黃淮海區(qū)域玉米從穗收到籽粒直收制約因素和前景展望

馬景周，劉經緯，汪 亮，朱利萍，王 蕊，張瑞平，馬曉紅

（1.新鄉(xiāng)市職業(yè)教育中心，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)市農業(yè)科學院，河南 新鄉(xiāng) 453000；3.北京聯(lián)創(chuàng)種業(yè)有限公司，河南 鄭州 450000；4.獲嘉縣農業(yè)局，河南 獲嘉 453800）

玉米是一種重要的糧食作物和經濟作物，不僅在畜牧業(yè)、漁業(yè)等養(yǎng)殖業(yè)中作為主要的飼料來源，也是化工、食品、醫(yī)藥等領域必需的工業(yè)原料，處于非常重要的地位［1-2］。玉米在我國種植廣泛，從黑龍江省黑河起，向南直到海南三亞，從東南沿海起，一直到西北邊陲，均有玉米的種植。據農業(yè)農村部統(tǒng)計數據顯示，2021年，我國玉米種植面積為4 267萬hm2。目前，我國玉米的種植面積和總產量略低于美國，在全世界排第2位。黃淮海區(qū)域作為我國糧食主產區(qū)之一，也是我國最大的夏玉米集中產區(qū)，傳統(tǒng)的玉米穗收方式，不僅人力成本高，而且果穗晾曬、儲運困難，夏季連綿陰雨時易腐爛、霉變發(fā)芽，給農民帶來不必要的損失。因此，推進機械化收獲對于黃淮海區(qū)域玉米產業(yè)的發(fā)展至關重要。

未來機械收獲發(fā)展的趨勢是將籽粒直接收獲歸倉。但是，當前玉米生產全程機械化收獲尚是中國實現機械收獲的瓶頸［3-5］。近年來，國家推行了一系列強農惠農政策，使得我國玉米機械化收獲得到了快速發(fā)展，2019年全國玉米收獲機械保有量為36.4萬臺，玉米機收率達70%以上，比2011年增長36.4%［6-7］?，F有的玉米收獲機類型主要包括穗收型、莖穗兼收型和籽收型［8-9］。目前我國玉米收獲機以穗收型為主，玉米籽粒機收率比較低。盡管籽粒收獲機能夠一次性實現玉米的摘穗、脫粒、分離、清選作業(yè)，極大地縮短了收獲周期，提高了作業(yè)效率，但由于存在籽粒損失多、含雜率高等問題［10］，嚴重降低玉米籽粒機收的質量和產量，限制了其發(fā)展。因此，分析玉米從穗收到粒收的制約因素，尋找合適的解決方式，對于推進玉米籽粒收獲的發(fā)展，提高我國玉米機械化耕作水平有著重要意義。

1 玉米從穗收到籽粒直收的制約因素

1.1 品種的制約因素

近年來，玉米生產方式發(fā)生了巨大變化，逐步由人工收獲過渡到機械穗收，再到粒收，相應地對玉米品種也提出了一定的要求。玉米籽粒直收通常要求玉米為早熟，起碼是中早熟的硬粒型品種，并且為矮稈型、耐密性好，后期秸稈能堅挺抗倒伏。對果穗和籽粒的要求是，穗位整齊一致，苞葉疏松，籽粒能快速脫水。然而，目前，黃淮海區(qū)域種植的玉米品種絕大部分達不到籽粒直收的要求，主要表現在以下幾個方面。

1.1.1 含水率高 玉米籽粒直收，含水率在22%～25%時效果最好［2，11］。黃淮海地區(qū)是我國夏玉米主產區(qū)，主體種植模式為冬小麥—夏玉米一年兩熟制［12］。玉米種植時間一般在6月上旬，整個生長期3個多月，9月20日左右開始收獲，此時玉米含水量在33%左右。有研究顯示，籽粒含水率與機收籽粒破碎率呈顯著正相關，含水率越大，籽粒破碎率越高［13-17］。籽粒破碎率高，是制約我國玉米機械粒收快速發(fā)展的最主要的質量問題［5］。黃淮海區(qū)域夏玉米的種植模式和現種植的玉米品種，使得籽粒含水率偏高，導致機械收獲脫粒過程中籽粒破碎率偏高，達8.5%以上，無法滿足籽粒直收破碎率≤5%的要求，造成產量損失。因此，不少育種工作者都在嘗試培育新的硬粒型玉米，現已育成的硬粒型玉米有粒收1號等［18］。邱軍等［19］研究表明，河南地區(qū)的一些早熟脫水快的品種，如豐德存玉13、新單58、迪卡517、東方紅119等，基本符合籽粒機收對性狀的要求。

