刘志辉 展 茗* 梁如玉 王 燕 刘永忠 黄益勤 杨仁能 尚春辉

(1.华中农业大学 植物科学技术学院/农业农村部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室,武汉 430070；2.湖北省农科院 粮食作物研究所,武汉 430070)

玉米机械化收获是玉米生产的重要环节，也是实现玉米全程机械化的难点所在。与欧美发达国家相比，我国玉米机械化收获技术生产应用起步较晚[1-2]，但近几年发展较快，截止2018年，我国玉米机收率超过70%， 但低于小麦和水稻的机械化收获水平[3]。目前我国玉米机械化收获主要以机收穗为主，直接机收籽粒比例尚少，且普遍存在玉米机收籽粒破碎率高和损失率高等问题[4]。因此，提高玉米籽粒机收质量是实现我国玉米高效机械化籽粒直收亟待解决的问题。已有研究表明玉米籽粒机械化收获质量受品种[5]、配套农艺措施[6]和收获机械[7]等多种因素的影响。机收籽粒破碎率高是我国玉米机械化籽粒直收存在的主要质量问题[8]。近期研究表明，我国玉米籽粒机械收获破碎率均值为8.56%[4]，黄淮海地区机收籽粒破碎率为10.19%[9]，远高于国标“玉米收获机械技术条件”(GBT-21961—2008)[10]中机收籽粒破碎率标准(≤5.00%)。籽粒含水量与破碎率之间呈极显著正相关，是造成玉米籽粒破碎率高的重要因素[11]。收获时玉米籽粒含水量是品种、气象条件和栽培措施共同作用下籽粒脱水快慢的结果[12-13]。少数研究表明籽粒脱水速率与穗粗、轴粗、粒长和百粒重呈极显著负相关[14]，影响玉米籽粒脱水的内在生理机制有待深入研究与鉴别。损失率是制约籽粒机收质量的又一重要因素，我国玉米机械粒收总损失率平均为4.76%[4]，黄淮海地区22.50% 的春玉米机收总损失率高于现行国家标准(≤5.00%)[15]，对玉米机收产量造成较大影响。研究表明，田间倒伏是造成玉米机收损失率高的另一主要原因[15]。收获时收获机割台高度、收获速度对损失率也有较大的影响[16]。降低机收损失率的适宜植株性状及配套农艺措施仍有待深入探明。相较于北方玉米主产区，南方地区玉米籽粒机收起步晚，相关研究较少。最近研究表明西南地区夏玉米机械粒收籽粒破碎率平均为5.63%[17]，同样存在破碎率高的问题。长江中游地区由于畜牧业和玉米深加工业发展，对玉米需求迅速增加，21世纪以来玉米种植面积迅速扩大，但单产水平低于我国玉米主产区单产[18]，玉米高产高效机械化生产是长江中游玉米生产发展的必然趋势。但因生态条件多样，该区春玉米生育后期多降雨天气[19]，现有品种籽粒脱水速率慢，籽粒机收难度较大，严重制约了该区玉米籽粒机收技术的推广。而针对该区从品种改良和配套农艺措施优化等方面提高玉米机收质量的研究鲜有报道。本研究通过比较不同品种和收获时间的玉米机收质量性状，分析影响机收质量的关键农艺性状，旨在探明玉米成熟后适宜的机收时间，以期为长江中游玉米宜机收品种选育及配套农艺措施提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验点

试验于2018和2019年在湖北省荆门市屈家岭管理区(30°53′ N，112°46′ E)进行。地处江汉平原北界，属于亚热带季风性气候，是湖北省典型两熟制区。全年日均温10 ℃以上的天数约为230～240 d，且雨热同期，年均降水量约为1 100～1 300 mm。试验期间玉米生长期间主要气象条件，见表1，2018和2019年4—8月平均气温均为25.2 ℃，累计降雨量分别为544.4与564.8 mm，平均相对湿度分别为75.6%与74.8%。但2年的降水与气温分布差异较大，2018年6月降水偏少，但7月降水较多；而2019年6月降水较多，7—8月降水量较少，气温较高，8月出现严重干旱。试验点土壤类型为潮土，土壤有机质含量为15.93 g/kg，全氮含量为0.67 g/kg，全磷含量为0.53 g/kg，速效磷含量17.09 mg/kg，速效钾含量为64.46 mg/kg。

