隴東旱塬密植高產(chǎn)機(jī)械粒收玉米新品種篩選與評價(jià)

續(xù)創(chuàng)業(yè) 張建軍 周 剛 張鎧鵬 朱曉惠 王甲璽黨翼趙剛王磊李尚中樊廷錄

（1平?jīng)鍪修r(nóng)業(yè)科學(xué)院，744000，甘肅平?jīng)觯?甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，730070，甘肅蘭州）

玉米是甘肅省第一大糧食作物，播種面積和總產(chǎn)量分別占全省的38%和50%。其中2021年隴東旱塬玉米播種面積達(dá)28.7萬hm2（430萬余畝），總產(chǎn)量達(dá)133萬t，此區(qū)域仍然作為確保甘肅省糧食安全和飼料糧安全的“壓艙石”。機(jī)械收獲是破解我國玉米高成本和低效益的關(guān)鍵[1]，籽粒直收正在成為玉米機(jī)械收獲的發(fā)展方向[2]。當(dāng)前甘肅省玉米收獲方式以機(jī)械穗收為主，收穗后還要人工進(jìn)行果穗剝皮、脫粒、晾曬和籽粒再晾曬等環(huán)節(jié)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、耗能且成本高，若遇連陰雨天氣易發(fā)生霉變，降低玉米品質(zhì)[3-4]。近年來，玉米機(jī)械粒收技術(shù)在國內(nèi)外迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了玉米籽粒田間直收，節(jié)省了收穗后再脫粒過程，節(jié)本增效[5-6]。但是，籽粒直收技術(shù)對玉米品種提出了更高要求，隴東旱塬區(qū)目前種植的品種仍然以高稈、大穗和稀植型為主，且生育期長、抗倒伏能力差、籽粒灌漿后期脫水速率慢，玉米收獲前（生理成熟后約20d，含水量＞30%）籽粒水分含量高和機(jī)收質(zhì)量差等問題已成為玉米籽粒機(jī)械直收技術(shù)的瓶頸。玉米機(jī)械粒收技術(shù)處于領(lǐng)先水平的美國，其目前廣泛推廣種植的機(jī)械粒收品種大多具有株型緊湊、耐密植、抗倒伏、生育期短、籽粒脫水速率快和收獲時(shí)含水率低等突出特點(diǎn)，尤其是收獲時(shí)籽粒含水率一般可下降至15%～20%[7-8]。因此，篩選中早熟、耐密、抗倒伏和籽粒脫水快的品種是機(jī)械粒收技術(shù)推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本研究主要針對隴東旱塬區(qū)開展適宜機(jī)械粒收玉米新品種的篩選，通過測試不同品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、收獲期含水率等指標(biāo)，并結(jié)合機(jī)械粒收作業(yè)的質(zhì)量指標(biāo)評價(jià)，篩選出適宜隴東旱塬區(qū)機(jī)械粒收的玉米新品種，為區(qū)域機(jī)械粒收技術(shù)的大面積推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019-2021年在甘肅省平?jīng)鍪袥艽h平?jīng)鲛r(nóng)業(yè)科學(xué)院高平試驗(yàn)站（107°49′39″E，35°28′81″N）進(jìn)行，土壤為發(fā)育良好的覆蓋黑壚土，多年平均降水量583.5mm，年降雨量的60%以上主要集中在7-9月，季節(jié)和年際間降水分配不均，年蒸發(fā)量1384mm，年均氣溫9.3℃，無霜期172d，海拔1320m，500mm降雨量保證率為58.2%，無灌溉條件，為暖溫帶半濕潤偏旱大陸性季風(fēng)氣候，屬典型旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用間比法排列，以國內(nèi)表現(xiàn)較好和當(dāng)?shù)刂髟缘挠衩灼贩N為供試材料。采用大區(qū)種植，每個(gè)品種種植面積0.2hm2，全膜雙壟溝播種植，地膜為普通白色聚乙烯地膜，厚度0.01mm，幅寬1.1m，每幅2行，株距24.2cm，行距55.0cm，保苗7.5×104株/hm2。土壤肥力中等偏上，試驗(yàn)開始前0～20cm土層有機(jī)質(zhì)14.0g/kg、堿解氮67.8mg/kg、速效磷18.4mg/kg、速效鉀144mg/kg。不同年份參試品種、播種及收獲日期、收獲機(jī)械等見表1。氮肥為聚氨酯包膜控釋尿素（N 45%，釋放期＞60d，初始釋放率小于10%），用量225kg/hm2，由安徽茂施農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)。磷肥為過磷酸鈣（含P2O516%），用量750kg/hm2，氮、磷肥均結(jié)合播前整地覆膜一次性基施，整個(gè)生育期不再追施氮肥。其他田間管理措施同一般高產(chǎn)田。

