楊錦越，宋 碧，羅英艦，張 軍，劉 婕，楊 翠，段家美

(貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

機械收獲是降低勞動強度、減少工作量、提高生產(chǎn)效益的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]，也是實現(xiàn)我國玉米生產(chǎn)全程機械化的瓶頸[3-4]。當(dāng)前，中國機收玉米以摘穗為主，機械粒收還處于起步階段，普遍存在籽粒破碎率高等收獲質(zhì)量問題[5-11]，嚴(yán)重制約了機械粒收的大面積推廣。因此，分析當(dāng)前玉米機械粒收的質(zhì)量指標(biāo)，篩選出鑒定指標(biāo)，明確影響機收質(zhì)量指標(biāo)的主控因素，對于機械粒收技術(shù)的快速、健康發(fā)展具有重要意義。已有研究表明，收獲時莖稈壓碎強度、莖稈穿刺強度、莖稈含水量、籽粒含水量與籽粒機收質(zhì)量灰色關(guān)聯(lián)度最大[12-13]，株高、穗位高和莖粗也是影響機收質(zhì)量主要因素[14-15]。目前，關(guān)于不同玉米品種機收質(zhì)量的研究主要集中在北方糧食主產(chǎn)區(qū)[16]，針對西南地區(qū)機械粒收的相關(guān)研究較少。鑒于此，通過分析20個玉米品種植株性狀指標(biāo)與機收質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系，篩選出機械粒收質(zhì)量的鑒定指標(biāo)，為西南地區(qū)玉米生產(chǎn)機械粒收提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試玉米品種20個，具體編號、名稱和來源見表1。

表1 20個玉米品種名稱及來源

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年3—9月在貴州省遵義市播州區(qū)石板鎮(zhèn)(27°13′N，106°17′E)進行，該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫14.9 ℃，無霜期291 d，降雨量1 035.7 mm。供試土壤養(yǎng)分含量：有機質(zhì)26.23 g/kg，堿解氮80.50 mg/kg，全磷17.52 mg/kg，速效磷23.74 mg/kg，全鉀23.15 g/kg，速效鉀226.00 mg/kg。

采用隨機區(qū)組設(shè)計，種植密度為5.25萬株/hm2。小區(qū)面積25.5 m2(7.5 m×3.4 m)，3次重復(fù)。采用寬窄行種植，寬行0.8 m、窄行0.4 m，基肥使用復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg/hm2，在拔節(jié)期和大喇叭口期施用尿素進行追肥，用量分別為150 kg/hm2和225 kg/hm2。其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高、穗位高、莖粗 于成熟期在每個小區(qū)隨機選取10株，測量玉米植株的株高、穗位高和莖粗(地上第3節(jié)節(jié)間)。

1.3.2 莖稈穿刺強度、壓折強度、壓碎強度及穗軸壓碎強度 于成熟期每個品種選取3株，剝?nèi)ト~片和葉鞘，采用YYD-1型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司生產(chǎn))測定植株地上部第3、4、5節(jié)以及穗上1節(jié)和穗下1節(jié)的莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度。測定方法：將橫斷面積為0.01 cm2的測頭沿莖稈中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入，讀取其最大值，即為莖稈穿刺強度；將各節(jié)分別平放在測定儀的凹槽內(nèi)，迅速壓下使莖稈壓折，讀取最大值，即為莖稈壓折強度；將橫截面積為1 cm2的探測頭垂直于莖稈節(jié)間中部勻速緩慢壓下，直到莖稈破裂，讀取最大值，即為莖稈壓碎強度。最后，計算5個節(jié)間莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度的平均值。將1 cm2的探測頭垂直于穗軸節(jié)間中部勻速緩慢壓下，直到穗軸破裂，讀取最大值，即為穗軸壓碎強度。

1.3.3 倒伏率、穗上倒折率、穗下倒折率 于收獲期對每小區(qū)進行調(diào)查，記錄各小區(qū)總株數(shù)、倒伏株數(shù)(植株與地面夾角小于60°)、穗上倒折株數(shù)和穗下倒折株數(shù)。

