李璐璐，雷曉鵬，，謝瑞芝，王克如，侯鵬，張鳳路，李少昆

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夏玉米機械粒收質量影響因素分析

李璐璐1，雷曉鵬1，2，謝瑞芝1，王克如1，侯鵬1，張鳳路2，李少昆1

（1中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點實驗室，北京100081；2河北農(nóng)業(yè)大學，河北保定071000）

【目的】機械粒收是玉米生產(chǎn)的發(fā)展方向，收獲質量是影響其推廣應用的主要因素。中國玉米機械粒收還處于起步階段，目前在西北和東北等春播玉米區(qū)推廣應用面積較大，黃淮海夏播玉米區(qū)正在積極開展試驗示范。本研究通過分析黃淮海夏玉米機械粒收質量及其影響因素，為該技術的推廣應用提供支持?！痉椒ā?013—2015年累計選用了23個玉米品種，在黃淮海典型代表區(qū)河南新鄉(xiāng)開展試驗研究。2013年和2015年在收獲期分別進行2次機械收獲，2014年1次機械收獲。收獲當天測定各個品種的收獲前籽粒含水率，并調查測產(chǎn)。機械收獲后從機倉隨機取一定量籽粒樣品，立即測定收獲后籽粒含水率，然后手工分揀樣品，測定籽粒破碎率和雜質率；收獲后，在田間選取3個代表性樣區(qū)，調查落穗損失和落粒損失?！窘Y果】2013—2015年，籽粒破碎率共調查131個樣點，結果顯示，收獲時玉米籽粒含水率在20.80%—41.08%，籽粒破碎率變幅為4.98%—41.36%，籽粒破碎率隨著籽粒含水率的提高明顯升高；破碎率低于8%的有38個樣點，占比29.01%，籽粒含水率低于26.92%時，收獲的玉米籽粒能夠滿足破碎率8%以下的要求。機收雜質率共調查134個樣點，雜質率0.37%—5.28%，雜質率低于3%的樣點有107個，占比79.85%，雜質率也隨著籽粒含水率的升高而增加；2013—2014年，籽粒含水率低于28.27%時，雜質率能夠低于3%的國家標準；2015年收獲時籽粒含水率雖然較高，但雜質率均在3%以下。田間損失率共調查108個樣點，變幅為0.18%—2.85%（落穗率和落粒率），均能滿足國家標準，損失率不是影響機械收獲質量的限制因素。在本試驗條件下，籽粒含水率低于26.92%時，破碎率和雜質率分別低于8%和3%，田間損失率也符合國家標準，能夠滿足機械粒收質量要求。研究還發(fā)現(xiàn)，籽粒含水率相近的不同品種之間，機械收獲的破碎率和雜質率也存在顯著差異，表明品種固有的理化特性對機械收獲質量也有影響?！窘Y論】收獲時的籽粒含水率是影響機械粒收質量的關鍵因素，在相同籽粒含水率條件下，品種之間收獲質量表現(xiàn)出顯著差異。由于年際間熱量等條件的不同，收獲時的籽粒含水率存在一定幅度的變動，但通過選擇適宜品種、科學安排播種和收獲時間，以河南新鄉(xiāng)為代表的黃淮海夏玉米區(qū)完全能夠保證玉米機械粒收質量。

