基于品种熟期和籽粒脱水特性的机收粒玉米适宜播期与收获期分析

张万旭，明博，王克如，刘朝巍，侯鹏，陈江鲁，张国强，杨京京， 车淑玲，谢瑞芝，李少昆



基于品种熟期和籽粒脱水特性的机收粒玉米适宜播期与收获期分析

张万旭1,2，明博2，王克如2，刘朝巍1，侯鹏2，陈江鲁3，张国强1,2，杨京京3， 车淑玲4，谢瑞芝2，李少昆1,2

（1石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003；2中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物生理生态重点实验室，北京 100081；3新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所，新疆五家渠 831301；4新疆生产建设兵团第六师奇台农场气象站，新疆奇台 831809）

【目的】规模化生产条件下，需要兼顾产量和效率的协同提高。通过合理配置不同熟期品种及播期，能够延长播种和收获的机械作业时间，提高机械利用效率和玉米生产效率。【方法】本研究于2015—2017年，选用KWS9384、新玉77和M751 3种不同熟期的主栽玉米品种，观测籽粒含水率变化动态，建立基于授粉后积温（≥0℃）的籽粒含水率预测模型，结合当地气象数据，分析不同品种的播种与收获时期。【结果】结果表明，不同熟期品种的产量和适播期不同。早熟品种KWS9384适宜播期和收获期更长，但产量较晚熟品种低；晚熟品种新玉77和M751产量高，但满足生理成熟及脱水至适宜机械粒收含水率的时间更长。通过早熟品种和晚熟品种的搭配，可以有效延长玉米播种及机械粒收的作业时间；早播晚熟品种、晚播早熟品种的配置方案，能够较好地协调产量和籽粒脱水的关系。【结论】通过分析不同品种适宜播种期及其相应的适宜收获期，提出了高产高效协同生产目标下的品种和播期配置原则，实现特定生态和生产条件下机具利用效率和效益的最大化，为相关技术需求的研究和应用提供思路。

玉米；机械籽粒收获；籽粒含水率；适宜收获期；规模化生产

0 引言

【研究意义】随着合作社、家庭农场和托管企业等新型农业经营主体逐步增加，规模化生产已成为必然趋势[1-2]。机械化是规模化生产的必由之路[3]。由于作业机械特别是收获机械价格昂贵，合作社或农场保有量有限，延长机械的有效作业时间、提高机具利用效率是未来玉米规模化生产决策面临的重要问题。【前人研究进展】前人研究表明，玉米机械粒收质量主要受籽粒含水率影响[4-7]，当含水率降至25%左右收获，可协调适期早收、提高收获质量、降低烘干成本之间的矛盾[6,8]。玉米品种熟期、籽粒脱水特征不同，在规模化种植条件下，合理配置不同积温需求的品种，确定适宜的播种和收获期，可以在有限的机具条件下，尽量延长机械粒收的作业时间，提高生产效率。国外大型农场也多通过种植不同熟期品种延长机械作业时间[9-11]。【本研究切入点】规模化生产条件下，农业生产主要目标已由单纯追求高产向提高综合效益转变，如何通过品种搭配，提高综合生产效率尚缺乏系统研究。【拟解决的关键问题】本研究以机械化和规模化程度较高的新疆奇台总场为对象，分析不同熟期类型玉米品种生长发育及籽粒脱水动态特征，明确达到适宜机械粒收籽粒含水率的积温需求，结合历史气象数据，分析不同熟期类型品种适宜播种及机械粒收时期的变化，探索规模化种植模式下不同熟期类型品种及其播期的配置原则，为规模化生产条件下玉米的高效种植管理提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地点气象条件与供试品种

