收獲時期對四川春玉米機械粒收質量的影響*

孔凡磊, 趙 波, 吳雅薇, 李小龍, 陳 祥, 柯永培, 袁繼超

收獲時期對四川春玉米機械粒收質量的影響*

孔凡磊, 趙 波, 吳雅薇, 李小龍, 陳 祥, 柯永培, 袁繼超**

(四川農業(yè)大學農學院/農業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室/作物生理生態(tài)及栽培四川省重點實驗室 成都 611130)

開展收獲時期對玉米機械粒收質量影響的研究, 對確定玉米適宜機械粒收時期和粒收技術的推廣應用具有重要意義。本文以四川4個主栽玉米品種為材料, 研究不同收獲時期(7月31日、8月7日、8月13日、8月19日、8月25日、8月31日)對四川春玉米機械粒收質量的影響, 并分析籽粒含水率與機械粒收質量之間的關系。結果表明: 隨收獲日期推遲, 玉米籽粒含水率逐漸降低, 破碎率先快速降低后略有升高, 雜質率快速降低并趨于穩(wěn)定, 而落穗損失率顯著增加, 落粒損失率變化規(guī)律不明顯。機械粒收損失主要為落穗損失, 占總損失率的比例平均為76.34%。隨收獲日期推遲籽粒破碎率和雜質率在品種間的差異逐漸減小, 而落穗損失和總損失率在品種間的差異逐漸增大。籽粒含水率是影響機械粒收質量的關鍵因素, 破碎率與籽粒含水率擬合方程為0.032 92-1.332 8+15.529 (2=0.55**), 含水率為10.76%~29.76%, 破碎率低于5%; 雜質率與籽粒含水率擬合方程為=0.031 8e0.118 5x(2=0.71**), 含水率低于38.37%, 雜質率低于3%; 落穗損失率與籽粒含水率擬合方程為=2 083.3/2.135(2=0.68**); 籽粒總損失率與籽粒含水率擬合方程為911.02/1.769(2=0.68**), 含水率高于18.96%, 籽?？倱p失率低于5%。推遲收獲有利于降低籽粒破碎率和雜質率, 但增加落穗風險和籽?？倱p失率。本試驗播期條件下, 玉米適宜機械粒收的籽粒含水率范圍為18.96%~29.76%, 適宜機械粒收時間在8月7—19日, 較傳統(tǒng)收獲日期推遲10~15 d。

春玉米; 收獲時期; 機械粒收; 籽粒含水率; 收獲質量

玉米()機械粒收是我國轉變玉米生產方式, 減少作業(yè)環(huán)節(jié), 實現高產、高效協同發(fā)展的重要突破點[1-2]。當前玉米活稈成熟收獲是我國玉米生產的普遍現象, 收獲時籽粒含水率通常在30%~40%[3], 難以達到田間機械粒收質量要求[3-4], 成為限制機械粒收技術在我國推廣應用的主要問題。玉米籽粒破碎率、雜質率、損失率為機械粒收質量的主要評價指標[4], 收獲時籽粒含水率是影響機械粒收質量的關鍵因素[5]。對我國西北、黃淮海、東北和華北玉米區(qū)大樣本量的數據分析研究表明, 籽粒破碎率高是我國玉米機械粒收面臨的主要質量問題[6], 收獲時籽粒含水率過高是造成破碎率高的主要原因[6-9]。對黃淮海夏玉米23個品種的研究表明, 籽粒破碎率隨籽粒含水率的提高明顯升高, 雜質率也隨籽粒含水率的升高而增加[5]。玉米成熟后需要在田間站稈脫水2~4周才能達到機械粒收對籽粒水分的要求[3,8], 然而植株在田間站稈脫水過程中, 玉米莖稈衰老、含水率和莖稈機械強度降低, 增加倒伏風險[10-12], 降低機械粒收質量和收獲效率[13]。前人多基于不同區(qū)域、不同收獲機型和不同玉米品種大樣本量調查數據對機械粒收質量影響因素進行研究[5-6,14-15], 存在收獲測定時間短、含水率變動范圍有限的問題, 同時品種遺傳因素、生態(tài)氣候與栽培措施、作業(yè)水平等因素對機械粒收質量影響較大[3,16-17], 導致研究結果具有局限性。目前僅見李璐璐等[18]通過分期收獲對黃淮海夏玉米籽粒含水率和粒收質量關系進行了研究, 認為黃淮海夏玉米適宜機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, 收獲質量最佳。當前玉米機械粒收技術研究主要在我國北方玉米區(qū)開展, 西南玉米區(qū)的相關研究目前尚鮮見報道。為此, 本文采用分期收獲的方式研究機收時期對四川春玉米機械粒收質量的影響, 探討籽粒含水率與機械粒收質量之間的關系, 對確定四川春玉米適宜機械粒收時期和粒收技術在該區(qū)的推廣應用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年在四川省德陽市中江縣合興鄉(xiāng)(31°03′N, 104°68′E)進行。參試品種為四川主栽玉米品種‘正紅6號’(ZH6)、‘仲玉3號’(ZY3)、‘先玉1171’(XY1171)和‘成單30’(CD30), 玉米大區(qū)帶狀種植, 種植密度均為60 000株?hm-2, 田間管理同大田生產。每個小區(qū)種植2帶(每帶3行, 行距60 cm, 帶間距1.2 m, 帶長75 m), 種植面積360 m2, 4月7日播種, 該播期下傳統(tǒng)收獲日期在7月25日—8月5日。設置6個收獲日期,分別為7月31日、8月7日、8月13日、8月19日、8月25日、8月31日。采用同一臺收獲機械、同一名機手和同一地塊條件下進行機械粒收, 收獲機為久保田4LZY-1.8B, 配套家家樂4YG-3A玉米籽粒收獲割臺和脫粒清選裝置, 該機割幅3行, 每次收獲長度25 m。試驗年份玉米季降水與氣溫見圖1。

