淮北不同生態(tài)區(qū)豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)宜機(jī)收玉米新品種篩選

鄭飛 陳靜 崔亞坤 孔令杰 孟慶長李杰 劉瑞響 張美景 趙文明 陳艷萍

（1 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，210014，江蘇南京；2 句容蘇科鮮食玉米研究有限公司，212000，江蘇鎮(zhèn)江）

淮北地區(qū)地處黃淮海地區(qū)南部，泛指淮河以北，包括皖北、蘇北和魯南等廣大地區(qū)。該地區(qū)是我國夏播玉米種植的主要區(qū)域之一，種植制度主要為小麥―水稻（玉米）一年兩熟模式，農(nóng)忙時(shí)，勞動(dòng)力不足，難以滿足該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求[1-2]。玉米機(jī)械粒收是當(dāng)前轉(zhuǎn)變玉米生產(chǎn)方式、解決生產(chǎn)力不足和生產(chǎn)成本過高、提高玉米競爭力以及實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化作業(yè)的重要途徑[3-4]。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式重點(diǎn)關(guān)注玉米品種的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，對(duì)機(jī)械粒收質(zhì)量特性要求不高。近幾年，在市場(chǎng)推動(dòng)和政府部門的扶持幫助下，該區(qū)域玉米機(jī)械收獲的發(fā)展速度明顯加快，但機(jī)收籽粒質(zhì)量差，籽粒含水率高，破碎率高，田間落穗損失大，適宜當(dāng)?shù)貧夂虻囊藱C(jī)械粒收品種缺乏，這些因素嚴(yán)重制約了玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化的普及和應(yīng)用[5-6]。因此，培育和篩選出適合該地區(qū)推廣種植的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適宜籽粒機(jī)收的夏玉米品種顯得尤為迫切。為應(yīng)對(duì)淮北區(qū)不同的生態(tài)條件，本研究于2020 年選擇淮北區(qū)5 個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)，對(duì)9 個(gè)品種的生育期、籽粒含水率、籽粒破碎率、產(chǎn)量、倒伏倒折率和莖腐病發(fā)病率進(jìn)行調(diào)查，綜合分析其豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和宜機(jī)收性[7-11]，為淮北區(qū)玉米機(jī)械粒收新品種的選育推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020 年在5 個(gè)試點(diǎn)開展，分別是安徽省宿州市薛安村（E1，116°56′48″E，33°43′9″N）、江蘇省豐縣王溝鎮(zhèn)王半截樓村（E2，116°26′18″E，34°42′26″N）、睢寧縣朱樓村（E3，117°54′58″E，33°50′37″N）、宿遷市洋河鎮(zhèn)（E4，118°20′49″E，33°47′47″N）和淮安市淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（E5，118°54′22″E，33°41′52″N）。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為9 個(gè)，均已被黃淮海區(qū)和江蘇農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審（認(rèn)）定，分別是蘇玉29、蘇玉10 號(hào)、蘇玉41、蘇玉39、迪卡517、蘇科玉51417、蘇科玉206、鄭單958（對(duì)照1，CK1）和先玉335（對(duì)照2，CK2）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2 次重復(fù)，等行距種植，行距0.5m，每小區(qū)4 行，行長5m，小區(qū)面積10m2，每小區(qū)76 株，種植密度75 000 株/hm2，田間栽培管理按照當(dāng)?shù)赜衩状筇锷a(chǎn)進(jìn)行。

1.3.2 調(diào)查性狀及方法 調(diào)查出苗期、成熟期、籽粒含水率、籽粒破碎率、產(chǎn)量、倒伏倒折率和莖腐病發(fā)病率。采用家用“188 小型柴油半自動(dòng)收割機(jī)”收獲中間2 行，直接脫粒后，從籽粒樣品中隨機(jī)稱取2.0kg，挑選其中破碎籽粒稱重。測(cè)定含水量，實(shí)收每小區(qū)中間2 行，采用鐵嶺東升玉米品種試驗(yàn)中心自主研發(fā)的“糧食水分重量測(cè)量軟件”系統(tǒng)進(jìn)行脫粒測(cè)產(chǎn)，最終折合含水量14%的單位面積產(chǎn)量。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析 采用高穩(wěn)系數(shù)法（high stability coefficient，HSC）[12]檢驗(yàn)品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)進(jìn)行估算。同時(shí)運(yùn)用加性主效應(yīng)和乘積交互作用模型（additive main efects and multiplicative interaction，AMMI）[13]對(duì)每一個(gè)品種與環(huán)境交互作用進(jìn)行主成分分析（interaction principal component analysis，IPCA）[10-11]。