玉米；機械粒收；收獲質量；籽粒含水率

0 引言

【研究意義】收獲是玉米種植中最繁重的環(huán)節(jié)，也是目前玉米全程機械化的“瓶頸”。相對于機械穗收，粒收具有作業(yè)環(huán)節(jié)少，生產(chǎn)效率高、勞動強度低的優(yōu)勢。美國等西方發(fā)達國家在20世紀70年代后已大面積推廣應用機械粒收技術[1]。與之相比，中國的玉米機械粒收技術還處于起步階段?！厩叭搜芯窟M展】前人研究表明，影響機械粒收技術推廣應用的限制因素包括品種、收獲機具、耕作模式、生產(chǎn)規(guī)模、農(nóng)戶意識等，其中收獲質量的影響最為顯著[2-4]。玉米機械粒收的質量指標主要包括籽粒破碎率、雜質率和損失率，損失率又包括落穗率和落粒率[5]。國內(nèi)外相關研究表明玉米籽粒含水率顯著影響機械收獲破碎率，且含水率越高，破碎率越大[6-8]。適合機械粒收的品種應該滿足早熟、耐密、抗倒和籽粒脫水快的要求[9-10]，且農(nóng)機和農(nóng)藝相結合可推動該技術的應用[1,11-12]。本團隊前期研究證實，影響玉米機械粒收質量的主要因素是籽粒含水率，且籽粒破碎率和雜質率隨著含水率的升高顯著增加[13-14]；田間損失率隨含水率增加明顯上升[14]，當籽粒含水率在15%以下時機收，田間損失率因落粒率增大而增大[13]；此外，不同機型、不同機器及其維護和作業(yè)也是影響玉米粒收質量的重要因素[15]。【本研究切入點】玉米收獲以人工收穗或機械收穗為主，轉變該區(qū)玉米收獲方式勢在必行。該區(qū)小麥/玉米一年兩作，玉米生長發(fā)育時間受到農(nóng)時的限制，收獲時籽粒含水率高，影響了機械粒收質量和該技術在本地區(qū)的推廣應用。【擬解決的關鍵問題】河南新鄉(xiāng)位于黃淮海地區(qū)中部，是典型的夏播玉米區(qū)，本研究通過在新鄉(xiāng)連續(xù)3年的試驗研究，探討影響夏玉米機械粒收質量的因素，以期為黃淮海夏玉米機械粒收的推廣和應用提供理論和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2013—2015年在中國農(nóng)業(yè)科學院河南新鄉(xiāng)綜合試驗站（北緯35°18′，東經(jīng)113°54′）進行。試驗地前茬為冬小麥，供試土壤為黏質壤土，前茬小麥秸稈全部粉碎還田，用當?shù)仄胀úシN機貼茬播種，行寬60 cm，種植密度67 500 株/hm2。供試品種以當前生產(chǎn)主栽品種為主，其中，2013年10個，2014年11個，2015年11個（表1）。大區(qū)種植，田間隨機排列。為便于機械收獲的調查，每個品種播種兩個收獲割幅以上寬度，行長200 m以上。其他管理措施同當?shù)卮筇锷a(chǎn)。收獲機為福田雷沃谷神GE50，配套喜盈盈4YB-4半喂入玉米籽粒收獲割臺，割幅4行，收割速度0.8 m·s-1。2013年分別在9月25日和10月12日進行2次收獲，2014年在10月9日進行1次收獲，2015年分別在9月26日和10月8日進行2次收獲。

表1 試驗選用的玉米品種信息

生育期來自品種審定公告 Growth period is from variety certification announcement

1.2 數(shù)據(jù)調查

生長發(fā)育情況記錄：記錄田間生長情況，吐絲期選擇代表性區(qū)域，調查株高、穗位高等。

大田測產(chǎn)：選擇長勢均勻一致處作為樣區(qū)，在收割前調查10 m行長的株數(shù)，計算收獲密度。同時在此區(qū)域內(nèi)連續(xù)選擇20穗，調查行粒數(shù)、穗行數(shù)，計算平均單穗粒數(shù)，脫粒后用PM8188水分測定儀測定機械收獲前含水率，并測定百粒重，計算理論產(chǎn)量。

1.3 機械粒收質量評價

在測試地塊，隨機取收獲機機倉內(nèi)收獲的籽粒樣品約2 kg，用PM8188水分測定儀測定含水率，然后手工分揀將其分為籽粒和非籽粒兩部分；對籽粒部分稱其重量并計為KW1，非籽粒部分稱重計為NKW；再根據(jù)籽粒的完整性，將其分為完整籽粒和破碎籽粒并分別稱重，完整粒部分重量計為KW2，破碎粒重量計為BKW。

雜質率（%）=[NKW/（KW1+NKW）]×100

籽粒破碎率（%）=[BKW/（KW2+BKW）]×100

在測定收獲速度的收割段選取3個樣點，每個樣點取2 m長一個割幅寬（4行玉米）的面積，收集樣點內(nèi)的落穗和落粒，測定落穗、落粒重。將理論產(chǎn)量、落穗和落粒重分別折合成單位面積數(shù)值，計算產(chǎn)量損失率：

