收獲期對玉米籽粒含水率及籽粒機(jī)收質(zhì)量的影響

王榮煥, 徐田軍, 趙久然, 王元東, 邢錦豐,呂天放, 劉月娥, 蔡萬濤, 劉秀芝, 劉春閣

(北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心， 玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室， 北京 100097)

玉米是目前我國種植面積最大、總產(chǎn)量最高的糧食作物，對保障國家糧食安全和滿足市場需求發(fā)揮著主力軍作用[1]。隨著我國玉米生產(chǎn)由單一追求高產(chǎn)向?qū)崿F(xiàn)高產(chǎn)高效、節(jié)本增效和提質(zhì)增效協(xié)調(diào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)變，機(jī)械直收籽粒是今后我國玉米機(jī)械收獲的必然趨勢和發(fā)展方向，同時也是實現(xiàn)玉米全程機(jī)械化和生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的重點[2]。

玉米機(jī)收籽粒質(zhì)量主要包括籽粒破碎率、雜質(zhì)率和損失率，已有研究表明，籽粒破碎率高是我國玉米機(jī)收籽粒最主要的質(zhì)量問題[3]。籽粒破碎率受品種特性、籽粒含水率、收獲機(jī)械、環(huán)境條件、栽培措施等多種因素影響[4-7]。收獲期籽粒含水率過高是導(dǎo)致破碎率高的主要原因[3,5]，同時還增加了霉變風(fēng)險，提高了烘干、貯藏等生產(chǎn)成本，嚴(yán)重阻礙了玉米機(jī)收籽粒技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。玉米收獲期籽粒含水率與品種的生育期、脫水速率及環(huán)境條件密切相關(guān)[8]。在黃淮海夏播玉米區(qū)冬小麥夏玉米一年兩熟種植模式下，因熱量資源緊張、大多數(shù)玉米品種收獲時籽粒含水率偏高，難以實現(xiàn)高質(zhì)量機(jī)械粒收[8-9]，該矛盾和問題在黃淮北部夏播區(qū)更為突出。

選用熟期適宜、抗倒性好、脫水快的玉米品種以及適期收獲是實現(xiàn)玉米籽粒機(jī)收的關(guān)鍵。京農(nóng)科728、MC812、MC121是以耐密抗倒伏、早熟脫水快的玉米骨干自交系京2416為父本組配選育并通過國審的早熟耐密玉米新品種，鄭單958和先玉335是我國玉米生產(chǎn)兩大主導(dǎo)品種。本研究在黃淮北部夏播區(qū)北京通州開展玉米籽粒機(jī)收試驗，以夏播玉米生產(chǎn)主栽品種京農(nóng)科728、MC812、MC121、鄭單958、先玉335為試驗材料，在生理成熟期(physiological maturity，PM)及生理成熟后設(shè)置5個收獲期處理，研究并明確了收獲期對不同玉米品種籽粒含水率和籽粒機(jī)收質(zhì)量的影響，以期為黃淮北部夏播區(qū)機(jī)收籽粒玉米品種選擇和適期機(jī)收提供參考和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試玉米品種為京農(nóng)科728(JNK728)、MC812、MC121、鄭單958(ZD958，CK1)和先玉335(XY335，CK2)。2018年，在北京市通州區(qū)國際種業(yè)科技園區(qū)北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究中心科研基地開展玉米籽粒機(jī)收試驗。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，試驗小區(qū)為10行區(qū)，行長20 m，行距60 cm，小區(qū)面積為120 m2，3次重復(fù)。6月15日適墑播種，留密度為75 000株·hm-2。足墑播種后全生育期雨養(yǎng)旱作，其他管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。設(shè)置5個機(jī)收籽粒收獲期處理，分別為生理成熟期(H1)及生理成熟后5(H2)、10(H3)、15(H4)、20(H5)d。采用奧利地Wintersteiger classic玉米小區(qū)聯(lián)合收獲機(jī)(軸流式滾筒)進(jìn)行全區(qū)機(jī)械直收籽粒。

