種植密度對不同玉米品種籽粒脫水特性和機(jī)收質(zhì)量的影響

劉亞楠，路戰(zhàn)遠(yuǎn)，孫峰成，張向前，張佳倩，包額爾敦嘎，馮 曄，于 洋，錢德芳

(1．內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071000；3.內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；4.通遼市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 通遼 028015；5.內(nèi)蒙古宏博種業(yè)科技有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

機(jī)械化籽粒收獲是玉米全程機(jī)械化收獲的最后一環(huán)，也是實(shí)現(xiàn)玉米集約化高效生產(chǎn)的重要措施[1]。機(jī)械粒收對玉米籽粒含水率有著較為嚴(yán)格要求，籽粒含水率高導(dǎo)致高破損率，不但造成減產(chǎn)，還給收獲、干燥、儲藏、運(yùn)輸以及加工帶來諸多不便[2]。有研究表明，機(jī)械粒收的籽粒破損率隨著籽粒含水率降低呈現(xiàn)先降低再升高的規(guī)律，也有研究認(rèn)為，符合機(jī)械化籽粒收獲的玉米籽粒含水率為25%[3]。目前，我國普遍存在玉米收獲時籽粒含水率過高的現(xiàn)象，我國東北部地區(qū)尤為嚴(yán)重，一定程度上阻礙了玉米全程機(jī)械化的發(fā)展[4]。玉米收獲時籽粒含水率與品種的脫水特性密切相關(guān)。研究表明，玉米籽粒脫水總體分為 2 個階段： 以籽粒生理成熟時期為節(jié)點(diǎn)，生理成熟前受源庫關(guān)系調(diào)控，為發(fā)育失水；生理成熟后主要受環(huán)境因素影響，為物理脫水[5]。不同種植密度對籽粒含水率及脫水速率的影響也有學(xué)者進(jìn)行了研究，丁佳琦[6]研究表明，不同密度對玉米單交種和自交系的平均灌漿和脫水速率影響差異較小。馮鵬等[7]研究表明，種植密度對玉米生理成熟前籽粒平均脫水速率影響不顯著，而對生理成熟后籽粒平均脫水速率影響較大。

為進(jìn)一步探究種植密度對玉米籽粒含水率、脫水速率以及機(jī)械粒收性狀的影響，本試驗(yàn)對5個不同玉米品種3個密度條件進(jìn)行了連續(xù)2 a相關(guān)指標(biāo)的動態(tài)研究，以期闡明不同密度下玉米籽粒在收獲期的脫水特性及其對機(jī)收質(zhì)量的影響，為玉米合理密植和提高機(jī)械化收獲質(zhì)量提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019年在通遼市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院內(nèi)(122°32′15″E，43°44′01″N)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為栗鈣土，地勢較為平坦，排灌方便，地力均勻一致。前茬作物為玉米。播種前0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量為21.43 g/kg、堿解氮含量為73.90 mg/kg、速效磷含量為35.70 mg/kg、速效鉀含量為112.93 mg/kg，pH值為7.85。

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料見表1,其中鄭單958和先玉335是目前我國種植面積最大的玉米品種，粒收1號是目前國內(nèi)耐密性較強(qiáng)，抗倒性較好地適宜機(jī)收的苗頭品種，中農(nóng)222和中農(nóng)239是由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)提供的苗頭品種，經(jīng)過3 a品種篩選試驗(yàn)選出的耐密性較好的品種。

表1 供試材料的名稱、來源Tab.1 Name and source of material to be tested

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為密度，副處理為品種。設(shè)置3個密度6.0萬，7.5萬，9.0萬株/hm2。2018年采用小區(qū)試驗(yàn)，面積約40 m2，3次重復(fù)。采用60 cm等行距人工播種，于2018年5月10日播種，10月9日收獲；2019年采用大區(qū)試驗(yàn)，每處理大區(qū)面積為700 m2，5月9日播種，10月8日收獲。按12 000 kg/hm2的目標(biāo)產(chǎn)量施用 N 288 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，施肥方式為一次性播前施入，按高產(chǎn)田水平進(jìn)行田間管理。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 生育期記錄 播種后及時觀察并記錄各處理出苗期、吐絲期(R1)及生理成熟期(R6)的時間，生理成熟期以果穗中下部籽粒黑層出現(xiàn)、乳線消失日期為準(zhǔn)。

