李雪潔 張紅祥 姜雯 孫青 劉樹堂 趙子鉉 劉湘 張培雨 孫雪芳

關(guān)鍵詞：玉米；籽粒灌漿；籽粒含水率；籽粒脫水；產(chǎn)量

玉米作為我國第一大糧食作物，在保障國家糧食安全和滿足市場需求方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前，我國玉米機(jī)械化收獲比例僅為64.18%，顯著低于小麥的95.23%和水稻的86.21%，發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)70年代已全面采用大型聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲籽粒。目前我國玉米收獲主要是以機(jī)械穗收為主，機(jī)械粒收面積小于5%。玉米機(jī)械摘穗造成的損失、果穗堆放霉變、晾曬成本高等問題比較嚴(yán)重，而機(jī)械化收獲籽粒可以很好地解決這些問題，同日寸可以降低收獲和貯藏成本。因此，發(fā)展機(jī)械直收籽粒的生產(chǎn)方式，是實(shí)現(xiàn)玉米全程機(jī)械化生產(chǎn)的必然選擇。籽粒含水率高是限制玉米機(jī)械粒收的主要因素，是機(jī)械化收獲籽粒質(zhì)量（籽粒破碎率和雜質(zhì)率）、安全貯藏和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵影響因素。

在黃淮?！岸←溡幌挠衩住币荒陜墒旆N植模式下，受光熱資源不足和農(nóng)作時(shí)間緊張的限制，玉米熟期偏長、生理成熟后田間站稈脫水時(shí)間較短，導(dǎo)致收獲時(shí)籽粒含水率偏高，大多數(shù)玉米品種收獲時(shí)籽粒含水率在30%以上，難以滿足機(jī)械粒收低于25%的要求。因此，篩選低含水量和較高脫水速率的品種、降低收獲時(shí)玉米籽粒含水率是實(shí)現(xiàn)玉米機(jī)械粒收的重要保障。

收獲時(shí)玉米籽粒含水量主要取決于生理成熟前后籽粒的含水量和脫水速率。不同玉米品種生理成熟后籽粒脫水特性有明顯差異：早熟品種較中晚熟品種脫水速率高，中晚熟品種平均脫水速率高于晚熟品種，晚熟品種收獲時(shí)籽粒含水量較高；白色胚乳玉米一般表現(xiàn)為晚熟，后期籽粒脫水慢。前人研究表明，在栽培條件、熟期相同的情況下，鄭單958與先玉335相比，生育后期籽粒含水量較高、脫水速率明顯較低。Troy-er等發(fā)現(xiàn)硬粒型玉米較馬齒型玉米具有更好的脫水特性，且在整個(gè)脫水階段中均保持著這種差異；但金益、李艷杰等的研究結(jié)果與其相反，可能與玉米籽粒內(nèi)含物差異有關(guān)。然而，造成晚熟品種脫水慢和早熟品種脫水快這種品種間差異性的生理機(jī)制目前尚缺乏研究。

玉米收獲期籽粒含水率還受灌漿速率影響。灌漿和脫水是玉米籽粒產(chǎn)量形成中兩個(gè)相輔相成的動(dòng)態(tài)變化過程。灌漿速率和灌漿持續(xù)時(shí)間決定著玉米籽粒產(chǎn)量和質(zhì)量，不同品種籽粒灌漿特性表現(xiàn)差異較大。Kang等研究表明，灌漿速率對(duì)降低玉米收獲期籽粒含水率具有積極影響：籽粒含水率與灌漿速率峰值出現(xiàn)的時(shí)間相關(guān)，且籽粒含水率與灌漿速率呈正相關(guān)：灌漿時(shí)間的長短也會(huì)影響后期籽粒脫水速率快慢，進(jìn)而影響玉米產(chǎn)量。可見，深入了解玉米籽粒含水率動(dòng)態(tài)變化特征及籽粒脫水與灌漿之間的聯(lián)系，對(duì)高產(chǎn)宜機(jī)械粒收品種的篩選具有重要意義。

本研究以黃淮海主推夏播玉米品種迪卡517、京農(nóng)科728和鄭單958為材料，對(duì)其灌漿特性和脫水特性的差異進(jìn)行分析，以期為黃淮海夏玉米機(jī)械粒收品種篩選提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020-2021年在山東省青島市膠州洋河鎮(zhèn)（ 36°09'N，120°00'E）進(jìn)行。試驗(yàn)地處于溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)，半濕潤易旱，交通便利，田塊建設(shè)規(guī)范，擁有便利的灌溉條件。兩年間6-11月平均氣溫分別為20.0、20.4℃，總降水量分別為749.3、523.2mm，2020年玉米生長期內(nèi)的降水量較2021年多出43.2%。

