玉米籽粒脫水及機(jī)收籽粒研究進(jìn)展

劉興舟，李 猛，張 建，陳瑞佶，付 華，馬桂美，周言虎，莊小林

（1宿州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，安徽宿州 234000；2泗縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，安徽宿州 234000）

0 引言

玉米總產(chǎn)量已穩(wěn)居世界糧食作物之首，中國作為世界第二大玉米生產(chǎn)國，玉米總產(chǎn)量占全球玉米產(chǎn)量的20%以上，主要產(chǎn)品為玉米籽粒[1]。2020年，隨著新冠疫情不斷蔓延，國際糧食貿(mào)易形勢不斷變化，糧食緊缺趨勢不斷加強(qiáng)，對中國糧食生產(chǎn)效率提出了新的要求。如何提高玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化率，特別是籽粒機(jī)收水平是中國玉米機(jī)械化收獲的發(fā)展方向[2-3]，與歐美國家不同，中國玉米產(chǎn)區(qū)氣候條件多樣，差異明顯，同時(shí)玉米籽粒機(jī)收關(guān)鍵技術(shù)研究不足，嚴(yán)重制約籽粒機(jī)收技術(shù)的推廣和應(yīng)用，目前中國玉米籽粒機(jī)收比例尚不足10%[3-4]。限制籽粒機(jī)收技術(shù)在中國推廣應(yīng)用的原因較為復(fù)雜，籽粒機(jī)收質(zhì)量不佳、破碎率偏高是其中的重要因素之一，而籽粒含水率偏高是導(dǎo)致中國籽粒機(jī)收質(zhì)量不佳的主要因素，含水率與破碎率、雜質(zhì)率及機(jī)收損失率之間均呈極顯著正相關(guān)[5-8]，籽粒含水率為18%～23%時(shí)破碎率最低[9-10]。當(dāng)前中國玉米收獲期籽粒含水率通常在22%～40%，玉米籽粒機(jī)收平均籽粒破碎率高達(dá)8.63%，高于國家標(biāo)準(zhǔn)“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”(GB/T 21961—2008)的要求[5]。相同籽粒含水率下品種耐破碎性存在明顯差異[11]。前人研究表明，玉米籽粒含水量降低分為2 個(gè)階段，第一階段發(fā)生于籽粒灌漿到乳熟期，屬于發(fā)育失水；第二階段由籽粒蠟熟期至收獲期，主要通過籽粒表面蒸發(fā)作用進(jìn)行水分散失[12]。玉米籽粒脫水速率受籽粒灌漿速度和果穗農(nóng)藝性狀、生態(tài)氣候因素和栽培措施等因素影響[13]。后期籽粒脫水速度減緩，霉變粒時(shí)有發(fā)生[5,14-15]。收獲時(shí)高籽粒含水量適宜黃曲霉、鐮孢菌等真菌生存，增大堆積晾曬儲藏過程中霉變粒發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生黃曲霉毒素、嘔吐毒素等污染，影響玉米營養(yǎng)品質(zhì)和糧食安全，危害人畜健康[16-17]，前人研究多數(shù)集中在生理生化、籽粒含水率、籽粒破碎率等方面分析玉米籽粒機(jī)收存在的問題和研究方向。為此，本研究從品種、播期、水肥管理、收獲等多個(gè)方面總結(jié)分析了國內(nèi)外有關(guān)研究，從品種差異、農(nóng)藝措施、生態(tài)因素等方面進(jìn)行分析，以期探索中國籽粒機(jī)收進(jìn)一步研究方向，為進(jìn)一步創(chuàng)新玉米籽粒機(jī)收栽培技術(shù)措施、配套農(nóng)機(jī)具研制、保障玉米產(chǎn)品質(zhì)量安全和推進(jìn)玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 品種差異對籽粒脫水的影響