倒伏率=倒伏株數(shù)/總株數(shù)×100%，

穗下倒折率=穗下倒折株數(shù)/總株數(shù)×100%，

穗上倒折率=穗上倒折株數(shù)/總株數(shù)×100%。

1.3.4 莖稈、穗軸、苞葉、葉片、籽粒的含水率 于收獲期，每品種取3株，將植株分成莖稈、葉片、苞葉、籽粒和穗軸5個部位并稱其鮮質(zhì)量，105 ℃殺青30 min，之后80 ℃烘干至恒質(zhì)量并稱量。

莖稈含水率 =(莖稈鮮質(zhì)量-莖稈干質(zhì)量)/莖稈鮮質(zhì)量×100%。

同理，計算穗軸含水率、苞葉含水率、葉片含水率。脫粒后用PM8188水分測定儀測定籽粒含水率。

1.3.5 空稈率、雙穗率 于收獲期對每小區(qū)進行調(diào)查，記錄每小區(qū)空稈株數(shù)(不結(jié)果穗或有果穗而籽粒數(shù)小于20粒的株數(shù))及雙穗株數(shù)(主莖第2果穗籽粒數(shù)大于或等于20粒的株數(shù))。

空稈率=空稈株數(shù)/總株數(shù)×100%，

雙穗率=雙穗株數(shù)/總株數(shù)×100%。

1.3.6 雜質(zhì)率、破碎率、產(chǎn)量損失率 使用雷沃谷神收獲機(4LZ-4G1型)收獲之后，在測定區(qū)域?qū)⑹斋@機倉內(nèi)收獲的籽?；靹?，隨機取2 kg左右，揀出機器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒，挑出雜質(zhì)，分別稱量樣品籽?？傎|(zhì)量(W1)、破碎粒質(zhì)量(W2)和雜質(zhì)質(zhì)量(W3)。

雜質(zhì)率=W3/W1×100%，

破碎率=W2/(W1-W3)×100%。

收集每個小區(qū)內(nèi)的落粒和落穗，測定落穗、落粒的質(zhì)量。將理論產(chǎn)量、落穗質(zhì)量和落粒質(zhì)量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=(單位面積落穗質(zhì)量+單位面積落粒質(zhì)量)/單位面積產(chǎn)量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.05和SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種機械粒收質(zhì)量評價分析

由表2可知，不同玉米品種機械粒收質(zhì)量指標(biāo)之間差異顯著。在20個品種中，雜質(zhì)率變化幅度較大，破碎率和產(chǎn)量損失率次之，籽粒含水率變化幅度較小。其中，筑黃99M/21的雜質(zhì)率最大(7.53%)，其次是鄭單958(3.82%)，2個品種差異顯著，粒收1號雜質(zhì)率最小，為1.36%，雜質(zhì)率小于2%的品種有：先玉1171、渝單8號、正紅6號、愛農(nóng)001、粒收1號、黔單16、靖玉1號和新中玉801，除了筑黃99M/21、鄭單958和靖單12號3個品種外，其余品種的雜質(zhì)率均低于3%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21961—2008)[17]。

正紅431破碎率最大，為13.62%，鄭單958破碎率最小，為5.32%。若根據(jù)破碎率≤8%的糧食烘干收儲企業(yè)三級糧標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17890—1999)[18]，破碎率達到要求的品種有：先玉1171、愛農(nóng)001、金玉932、靖豐18、仲玉3號、鄭單958、金玉838和新中玉801。

表2 不同玉米品種機械粒收的質(zhì)量指標(biāo) %

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下同。

對于產(chǎn)量損失率而言，正紅6號最大，其次是筑黃99M/21、正紅431、靖玉1號和筑黃127/S02。根據(jù)GB/T 21962—2008[19]，其余品種的產(chǎn)量損失率均能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)(≤5%)。

正紅431的籽粒含水率最高(37.40%)，先玉1171、正紅6號、愛農(nóng)001、鄭單958的籽粒含水率小于30%，其余品種的籽粒含水率均大于30%，若按照破碎率≤8%的糧食烘干收儲企業(yè)三級糧標(biāo)準(zhǔn)，籽粒含水率應(yīng)該控制在30%以下。

綜合機械粒收質(zhì)量分析可知，先玉1171、愛農(nóng)001、新中玉801和仲玉3號的雜質(zhì)率、破碎率和產(chǎn)量損失率相對較低，比較適合機械粒收。