試驗(yàn)地土壤為潮土，有機(jī)質(zhì)含量15.9g/kg、全氮0.94g/kg、堿解氮104.7mg/kg、速效磷25.6mg/kg、速效鉀172.0mg/kg。

1.2試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為粒收品種迪卡517（DK517）、京農(nóng)科728（JNK728）和穗收品種鄭單958（ZD958）。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積180m2，（95+45）cm大、小行種植，密度75000株/hm2。試驗(yàn)施肥為N（基肥：大口期：開花期=30%：45%：25%）．P（基肥：大口期：開花期=100%：0：0）、K（基肥：大口期：開花期=75%：25%：0）。基肥為復(fù)合肥（N-P2O5-K20=15-15-15），施肥量為450kg/hm2，追肥為尿素342.75kg/hm2、氯化鉀37.5kg/hm2。生育進(jìn)程與積溫詳見表1，其他栽培管理措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1脫水特性相關(guān)指標(biāo)

觀測(cè)并記錄各品種生育進(jìn)程。吐絲前，在每個(gè)小區(qū)選擇生長健壯、整齊一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記。各品種均自開花后7d開始取樣，每7d取樣一次，直至收獲；每處理取有代表性的玉米果穗5穗，取穗中間具代表性的100粒稱量鮮重，置烘箱105℃殺青30min后800C烘干至恒重，稱重。

參照李璐璐等的方法計(jì)算籽粒水分相關(guān)指標(biāo)：

百粒含水量（g）=百粒鮮重一百粒干重；

籽粒含水率（%）=籽粒含水量／鮮重×100；

生理成熟前籽粒平均脫水速率[%／（℃．d）]_（90%-生理成熟期籽粒含水率）／授粉至生理成熟積溫：

生理成熟后籽粒平均脫水速率[%／（℃．d）]_（生理成熟期籽粒含水率一收獲期籽粒含水率）／生理成熟后積溫：

籽粒總脫水速率[%／（℃．d）]=（90% -收獲期籽粒含水率）／總積溫。

1.3.2籽粒灌漿特性相關(guān)指標(biāo)參照朱慶森等的方法，利用Richards方程W=A（1+Be-C）-1/D模擬籽粒灌漿過程。方程中W為粒重（g），A為最終粒重（g），t為花后天數(shù)，B為初始粒重，C為生長速率參數(shù)，D為形狀參數(shù)。計(jì)算下列灌漿特征參數(shù)：達(dá)最大灌漿速率時(shí)的天數(shù)T。a=（InB-InD）/C，灌漿速率最大時(shí)的生長量W=A（D+1）-1/D，最大灌漿速率Gmax=（CWmax/D）[1-（W/A）D]，平均灌漿速率G=AC/（2D+4），灌漿起始勢(shì)Ro=C/D，籽粒灌漿活躍期P=2（D+2）/C。

1.3.3產(chǎn)量測(cè)定收獲期，剔除邊行植株，各小區(qū)分別調(diào)查記錄Sm雙行面積內(nèi)的總株數(shù)、總穗數(shù)、空稈數(shù)。收獲時(shí)每小區(qū)每行中分別挑選5穗長勢(shì)均勻一致的果穗帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考種，調(diào)查單穗重、穗長、禿尖長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、軸重、500粒重和籽粒含水率，并按14%含水量折算公頃產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2016和SAS 9.4軟件處理和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，用SigmaPlot軟件繪圖、Cur-veExpert Professional模擬參數(shù)，用Origin 2022軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同玉米品種籽粒灌漿進(jìn)程及相關(guān)參數(shù)

用Richards方程對(duì)兩年中3個(gè)玉米品種籽粒百粒重與花后天數(shù)進(jìn)行擬合，所得方程決定系數(shù)R2介于0.9806～0.9943之間，均達(dá)到極顯著水平（表2）。由圖1可知，3個(gè)品種百粒干重表現(xiàn)為灌漿前期JNK728>DK517>ZD958，兩年中當(dāng)ZD958分別在花后42d（積溫975.9℃．d，2020）、花后35d（積溫858.2℃·d，2021）時(shí)，表現(xiàn)為JNK728>ZD958 >DK517。整個(gè)生育期內(nèi)JNK728的百粒重始終保持最大。兩年平均來看，達(dá)到生理成熟時(shí)JNK728的百粒重較DK517、ZD958分別增加31.79%、22.33%。

