張萬旭，明博，王克如，劉朝巍，侯鵬，陳江魯，張國強，楊京京， 車淑玲，謝瑞芝，李少昆

?

基于品種熟期和籽粒脫水特性的機收粒玉米適宜播期與收獲期分析

張萬旭1,2，明博2，王克如2，劉朝巍1，侯鵬2，陳江魯3，張國強1,2，楊京京3， 車淑玲4，謝瑞芝2，李少昆1,2

（1石河子大學農(nóng)學院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003；2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；3新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師農(nóng)業(yè)科學研究所，新疆五家渠 831301；4新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師奇臺農(nóng)場氣象站，新疆奇臺 831809）

【目的】規(guī)?；a(chǎn)條件下，需要兼顧產(chǎn)量和效率的協(xié)同提高。通過合理配置不同熟期品種及播期，能夠延長播種和收獲的機械作業(yè)時間，提高機械利用效率和玉米生產(chǎn)效率?！痉椒ā勘狙芯坑?015—2017年，選用KWS9384、新玉77和M751 3種不同熟期的主栽玉米品種，觀測籽粒含水率變化動態(tài)，建立基于授粉后積溫（≥0℃）的籽粒含水率預測模型，結(jié)合當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)，分析不同品種的播種與收獲時期?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，不同熟期品種的產(chǎn)量和適播期不同。早熟品種KWS9384適宜播期和收獲期更長，但產(chǎn)量較晚熟品種低；晚熟品種新玉77和M751產(chǎn)量高，但滿足生理成熟及脫水至適宜機械粒收含水率的時間更長。通過早熟品種和晚熟品種的搭配，可以有效延長玉米播種及機械粒收的作業(yè)時間；早播晚熟品種、晚播早熟品種的配置方案，能夠較好地協(xié)調(diào)產(chǎn)量和籽粒脫水的關(guān)系。【結(jié)論】通過分析不同品種適宜播種期及其相應的適宜收獲期，提出了高產(chǎn)高效協(xié)同生產(chǎn)目標下的品種和播期配置原則，實現(xiàn)特定生態(tài)和生產(chǎn)條件下機具利用效率和效益的最大化，為相關(guān)技術(shù)需求的研究和應用提供思路。

玉米；機械籽粒收獲；籽粒含水率；適宜收獲期；規(guī)?；a(chǎn)

0 引言

【研究意義】隨著合作社、家庭農(nóng)場和托管企業(yè)等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體逐步增加，規(guī)模化生產(chǎn)已成為必然趨勢[1-2]。機械化是規(guī)模化生產(chǎn)的必由之路[3]。由于作業(yè)機械特別是收獲機械價格昂貴，合作社或農(nóng)場保有量有限，延長機械的有效作業(yè)時間、提高機具利用效率是未來玉米規(guī)?；a(chǎn)決策面臨的重要問題。【前人研究進展】前人研究表明，玉米機械粒收質(zhì)量主要受籽粒含水率影響[4-7]，當含水率降至25%左右收獲，可協(xié)調(diào)適期早收、提高收獲質(zhì)量、降低烘干成本之間的矛盾[6,8]。玉米品種熟期、籽粒脫水特征不同，在規(guī)?；N植條件下，合理配置不同積溫需求的品種，確定適宜的播種和收獲期，可以在有限的機具條件下，盡量延長機械粒收的作業(yè)時間，提高生產(chǎn)效率。國外大型農(nóng)場也多通過種植不同熟期品種延長機械作業(yè)時間[9-11]?！颈狙芯壳腥朦c】規(guī)?；a(chǎn)條件下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要目標已由單純追求高產(chǎn)向提高綜合效益轉(zhuǎn)變，如何通過品種搭配，提高綜合生產(chǎn)效率尚缺乏系統(tǒng)研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以機械化和規(guī)?；潭容^高的新疆奇臺總場為對象，分析不同熟期類型玉米品種生長發(fā)育及籽粒脫水動態(tài)特征，明確達到適宜機械粒收籽粒含水率的積溫需求，結(jié)合歷史氣象數(shù)據(jù)，分析不同熟期類型品種適宜播種及機械粒收時期的變化，探索規(guī)?；N植模式下不同熟期類型品種及其播期的配置原則，為規(guī)模化生產(chǎn)條件下玉米的高效種植管理提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地點氣象條件與供試品種

