2020, Vol. 28
玉米(Zea mays)机械粒收是我国转变玉米生产方式, 减少作业环节, 实现高产、高效协同发展的重要突破点[1-2]。当前玉米活秆成熟收获是我国玉米生产的普遍现象, 收获时籽粒含水率通常在30%~40%[3], 难以达到田间机械粒收质量要求[3-4], 成为限制机械粒收技术在我国推广应用的主要问题。玉米籽粒破碎率、杂质率、损失率为机械粒收质量的主要评价指标[4], 收获时籽粒含水率是影响机械粒收质量的关键因素[5]。对我国西北、黄淮海、东北和华北玉米区大样本量的数据分析研究表明, 籽粒破碎率高是我国玉米机械粒收面临的主要质量问题[6], 收获时籽粒含水率过高是造成破碎率高的主要原因[6-9]。对黄淮海夏玉米23个品种的研究表明, 籽粒破碎率随籽粒含水率的提高明显升高, 杂质率也随籽粒含水率的升高而增加[5]。玉米成熟后需要在田间站秆脱水2~4周才能达到机械粒收对籽粒水分的要求[3, 8], 然而植株在田间站秆脱水过程中, 玉米茎秆衰老、含水率和茎秆机械强度降低, 增加倒伏风险[10-12], 降低机械粒收质量和收获效率[13]。前人多基于不同区域、不同收获机型和不同玉米品种大样本量调查数据对机械粒收质量影响因素进行研究[5-6, 14-15], 存在收获测定时间短、含水率变动范围有限的问题, 同时品种遗传因素、生态气候与栽培措施、作业水平等因素对机械粒收质量影响较大[3, 16-17], 导致研究结果具有局限性。目前仅见李璐璐等[18]通过分期收获对黄淮海夏玉米籽粒含水率和粒收质量关系进行了研究, 认为黄淮海夏玉米适宜机械粒收的籽粒含水率范围为16.15%~24.78%, 籽粒含水率在20%左右时, 收获质量最佳。当前玉米机械粒收技术研究主要在我国北方玉米区开展, 西南玉米区的相关研究目前尚鲜见报道。为此, 本文采用分期收获的方式研究机收时期对四川春玉米机械粒收质量的影响, 探讨籽粒含水率与机械粒收质量之间的关系, 对确定四川春玉米适宜机械粒收时期和粒收技术在该区的推广应用具有重要意义。
1 材料与方法 1.1 试验设计试验于2018年在四川省德阳市中江县合兴乡(31°03′N, 104°68′E)进行。参试品种为四川主栽玉米品种‘正红6号’(ZH6)、‘仲玉3号’(ZY3)、‘先玉1171’(XY1171)和‘成单30’(CD30), 玉米大区带状种植, 种植密度均为60 000株∙hm-2, 田间管理同大田生产。每个小区种植2带(每带3行, 行距60 cm, 带间距1.2 m, 带长75 m), 种植面积360 m2, 4月7日播种, 该播期下传统收获日期在7月25日—8月5日。设置6个收获日期, 分别为7月31日、8月7日、8月13日、8月19日、8月25日、8月31日。采用同一台收获机械、同一名机手和同一地块条件下进行机械粒收, 收获机为久保田4LZY-1.8B, 配套家家乐4YG-3A玉米籽粒收获割台和脱粒清选装置, 该机割幅3行, 每次收获长度25 m。试验年份玉米季降水与气温见图 1。
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图 1 研究区玉米季降雨与平均气温 Fig. 1 Daily precipitation and average temperature in maize season in the study area |
机收前随机取收获区域内长势一致果穗10~15个, 手工脱粒称鲜重计为FW, 85 ℃烘干至恒重, 称干重计为DW, 计算籽粒含水率。机收后随机取籽粒样品1~2 kg, 手工分拣将其分为籽粒和非籽粒两部分, 籽粒部分称重计为KW, 非籽粒部分称重计为NKW; 再将籽粒部分分为完整籽粒和破碎籽粒并分别称重, 完整籽粒重计为KW1, 破碎籽粒重计为BKW。
| ${\rm{籽粒含水率}}({\rm{\% }}) = \frac{{{\rm{FW}} - {\rm{DW}}}}{{{\rm{FW}}}} \times 100$ | (1) |
| ${\rm{杂质率}}({\rm{\% }}) = \frac{{{\rm{NKW}}}}{{{\rm{KW1 + NKW}}}} \times 100$ | (2) |
