不同熟期玉米品種和種植密度對(duì)子粒脫水特性及產(chǎn)量的影響

李青松，馬中義，丁貴江，梁秋華，王奇，任冬雪，穆云森，張瑩瑩，李一

（承德市農(nóng)林科學(xué)院，河北 承德 067000）

目前，我國(guó)玉米生產(chǎn)方式正在快速向全程機(jī)械化方向轉(zhuǎn)變，但機(jī)械化收獲是實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化生產(chǎn)的瓶頸[1]。承德市玉米機(jī)收尚處于起步階段，玉米機(jī)械化收獲水平很低，已成為制約全市農(nóng)機(jī)化發(fā)展的瓶頸[2]。2020 年10 月承德市農(nóng)林科學(xué)院與承德市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局首次聯(lián)合舉辦玉米子粒直收現(xiàn)場(chǎng)觀摩會(huì)，開(kāi)始進(jìn)行玉米子粒直收技術(shù)的推廣示范[3]。2021 年河北省玉米機(jī)收率平均為75%左右，而承德市玉米機(jī)收率僅21.35%，與全省平均水平相比存在很大差距，且基本為果穗直收。玉米子粒田間機(jī)械收獲能夠減少果穗儲(chǔ)運(yùn)、晾曬、脫粒等作業(yè)環(huán)節(jié)，可大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，還可減輕晾曬和脫粒過(guò)程中子粒的霉?fàn)€與損失，促進(jìn)土地規(guī)?；鬓D(zhuǎn)，是玉米機(jī)械收獲的發(fā)展趨勢(shì)和今后玉米生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變的方向[4]。適合子粒機(jī)械直收的玉米品種是必然需求，機(jī)械粒收的關(guān)鍵是子粒脫水[5]，而市場(chǎng)上尤其是我國(guó)北方春玉米區(qū)多數(shù)玉米品種成熟時(shí)子粒含水量偏高，不適合機(jī)械粒收[6]。

高產(chǎn)、宜機(jī)收是目前對(duì)玉米品種的新要求。我國(guó)玉米生態(tài)區(qū)眾多，玉米熟期類型復(fù)雜[7]。尤其是北方春玉米區(qū)，根據(jù)生態(tài)適應(yīng)區(qū)的不同，種植了多種熟期類型的品種[8]。而不同熟期類型的玉米產(chǎn)量水平存在一定差異[9]，適宜種植密度是保障玉米高產(chǎn)的重要栽培措施。有關(guān)玉米品種熟期類型與子粒脫水的關(guān)系研究，張瑩瑩等[10]以黃淮海區(qū)域7 個(gè)玉米品種為試材研究后發(fā)現(xiàn)，不同熟期品種的子粒脫水特性不同。為了評(píng)價(jià)北方春玉米區(qū)玉米品種的耐密植宜機(jī)收性，選用不同熟期類型的8 個(gè)玉米品種進(jìn)行6 個(gè)水平的密度試驗(yàn)，對(duì)成熟時(shí)子粒含水量、成熟后自然脫水速率、產(chǎn)量以及其他性狀進(jìn)行比較，探討玉米品種熟期類型和種植密度對(duì)子粒脫水特性及產(chǎn)量的影響，篩選出適合機(jī)械粒收的高產(chǎn)玉米品種，并為玉米機(jī)械粒收高產(chǎn)品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米試材為熟期不同的8 個(gè)玉米品種，分別為德美亞1 號(hào)、A6565、承單1171、富爾116、先正達(dá)408、三北5018、先玉335 和華農(nóng)887。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2021 年在承德市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新基地進(jìn)行，前茬為大豆。采用兩因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中，品種為主區(qū)，設(shè)德美亞1 號(hào)、A6565、承單 1171、富爾 116、先正達(dá) 408、三北5018、先玉335 和華農(nóng)887 計(jì)8 個(gè)水平；密度為副區(qū)，設(shè) 4.5 萬(wàn)、6.0 萬(wàn)、7.5 萬(wàn)、9.0 萬(wàn)、10.5 萬(wàn)和 12.0萬(wàn)株/hm2計(jì)6 個(gè)水平。小區(qū)面積30 m2（行長(zhǎng)6.0 m，行距 0.5 m，10 行/區(qū)），3 次重復(fù)。