高穩(wěn)系數(shù)法計(jì)算公式如下。

式中，HSCi為第i個(gè)品種的高穩(wěn)系數(shù)；i為第i個(gè)品種的平均產(chǎn)量；Si為第i個(gè)品種的產(chǎn)量變異標(biāo)準(zhǔn)差；CK為對(duì)照品種的產(chǎn)量平均數(shù)[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2003 和DPS 7.05r 軟件進(jìn)行系統(tǒng)分析及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品種不同試點(diǎn)間豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性分析

從表1 可以看出，蘇科玉206 平均產(chǎn)量最高，蘇玉10 號(hào)最低，蘇科玉206 比鄭單958（CK1）增產(chǎn)11.65%，差異達(dá)極顯著水平；蘇玉39、蘇科玉1417、迪卡517、蘇玉29 與鄭單958（CK1）差異不顯著；蘇科玉206、蘇玉39、蘇科玉1417 和迪卡517 相比先玉335（CK2）屬于增產(chǎn)極顯著品種，其中蘇科玉206 比先玉335（CK2）增產(chǎn)22.42%，差異達(dá)極顯著水平，這反映了不同基因型品種對(duì)不同環(huán)境表現(xiàn)出不同適應(yīng)性。

表1 各品種的相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of parameters of various varieties

從表1 看出，高穩(wěn)系數(shù)表現(xiàn)為蘇科玉206＞迪卡517＞鄭單958＞蘇玉39＞蘇科玉1417＞蘇玉29＞先玉335＞蘇玉10 號(hào)＞蘇玉41。

綜合各試點(diǎn)結(jié)果（表2）可以看出，蘇科玉206具有很好的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性，并且適應(yīng)性較廣，在淮北夏玉米播種區(qū)具有很好推廣應(yīng)用前景；蘇玉39 和蘇科玉1417 高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和適應(yīng)性表現(xiàn)較好，可以作為淮北夏玉米播種區(qū)的搭配品種。

表2 各品種豐產(chǎn)性及其穩(wěn)定性分析Table 2 Analysis of yielding ability and yield stability of various varieties

2.2 品種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性AMMI 模型分析

由參試品種產(chǎn)量AMMI 模型分析結(jié)果（表3）可知，基因型、環(huán)境效應(yīng)和基因與環(huán)境互作效應(yīng)均達(dá)到極顯著水平。基因型間的變異平方和占總變異平方和的17.39%；環(huán)境間的變異平方和占總變異平方和的56.64%；而基因型和環(huán)境交互作用的變異平方和占18.45%，從多點(diǎn)品種比較試驗(yàn)產(chǎn)量差異情況看，影響產(chǎn)量的因素除了品種自身基因型差異外，更主要與環(huán)境、基因型與環(huán)境互作有關(guān)。分析結(jié)果顯示，PCA1 和PCA2 之和反映了86.90%的基因型與環(huán)境的交互作用，同時(shí)也達(dá)到極顯著差異水平。因此可以用產(chǎn)量與IPCA1 的雙標(biāo)圖反映品種間和產(chǎn)量間的豐產(chǎn)性與穩(wěn)定性。

表3 品種產(chǎn)量結(jié)果AMMI 模型分析Table 3 AMMI model analysis for yields of various varieties