| ${\rm{破碎率}}({\rm{\% }}) = \frac{{{\rm{BKW}}}}{{{\rm{KW1 + BKW}}}} \times 100$ | (3) |
在已收割地块随机选取3个样点, 每个样点取5 m长1个割幅宽(3行玉米)面积作为样区, 收集样区内所有的落粒和落穗, 并分别称其籽粒重, 并按样区面积计算单位面积的落粒重和落穗粒重, 单位面积落粒重计为SKW, 单位面积落穗粒重计为GKW; 根据机收面积、机收籽粒重计算单位面积产量, 并根据单位面积产量计算落粒损失率、落穗损失率和机收损失率。
| ${\rm{机收落粒损失率}}({\rm{\% }}) = \frac{{{\rm{SKW}}}}{{{\rm{单位面积产量}}}} \times 100$ | (4) |
| ${\rm{机收落穗损失率}}({\rm{\% }}) = \frac{{{\rm{GKW}}}}{{{\rm{单位面积产量}}}} \times 100 $ | (5) |
| ${\rm{机收籽粒总损失率}}({\rm{\% }}) = \frac{{{\rm{GKW + SKW}}}}{{{\rm{单位面积产量}}}} \times 100$ | (6) |
采用Excel 2010软件进行相关计算与处理并作图, 用DPS 7.05软件对数据进行相关性和方差分析。
2 结果与分析 2.1 不同时期玉米机械粒收破碎率和杂质率变化随收获时间推迟, 4个参试品种机械粒收籽粒破碎率表现出先快速降低后趋于稳定略有升高的趋势, 杂质率呈现快速降低并趋于稳定的变化趋势, 且籽粒破碎率和杂质率在品种间的差异逐渐减小(图 2)。6次收获籽粒破碎率4个品种平均分别为8.19%、6.06%、2.29%、3.03%、3.03%、3.91%; 7月31日参试品种收获破碎率均高于国家“玉米收获机械技术条件”(GBT-21962—2008)≤5%的标准, 其余收获时间除8月7日‘正红6号’和‘成单30’两个品种外, 破碎率均达到≤5%的标准。随收获时间推迟杂质率呈降低的变化趋势, 除7月31日收获‘仲玉3号’和‘成单30’外, 杂质率均达到≤3%的国家标准, 6次收获杂质率4个品种平均分别为3.74%、2.90%、1.44%、0.87%、0.19%、0.07%。在8月13日前收获籽粒破碎率和杂质率在品种间差异显著，其中破碎率表现为‘成单30’ > ‘正红6号’ > ‘先玉1171’ > ‘仲玉3号’，而杂质率表现为‘成单30’ > ‘仲玉3号’ > ‘先玉1171’ > ‘正红6号’; 8月13日以后收获籽粒破碎率和杂质率在品种间差异不显著。可见, 推迟收获时间有利于降低机械粒收籽粒破碎率和杂质率, 且机械粒收破碎率和杂质率存在品种间差异。
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图 2 不同收获日期不同品种玉米机械粒收籽粒破碎率和杂质率变化 Fig. 2 Broken rates and impurity rates of different maize varieties mechanical grain harvested in different dates |
玉米机械粒收损失包括落穗损失和落粒损失两部分, 随收获时间推迟, 落穗损失率呈显著增加的趋势, 且品种间差异逐渐增大(图 3)。6次收获落穗损失率平均分别为0.77%、1.46%、3.72%、5.63%、7.26%、9.39%, 从8月13日收获开始‘正红6号’和‘成单30’两个品种落穗损失率显著高于其他两个品种。各品种各时期落粒损失率均低于2%, 但随收获时间推迟落粒率变化规律不明显, 在最后1次收获时落粒率最低。6次收获籽粒总损失率平均值分别为1.34%、2.27%、4.34%、6.68%、8.44%、10.41%, 其中落穗损失占总损失的比例分别为56.05%、64.73%、83.46%、80.86%、83.75%、89.18%, 平均为76.34%, 8月19日以后收获总损失率将高于≤5%的标准(图 4)。机械粒收损失主要为落穗损失, 收获推迟增加落穗风险, 进而降低机械粒收质量。