1.2 性狀調(diào)查

生育期：調(diào)查記載各處理的播種期、出苗期、吐絲期、生理成熟期、收獲期。

倒伏率：全生育期內(nèi)如發(fā)生倒伏，立即調(diào)查植株傾斜度大于45°但未折斷的植株占小區(qū)總株數(shù)的百分率。

倒折率：收獲前，調(diào)查全小區(qū)果穗以下部位折斷的植株占小區(qū)總株數(shù)的百分率。

機(jī)收籽粒質(zhì)量性狀：機(jī)收籽粒后，在收割機(jī)艙內(nèi)隨機(jī)取2 kg籽粒樣品，采用PM-8188A水分測定儀(臺灣凱特科技有限公司)測定各小區(qū)的籽粒含水率，重復(fù)3次；然后，手工分揀完整粒、破損粒和雜質(zhì)，分別稱重，記為KW1、KW2、NKW。在收獲區(qū)隨機(jī)選取3個樣點，調(diào)查收割寬幅2 m長樣點內(nèi)掉落的玉米籽粒(包括破碎粒)，稱量落粒重量，計算落粒率。

1.3 計算公式

籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)=

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS6.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試玉米品種的生育進(jìn)程

調(diào)查結(jié)果(表1)表明，參試品種生育期(出苗至成熟)平均107.2 d，變幅為101～113 d；出苗至吐絲天數(shù)在品種間相差不大，平均45.8 d，變幅為45～47 d；吐絲至生理成熟(灌漿期)天數(shù)在品種間存在較大差異，平均61.4 d，變幅為56～66 d。不同品種間比較，京農(nóng)科728生育期最早(101 d)；鄭單958生育期最晚(113 d)，較京農(nóng)科728晚12 d；MC812和MC121生育期相當(dāng)，分別為106和105 d；先玉335和鄭單958生育期相對較長，分別為111 和113 d。由此說明，6月中旬夏播條件下不同玉米品種的生育期存在較大差異，灌漿期持續(xù)時間的長短是導(dǎo)致不同品種生育期差異的主要原因。

表1 參試玉米品種的生育進(jìn)程Table 1 Maize growth and development process

2.2 不同收獲期參試品種的籽粒含水率和脫水速率

由圖1可見，參試玉米品種的籽粒含水率均隨收獲期推遲呈逐漸降低趨勢。在H1、H2、H3、H4、H5收獲期處理條件下，參試品種的籽粒含水率平均分別為31.2%、29.4%、27.6%、26.0%、24.4%。H1、H2收獲期處理條件下，參試品種的籽粒含水率均差異不顯著；H3、H4、H5收獲期處理條件下，京農(nóng)科728、MC812、MC121和先玉335的籽粒含水率顯著低于鄭單958。

圖1 不同收獲期參試玉米品種籽粒含水率及生理成熟后平均脫水速率變化Fig.1 Maize grain moisture content in different harvest treatments and grain dehydration rate after PM

不同品種生理成熟至生理成熟后20 d的籽粒平均脫水速率差異顯著，具體表現(xiàn)為京農(nóng)科728 [0.039%·(℃·d)-1]>MC812 [0.037%·(℃·d)-1]>MC121 [0.032%·(℃·d)-1]>先玉335 [0.031%·(℃·d)-1]>鄭單958 [0.026%·(℃·d)-1]。

2.3 不同收獲期參試品種的機(jī)收籽粒質(zhì)量

在H1、H2、H3、H4、H5收獲期處理條件下，參試品種的籽粒破碎率平均為7.4%、6.8%、6.2%、5.4%、5.0%，雜質(zhì)率平均為1.2%、1.0%、0.8%、0.6%、0.6%，落粒率平均為3.7%、3.4%、3.3%、3.3%、3.1%(表2)，籽粒破碎率、雜質(zhì)率和落粒率均隨收獲期推遲總體呈逐漸降低趨勢。

表2 參試玉米品種的籽粒破碎率、雜質(zhì)率和落粒率Table 2 Maize grain broken rate, impure rate and loss rate

