不同類型玉米收割機對籽粒收獲質(zhì)量的影響評價

李平芳，王海濤，王建峰，郭曉云，丁偉利，張正霞，徐汝陽，夏來坤

（1鄲城縣農(nóng)機化技術(shù)推廣服務(wù)站，河南 鄲城 477150；2河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/河南省玉米綠色精準生產(chǎn)國際聯(lián)合實驗室，河南 鄭州 450002）

0 引言

玉米聯(lián)合收獲技術(shù)是指將摘穗、剝皮、脫粒、秸稈處理等工序通過聯(lián)合收獲機一次性完成。目前，玉米機械聯(lián)合收獲主要是通過果穗收獲和籽粒收獲兩種方式進行，果穗收獲是利用玉米聯(lián)合收獲機進行摘穗和剝皮，將收獲的玉米果穗人工晾曬，待含水率降低13%左右時用玉米脫粒機進行脫?！，F(xiàn)階段帶有剝皮裝置的玉米果穗聯(lián)合收獲機技術(shù)已基本成熟，性能比較完善，得到廣泛應(yīng)用。這種收獲方式雖能極大地降低勞動強度，但晾曬和脫粒工序依然需要大量人工，且勞動強度大，不能夠?qū)崿F(xiàn)全程機械化收獲，隨著農(nóng)村勞動力的日益減少，果穗收獲機械化程度不足的缺陷日益表現(xiàn)出來[1]。玉米籽粒收獲能夠一次性完成摘穗、脫粒、清選等工序，收獲的玉米籽粒通過干燥設(shè)備進行干燥或短時間晾曬即可直接貯藏或出售。此種方式能夠?qū)崿F(xiàn)玉米收獲全程機械化，最大程度降低勞動強度，減少人工成本投入，其高效率、低成本優(yōu)勢已被廣大農(nóng)民認可[1-2]，機械保有量迅速增加，作業(yè)面積逐年擴大。

玉米是中國主要糧食作物之一。中國玉米籽粒收獲機械主要有玉米聯(lián)合收割機整機式和谷物聯(lián)合收割機互換割臺式兩種?；Q割臺式由于能實現(xiàn)多種作物收獲，并且價格低、投入少、收益高，而深受大部分機手青睞。但互換割臺式收割機受設(shè)計性能、可靠性、配套主機、安裝調(diào)試、玉米品種特性、機手作業(yè)水平等多方面的因素影響，作業(yè)質(zhì)量存在較大差異[3-4]。

評價玉米收割機籽粒收獲質(zhì)量的重要指標有破碎率、損失率、含雜率等[5-6]，諸多研究研究提出收獲前含水率顯著影響玉米籽粒收獲質(zhì)量，且含水率越高，破碎率越大[7-8]。不同機型、不同機器及其維護和作業(yè)也是影響玉米粒收質(zhì)量的重要因素[3]。前人多有關(guān)于含水率對破碎率的影響[9]、同類機型對籽粒收獲質(zhì)量的影響[8]、不同品種收獲質(zhì)量的差異[10］、不同收獲方式對收獲質(zhì)量的影響等方面的研究[11]，就不同類型收割機對不同基因型玉米籽粒收獲質(zhì)量的影響研究文獻較少，本研究主要就這方面根據(jù)取得的試驗數(shù)據(jù)進行分析，以期為玉米籽粒收獲收割機的選擇和玉米籽粒機收技術(shù)的推廣提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 參試品種及收割機型號

參試玉米品種7個：‘鄭單958’、‘豐德存玉10號’、‘豫單 9953’、‘豐德存玉 13 號’、‘先玉 1550’、‘鄭單5179’、‘鄭單5176’，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供。

參試收割機3種型號：谷王4LZ-7B谷物收割機配喜盈盈牌割臺、福田4LZ-8谷物收割機配“喜盈盈牌”割臺、雷沃4LZ-8E2谷物收割機配“天人牌”割臺，割臺均是掛接半喂入型式，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 3種型號的收割機主要技術(shù)參數(shù)

1.2 試驗地土壤和氣候條件

試驗于2020年6月—9月在河南省周口市鄲城縣胡集鄉(xiāng)大于村（縣農(nóng)業(yè)機械管理局全程機械化試驗示范基地，N33.698°、E115.141°）進行，氣候?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候，海拔41.5 m。土質(zhì)屬粘壤土，土壤肥力均勻中上等，排灌設(shè)施齊全。當年6—9月平均氣溫27.1℃，比常年增加1.7℃，降雨量148.7 mm，比常年增加23.7 mm，日照時數(shù)171.4 h，比常年減少9 h。前茬作物小麥，產(chǎn)量7500 kg/hm2，