表1 2018和2019年4—8月旬日均温、累计降雨量和相对湿度的变化Table 1 Daily mean temperature, accumulated rainfall and relative humidity over ten-days from April to August in 2018 and 2019

1.2 试验设计

采用收获时间与品种两因素裂区试验，收获时间为主区，品种为裂区。2018年选用5个玉米品种，包括在湖北省平原区春玉米品种区试中表现好且通过审定的品种‘登海618’ (‘DH618’)与‘中农大7737’(‘ZND7737’)；在黄淮海平原玉米机收组区域试验中表现较好的‘迪卡517’(‘DK517’)与‘粒收1号’(‘LS1’)，选用当地种植面积较大的‘蠡玉88’(‘LY 88’)为对照。2019年选用8个品种，除2018年的‘登海618’(‘DH618’)和‘迪卡517’(‘DK517’)外，还包括湖北省审定品种及品种区域试验中表现较好的‘浚单509’(‘XD509’)和‘登海1786’(‘DH1786’)，从黄淮海平原玉米种植区域表现好且通过审定的‘豫单9953’(‘YD9953’)、‘迪卡653’(‘DK653’)和‘京农科728’(‘JNK728’)等，仍以‘蠡玉88’为对照。每个品种设置生理成熟期(T1)、生理成熟后1周(T2)和生理成熟后2周(T3)等3个机械化收获时间，实际收获时间根据各个品种的生理成熟时间确定。每个处理小区机收8行玉米，行长为40 m，3次重复。

1.3 田间管理

春玉米播种前进行旋耕整地。2018年4月3日播种，2019年3月26日播种，均使用精量播种机单粒播种，苗期不间苗。种植行距为60 cm，株距为18.5 cm，密度为9万株/hm2。结合播前整地，施用玉米专用配方肥(N∶P2O5∶K2O质量比为24∶7∶7)600 kg/hm2和复合肥(N∶P2O5∶K2O质量比为15∶15∶15)375 kg/hm2作底肥。玉米大喇叭口期，追施尿素225 kg/hm2和氯化钾37.5 kg/hm2。播种后喷封闭型除草剂。大喇叭口期喷施化控剂乙烯利进行化控。在各品种生理成熟后按试验设计的收获时间进行机械化籽粒直收，收获机为雷沃谷神GE60(潍柴雷沃重工股份有限公司)，收获机行距为60 cm。其他田间管理同当地大田玉米生产。

1.4 测定指标及方法

收获前每小区选3点，每点选取15株代表性植株调查株高、穗位高和茎粗；调查10 m双行总株数、倒伏株数和茎腐病株数，计算玉米收获密度和不同收获期玉米植株的倒伏率和茎腐病发病率；选取10株代表性植株，测量玉米重心高度；用便携式茎秆强度仪测定茎秆拉折力，连续测定20株；连续取20株玉米果穗，测定穗长和穗粗；果穗脱粒后取中部籽粒用LDS-1G电脑水分测定仪(上海农奥仪器有限公司)测定籽粒含水量和容重；取100粒种子用于测定百粒重，3次重复；取30粒籽粒，用游标卡尺测量籽粒长、宽和厚，计算理论体积；取30粒籽粒，用谷物硬度计测定籽粒破碎力。玉米机收后测量机收小区长和宽，计算机收面积，称量机收籽粒重量；每个小区取3份机收籽粒，测定籽粒含水量，按14%籽粒含水量折算机收产量。同时，参照李璐璐等[5]的方法测定机收籽粒破碎率、含杂率与损失率。

1.5 数据处理及统计分析方法

利用Statistix 8.0进行方差分析与显著性检验(LSD法)；调用R语言中Relaimpo软件包,利用LMG方法[20]进行机收籽粒破碎率和田间损失率关键影响因素相对重要性分析；利用SPASS 16.0进行回归曲线拟合与显著性检验；利用Excel 2010进行作图。

2 结果与分析

2.1 收获时间对春玉米机收产量的影响

由表2可知，2年的收获时间与品种均对春玉米机收产量有显著影响(P<0.01)。2018年，机收产量随着收获时间的延迟呈现先上升后下降的趋势,成熟后1周(T2)机收产量显著高于生理成熟期(T1)与延迟2周收获(T3)的产量。而2019年，延迟收获也显著提高了机收产量，T2与T3机收产量均显著高于T1机收产量，但T2与T3机收产量差异不显著。总体而言，T2处理可以显著提高玉米机收产量, 2年平均提高9.72%。2018年，收获时间与品种的互作效应显著(P<0.01), 主要是‘粒收1号’随收获期的延迟机收产量显著下降；而2019年收获时间与品种间的互作效应不显著。