1.4.2 籽粒含水率以及脫水速率 在各品種玉米抽雄吐絲期前選取長勢一致的植株進(jìn)行套袋，套袋植株數(shù)量依據(jù)取樣次數(shù)和重復(fù)數(shù)確定。當(dāng)某一品種到達(dá)抽雄吐絲期時，則將該品種套袋植株進(jìn)行統(tǒng)一授粉，并將果穗掛牌標(biāo)記日期。在授粉后60 d開始(生理成熟前7～14 d)，每隔5 d測定一次籽粒含水率，每個小區(qū)每次隨機(jī)選取5個穗，立即脫粒稱質(zhì)量，然后放入烘箱80 ℃恒溫烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算籽粒含水率和脫水速率。

籽粒含水率=(籽粒鮮質(zhì)量-籽粒干質(zhì)量)/籽粒鮮質(zhì)量×100%

①

籽粒脫水速率(%/d)=(前一次取樣籽粒含水率-后一次取樣籽粒含水率)/2次取樣間隔天數(shù)

②

1.4.3 籽粒機(jī)械粒收質(zhì)量 2019年在機(jī)械粒收測試地點(diǎn)，每個品種收獲后從機(jī)倉內(nèi)隨機(jī)取收獲的籽粒樣品不少于2 kg并混合均勻，用PM-8188谷物水分測定儀測定籽粒含水率，重復(fù)5次，取平均值即為該品種收獲期的籽粒含水率；然后稱取600 g籽粒樣品，手工分揀將其分為籽粒和非籽粒兩部分；籽粒部分稱質(zhì)量記為KW1，非籽粒部分稱質(zhì)量記為NKW；再根據(jù)籽粒的完整性，將其分為完整籽粒和破碎籽粒并分別稱質(zhì)量，完整粒質(zhì)量記為KW2，破碎粒質(zhì)量記為BKW，重復(fù)3次。

破碎率=(BKW/(KW2+BKW))×100%

③

含雜率=(NKW/(KW1+NKW))×100%

④

在收割段隨機(jī)選取3個樣點(diǎn)，取每個樣點(diǎn)2 m 為1個割幅寬(7 行玉米)的面積，收集樣點(diǎn)內(nèi)落粒與落穗，并將落穗手工脫粒，稱量落粒質(zhì)量與落穗質(zhì)量。將理論產(chǎn)量、落粒質(zhì)量和落穗粒質(zhì)量分別折合成單位面積數(shù)值。

落粒率=(單位面積落粒質(zhì)量/單位面積產(chǎn)量)×100%

⑤

落穗率=(單位面積落穗質(zhì)量/單位面積產(chǎn)量)×100%

⑥

用最小二乘法擬合各品種脫水速率隨授粉后天數(shù)變化的曲線，曲線用二次擬合多項(xiàng)式表示。

y=a+bx+cx2

⑦

其中，y表示籽粒脫水速率(%/d)，x表示授粉后天數(shù)(d)，a、b、c為模型參數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2007和SPSS 23.0進(jìn)行，繪圖使用SigmaPlot 12.5。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試品種生育期和有效積溫比較

調(diào)查結(jié)果表明，參試品種生育期2018年平均為135.6 d，2019年平均為135.8 d，年際間相差0.2 d，各品種之間生育期相差在3 d以內(nèi)，所需有效積溫(≥10 ℃)相差13.6～20.6 ℃。其中生育期最長的品種為ZD958和LS1， 2 a均為137 d，所需有效積溫分別為1 789.2 ℃和1 759.1 ℃；其次是中農(nóng)222，生育期2018年是135 d，2019年為137 d。各參試品種在不同種植密度下生育期一致，不同年份間參試品種吐絲到成熟的天數(shù)相近，均在72～74 d(表2)。參試品種生育期和灌漿期較為接近，比較不同品種間脫水性狀時，可以減小天氣狀況的影響。