產(chǎn)量損失率（%）=（單位面積田間落粒重+單位面積田間落穗籽粒重）/單位面積產(chǎn)量×100。

1.4 氣候因素

試驗點2013年、2014年和2015年玉米生育季節(jié)以及常年（1992—2015年平均）氣象數(shù)據(jù)見表2。數(shù)據(jù)顯示，2013年玉米生育季節(jié)（第1、2組）積溫明顯偏高、降水偏少，其中，積溫較常年增加236.0—287.1℃，降水減少64.5—88.3 mm。2014年玉米生育季節(jié)積溫接近常年，但降水量偏高、日照時數(shù)偏短。2015年玉米生育季節(jié)積溫和日照時數(shù)略高于常年，降水量則低于常年平均水平。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 SPSS Statistics 17.0 和 Excel 2007 軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

表2 試驗點氣候條件

2 結果

2.1 籽粒破碎率與含水率的關系

2013—2015年共131個樣點的調查顯示，籽粒破碎率變幅為4.98%—41.36%。按GB1353—2009玉米國標[16]三等玉米破碎率8%的標準，調查范圍內(nèi)破碎率低于8%的有38個樣點，占比29.01%；破碎率高于8%的有93個樣點，占比70.99%。

收獲時玉米籽粒含水率在20.80%—41.08%，參照謝瑞芝等[14]的數(shù)據(jù)分析方法，將玉米機械收粒的籽粒破碎率與含水率的關系分為兩個階段，籽粒含水率大于27.10%時，籽粒含水率對破碎率的影響明顯增加（圖1）。籽粒含水率低于26.92%時，收獲的玉米籽粒能夠滿足破碎率8%以下的要求。2015年收獲時玉米籽粒含水率均在27.53%以上，破碎率在8.75%以上，籽粒破碎率隨含水率的增加呈線性增加（圖2）。

2.2 籽粒雜質率與含水率的關系

2013—2015年134個樣點的雜質率變幅為0.37%—5.28%。根據(jù)GB/T 21962—2008[17]標準，雜質率應控制在3%以下，調查范圍內(nèi)雜質率低于3%的樣點有107個，占比79.85%；高于3%的樣點有27個，占比20.15%。

2013和2014年，雜質率與籽粒含水率的關系可以分為兩個階段（圖3），籽粒含水率大于28.39%時，籽粒含水率對雜質率的影響明顯增加。2013和2014年試驗條件下籽粒含水率低于28.27%時，雜質率低于3%；2015年收獲時籽粒含水率雖然較高，但雜質率均在3%以下（圖4），能夠滿足國家標準。

圖1 2013和2014年籽粒含水率與破碎率

2.3 田間損失率與籽粒含水率的關系

2013—2015共調查108個樣點，田間損失率（落粒率與落穗率）在0.18%—2.85%之間。玉米機械收粒的田間損失率與籽粒含水率的關系如圖5所示，隨著籽粒含水率的增加，田間損失率有增加的趨勢。根據(jù)GB/T 21962—2008標準，收獲的田間損失率應控制在5%以下，調查范圍內(nèi)的田間損失率均能滿足國家標準。

圖3 2013和2014籽粒含水率與雜質率

圖4 2015籽粒含水率與雜質率

2.4 品種間機械粒收質量的差異

研究發(fā)現(xiàn)，即使籽粒含水率相近，不同品種進行機械籽粒收獲時的破碎率和雜質率也存在明顯差異。表3列出了3年內(nèi)在同一收獲時期、籽粒含水率相近的不同品種收獲質量的差異。5組不同品種的破碎率差值在3.55%—8.74%之間，雜質率差值相對較小，為0.20%—2.47%；且隨著籽粒含水率的增大，品種間破碎率差值有增大趨勢。

