閻曉光,李 洪,董紅芬,李愛(ài)軍,王國(guó)梁,周 楠,胡 瀅,杜艷偉

玉米(Zea mays)是山西省第一大糧食作物[1]。近年來(lái)玉米種植面積和總產(chǎn)量分別占山西省糧食作物播種面積與總產(chǎn)量的50%和70%左右[2]。山西省春玉米種植面積占玉米種植總面積的75%左右。隨著山西省玉米產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展,城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,農(nóng)村勞動(dòng)人口逐年遞減,勞動(dòng)力成本呈逐年增高的態(tài)勢(shì)[3-5]。玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)在玉米產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升中起著關(guān)鍵性作用[6-9]。目前,山西省春玉米生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械化程度已經(jīng)很高,但是在收獲環(huán)節(jié)90%的面積是機(jī)械穗收,機(jī)械粒收的面積較小。機(jī)械穗收在后期的運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、脫粒等環(huán)節(jié)增加了生產(chǎn)成本,是玉米生產(chǎn)機(jī)械收獲的過(guò)渡方式,不是長(zhǎng)久的機(jī)械收獲方式,最終的收獲方式是機(jī)械籽粒直收,只有實(shí)現(xiàn)機(jī)械籽粒直收技術(shù)的大面積推廣,山西省玉米產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力才能夠得到關(guān)鍵提升。前人在西北、東北、 黃淮海等地區(qū)對(duì)籽粒直收技術(shù)進(jìn)行了大量研究[10-13]。郝引川等[14]研究得出,籽粒破碎率高是影響陜西灌溉春玉米區(qū)機(jī)械粒收質(zhì)量的關(guān)鍵因素,通過(guò)選擇收獲期含水率低的品種、適當(dāng)?shù)臋C(jī)收時(shí)間可以提高陜西春玉米機(jī)械粒收質(zhì)量。李少昆等[15]研究表明,北京春玉米區(qū)延遲10 d收獲,能夠顯著降低籽粒含水率,粒收質(zhì)量得到明顯改善。呂天放等[16]研究認(rèn)為,籽粒含水率與破碎率和落粒率呈極顯著正相關(guān),與雜質(zhì)率顯著正相關(guān),籽粒含水率是影響‘京農(nóng)科828’機(jī)械粒收質(zhì)量的主要因素。李璐璐等[17]在黃淮海夏玉米區(qū)建立了以積溫預(yù)測(cè)籽粒含水率動(dòng)態(tài)變化及其適宜機(jī)械粒收時(shí)間的預(yù)測(cè)方法。

當(dāng)前,玉米機(jī)械粒收技術(shù)研究主要集中在西北、東北地區(qū)。山西省春玉米區(qū)相關(guān)研究目前尚鮮見(jiàn)報(bào)道。為此,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,選用課題組在2012-2017年篩選出的5個(gè)適宜機(jī)械粒收品種,通過(guò)9月24日-10月29日的6次收獲對(duì)山西省目前玉米機(jī)械粒收質(zhì)量及其影響因素以及不同收獲時(shí)期機(jī)收產(chǎn)量的變化趨勢(shì)進(jìn)行研究,探討收獲時(shí)籽粒含水率與機(jī)械粒收質(zhì)量之間的關(guān)系,對(duì)確定山西省春玉米機(jī)械粒收的最佳收獲時(shí)間以及機(jī)械粒收技術(shù)在山西省的大面積推廣有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為課題組2012-2017年在4地共8點(diǎn)次進(jìn)行的機(jī)收籽粒品種篩選試驗(yàn)中選出的5個(gè)宜粒收品種,分別為‘長(zhǎng)單716’(CD716)、‘迪卡517’(DK517)、‘金科玉3306’(JKY3306)、‘長(zhǎng)單511’(CD511)和‘迪卡159’(DK159)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年在山西省高平市河西鎮(zhèn)仙井村進(jìn)行。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),主區(qū)為收獲時(shí)期,副區(qū)為品種。大田帶狀種植,主區(qū)每個(gè)品種種植7行,行距0.6 m,行長(zhǎng)300 m,收獲中間3行。試驗(yàn)于4月26日播種,種植密度統(tǒng)一為75 000株·hm-2,全生育期管理同周邊大田生產(chǎn)。當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)生產(chǎn)收獲時(shí)期為10月1-5日,試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)收獲時(shí)期,依次是9月24日、10月1日、10月8日、10月15日、10月22日和10月29日。收獲時(shí)使用同一臺(tái)收獲機(jī),同一個(gè)農(nóng)機(jī)手操作,收獲機(jī)選用的是春雨CPS30型玉米籽粒收獲機(jī),割幅3行,每個(gè)品種每次收獲30 m長(zhǎng)×1.8 m寬。2019年試驗(yàn)地玉米生長(zhǎng)季氣溫與降雨如圖1所示。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 籽粒含水率