分析3個(gè)品種灌漿進(jìn)程Richards方程擬合的灌漿參數(shù)可知（表2），兩年平均來看，DK517的比JNK728、ZD958分別顯著降低24.69%、24.89%和22.36%、25.51%，JNK728與ZD958間無顯著差異；ZD958的T比DK517、JNK728分別顯著增加28.19%、21.47%，DK517與JNK728間無顯著差異。粒收品種DK517、JNK728具有較長的籽粒灌漿活躍期和較高的灌漿起始勢(shì)，與ZD958相比，籽粒灌漿活躍期兩年平均分別增加21.62%、21.83%，R0分別士曾加89.71%、69.12%。

2.2不同玉米品種籽粒含水量與含水率的變化趨勢(shì)

如圖2所示，在整個(gè)籽粒建成期內(nèi)，DK517的籽粒含水量始終低于JNK728和ZD958。2020年，積溫達(dá)到692.7℃．d（花后28d）左右時(shí)DK517百粒含水量達(dá)到最大值18.19g，較同時(shí)期JNK728、ZD958分別減少11.05%、4.51%；2021年，積溫達(dá)到557.50℃·d（花后21d）左右時(shí)百粒含水量達(dá)到最大值18.24g，較同時(shí)期JNK728、ZD958分別減少26.72%、10.50%，而ZD958在積溫達(dá)到830℃·d左右（花后35d）時(shí)百粒含水量達(dá)最大值21.74g。兩年平均來看，DK517達(dá)到生理成熟期時(shí)百粒含水量為10.88g，比同時(shí)期的JNK728、ZD958分別降低33.12%、25.69%。

3個(gè)品種的籽粒含水率均隨著授粉后積溫的增加呈持續(xù)遞減的變化趨勢(shì)，ZD958的籽粒含水率在整個(gè)生育期內(nèi)均略高于DK517和JNK728，且隨生育進(jìn)程品種間差異有增大趨勢(shì)。2020年，DK517、JNK728達(dá)到生理成熟時(shí)含水率為24.46070、29.57%，而此時(shí)ZD958含水率為30.29%且未達(dá)到生理成熟，ZD958達(dá)到生理成熟日寸的籽粒含水率為28.06%。2021年，3個(gè)品種同時(shí)達(dá)到生理成熟，DK517、JNK728和ZD958的籽粒含水率分別為31.07%、29.65%和33.42%；DK517、JNK728、ZD958收獲期的籽粒含水率分別為15.65%、20.73%、22.62%。

2.3不同玉米品種籽粒脫水速率相關(guān)參數(shù)分析

分析3個(gè)品種籽粒脫水參數(shù)（表3）可得，不同品種籽粒脫水參數(shù)存在一定差異。生理成熟前籽粒平均脫水速率均表現(xiàn)為粒收品種DK517、JNK728高于ZD958，兩年平均值分別高出2.82%、3.84%；生理成熟后DK517籽粒平均脫水速率、籽?？偯撍俾实膬赡昶骄捣謩e較JNK728、ZD958高60.74%、47.49%和5.62%、7.15%，且與ZD958差異顯著。與穗收品種ZD958相比，粒收品種DK517籽粒在生理成熟前、成熟后均具有較高的脫水速率，而JNK728的快速脫水優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在生理成熟前。

2.4不同玉米品種籽粒灌漿與脫水各參數(shù)的相關(guān)性分析

對(duì)3個(gè)玉米品種籽粒灌漿、脫水相關(guān)參數(shù)及積溫的相關(guān)性（圖3）分析表明，2020年，生理成熟期籽粒含水率與收獲期籽粒含水率極顯著正相關(guān)（0.71”），與生理成熟前籽粒平均脫水速率極顯著負(fù)相關(guān)（-0.89”）；收獲期籽粒含水率與G顯著正相關(guān)（0.62），與生理成熟前平均脫水速率極顯著負(fù)相關(guān)（-0.76），與總脫水速率極顯著負(fù)相關(guān)（-0.85）；生理成熟期百粒干重與G和G極顯著正相關(guān)（0.87，0.71），說明灌漿速率越高，粒重越大；籽?？偯撍俾逝c生理成熟一收獲積溫顯著正相關(guān)（0.67）；生理成熟前、成熟后平均脫水速率與籽粒總脫水速率顯著正相關(guān)（0.64，0.68）。