試驗于2015—2017年在新疆奇臺總場二分場（89°46′01′′E，43°50'41″N）進行。試驗點位于新疆奇臺縣境內(nèi)，海拔1 021 m，年日照時數(shù)2 500—2 800 h，無霜期130—156 d。2004—2017年，4月至11月平均溫度13.9℃，降雨量299.8 mm，7月份平均溫度最高。與常年（2004—2014年）平均氣象數(shù)據(jù)相比，2015年活動積溫偏低232.1℃，2016和2017年接近，分別比常年偏低95.7℃和103.8℃。2015和2016年降雨量相當，較常年分別偏多126.1 mm和127.1 mm；2017年降雨量少于常年9.5 mm。2004—2014年與2015—2017年同期逐月氣溫、全年積溫和降雨量進行均值比較（T檢驗），結(jié)果均無顯著差異（表1）。

表1 試驗區(qū)玉米田間生長期間溫度及降雨量統(tǒng)計

ns表示T檢驗無差異 ns represents no difference in T test

選用當?shù)刂髟云贩NKWS9384、新玉77和M751為供試材料。每個品種種植1 000 m2，播種密度為1.35×105株/hm2，40 cm+70 cm寬窄行種植，田間管理同當?shù)啬は碌喂嗝苤哺弋a(chǎn)栽培。各品種在吐絲前選擇生長整齊一致的植株進行果穗套袋，待套袋果穗完全吐絲后0—2 d進行統(tǒng)一授粉。

1.2 籽粒含水率測定與模型構(gòu)建

分別于2015、2016和2017年的8月28日、8月1日及7月14日，取樣測定籽粒含水率，每5—7 d取樣測定1次，接近生理成熟期2—3 d測定1次。2015、2016年籽粒含水率測定分別至10月18日和10月8日收獲為止，2017年延后至11月25日結(jié)束。2015和2016年每品種每次取生長整齊一致植株3個果穗，2017年取5個果穗，取樣后放入自封袋立即帶回實驗室，手工脫粒，選擇果穗中部籽粒稱鮮重后放入烘箱，105℃殺青30 min，并在85℃下烘至恒重，取出稱干重，計算籽粒含水率，計算公式為：含水率（%）=（鮮重-干重）/鮮重×100%。

參考李璐璐等[12]對籽粒含水率動態(tài)變化的研究，以授粉后積溫（≥0℃）與籽粒含水率建立回歸關(guān)系，以擬合優(yōu)度（2）和均方根誤差（）評價模型優(yōu)劣。氣象數(shù)據(jù)由試驗點設(shè)置的WatchDog 2900ET氣象站自動獲取。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理及作圖，Spss 23.0采用Duncan新復極差法進行方差分析，CurveExpert Professional 2.6進行曲線擬合。

2 結(jié)果

2.1 玉米生育進程、單產(chǎn)和生理成熟期籽粒含水率

不同供試玉米品種生育進程、產(chǎn)量及生理成熟期籽粒含水率結(jié)果見表2。2015—2017年，KWS9384生理成熟日期在9月14日至9月18日，生理成熟時籽粒含水率均值為29.5%，產(chǎn)量均值為17 427.0 kg·hm-2；新玉77生理成熟日期在9月21日至9月29日，籽粒含水率均值為32.3%，產(chǎn)量均值為19 696.5 kg·hm-2；2015—2016年，M751達到生理成熟日期為10月6日和9月29日，籽粒含水率均值為29.9%，2017年由于霜凍出現(xiàn)早，M751未達到生理成熟，產(chǎn)量均值為19 780.5 kg·hm-2。顯著性檢驗表明（表3），不同品種生理成熟期籽粒含水率差異顯著；而同一品種在年際間差異不顯著。

2.2 不同玉米品種積溫需求的差異

2015—2017年，供試品種從播種-吐絲、吐絲-生理成熟和播種-生理成熟所需活動積溫及方差分析見表4。表中可以得出，同一品種從播種至吐絲、吐絲-生理成熟和播種-生理成熟所需積溫在年際間差異不顯著（＞0.5），說明品種從播種到吐絲、吐絲到生理成熟及播種到生理成熟所需積溫相對穩(wěn)定；而同一年份不同品種之間在各階段所需積溫差異顯著（＜0.5）。