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图 3 不同收获日期不同品种玉米机械粒收落穗损失率和落粒损失率变化 Fig. 3 Ear loss rates and grain loss rates of different maize varieties mechanical grain harvested in different dates |
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图 4 不同收获日期不同品种玉米机械粒收籽粒总损失率变化 Fig. 4 Total grain loss rates of different maize varieties mechanical grain harvested in different dates 箱形图中箱体部分代表 50%(25%~75%)样本的分布区域, 为四分位区间(IQR)。两端线为Tukey法判定的合理观测样本边界。箱体内实线为样本中位线数, “□”为样本均值。The main box is IQR containing fifty percent samples in Box-whisker Plot. The two sidelines are the reasonable sample borders in Tukey method. The solid line in box is the sample median, “□” is the average. |
随着收获时间推迟玉米籽粒含水率呈逐渐降低趋势, 同一收获时期不同品种籽粒含水率存在差异(图 5)。6次收获籽粒含水率平均分别为34.10%、30.30%、25.93%、17.71%、15.09%、12.27%。从品种来看, 前期‘正红6号’籽粒含水率最低, 后期‘先玉1171’籽粒含水率最低, 而‘成单30’各时期籽粒含水率均最高。
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图 5 不同收获日期不同品种玉米机械粒收籽粒含水率的变化 Fig. 5 Maize grain moisture contents of different maize varieties mechanical grain harvested in different dates |
从图 6可以看出，随着籽粒含水率降低机械粒收籽粒破碎率先降低后升高, 二次曲线拟合方程为y=0.032 9x2-1.332 8x+15.529 (R2=0.55**, n=72);当籽粒含水率为20.26%时破碎率最低, 为2.03%;当籽粒含水率为10.76%~29.76%时收获, 破碎率低于5%。杂质率随籽粒含水率降低快速降低并趋于稳定, 拟合方程为y=0.031 8e0.118 5x (R=0.71**, n=72), 当籽粒含水率低于38.37%时, 杂质率低于3%。落穗损失率随籽粒含水率降低呈现增加的趋势, 拟合方程为y=2 083.3/x2.135 (R=0.68**, n=24), 当籽粒含水率低于16.87%之后, 落穗损失率将超过5%。与落穗损失率一致, 籽粒总损失率随籽粒含水率降低呈现增加的趋势, 拟合方程为y=911.02/x1.769 (R=0.68**, n= 24), 当籽粒含水率低于18.96%之后, 籽粒总损失率将超过5%的国标要求。
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图 6 玉米机械粒收籽粒破碎率、杂质率、落穗损失率、总损失率与籽粒含水率的关系 Fig. 6 Relationships of grain moisture content with grain broken rate, impurity rate, ear loss rate and grain total loss rate of mechanical grain harvested maize |