2021年生理成熟期籽粒含水率與生理成熟前籽粒平均脫水速率極顯著負(fù)相關(guān)（-0.91）；收獲期籽粒含水率與生理成熟后平均脫水速率和總脫水速率極顯著負(fù)相關(guān)（-0.78，-0.91），與授粉一生理成熟積溫極顯著負(fù)相關(guān)（-0.94），與G和G顯著正相關(guān)（0.63，0.52）；生理成熟前平均脫水速率與生理成熟后平均脫水速率顯著負(fù)相關(guān)（-0.59）；生理成熟后平均脫水速率與籽?？偯撍俾蕵O顯著正相關(guān)（0.92）。

2.5不同玉米品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成差異分析

由表4可知，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素在不同玉米品種間均存在顯著差異。JNK728具有較高的千粒重，比ZD958、DK517分別增加31.11%、21.31%（2020年）和35.09%、34.24%（2021年）。2020年各品種間穗數(shù)差異不顯著，2021年，ZD958、DK517的穗數(shù)分別比JNK728顯著降低7.25%、5.68%：各品種穗粒數(shù)表現(xiàn)為DK517>ZD958>JNK728，兩年平均DK517較ZD958、JNK728分別增加3.99%、36.70%。2020年，DK517的產(chǎn)量最高，達(dá)到10275kg/hm2，比ZD958、JNK728分別顯著增加14.17%和23.38%；2021年，JNK728、DK517分別比ZD958顯著增產(chǎn)22.53%、10.96%。3個(gè)品種兩年平均產(chǎn)量表現(xiàn)為DK517>JNK728>ZD958，DK517較JNK728、ZD958分別提高4.52%、12.55%。

方差分析表明，年份、品種對(duì)穗粒數(shù)的影響達(dá)極顯著水平（P<0.01），兩者互作對(duì)穗粒數(shù)的影響達(dá)顯著水平（P<0.05）；品種對(duì)千粒重的影響達(dá)極顯著水平（P<0.01），年份與品種互作對(duì)千粒重的影響達(dá)顯著水平（P<0.05）；年份及其與品種互作對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)極顯著水平（P<0.01）。

3討論

玉米籽粒脫水通常指玉米籽粒內(nèi)含物水分的下降。前人對(duì)不同機(jī)械粒收品種的籽粒含水量和含水率研究表明，籽粒含水量呈先升高后降低趨勢(shì)，本研究結(jié)果與之一致。張瑩瑩等研究表明，華美1號(hào)和迪卡517均為低水分含量玉米品種，二者生理成熟后籽粒平均脫水速率都較高，但華美1號(hào)生理成熟前籽粒平均脫水速率比迪卡517低。袁邦義等研究表明，迪卡517生理成熟后脫水速率較高。本研究結(jié)果表明，籽粒灌漿期間DK517的籽粒含水量始終低于JNK728和ZD958，并且在生理成熟前、后均具有較高的籽粒脫水速率。玉米籽粒收獲時(shí)含水量的高低主要由生理成熟時(shí)的含水量、生理成熟后籽粒脫水速率共同決定。本研究相關(guān)性分析表明，收獲期籽粒含水率與生理成熟前平均脫水速率、生理成熟后平均脫水速率及總脫水速率呈負(fù)相關(guān)；DK517前期灌漿快，生理成熟前、后籽粒平均脫水速率和籽?？偯撍俾识驾^高，生理成熟時(shí)籽粒含水率低是其收獲期含水率低的主要原因。此外，玉米籽粒脫水速率除了受自身生長發(fā)育的影響，還受許多氣候因素的影響。研究發(fā)現(xiàn)空氣濕度、溫度、風(fēng)速特別是降水量對(duì)玉米收獲期籽粒含水率和籽粒脫水速率有重要影響。本研究表明，2020年籽?？偯撍俾逝c生理成熟一收獲積溫顯著正相關(guān)，生理成熟后積溫越高，越有利于籽粒脫水。而2021年相關(guān)性不顯著，可能與2021年后期因受銹病影響植株未到收獲期已經(jīng)開始干枯有關(guān)。