1.3 試驗設(shè)計

小區(qū)設(shè)置采用隨機排列法，不設(shè)重復(fù)，每個品種一個小區(qū)，小區(qū)面積3333m2，每臺參試收割機均收獲每個小區(qū)面積的1/3，共21個作業(yè)單元，每個作業(yè)單元選取代表性的3個點進行數(shù)據(jù)調(diào)查，共取得63個樣本點數(shù)據(jù)。6月1日用兩行玉米播種機鐵茬播種，行距60cm，密度54000株/hm2，種肥同播施基肥西洋復(fù)合肥40kg(N:P:K=28:10:7)。6月2日澆蒙頭水，其它管理措施同當?shù)卮筇锼健?月24日收獲。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 收獲前含水率 在3種機型對應(yīng)的每個品種收獲區(qū)域隨機選取5穗，及時手工脫粒，用PM-8188谷物水分儀測量含水率。

1.4.2 籽粒損失率 在收獲后的地塊上隨機選取3個點，每個點1m2，揀取落籽和落穗，落穗脫粒后，連同落籽稱重，取得1m2籽粒損失質(zhì)量(WL)，按式(1)計算籽粒損失率(SL)。

式中，WL為1m2的籽粒重量，WZ為1 hm2的籽粒重量。

1.4.3 雜質(zhì)率 從接糧口接取約不少于2 kg的混合籽粒，從中選出雜質(zhì)，分別稱出混合籽粒質(zhì)量(WH)及雜質(zhì)質(zhì)量(WZZ)，按式(2)計算籽粒含雜率(ZL)。

1.4.4 破碎率 從接糧口接取約不少于2 kg的樣品，揀出機器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒，分別稱出破損籽粒質(zhì)量(WP)及樣品籽?？傎|(zhì)量(WY)，按式(3)計算籽粒破碎率(PL)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS Statistics 22.0系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試玉米品種的基本特征與籽粒破碎率、損失率、含雜率的關(guān)系

2.1.1 參試玉米品種的基本特征 從表2看出：7個參試品種中，株高、穗位高、葉片數(shù)3個特征均是‘先玉1550’最高或最多，分別為291 cm、113 cm、20個，均是‘豐德存玉10號’最低或最少，分別為239 cm、81 cm、18.56個，7個品種這3個特征間最高或最低分別相差52cm、32cm、1.44個；實際密度‘豐德存玉13號’最高52875株/hm2，‘鄭單 5176’最低 37410 株/hm2，相差 15465株/hm2；穗粒數(shù)‘鄭單5176’最高599個/穗‘，鄭單5179’最低512個/穗，相差87個/穗；收獲前含水率鄭單958最高26.69%‘，豐德存玉10號’最低24.47%，相差2.22%；千粒重‘鄭單 5176’最高 344.29 g，‘豫單 9953’最低266.60 g，相差 77.69 g；產(chǎn)量‘豐德存玉 13號’最高9219.30 kg/hm2，‘鄭單 5179’最低 6015.90 kg/hm2。參試品種的株高、穗位高、葉片數(shù)、實際密度、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量7個基本特征存在顯著差異，只有收獲前含水率不存在顯著差異。

表2 參試品種的基本特征差異

2.1.2 玉米籽粒破碎率、損失率、雜質(zhì)率與參試品種的各基本特征的相關(guān)關(guān)系 從表3看出，本試驗條件下破碎率與收獲前含水率呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.753，與穗粒數(shù)呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.435，與株高、密度、單產(chǎn)均呈不顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.021、0.002、0.053，與生育期、穗位高、葉片數(shù)、千粒重均呈不顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.675、-0.134、-0.028、-0.034。說明玉米的基本特征中穗粒數(shù)能顯著影響籽粒破碎率，穗粒數(shù)越多破碎率越大，其它特征對破碎率沒有顯著影響。

