創(chuàng)808籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.245 8x2-13.190 0x+188.360 0，R2=0.964 3。由此可知，對于聯(lián)創(chuàng)808而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了96.43% 。當(dāng)籽粒破碎率≤5% 時，對籽粒含水量的評估為無解。說明該材料無法達到籽粒破碎率≤5% ，不適宜機收籽粒。

鄭單958籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.467 3x2-27.609 0x+415.69 0，R2=0.988 1。由此可知，對于鄭單958而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了98.81% 。當(dāng)籽粒破碎率≤5% 時，對籽粒含水量的評估為無解。說明該材料無法達到籽粒破碎率≤5% ，不適宜機收籽粒。

先玉335籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.151 5x2-7.074 8x+87.213 0，R2=0.989 4。由此可知，對于先玉335而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了98.94% 。經(jīng)宜機收籽粒含水量區(qū)間估計，在籽粒含水量處于21.8% -24.9% 時籽粒破碎率≤5% 。經(jīng)宜機收天數(shù)的估計，先玉335從授粉后的第57天就可以進行機械收獲，而且籽粒破碎率能夠達到≤5% 的國家標準。

安玉308籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.030 5x2-0.231 5x-5.700 9，R2=0.973 0。由此可知，對于安玉308而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了97.3% 。經(jīng)宜機收籽粒含水量區(qū)間估計，在籽粒含水量處于-15.3% -22.9% 時籽粒破碎率≤5% 。但是因為籽粒含水量不可能為負值，所以，對安玉308而言，只要籽粒含水量達到22.9% 以下，就可以保證籽粒破碎率在5% 以下。經(jīng)宜機收天數(shù)的估計，安玉308從授粉后的第60天就可以進行機械收獲，而且籽粒破碎率能夠達到≤5% 的國家標準。

迪卡516籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.025 4x2-0.192 6x-7.423 0，R2=0.985 4。由此可知，對于迪卡516而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了98.54% 。經(jīng)宜機收籽粒含水量區(qū)間估計，在籽粒含水量處于-18.6% -26.2% 時籽粒破碎率≤5% 。但是籽粒含水量不可能為負值，所以，對于迪卡516而言，只要籽粒含水量達到26.2% 以下，就可以保證籽粒破碎率在5% 以下。經(jīng)宜機收天數(shù)的估計，迪卡516從授粉后的第59天就可以進行機械收獲，而且籽粒破碎率能夠達到≤5% 的國家標準。

迪卡517籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.099 6x2-4.381 8x+50.174 0，R2=0.999 1。由此可知，對于迪卡517而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了99.91% 。經(jīng)宜機收籽粒含水量區(qū)間估計，在籽粒含水量處于16.5% -27.5% 時籽粒破碎率≤5% 。從迪卡517最后3次的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，該材料在授粉后第49天時籽粒含水量已經(jīng)達到27.14% ，可以進行機械收獲，而且籽粒破碎率能夠達到≤5% 的國家標準。

華美1號籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.077 2x2-2.615 7x+26.107 0，R2=0.998 6。由此可知，對于華美1號而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了99.86% 。經(jīng)宜機收籽粒含水量區(qū)間估計，在籽粒含水量處于13.3% -20.6% 時籽粒破碎率≤5% 。經(jīng)宜機收天數(shù)的估計，華美1號從授粉后的第58天就可以進行機械收獲，而且籽粒破碎率能夠達到≤5% 的國家標準。

宇玉30籽粒破碎率與籽粒含水量的曲線回歸方程為y=0.126 5x2-4.714 3x+45.924 0，R2=0.993 8。由此可知，對于宇玉30而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響達到了99.38% 。經(jīng)宜機收籽粒含水量區(qū)間估計，在籽粒含水量處于13.8% -23.5% 時籽粒破碎率≤5% 。經(jīng)宜機收天數(shù)的估計，宇玉30從授粉后的第58天就可以進行機械收獲，而且籽粒破碎率能夠達到≤5% 的國家標準。

從8個材料籽粒破碎率與籽粒含水量的回歸方程及破碎率≤5% 的籽粒含水量區(qū)間求解表可以看出，每個材料擬合方程的R2均躍95% ，說明對于每個材料而言，籽粒含水量對籽粒破碎率的影響都是相當(dāng)大的。因為所有材料脫粒所用的機器都是一致的，所以，在排除機器影響所帶來的誤差情況下，籽粒含水量是對籽粒破碎率影響最為直接的因素。