表3 相同籽粒含水率時不同品種間收獲質量的差異

**和*分別表示在＜0.01和＜0.05水平上差異顯著 ** and * represent significance at＜0.01 and＜0.05

圖5 籽粒含水率與損失率

3 討論

3.1 籽粒含水率與機械粒收質量

玉米收獲時籽粒含水率是影響機械粒收質量的關鍵因素。在本研究條件下，131個樣點籽粒破碎率變幅為4.98%—41.36%，破碎率偏高是制約黃淮海夏玉米機械粒收的主要質量指標。籽粒破碎率隨著含水率的升高而升高，呈現(xiàn)出極顯著正相關關系，這與前人研究結果一致[6-8,13-14]。籽粒含水率較高時，機械脫粒所需的較大分離作用力可能是造成高破碎率的原因之一[18]。前人認為籽粒含水率22%—24%時為玉米脫粒質量最佳時期[19]，黃淮海地區(qū)機械粒收的含水率應小于28%[10]，本試驗結果顯示，黃淮海夏玉米破碎率滿足三等玉米質量要求的籽粒含水率條件應低于26.92%。除了籽粒含水率對破碎率的影響，田間損失率也表現(xiàn)出隨著籽粒含水率的升高而升高的趨勢，但在調查范圍內(nèi)損失率均未超過國家標準，表明現(xiàn)階段損失率不是制約黃淮海夏玉米機械收獲質量的主要因素。雜質率同樣隨著籽粒含水率的增加而增加，但兩者關系在年際間變化較大。2013和2014年籽粒含水率低于28.27%時雜質率可滿足3%的國家標準要求，而2015年在較高的籽粒含水率下雜質率也未超過標準，分析認為雜質率可能受到收獲機械及其作業(yè)質量等因素的影響，需要進一步研究證實。

3.2 品種對機械粒收質量的影響

玉米收獲期籽粒含水率受到品種脫水速率[20-21]、生育期[22]以及環(huán)境條件[23-24]等的影響。研究還證實，即使籽粒含水率相近，不同玉米品種之間破碎率也存在明顯差異，這可能是籽粒本身的理化特性等因素造成的。Paulsen等[25]研究認為玉米不同品種之間籽粒破碎敏感性存在顯著差異。Martin等[26]研究表明玉米籽粒大小、類型、結構特征和硬度等影響機械收獲的破碎率，機械收獲時大籽粒相對于小籽粒更易受損[27]，且圓形籽粒受損較多，方形籽粒的頂部容易受損[18]；籽粒中不同的物質組成也會影響機械損傷[18]。此外，Waelti[28]研究表明籽粒破損隨著穗軸的減小而增大。Jennings[27]還證實，雖然不同玉米品種的果皮厚度差異很大，但是并不影響機械收獲質量。因此適宜機械收獲的品種除了應該具有籽粒脫水快的特性外，還應該在籽粒類型、物理特性和化學組成等方面有一定的適應性，這對品種選育提出了更高的要求。

3.3 影響機械粒收質量的其他因素

玉米機械粒收質量不僅受籽粒含水率影響，還受到其他眾多因素影響。Cloninger等[29]研究認為機械收獲的籽粒破碎隨著密度增加而增加，延遲收獲并不影響籽粒破碎率，但是落穗損失率因倒伏和機收前田間掉穗而增加。卜俊周等[30]研究表明在相同密度下60 cm行距配置較65 cm行距配置的機械粒收損失率小，收獲效率高。本團隊前期研究提出影響機械粒收質量的因素還包括種植密度、行距配置和機械作業(yè)等[4]。王克如等[15]認為，機械粒收時不同機型顯著影響籽粒破碎率和落粒損失率；同一機型不同機器、不同機手之間作業(yè)也會對籽粒破碎率、雜質率和落粒損失率產(chǎn)生顯著影響。Nguyen[31]報道，玉米果穗進入脫粒裝置時，與轉軸之間呈垂直、平行和斜向三個角度。脫粒裝置的組配以及籽粒喂入方向等均會影響脫粒質量，脫粒裝置在較低的運轉速率下，籽粒破碎減小[18,28]。相茂國[32]研究表明，隨著脫粒轉速的升高玉米籽粒破碎率先降低后升高，2.99—7.77 m·s-1為適合脫粒速度。本研究調查范圍內(nèi)，雖然2015年收獲時籽粒含水率較高，但收獲的雜質率卻遠低于2013和2014年在相應籽粒含水率下的水平，分析認為可能與機械的調試狀態(tài)和機手作業(yè)質量有關。