圖1 研究區(qū)玉米季降雨與平均氣溫

1.2 測定項目與方法

1.2.1 籽粒含水率及雜質率、破碎率

機收前隨機取收獲區(qū)域內長勢一致果穗10~15個, 手工脫粒稱鮮重計為FW, 85 ℃烘干至恒重, 稱干重計為DW, 計算籽粒含水率。機收后隨機取籽粒樣品1~2 kg, 手工分揀將其分為籽粒和非籽粒兩部分, 籽粒部分稱重計為KW, 非籽粒部分稱重計為NKW; 再將籽粒部分分為完整籽粒和破碎籽粒并分別稱重, 完整籽粒重計為KW1, 破碎籽粒重計為BKW。

1.2.2 落粒率、落穗率和機收損失率

在已收割地塊隨機選取3個樣點, 每個樣點取5 m長1個割幅寬(3行玉米)面積作為樣區(qū), 收集樣區(qū)內所有的落粒和落穗, 并分別稱其籽粒重, 并按樣區(qū)面積計算單位面積的落粒重和落穗粒重, 單位面積落粒重計為SKW, 單位面積落穗粒重計為GKW; 根據機收面積、機收籽粒重計算單位面積產量, 并根據單位面積產量計算落粒損失率、落穗損失率和機收損失率。

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件進行相關計算與處理并作圖, 用DPS 7.05軟件對數據進行相關性和方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同時期玉米機械粒收破碎率和雜質率變化

隨收獲時間推遲, 4個參試品種機械粒收籽粒破碎率表現出先快速降低后趨于穩(wěn)定略有升高的趨勢, 雜質率呈現快速降低并趨于穩(wěn)定的變化趨勢, 且籽粒破碎率和雜質率在品種間的差異逐漸減小(圖2)。6次收獲籽粒破碎率4個品種平均分別為8.19%、6.06%、2.29%、3.03%、3.03%、3.91%; 7月31日參試品種收獲破碎率均高于國家“玉米收獲機械技術條件”(GBT-21962—2008)≤5%的標準, 其余收獲時間除8月7日‘正紅6號’和‘成單30’兩個品種外, 破碎率均達到≤5%的標準。隨收獲時間推遲雜質率呈降低的變化趨勢, 除7月31日收獲‘仲玉3號’和‘成單30’外, 雜質率均達到≤3%的國家標準, 6次收獲雜質率4個品種平均分別為3.74%、2.90%、1.44%、0.87%、0.19%、0.07%。在8月13日前收獲籽粒破碎率和雜質率在品種間差異顯著，其中破碎率表現為‘成單30’>‘正紅6號’>‘先玉1171’>‘仲玉3號’，而雜質率表現為‘成單30’>‘仲玉3號’>‘先玉1171’>‘正紅6號’; 8月13日以后收獲籽粒破碎率和雜質率在品種間差異不顯著?？梢? 推遲收獲時間有利于降低機械粒收籽粒破碎率和雜質率, 且機械粒收破碎率和雜質率存在品種間差異。