玉米籽粒的灌漿過程是干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的過程。灌漿速率的大小以及灌漿持續(xù)期的長短是影響玉米粒重乃至產(chǎn)量的主要原因。李紹長等研究認(rèn)為，同一品種的粒重差異是由灌漿速率決定的，不同品種粒重的差異是由灌漿持續(xù)期的長短造成的。本研究結(jié)果表明，籽粒灌漿前期，品種間百粒重表現(xiàn)為JNK728>DK517>ZD958，在花后35d（2021年）或42d（2020年）時(shí)表現(xiàn)為JNK728>ZD958>DK517。此外，不同品種籽粒灌漿參數(shù)表現(xiàn)為DK517的G顯著低于JNK728、ZD958（除2021年DK517與JNK728的G差異不顯著外），ZD958的T顯著高于DK517、JNK728。表明ZD958灌漿慢，達(dá)到最大灌漿速率所需天數(shù)較長，進(jìn)而對(duì)后期籽粒脫水具有一定影響。2021年，DK517、JNK728的Ro顯著高于ZD958．可見DK517和JNK728的籽粒灌漿起始勢(shì)大，可以較早啟動(dòng)籽粒灌漿，所以其到達(dá)最大灌漿速率用的時(shí)間少于ZD958。2021年，DK517的W顯著低于JNK728、ZD958，這可能是其千粒重較低的主要原因。

研究籽粒灌漿特性對(duì)于揭示高產(chǎn)形成機(jī)制具有重要意義。灌漿進(jìn)程不同是導(dǎo)致不同玉米品種籽粒灌漿速率差異的主要原因。前人研究表明，G與收獲時(shí)籽粒含水率正相關(guān)；生理成熟期籽粒含水率與收獲期籽粒含水率正相關(guān)，生理成熟前籽粒平均脫水速率與授粉一成熟積溫間呈負(fù)相關(guān)且相關(guān)性不顯著，生理成熟前籽粒平均脫水速率與G相關(guān)性不顯著。本研究結(jié)果表明，2021年G與收獲時(shí)籽粒含水率正相關(guān)：2020年生理成熟期籽粒含水率與收獲期籽粒含水率正相關(guān)：兩年間生理成熟前籽粒平均脫水速率與授粉一成熟積溫相關(guān)性不顯著，生理成熟前籽粒平均脫水速率與G相關(guān)性不顯著，這與前人研究結(jié)論一致。Kang等研究表明，脫水速率與灌漿速率顯著正相關(guān)，籽粒灌漿越快脫水也越快。李璐璐等通過對(duì)22個(gè)玉米品種進(jìn)行脫水與灌漿特性的研究表明，生產(chǎn)上存在生理成熟前脫水快、生理成熟后脫水慢的特例品種，且生理成熟前、后籽粒的脫水速率以及總脫水速率均與灌漿速率之間無顯著相關(guān)性，不能簡單地以籽粒灌漿快慢來判斷籽粒脫水的快慢。本研究結(jié)果表明，G與籽粒總脫水速率間相關(guān)性不顯著（2020年）。3個(gè)品種灌漿特性表現(xiàn)為灌漿前期DK517、JNK728百粒重高于ZD958，灌漿后期JNK728、ZD958高于DK517;脫水特性表現(xiàn)為生理成熟前DK517、JNK728快于ZD958，生理成熟后DK517>JNK728>ZD958（2020年）。李璐璐設(shè)置跨生態(tài)區(qū)聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)和跨季節(jié)多播期試驗(yàn)表明，JNK728屬于灌漿快、脫水也快的品種，ZD958屬于灌漿慢、脫水也慢的品種。本研究表明粒收品種的總脫水速率均大于穗收品種，且JNK728屬于生理成熟前平均脫水速率高，后期與穗收差異不顯著品種，DK517屬于生理成熟前、成熟后平均脫水速率均較高的品種。

生理成熟期百粒干重與平均灌漿速率和最大灌漿速率正相關(guān)，籽粒灌漿越快，粒重越大，產(chǎn)量越高。研究表明，豐水年會(huì)導(dǎo)致夏玉米穗粒數(shù)減少。本研究2020年因受氣象因素影響，降水量偏多，3個(gè)玉米品種穗粒數(shù)較2021年都明顯減少，這是影響產(chǎn)量的主要原因之一；此外，兩年中DK517千粒重雖較JNK728低21.56%，但其穗粒數(shù)較JNK728多36.70%，可見，具有較高的穗粒數(shù)是DK517實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的主要原因。

4結(jié)論

玉米籽粒品種間表現(xiàn)出不同的灌漿與脫水特性。脫水快的粒收品種DK517和JNK728前期灌漿均較快，且具有較長的灌漿活躍期和較高的灌漿起始勢(shì)。DK517在生理成熟前、成熟后均具有較高的平均脫水速率，且表現(xiàn)出穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的特性；而JNK728的快速脫水優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在生理成熟前。兩個(gè)品種間快速脫水的生理機(jī)制差異有待進(jìn)一步研究。