機(jī)收后隨機(jī)取籽粒樣品5份,每份200 g,烘干法測(cè)定其含水率取平均值。

1.3.2 收獲破碎率、雜質(zhì)率

機(jī)收后隨機(jī)取籽粒樣品5份,每份500 g。人工將每份樣品的破碎籽粒與非籽粒雜質(zhì)挑揀出來(lái)分別稱重,求其5份樣品破碎率與雜質(zhì)率的平均值。

1.3.3 落粒損失率、落穗損失率和總損失率

機(jī)收后在機(jī)收區(qū)隨機(jī)選取5個(gè)樣點(diǎn),每個(gè)樣點(diǎn)長(zhǎng)3 m,寬1.8 m(一個(gè)割幅寬3行區(qū))。人工揀拾樣點(diǎn)內(nèi)全部落粒與落穗,分別對(duì)落粒、落穗的籽粒稱重,根據(jù)樣點(diǎn)面積計(jì)算出單位面積的落粒重與落穗粒重。對(duì)應(yīng)機(jī)收面積和機(jī)收籽粒重來(lái)計(jì)算機(jī)收單位面積產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2007 處理數(shù)據(jù)作圖,SPSS 19進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同收獲時(shí)期籽粒含水率的變化

據(jù)圖2可知,玉米收獲時(shí)各品種籽粒含水率均表現(xiàn)為隨著收獲時(shí)期的推后而降低,不同品種在同一個(gè)收獲時(shí)期內(nèi)籽粒含水率差異明顯。6個(gè)收獲時(shí)期5個(gè)品種的籽粒含水率平均值由高到低分別為33.16%、30.82%、26.56%、23.44%、21.10%和18.48%。5個(gè)供試品種中CD511在9月24日第1次收獲時(shí)籽粒含水率最高,但從10月15日收獲開始籽粒含水率在5個(gè)供試品種中最低,說(shuō)明該品種在生理成熟后田間站稈脫水速率快。JKY3306在后5次收獲中籽粒含水率均高于其余4個(gè)品種。