2.2 不同時期玉米機械粒收損失率變化

玉米機械粒收損失包括落穗損失和落粒損失兩部分, 隨收獲時間推遲, 落穗損失率呈顯著增加的趨勢, 且品種間差異逐漸增大(圖3)。6次收獲落穗損失率平均分別為0.77%、1.46%、3.72%、5.63%、7.26%、9.39%, 從8月13日收獲開始‘正紅6號’和‘成單30’兩個品種落穗損失率顯著高于其他兩個品種。各品種各時期落粒損失率均低于2%, 但隨收獲時間推遲落粒率變化規(guī)律不明顯, 在最后1次收獲時落粒率最低。6次收獲籽?？倱p失率平均值分別為1.34%、2.27%、4.34%、6.68%、8.44%、10.41%, 其中落穗損失占總損失的比例分別為56.05%、64.73%、83.46%、80.86%、83.75%、89.18%, 平均為76.34%, 8月19日以后收獲總損失率將高于≤5%的標準(圖4)。機械粒收損失主要為落穗損失, 收獲推遲增加落穗風險, 進而降低機械粒收質量。

圖2 不同收獲日期不同品種玉米機械粒收籽粒破碎率和雜質率變化

圖3 不同收獲日期不同品種玉米機械粒收落穗損失率和落粒損失率變化

2.3 不同時期玉米籽粒含水率的變化

隨著收獲時間推遲玉米籽粒含水率呈逐漸降低趨勢, 同一收獲時期不同品種籽粒含水率存在差異(圖5)。6次收獲籽粒含水率平均分別為34.10%、30.30%、25.93%、17.71%、15.09%、12.27%。從品種來看, 前期‘正紅6號’籽粒含水率最低, 后期‘先玉1171’籽粒含水率最低, 而‘成單30’各時期籽粒含水率均最高。

2.4 玉米籽粒含水率對機收質量的影響

從圖6可以看出，隨著籽粒含水率降低機械粒收籽粒破碎率先降低后升高, 二次曲線擬合方程為=0.032 92-1.332 8+15.529 (2=0.55**,=72); 當籽粒含水率為20.26%時破碎率最低, 為2.03%; 當籽粒含水率為10.76%~29.76%時收獲, 破碎率低于5%。雜質率隨籽粒含水率降低快速降低并趨于穩(wěn)定, 擬合方程為=0.031 8e0.118 5x(2=0.71**,=72), 當籽粒含水率低于38.37%時, 雜質率低于3%。落穗損失率隨籽粒含水率降低呈現增加的趨勢, 擬合方程為=2 083.3/2.135(2=0.68**,=24), 當籽粒含水率低于16.87%之后, 落穗損失率將超過5%。與落穗損失率一致, 籽?？倱p失率隨籽粒含水率降低呈現增加的趨勢, 擬合方程為=911.02/1.769(2=0.68**,= 24), 當籽粒含水率低于18.96%之后, 籽?？倱p失率將超過5%的國標要求。

圖4 不同收獲日期不同品種玉米機械粒收籽粒總損失率變化

箱形圖中箱體部分代表50%(25%~75%)樣本的分布區(qū)域, 為四分位區(qū)間(IQR)。兩端線為Tukey法判定的合理觀測樣本邊界。箱體內實線為樣本中位線數, “□”為樣本均值。The main box is IQR containing fifty percent samples in Box-whisker Plot. The two sidelines are the reasonable sample borders in Tukey method. The solid line in box is the sample median, “□”is the average.