玉米4 月29 日播種，施種肥磷酸二銨225 kg/hm2；5 月 12 日出苗，5 月 23 日定苗；6 月 19 日用尿素600 kg/hm2追肥 1 次；9 月 27 日收獲，測(cè)產(chǎn)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.2.1 品種生育特性。玉米播種后，記錄出苗期、散粉期和成熟期的時(shí)間，計(jì)算生育期天數(shù)。

1.2.2.2 子粒產(chǎn)量和含水量。玉米生理成熟（以子粒出現(xiàn)黑層為記載標(biāo)準(zhǔn)）后，每小區(qū)選取中間3 行，摘取全部果穗，稱量鮮重；之后，置于陰涼處自然風(fēng)干。取10 個(gè)風(fēng)干果穗，稱重后全部脫粒，測(cè)定子粒含水量。根據(jù)穗鮮重、風(fēng)干重和子粒干重，計(jì)算產(chǎn)量（以14%含水量折算）。

使用PM8188-New 型谷物水分測(cè)量?jī)x測(cè)定子粒含水量，每隔3 d 測(cè)定1 次，到玉米子粒含水量達(dá)到14%～18%時(shí)結(jié)束。計(jì)算自然脫水率：

自然脫水率=（成熟時(shí)子粒含水量-收獲時(shí)子粒含水量）/天數(shù)

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Excel 2003 和DPS 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米品種的生育特性

玉米4 月29 日播種后，均于5 月12 日出苗；成熟期最早為8 月24 日、最晚為9 月16 日，生育期104～127 d，品種間差異較大（表1）。根據(jù)生育期和生產(chǎn)實(shí)際，將8 個(gè)參試玉米品種分為4 個(gè)熟期類型，其中，德美亞1 號(hào)和A6565 屬極早熟品種，承單1171 屬早熟品種，富爾116、先正達(dá)408 和三北5018 屬中熟品種，先玉335 和華農(nóng)887 屬中晚熟品種。各品種授粉到成熟的時(shí)間與生育期長(zhǎng)短順序一致。

表1 參試玉米品種的生育期性狀及其熟期類型Table 1 Growth period traits and maturity types of maize varieties tested

2.2 玉米品種和種植密度與生理成熟時(shí)子粒含水量的關(guān)系

不同品種和密度玉米生理成熟時(shí)子粒含水量的方差分析結(jié)果顯示，密度對(duì)子粒含水量無(wú)顯著影響（p＞0.05），品種及其與密度互作對(duì)子粒含水量影響顯著（p＜0.01）。

生理成熟時(shí)，8 個(gè)玉米品種的子粒含水量為27.3%～29.5%，其中，極早熟品種A6565 的子粒含水量最高，與早熟品種承單1171，中熟品種先正達(dá)408和富爾116，以及中晚熟品種華農(nóng)887 差異均不顯著，但顯著＞其他3 個(gè)品種；中晚熟品種先玉335 的子粒含水量最低，與極早熟品種德美亞1 號(hào)和中熟品種三北5018 差異不顯著（表2）?？梢钥闯觯衩咨沓墒鞎r(shí)的子粒含水量與品種自身特性有關(guān)，而與品種的熟期類型無(wú)直接關(guān)系。

表2 不同品種玉米生理成熟時(shí)子粒含水量的多重比較Table 2 Multiple comparison of grain moisture content during physiological maturity of different maize varieties

2.3 玉米品種生理成熟后子粒脫水特性的比較

2.3.1 玉米生理成熟后子粒含水量的變化趨勢(shì) 因密度與玉米生理成熟時(shí)的子粒含水量相關(guān)不顯著，因此，將各品種不同密度處理在成熟后不同時(shí)間測(cè)定的含水量平均值作為該品種某一測(cè)定時(shí)間的含水量，分析其生理成熟后子粒含水量的變化。結(jié)果（圖1）顯示，8 月下旬玉米各品種生理成熟后，子粒含水量均隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈直線下降趨勢(shì)。