2.2 玉米籽粒含水率對機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的影響

由圖1可知，籽粒含水率與雜質(zhì)率極顯著相關(guān)，即：y=0.152 6x-2.363 6(R2=0.141 0* *,P<0.01,n=60)，說明雜質(zhì)率隨籽粒含水率增加呈上升趨勢，籽粒含水率大于30%時，對雜質(zhì)率增加的影響較為明顯。由圖2可知，籽粒含水率與破碎率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，即y=0.362 9x-2.991 6(R2=0.306 7* *,P<0.01,n=60)，說明隨著籽粒含水率增加，破碎率呈直線增加。由圖3可知，籽粒含水率與產(chǎn)量損失率存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(y=0.117 0x+0.555 6(R2=0.076 5*,P<0.05,n=60)，隨著籽粒含水率的增加，產(chǎn)量損失率呈顯著增加趨勢，籽粒含水率控制在26.75%左右時，田間收獲產(chǎn)量損失率≤5%，滿足GB/T 21962—2008[19]的要求。

圖1 玉米籽粒含水率與雜質(zhì)率的關(guān)系

圖2 玉米籽粒含水率與破碎率的關(guān)系

圖3 玉米籽粒含水率與產(chǎn)量損失率的關(guān)系

2.3 玉米植株相關(guān)性狀與機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論[20]，將所調(diào)查的17個性狀指標(biāo)及3個機械粒收質(zhì)量指標(biāo)看作一個灰色系統(tǒng)，17個性狀指標(biāo)看作該系統(tǒng)的一個灰因素，3個機械粒收質(zhì)量指標(biāo)設(shè)為參考數(shù)列，17個性狀指標(biāo)設(shè)為比較數(shù)列，計算各性狀和機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度，得到每個性狀指標(biāo)值和機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度(表3—5)。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論原理，關(guān)聯(lián)度越大，說明該數(shù)列和參考數(shù)列間變化的態(tài)勢越接近，相互關(guān)系越密切。

由表3可知，與雜質(zhì)率灰色關(guān)聯(lián)度最大的是籽粒含水率，其次是莖稈含水率和穗軸含水率，灰色關(guān)聯(lián)度分別達0.713 9、0.709 1、0.707 7，可見，3個指標(biāo)與雜質(zhì)率的灰色關(guān)聯(lián)度相差較小，說明籽粒含水率、莖稈含水率和穗軸含水率對雜質(zhì)率的影響都較大，共同影響機械粒收效果的好壞。

由表4可知，與破碎率關(guān)聯(lián)度最大的是籽粒含水率，其次是莖稈含水率和莖稈穿刺強度，灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.781 1、0.773 2、0.764 6，與破碎率灰色關(guān)聯(lián)度最小的是雙穗率(0.447 2)，說明莖稈含水率和莖稈穿刺強度對籽粒破碎率的影響相對較大，雙穗率對機械粒收破碎率影響不大。

由表5可知，與產(chǎn)量損失率灰色關(guān)聯(lián)度最大的是籽粒含水率，其次是穗軸含水率、株高、穗位高，雙穗率和穗下倒折率與產(chǎn)量損失率灰色關(guān)聯(lián)度較小，說明產(chǎn)量損失率受穗軸含水率、株高和穗位高的影響較大。

綜合來看，籽粒含水率、莖稈含水率、穗軸含水率、株高、穗位高、莖粗、莖稈穿刺強度這7項指標(biāo)與機械粒收的質(zhì)量關(guān)聯(lián)度較大，說明17項指標(biāo)中，這7項指標(biāo)與機械粒收質(zhì)量的變化趨勢較為一致的。其中，籽粒含水率與3個機械粒收的質(zhì)量指標(biāo)關(guān)聯(lián)度均居第1，說明籽粒含水率是影響機械粒收質(zhì)量的重要指標(biāo)；由于關(guān)聯(lián)度系數(shù)并無負值，若變量之間存在負相關(guān)，關(guān)聯(lián)度不能準(zhǔn)確反映出來，為了能更科學(xué)和全面地篩選機械粒收質(zhì)量綜合評價指標(biāo)，進一步對17項性狀指標(biāo)與機械粒收質(zhì)量指標(biāo)之間進行逐步回歸分析。