2.2 不同品种和收获时间对春玉米机收质量的影响

由表3可知，收获时间与品种对玉米机收籽粒破碎率有显著影响。2年试验中，随收获期延迟，籽粒破碎率均有显著降低趋势(P<0.05)。2018和2019年，各品种T1的籽粒破碎率平均值均>10%；而T2与T3的籽粒破碎率分别下降到8.5%和5.6%左右。2年的试验中机收玉米籽粒破碎率品种间差异显著， 2018年，各个品种破碎率变化范围为4.45%～18.94%，2019年为3.94%～16.64%。从3个共性品种看，与2018年相比，‘登海618’和‘蠡玉88’延迟2周收获籽粒破碎率均≤5%，而‘迪卡517’籽粒破碎率仍≥5%。

由表3可知，2018年机收损失率随收获期的推迟显著增加(P<0.05)，T3的损失率平均高达21.2%，而2019年机收损失率受收获时间影响不显著。机收损失率品种间变化较大，2018年在1.6%～43.5%，‘蠡玉88’和‘中农大7737’损失率显著高于其他3个品种；而2019年‘迪卡517’、‘豫单9953’和‘迪卡653’机收损失率总体上显著高于其他品种。2018年收获时间与品种的交互作用显著，主要是‘迪卡517’在T1的损失率偏高，而其他品种随推迟收获导致损失率升高；2019年收获时间与品种间的交互作用不显著。

2018和2019年，各收获时期机收含杂率均≤3%，符合现有行业标准中机收含杂率的要求，见表3。但总体看，收获期延迟能有效降低机收含杂率；机收含杂率品种间差异显著，‘中农大7737’、‘粒收1号’和‘豫单9953’机收杂质率相对较低。

2.3 影响春玉米机收破碎率的关键因素

由表4可知，各指标对籽粒破碎率的贡献率由大到小为:籽粒厚>籽粒含水率>百粒重>穗粗>籽粒体积>穗长>籽粒宽>容重>籽粒长>籽粒压缩破碎力，其中籽粒厚、籽粒含水率和百粒重对机收籽粒破碎率变异的解释累计达59.8%。籽粒厚、籽粒含水率和百粒重均与籽粒破碎率呈显著的二次曲线关系，见图1。籽粒破碎率随籽粒厚度、粒重的增加呈先降低后上升的趋势，随着籽粒含水率的增加而增加。根据回归模型，当籽粒厚度介于3.5～4.5 mm，收获时籽粒含水率下降至23.0%以下，籽粒百粒重介于28.0 ～31.0 g时，机收籽粒破碎率可≤8%。

2.4 影响春玉米机收损失率的关键因素

由表5可知，对籽粒损失率影响较大的因素有植株倒伏率、穗位高和重心高度，三者对机收损失率的变异累计贡献为74.7%。进一步回归分析表明倒伏率与损失率间呈显著的正相关(图2 (a))，倒伏率越低损失率越小，当倒伏率≤2.0%时，机收损失率可降低到6.0%以下。而穗位高、重心高度均与机收损失率呈显著的二次曲线关系(图2(b)和(c))，随着穗位高和重心高度的增加机收损失率呈先下降后上升的趋势；根据回归方程估计，当玉米穗位高介于82.0～102.0 cm，重心高度介于76.0～114.0 cm 时，机收损失率可下降到5%以下。

表2 不同收获时间下春玉米机收产量Table 2 Mechanical harvest yield of spring maize at different harvest time t/hm2

表4 基于LMG法的春玉米各生物学性状对机收籽粒破碎率的影响

图1 春玉米籽粒厚度(a)、籽粒含水量(b)和百粒重(c)与机收籽粒破碎率之间的关系Fig.1 Relationship between grain thickness (a), grain moisture (b), 100-grain weight (c) with grain broken rate

