不同玉米品种机械粒收质量评价及其鉴定指标初步筛选

杨锦越，宋 碧，罗英舰，张 军，刘 婕，杨 翠，段家美

(贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025)

机械收获是降低劳动强度、减少工作量、提高生产效益的关键技术[1-2]，也是实现我国玉米生产全程机械化的瓶颈[3-4]。当前，中国机收玉米以摘穗为主，机械粒收还处于起步阶段，普遍存在籽粒破碎率高等收获质量问题[5-11]，严重制约了机械粒收的大面积推广。因此，分析当前玉米机械粒收的质量指标，筛选出鉴定指标，明确影响机收质量指标的主控因素，对于机械粒收技术的快速、健康发展具有重要意义。已有研究表明，收获时茎秆压碎强度、茎秆穿刺强度、茎秆含水量、籽粒含水量与籽粒机收质量灰色关联度最大[12-13]，株高、穗位高和茎粗也是影响机收质量主要因素[14-15]。目前，关于不同玉米品种机收质量的研究主要集中在北方粮食主产区[16]，针对西南地区机械粒收的相关研究较少。鉴于此，通过分析20个玉米品种植株性状指标与机收质量指标的关系，筛选出机械粒收质量的鉴定指标，为西南地区玉米生产机械粒收提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

供试玉米品种20个，具体编号、名称和来源见表1。

表1 20个玉米品种名称及来源

1.2 试验设计

试验于2017年3—9月在贵州省遵义市播州区石板镇(27°13′N，106°17′E)进行，该区属中亚热带季风性湿润气候，年平均气温14.9 ℃，无霜期291 d，降雨量1 035.7 mm。供试土壤养分含量：有机质26.23 g/kg，碱解氮80.50 mg/kg，全磷17.52 mg/kg，速效磷23.74 mg/kg，全钾23.15 g/kg，速效钾226.00 mg/kg。

采用随机区组设计，种植密度为5.25万株/hm2。小区面积25.5 m2(7.5 m×3.4 m)，3次重复。采用宽窄行种植，宽行0.8 m、窄行0.4 m，基肥使用复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg/hm2，在拔节期和大喇叭口期施用尿素进行追肥，用量分别为150 kg/hm2和225 kg/hm2。其他栽培管理措施同当地大田生产。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高、穗位高、茎粗 于成熟期在每个小区随机选取10株，测量玉米植株的株高、穗位高和茎粗(地上第3节节间)。

1.3.2 茎秆穿刺强度、压折强度、压碎强度及穗轴压碎强度 于成熟期每个品种选取3株，剥去叶片和叶鞘，采用YYD-1型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司生产)测定植株地上部第3、4、5节以及穗上1节和穗下1节的茎秆穿刺强度、压折强度和压碎强度。测定方法：将横断面积为0.01 cm2的测头沿茎秆中部垂直于茎秆方向匀速缓慢插入，读取其最大值，即为茎秆穿刺强度；将各节分别平放在测定仪的凹槽内，迅速压下使茎秆压折，读取最大值，即为茎秆压折强度；将横截面积为1 cm2的探测头垂直于茎秆节间中部匀速缓慢压下，直到茎秆破裂，读取最大值，即为茎秆压碎强度。最后，计算5个节间茎秆穿刺强度、压折强度和压碎强度的平均值。将1 cm2的探测头垂直于穗轴节间中部匀速缓慢压下，直到穗轴破裂，读取最大值，即为穗轴压碎强度。

1.3.3 倒伏率、穗上倒折率、穗下倒折率 于收获期对每小区进行调查，记录各小区总株数、倒伏株数(植株与地面夹角小于60°)、穗上倒折株数和穗下倒折株数。

倒伏率=倒伏株数/总株数×100%，

穗下倒折率=穗下倒折株数/总株数×100%，

穗上倒折率=穗上倒折株数/总株数×100%。

1.3.4 茎秆、穗轴、苞叶、叶片、籽粒的含水率 于收获期，每品种取3株，将植株分成茎秆、叶片、苞叶、籽粒和穗轴5个部位并称其鲜质量，105 ℃杀青30 min，之后80 ℃烘干至恒质量并称量。

茎秆含水率 =(茎秆鲜质量-茎秆干质量)/茎秆鲜质量×100%。

同理，计算穗轴含水率、苞叶含水率、叶片含水率。脱粒后用PM8188水分测定仪测定籽粒含水率。

1.3.5 空秆率、双穗率 于收获期对每小区进行调查，记录每小区空秆株数(不结果穗或有果穗而籽粒数小于20粒的株数)及双穗株数(主茎第2果穗籽粒数大于或等于20粒的株数)。