2.2 不同密度下各品種籽粒含水率比較

由表3可知，品種、年份、密度以及品種和年份的交互達(dá)極顯著水平(P<0.01)，品種和密度的交互達(dá)顯著水平(P<0.05)。不同密度下各品種籽粒含水率見表4，各種植密度下所有參試品種的籽粒含水率均隨時間推移逐漸降低，總體上看，連續(xù)2 a試驗(yàn)9.0萬株/hm2籽粒含水率均表現(xiàn)為低于7.5萬，6.0萬株/hm2處理，而2個低密度處理之間差異不顯著。2018年ZD958和LS1在各密度處理下的籽粒含水率均顯著高于其他3個品種(P<0.05)，ZN239顯著低于另外2個品種(P<0.05)；2019年ZD958籽粒含水率在各密度下均為最高，顯著高于其他4個品種(P<0.05)，ZN239和XY335顯著低于另外2個品種(P<0.05)，而LS1、ZN222之間籽粒含水率無顯著差異。

表2 各品種生育期進(jìn)程和有效積溫Tab.2 Growth procession and effective accumulated temperature of maize varieties

表3 不同品種間籽粒含水率方差分析Tab.3 Variance analysis of grain moisture content of different maize varieties

表4 不同密度下各品種籽粒含水率Tab.4 Grain moisture content of different maize varieties differing in density %

籽粒含水率達(dá)到機(jī)收標(biāo)準(zhǔn)所需天數(shù)受年份、品種和種植密度影響。2019年各品種籽粒含水率降至25%所需天數(shù)少于2018年；2018年各品種籽粒含水率降至25%所需天數(shù)從少到多依次為ZN239(75～77 d)、XY335(77～78 d)、ZN222(78～79 d)、ZD958(82～84 d)和LS1(83～85 d)；2019年各品種籽粒含水率降至25%所需天數(shù)從少到多依次為ZN239(73～75 d)、XY335(75～76 d)、ZN222(79～82 d)、LS1(80～82 d)和ZD958(82～85d d)。同一品種9.0萬株/hm2密度下籽粒含水率降至25%較6.0萬株/hm2密度提前1～3 d。

2.3 不同密度下各品種脫水速率

由表5方差分析可知，品種和年份對于玉米籽粒脫水速率影響達(dá)極顯著水平(P<0.01)，而密度對玉米籽粒脫水速率則無顯著影響。由表6可知，在同一密度下，不同品種脫水速率2018年從快到慢依次為：XY335、ZN239、ZN222、LS1和ZD958，其中XY335的平均脫水速率比ZD958在6.0，7.5，9.0萬株/hm2下分別快0.086，0.122，0.099 百分點(diǎn)/d；2019年，6.0，9.0萬株/hm2密度下，脫水速率最快的是XY335，其次是ZN239，其余依次為ZN222，ZD958和LS1，在7.5萬株/hm2密度下，ZN239脫水最快，XY335次之，最慢的為ZD958。2018年各參試品種脫水速率大于2019年，這可能與2個年度之間的氣溫有關(guān)，2018年同期平均溫度大于2019年，較高溫度有利于籽粒脫水。

表5 不同品種籽粒脫水速率方差分析Tab.5 Variance analysis of dehydration rate of maize varieties

表6 不同密度下各品種籽粒脫水速率Tab.6 Dehydration rate of different maize varieties differing in density %/d

表6(續(xù)) %/d

圖1 2018年各品種籽粒脫水速率動態(tài)變化Fig.1 Dynamic change of dehydration rate of different maize varieties in 2018