圖1 不同玉米品種生理成熟后子粒含水量的變化Fig.1 Changes in grain moisture content of different maize varieties after physiological maturity

將各品種玉米生理成熟后的天數(shù)與子粒含水量進(jìn)行分析，得到子粒含水量隨成熟后天數(shù)變化的曲線方程（表3）。從時(shí)間上看，8 月下旬到9 月上旬，子粒含水量下降較快；9 月中旬到9 月底，子粒含水量下降速度變緩；從10 月開(kāi)始，子粒含水量下降相對(duì)較慢，這與玉米生育后期氣溫越來(lái)越低有關(guān)。從品種上看，圖1 和直線方程斜率都反映出，極早熟品種德美亞1 號(hào)和A6565 以及早熟品種承單1171 生理成熟后子粒脫水速度較快，其次是中晚熟品種先玉335 和華農(nóng)887，再次是中熟品種富爾116，中熟品種先正達(dá)408 和三北5018 自然脫水速度較慢。

表3 玉米品種子粒含水量（Y）與成熟后天數(shù)（X）的關(guān)系Table 3 Relationship between grain moisture content（Y）and days after maturity（X） of maize varieties

另外，計(jì)算各品種從生理成熟到水分降至14%時(shí)期間的自然脫水率，結(jié)果（表4）顯示，A6565 和承單1171 自然脫水速度最快，達(dá)到0.37%～0.38%/d；德美亞1 號(hào)、先玉335 和華887 次之，脫水速率均為0.30%/d；富爾116 自然脫水速率為0.26%/d；先正達(dá)408 和三北5018 自然脫水速度最慢，均為0.25%/d。各玉米品種的自然脫水速率與方程斜率趨勢(shì)一致。

表4 不同玉米品種生理成熟后子粒脫水特性的比較Table 4 Comparison of dehydration characteristics of different maize varieties after physiological maturity

2.3.2 延遲收獲與玉米子粒含水量的關(guān)系 不同熟期類型的8 個(gè)玉米品種在生理成熟時(shí)子粒含水量均未達(dá)到機(jī)收子粒含水量指標(biāo)（15%～25%）[11]。為了比較延遲收獲對(duì)子粒含水量的影響，將各品種子粒含水量分別降至24%、18%和14%時(shí)的時(shí)間進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，極早熟品種德美亞1 號(hào)和A6565 在生理成熟后13～16 d（9 月上旬）含水量降至24%，在生理成熟后25～32 d（9 月下旬） 含水量降至18%；早熟品種承單1171 較極早熟品種達(dá)到各含水量的時(shí)間相應(yīng)延遲8 d 左右；中熟品種和中晚熟品種較極早熟品種相應(yīng)延遲 16～26 d。

北方春玉米區(qū)，玉米一般種植密度為6.00 萬(wàn)～6.75 萬(wàn)株/hm2，收獲期為9 月底到10 月初。收獲期，8個(gè)玉米品種的子粒含水量為14.8%～25.4%，除先正達(dá)408 外，其他7 個(gè)品種的子粒含水量均達(dá)到了機(jī)收子粒指標(biāo)，也就是說(shuō)，如果僅從子粒含水量來(lái)看，大部分品種可以機(jī)械粒收。如果以最適宜機(jī)收子粒含水量20%為指標(biāo)[12]，在北方春玉米區(qū)不同熟期品種適宜收獲子粒的時(shí)間不同，其中，極早熟品種為9 月下旬，早熟品種為10 月上旬，中熟和中晚熟品種為10月中旬。