空秆率=空秆株数/总株数×100%，

双穗率=双穗株数/总株数×100%。

1.3.6 杂质率、破碎率、产量损失率 使用雷沃谷神收获机(4LZ-4G1型)收获之后，在测定区域将收获机仓内收获的籽粒混匀，随机取2 kg左右，拣出机器损伤、有明显裂纹及破皮的籽粒，挑出杂质，分别称量样品籽粒总质量(W1)、破碎粒质量(W2)和杂质质量(W3)。

杂质率=W3/W1×100%，

破碎率=W2/(W1-W3)×100%。

收集每个小区内的落粒和落穗，测定落穗、落粒的质量。将理论产量、落穗质量和落粒质量分别折合成单位面积数值，计算产量损失率。

产量损失率=(单位面积落穗质量+单位面积落粒质量)/单位面积产量×100%。

1.4 数据分析

采用Excel 2007进行数据处理，采用DPS 7.05和SPSS 19.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同玉米品种机械粒收质量评价分析

由表2可知，不同玉米品种机械粒收质量指标之间差异显著。在20个品种中，杂质率变化幅度较大，破碎率和产量损失率次之，籽粒含水率变化幅度较小。其中，筑黄99M/21的杂质率最大(7.53%)，其次是郑单958(3.82%)，2个品种差异显著，粒收1号杂质率最小，为1.36%，杂质率小于2%的品种有：先玉1171、渝单8号、正红6号、爱农001、粒收1号、黔单16、靖玉1号和新中玉801，除了筑黄99M/21、郑单958和靖单12号3个品种外，其余品种的杂质率均低于3%，符合国家标准(GB/T 21961—2008)[17]。

正红431破碎率最大，为13.62%，郑单958破碎率最小，为5.32%。若根据破碎率≤8%的粮食烘干收储企业三级粮标准(GB/T 17890—1999)[18]，破碎率达到要求的品种有：先玉1171、爱农001、金玉932、靖丰18、仲玉3号、郑单958、金玉838和新中玉801。

表2 不同玉米品种机械粒收的质量指标 %

注：同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，下同。

对于产量损失率而言，正红6号最大，其次是筑黄99M/21、正红431、靖玉1号和筑黄127/S02。根据GB/T 21962—2008[19]，其余品种的产量损失率均能满足国家标准(≤5%)。

正红431的籽粒含水率最高(37.40%)，先玉1171、正红6号、爱农001、郑单958的籽粒含水率小于30%，其余品种的籽粒含水率均大于30%，若按照破碎率≤8%的粮食烘干收储企业三级粮标准，籽粒含水率应该控制在30%以下。

综合机械粒收质量分析可知，先玉1171、爱农001、新中玉801和仲玉3号的杂质率、破碎率和产量损失率相对较低，比较适合机械粒收。

2.2 玉米籽粒含水率对机械粒收质量指标的影响

由图1可知，籽粒含水率与杂质率极显著相关，即：y=0.152 6x-2.363 6(R2=0.141 0* *,P<0.01,n=60)，说明杂质率随籽粒含水率增加呈上升趋势，籽粒含水率大于30%时，对杂质率增加的影响较为明显。由图2可知，籽粒含水率与破碎率呈极显著正相关关系，即y=0.362 9x-2.991 6(R2=0.306 7* *,P<0.01,n=60)，说明随着籽粒含水率增加，破碎率呈直线增加。由图3可知，籽粒含水率与产量损失率存在显著的正相关关系(y=0.117 0x+0.555 6(R2=0.076 5*,P<0.05,n=60)，随着籽粒含水率的增加，产量损失率呈显著增加趋势，籽粒含水率控制在26.75%左右时，田间收获产量损失率≤5%，满足GB/T 21962—2008[19]的要求。

图1 玉米籽粒含水率与杂质率的关系

图2 玉米籽粒含水率与破碎率的关系

图3 玉米籽粒含水率与产量损失率的关系

2.3 玉米植株相关性状与机械粒收质量指标的灰色关联度分析

根据灰色系统理论[20]，将所调查的17个性状指标及3个机械粒收质量指标看作一个灰色系统，17个性状指标看作该系统的一个灰因素，3个机械粒收质量指标设为参考数列，17个性状指标设为比较数列，计算各性状和机械粒收质量指标的灰色关联度，得到每个性状指标值和机械粒收质量指标的关联度(表3—5)。根据灰色系统理论原理，关联度越大，说明该数列和参考数列间变化的态势越接近，相互关系越密切。