表2 供試玉米品種生育進程、產(chǎn)量及生理成熟期籽粒含水率

—表示2017年受霜凍影響，未達生理成熟

—represents that affected by the frost in 2007, did not reach the physiological maturity

表3 玉米生理成熟期籽粒含水率方差分析

**表示0.01水平差異顯著，*表示0.05水平差異顯著，ns表示差異不顯著。下同

* and ** represent significant difference at 0.05 and 0.01 levels, ns represents no significant difference. the same as below

表4 不同玉米品種不同年份生育期積溫需求及方差分析

2.3 玉米籽粒含水率與積溫的關(guān)系

籽粒含水率隨授粉后積溫積累呈下降趨勢（圖1），KWS9384、新玉77和M751擬合方程表達式分別為=90/(1+(/1093.75)2.15)、=90/(1+(/1136.26)2.16)和=90/(1+(/1075.21)2.06)，模型檢驗均達極顯著水平（＜0.01），其均方根誤差（）在2.98—3.15之間，預測效果良好。

利用籽粒含水率與授粉后積溫回歸模型，估算下降至適宜機械粒收含水率時所需要積溫，結(jié)合品種從播種至吐絲期所需積溫，可以獲得播種至適宜機械粒收時期的積溫（表5）。研究表明，不同品種籽粒含水降至適合機械粒收含水率時所需積溫存在較大差異，其中，KWS9384、新玉77和M751從播種至含水率降至25%所需積溫分別為3 043.5℃、3 292.0℃和3 358.4℃，降至20%時所需積溫分別為3 296.2℃、3 552.7℃和3 623.1℃。

2.4 基于機械籽粒收獲需求的品種搭配途徑分析

機械粒收條件下確定玉米播期，不僅需用考慮常規(guī)生產(chǎn)中滿足種子萌發(fā)的地溫需求、初霜前達到生理成熟等條件[13-16]，還必須滿足機械籽粒收獲要求的適宜籽粒含水率，其適宜播期和收獲時期均相應會發(fā)生一定的變化。

以試驗所在地新疆奇臺總場二分場為例，最早播種日期以當?shù)爻Ｄ昶骄鶜鉁胤€(wěn)定通過10℃為標準，即4月12日。50%保證率條件下最低氣溫小于或等于0℃的日期（初霜凍日[17-18]）為10月6日。自初霜日向前累積逐日積溫，滿足品種播種至生理成熟積溫（表5）的日期為該品種的最遲適宜播期。本研究條件下，KWS9384、新玉77和M751品種最遲播期、達到生理成熟、籽粒含水率下降到25%和20%的日期變化動態(tài)如圖2所示。

圖1 不同熟期類型玉米品種籽粒含水率與授粉后積溫的關(guān)系

Fig. 1 Relationship between grain moisture content and accumulated temperature after silk period of different maize maturity types of cultivars

表5 不同玉米品種積溫需求

在完成生育周期（達到生理成熟）條件下，如果以延長播種時間為目標，播種期持續(xù)時間最多可以達到31 d，但不同熟期品種的適宜播期持續(xù)時間不同。4月22日之前可以播種M751，5月4日前可以播種新玉77，5月12日前可以播種KWS9384。一般而言，熟期較長的品種往往具有更好的產(chǎn)量表現(xiàn)。試驗選用品種KWS9384、新玉77和M751在3年間的產(chǎn)量均值分別為17 427.0 kg·hm-2、19 696.5 kg·hm-2和19 780.5 kg·hm-2，在播種期內(nèi)優(yōu)先選擇產(chǎn)量較高的品種播種，可以同時實現(xiàn)高產(chǎn)和播種機械的高效利用。

以適宜收獲期最長為目標，4月12日播種的早熟品種KWS9384適宜最早收獲時間為9月16日，而同期播種的新玉77和M751的最早收獲時間則分別為10月5日和10月12日，3個品種適宜最早收獲期開始的時間相差達到27 d。如果在10月5日前開始收獲，需要自最早播期起播種一定比例的早熟品種。

圖2 不同熟期類型玉米品種適宜播種及粒收日期

Fig. 2 Suitable sowing and grain harvest date for different maize maturity types of cultivars