由圖1和圖2可知，參試品種籽粒脫水速率隨時間推移呈現(xiàn)“倒U”曲線變化，峰值出現(xiàn)在授粉后70～75 d。不同品種脫水速率達(dá)最大值的時間存在差異，2018年LS1在授粉后70 d脫水速率達(dá)最大值，XY335、ZD958、ZN222和ZN239在授粉后75 d達(dá)最大值，2019年脫水速率在70 d達(dá)最大值的品種為XY335和ZN239，另外3個品種在授粉后75 d達(dá)最大值。另外，不同品種的曲線曲率存在差異，連續(xù)2 a試驗(yàn)中，ZD958和ZN222的曲率均較大，說明這2個品種脫水速率隨時間變化較大，容易受到環(huán)境影響，而ZN239的脫水速率曲線則連續(xù)2 a表現(xiàn)為曲率變化相對平緩，說明該品種脫水速率受環(huán)境影響較小，其他2個品種年際間存在較大差異性，可能與品種和環(huán)境互作有關(guān)。

圖2 2019年各品種籽粒脫水速率動態(tài)變化Fig.2 Dynamic change of dehydration rate of different maize varieties in 2019

2.4 不同密度對玉米籽粒收獲質(zhì)量的影響

種植密度和品種對玉米籽粒機(jī)收質(zhì)量及籽粒含水率的影響見表7和圖3。收獲密度極顯著影響收獲時的籽粒含水率和籽粒破碎率(P<0.01)，顯著影響籽粒含雜率和落粒率(P<0.05)，對落穗率影響不顯著；品種對于玉米收獲質(zhì)量的各個指標(biāo)的影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01)；密度和品種間交互作用對玉米收獲質(zhì)量的各個指標(biāo)的影響不顯著。

從玉米收獲的各個指標(biāo)來看密度對其影響，在籽粒含水率方面，隨著密度的增加，各個品種的籽粒含水率均有降低的趨勢；含雜率方面，不同密度之間存在差異，但不同品種并無統(tǒng)一規(guī)律；在落穗率方面，各品種在不同密度下無明顯變化規(guī)律；從破碎率來看，各個品種均表現(xiàn)為隨密度增大而降低；落粒率則無明顯變化規(guī)律。通過考察各個品種可知，LS1和ZN239的收獲質(zhì)量較好，在籽粒含雜率、落穗率、破碎率和落粒率方面表現(xiàn)優(yōu)于其他品種，而XY335在上述指標(biāo)中表現(xiàn)弱于其他品種。由此可見，選擇合適的品種是提高機(jī)收籽粒質(zhì)量的關(guān)鍵。

表7 種植密度和品種對玉米籽粒機(jī)收質(zhì)量影響的方差分析Tab.7 The effect of planting density on mechanically grain harvesting quality

圖中不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。Different small letters in the figure indicate significant differences at 0.05 levels.

3 結(jié)論與討論

3.1 種植密度對籽粒含水率及脫水速率的影響

近年來玉米高產(chǎn)栽培研究證明，通過選擇熟期稍早的耐密品種，再適宜增加種植密度是玉米高產(chǎn)的一條有效途徑[8-9]。而隨著種植密度的增加，群體結(jié)構(gòu)的增大帶來植株間對光、熱、肥、水的相互競爭，造成干物質(zhì)積累較少，影響了灌漿后期同化物的形成，最終導(dǎo)致灌漿速率下降，同時也影響籽粒含水率和脫水速率[10]。有研究表明，生理成熟后隨著密度的增加，籽粒含水率下降，脫水速率呈上升的趨勢[11-12]。也有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，玉米生理成熟期和收獲期的籽粒含水率隨密度的增加而增加，而脫水速率隨密度的增加而降低，且不同品種之間的變異幅度較大[13]。譚福忠等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密度為67 500株/hm2時，含水率的下降及脫水速率的上升總體上達(dá)較高程度，當(dāng)密度增加到96 500株/hm2時，相應(yīng)的數(shù)值又開始下降。本研究表明，當(dāng)種植密度為9.0萬株/hm2時，參試品種的籽粒含水率小于6.0萬，7.5 萬株/hm22個低密度處理，而2個低密度處理間差異并不顯著，原因可能是高密度條件下，群體之間競爭加劇，導(dǎo)致個體水肥不足引發(fā)早衰，因而籽粒含水率較低密度處理低。本研究還發(fā)現(xiàn)，密度對成熟期玉米籽粒脫水速率無顯著影響，這可能與試驗(yàn)地氣候環(huán)境有關(guān)，每年10月初試驗(yàn)地會迎來初霜，氣溫顯著降低，加之大風(fēng)天氣原因，使得密度對籽粒脫水速率的影響效應(yīng)大大降低，所以同一品種各密度間脫水速率差異并不顯著。