不同參試玉米品種的機(jī)收籽粒質(zhì)量存在顯著差異。從籽粒破碎率來看，京農(nóng)科728在H3、MC812和MC121在H4、先玉335在H5收獲期處理達(dá)到≤5%的國家機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21962—2008)[10]，而鄭單958在各收獲期處理條件下的籽粒破碎率均高于5%。各品種在不同收獲期處理條件下的籽粒雜質(zhì)率變幅為0.5%～1.7%，均大幅低于國家標(biāo)準(zhǔn)(≤3%)；落粒率變幅為2.3%～5.3%，除鄭單958在H5收獲期處理條件下高于5%外，其余品種在各收獲期處理條件下均低于國家標(biāo)準(zhǔn)(≤5%)。這說明，在H4即生理成熟后15 d機(jī)收籽粒，早熟品種京農(nóng)科728、MC812和MC121的籽粒破碎率、雜質(zhì)率和落粒率各項指標(biāo)均可達(dá)到國家機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)，而鄭單958和先玉335因籽粒破碎率高不適宜機(jī)收籽粒。

2.4 參試品種的倒伏倒折情況

調(diào)查表明，參試玉米品種生育后期的抗倒性存在較大差異。京農(nóng)科728、MC812、MC121和先玉335在H1、H2、H3、H4、H5收獲期處理條件下具有較好的站稈性，均未發(fā)生倒伏倒折；鄭單958在H1、H2收獲期處理條件下未發(fā)生倒伏倒折，但在H3、H4、H5收獲期處理條件下出現(xiàn)倒折，倒折率分別為2.3%、4.5%和6.4%。

2.5 籽粒含水率與機(jī)收籽粒質(zhì)量的相關(guān)性

通過對籽粒含水率與機(jī)收籽粒質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析(表3)，結(jié)果表明籽粒含水率與破碎率、雜質(zhì)率和落粒率均呈極顯著正相關(guān)(r=0.88**、r=0.70**和r=0.77**)，這說明籽粒含水率是影響玉米機(jī)收籽粒質(zhì)量的主要因素。落粒率與破損率和雜質(zhì)率呈極顯著正相關(guān)(r=0.87**和r=0.51**)。

3 討論

3.1 收獲期對玉米籽粒含水率和機(jī)收籽粒質(zhì)量的影響

本文以3個早熟耐密玉米新品種京農(nóng)科728、MC812、MC121以及鄭單958、先玉335兩大主導(dǎo)品種為試驗材料，研究了在黃淮北部夏播區(qū)不同收獲期條件下的籽粒含水率及機(jī)收籽粒質(zhì)量變化，結(jié)果顯示隨收獲期推遲，籽粒含水率、破碎率和雜質(zhì)率均呈降低趨勢。李璐璐等[11]以黃淮海夏播區(qū)玉米生產(chǎn)品種為試驗材料，研究了不同收獲期條件下的籽粒含水率及破碎率、雜質(zhì)率、落粒率和落穗率等機(jī)收質(zhì)量指標(biāo)，認(rèn)為隨收獲期推遲籽粒含水率和雜質(zhì)率逐漸降低、落穗率逐漸增加，但破碎率和落粒率呈先降低后升高趨勢，該結(jié)論與本試驗結(jié)果不一致，可能與試驗品種、收獲機(jī)械、收獲時間和收獲時籽粒含水率不同有關(guān)。本試驗中，在生理成熟期和生理成熟后5 d這2個機(jī)收處理條件下參試品種的籽粒含水率均差異不顯著，但對應(yīng)的機(jī)收籽粒質(zhì)量卻存在較大差異，這與李璐璐等[11]認(rèn)為籽粒含水率相近品種的機(jī)收籽粒質(zhì)量(特別是籽粒破碎率)存在較大差異的結(jié)論相一致，推測其原因與不同品種籽粒特性差異導(dǎo)致的籽粒破碎敏感性差異有關(guān)[5,12-14]。本研究結(jié)果表明，籽粒含水率與破碎率、雜質(zhì)率和落粒率均呈極顯著正相關(guān)，收獲期主要是通過影響籽粒含水率和破碎率進(jìn)而影響機(jī)收籽粒質(zhì)量，而對雜質(zhì)率和落粒率的影響則相對較小。