品種的科學(xué)選擇是解決收獲期玉米籽粒含水率高的首要途徑。自20世紀(jì)80年代以來，為了獲得更高的單產(chǎn)，中國玉米品種選育目標(biāo)曾為稀植大穗，注重單株產(chǎn)量潛力、大果穗、晚熟等性狀，對早熟、收獲期籽粒含水率低、耐密植等性狀重視不足，玉米收獲時(shí)，籽粒含水率普遍在30%～40%[5,7]。近10年來，育種思路轉(zhuǎn)變，育種家更加注重早熟、耐密植、收獲期低籽粒含水率等性狀，收獲期籽粒含水率平均為26.83%[5]。有研究表明，不同品種間籽粒含水率及成熟后的脫水速率存在顯著差異[18-20]，主要影響因素有熟期、籽粒類型、籽粒物質(zhì)構(gòu)成等[21-23]，苞葉和果穗性狀也會顯著影響籽粒脫水速率[23-24]。苞葉薄短、穗粒數(shù)少、籽粒小、硬粒等穗部特征有利于籽粒脫水[25]。早晚熟品種通過合理搭配，可延長玉米播種和籽粒機(jī)收作業(yè)時(shí)間，提高農(nóng)機(jī)裝備利用效率和生產(chǎn)效益[26]。不同雜種優(yōu)勢群自交系籽粒脫水速率存在差異，授粉后40天籽粒脫水速率依次是瑞德群>蘭卡斯特群>旅大紅骨群>混合群>P群>唐四平頭群[27]。

2 農(nóng)藝措施差異對籽粒脫水的影響

2.1 播種收獲時(shí)間對籽粒脫水的影響

前人研究表明，適度提前播種可能造成一定產(chǎn)量損失，主要由于出苗不良，但在高緯度地區(qū)可避免秋季早霜影響，可促進(jìn)玉米成熟脫水，降低籽粒烘干成本[28-29]，但黃淮海區(qū)域提前播種，夏玉米花期遭遇高溫?zé)岷Φ母怕首畲骩30]，且粗縮病發(fā)生較重[31]，西南區(qū)和東華北區(qū)域播種窗口期偏短，提前播種受限。適度延遲播種對于籽粒營養(yǎng)品質(zhì)影響不顯著，但產(chǎn)量會顯著降低，且籽粒后期脫水較難[32-33]。

前人研究多認(rèn)為玉米籽粒乳線消失，出現(xiàn)黑胚層為最佳收獲期，此時(shí)籽粒含水率在20%～40%，且籽粒干重最大[34-36]，人們一般認(rèn)為籽粒含水率在28%以下時(shí)收獲，可滿足糧食烘干收儲企業(yè)的要求[5]。延緩收獲不同品種玉米的含水率顯著降低，但其變化率存在差異。延緩收獲使落粒率顯著下降。延緩進(jìn)行籽粒收獲后，籽粒含雜率均低于國標(biāo)要求；而平均籽粒破碎率達(dá)13.23%，高于國標(biāo)要求[30]。玉米生理成熟后，田間站稈晾曬是國外對于籽粒機(jī)收的有效措施之一，其對籽粒重并無顯著影響[37-39]。

2.2 種植密度及模式對籽粒脫水的影響

種植密度對籽粒脫水的影響說法不一，有研究表明，較高的種植密度會增加植株高度，延遲成熟期[40]。但多數(shù)試驗(yàn)證明，隨種植密度增加，機(jī)收籽粒時(shí)籽粒含水率、破碎率和雜質(zhì)率均呈降低趨勢，但高密度下腐籽率顯著增加，種植密度、基因型顯著影響籽粒機(jī)收質(zhì)量,基因型的影響大于種植密度[41]。玉米在寬行距下不同種植密度的產(chǎn)量均優(yōu)于窄行距，但籽粒含水率恰恰相反[42-43]。隨著行距的減小，玉米籽粒產(chǎn)量增加，且籽粒脫水速率隨種植密度的增加略有增加[44]。