试验于2015—2017年在新疆奇台总场二分场（89°46′01′′E，43°50'41″N）进行。试验点位于新疆奇台县境内，海拔1 021 m，年日照时数2 500—2 800 h，无霜期130—156 d。2004—2017年，4月至11月平均温度13.9℃，降雨量299.8 mm，7月份平均温度最高。与常年（2004—2014年）平均气象数据相比，2015年活动积温偏低232.1℃，2016和2017年接近，分别比常年偏低95.7℃和103.8℃。2015和2016年降雨量相当，较常年分别偏多126.1 mm和127.1 mm；2017年降雨量少于常年9.5 mm。2004—2014年与2015—2017年同期逐月气温、全年积温和降雨量进行均值比较（T检验），结果均无显著差异（表1）。

表1 试验区玉米田间生长期间温度及降雨量统计

ns表示T检验无差异 ns represents no difference in T test

选用当地主栽品种KWS9384、新玉77和M751为供试材料。每个品种种植1 000 m2，播种密度为1.35×105株/hm2，40 cm+70 cm宽窄行种植，田间管理同当地膜下滴灌密植高产栽培。各品种在吐丝前选择生长整齐一致的植株进行果穗套袋，待套袋果穗完全吐丝后0—2 d进行统一授粉。

1.2 籽粒含水率测定与模型构建

分别于2015、2016和2017年的8月28日、8月1日及7月14日，取样测定籽粒含水率，每5—7 d取样测定1次，接近生理成熟期2—3 d测定1次。2015、2016年籽粒含水率测定分别至10月18日和10月8日收获为止，2017年延后至11月25日结束。2015和2016年每品种每次取生长整齐一致植株3个果穗，2017年取5个果穗，取样后放入自封袋立即带回实验室，手工脱粒，选择果穗中部籽粒称鲜重后放入烘箱，105℃杀青30 min，并在85℃下烘至恒重，取出称干重，计算籽粒含水率，计算公式为：含水率（%）=（鲜重-干重）/鲜重×100%。

参考李璐璐等[12]对籽粒含水率动态变化的研究，以授粉后积温（≥0℃）与籽粒含水率建立回归关系，以拟合优度（2）和均方根误差（）评价模型优劣。气象数据由试验点设置的WatchDog 2900ET气象站自动获取。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2016进行数据处理及作图，Spss 23.0采用Duncan新复极差法进行方差分析，CurveExpert Professional 2.6进行曲线拟合。

2 结果

2.1 玉米生育进程、单产和生理成熟期籽粒含水率

不同供试玉米品种生育进程、产量及生理成熟期籽粒含水率结果见表2。2015—2017年，KWS9384生理成熟日期在9月14日至9月18日，生理成熟时籽粒含水率均值为29.5%，产量均值为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，籽粒含水率均值为32.3%，产量均值为19 696.5 kg·hm-2；2015—2016年，M751达到生理成熟日期为10月6日和9月29日，籽粒含水率均值为29.9%，2017年由于霜冻出现早，M751未达到生理成熟，产量均值为19 780.5 kg·hm-2。显著性检验表明（表3），不同品种生理成熟期籽粒含水率差异显著；而同一品种在年际间差异不显著。

2.2 不同玉米品种积温需求的差异

2015—2017年，供试品种从播种-吐丝、吐丝-生理成熟和播种-生理成熟所需活动积温及方差分析见表4。表中可以得出，同一品种从播种至吐丝、吐丝-生理成熟和播种-生理成熟所需积温在年际间差异不显著（＞0.5），说明品种从播种到吐丝、吐丝到生理成熟及播种到生理成熟所需积温相对稳定；而同一年份不同品种之间在各阶段所需积温差异显著（＜0.5）。

表2 供试玉米品种生育进程、产量及生理成熟期籽粒含水率

—表示2017年受霜冻影响，未达生理成熟

—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水平差异显著，*表示0.05水平差异显著，ns表示差异不显著。下同

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

表4 不同玉米品种不同年份生育期积温需求及方差分析

2.3 玉米籽粒含水率与积温的关系

籽粒含水率随授粉后积温积累呈下降趋势（图1），KWS9384、新玉77和M751拟合方程表达式分别为=90/(1+(/1093.75)2.15)、=90/(1+(/1136.26)2.16)和=90/(1+(/1075.21)2.06)，模型检验均达极显著水平（＜0.01），其均方根误差（）在2.98—3.15之间，预测效果良好。