1.1.2 抗倒伏能力不強 我國目前種植的玉米植株高大，穗位偏高，在熟期前后的抗倒伏能力普遍較弱，因此，容易發(fā)生倒伏現象，包括根倒和莖折。根倒和莖折同時出現的情況多發(fā)生在生理成熟前期，之后多以莖折為主［20-21］。倒伏導致玉米行距錯位或匍匐在地面，雖對人工收獲沒有實質性的影響，但后期倒伏導致的穗位降低或落穗會對機械收獲造成一定的障礙，影響機械收獲質量和收獲效率［21-22］。倒伏對玉米產量造成的損失主要表現為落穗率增加，薛軍等［22］認為，倒伏每增加1%，落穗率增加0.15%。對黃淮海夏玉米來說，倒伏造成的落穗損失要高于北方和西北春玉米，但玉米倒伏并不是機械粒收時落穗損失的全部原因，田間落穗損失還受其他因素的影響。

1.1.3 脫水速度較慢 玉米的脫水速度不是指玉米成熟時的水分含量，而是指玉米籽粒成熟即黑層出現之后的脫水速度?；蛐褪怯绊懯斋@時籽粒含水量的決定因素，玉米籽粒脫水速度主要由基因型決定，不同基因型間脫水速度差異極顯著。過去以人工收獲和晾曬為主，脫水速度沒有引起育種家的重視，也未被列入育種目標。因此，我國自育的主栽品種多數脫水速度偏慢，不能滿足機械化收獲的要求。隨著機械化收獲的發(fā)展，玉米機收也逐漸普及，玉米品種脫水速度逐漸成為育種的核心指標之一，越來越受到育種家的重視。研究表明，從株型上看，籽粒脫水速度與植株高度呈顯著負相關，與穗位高度呈正相關，也就是說，矮株和高穗位有助于果穗的快速脫水。從穗部性狀來看，穗粗和軸粗與籽粒脫水速度呈顯著負相關，較少的穗行數、較小的果穗和較小的籽粒有利于籽粒脫水，植株果穗與莖稈夾角也與籽粒脫水速度呈正相關［23-25］。從果穗苞葉性狀來看，苞葉厚度、苞葉層數是影響籽粒脫水速度的重要因素，籽粒脫水速度與果皮厚度呈負相關，疏松或者短的苞葉、含水量低的苞葉等有利于加快籽粒脫水速度［25-27］。這些研究都為粒收型玉米的育種工作提供了有力的工作基礎。

1.1.4 種植密度彈性小 黃淮海玉米種植以小麥和玉米一年兩熟輪作種植模式為主，熱量資源相對不足，留給玉米的全生育期只有120 d，生育期長的品種產量相對較高，但缺乏充足的時間降低玉米水分，而生育期短的品種產量相對較低。但是熟期大幅提早造成的單株產量損失，可以通過增加種植密度，來保證籽粒產量，從而實現宜粒收玉米品種高產穩(wěn)產。因此，耐密性也就成為宜粒收玉米品種的另一重要性狀［27］。種植密度加大，必然會伴隨人工收獲勞動時間、強度和成本的增加，不太容易被農民接受。但隨著機械化籽粒收獲的逐步實現，這些問題將被消除。有研究顯示，種植密度也是影響機械化籽粒收獲的一個因素。前期田間研究結果表明，植株呈塔型、株高2.50～2.70 m、密度67 500～82 500株/hm2的品種更適合玉米籽粒直收。卜俊周等［28］研究表明，在玉米種植密度相同的條件下，配置60 cm行距較配置65 cm行距機械粒收損失率小，收獲效率高。

1.2 玉米機收設備的制約因素

目前，我國玉米機收以果穗收獲為主，后續(xù)需要脫粒、晾曬，二次用工成本仍然較高；受季節(jié)影響，易遭風、雨等自然天氣侵蝕而造成減產［29］。玉米較低的機械化收獲率，影響了我國玉米種植的收益，制約了玉米的市場競爭力。目前，玉米籽粒直收的推廣應用，除玉米品種的制約外，還面臨著很多條件的限制。