此外，寬窄行栽培[45]、一穴多株[46]、間作套種[47-48]以及合理選擇行向[49-50]等栽培措施均可改善灌漿期田間小氣候，提高光熱資源利用效率，可促進(jìn)灌漿期籽粒脫水。

2.3 肥水管理對籽粒脫水的影響

前人研究證明，養(yǎng)分缺乏將延遲玉米成熟時(shí)間[51],但合理控制氮素供給可促進(jìn)植株成熟，加快后期籽粒脫水速率[52]。增加氮肥可提高玉米籽粒產(chǎn)量，但會延遲玉米成熟期及成熟時(shí)籽粒含水量[53]，過量氮肥也會延遲玉米成熟[54]。施用過磷酸鈣的玉米生理成熟期要早于其他類型磷肥[55]，分層施磷可延遲玉米葉片衰老，有助于提高籽粒產(chǎn)量[56]。施用鉀肥可加速玉米成熟，顯著增加籽粒產(chǎn)量[57]，通過根際合理配施鉀肥，可有效降低寒地玉米收獲時(shí)籽粒水分[58]，生育中期葉面噴施適宜濃度的鉀肥，可加快玉米生理成熟[53]。

玉米籽粒成熟過程中干物質(zhì)和水分兩者共同影響籽粒含水率的變化[54]，生理成熟前為生理脫水階段，脫水速率主要受籽粒發(fā)育控制。干物質(zhì)運(yùn)輸和積累是籽粒水分損失的主要驅(qū)動力[41]，籽粒含水量與籽粒灌漿速率和持續(xù)期密切相關(guān)，籽粒含水率下降速度受干物質(zhì)積累速率的影響[55]。適時(shí)適度水分調(diào)虧，可抑制玉米植株高度，提高籽粒灌漿效率，促進(jìn)作物生長、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)[56-57]。拔節(jié)期至灌漿期多次灌溉，成熟期不進(jìn)行灌溉，保持適度水分虧缺可實(shí)現(xiàn)制種玉米節(jié)水高產(chǎn)[58]。

2.4 其他農(nóng)藝措施對籽粒脫水的影響

除上述農(nóng)藝措施外，還有植物生長調(diào)節(jié)劑和生育后期物理調(diào)控等農(nóng)藝措施可對籽粒脫水產(chǎn)生影響。生育后期噴施適宜濃度的ABA或乙烯利，可提升籽粒脫水速度[59-60]。在嚴(yán)重干旱條件下，低種植密度噴灑乙烯利后玉米產(chǎn)量下降，而在高種植密度條件下恰恰相反[61]。剪葉、去頂?shù)绒r(nóng)藝措施可以減少植株綠葉面積，加速籽粒脫水[62-63]。特別在較高種植密度條件下，吐絲期適度剪葉可以延遲玉米葉片衰老，增加籽粒千粒重，提高單產(chǎn)[64]。適當(dāng)減少苞葉層數(shù)，有利于籽粒生育后期脫水[65-66]。

3 生態(tài)因素對籽粒脫水的影響

生理成熟后為自然脫水階段，主要受生態(tài)因素特別是田間自然環(huán)境等的影響[67]。在東華北區(qū)域玉米機(jī)械化籽粒冬收技術(shù)應(yīng)用較多，相比于生理成熟后立即收獲，通過田間自然脫水，可減少破碎率和收獲損失，提高玉米品質(zhì)[68]。隨玉米籽粒含水量降低，自然落粒率隨之增加，當(dāng)含水量降至25%以下時(shí)，自然落粒率迅速增加至10%[69]。生理成熟后10 天華北地區(qū)春玉米籽粒含水率可下降至28%，下降到25%的概率為50%[70-71]，如華北地區(qū)麥玉輪作利用品種更新增加10天左右空窗期，則有利于進(jìn)行籽粒機(jī)收。