表3 玉米籽粒破碎率、損失率、雜質(zhì)率與參試品種各基本特征的相關(guān)關(guān)系

籽粒損失率與生育期、密度、單產(chǎn)呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.757、-0.526、-0.523，與株高、葉片數(shù)、收獲前含水率、千粒重均呈不顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.055、0.124、0.224、0.182，與穗位高、穗粒數(shù)呈不顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.016、-0.132。說明生育期、密度、單產(chǎn)能顯著影響籽粒損失率，生育期越長、密度越大、單產(chǎn)越高，損失率就越小，其它特征對損失率沒有顯著影響。

雜質(zhì)率與穗位高呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.415，與葉片數(shù)、穗粒數(shù)、收獲前含水率、千粒重、單產(chǎn)呈不顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.151、0.159、0.024、0.409、0.077，與生育期、株高、密度呈不顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.025、-0.014、-0.2。說明穗位高能顯著影響籽粒雜質(zhì)率，穗位越高雜質(zhì)率越大，其它特征對雜質(zhì)率不產(chǎn)生顯著影響。

綜上，在8項不同基因型玉米品種的基本特征中，株高、穗位高、葉片數(shù)、密度、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量7項特征都存在顯著差異，且穗位高、密度、穗粒數(shù)、單產(chǎn)對玉米籽粒收獲質(zhì)量產(chǎn)生影響；雖然品種間收獲前含水率不存在顯著差異，但從相關(guān)分析可以看出它會對破碎率產(chǎn)生極顯著影響，對損失率、雜質(zhì)率影響不大。

2.2 玉米籽粒收獲前含水率對收獲質(zhì)量（破碎率、損失率、含雜率）的影響

2.2.1 不同收割機機型收獲前含水率、破碎率、損失率、含雜率的差異 從（表4）看出，3種不同類型收割機所對應(yīng)收獲參試玉米品種的收獲前含水率存在極顯著差異。收獲前含水率最大的樣點是谷王4LZ-7B收獲的鄭單958為32.9%，最小的是福田4LZ-8E收獲的豐德存10號為20.33%；平均值范圍在23.65%～27.08%之間，相差14.5%；谷王4LZ-7B收獲的含水率平均值最高，雷沃4LZ-8E2次之，福田4LZ-8E最低，收獲前含水率極值變化幅度分別為43%、45%、31%。

表4 不同機型收割機籽粒收獲前含水率、破碎率、損失率、含雜率差異、極值和變化幅度 %

破碎率存在極顯著差異。破碎率最大的樣點是雷沃4LZ-8E2收獲的‘鄭單5176’為8.90%，最小的是福田4LZ-8E收獲的‘鄭單958’為0.50%，平均值范圍為2.89%～5.19%，相差79.58%；谷王4LZ-7B破碎率平均值最高，雷沃4LZ-8E2次之，福田4LZ-8E破碎率最低，破碎率極值變化幅度分別為709%、940%、310%；超過5%的國家標準(GB/T 21962—2008)的樣點有20個，占總樣點的31.75%，其中福田4LZ-8E(5%)、谷王4LZ-7B(55%)、雷沃4LZ-8E2(40%)。

損失率存在顯著差異。損失率最大的樣點是福田4LZ-8E收獲的‘鄭單5179’為1.82%，最小的是福田4LZ-8E收獲的‘鄭單9953’為0.08%，平均值范圍在0.36%～0.68%，相差88.89%；谷王4LZ-7B損失率平均值最高，雷沃4LZ-8E2次之，福田4LZ-8E最低，損失率變化幅度分別為：338%、2175%、1744%。所有樣點損失率數(shù)值和平均值均低于5%的國家標準。

雜質(zhì)率不存在顯著差異。雜質(zhì)率最大的樣點是谷王4LZ-7B收獲的‘鄭單958’為4.3%，最小的是福田4LZ-8E收獲的‘鄭單958’為0.1%，平均值范圍為1.22%～1.36%，相差11.48%；雷沃4LZ-8E2雜質(zhì)率平均值最大，福田4LZ-8E和谷王4LZ-7B次之，雜質(zhì)率變化幅度分別為400%、3300%、2050%；超過3%國家標準的樣點有3個，占總樣點的4.76%，其中谷王4LZ-7B(66.67%)、福田4LZ-8E(33.33%)，雷沃4LZ-8E2收獲的樣點都不超過3%。