AMMI 模型能直觀地反映各品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性差異，以及各試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)品種篩選鑒別能力[13]。品種IPCA 的絕對(duì)值越大，說明基因型與環(huán)境互作普遍，該品種越不穩(wěn)定[13]。以品種和地點(diǎn)平均產(chǎn)量為橫坐標(biāo)、IPCA1 為縱坐標(biāo)作圖，可通過雙標(biāo)圖直觀看出基因型、環(huán)境、基因型×環(huán)境互作的大致情況[14]?？拷骄€的品種為較穩(wěn)定的品種，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性品種在AMMI 雙標(biāo)圖對(duì)應(yīng)的位置是最右邊靠水平線[14-16]。從圖1 橫坐標(biāo)可以看出，蘇科玉206產(chǎn)量高，豐產(chǎn)性強(qiáng)；蘇玉10 號(hào)產(chǎn)量不高，豐產(chǎn)性差。垂直方向表明基因型與環(huán)境交互作用的差異，蘇玉10號(hào)、迪卡517、蘇玉29和蘇科玉206的IPCA1絕對(duì)值小，表明該品種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；蘇玉39 和蘇科玉51417 的IPCA1 絕對(duì)值相對(duì)較小，表明這2 個(gè)品種也具有較強(qiáng)的廣適性；鄭單958、先玉335 和蘇玉41 的IPCA1 絕對(duì)值大，表現(xiàn)不穩(wěn)定。從環(huán)境IPCA 絕對(duì)值大小來看，E1 和E5 環(huán)境對(duì)品種篩選能力強(qiáng)，要求在其環(huán)境條件下種植的品種具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；E4 試點(diǎn)環(huán)境則對(duì)品種篩選能力低，大多數(shù)品種均適宜在該環(huán)境中種植。

圖1 品種產(chǎn)量AMMI 模型雙標(biāo)圖Fig.1 The double-axes diagram of AMMI model analysis for the yields of varieties

綜合分析可知，蘇科玉206 變異系數(shù)小，適應(yīng)淮北區(qū)氣候，豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性評(píng)價(jià)很好，具有較高的推廣應(yīng)用前景，建議在淮北夏玉米種植區(qū)推廣；蘇科玉1417、蘇玉39、蘇玉29 和迪卡517 豐產(chǎn)性一般，穩(wěn)產(chǎn)性很好，屬于較適宜該地區(qū)推廣或搭配的品種；鄭單958、蘇玉10 號(hào)、蘇玉41 和先玉335產(chǎn)量低，可能適合特定小氣候區(qū)域種植。

2.3 各品種機(jī)械粒收質(zhì)量性狀的相關(guān)性分析

籽粒含水率與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)到顯著水平（表4），說明在品種比較試驗(yàn)中存在籽粒含水率低但產(chǎn)量較高的品種；生育期與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，未達(dá)到顯著水平，說明生育期長的品種能較好地利用本地的光溫資源，可以通過適當(dāng)早播和晚收延長成熟后田間站稈脫水時(shí)間，能達(dá)到降低籽粒含水量、提高機(jī)械粒收的可行性。

表4 機(jī)械粒收質(zhì)量性狀的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of grain quality of mechanical kernel harvest

2.3.1 籽粒含水率與籽粒破碎率關(guān)系 由表4 所示，籽粒含水率和破碎率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，二者符合一元二次函數(shù)關(guān)系y=0.1117x2–4.7793x+53.306（R2=0.9061，n=90）（圖2），籽粒破碎率為5%時(shí)，籽粒含水率的臨界值為26.42%，當(dāng)籽粒含水量＞26.42%時(shí)，籽粒破碎率快速升高。所以在淮北區(qū)推廣的玉米機(jī)械粒收品種要求籽粒含水率范圍要≤26.42%，此時(shí)破碎率≤5%，符合《玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件：GB/T 21962-2008》規(guī)定[17]，適宜的籽粒含水率能顯著降低籽粒破碎率。本試驗(yàn)中，迪卡517 平均籽粒破碎率為3.64%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)；蘇科玉206 平均籽粒破碎率為5.06%，略高于國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 籽粒含水率與破碎率關(guān)系Fig.2 The relationship between the grain moisture content and grain broken rate