2.4 玉米品種種植密度與產(chǎn)量的關(guān)系

不同品種和密度玉米產(chǎn)量的方差分析結(jié)果顯示，品種、密度及其二者互作均對(duì)玉米產(chǎn)量具有顯著影響（p＜0.01）。

8 個(gè)玉米品種的產(chǎn)量為8 098～12 703 kg/hm2，指標(biāo)值順序?yàn)槿A農(nóng) 887 ＞富爾 116 ＞三北 5018 ＞承單1171＞先正達(dá) 408＞先玉 335＞A6565＞德美亞 1 號(hào)，且除A6565 與先玉335 差異不顯著外，其他品種之間差異均達(dá)到了極顯著水平（表5）。從熟期類型看，中晚熟和中熟品種的產(chǎn)量明顯高于極早熟品種。

表5 不同品種玉米產(chǎn)量的多重比較Table 5 Multiple comparison of yield of different maize varieties

6 個(gè)密度處理的玉米產(chǎn)量為9 677～11 209 kg/hm2，指標(biāo)值順序?yàn)?7.5 萬(wàn)株/hm2＞9.0 萬(wàn)株/hm2＞6.0 萬(wàn)株/hm2＞10.5 萬(wàn)株/hm2＞4.5 萬(wàn)株/hm2＞12.0 萬(wàn)株/hm2，其中7.5 萬(wàn)株/hm2處理與其他密度處理差異均達(dá)到了極顯著水平（表6）。9.0 萬(wàn)和6.0 萬(wàn)株/hm2密度處理產(chǎn)量較高，二者差異不顯著，但均與其他3 個(gè)密度處理差異達(dá)到了極顯著水平。10.5 萬(wàn)與4.5 萬(wàn)株/hm2密度處理產(chǎn)量差異不顯著，但二者均與12.0 萬(wàn)株/hm2密度處理差異達(dá)到了極顯著水平。在北方春玉米區(qū)，玉米的適宜種植密度為6.0 萬(wàn)～9.0 萬(wàn)株/hm2，密度過(guò)高和過(guò)低均會(huì)影響產(chǎn)量的提高。

表6 不同密度玉米產(chǎn)量的多重比較Table 6 Multiple comparison of maize yield at different densities

品種×密度對(duì)玉米產(chǎn)量也具有顯著影響。將各品種不同密度下的產(chǎn)量進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析，得到8 個(gè)品種密度與產(chǎn)量的關(guān)系方程，然后根據(jù)方程計(jì)算得到每個(gè)品種的最佳種植密度和理論產(chǎn)量。結(jié)果（表7）顯示，8個(gè)品種中，極早熟和早熟品種的最佳種植密度較高，為9.07 萬(wàn)～10.29 萬(wàn)株/hm2；中熟和中晚熟品種的最佳種植密度因品種而異，本試驗(yàn)5 個(gè)品種的適宜種植密度為6.45 萬(wàn)～8.56 萬(wàn)株/hm2。在各自的最佳種植密度條件下，8 個(gè)品種的理論產(chǎn)量為8335～13579kg/hm2，其中，中晚熟品種華農(nóng)887 的理論產(chǎn)量最高，是在密度為7.60 萬(wàn)株/hm2時(shí)獲得的；極早熟品種德美亞1 號(hào)在密度高達(dá)10.21 萬(wàn)株/hm2時(shí)，理論產(chǎn)量仍為最低；其他6個(gè)品種的理論產(chǎn)量為10 291～12 315 kg/hm2。

表7 不同玉米品種種植密度（x）與產(chǎn)量（y）的關(guān)系方程及其理論產(chǎn)量Table 7 Relationship equation between planting density（x）and yield（y）of different maize varieties and their theoretical yield