收获时玉米籽粒含水率是影响机械粒收质量的关键因素[5-6]。前人对我国西北、黄淮海、东北和华北玉米产区15个省(市)1 698组机械粒收质量样本数据分析表明, 籽粒破碎率与籽粒含水率符合二次函数关系; 杂质率与籽粒含水率呈极显著正相关关系[6]。由于数据覆盖我国北方多个玉米产区, 收获机具、收获环境条件、品种差异以及作业水平差异, 同时籽粒含水率动态测试时间短、变化范围有限, 对籽粒含水率与粒收质量的关系造成显著影响[3, 14]。本文在同一地块, 对四川种植面积较大的4个主推品种采用同一收获机分期收获的方式, 研究籽粒含水率与机械粒收质量的关系。研究结果显示, 籽粒破碎率随籽粒含水率降低先降低后升高, 籽粒含水率为20.26%时, 破碎率最低; 杂质率随籽粒含水率降低快速降低并趋于稳定, 落穗损失率随籽粒含水率降低而增加, 当籽粒含水率低于16.87%之后, 落穗损失率将超过5%。由于本试验选用4个当地主推品种, 降低了品种间差异对籽粒含水率与机械粒收质量关系的影响, 通过拟合方程计算表明四川春玉米籽粒含水率为10.76%~29.76%时收获, 破碎率低于5%;而黄淮海夏玉米籽粒含水率为15.47%~24.78%时收获, 破碎率低于5%[18]。落穗损失率是造成籽粒损失的主要原因, 本文研究表明落穗损失率占籽粒总损失率的比例平均为76.34%。籽粒总损失率随籽粒含水率降低而增加, 本试验年份结果表明当籽粒含水率低于18.96%之后, 籽粒总损失率将超过5%的国标要求。综合考虑籽粒破碎率和损失率, 四川春玉米适宜机械粒收的籽粒含水率范围为18.96%~29.76%。
3.2 适期收获是提高玉米机械粒收质量的重要措施籽粒破碎率、杂质率、损失率(包括落穗和落粒)是玉米机械粒收质量的主要评价指标[4], 推迟收获是提高我国玉米机械粒收质量的重要措施。本文对四川春玉米的研究表明, 随收获时间推迟, 玉米籽粒含水率逐渐降低, 机械粒收籽粒破碎率表现出先快速降低后趋于稳定略有升高的趋势, 杂质率呈现快速降低并趋于稳定的变化趋势, 落穗损失率和籽粒总损失率呈显著增加的趋势; 而落粒损失率随收获时间推迟未表现出明显的规律性。籽粒破碎率、杂质率和落穗损失率随收获时间的变化规律与李璐璐等[18]在黄淮海夏玉米的研究结果相同, 但籽粒落粒率的变化规律不同, 这可能与所选择品种、收获机械和收获条件不同有关。研究发现, 随收获时间推迟, 籽粒破碎率和杂质率在品种间的差异逐渐减小, 而落穗损失率在品种间的差异逐渐增大。因此, 选择生理成熟后立秆能力强、落穗损失低的玉米品种并推迟收获可显著提高机械粒收质量。
推迟收获可降低籽粒含水率, 进而降低机械粒收籽粒破碎率和杂质率, 但增加落穗风险和籽粒总损失率。收获推迟玉米落穗损失率增加, 主要是由于玉米植株自然衰老导致茎秆干物质降低和水分含量下降, 茎秆机械强度降低、倒伏率增加[12, 19-20], 同时秆穗连接力和果穗果柄连接力降低[21-22], 导致落穗损失增加。因此应适期收获, 才能兼顾籽粒破碎率、杂质率、落穗损失率和籽粒总损失率。按照国家GBT 21962—2008《玉米收获机械技术条件》的要求[4], 本试验播期下四川春玉米在8月7—19日收获可达到机械粒收质量要求, 较传统收获日期推迟10~15 d。
4 结论随着收获时间推迟, 四川春玉米籽粒含水率逐渐降低, 机械粒收破碎率先快速降低后略有升高, 杂质率快速降低并趋于稳定, 落穗损失率和籽粒总损失率逐渐增加, 同时籽粒破碎率和杂质率在品种间的差异逐渐减小, 而落穗损失率和籽粒总损失率在品种间的差异逐渐增大。选择生理成熟后立秆能力强、落穗损失低的玉米品种推迟收获可显著提高机械粒收质量。推迟收获时间有利于降低机械粒收籽粒破碎率和杂质率, 但增加落穗风险和籽粒总损失率。四川春玉米适宜机械粒收的籽粒含水率范围为18.96%~29.76%, 本试验播期条件下适宜机械粒收时间在8月7—19日，较传统收获日期推迟10~15 d。
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