1.2.1 適宜玉米粒收機械種類及購買成本的限制

一些發(fā)達國家，如美國、德國等，已有幾十年的玉米機械化收獲歷史，對玉米收獲機的研究較多，玉米收獲機生產制造技術已經成熟［29］。我國玉米機械化起步晚，自20世紀70年代我國首臺玉米收獲機4YW-2型牽引式臥輥玉米摘穗機自行研制成功以來，我國玉米收獲機械技術在不斷創(chuàng)新。但是，與發(fā)達國家相比，我國在玉米收獲機械理論研究和產品開發(fā)與功能設計、推廣應用等方面還有很大差距［29-30］，目前用于籽粒直收的收獲機種類還比較少。此外，當前大多數玉米收獲機械價格偏高，而玉米機械作業(yè)時間短且集中，導致作業(yè)使用成本高，經營戶收益偏低，延長了農戶回收機械成本的周期。如遇陰雨連綿，極易出現玉米收獲機不能進地作業(yè)，對本來就利用率低、閑置時間長的玉米收獲機來說，更是雪上加霜，從而影響了農民購機作業(yè)的積極性。

1.2.2 種植制度和地塊對農機的限制 黃淮海地區(qū)農村地域廣，不同地區(qū)氣候、水文存在差異，受這些因素的影響，不同地方種植制度也有所不同，有選擇機種的，也有選擇手工勞作的。玉米種植方式不同，導致株距、行距等不易統(tǒng)一［31-32］。在小麥、玉米一年兩熟制區(qū)域，“收麥種秋”和“收秋種麥”是最繁忙的季節(jié)，農民傳統(tǒng)的“見籽不顧苗”觀念，使得玉米種的晚收的早，水分含量高，不利于玉米的籽粒直收［33］。不同農戶在選擇玉米品種方面也存在差異，玉米品種不同，熟期也不一致。這些因素都給機械收獲帶來一定的困難，影響機械的工作效率，導致目前市場上銷售的玉米收獲機不能很好適應當地玉米種植的農藝要求，為企業(yè)研發(fā)適應性較強的農機帶來了難度，不利于玉米機械化收獲。

除此之外，農機手素質也影響著機械的使用效率，玉米籽粒收獲機的整機性能發(fā)揮受農機手操作水平、專業(yè)知識和對機具保養(yǎng)與維護的影響［34］，因此，加大對農機手的培訓力度，提高農機手的綜合素質，降低機械故障率，對于玉米籽粒直收機的推廣應用也有著重要意義。

1.2.3 土地經營模式的限制 目前，黃淮海地區(qū)仍然實行聯(lián)產承包制，田塊分散至一家一戶，地塊不連片，缺乏種植大戶和家庭農場，使得土地不能規(guī)?；洜I，影響機具作業(yè)效率［34-35］。尤其是家庭人口少的農戶，土地面積也小，大型粒收機械無法進地，不能充分發(fā)揮作用，而單行玉米收獲機等小型機械的收獲行數少，效率偏低，機具需要在田間往復行走，易壓實耕地［36］。這些因素都制約著農業(yè)機械化的進一步發(fā)展。

2 玉米籽粒直收的應用前景展望

隨著農業(yè)基礎地位的不斷凸顯，經過一代又一代農業(yè)科技工作者的接續(xù)奮斗，一些宜機收品種的選育、收獲時籽粒破碎率高的產業(yè)技術難題已被攻克。一些灌漿速率高、成熟期脫水快、收獲時含水率低的適合籽粒粒收的玉米新品種已審定通過。玉米機收已逐漸用于生產上，利用機械一次性完成玉米果穗的采摘和剝皮，并可以直接脫粒、清選，將玉米秸稈切割還田，最大程度地節(jié)約勞動力，省去了晾曬，減少了因下雨產生的霉變［37］。玉米機械籽粒收獲高效生產技術已被列為“2020中國農業(yè)農村重大新技術新產品新裝備”［38］，這對推動玉米機械粒收的快速發(fā)展起著重要作用。

2019年9月，農業(yè)農村部等部門聯(lián)合發(fā)布《關于實施家庭農場培育計劃的指導意見》，扶持規(guī)模適度的農戶、家庭農場穩(wěn)定流轉土地，整合土地資源、改善基礎設施、提高經營能力，農村土地得到充分利用。特別是一些適應黃淮海玉米種植區(qū)的專用聯(lián)合收獲機投入使用，大大縮短了玉米收獲時間，玉米生產正向規(guī)模化、集約化方向發(fā)展。從病蟲害防治到專用聯(lián)合收獲機械的綜合解決方案，實現了育種目標和生產方式的變革。截至2020年，我國玉米籽粒機收新品種推廣面積已從“十二五”末的零星起步，發(fā)展到140多萬hm2。玉米籽粒直收顯而易見的優(yōu)勢使得農民的接受程度越來越高，因此，玉米從穗收到粒收，是未來農業(yè)發(fā)展的必然，籽粒直收具有廣闊的應用前景。