3 討論

3.1 玉米規(guī)模化生產(chǎn)需要品種、播期和收獲期的合理配置

作物生長條件、農(nóng)藝要求和種植規(guī)模存在一定的差異，如果盲目配備機具，會導致機械過剩、農(nóng)機具利用率低等，既浪費了生產(chǎn)資源，又增加了生產(chǎn)成本[19]。另外，種植作物如果熟期相近，不僅存在爭勞力的問題，也加劇農(nóng)業(yè)機械使用強度[20]。本研究結(jié)果表明，玉米不同熟期和脫水類型品種適宜播種及機械粒收的時期存在差異，早熟脫水快類型的品種KWS9384比其他熟期類型品種具有更長的播種和收獲適宜期，而中晚熟、脫水慢的品種適宜收獲期相對較短，更應適期早播，為后期籽粒脫水留足積溫。規(guī)?；N植條件下需要合理配置品種，可協(xié)調(diào)高產(chǎn)、玉米生長和脫水特性以及機械作業(yè)能力之間的矛盾，以及安排與機械收獲籽粒相配套的播種及收獲時間，從而提高機械使用效率，實現(xiàn)農(nóng)藝與農(nóng)機相協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮品種特性，提高種植效益。

3.2 不同類型玉米品種適宜機械粒收所需積溫不同

熱量是農(nóng)作物生長發(fā)育重要的氣象因素，通常以活動積溫（≥0℃）和有效積溫（≥10℃）作為衡量熱量資源的重要指標[21]。研究表明玉米完成生長發(fā)育所需積溫穩(wěn)定，且年份間差異不顯著[22]。本文以播種后活動積溫計算玉米生育期及籽粒含水率降至適宜機械收獲時期所需積溫，結(jié)果同樣顯示，玉米自播種到吐絲，吐絲到生理成熟所需積溫在年際間穩(wěn)定，且不同品種之間存在差異。籽粒含水率的變化與授粉后的活動積溫間具有顯著關(guān)系[12]，能夠預測不同類型品種籽粒降至特定含水率的積溫需求。本研究結(jié)果顯示，KWS9384播種至籽粒含水率降到25%所需積溫為3 043.5℃，新玉77所需積溫為3 292.0℃，M751所需積溫為3 358.4℃。不同品種籽粒含水率變化的積溫需求不同，熟期和品種脫水特性對該進程產(chǎn)生明顯的影響。

3.3 規(guī)?；N植條件下玉米品種的搭配

由于品種熟期、籽粒脫水特性等方面的差異，不同品種在相同地點種植，適宜的播種及機械粒收時間是不同的。為提高規(guī)?；a(chǎn)效益，需要合理的農(nóng)機與農(nóng)藝配合[23]。以往生產(chǎn)中為了獲得更高的產(chǎn)量，多選用晚熟品種以充分利用當?shù)胤e溫，導致收獲時籽粒含水率偏高，影響收獲質(zhì)量和烘晾成本。不同品種、不同收獲期的籽粒含水率存在顯著差異[24]，適當晚收有明顯的脫水效果，可提高玉米的收獲質(zhì)量，減少烘干成本[25]，但受限于氣候資源和生產(chǎn)條件，收獲期不能無限延后。合理地配置品種，可以協(xié)調(diào)各方面限制因素，達到效益最大化。本研究將不同類型品種的成熟及籽粒脫水過程進行定量化，以積溫為核心，指導不同熟期品種搭配。積溫需求少的品種，產(chǎn)量相對低，但可以在有限的積溫條件下，最大限度的延長播期，提高播種機具的利用效率；如果在適宜播期盡早播種，還能延長收獲機具作業(yè)時間；晚熟品種雖產(chǎn)量高，但適宜播種的時間區(qū)間受到限制，在播種機具限制條件下不能及時完成生產(chǎn)者全部土地的作業(yè)需求，需要搭配早熟品種提高播種機具的使用效率。不同熟期類型品種產(chǎn)量潛力不同，在適宜播期播種早熟品種雖然可以提高機械使用效率，但產(chǎn)量較晚熟品種低，如何平衡二者之間的關(guān)系需要根據(jù)多方因素的綜合決策。因此，兼顧不同品種籽粒脫水特性與產(chǎn)量潛力，合理配置品種及調(diào)整播種期，是規(guī)?；a(chǎn)下延長機械作業(yè)時間，提高機械使用效率，提升效益所考慮的重要問題。

