川中丘陵區(qū)夏播機(jī)收玉米生產(chǎn)面臨的問(wèn)題及育種對(duì)策

杜 林，馬孝玲，趙后娟 ，李紅梅，何立群，李曉葉，李 燕，唐海濤*

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，成都 610066；2.云南省景洪市種子管理站，云南 景洪 666100；3.云南省西雙版納州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，云南 西雙版納 666100)

玉米是我國(guó)播種面積和產(chǎn)量均位居第1的主要農(nóng)作物。2019年我國(guó)玉米播種面積突破4×107hm2，其中四川省玉米播種面積達(dá)1.84×106hm2，排名第8。四川作為生豬養(yǎng)殖和釀酒生產(chǎn)大省，對(duì)飼用玉米和工業(yè)玉米的需求量巨大。在玉米供需平衡方面，四川省玉米每年供需缺口基本在3～4×106t左右，供需缺口較大，每年需從“三北”地區(qū)購(gòu)進(jìn)大量玉米用以滿(mǎn)足需求[1]。在玉米消費(fèi)方面，飼料用量占比最大，一直保持在玉米消費(fèi)總量的60%以上。另外四川省是我國(guó)重要的基酒生產(chǎn)大省，需要大量的優(yōu)質(zhì)玉米作為釀酒發(fā)酵原料。近年來(lái)，四川省玉米工業(yè)消費(fèi)量占比快速上升，從10年前的6%上升至近30%，且一直處于上升趨勢(shì)。

2020年末四川省常住人口8367.5萬(wàn)人，常住人口城鎮(zhèn)化率56.73%，比2010年提高16.55%。面對(duì)鄉(xiāng)村農(nóng)耕人員急劇減少，勞動(dòng)力越加匱乏，勞動(dòng)成本提高，隨之新生起各種農(nóng)業(yè)種植公司、生產(chǎn)合作社及家庭農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入規(guī)?；潭仍鰪?qiáng)，這對(duì)本區(qū)大面積夏播玉米品種生產(chǎn)及全程機(jī)械化收獲要求更高加明確。當(dāng)前四川省整體玉米機(jī)械化生產(chǎn)基礎(chǔ)薄弱，機(jī)械化水平較低。通過(guò)對(duì)川中丘陵地區(qū)夏播機(jī)收玉米限制因子和增產(chǎn)途徑的分析，有利于提升該區(qū)夏播玉米生產(chǎn)的機(jī)械化水平、玉米產(chǎn)量和效益，致使川中丘陵區(qū)玉米的可持續(xù)發(fā)展。文章針對(duì)川中丘陵區(qū)復(fù)雜多變的氣候環(huán)境和特殊的地理?xiàng)l件，分析了川中丘陵區(qū)夏播機(jī)收玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出了本區(qū)玉米育種目標(biāo)。玉米產(chǎn)量品質(zhì)的提升可從2個(gè)方面思考，一是針對(duì)當(dāng)?shù)刈匀粴夂颉⒌乩硗临|(zhì)、耕作制度、經(jīng)濟(jì)需求等條件，通過(guò)遺傳改良培育出適宜當(dāng)?shù)靥厥庖蟮膬?yōu)良雜交玉米新品種，以達(dá)到增產(chǎn)增質(zhì)的目的。二是通過(guò)不斷提高栽培管理水平，確保品種的生產(chǎn)潛力得到最大程度的發(fā)揮。

1 面臨的突出問(wèn)題

1.1 惡劣氣候環(huán)境與土質(zhì)導(dǎo)致玉米產(chǎn)量下降

川中丘陵區(qū)夏播玉米面臨的惡劣氣候環(huán)境等非生物逆境脅迫對(duì)玉米生產(chǎn)的影響程度遠(yuǎn)大于生物脅迫。反復(fù)無(wú)常的氣候變化迫使本區(qū)玉米難以發(fā)揮出自身潛在優(yōu)勢(shì)，爆發(fā)嚴(yán)重災(zāi)害可致使作物絕收。因降水時(shí)空分布不均和光輻射減少造成的陰雨寡照、高溫多濕已成為玉米降質(zhì)減產(chǎn)的隱性災(zāi)害之一，災(zāi)害嚴(yán)重年份玉米可減產(chǎn)30%以上[2]。玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期缺水時(shí)，會(huì)出現(xiàn)花期不協(xié)調(diào)，影響玉米授粉，甚至?xí)?dǎo)致雄穗與雌穗不能成功孕育。最終導(dǎo)致玉米產(chǎn)量大幅度下降[3]。因此，影響川中丘陵區(qū)夏播玉米生長(zhǎng)的主要?dú)夂驗(yàn)?zāi)害以干旱、寡照、后期綿雨、低溫為主。據(jù)2006年相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，四川、重慶等省市因旱受災(zāi)面積高達(dá)3.38×106hm2，其中絕收面積7.21×105hm2。經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)192.6億元，其中農(nóng)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)81.3%[4]。另外丘陵區(qū)土質(zhì)因素也是制約玉米產(chǎn)量提升的重要原因之一，存在土壤瘠薄、有機(jī)質(zhì)含量低、保水保肥能力差、有效磷鉀供給缺乏等[5]。