圖5 不同收獲日期不同品種玉米機械粒收籽粒含水率的變化

3 討論

3.1 玉米籽粒含水率顯著影響機械粒收質量

收獲時玉米籽粒含水率是影響機械粒收質量的關鍵因素[5-6]。前人對我國西北、黃淮海、東北和華北玉米產區(qū)15個省(市)1 698組機械粒收質量樣本數據分析表明, 籽粒破碎率與籽粒含水率符合二次函數關系; 雜質率與籽粒含水率呈極顯著正相關關系[6]。由于數據覆蓋我國北方多個玉米產區(qū), 收獲機具、收獲環(huán)境條件、品種差異以及作業(yè)水平差異, 同時籽粒含水率動態(tài)測試時間短、變化范圍有限, 對籽粒含水率與粒收質量的關系造成顯著影響[3,14]。本文在同一地塊, 對四川種植面積較大的4個主推品種采用同一收獲機分期收獲的方式, 研究籽粒含水率與機械粒收質量的關系。研究結果顯示, 籽粒破碎率隨籽粒含水率降低先降低后升高, 籽粒含水率為20.26%時, 破碎率最低; 雜質率隨籽粒含水率降低快速降低并趨于穩(wěn)定, 落穗損失率隨籽粒含水率降低而增加, 當籽粒含水率低于16.87%之后, 落穗損失率將超過5%。由于本試驗選用4個當地主推品種, 降低了品種間差異對籽粒含水率與機械粒收質量關系的影響, 通過擬合方程計算表明四川春玉米籽粒含水率為10.76%~29.76%時收獲, 破碎率低于5%; 而黃淮海夏玉米籽粒含水率為15.47%~24.78%時收獲, 破碎率低于5%[18]。落穗損失率是造成籽粒損失的主要原因, 本文研究表明落穗損失率占籽粒總損失率的比例平均為76.34%。籽?？倱p失率隨籽粒含水率降低而增加, 本試驗年份結果表明當籽粒含水率低于18.96%之后, 籽?？倱p失率將超過5%的國標要求。綜合考慮籽粒破碎率和損失率, 四川春玉米適宜機械粒收的籽粒含水率范圍為18.96%~29.76%。

3.2 適期收獲是提高玉米機械粒收質量的重要措施

籽粒破碎率、雜質率、損失率(包括落穗和落粒)是玉米機械粒收質量的主要評價指標[4], 推遲收獲是提高我國玉米機械粒收質量的重要措施。本文對四川春玉米的研究表明, 隨收獲時間推遲, 玉米籽粒含水率逐漸降低, 機械粒收籽粒破碎率表現出先快速降低后趨于穩(wěn)定略有升高的趨勢, 雜質率呈現快速降低并趨于穩(wěn)定的變化趨勢, 落穗損失率和籽粒總損失率呈顯著增加的趨勢; 而落粒損失率隨收獲時間推遲未表現出明顯的規(guī)律性。籽粒破碎率、雜質率和落穗損失率隨收獲時間的變化規(guī)律與李璐璐等[18]在黃淮海夏玉米的研究結果相同, 但籽粒落粒率的變化規(guī)律不同, 這可能與所選擇品種、收獲機械和收獲條件不同有關。研究發(fā)現, 隨收獲時間推遲, 籽粒破碎率和雜質率在品種間的差異逐漸減小, 而落穗損失率在品種間的差異逐漸增大。因此, 選擇生理成熟后立稈能力強、落穗損失低的玉米品種并推遲收獲可顯著提高機械粒收質量。

推遲收獲可降低籽粒含水率, 進而降低機械粒收籽粒破碎率和雜質率, 但增加落穗風險和籽?？倱p失率。收獲推遲玉米落穗損失率增加, 主要是由于玉米植株自然衰老導致莖稈干物質降低和水分含量下降, 莖稈機械強度降低、倒伏率增加[12,19-20], 同時稈穗連接力和果穗果柄連接力降低[21-22], 導致落穗損失增加。因此應適期收獲, 才能兼顧籽粒破碎率、雜質率、落穗損失率和籽粒總損失率。按照國家GBT 21962—2008《玉米收獲機械技術條件》的要求[4], 本試驗播期下四川春玉米在8月7—19日收獲可達到機械粒收質量要求, 較傳統(tǒng)收獲日期推遲10~15 d。