2.5 玉米品種類型和種植密度與最適宜收獲期的關(guān)系

極早熟和早熟品種在9 月底至10 月初收獲時(shí)子粒含水量低于中熟和中晚熟品種，具有明顯的機(jī)械粒收優(yōu)勢(shì)，但產(chǎn)量在常規(guī)種植密度下較中熟和中晚熟品種明顯減產(chǎn)。從各品種最適宜密度的理論產(chǎn)量看，總體趨勢(shì)是中熟和中晚熟品種的產(chǎn)量水平明顯高于極早熟和早熟品種。極早熟品種德美亞1 號(hào)和A6565 在各密度處理下產(chǎn)量水平均低于其它品種，因此不適宜在北方春玉米區(qū)的中晚熟區(qū)域種植推廣；早熟品種承單1171 在10.29 萬(wàn)株/hm2密度下產(chǎn)量可以達(dá)到11 168 kg/hm2，與中晚熟品種先玉335 在密度7.16 萬(wàn)株/hm2下的產(chǎn)量水平接近；5 個(gè)中熟和中晚熟品種，除華農(nóng)887 產(chǎn)量水平較高外，其他4 個(gè)品種在各自的適宜密度下理論產(chǎn)量水平基本相當(dāng)，差異不大。在本試驗(yàn)中，極早熟品種密度增加到9.07 萬(wàn)～10.21 萬(wàn)株/hm2，產(chǎn)量水平也未達(dá)到中熟和中晚熟品種的產(chǎn)量水平；而早熟品種可以通過(guò)適當(dāng)增加種植密度，使其產(chǎn)量接近或達(dá)到中熟和中晚熟品種的產(chǎn)量水平。

2.6 玉米品種和種植密度與抗倒性的關(guān)系

各品種成熟后，分別在子粒含水量為24%、18%和14%時(shí)調(diào)查各處理的倒伏率（表8）。8 個(gè)玉米品種的倒伏率均隨密度增大和子粒含水量降低呈逐漸增大趨勢(shì)，其中，極早熟品種德美亞1 號(hào)和A6565 以及中熟品種三北5018 的最大倒伏率（含水量14%時(shí)）為1.4%～4.8%，抗倒性好；早熟品種承單1171 和中熟品種富爾116 的最大倒伏率分別是14.0%和16.1%，較抗倒伏；中熟品種先正達(dá)408 和中晚熟品種先玉335、華農(nóng)887 的最大倒伏率分別為34.9%、75.1%和58.1%，抗倒性差。

表8 不同子粒含水量時(shí)期的玉米倒伏率Table 8 Lodging rate of maize at different grain moisture content periods （%）

極早熟品種德美亞1 號(hào)和A6565 在子粒含水量適宜收獲期（9 月下旬）平均倒伏率為0%，早熟品種承單1171 在10 月上旬倒伏率為0.4%，這3 個(gè)品種可以進(jìn)行機(jī)械粒收；中熟品種三北5018 在10 月中旬平均倒伏率為1.9%，可以進(jìn)行機(jī)械粒收；其他4 個(gè)中熟和中晚熟品種在子粒含水量適宜收獲期（10 月中旬）田間倒伏率為9.9%～65.0%，未達(dá)到機(jī)械粒收的指標(biāo)[13]。在北方春玉米區(qū)中熟和中晚熟品種種植面積較大，本試驗(yàn)的5 個(gè)中熟和中晚熟品種中有4 個(gè)品種在子粒含水量適宜收獲期（10 月中旬）抗倒性未能達(dá)標(biāo)?？梢钥闯?，品種抗倒性差嚴(yán)重影響北方春玉米區(qū)機(jī)械粒收的開(kāi)展。