表3 各指標(biāo)與雜質(zhì)率的灰色關(guān)聯(lián)度分析

注：X1.株高；X2.莖粗；X3.穗位高；X4.平均莖稈穿刺強度；X5.平均莖稈壓折強度；X6.平均莖稈壓碎強度；X7.穗軸壓碎強度；X8.空稈率；X9.雙穗率；X10.倒伏率；X11.穗上倒折率；X12.穗下倒折率；X13.莖稈含水率；X14.穗軸含水率；X15.苞葉含水率；X16.葉片含水率；X17.籽粒含水率；下同。

表4 各指標(biāo)與破碎率的灰色關(guān)聯(lián)度分析

表5 各指標(biāo)與產(chǎn)量損失率的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.4 逐步回歸分析及機械粒收質(zhì)量評價指標(biāo)的篩選

以灰色關(guān)聯(lián)度分析中17個性狀指標(biāo)為自變量(X)，雜質(zhì)率(Y1)、破碎率(Y2)和產(chǎn)量損失率(Y3)為因變量，進行逐步回歸分析，剔除不顯著的自變量，得到最優(yōu)回歸方程。

Y1=17.439-0.023X1-1.569X2+0.005X7+0.201X8+0.114X12-0.282X14(R2=0.933 1* *,P<0.01)，

Y2=-24.993+0.042X1+0.002X6-0.012X7+0.366X12+0.421X13-0.984X14+0.093X15+0.482X17(R2=0.930 6* *,P<0.01)，

Y3=-9.342+6.706X2-0.038X3+0.001X6-0.012X7+0.074X10+0.089X12-0.085X15+0.101X16+0.068X17(R2=0.926 2* *,P<0.01)。

由以上逐步回歸方程可知，各指標(biāo)與各機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的回歸方程預(yù)測值的相關(guān)系數(shù)分別為:r=0.965 9* *、r=0.964 7* *和r=0.962 4* *，均達到了極顯著水平，其中，雜質(zhì)率與株高、莖粗、穗軸含水率呈負相關(guān)，與空稈率、穗軸壓碎強度、穗下倒折率呈正相關(guān)；破碎率與穗軸壓碎強度、穗軸含水率呈負相關(guān)，與株高、莖稈壓碎強度、穗下倒折率、莖稈含水率、苞葉含水率和籽粒含水率呈正相關(guān)；產(chǎn)量損失率與穗位高、穗軸壓碎強度和苞葉含水率呈負相關(guān)，與莖粗、莖稈壓碎強度、倒伏率、穗下倒折率、葉片含水率和籽粒含水率呈正相關(guān)。因此，通過逐步回歸綜合分析得出，株高、莖粗、穗位高、莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、空稈率、倒伏率、穗下倒折率、莖稈含水率、穗軸含水率、苞葉含水率、葉片含水率和籽粒含水率可以作為評價機械粒收質(zhì)量的重要農(nóng)藝指標(biāo)。

3 結(jié)論與討論

玉米機械粒收的質(zhì)量指標(biāo)主要包括籽粒破碎率、雜質(zhì)率和產(chǎn)量損失率[17]，這3個指標(biāo)共同決定玉米品種是否適合機械化收獲。本試驗條件下，不同玉米品種機械粒收質(zhì)量指標(biāo)之間差異顯著；雜質(zhì)率變化幅度較大，破碎率和產(chǎn)量損失率變化幅度較小，這與雷恩等[21]的研究結(jié)果一致。柳楓賀等[7]研究表明，籽粒含水率與籽粒破碎率、產(chǎn)量損失率和雜質(zhì)率呈顯著相關(guān)，籽粒水分含量越高，機收籽粒破碎率和雜質(zhì)率越高，但田間損失率越低。李璐璐等[9]研究表明，籽粒含水率與籽粒破碎率、產(chǎn)量損失率和雜質(zhì)率呈顯著相關(guān)，隨著籽粒含水率的增加，產(chǎn)量損失率呈增加趨勢。本研究結(jié)果表明，籽粒含水率與雜質(zhì)率、破碎率和產(chǎn)量損失率均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，這與李璐璐等[9]的研究結(jié)果一致；但籽粒含水率對產(chǎn)量損失率的影響與柳楓賀等[7]的研究結(jié)果有所不同，原因可能與收獲機械的型號、供試品種及生態(tài)條件不同有關(guān)。