表1 試驗(yàn)品種及栽培管理Table 1 Experiment varieties and cultivation management 月-日month-day

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 產(chǎn)量 收獲前選擇長勢均勻一致處作為采樣區(qū)，調(diào)查10m行長的株數(shù)，計(jì)算收獲株數(shù)，并按2整行（除去邊行株）逐株取30株測產(chǎn)，脫粒后用PM-8188-A谷物水分測定儀（上海冠唯儀器有限公司）測定含水率，重復(fù)3次，取其平均值，然后換算成標(biāo)準(zhǔn)含水量（14%）下的產(chǎn)量。另每小區(qū)取10株調(diào)查穗行數(shù)和行粒數(shù)，計(jì)算穗粒數(shù)和百粒重。

1.3.2 機(jī)械粒收質(zhì)量評價(jià)指標(biāo) 對每個(gè)參試品種分別進(jìn)行機(jī)械粒收并測定籽粒含水率和破碎率等指標(biāo)。參考柴宗文等[9]的方法，在測試地塊隨機(jī)取各品種收割地塊機(jī)倉內(nèi)籽粒樣品約2kg，手工分揀，將其分為籽粒和非籽粒兩部分，籽粒部分稱重后記為KW1，非籽粒部分稱重后記為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重，完整粒重量記為KW2，破碎粒重量記為BKW，計(jì)算籽粒破碎率和雜質(zhì)率，重復(fù)3次。雜質(zhì)率（%）=[NKW/(KW1+NKW)]×100；籽粒破碎率（%）=[BKW/(KW2+BKW)]×100。

1.3.3 機(jī)收損失率 收獲后每個(gè)品種在測試地塊隨機(jī)選取3個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)取10m長、1個(gè)割幅寬（4行玉米）面積為樣區(qū)，收集樣區(qū)內(nèi)所有的落穗和落粒，并分別稱其籽粒重，按照樣區(qū)面積計(jì)算單位面積的落穗重和落粒重，計(jì)算總產(chǎn)量損失率。

產(chǎn)量損失率（%）=[（單位面積田間落粒粒重+單位面積田間落穗粒重）/單位面積產(chǎn)量]×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、表格制作和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份參試品種粒收質(zhì)量總體評價(jià)