1.2 病蟲(chóng)害爆發(fā)日趨嚴(yán)重

四川丘陵區(qū)常年發(fā)生的玉米病蟲(chóng)害種類(lèi)約占我國(guó)玉米病蟲(chóng)害55%以上，且年年不同[6]。近年受極端天氣的影響，玉米病害、蟲(chóng)害的種類(lèi)以及危害程度不斷增加，對(duì)玉米生產(chǎn)的威脅僅次于自然災(zāi)害，是影響玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一。川中丘陵區(qū)玉米病害主要有小斑病、大班病、銹病、彎孢菌葉斑病等葉部病害，穗腐病、絲黑穗病等穗部病害，以及紋枯病、莖腐病等莖部病害。蟲(chóng)害主要有蚜蟲(chóng)、地老虎、紅蜘蛛、玉米螟、椿象等。其中小斑病、紋枯病普遍發(fā)生在3級(jí)以上，少數(shù)雜交組合達(dá)5～7級(jí)[7]。穗腐病近幾年普遍發(fā)生，并有上升趨勢(shì)，發(fā)病率嚴(yán)重時(shí)可高達(dá) 72.48%，病穗率達(dá) 100%，該病不僅使玉米產(chǎn)量直接減產(chǎn)，還嚴(yán)重降低了玉米品質(zhì)[8]。本區(qū)玉米苗期的危害最顯著是彎刺黑蝽且有加重趨勢(shì)，致使心葉畸形、皺縮、卷曲、矮化[9]，發(fā)病率高達(dá)30%。玉米螟蟲(chóng)對(duì)第二代的為害株率在5%～10%，在川中丘陵夏播玉米區(qū)普遍發(fā)生。

1.3 適宜品種極度缺乏

適宜川中丘陵區(qū)夏播的機(jī)收品種極度缺乏。根據(jù)中國(guó)種業(yè)大數(shù)據(jù)2016年統(tǒng)計(jì)，四川省推廣面積2.67×104hm2以上有“中單808”“荃玉9號(hào)”“成單30”“正紅505”“正紅311”等品種，均是適宜在四川盆地丘陵、平壩種植的春播中晚熟、半緊湊、高桿型稀植品種?？追怖诘热擞赱10]2017～2019年在四川省中江縣對(duì)28個(gè)玉米品種、98個(gè)品次夏玉米機(jī)械粒收品種篩選試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,四川夏玉米機(jī)械粒收存在的主要問(wèn)題是玉米籽粒破碎率和落穗損失率高。機(jī)械粒收籽粒破碎率均為5.63%,落穗損失率均為4.12%,籽粒總損失率均為4.76%,雜質(zhì)率均為2.39%,其中落穗損失占籽?？倱p失的86.55%。這些品種多與川中丘陵區(qū)夏播機(jī)收玉米品種要求的耐密植、中低桿緊湊型、穗位低、早熟及收獲時(shí)籽粒破碎率、掉穗率低等目標(biāo)性狀有較大差距，說(shuō)明本區(qū)適宜品種極度缺乏。