玉米籽粒機械收獲質(zhì)量受品種特性、收獲機械類型、耕作模式等多種因素的影響[22-26]。收獲質(zhì)量主要通過機械粒收質(zhì)量指標(biāo)進行評價，機械粒收質(zhì)量指標(biāo)又受到植株農(nóng)藝性狀、莖稈性狀和病蟲害等因素的影響，這使得機械粒收質(zhì)量指標(biāo)與植株性狀指標(biāo)間關(guān)系復(fù)雜，且具有一定的模糊性，可將其視為一個灰色系統(tǒng)，針對某個因素與其他多個因素進行關(guān)聯(lián)分析，找出其中的主要因素[27-31]。本研究通過灰色關(guān)聯(lián)度分析得出，籽粒含水率、莖稈含水率、穗軸含水率、株高、穗位高、莖粗、莖稈穿刺強度對機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度較大，與周穎等[12]對玉米莖稈特性及機收指標(biāo)研究得出結(jié)果基本一致。由于關(guān)聯(lián)度值均大于0，若變量之間存在負相關(guān)，關(guān)聯(lián)度不能準(zhǔn)確反映出來，為了全面篩選機械粒收質(zhì)量的鑒定指標(biāo)，進一步通過逐步回歸分析，剔除不顯著的自變量指標(biāo)得出，莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、空稈率、倒伏率、穗下倒折率、苞葉含水率、葉片含水率對機械粒收質(zhì)量影響也較大。

本試驗中，籽粒含水率與機械粒收質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度均居第1位，說明籽粒含水率與機械粒收質(zhì)量關(guān)系最為密切。綜合灰色關(guān)聯(lián)度分析和逐步回歸分析結(jié)果，株高、莖粗、穗位高、莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、空稈率、倒伏率、穗下倒折率、莖稈含水率、穗軸含水率、苞葉含水率和葉片含水率、籽粒含水率等總計13項指標(biāo)對機械收獲質(zhì)量都有不同程度的影響。其中，雜質(zhì)率與株高、莖粗、穗軸含水率呈負相關(guān)，與空稈率、穗軸壓碎強度、穗下倒折率呈正相關(guān)；破碎率與穗軸壓碎強度、穗軸含水率呈負相關(guān)，與株高、莖稈壓碎強度、穗下倒折率、莖稈含水率、苞葉含水率和籽粒含水率呈正相關(guān)；產(chǎn)量損失率與穗位高、穗軸壓碎強度和苞葉含水率呈負相關(guān)，與莖粗、莖稈壓碎強度、倒伏率、穗下倒折率、葉片含水率和籽粒含水率呈正相關(guān)。尚賞等[32]研究表明，籽粒含水率受莖稈含水率影響，莖稈含水率也間接影響穗軸含水率、苞葉含水率和葉片含水率，因此，植株各部分含水率的大小間接影響籽粒機械粒收質(zhì)量，籽粒含水率和莖稈含水率影響最為明顯。另外，適宜機械化收獲的品種株高和穗位高一般較低，較高會增加產(chǎn)量損失率[33]。莖粗和莖稈強度會影響穗下倒折率、倒伏率，間接影響機械粒收質(zhì)量[34-37]。韓托[38]對玉米適宜機械化收獲相關(guān)性狀研究表明，穗軸強度與籽粒含水率呈顯著正相關(guān)，穗軸強度越大，籽粒含水率越高，增加籽粒破碎率和損失率，不利于機械收獲?？梢姡狙芯客ㄟ^灰色關(guān)聯(lián)度分析和逐步回歸分析得出研究結(jié)果與前人基本一致。因此，筆者認為，除籽粒含水率之外，株高、莖粗、穗位高、莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、穗下倒折率、倒伏率、空稈率、穗軸含水率、莖稈含水率、苞葉含水率和葉片含水率可作為主要機械收獲質(zhì)量的評價鑒定指標(biāo)，供機械收獲時參考。下一步將對各鑒定指標(biāo)的適宜量化值進行研究。

本試驗條件下，20個玉米品種的機械粒收效果差異明顯。收獲期籽粒含水率為26.92%～37.40%，平均含水率為31.81%，平均破碎率大于8%，因此，籽粒含水率和破碎率偏高是西南地區(qū)玉米機械粒收存在的主要問題，應(yīng)該適當(dāng)推遲收獲期或者選擇早熟品種。先玉1171、愛農(nóng)001、新中玉801和仲玉3號的雜質(zhì)率、破碎率和產(chǎn)量損失率相對較低，適合推廣機械粒收。