2.3.2 籽粒含水率與生育期關(guān)系 籽粒含水率和生育期呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，二者符合一元二次函數(shù)關(guān)系y=0.0145x2–2.4322x+124.95（R2=0.4995，n=90）。生育期長的品種，籽粒含水率顯著上升。由圖3 所示，品種生育期長，脫水速率慢，是籽粒含水率高的主要原因。生育期≤100d，籽粒含水量≤26.42%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，故淮北區(qū)機(jī)械粒收品種應(yīng)選擇生育期≤100d 的品種。本試驗(yàn)品種生育期101～110d（表5），平均為105d，蘇玉10 號(hào)（平均100.6d）、迪卡517（平均101.6d）和蘇科玉206（平均103.8d）略高于國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 籽粒含水率與生育期關(guān)系Fig.3 The relationship between the grain moisture content and growth period

表5 9 個(gè)品種的相關(guān)參數(shù)調(diào)查結(jié)果Table 5 Survey results of parameters of the nine varieties

2.3.3 莖腐病發(fā)病率與倒伏倒折率關(guān)系 莖腐病發(fā)病率與倒伏倒折率呈正相關(guān)關(guān)系（r=0.08，n=90）（表4），但相關(guān)性不顯著（圖4），9 個(gè)品種倒伏倒折率為4.61%～26.44%，其中蘇科玉206 抗倒性較好，倒伏倒折率最低，為4.61%，蘇玉41 和蘇玉29 等品種倒伏倒折較為嚴(yán)重（表1）。

圖4 倒伏倒折率與莖腐病發(fā)病率關(guān)系Fig.4 The relationship between the incidence of stem rot and lodging and breaking rate

2.4 適宜淮北區(qū)機(jī)械粒收品種篩選

產(chǎn)量是決定收益的重要因素，籽粒破碎率是影響玉米機(jī)械粒收質(zhì)量的關(guān)鍵因素[3]。以產(chǎn)量平均值和籽粒破碎率平均值2 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行雙向平均作圖，可以將參試品種分為4 種類型，分別位于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限內(nèi)[18-19]，能直觀地反映高產(chǎn)量、低破碎率的玉米品種作為本地區(qū)適宜機(jī)械粒收的推薦品種（位于第Ⅱ象限）。如圖5 所示，在5 個(gè)試點(diǎn)產(chǎn)量高于平均值、籽粒破碎率低于平均值的品種有蘇科玉206（出現(xiàn)5 次）、迪卡517（出現(xiàn)3 次），出現(xiàn)2 次的品種有先玉335 和鄭單958；其中穩(wěn)定位于第Ⅲ象限的蘇玉10 號(hào)表現(xiàn)出籽粒破碎率和平均產(chǎn)量低，該品種熟期短，適合淮北部分熱量資源偏少的獨(dú)特氣候地區(qū)種植；穩(wěn)定或較為穩(wěn)定表現(xiàn)出產(chǎn)量水平和籽粒破碎率高，即位于第Ⅰ象限的品種有蘇玉39（出現(xiàn)3次）、蘇科玉1417（出現(xiàn)3 次）和蘇玉29（出現(xiàn)2 次），這些品種一般生育期較長，產(chǎn)量潛力大，可以通過適當(dāng)早播和晚收，延長成熟后的站稈脫水時(shí)間，可作為本地區(qū)搭配品種。各品種和各試點(diǎn)平均破碎率和產(chǎn)量見表5。

圖5 各試點(diǎn)產(chǎn)量和籽粒破碎率雙向平均法示意圖Fig.5 The diagram of two-way average method with grain broken rate and yield at experiment locations

3 討論

蘇北、皖北和魯南地區(qū)雖地理位置接壤，但該地區(qū)地處南北氣候過渡帶，極端氣候較多，在玉米生長中期，高溫和干旱頻發(fā)；成熟至收獲期，臺(tái)風(fēng)和降雨頻繁[3,6]。審定的品種難以全部覆蓋該地區(qū)。傳統(tǒng)品種特性重點(diǎn)關(guān)注其高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，對(duì)機(jī)械粒收綜合性狀的要求不高，隨著玉米全程機(jī)械化推廣，選育和篩選適宜當(dāng)?shù)貧夂蛞藱C(jī)械粒收品種難度增大[20]。