2.5 收获时间对春玉米籽粒含水量、容重与倒伏率的影响

由表6可知，随收获延迟玉米籽粒含水量下降较快，2018和2019年T1收获时各品种籽粒含水量分别为28.73%与32.09%； T2的籽粒含水率2年分别显著下降4.8%和4.5%；T3的籽粒含水率2年分别显著下降9.6%和4.4%。延迟收获有提高玉米籽粒容重的趋势。相较于T1期收获，2018和2019年，T2期收获籽粒容重分别显著提高6.2%和3.7%；继续延迟到T3收获籽粒容重增重变缓，2018和2019年分别提高3.5%与0.2%。2018年玉米倒伏较重；而2019年玉米倒伏较轻，各品种各个时期收获时倒伏普遍在6.00%以下。从2018年数据来看，随收获的延迟，有增加玉米倒伏的风险，这是继续延迟后机收损失率增加，机收产量下降的原因之一。因此，从平衡机收产量、机收破碎率、机收损失率的角度看，需要考虑适宜的延迟收获时间。

表5 基于LMG法的春玉米各生物学性状对机收籽粒损失率的影响Table 5 Relative importance of different biological traits tograin loss rate based on LMG method %

图2 春玉米倒伏率(a)、穗位高(b)和重心高度(c)与机收籽粒损失率之间的关系Fig.2 Relationship between lodging rate (a), ear height (b), gravity center height (c) with grain loss rate in spring maize

表6 不同收获时间对春玉米籽粒含水量、容重与倒伏率的影响Table 6 Changes in grain moisture, test weight and lodging rate under different mechanical harvest time of spring maize

3 讨 论

3.1 籽粒破碎率与损失率的影响因素

籽粒破碎率高影响玉米质量等级，是当前我国玉米机械化直收籽粒面临的最大问题[21-22]。美国在20世纪中期开始进行玉米籽粒直收，也存在籽粒破碎率大的问题，机收破碎率高达29.00%[23]。本研究发现长江中游春玉米生理成熟时机收籽粒破碎率为5.36%～18.94%，平均高达12.08%(表3)，远高于我国现行国家标准机收籽粒破碎率标准(≤5.00%)[10]。近期有研究表明，黄淮海地区夏玉米机收籽粒破碎率均值为10.19%[9]；黄土高原旱作区平均为7.23%～7.75%[24]；东北春玉米平均为5.24%，最高为9.48%[8]；可见长江中游春玉米机收破碎率高于其他玉米产区。本研究发现，品种间的机收破碎率差异显著(表3)。多数研究表明收获时玉米籽粒含水量是影响籽粒破碎率的关键因素[5-6，11，24-25]，两者呈显著正相关关系[26]，籽粒含水率能够解释破碎率变化的45.2%[27]。目前，国际上普遍认为，籽粒含水率在18.0%～23.0%时破碎率最低[25,28]。本研究也发现籽粒含水量与籽粒破碎率呈显著的二次曲线关系(图1(b))，这与Plett等[26]研究较一致。此外，籽粒形状、结构成分和力学特性也会影响机收破碎率[29-31]。本研究通过相对重要性分析，发现籽粒厚度、收获时籽粒含水率以及百粒重对破碎率影响较大(表4)。进一步回归分析表明，籽粒厚度与籽粒破碎率间呈二次曲线关系，当籽粒厚度介于 3.5～4.5 mm，机收破碎率较低(图1(a))。此外， 本研究发现粒重与籽粒破碎率也呈显著的二次曲线关系(图1(c))，据模型估算低破碎收获时，品种百粒重在28.0～31.0 g较合适。可见影响籽粒破碎率的因素较多，除籽粒水分外，其他影响因素的研究较少，且有不一致的情况，还需结合各区域的生态条件和种植制度等进一步深入探明。