3.2 品種對籽粒含水率及脫水速率的影響

影響玉米籽粒脫水速率的因素較多，品種本身、氣象條件、栽培措施等都會對籽粒脫水速率和成熟期含水率產(chǎn)生顯著影響[15-18]，其中品種本身的脫水特性是可遺傳的。前人研究表明，穗行數(shù)越少、果穗越細(xì)，籽粒脫水越快[19-20]；籽粒越長、越寬、越厚，籽粒脫水速率越快[21-22]。籽粒類型不同，脫水速率也不同。硬粒型品種籽粒脫水速率高于馬齒型品種[16，23-24]。玉米籽粒的密度和容重越高，籽粒含水率越低[20]。本研究中為了方便比較品種間差異，選取的參試品種熟期相近，減小了氣候?qū)τ诿撍匦缘挠绊?。結(jié)果表明，不同品種之間籽粒脫水速率和生理成熟期含水率存在差異，表明其受到品種本身特性的影響較大。其中鄭單958由于苞葉層數(shù)較多，苞葉較長，包裹較緊密，因而脫水較慢，后期含水率較高，而先玉335的苞葉層數(shù)較少，包裹松散，因而脫水較快，這與楊美麗等[13]的研究結(jié)果一致。

3.3 種植密度對玉米收獲質(zhì)量的影響

玉米的籽粒機(jī)收質(zhì)量受收獲機(jī)械、品種特性及栽培措施等多種因素的影響。以往研究證明，種植密度影響玉米籽粒含水率和籽粒破碎率，王榮煥等[25]研究表明，不同密度條件下，京農(nóng)科728籽粒機(jī)收時的籽粒含水率隨種植密度增加呈升高趨勢，在7.5萬株/hm2密度處理下可實(shí)現(xiàn)機(jī)收籽粒質(zhì)量和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。夏來坤等[26]研究證明，隨種植密度從6.0萬株/hm2增加到9.0萬株/hm2，機(jī)收脫粒時籽粒含水率、破碎率和含雜率均呈降低趨勢。本試驗(yàn)條件下，隨種植密度增加，籽粒含水率、破碎率呈降低趨勢。這可能是因?yàn)橛衩兹后w與個體矛盾隨密度增加而被激化，導(dǎo)致早衰而降低籽粒含水率，而籽粒破碎率在一定范圍內(nèi)，隨籽粒含水率降低而減少，因此2個指標(biāo)隨密度變化呈現(xiàn)較好的一致性，而在其他3個收獲指標(biāo)方面，各品種隨密度提高并無明顯變化規(guī)律，說明在落穗率、落粒率和含雜率方面，品種對其影響占主導(dǎo)地位。因此，在提高機(jī)械化收獲質(zhì)量方面，應(yīng)注重品種的選擇。

本研究表明，不同種植密度下玉米籽粒含水率存在差異，但種植密度對脫水速率無顯著影響，品種本身特性對脫水速率影響極顯著。隨種植密度增加，籽粒含水率、破碎率呈降低趨勢，因此選擇籽粒脫水快的品種并適當(dāng)增密種植，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械粒收。本研究綜合熟期、品種脫水特性和機(jī)收質(zhì)量得出，ZD958和XY335不適宜當(dāng)?shù)貦C(jī)械收獲，LS1，ZN239和ZN222為適宜當(dāng)?shù)貦C(jī)收的品種，且適宜增密種植。