玉米機(jī)械粒收質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)主要包括破碎率、雜質(zhì)率和田間損失率，《玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件（GB/T 21962-2008）》中規(guī)定：籽粒破碎率≤5%，雜質(zhì)率≤3%，田間損失率≤5%。從隴東旱塬連續(xù)3年不同品種粒收質(zhì)量結(jié)果（表2）可知，2019、2020和2021年收獲期平均含水率分別為25.2%、18.5%和15.6%，3年平均含水量為19.8%；破碎率分別為2.10%、4.11%和4.45%，3年平均破碎率為3.55%；雜質(zhì)率分別為0.56%、0.76%和0.21%，3年平均雜質(zhì)率為0.51%；總損失率分別為0.36%、0.79%和6.52%，3年平均總損失率為2.47%。除2021年平均總損失率高于國家標(biāo)準(zhǔn)外，其余年份籽粒破碎率和雜質(zhì)率整體上低于國家標(biāo)準(zhǔn)，符合機(jī)械粒收技術(shù)的參數(shù)要求。但品種間存在明顯差異，同一年份各參試品種間含水率變幅較大，3年籽粒含水率最大相差分別為7.2%、10.6%和5.2%。但品種間粒收質(zhì)量指標(biāo)差異較大，尤其不同年份間表現(xiàn)更突出。其中2019年平均破碎率為2.10%，品種MC703破碎率最大，為2.90%，聯(lián)創(chuàng)825最小，為1.47%，極差為1.43%；平均雜質(zhì)率為0.56%，品種九圣禾2468雜質(zhì)率最大，為1.00%，聯(lián)創(chuàng)825最小，為0.33%，極差為0.67%。2020年平均破碎率為4.11%，品種瑞普909破碎率最大，為8.23%，KWS9384最小，為2.06%，極差為6.17%；平均雜質(zhì)率為0.76%，品種科河699雜質(zhì)率最大，為1.88%，陜單650最小，為0.36%，極差為1.52%。2021年平均破碎率為4.45%，聯(lián)創(chuàng)825破碎率最大，為6.39%，陜單650最小，為2.60%，極差為3.79%；平均雜質(zhì)率為0.21%。這與隴東旱塬10-11月光照條件好且熱量資源充足有關(guān)。其中2019-2021年10-11月＞0℃積溫分別為472.3℃、466.5℃和364.4℃，有利于玉米站稈晾曬脫水。根據(jù)研究[10]，玉米籽粒脫水慢且收獲時(shí)籽粒含水率過高的品種都不適合機(jī)械粒收。因此，篩選單產(chǎn)水平高、產(chǎn)量穩(wěn)定性好、脫水快和籽粒含水率低的品種是機(jī)械粒收技術(shù)推廣的關(guān)鍵。

表2 玉米機(jī)械粒收質(zhì)量評價(jià)Table 2 Evaluation of mechanical grain yield quality of maize %

2.2 不同年份參試品種籽粒產(chǎn)量與收獲期籽粒含水率的變化

根據(jù)玉米產(chǎn)量水平和收獲時(shí)籽粒含水率指標(biāo)，采用雙向平均作圖法[10]將參試品種劃分為4類，即Ⅰ象限的品種具有高產(chǎn)和收獲期含水率高的特點(diǎn)；Ⅱ象限的品種具有高產(chǎn)和收獲期含水率低的特點(diǎn)；Ⅲ象限的品種具有產(chǎn)量和收獲期含水率均低的特點(diǎn)；Ⅳ象限的品種具有產(chǎn)量低和收獲期含水率高的特點(diǎn)。適合機(jī)械粒收品種要具有高產(chǎn)和低收獲期含水率的特點(diǎn)，即位于Ⅱ象限的品種。從3年結(jié)果（圖1）來看，以參試品種的平均產(chǎn)量和收獲期含水率為對照，2019年MC703、陜單650和先玉335具有高產(chǎn)和收獲期含水率低的特點(diǎn)；2020年MC703、瑞普909、迪卡519和先玉335具有高產(chǎn)和收獲期含水率低的特點(diǎn)；2021年為MC703、聯(lián)創(chuàng)825、迪卡519和先玉335具有高產(chǎn)和收獲期含水率低的特點(diǎn)。綜合來看，MC703、迪卡519、先玉335具有高產(chǎn)和收獲期含水率低的特點(diǎn)，為適宜機(jī)械粒收品種。

圖1 產(chǎn)量和籽粒含水率雙向平均值圖Fig.1 Bidirectional mean plot of yield and grain moisture content

2.3 不同年份參試品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化

表3顯示，參試品種在2019、2020和2021年平均產(chǎn)量分別為14424.0、14 295.0和14 737.5kg/hm2。但品種間產(chǎn)量存在明顯差異，2019年產(chǎn)量最高的品種為先玉335，最低的品種為瑞普909，產(chǎn)量極差為3826.5kg/hm2，高于平均產(chǎn)量的品種為MC703、陜單650、聯(lián)創(chuàng)825、九圣禾2468和先玉335；2020年產(chǎn)量最高的品種為九圣禾2468，最低的品種為科河699，產(chǎn)量極差為4992.0kg/hm2，高于平均產(chǎn)量的品種為MC703、瑞普909、九圣禾2468、迪卡519和先玉335；2021年產(chǎn)量最高的品種為聯(lián)創(chuàng)825，產(chǎn)量最低的品種為KWS9384，產(chǎn)量極差為3699.0kg/hm2，高于平均產(chǎn)量的品種為MC703、陜單650、聯(lián)創(chuàng)825、迪卡519和先玉335。從產(chǎn)量構(gòu)成來看，產(chǎn)量高于平均產(chǎn)量的品種均具有較高的穗粒數(shù)和百粒重，2019年穗粒數(shù)變幅為601.9～709.3，百粒重為 32.6～37.5g；2020 年穗粒數(shù)變幅為 602.7～690.1，百粒重為 38.0～47.8g；2021年穗粒數(shù)變幅為646.4～722.6，百粒重為38.2～46.1g。因此，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素變化與產(chǎn)量和收獲期籽粒含水率雙向平均作圖法所選的適宜粒收品種結(jié)果一致。