1.4 適宜農(nóng)機(jī)具研發(fā)薄弱

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年四川省玉米機(jī)耕的機(jī)械化率為60.34%，機(jī)播的機(jī)械化率為2.56%，機(jī)收的機(jī)械化率為0.36%[11],與全國(guó)玉米平均機(jī)械化使用標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。其中機(jī)耕程度在川中丘陵區(qū)較高，但多數(shù)在連片大面積或田塊綜合條件不錯(cuò)的農(nóng)業(yè)大戶(hù)中進(jìn)行機(jī)耕。因農(nóng)機(jī)性能設(shè)計(jì)欠缺，長(zhǎng)年僅用旋耕方式進(jìn)行土地耕作，導(dǎo)致土壤旋耕層變淺、土壤明顯板結(jié)緊實(shí)，部分地塊嚴(yán)重板結(jié)的發(fā)生、耕層土壤深度顯著減少。地塊較小時(shí)則采用單一的手扶式旋耕機(jī)作業(yè)，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率還低。川中丘陵區(qū)夏播玉米機(jī)播尚處于起步階段。當(dāng)前其機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單作業(yè)范圍窄，播種效果不理想，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)播種，常出現(xiàn)播種不均勻、漏播、重播、出苗率低以及苗勢(shì)不均的現(xiàn)象。玉米機(jī)械籽粒直收是轉(zhuǎn)變玉米生產(chǎn)方式的主要方法，也是川中丘陵夏播玉米機(jī)械化生產(chǎn)的重點(diǎn)發(fā)展方向。當(dāng)前川中丘陵區(qū)玉米穗收仍然以人工收獲為主，但收獲時(shí)勞動(dòng)力不足、成本較高效益低、陰雨收獲緊張，導(dǎo)致本區(qū)玉米生產(chǎn)難以提升比較效益[12]。機(jī)械收獲籽粒是川中丘陵夏播玉米機(jī)械化生產(chǎn)中普及率最低的環(huán)節(jié)。近年來(lái)，川中丘陵夏播玉米區(qū)的一些專(zhuān)業(yè)農(nóng)業(yè)種植公司、農(nóng)機(jī)服務(wù)社從北方、黃淮海等地引進(jìn)玉米收獲機(jī)，逐步擴(kuò)大機(jī)收籽粒作業(yè)范圍。這些北方引進(jìn)的籽粒收獲機(jī)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小，抓取莖稈的能力強(qiáng)、摘穗效果較好。但在收獲成熟度較高的果穗時(shí)存在輥?zhàn)右桌p草、收獲質(zhì)量差、果穗損失嚴(yán)重的問(wèn)題[13]。同時(shí)，還存在本地適應(yīng)性差、動(dòng)力與功能匹配不當(dāng)，同時(shí)，適宜北方較大地塊的的玉米收獲機(jī)，在川中丘陵區(qū)作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)機(jī)型體積大，轉(zhuǎn)移不方便的問(wèn)題。而轉(zhuǎn)移方便的機(jī)型動(dòng)力偏小，功能不全。

2 川中丘陵區(qū)夏播玉米的育種對(duì)策

當(dāng)前川中丘陵區(qū)夏播機(jī)收玉米育種的目標(biāo)，是在高產(chǎn)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化適宜機(jī)械化粒收的特征特性。如中低桿、緊湊型、雄穗小花粉量足、穗軸細(xì)但質(zhì)地堅(jiān)硬不易碎、籽粒大小適中但容重較高破碎率低、根系發(fā)達(dá)、莖稈堅(jiān)韌等。品種選育過(guò)程中，應(yīng)盡可能地多地集中優(yōu)良性狀,最大限度地通過(guò)提高品種自身優(yōu)勢(shì)，增加適應(yīng)性，使玉米生產(chǎn)潛力達(dá)到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)與機(jī)收相融合的目標(biāo)。

2.1 針對(duì)抗逆性目標(biāo)選育

土壤條件差、干旱、寡照、綿雨、高溫多濕是脅迫本區(qū)玉米生長(zhǎng)的主要?dú)夂虿焕蜃?，這些因素使玉米生長(zhǎng)環(huán)境很難滿(mǎn)足其對(duì)水、溫、光、肥的需求。其中土層淺薄松散，保水保肥性差、缺磷缺氮等是限制玉米生長(zhǎng)的突出問(wèn)題之一。其次，干旱是限制川中丘陵區(qū)玉米單產(chǎn)長(zhǎng)期徘徊在3000～4050kg/hm2主要?dú)庀笠蛩?。本區(qū)春、夏、伏旱時(shí)有發(fā)生,出現(xiàn)頻率分別是60%、71%、69%,嚴(yán)重干旱年分別占26%、23%、48%[14]。因此增強(qiáng)玉米抵抗自然災(zāi)害的能力。同時(shí)還需要對(duì)現(xiàn)有玉米基因雜交育種的研究進(jìn)行深化，讓玉米基因之中的抗逆性因素可以得到全面的改善。

2.2 主要病蟲(chóng)害抗性育種目標(biāo)