柴宗文等[3]認(rèn)為，在籽粒含水率低于40%時收獲，雜質(zhì)率一般均可滿足國標(biāo)要求；本研究在不同收獲期處理條件下參試品種籽粒含水率介于22.6%～31.8%，雜質(zhì)率介于0.5%～1.7%，均可達(dá)到≤3%的國標(biāo)要求。落粒率除鄭單958在生理成熟后20 d收獲條件下達(dá)5.3%外，其余品種均隨收獲期推遲呈降低趨勢且低于5%。分析鄭單958落粒率隨收獲期推遲呈升高趨勢的原因，主要是自生理成熟后10 d開始出現(xiàn)了倒折，且隨收獲期推遲倒折率呈增加趨勢，與薛軍等[15]和張萬旭等[16]的研究結(jié)果一致，這也說明玉米植株后期具有良好的抗倒性可有效降低籽粒機(jī)收條件下的落粒率。

3.2 黃淮北部夏播區(qū)機(jī)收籽粒玉米品種選擇及其適收期

選育適當(dāng)早熟、籽粒含水率低、脫水速度快的品種及適期收獲等是實現(xiàn)機(jī)械粒收的關(guān)鍵技術(shù)措施。黃淮海夏播玉米區(qū)以“冬小麥—夏玉米”一年兩茬為主導(dǎo)種植模式，光熱資源不足和農(nóng)作時間緊張是該區(qū)玉米生產(chǎn)的主要矛盾，同時也是影響玉米機(jī)收籽粒技術(shù)推廣的主要因素[17]，目前多數(shù)玉米品種收獲時籽粒含水率高達(dá)30%以上[18]，進(jìn)而影響機(jī)械籽粒收獲的效果，在黃淮北部夏播玉米區(qū)該矛盾和問題則更為突出。

本研究表明，不同參試玉米品種的生育期以及在不同收獲期條件下的籽粒含水率、生理成熟后籽粒脫水速率及機(jī)收籽粒質(zhì)量均存在較大差異。國家標(biāo)準(zhǔn)《玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件》GB/T 21962—2008[10]規(guī)定了玉米機(jī)收籽粒破碎率≤5%、雜質(zhì)率≤3%、落粒率≤5%。按此機(jī)收籽粒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參試玉米品種在本試驗6月15日夏播條件下，京農(nóng)科728于9月29日達(dá)生理成熟，生理成熟后10 d(10月9日)即可達(dá)到國家機(jī)收籽粒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；MC121和MC812分別于10月3日和4日生理成熟，在生理成熟后15 d(分別為10月18日和19日)可達(dá)到機(jī)收籽粒標(biāo)準(zhǔn)；先玉335于10月9日達(dá)生理成熟，在生理成熟后20 d(10月29日)才可達(dá)到機(jī)收籽粒標(biāo)準(zhǔn)；鄭單958于10月11日達(dá)生理成熟，但在各收獲期處理條件下籽粒破碎率均高于5%，未達(dá)到機(jī)收籽粒標(biāo)準(zhǔn)。從籽粒生理成熟后的脫水情況來看，京農(nóng)科728和MC812脫水最快，其次是MC121和先玉335，鄭單958脫水最慢。京農(nóng)科728、MC812、MC121和先玉335生理成熟后的籽粒平均脫水速率分別比鄭單958高50.0%、42.3%、23.1%和19.2%。綜上所述，3個早熟品種京農(nóng)科728、MC121和MC812生理成熟后籽粒脫水速度快，在生理成熟后2周籽粒含水率即可降至25%左右，且機(jī)收籽粒破碎率、雜質(zhì)率和落粒率均達(dá)到國家機(jī)收籽粒標(biāo)準(zhǔn)，而先玉335和鄭單958因熟期較晚、籽粒脫水相對較慢、機(jī)收籽粒破碎率高，不適宜籽粒機(jī)收。黃淮北部冬小麥適播期一般為10月中旬，在6月15日夏播條件下，選用早熟脫水快的京農(nóng)科728、MC121和MC812可在不耽誤下茬冬小麥播種的情況下實現(xiàn)玉米籽粒生理成熟和機(jī)械直收籽粒，而先玉335和鄭單958不適宜在該區(qū)用作機(jī)收籽粒品種。