利用籽粒含水率与授粉后积温回归模型，估算下降至适宜机械粒收含水率时所需要积温，结合品种从播种至吐丝期所需积温，可以获得播种至适宜机械粒收时期的积温（表5）。研究表明，不同品种籽粒含水降至适合机械粒收含水率时所需积温存在较大差异，其中，KWS9384、新玉77和M751从播种至含水率降至25%所需积温分别为3 043.5℃、3 292.0℃和3 358.4℃，降至20%时所需积温分别为3 296.2℃、3 552.7℃和3 623.1℃。

2.4 基于机械籽粒收获需求的品种搭配途径分析

机械粒收条件下确定玉米播期，不仅需用考虑常规生产中满足种子萌发的地温需求、初霜前达到生理成熟等条件[13-16]，还必须满足机械籽粒收获要求的适宜籽粒含水率，其适宜播期和收获时期均相应会发生一定的变化。

以试验所在地新疆奇台总场二分场为例，最早播种日期以当地常年平均气温稳定通过10℃为标准，即4月12日。50%保证率条件下最低气温小于或等于0℃的日期（初霜冻日[17-18]）为10月6日。自初霜日向前累积逐日积温，满足品种播种至生理成熟积温（表5）的日期为该品种的最迟适宜播期。本研究条件下，KWS9384、新玉77和M751品种最迟播期、达到生理成熟、籽粒含水率下降到25%和20%的日期变化动态如图2所示。

图1 不同熟期类型玉米品种籽粒含水率与授粉后积温的关系

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

表5 不同玉米品种积温需求

在完成生育周期（达到生理成熟）条件下，如果以延长播种时间为目标，播种期持续时间最多可以达到31 d，但不同熟期品种的适宜播期持续时间不同。4月22日之前可以播种M751，5月4日前可以播种新玉77，5月12日前可以播种KWS9384。一般而言，熟期较长的品种往往具有更好的产量表现。试验选用品种KWS9384、新玉77和M751在3年间的产量均值分别为17 427.0 kg·hm-2、19 696.5 kg·hm-2和19 780.5 kg·hm-2，在播种期内优先选择产量较高的品种播种，可以同时实现高产和播种机械的高效利用。

以适宜收获期最长为目标，4月12日播种的早熟品种KWS9384适宜最早收获时间为9月16日，而同期播种的新玉77和M751的最早收获时间则分别为10月5日和10月12日，3个品种适宜最早收获期开始的时间相差达到27 d。如果在10月5日前开始收获，需要自最早播期起播种一定比例的早熟品种。

图2 不同熟期类型玉米品种适宜播种及粒收日期

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

3 讨论

3.1 玉米规模化生产需要品种、播期和收获期的合理配置

作物生长条件、农艺要求和种植规模存在一定的差异，如果盲目配备机具，会导致机械过剩、农机具利用率低等，既浪费了生产资源，又增加了生产成本[19]。另外，种植作物如果熟期相近，不仅存在争劳力的问题，也加剧农业机械使用强度[20]。本研究结果表明，玉米不同熟期和脱水类型品种适宜播种及机械粒收的时期存在差异，早熟脱水快类型的品种KWS9384比其他熟期类型品种具有更长的播种和收获适宜期，而中晚熟、脱水慢的品种适宜收获期相对较短，更应适期早播，为后期籽粒脱水留足积温。规模化种植条件下需要合理配置品种，可协调高产、玉米生长和脱水特性以及机械作业能力之间的矛盾，以及安排与机械收获籽粒相配套的播种及收获时间，从而提高机械使用效率，实现农艺与农机相协调，充分发挥品种特性，提高种植效益。