面對(duì)玉米全程機(jī)械化籽粒機(jī)收技術(shù)推廣存在的直接問題是籽粒破損率高、產(chǎn)量損失率大，間接反映出籽粒含水率高、倒伏倒折率高等成為制約機(jī)械粒收技術(shù)發(fā)展的嚴(yán)重因素[4-5]。當(dāng)前，適宜機(jī)械粒收的品種應(yīng)具備適宜當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?、籽粒脫水快、抗莖腐病、產(chǎn)量潛力高等多重條件，適宜機(jī)械粒收品種的選育更是一項(xiàng)需要綜合考慮以上多種因素的復(fù)雜工作。

已有研究[21-22]表明，隨著機(jī)械收獲和籽粒直收推廣，莖腐病已成為玉米生產(chǎn)中最具威脅性的病害，是影響玉米倒伏倒折的關(guān)鍵因素。莖腐病發(fā)病率與成熟期、收獲期田間玉米植株的倒伏倒折率均達(dá)到極顯著正相關(guān)，嚴(yán)重影響機(jī)械粒收產(chǎn)量[22-23]。本試驗(yàn)表明，籽粒含水量與籽粒破碎率、生育期均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，莖腐病發(fā)病率和倒伏倒折率呈正相關(guān)關(guān)系，這與前人[18,23-24]研究結(jié)果一致。雖然玉米莖腐病是引起植株倒伏倒折的主要原因，但植株感病后并不一定引起倒伏倒折，由于植株倒伏倒折還與發(fā)病時(shí)期、莖稈硬度和表皮韌性等特性有關(guān)[23]。本試驗(yàn)表明，玉米機(jī)械粒收時(shí)籽粒含水率為25.76%～32.06%，籽粒破碎率為3.64%～15.49%。田間管理措施適當(dāng)情況下田間損失率主要為植株倒伏倒折引起[2-3]，本試驗(yàn)倒伏倒折率4.61%～26.44%，平均13.67%。宿遷和淮安點(diǎn)收獲期籽粒破碎率≤5.0%的品種有5 個(gè)；宿州點(diǎn)收獲期籽粒破碎率≤5.0%的有2 個(gè)，占該點(diǎn)總樣本量的22.22%；這3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)收獲期平均籽粒含水率分別為27.76%、28.50%和28.25%。而豐縣和睢寧收獲期籽粒破碎率≤5.0%的有2 個(gè)，平均籽粒含水率分別為30.53%和30.58%，所有測(cè)試結(jié)果籽粒含水率平均值均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。淮北地處南北交接地區(qū)，多樣性小氣候地帶，9 月底10 月初正值玉米成熟收獲時(shí)期，這時(shí)期降溫降雨頻發(fā)，不同降雨量、降雨天數(shù)以及濕度嚴(yán)重影響玉米籽粒脫水速率。當(dāng)下已審定的玉米品種具有早熟、抗倒伏倒折優(yōu)良性狀較少，說明適合本區(qū)域機(jī)械粒收品種較匱乏。

4 結(jié)論

本研究采用高穩(wěn)系數(shù)法、AMMI 模型、籽粒破碎率和玉米產(chǎn)量雙向平均法篩選出適宜當(dāng)?shù)貧夂驒C(jī)械粒收的玉米品種蘇科玉206，該品種具有變異系數(shù)?。?.85%）、豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性好、在淮北區(qū)適應(yīng)性廣、耐密植、抗倒性好、籽粒脫水快的特點(diǎn)，收獲期籽粒含水率26.74%、產(chǎn)量8379.1kg/hm2、籽粒破碎率5.06%、倒伏倒折率4.61%，可推薦為淮北區(qū)機(jī)械粒收備選品種；篩選出品種蘇玉39 和蘇科玉1417 的豐產(chǎn)性一般，穩(wěn)產(chǎn)性很好，可作為本地區(qū)搭配種植品種，因其生育期長、脫水慢的特點(diǎn)，需采用早種晚收、站稈晾穗的種植模式，降低籽粒含水率，從而提高宜機(jī)械粒收的特性；蘇玉10 號(hào)、蘇玉41 和先玉335 在各點(diǎn)倒伏倒折率較高，產(chǎn)量一般，可能適合特定小氣候區(qū)域種植。