從試驗取得的63個樣點數(shù)據(jù)看，收獲前含水率在一定范圍變化時，3種不同類型的收割機的破碎率、損失率、雜質(zhì)率都呈現(xiàn)出不同程度的變化幅度；破碎率、損失率、雜質(zhì)率最低值都不是出現(xiàn)在收獲前含水率的最低時，最高值都不是出現(xiàn)在收獲前含水率的最低時，這與柴宗文等[12]的研究結(jié)論一致，這也進一步說明當籽粒含水率低于或高于一定值時，含水率不能解釋籽粒破碎率、損失率、雜質(zhì)率升高或降低的原因。不同類型收割機，因其滾筒轉(zhuǎn)速、凹板間隙、振動篩孔大小和清選風(fēng)機風(fēng)力大小等機械參數(shù)不同在收獲時會產(chǎn)生不同的收獲質(zhì)量；即使同一臺玉米聯(lián)合收割機在收割作業(yè)時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)行走速度、喂入量也有隨時變化，還有玉米的品種、長勢狀況、地形條件、機手操作熟練程度等因素，也是影響收獲質(zhì)量和變化幅度存在的原因[13]。

2.2.2 玉米籽粒收獲前含水率與破碎率、損失率、含雜率的相關(guān)分析（表5）收獲前含水率與破碎率呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.753(P=0.00)，與損失率、雜質(zhì)率均呈不顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.224(P=0.078)、0.024(P=0.49)。破碎率與損失率呈不顯著正相關(guān)，與雜質(zhì)率呈不顯著負相關(guān)，損失率與雜質(zhì)率呈不顯著正相關(guān)。說明收獲前含水率是影響破碎率的主要因素，并不顯著影響損失率和雜質(zhì)率，破碎率、損失率、雜質(zhì)率三者沒有顯著的相互影響和關(guān)聯(lián)性，這和柴宗文[12]、夏來坤[14]、尚賞等[15]研究的不完全一致。

2.3 不同收割機機型收獲前含水率與破碎率、損失率、含雜率的回歸分析

收獲前含水率(X)與破碎率(PL)進行回歸分析（圖1），得出3種型號收割機的線性回歸方程(4)～(6)。

圖1 不同機型收獲前含水率與破碎率的關(guān)系

破碎率與收獲前含水率都存在線性正相關(guān)，當破碎率要求低于國家標準5%時，3種收割機適宜的收獲前含水率應(yīng)分別不高于26.51%、26.95%、36.41%。說明不同類型的玉米籽粒收割機破碎率都隨收獲前含水率的增加而增大，這和前人研究的相一致。在破碎率要求一定數(shù)值區(qū)間的情況下，不同類型的收割機對玉米收獲前含水率適應(yīng)性存在差別。

收獲前含水率(X)與損失率(SL)進行回歸分析（圖2），3種類型的收割機的線性回歸方程(7)～(9)。

圖2 不同機型收獲前含水率與籽粒損失率的關(guān)系

谷王4LZ-7B、雷沃4LZ-8E2的損失率與收獲前含水率存在線性正相關(guān)，損失率隨收獲前含水率增加而增大，福田4LZ-8E的損失率與收獲前含水率存在線性負相關(guān)，損失率隨收獲前含水率增加而減小。3種機型的損失率平均值均在(0.68±0.33)%以下，明顯低于5%的國家標準。說明不同類型收割機的損失率不都隨收獲前含水率的增加而增大。

圖3 不同機型收獲前含水率與雜質(zhì)率的關(guān)系

收獲前含水率(X)與雜質(zhì)率(ZL)進行回歸分析（圖3），3種類型收割機的線性回歸方程(10)～(12)。

福田4LZ-8E、雷沃4LZ-8E2的雜質(zhì)率與收獲前含水率存在線性正相關(guān)，雜質(zhì)率隨收獲前含水率增加而增大，谷王4LZ-7B雜質(zhì)率與收獲前含水率存在線性負相關(guān)，損失率隨收獲前含水率的增加而減小。3種機型的雜質(zhì)率平均值均在(1.36±0.60)%以下，低于3%的國家標準。說明不是所有類型收割機的雜質(zhì)率都隨收獲前含水率的增加而增大。

玉米籽粒收獲時，在國標(GB/T 21962—2008)要求收獲前含水率不高于25%的情況下，福田4LZ-8E的破碎率、損失率、雜質(zhì)率分別為4.05%、0.23%、1.4%，谷王4LZ-7B的分別為4.14%、0.68%、1.12%，雷沃4LZ-8E2分別為3.06%、0.50%、1.21%，破碎率為、損失率、雜質(zhì)率都能達到5%、5%、3%的國家標準。