4 展望

綜上，針對玉米群體生產(chǎn)、資源高效等方面國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究，取得了階段性的成果，但由于中國玉米種植區(qū)氣候條件多樣，生態(tài)類型復(fù)雜，不同地區(qū)玉米品種籽粒脫水特征差異明顯。導(dǎo)致目前生產(chǎn)上農(nóng)戶多數(shù)仍以穗收作為主要的玉米機(jī)械化收獲方式，收獲后通過晾曬和烘干進(jìn)行籽粒脫水，制約了玉米籽粒機(jī)收的推廣應(yīng)用。

針對這些問題，首先需要組織跨生態(tài)區(qū)域聯(lián)合攻關(guān)，加強(qiáng)籽粒脫水機(jī)制研究，明確不同類型玉米籽粒脫水的遺傳差異和不同生態(tài)區(qū)影響收獲期籽粒含水率的主要限制因素，開展農(nóng)藝措施調(diào)控玉米籽粒快速脫水的研究，從源頭理清實(shí)現(xiàn)玉米籽?？焖倜撍闹饕緩?。

其次根據(jù)各生態(tài)區(qū)域的不同生態(tài)環(huán)境條件、生產(chǎn)特點(diǎn)和機(jī)械化水平，開展針對性的適宜機(jī)收、籽粒脫水快的玉米新品種選育工作，并對配套栽培技術(shù)與種植模式進(jìn)行研究，因地制宜地開展玉米籽粒水分高效調(diào)控理論與技術(shù)研究。如在東華北春播玉米區(qū)可借鑒歐美早熟密植品種模式，選擇早熟、成熟期籽粒含水量較低的品種，借此延長籽粒脫水時(shí)間，通過增加種植密度保證單產(chǎn)增加，推進(jìn)區(qū)域機(jī)械粒收技術(shù)的應(yīng)用。在西北玉米區(qū)，土地集中，機(jī)械化程度高，適宜通過選育和選用早熟、脫水快的耐密植高產(chǎn)品種，不同熟期品種搭配種植，降低籽粒含水率，并借此延長收割機(jī)作業(yè)期，實(shí)現(xiàn)玉米高質(zhì)量機(jī)械粒收大面積應(yīng)用。在黃淮海區(qū)域，對于南部熱量資源充足的區(qū)域，可以引導(dǎo)農(nóng)民改變種植習(xí)慣，玉米適宜晚收，促進(jìn)玉米籽粒后期熟后脫水，而在黃淮海區(qū)域，目前品種收獲時(shí)籽粒含水率難以降低到28%以下，如何協(xié)調(diào)熱量資源配置，培育和選用早熟品種，是實(shí)現(xiàn)玉米籽粒機(jī)收的關(guān)鍵因素。西南地區(qū)地形復(fù)雜，因海拔不同形成了多種差異明顯的生態(tài)類型，可選擇集中連片種植的平地、淺丘地區(qū)，開展玉米機(jī)械粒收技術(shù)試驗(yàn)示范和推廣。

同時(shí)，由于目前生產(chǎn)實(shí)踐上化學(xué)調(diào)控催熟劑等的應(yīng)用，今后針對玉米植物生長調(diào)節(jié)劑技術(shù)的研發(fā)，應(yīng)開展從調(diào)節(jié)劑或其復(fù)配劑的篩選及其施用技術(shù)研究，不同生態(tài)區(qū)化學(xué)調(diào)控促籽粒脫水效果等方面開展研究。并最終從玉米產(chǎn)量、生理生化特性、籽粒含水率、籽粒破損率等方面評價(jià)不同農(nóng)藝措施的調(diào)控效果，明確其促進(jìn)籽粒脫水的機(jī)理。此外，應(yīng)開展配套輕簡化農(nóng)機(jī)裝備的研制，農(nóng)藝農(nóng)機(jī)深度融合，進(jìn)而加快玉米機(jī)械化籽粒直收技術(shù)推廣，實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。