表3 玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 3 Yield and its components of maize

2.4 玉米生理成熟后籽粒含水率的變化

不同品種生理成熟后籽粒含水率隨時(shí)間推移呈顯著下降趨勢（圖2）。生理成熟后天數(shù)與含水率呈線性顯著相關(guān)變化關(guān)系，方程為y=-0.9438x+46.442（R2=0.9833），含水率日均降低0.9438%，以玉米粒收國家標(biāo)準(zhǔn)含水量25.0%計(jì)算，玉米生理成熟后適宜收獲天數(shù)為22.7d。

圖2 籽粒含水率與生理成熟后的變化關(guān)系Fig.2 Relationship between grain moisture content and changes after physiological maturity

2.5 收獲期籽粒含水率與籽粒破碎率變化的關(guān)系

收獲期籽粒含水率是影響機(jī)械粒收質(zhì)量的關(guān)鍵。籽粒破碎率隨收獲期含水率增加而提高，機(jī)收籽粒破碎率（y）與籽粒水分（x）呈二次曲線關(guān)系（圖 3），y=0.0132x2-0.3673x+3.7487（R2=0.419**，n=97），當(dāng)含水率下降到13.9%時(shí)，籽粒破碎率最低，為1.20%。當(dāng)籽粒水分降低到25.0%和20.0%時(shí)，籽粒破碎率依次降低到2.82%和1.68%。因此，籽粒含水率＜25.0%可作為隴東旱塬玉米機(jī)械粒收的適宜含水率。

圖3 籽粒含水率與籽粒破碎率變化的關(guān)系Fig.3 Relationship of grain moisture content and grain broken rate

2.6 玉米不同收獲方式的經(jīng)濟(jì)效益分析

甘肅省玉米收獲為人工收獲、機(jī)械收穗和機(jī)械粒收3種方式并存，由于生產(chǎn)條件等制約，當(dāng)前玉米收獲還是以人工收獲為主。由表4可知，雇用人工收獲玉米的成本最高，主要包括掰穗、割稈、拉運(yùn)、脫粒、晾曬和秸稈移除等，投入5700元/hm2，機(jī)械穗收投入3900元/hm2，機(jī)械粒收投入2100元/hm2，相比于機(jī)械穗收和人工收獲，機(jī)械粒收依次節(jié)省成本1800和3600元/hm2。即有雇工需求（人工投入計(jì)入成本）情況下，采用機(jī)械收獲（機(jī)械穗收和機(jī)械粒收）是首選，而針對當(dāng)前農(nóng)村勞動(dòng)力短缺的實(shí)際，選擇玉米籽粒機(jī)械直收是一項(xiàng)節(jié)省工序、省時(shí)省力、節(jié)本增效且適應(yīng)玉米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需要的收獲方式。

表4 不同收獲方式經(jīng)濟(jì)效益分析Table 4 Analysis of economic benefits of different harvesting methods 元/hm2yuan/hm2