2.2 收獲時(shí)期對(duì)機(jī)械粒收破碎率和雜質(zhì)率的影響

隨著收獲時(shí)期的推后,試驗(yàn)品種的籽粒破碎率呈前期降低后期趨于穩(wěn)定略有升高的趨勢(shì)。雜質(zhì)率隨著收獲時(shí)期的推后表現(xiàn)為逐步降低并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),雜質(zhì)率品種間的差異隨著收獲時(shí)期推后而逐步縮小(圖3)。6次收獲中籽粒破碎率平均值依次為9.54%、8.28%、5.64%、4.78%、3.78%和5.16%,9月24日到10月8日的3次收獲各品種的籽粒破碎率均超過(guò)“玉米收獲機(jī)械技術(shù)條件”(GB/T 21962-2008)[18]中≤5%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),10月15日和10月22日兩次收獲中,只有JKY3306破碎率＞5%,10月29日收獲中CD511和DK159破碎率≤5%,CD511和DK159在10月8日后的4次收獲中破碎率均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),CD511的破碎率最低,10月15日后的3次收獲均在4%以下,10月22日收獲時(shí)破碎率僅為2.4%。9月24日收獲時(shí)5個(gè)品種的雜質(zhì)率均＞3%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),后5次收獲5個(gè)品種的雜質(zhì)率均≤3%,6次收獲雜質(zhì)率平均值依次為4.50%、2.64%、1.74%、0.80%、0.84%和0.50%。不同收獲時(shí)期品種間破碎率、雜質(zhì)率差異不同,JKY3306在10月8日之外的5次收獲中破碎率均表現(xiàn)最高,CD511在9月24日和10月8日之外的4次收獲中破碎率均表現(xiàn)最低,DK159在9月24日和10月8日的收獲中破碎率均表現(xiàn)最低; 雜質(zhì)率在9月24日和10月1日兩次收獲中DK159均表現(xiàn)最低,9月24日收獲時(shí)DK517雜質(zhì)率最高,10月1日收獲時(shí)JKY3306雜質(zhì)率最高,10月8日收獲時(shí)JKY3306雜質(zhì)率最高,10月15日后的3次收獲中品種間雜質(zhì)率差異不明顯。

2.3 收獲時(shí)期對(duì)機(jī)械粒收損失率的影響

機(jī)械粒收過(guò)程中損失主要由落穗和落粒兩部分組成。落穗損失率隨著收獲時(shí)間的推后而升高,且品種間差異增大(圖4),6次收獲落穗損失率平均值依次為0.68%、1.32%、1.64%、1.84%、2.52%和3.36%。落粒損失率隨著收獲時(shí)間的推后呈現(xiàn)出前期降低后期升高的趨勢(shì),6次收獲落粒損失率平均值依次為2.64%、1.9%、1.64%、0.96%、0.72%和1.56%。籽?？倱p失率在前3次收獲中差異不顯著,10月15日收獲總損失率達(dá)到最低,最后2次收獲,總損失率顯著升高(圖5),品種的總損失率從高到低依次為JKY3306＞CD716＞DK517＞DK159＞CD511,總損失率只有在10月22日收獲時(shí)JKY3306、10月29日收獲時(shí)KY3306、CD716、DK517這4個(gè)品次＞5%,高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其余收獲品次均≤5%。

2.4 不同收獲時(shí)期機(jī)收產(chǎn)量的變化

玉米機(jī)械粒收產(chǎn)量在9月24日到10月15日4次收獲過(guò)程中呈快速上升趨勢(shì),10月15日后產(chǎn)量趨于穩(wěn)定略有降低(圖6)。10月22日和10月29日2次收獲除JK3306外4個(gè)品種機(jī)收產(chǎn)量略低于10月15日收獲機(jī)收產(chǎn)量。10月15日收獲比9月24日第1次收獲平均增產(chǎn)率為11.9%,其中CD511的增產(chǎn)率最高,達(dá)15.8%。5個(gè)品種在10月15日收獲時(shí)產(chǎn)量從高到低依次為CD511＞CD716＞DK159＞DK517＞JKY3306。