3.2 不同类型玉米品种适宜机械粒收所需积温不同

热量是农作物生长发育重要的气象因素，通常以活动积温（≥0℃）和有效积温（≥10℃）作为衡量热量资源的重要指标[21]。研究表明玉米完成生长发育所需积温稳定，且年份间差异不显著[22]。本文以播种后活动积温计算玉米生育期及籽粒含水率降至适宜机械收获时期所需积温，结果同样显示，玉米自播种到吐丝，吐丝到生理成熟所需积温在年际间稳定，且不同品种之间存在差异。籽粒含水率的变化与授粉后的活动积温间具有显著关系[12]，能够预测不同类型品种籽粒降至特定含水率的积温需求。本研究结果显示，KWS9384播种至籽粒含水率降到25%所需积温为3 043.5℃，新玉77所需积温为3 292.0℃，M751所需积温为3 358.4℃。不同品种籽粒含水率变化的积温需求不同，熟期和品种脱水特性对该进程产生明显的影响。

3.3 规模化种植条件下玉米品种的搭配

由于品种熟期、籽粒脱水特性等方面的差异，不同品种在相同地点种植，适宜的播种及机械粒收时间是不同的。为提高规模化生产效益，需要合理的农机与农艺配合[23]。以往生产中为了获得更高的产量，多选用晚熟品种以充分利用当地积温，导致收获时籽粒含水率偏高，影响收获质量和烘晾成本。不同品种、不同收获期的籽粒含水率存在显著差异[24]，适当晚收有明显的脱水效果，可提高玉米的收获质量，减少烘干成本[25]，但受限于气候资源和生产条件，收获期不能无限延后。合理地配置品种，可以协调各方面限制因素，达到效益最大化。本研究将不同类型品种的成熟及籽粒脱水过程进行定量化，以积温为核心，指导不同熟期品种搭配。积温需求少的品种，产量相对低，但可以在有限的积温条件下，最大限度的延长播期，提高播种机具的利用效率；如果在适宜播期尽早播种，还能延长收获机具作业时间；晚熟品种虽产量高，但适宜播种的时间区间受到限制，在播种机具限制条件下不能及时完成生产者全部土地的作业需求，需要搭配早熟品种提高播种机具的使用效率。不同熟期类型品种产量潜力不同，在适宜播期播种早熟品种虽然可以提高机械使用效率，但产量较晚熟品种低，如何平衡二者之间的关系需要根据多方因素的综合决策。因此，兼顾不同品种籽粒脱水特性与产量潜力，合理配置品种及调整播种期，是规模化生产下延长机械作业时间，提高机械使用效率，提升效益所考虑的重要问题。

玉米籽粒脱水特性与品种[26-27]、农艺性状[28]、区域气象条件[29-30]以及水肥管理等诸多因素有关，本研究仅针对新疆滴灌春玉米3种不同类型的品种开展品种优化配置方法的探索研究。其他地区的品种、生态条件等因素均对籽粒脱水及适宜机械粒收时期产生影响，在应用本方法时需针对区域气候资源条件与品种脱水特性深入研究后进行优化调整。

4 结论

本研究通过对玉米生长发育和籽粒脱水的系统观测，明确了籽粒生理成熟和脱水的积温需求在年际间的稳定性及在品种间的差异性。基于积温的玉米生长发育和籽粒含水率预测模型，分析了不同类型品种适宜播种期及其相应的收获期持续时间。在此基础上，提出了高产高效协同目标下的品种和播期配置原则，实现特定生态和生产条件下机具利用效率和效益的最大化，也为相关技术需求的研究和应用提供了思路。

致谢：感谢奇台总场领导对本试验实施的大力支持及中国农业大学杨晓光老师团队在处理气象数据方面给予的指导！

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（责任编辑 杨鑫浩）

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

国家重点研发计划（2016YFD0300605）、国家自然科学基金（31371575，31360302）、国家玉米产业技术体系项目（CARS-02-25）、中国农业科学院农业科技创新工程、新疆生产建设兵团第六师五家渠市科技项目（1703）

张万旭，Tel：13094042202；E-mail：xuuxsun@foxmail.com。明博，E-mail：mingbo@caas.cn。张万旭和明博为同等贡献作者。通信作者谢瑞芝，E-mail：xieruizhi@caas.cn。通作者李少昆，E-mail：lishaokun@caas.cn