4 結論

連續(xù)3年的測試表明，收獲時的籽粒含水率是影響夏玉米機械粒收質量的關鍵因素，在相同含水率條件下，品種之間收獲質量表現(xiàn)出顯著差異。在當前主栽玉米品種熟期、類型及收獲機械條件下，籽粒含水率低于26.92%（27%）時，籽粒破碎率、雜質率和損失率可分別控制在8%、3%和5%的國家標準內(nèi)。通過選擇熟期更早、脫水快的品種，控制播期和收獲時間，以河南新鄉(xiāng)為代表的黃淮海夏玉米區(qū)可以實現(xiàn)機械粒收，并保證收獲質量。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Analysis of Influential Factors on Mechanical Grain Harvest Quality of Summer Maize

LI LuLu1, LEI XiaoPeng1,2, XIE RuiZhi1, WANG KeRu1, HOU Peng1, ZHANG FengLu2, LI ShaoKun1

(1Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081;2Hebei Agricultural University, Baoding 071000, Hebei)

【Objective】Mechanical grain harvest is the developing direction of maize production, and harvest quality is the main factor affecting its popularization and application. This harvest way in China is still in the preliminary stage. The application areas are larger in the Northwest and Northeast China while experimental demonstration is just actively carried out in Huang- Huai-Hai summer corn area. In this study, the influence factors on harvesting quality of mechanical grain harvest in summer maize were analyzed to provide supports for popularization and application of the technology. 【Method】From 2013 to 2015, twenty three different maize cultivars were planted in Xinxiang, Henan. Twice harvests were conducted in 2013 and 2015 and once in 2014. The moisture content and yield were measured before harvest. When mechanical harvest was finished, kernel samples were taken out from the harvester to investigate the moisture content immediately. Then, the grain broken rate and the impurity rate were measured in laboratory by hand-picked method. The ear and kernel loss rates were investigated in the field sample areas after harvest. 【Result】From 2013 to 2015, the results from 131 samples showed that corn kernel moisture content ranged from 20.80% to 41.08% and grain broken rate was between 4.98% and 41.36%. Grain broken rate increased with the rising grain moisture content. There were 38 samples that broken rate was below 8%, accounting for 29.01%. When kernel moisture content was under 26.92%, the broken rate could confirm to the standard of 8%. The results from 134 samples showed that the impurity rate was between 0.37% and 5.28%. There were 107 samples with impurity rate below 3% which accounted for 79.85%. The impurity rate also increased with the rising grain moisture content. From 2013 to 2014, the impurity rate did not meet the standard of 3% until grain moisture content was below 28.27% while the impurity rate was all below 3% with grain high moisture content in 2015. The loss rate from 108 samples ranged from 0.18% to 2.85% all of which confirmed to the national standard. Therefore, the loss rate didn’t limit the mechanical harvest quality. In this experiment, when kernel moisture content was lower than 26.92%, the broken rate and the impurity rate were below 8% and 3%, respectively, and the loss rate met the national standard simultaneously, which could ensure the quality of mechanical grain harvest. The study also found that there were significant differences in the broken rate and the impurity rate among different cultivars, representing the importance of proper cultivar. 【Conclusion】 Corn moisture content is the key factor for the quality of the grain mechanical harvest. Significant differences existed in harvest quality among cultivars when grain moisture contents were similar. Because of different growing conditions such as temperature between years, the grain moisture contents at harvest were different, but it is feasible for Huang-Huai-Hai summer maize region represented by Xinxiang, Henan to ensure the quality of grain mechanical harvest by choosing the adapted cultivars and adopting appropriate sowing and harvesting time.

maize; grain mechanical harvest; harvest quality; grain moisture content

2016-10-04；

2017-03-16

國家自然科學基金（31371575）、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術體系項目（CARS-02-25）

李少昆，E-mail：lishaokun@caas.cn

聯(lián)系方式：李璐璐，Tel：18611748642；E-mail：lilulu19910818@163.com。