3 結(jié)論與討論

萬(wàn)澤花等[14]以4 個(gè)不同熟期的夏玉米品種為試材，研究了不同熟期夏玉米品種子粒灌漿與脫水特性及其密度的效應(yīng)，結(jié)果表明，玉米生理成熟時(shí)的子粒含水率與其生育期相關(guān)不顯著，早熟品種子粒后期脫水速率快。本研究以8 個(gè)不同熟期的夏玉米品種為試材，研究了不同熟期玉米品種和種植密度對(duì)子粒脫水的影響，結(jié)果表明，同一品種不同種植密度處理的成熟期子粒含水量差異不顯著，種植密度對(duì)成熟時(shí)的子粒含水量影響不大，與萬(wàn)澤花等[14]的研究結(jié)果相近；品種在成熟后的天數(shù)與子粒含水率呈直線下降關(guān)系，不同品種的自然脫水速率不同；在北方春玉米區(qū)，極早熟品種適宜在9 月下旬機(jī)械粒收，早熟品種適宜在10月上旬機(jī)械粒收，中熟和中晚熟品種適宜在10 月中旬機(jī)械粒收；北方春玉米區(qū)大部分品種可以通過(guò)延遲收獲使子粒含水量達(dá)到機(jī)械粒收的指標(biāo)要求，極早熟和早熟品種更具機(jī)械粒收的優(yōu)勢(shì)，但極早熟品種通過(guò)增加密度產(chǎn)量也達(dá)不到中熟和中晚熟品種的產(chǎn)量水平，而有些早熟品種可以通過(guò)適當(dāng)增加密度使產(chǎn)量達(dá)到或接近中熟和中晚熟品種的產(chǎn)量水平。北方春玉米區(qū)可利用早熟品種抗倒性較好、脫水快的特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)增加種植密度代替中晚熟品種實(shí)現(xiàn)玉米子粒直收。

關(guān)于適宜品種類型和機(jī)械粒收時(shí)間的確定，李璐璐等[15]認(rèn)為在黃淮海南部各類玉米品種均能滿足子粒脫水至適宜機(jī)械粒收含水率的要求，而在黃淮海北部等地區(qū)需選擇早熟和子粒脫水快的適宜品種實(shí)現(xiàn)機(jī)械粒收，這與本試驗(yàn)得出的早熟品種適當(dāng)增加密度較中晚熟品種機(jī)械粒收更具優(yōu)勢(shì)的結(jié)論相同。

關(guān)于品種熟期類型和成熟后子粒脫水速度，本研究條件下，極早熟品種后期脫水速度較快，但也并沒(méi)有表現(xiàn)出極早熟類型＞早熟類型＞中熟類型＞中晚熟類型的規(guī)律趨勢(shì)。極早熟品種德美亞1 號(hào)和A6565 以及早熟品種承單1171 脫水速率較快，是因?yàn)槠涑墒旌髿鉁剌^高，應(yīng)是外界環(huán)境條件起主要作用[16]，也就是說(shuō)，玉米子粒脫水速率是品種本身特性與外界環(huán)境共同作用的結(jié)果[17～19]。在外界環(huán)境條件相同和相似的情況下，品種本身的特性是主要因素，在品種選育過(guò)程中要充分重視和研究這一特性[20]。中熟類型品種在合適的種植密度下產(chǎn)量水平接近中晚熟品種，但子粒自然脫水速度與中晚熟品種相比較并未表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，因此，這類品種在育種中應(yīng)加強(qiáng)子粒后期脫水速率的選擇，可能是平衡產(chǎn)量與水分矛盾的較好選擇。

關(guān)于品種抗倒性，本試驗(yàn)中4 個(gè)熟期8 個(gè)品種在適宜機(jī)械粒收的時(shí)期，除2 個(gè)極早熟品種和1 個(gè)中熟品種外，大部分中熟和中晚熟品種田間抗倒伏能力沒(méi)有達(dá)到機(jī)械粒收品種的指標(biāo)要求。結(jié)合北方春玉米區(qū)生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為當(dāng)前品種田間倒（伏）折率較高是嚴(yán)重制約機(jī)械粒收的主要因素。造成莖稈倒伏（折）較高的主要原因較多，如，品種自身根系差、莖稈軟，玉米螟蛀莖，品種抗病性差、后期感病，尤其莖腐病發(fā)生致使倒伏（折）。因此，提莖稈抗倒伏（折）的根本途徑還是應(yīng)從品種入手，選育堅(jiān)稈、抗倒、抗病、后期脫水速率快、適當(dāng)早熟的品種，以滿足北方春玉米區(qū)機(jī)械粒收對(duì)品種的要求。育種工作者應(yīng)緊緊圍繞這些目標(biāo)開(kāi)展玉米新品種的選育，以更好地適應(yīng)玉米機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展的需要。