机械收获过程中田间损失率直接影响着玉米收获产量。柴宗文等[26]调查发现黄淮海、西北及东北玉米产区机收粒玉米产量平均损失率4.12%。而本研究中，2年的籽粒机收损失率变化很大，2018年为1.58%～43.47%，2019年为1.51%～13.06%，平均超过5.00%(表3)，高于其他玉米产区的平均水平[26]，这可能与当地的气候条件、品种适应性和栽培措施等有一定关系。但本试验发现品种与收获期对机收损失率均有显著影响(表3)。研究表明玉米生育后期倒伏是造成玉米机收损失的主要影响因素，倒伏率每增加1%，果穗损失增加0.15%，倒伏也会降低机收籽粒品质[32]。因此品种的立杆特性、穗粒特性及种植密度等均会影响机收损失率[33-37]。本试验通过相对重要性分析发现倒伏率是影响损失率的最重要的因素，对机收损失的贡献率可达46.46%(表5)，在本试验条件下，当倒伏率≤1%时，损失率才能控制在5%以下(图2(a))。已有研究表明，穗位高是影响玉米倒伏的关键因素[33]。本研究也发现穗位高与重心高度对机收损失也有重要贡献(表5)，且与机收损失率呈显著的二次曲线关系(图2(b)和(c))，当穗位高控制在82.0～102.0 cm时可有效降低机收损失率。这对于指导当地玉米品种的筛选和群体调控具有一定借鉴意义。樊廷录等[24]发现田间产量损失与籽粒水分显著相关，当籽粒水分≤21.4%时， 产量损失率最低。但本研究发现籽粒含水率对机收损失影响不显著(表5)。樊廷录等[24]也发现收获时的天气条件对黄土高原玉米机收损失也有影响，阴雨天气会导致损失率升高。本试验中，2018年玉米生理成熟前后(7月底—8月上旬)降水明显多于2019年(表1)，这也可能是2018年损失率高于2019年的原因之一。

3.2 提高长江中游春玉米机收质量的可行途径

玉米生理成熟后延迟收获可以显著降低籽粒含水率，降低机收籽粒破碎率。美国在玉米籽粒机收初期通过延迟收获使籽粒含水率降至20%甚至更低，达到降低机收籽粒破碎率的效果[38]。随着收获期推迟，籽粒含水率逐渐降低，籽粒破碎率和落粒率呈先降低后升高趋势[39]。梁效贵等[40]发现黄淮海地区夏玉米延迟收获能有效降低籽粒水分，延迟收获10 d籽粒含水量下降4.6%，继续延迟10 d可继续下降3.5%。本研究也发现了类似的规律，随收获期的延迟，所有品种的籽粒仍继续脱水，延迟1周，籽粒含水量平均下降了7.2%，继续延迟1周，籽粒水分又下降4.4%(表6)，由此可见，在长江中游春玉米延迟收获后籽粒含水量的下降速度要快于黄淮海区夏玉米，这可能与本试验中春玉米机收时气温较高且降水偏少有关(表1)。

已有研究表明玉米生理成熟后的籽粒脱水主要受气象等外部因素驱动[3]。本研究同时发现随收获延迟，籽粒容重上升(表6)，有利于增加机收产量(表2)，同时硬度增大，也有利于降低籽粒破碎率[31]。因此本试验发现生理成熟后延迟1周收获，籽粒破碎率平均下降3.48%，延迟2周收获，可继续下降2.84%(表3)。但是，随着收获期推迟茎腐病与穗腐病发生率会升高[41]，引起玉米倒伏增加[42]，不仅造成收获障碍，增加收获成本，而且机收损失率升高，降低玉米机收产量。本研究发现，2018年机收延迟1周收获，倒伏率明显升高(表6)，2019年倒伏率低，延迟收获后变化不大。这可能是2018年延迟1周内(约7月底—8月上旬)降水量偏多，比2019年的RH大(表1)。由此可见，延迟收获有利于降低籽粒破碎率，但却存在机收损失率增加的风险。长江中游地处亚热带湿润气候区，春玉米收获前后多处于高温高湿环境，延迟收获可能会加速玉米生理成熟后植株自然衰老过程[42]，加重茎腐病发生，机械强度降低增加倒伏风险，且该区春玉米以两熟制为主，与下茬作物之间的农闲期最多20 d 左右。因此，在权衡降低机收破碎率、机收损失率与提高机收产量的基础上，选择合理的延迟收获时间，同时还要综合考虑当地生态条件与种植制度的要求。

4 结 论

湖北省春玉米生理成熟时机收含杂率较低，而籽粒破碎率与损失较高，普遍达不到国家标准(≤5.00%)的要求，是湖北省春玉米机械直收籽粒面临的主要问题。春玉米品种的植株特性对机收破碎率与损失率均有显著影响。籽粒厚度、籽粒含水率和百粒重对籽粒破碎率影响较大；而倒伏率、穗位高和重心高度对损失率影响较大。适宜的籽粒厚度、收获时较低籽粒含水量、适宜的粒重、适宜的穗位高度和选用抗倒伏品种等均有利于提高春玉米机收质量。生理成熟后适当推迟收获时间可以显著降低籽粒水分和降低机收籽粒破碎率，但也有增加机收损失率、降低机收产量的风险，因此建议长江中游春玉米成熟后推迟7～10 d机收较合适。