4 結論

隨著收獲時間推遲, 四川春玉米籽粒含水率逐漸降低, 機械粒收破碎率先快速降低后略有升高, 雜質率快速降低并趨于穩(wěn)定, 落穗損失率和籽?？倱p失率逐漸增加, 同時籽粒破碎率和雜質率在品種間的差異逐漸減小, 而落穗損失率和籽?？倱p失率在品種間的差異逐漸增大。選擇生理成熟后立稈能力強、落穗損失低的玉米品種推遲收獲可顯著提高機械粒收質量。推遲收獲時間有利于降低機械粒收籽粒破碎率和雜質率, 但增加落穗風險和籽?？倱p失率。四川春玉米適宜機械粒收的籽粒含水率范圍為18.96%~29.76%, 本試驗播期條件下適宜機械粒收時間在8月7—19日，較傳統(tǒng)收獲日期推遲10~15 d。

圖6 玉米機械粒收籽粒破碎率、雜質率、落穗損失率、總損失率與籽粒含水率的關系

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Effects of harvesting date on mechanical grain-harvesting quality of spring maize in Sichuan Province*

KONG Fanlei, ZHAO Bo, WU Yawei, LI Xiaolong, CHEN Xiang, KE Yongpei, YUAN Jichao**

(College of Agronomy, Sichuan Agricultural University / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Southwest China, Ministry of Agriculture / Crop Ecophysiology and Cultivation Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 611130, China)

Studying the impact of harvesting date on mechanical grain-harvesting quality is of great importance to determine a suitable harvesting date and promote the mechanical grain harvest technology. This paper describes an experimental study of the effects of harvesting date (31stJuly, and 7th, 13th, 19th, 25th, and 31stAugust) on mechanical grain-harvesting quality and the relationship between grain moisture content and mechanical grain-harvesting quality in Sichuan spring maize. The results showed that, with a delay in harvest date, grain moisture content decreased gradually, and the broken-grain rate decreased rapidly at first and then increased slightly. The impurity rate decreased rapidly and tended to be stable, while the ear-loss rate increased significantly and the variation in grain loss rate was not notable. The total grain loss rate was primarily associated with ear loss, which accounted for 76.34% of the total average grain loss. With a delay in harvest date, the differences in broken-grain and impurity rates between varieties decreased gradually while they increased for ear-loss and total grain-loss rates. Grain moisture content was the key factor affecting the quality of mechanical grain harvest, the relationship between the broken-grain rate and grain moisture content could be described by the equation= 0.032 92? 1.332 8+ 15.529 (2= 0.55**,= 72). The broken-grain rate was lower than 5% when the moisture content was between 10.76% and 29.76%. The relationship between the impurity rate and moisture content could be described by the equation0.031 8e0.118 5x(2 = 0.71**,= 72), and the grain impurity rate was lower than 3% when grain moisture content was lower than 38.37%. The relationship between the ear-loss rate and moisture content could be described by the equation2 083.3/2.135(2 = 0.68**). The relationship between the total grain-loss rate and moisture content could be described by the equation911.02/1.769(2 = 0.68**), and the total grain-loss rate could be lower than 5% when grain moisture content was higher than 18.96%. A delayed harvest was associated with a decrease in the broken-grain and impurity rates and an increase in the risk of ear-loss and the total grain-loss rate. The optimal grain moisture content for mechanical harvesting in Sichuan spring maize was 18.96%–29.76% and the optimal mechanical-grain harvesting date was between August 7 and August 19 in this study, which was approximately 10–15 days later than the traditional harvest date.

Spring maize; Harvesting date; Mechanical grain harvesting; Grain moisture content; Harvesting quality

S513; S225

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFD0301704, 2016YFD0300307, 2016YFD0300209)和四川玉米創(chuàng)新團隊建設項目資助

袁繼超, 主要研究方向為玉米高產高效栽培。E-mail: yuanjc5@163.com

孔凡磊, 研究方向為玉米高產高效栽培。E-mail: kflstar@163.com

2019-07-18

2019-10-27

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0301704, 2016YFD0300307, 2016YFD0300209) and the Maize Innovation Team Building Project of Sichuan.

, E-mail: yuanjc5@163.com

Jul. 18, 2019;

Oct. 27, 2019

10.13930/j.cnki.cjea.190544

孔凡磊, 趙波, 吳雅薇, 李小龍, 陳祥, 柯永培, 袁繼超. 收獲時期對四川春玉米機械粒收質量的影響[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報(中英文), 2020, 28(1): 50-56

KONG F L, ZHAO B, WU Y W, LI X L, CHEN X, KE Y P, YUAN J C. Effects of harvesting date on mechanical grain-harvesting quality of spring maize in Sichuan Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(1): 50-56