3 結(jié)論與討論

前人很多研究表明，玉米品種特性能顯著影響收獲質(zhì)量[16-18]。了解籽粒機收品種的特定農(nóng)藝性狀關(guān)系，獲得可直接籽粒收獲的各項突出指標，選擇早熟、適合機械收獲的品種，最大限度地確保高產(chǎn)栽培與機械收割技術(shù)二者的有機統(tǒng)一[19-20]。本研究，各參試品種間的株高、穗位高、葉片數(shù)、實際密度、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量7個基本特征存在顯著差異，穗位高、密度、穗粒數(shù)、單產(chǎn)分別對玉米籽粒破碎率、損失率、雜質(zhì)率產(chǎn)生顯著影響，雖然品種間收獲前含水率不存在顯著差異，但會對破碎率產(chǎn)生極顯著影響，對損失率、雜質(zhì)率影響不大。

收獲前含水率是評價玉米籽粒收獲的重要指標[15]。3種類型收割機作業(yè)的收獲前含水率與破碎率呈極顯著正相關(guān)，與損失率、雜質(zhì)率均呈不顯著正相關(guān)。收獲前含水率是影響破碎率的主要因素，并不顯著影響損失率和雜質(zhì)率，破碎率、損失率、雜質(zhì)率三者沒有顯著的相互影響和關(guān)聯(lián)性。福田4LZ-8E、谷王4LZ-7B、雷沃4LZ-8E2作業(yè)的的破碎率平均值分別為：(2.89±1.04)%、(5.19±1.65)%、(4.69±1.84)%，之間存在極顯著差異(F=12.78、P=0.000≤0.01)，損失率平均值分別為：(0.36±0.37)%、(0.68±0.33)%、(0.46±0.38)%，之間存在顯著差異(F=4.04、P=0.023≤0.023)，雜質(zhì)率平均值分別為；(1.22±0.77)%、(1.22±1.05)%、(1.36±0.60)%，之間差異不顯著(F=0.203、P=0.817≥0.05)。

通過回歸分析，得出3種類型收割機收的獲前含水率分別與破碎率、損失率、雜質(zhì)率線性回歸方程，破碎率：PL福田=-11.7+0.63x 、PL谷王=-6.86+0.44x、PL雷沃=-1.19+0.17x，損失率：SL福田=1.73-0.06x、SL谷王=-0.57+0.05x、SL雷沃=-1.73E-3+0.02x，雜質(zhì)率：ZL福田=0.87+0.01x、ZL谷王=2.9-0.06x、ZL雷沃=-0.79+0.08x?？梢钥闯觯翰煌愋偷挠衩鬃蚜Ｊ崭顧C破碎率都隨收獲前含水率的增加而增大，損失率和雜質(zhì)率不都是隨收獲前含水率的增加而增大，說明不同類型收割機作業(yè)質(zhì)量的差異主要體現(xiàn)在收獲前含水率對破碎率的影響上。

在本試驗條件下，收獲前含水率在不高于國標(GB/T 21962—2008)要求的25%的情況下，3種類型的收割機的破碎率、損失率、雜質(zhì)率都能達到5%、5%、3%的國家標準；在國標要求破碎率不大于5%時，3種類型收割機福田4LZ-8E、谷王4LZ-7B、雷沃4LZ-8E2適宜的收獲前含水率分別不應(yīng)高于26.51%、26.95%、36.41%，平均值為29.96%，在此含水率水平下，損失率、雜質(zhì)率也不會高于國家標準，也即是說在收獲前含水率不高于30%情況下，收割機作業(yè)質(zhì)量都能保證達到國家標準。當然，不同類型收割機，因其滾筒轉(zhuǎn)速、凹板間隙、振動篩孔大小和清選風(fēng)機風(fēng)力大小等機械參數(shù)不同在收獲時會產(chǎn)生不同的收獲質(zhì)量；即使同一臺玉米聯(lián)合收割機在收割作業(yè)時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)行走速度、喂入量也有隨時變化，還有玉米的品種、栽培措施、長勢狀況、地形條件、機手操作熟練程度等因素，也是影響收獲質(zhì)量和變化幅度存在的原因[13,21]。所以機手在作業(yè)之前，要綜合考慮玉米的長勢、含水率大小、地形情況等因素，調(diào)試收割機各主要部件達到合理指標，選擇合適的收割速度或喂入量，才能達到最佳的收割質(zhì)量。