3 討論

隴東旱塬玉米生理成熟期一般在9月下旬至10月上旬，此時(shí)期降雨相對較多，近30年9月下旬（27.4mm）和10月上旬（16.0mm）降雨量占全年平均（514.4mm）降水量的5.3%和3.1%，土壤和空氣濕度大，籽粒脫水速率慢，致使收獲期籽粒含水率偏高成為限制玉米機(jī)械粒收技術(shù)推廣的瓶頸。因此，選育和篩選籽粒脫水速率快的品種是解決這一問題的關(guān)鍵。單產(chǎn)水平是品種產(chǎn)量潛力、抗病性和抗逆能力的綜合表現(xiàn)[11]。本研究采用收獲期含水率和單產(chǎn)水平2個(gè)指標(biāo)，采用雙向平均作圖法對供試品種進(jìn)行分析，篩選出單產(chǎn)水平高、收獲期籽粒含水率低的品種為MC703、迪卡519和先玉335，產(chǎn)量變幅分別為14 727.0～15 780.0、15 529.5～15 411.0 和 15 168.0～16 026.0 kg/hm2，平均產(chǎn)量較參試品種產(chǎn)量平均值分別提高6.5%、6.8%和9.3%；且產(chǎn)量構(gòu)成較好，穗粒數(shù)變幅分別為 602.7～671.8、690.1～722.6 和 601.9～658.7；百粒重分別為 32.6～45.2、38.0～40.8和37.5～42.8g。此外，與傳統(tǒng)人工收獲和機(jī)械穗收相比，機(jī)械粒收節(jié)省成本3600和1800元/hm2，是一項(xiàng)省工省時(shí)省力、節(jié)本增效且適應(yīng)玉米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需要的玉米收獲方式。此外，與傳統(tǒng)人工收獲和機(jī)械穗收相比，機(jī)械粒收玉米后期站稈脫水期間對品種的抗倒性能、抗莖腐病及穗腐病、落穗性等性狀提出了更高的要求，因此，還需要對品種后期的抗倒性、抗病性和落穗性等進(jìn)一步鑒定。

含水率高不僅易造成籽粒破碎，而且增加烘干成本和安全貯藏難度，已成為一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)性狀。已有研究[2,4]表明，玉米機(jī)械粒收技術(shù)的推廣受品種、種植技術(shù)、收獲機(jī)械及其作業(yè)水平、烘干及收貯運(yùn)銷等一系列因素影響。適宜粒收玉米品種的篩選是機(jī)械粒收技術(shù)推廣的重要環(huán)節(jié)[2]。收獲時(shí)含水率偏高導(dǎo)致機(jī)收質(zhì)量變劣是目前制約我國玉米機(jī)械粒收技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素[12]。玉米籽粒破碎率最低時(shí)的籽粒含水率處于18%～23%[13-14]。本研究結(jié)果顯示，玉米生理成熟后22.7d為適宜收獲期，此時(shí)含水率能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的含水率＜25.0%的技術(shù)參數(shù)，同時(shí)籽粒破碎率＜5%、雜質(zhì)率＜3%及總損失率＜5%。本研究連續(xù)3年不同收獲期結(jié)果表明，2019年10月19日收獲參試品種籽粒平均含水率為25.2%，2020年11月19日收獲籽粒平均含水率為18.5%；2021年11月26日收獲籽粒平均含水率為15.6%，且收獲期含水率為25.0%、20.0%和13.9%時(shí)相應(yīng)的籽粒破碎率依次分別為2.82%、1.68%和1.20%，收獲質(zhì)量明顯改善。原因是隴東旱塬區(qū)進(jìn)入10月下旬以后，光照條件好、熱量資源充足，非常有利于站稈晾曬，通過延遲收獲，可使籽粒含水率下降至適宜機(jī)械粒收水平，進(jìn)而提高粒收質(zhì)量。同時(shí)，機(jī)械粒收可降低人工收獲及晾曬成本。因此。推薦含水率＜25.0%作為隴東旱塬適宜粒收的籽粒含水率。

4 結(jié)論

推薦籽粒收獲期含水率（＜25.0%）低、耐破碎性好和單產(chǎn)水平高的MC703、迪卡519和先玉335作為隴東旱塬區(qū)適宜籽粒機(jī)械直收品種。隴東旱塬區(qū)適當(dāng)延遲收獲時(shí)間可有效降低含水率，是一項(xiàng)省工省時(shí)省力、節(jié)本增效、綠色環(huán)保的玉米收獲方式。進(jìn)一步篩選生理成熟后脫水速率快、收獲時(shí)含水率低且后期站稈性能好的品種，規(guī)范宜機(jī)械粒收栽培技術(shù)以及收獲機(jī)操作規(guī)程，并適期收獲是改善收獲質(zhì)量的主攻方向。