2.5 收獲時(shí)籽粒含水率與機(jī)收質(zhì)量的關(guān)系

隨著籽粒含水率的降低,機(jī)收籽粒破碎率表現(xiàn)出前期快速降低后期有所升高的趨勢(shì),擬合二次曲線方程為y=0.030x2-1.224x+16.78(R2=0.802**),當(dāng)籽粒含水率為20.4%時(shí),籽粒破碎率達(dá)3.89%,為最低值,當(dāng)籽粒含水率在15.6%～25.2%收獲時(shí),籽粒破碎率能夠達(dá)到≤5%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。雜質(zhì)率隨著籽粒含水率的降低表現(xiàn)為逐步降低并趨于穩(wěn)定的趨勢(shì),方程擬合為y=0.037e0.140x(R2=0.832**),當(dāng)籽粒含水率高于33.6%時(shí),雜質(zhì)率會(huì)＞3%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。落穗損失率隨著籽粒含水率降低表現(xiàn)為升高的趨勢(shì),方程擬合為y=18.41e-0.08x(R2=0.626**),當(dāng)含水率低于15.7%時(shí),落穗損失率＞5%。落粒損失率隨著籽粒含水率的降低呈現(xiàn)出前期降低后期升高趨勢(shì),二次曲線方程擬合為y=0.011x2-0.478x+6.278(R2=0.605**),當(dāng)籽粒含水率為21.7%時(shí),落粒損失率達(dá)1.09%最小值(圖7)。

3 討論

玉米機(jī)械粒收質(zhì)量與收獲時(shí)籽粒含水率關(guān)系密切,要達(dá)到理想的粒收質(zhì)量需要在一個(gè)適當(dāng)?shù)淖蚜：蕝^(qū)間收獲[19-21]。前人研究得出機(jī)械粒收籽粒破碎率在籽粒含水率為17%～24%區(qū)間最低,含水率高于或者低于該區(qū)間,籽粒破碎率都會(huì)升高[22]。前人的研究多以大量試驗(yàn)品種樣本在一次收獲過(guò)程中的研究,或收獲周期較短籽粒脫水時(shí)間不夠長(zhǎng)。機(jī)械粒收質(zhì)量受多方面因素影響,收獲農(nóng)機(jī)、農(nóng)機(jī)手、氣候環(huán)境、 品種差異等。本試驗(yàn)供試品種為多年來(lái)粒收品種篩選試驗(yàn)結(jié)果,在同一地塊環(huán)境下使用同一臺(tái)收獲機(jī)械,由同一位農(nóng)機(jī)手操作來(lái)研究不同收獲時(shí)期對(duì)粒收質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明,玉米收獲時(shí)籽粒含水率表現(xiàn)為隨著收獲時(shí)期的推后而降低,在9月24日到10月8日期間站稈脫水速率最快,當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)收獲時(shí)期正好在該時(shí)間區(qū)間內(nèi),傳統(tǒng)收獲時(shí)期偏早是籽粒含水率高的關(guān)鍵因素; 隨著收獲時(shí)期推后籽粒含水率降低,試驗(yàn)品種的籽粒破碎率前期快速降低后期趨于穩(wěn)定略有升高,籽粒含水率是影響破碎率的關(guān)鍵因素。梁效貴等[23]研究得出籽粒含水率下降的過(guò)程中籽?？蛊茡p能力顯著上升。本研究表明,隨著含水率下降機(jī)械粒收籽粒破碎率降低,含水率下降到一定范圍后破碎率不再降低,會(huì)有升高的趨勢(shì),與李璐璐等[24]對(duì)夏玉米籽粒含水率對(duì)機(jī)械粒收破碎率影響研究得出玉米籽粒含水率逐漸降低,機(jī)械粒收破碎率先降低后升高的結(jié)果一致。本研究中,雜質(zhì)率隨著收獲時(shí)期的推后逐步降低并趨于穩(wěn)定; 落穗損失率隨著收獲時(shí)期的推后逐步升高,落穗損失率升高主要是由于隨著收獲時(shí)期的推后植株倒伏率增加造成; 落粒損失率隨著收獲時(shí)期的推后前期降低后期升高?？追怖诘萚25]對(duì)四川春玉米機(jī)械粒收質(zhì)量研究得出,隨著收獲時(shí)間推后落粒率變化規(guī)律不明顯,與本研究結(jié)果不一致,可能是收獲時(shí)期四川比山西早2個(gè)月左右,環(huán)境因素不同造成的。本試驗(yàn)結(jié)果機(jī)械粒收籽粒破碎率在9月24日到10月8日的3次收獲中各品種均＞5%,高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),10月15日和10月22日兩次收獲中JKY3306破碎率＞5%,10月29日收獲中CD511和DK159破碎率≤5%,雜質(zhì)率9月24日第1次收獲時(shí)＞3%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),總損失率JKY3306每次收獲都＞5%,高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),10月29日收獲時(shí)CD716、DK517總損失率也＞5%,CD511和DK159在每次收獲的總損失率均≤5%,CD511總損失率最低,6次收獲平均值僅為2.6%,總損失率品種間差異較大。通過(guò)擬合方程,當(dāng)籽粒含水率為21.7%時(shí),落粒損失率最小。機(jī)械粒收過(guò)程中高的籽粒破碎率成為限制山西省春玉米機(jī)械粒收質(zhì)量的主要因素,籽粒含水率與破碎率的模型為y=0.03x2-1.224x+16.78(R2=0.802**),當(dāng)籽粒含水率為20.4%時(shí),籽粒破碎率為最低值(3.89%),當(dāng)籽粒含水率在15.6%～25.2%區(qū)間收獲時(shí),籽粒破碎率能夠達(dá)到≤5%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