四川病蟲(chóng)害種類(lèi)多，包括大斑病、小斑病、彎孢菌葉斑病、穗腐病、絲黑穗病、莖腐病、紋枯病等病害，以及玉米螟、地老虎、蚜蟲(chóng)、紅蜘蛛、椿象等蟲(chóng)害。其中玉米紋枯病、穗粒腐病、莖腐病和地老虎、蚜蟲(chóng)、玉米螟是影響川中丘陵區(qū)玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要病蟲(chóng)害類(lèi)型。育種過(guò)程中，要研究病蟲(chóng)害爆發(fā)原因和規(guī)律，加強(qiáng)對(duì)育種材料的針對(duì)性改良。

2.3 機(jī)收品種選育目標(biāo)

據(jù)研究表明，夏玉米較春玉米相比在性狀表達(dá)上需要許多性狀進(jìn)行優(yōu)化。因夏季光照和積溫變化，夏玉米光合作用率提高，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)至生殖生長(zhǎng)階段的時(shí)間均較春玉米快，其中全生育期平均提前18.6d。同時(shí)，夏玉米株高、穗位高和穗位系數(shù)較春玉米分別提高了5.90%、28.36%、22.28%。吐絲期葉面積指數(shù)夏玉米也顯著高于春玉米。拔節(jié)期干物質(zhì)積累春玉米顯著高于夏玉米，而成熟期則表現(xiàn)為夏玉米顯著高于春玉米。玉米吐絲前物質(zhì)積累率春播(40.74%)顯著高于夏播(37.72%)，而吐絲后物質(zhì)積累率夏播顯著高于春播[15]。為適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)，川中丘陵區(qū)夏播機(jī)收玉米需要的優(yōu)良性狀包括：生育期較短、耐密植、莖稈堅(jiān)韌、根系發(fā)達(dá)、抗倒伏、苞葉總寬度較窄、果穗脫水速度快、機(jī)收籽粒破碎率低、果穗遺落率低等。還要求種子的發(fā)芽率達(dá)到98%以上,純度95%以上,種子大小均勻一致,籽粒飽滿(mǎn)。

2.4 夏播玉米機(jī)械研發(fā)目標(biāo)

隨著土地規(guī)模化迅速推進(jìn)，農(nóng)村的生產(chǎn)方式以及經(jīng)營(yíng)方式正發(fā)生著深刻變化，玉米生產(chǎn)管理技術(shù)也應(yīng)該相應(yīng)地向機(jī)械化方向變革[16]。應(yīng)加快中丘陵區(qū)夏播玉米機(jī)械化生產(chǎn)的研發(fā)，以動(dòng)力足、效率高、寬幅合理、操作輕便等一體化的方向發(fā)展[17]，與川中丘陵區(qū)獨(dú)有的生態(tài)條件和種植模式相結(jié)合研發(fā)出適用的機(jī)具，解決好機(jī)具體型與動(dòng)力、功能和易操作之間的矛盾。同時(shí)，加強(qiáng)適宜川中丘陵區(qū)夏播玉米耕、管、收各環(huán)節(jié)的農(nóng)機(jī)具的研發(fā)工作是十分必要的,也是走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路的必然要求[18]。

3 展望

川中丘陵區(qū)大致處在28°N～31°N之間，海拔在250～600m，屬溫帶和亞熱帶濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候。近年該區(qū)夏播玉米生長(zhǎng)常遭受自然災(zāi)害性天氣的影響，干旱、寡照、綿雨、高溫多濕等是本區(qū)的主要災(zāi)害。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力急劇減少，玉米供需矛盾加劇等問(wèn)題的出現(xiàn)，未來(lái)川中丘陵區(qū)夏播玉米生產(chǎn)必須向集約化、機(jī)械化、深加工發(fā)展。

針對(duì)川中丘陵區(qū)夏播玉米所面臨的自然災(zāi)害，品種選育過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)品種抗旱、抗倒伏、寡照、綿雨、高溫多濕等逆境的研究。通過(guò)植株表現(xiàn)型和遺傳基因之間的關(guān)聯(lián)性，利用分子標(biāo)記輔助育種、全基因選擇、單倍體育種等技術(shù)手段，培育對(duì)本區(qū)獨(dú)有栽培條件、生態(tài)環(huán)境具有特殊適應(yīng)性、抗性，并適宜全程機(jī)械化耕收的優(yōu)良雜交玉米新品種，是推動(dòng)川中丘陵區(qū)夏播玉米生產(chǎn)的最佳途徑。