玉米籽粒脫水特性與品種[26-27]、農(nóng)藝性狀[28]、區(qū)域氣象條件[29-30]以及水肥管理等諸多因素有關(guān)，本研究僅針對新疆滴灌春玉米3種不同類型的品種開展品種優(yōu)化配置方法的探索研究。其他地區(qū)的品種、生態(tài)條件等因素均對籽粒脫水及適宜機械粒收時期產(chǎn)生影響，在應用本方法時需針對區(qū)域氣候資源條件與品種脫水特性深入研究后進行優(yōu)化調(diào)整。

4 結(jié)論

本研究通過對玉米生長發(fā)育和籽粒脫水的系統(tǒng)觀測，明確了籽粒生理成熟和脫水的積溫需求在年際間的穩(wěn)定性及在品種間的差異性?；诜e溫的玉米生長發(fā)育和籽粒含水率預測模型，分析了不同類型品種適宜播種期及其相應的收獲期持續(xù)時間。在此基礎(chǔ)上，提出了高產(chǎn)高效協(xié)同目標下的品種和播期配置原則，實現(xiàn)特定生態(tài)和生產(chǎn)條件下機具利用效率和效益的最大化，也為相關(guān)技術(shù)需求的研究和應用提供了思路。

致謝：感謝奇臺總場領(lǐng)導對本試驗實施的大力支持及中國農(nóng)業(yè)大學楊曉光老師團隊在處理氣象數(shù)據(jù)方面給予的指導！

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（責任編輯 楊鑫浩）

Analysis of Sowing and Harvesting Allocation of Maize Based on Cultivar Maturity and Grain Dehydration Characteristics

Zhang WanXu1,2, Ming Bo2, Wang KeRu2, Liu ChaoWei1, Hou Peng2, Chen JiangLu3, Zhang GuoQiang1,2, Yang JingJing3, Che ShuLing4, Xie RuiZhi2,Li ShaoKun1,2

(1Agricultural College, Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture, Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi 832003, Xinjiang;2Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081;3Institute of Agricultural Science, the Sixth Division of Xinjiang Production and Construction Corps, Wujiaqu 831301, Xinjiang;4Qitai farm meteorological station, the Sixth Division of Xinjiang Production and Construction Corps, Qitai 831809, Xinjiang)

【Objective】 Yield and production efficiency are two equally important things under the condition of large-scale production. The sowing time and the harvesting time can be prolonged by various combinations of sowing date and different maturity cultivars, thus improving the utilization efficiency of combine machine and the maize production efficiency.【Method】 In this study, three maize cultivars, including KWS9384, Xinyu77 and M751, with different growth stages were selected to monitor the dynamic process of grain moisture content from 2015 to 2017. The predictive relationship model between the grain moisture content and the accumulated temperature (> 0°C) after pollination was established to analyze the key growth nodes of different combinations based on the local meteorological data.【Result】 The results showed that there were significant differences of grain yield and suitable sowing date between cultivars. The early maturity cultivar KWS9384 had a longer time of sowing and harvesting but a lower yield compared with the late maturity cultivars. The late maturity cultivars Xinyu77 and M751 both had higher yields but they needed more time to finish physiological maturity and to dry down grain to meet grain mechanical harvest. The combination plans of late maturity cultivar/early sowing or early maturity cultivar/late sowing could be used to coordinate the relationship between yield and grain moisture content, thus extending the sowing time and the grain harvesting time.【Conclusion】 This paper studied on the suitable sowing time and harvesting time of different maturity cultivars and gave the combination principle of cultivar and sowing date under the background of high yield and high efficiency production. The principle could maximize the utilization efficiency and benefit of combine machine under the specific ecology and production condition. This study provided the new information regarding the relevant researches and application of the maize grain mechanical harvesting technology.

maize; mechanical grain harvest; grain moisture content; suitable harvest period; large-scale production

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.008

2018-01-18；

2018-04-10

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300605）、國家自然科學基金（31371575，31360302）、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-02-25）、中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第六師五家渠市科技項目（1703）

張萬旭，Tel：13094042202；E-mail：xuuxsun@foxmail.com。明博，E-mail：mingbo@caas.cn。張萬旭和明博為同等貢獻作者。通信作者謝瑞芝，E-mail：xieruizhi@caas.cn。通作者李少昆，E-mail：lishaokun@caas.cn