適期收獲在提高機(jī)械粒收質(zhì)量的同時(shí)能夠顯著提高產(chǎn)量,10月15日比9月24日收獲平均增產(chǎn)達(dá)11.9%,其中CD511的增產(chǎn)率最高。劉月娥等[26]對(duì)不同生態(tài)區(qū)玉米晚收增產(chǎn)效果研究表明,玉米適時(shí)晚收具有明顯增產(chǎn)效果,增產(chǎn)幅度隨著緯度的降低而增加,適宜的晚收時(shí)間與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件也密切相關(guān)。陳現(xiàn)平等[27]對(duì)淮北地區(qū)玉米收獲期研究發(fā)現(xiàn),與生理成熟時(shí)收獲相比,推遲收獲12～17 d,可增產(chǎn)17.7%～24.1%。山西省春玉米區(qū)傳統(tǒng)生產(chǎn)習(xí)慣生理成熟在10月1日左右,收獲時(shí)間為10月1-5日。本研究發(fā)現(xiàn)在10月15日收獲產(chǎn)量達(dá)最高值,與10月15日收獲總損失率最低一致,推遲收獲增加了籽粒生理成熟后對(duì)光溫資源的利用,從而通過(guò)增加千粒重提高產(chǎn)量。山西省春玉米區(qū)相比東北、西北等地有效積溫高,生產(chǎn)中傳統(tǒng)收獲后,土地處于閑置期,沒(méi)有對(duì)后期光溫資源充分利用。在10月15日收獲不僅能夠達(dá)到理想機(jī)械粒收質(zhì)量,而且產(chǎn)量達(dá)到最高,繼續(xù)推遲收獲時(shí)期籽粒破碎率與總損失率會(huì)升高,從而導(dǎo)致粒收質(zhì)量與產(chǎn)量的降低。

4 結(jié)論

通過(guò)延遲收獲時(shí)間,籽粒含水率降為15%～25%,能夠達(dá)到理想的機(jī)械粒收質(zhì)量。在山西省春玉米區(qū),選擇適宜機(jī)械粒收的品種,且比傳統(tǒng)收獲時(shí)間推遲15 d左右,10月15日收獲,能夠達(dá)到低破碎率、低損失率粒收質(zhì)量的同時(shí)還能提高產(chǎn)量,比傳統(tǒng)時(shí)間收獲增產(chǎn)10%左右。本試驗(yàn)中‘長(zhǎng)單511’ ‘迪卡159’和‘長(zhǎng)單716’在機(jī)械粒收質(zhì)量與產(chǎn)量方面均表現(xiàn)優(yōu)秀,可作為山西省春玉米區(qū)機(jī)械粒收品種推廣應(yīng)用。