3 結(jié)論與討論

李少昆等[1]對全國16個玉米主產(chǎn)省（市、區(qū)）2450組籽粒收獲樣本的破碎率統(tǒng)計結(jié)果顯示，收獲時達到籽粒破碎率≤5% 國標的樣本數(shù)僅占31.92% ；Waelti等[17]報道，在相同籽粒含水量條件下，具有機械損傷的籽粒其霉變速度較手工脫粒玉米快2-3倍，而且烘干費用是無破碎籽粒的6-7倍。所以，破碎率高是當(dāng)前籽粒機械收獲需要重點解決的問題。

我們近幾年的研究結(jié)果顯示，收獲期籽粒含水量的遺傳力較高，在后代的遺傳中基因的加性效應(yīng)占居主導(dǎo)地位，不易受環(huán)境條件的影響，所以，進行早代選擇的可靠性很大[18，19]。收獲時的籽粒含水量與父本的相關(guān)性大于與母本的相關(guān)性，早熟品種的脫水速率快于中熟品種，中熟品種的脫水速率快于中晚熟品種[20]。有關(guān)破碎率的影響因素及有關(guān)機理也在逐漸被大家認識。

為了減少因為脫粒機不同帶來的誤差，本試驗采用相同型號的脫粒機，讓破碎率的產(chǎn)生原因主要集中在品種本身和本試驗研究的籽粒含水量上。本研究結(jié)果顯示，在脫粒機器一致的情況下，籽粒含水量與籽粒破碎率的相關(guān)性達到了極顯著水平。通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，整體籽粒破碎率產(chǎn)生的原因中籽粒含水量可以解釋87.9% ，說明籽粒含水量是影響籽粒破碎率最直接的因素，也是影響力最大的因素。所以，在今后的育種進程中，籽粒含水量快速降低的材料依舊是關(guān)注的重點。

通過回歸方程進行籽粒破碎率≤5% 的籽粒含水量區(qū)間預(yù)測，可以發(fā)現(xiàn)，對于整體材料而言，當(dāng)籽粒含水量處于18.1% -25.2% 時，大部分材料可以達到機收國家標準。該結(jié)果可以用于指導(dǎo)實踐。收獲季節(jié)，可以通過測定籽粒含水量進行是否收獲的判定。如果籽粒含水量在18.1% -25.2% ，那么就可以進行機械收獲，且籽粒破碎率較低，從而獲得相對較高的收益。

通過對各個材料籽粒破碎率與籽粒含水量的回歸分析，獲得了各個材料適合收獲的籽粒含水量。結(jié)果顯示，鄭單958和聯(lián)創(chuàng)808無法達到籽粒破碎率≤5% 的情況，說明這2個材料不適宜籽粒機收；先玉335宜機收籽粒的含水量為21.8% -24.9% ，從授粉后的第57天開始即可進行機械收獲；迪卡516宜機收籽粒的含水量為-18.6% -26.2% ，從授粉后的第59天開始可以進行機械收獲；迪卡517宜機收籽粒的含水量為16.5% -27.5% ，從授粉后的第49天開始可以進行機械收獲；華美1號宜機收籽粒的含水量為13.3% -20.6% ，從授粉后的第58天開始可以進行機械收獲；宇玉30宜機收籽粒的含水量為13.8% -23.5% ，從授粉后的第58天開始可以進行機械收獲；安玉308宜機收籽粒的含水量為-15.3% -22.9% ，從授粉后的第60天開始可以進行機械收獲。數(shù)據(jù)分析顯示，迪卡517是本試驗8個材料中最快達到籽粒破碎率≤5% 機收要求的玉米品種。

籽粒含水率與破碎率之間呈極顯著的正相關(guān)，水分偏高是導(dǎo)致機收籽粒破碎率高的主要原因。20世紀80年代以來，我國玉米育種主要是圍繞高產(chǎn)目標進行的，且以傳統(tǒng)人工收獲為主，收獲時籽粒含水量不是關(guān)鍵因素。而當(dāng)機械化收獲成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的大趨勢時，傳統(tǒng)選育品種的高稈稀植大穗、生育期長的特點成為了機收的主要矛盾，加上脫水性狀的復(fù)雜性，因此，機收品種相關(guān)研究和材料創(chuàng)新進展較慢。目前，在我國許多玉米產(chǎn)區(qū)，收獲時籽粒含水率通常在30% -40% ，難以實現(xiàn)籽粒機械直收，并且易導(dǎo)致堆積晾曬過程中發(fā)生霉變，影響玉米品質(zhì)。因此，玉米收獲時的籽粒水分含量已經(jīng)成為一個重要的經(jīng)濟性狀。今后，應(yīng)注重選育早熟、籽粒脫水快、收獲時籽粒含水量低的品種。這是各玉米產(chǎn)區(qū)推廣籽粒機械收獲技術(shù)的前提。