由表3可知，与杂质率灰色关联度最大的是籽粒含水率，其次是茎秆含水率和穗轴含水率，灰色关联度分别达0.713 9、0.709 1、0.707 7，可见，3个指标与杂质率的灰色关联度相差较小，说明籽粒含水率、茎秆含水率和穗轴含水率对杂质率的影响都较大，共同影响机械粒收效果的好坏。

由表4可知，与破碎率关联度最大的是籽粒含水率，其次是茎秆含水率和茎秆穿刺强度，灰色关联度分别为0.781 1、0.773 2、0.764 6，与破碎率灰色关联度最小的是双穗率(0.447 2)，说明茎秆含水率和茎秆穿刺强度对籽粒破碎率的影响相对较大，双穗率对机械粒收破碎率影响不大。

由表5可知，与产量损失率灰色关联度最大的是籽粒含水率，其次是穗轴含水率、株高、穗位高，双穗率和穗下倒折率与产量损失率灰色关联度较小，说明产量损失率受穗轴含水率、株高和穗位高的影响较大。

综合来看，籽粒含水率、茎秆含水率、穗轴含水率、株高、穗位高、茎粗、茎秆穿刺强度这7项指标与机械粒收的质量关联度较大，说明17项指标中，这7项指标与机械粒收质量的变化趋势较为一致的。其中，籽粒含水率与3个机械粒收的质量指标关联度均居第1，说明籽粒含水率是影响机械粒收质量的重要指标；由于关联度系数并无负值，若变量之间存在负相关，关联度不能准确反映出来，为了能更科学和全面地筛选机械粒收质量综合评价指标，进一步对17项性状指标与机械粒收质量指标之间进行逐步回归分析。

表3 各指标与杂质率的灰色关联度分析

注：X1.株高；X2.茎粗；X3.穗位高；X4.平均茎秆穿刺强度；X5.平均茎秆压折强度；X6.平均茎秆压碎强度；X7.穗轴压碎强度；X8.空秆率；X9.双穗率；X10.倒伏率；X11.穗上倒折率；X12.穗下倒折率；X13.茎秆含水率；X14.穗轴含水率；X15.苞叶含水率；X16.叶片含水率；X17.籽粒含水率；下同。

表4 各指标与破碎率的灰色关联度分析

表5 各指标与产量损失率的灰色关联度分析

2.4 逐步回归分析及机械粒收质量评价指标的筛选

以灰色关联度分析中17个性状指标为自变量(X)，杂质率(Y1)、破碎率(Y2)和产量损失率(Y3)为因变量，进行逐步回归分析，剔除不显著的自变量，得到最优回归方程。

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)。

由以上逐步回归方程可知，各指标与各机械粒收质量指标的回归方程预测值的相关系数分别为:r=0.965 9* *、r=0.964 7* *和r=0.962 4* *，均达到了极显著水平，其中，杂质率与株高、茎粗、穗轴含水率呈负相关，与空秆率、穗轴压碎强度、穗下倒折率呈正相关；破碎率与穗轴压碎强度、穗轴含水率呈负相关，与株高、茎秆压碎强度、穗下倒折率、茎秆含水率、苞叶含水率和籽粒含水率呈正相关；产量损失率与穗位高、穗轴压碎强度和苞叶含水率呈负相关，与茎粗、茎秆压碎强度、倒伏率、穗下倒折率、叶片含水率和籽粒含水率呈正相关。因此，通过逐步回归综合分析得出，株高、茎粗、穗位高、茎秆压碎强度、穗轴压碎强度、空秆率、倒伏率、穗下倒折率、茎秆含水率、穗轴含水率、苞叶含水率、叶片含水率和籽粒含水率可以作为评价机械粒收质量的重要农艺指标。

3 结论与讨论

玉米机械粒收的质量指标主要包括籽粒破碎率、杂质率和产量损失率[17]，这3个指标共同决定玉米品种是否适合机械化收获。本试验条件下，不同玉米品种机械粒收质量指标之间差异显著；杂质率变化幅度较大，破碎率和产量损失率变化幅度较小，这与雷恩等[21]的研究结果一致。柳枫贺等[7]研究表明，籽粒含水率与籽粒破碎率、产量损失率和杂质率呈显著相关，籽粒水分含量越高，机收籽粒破碎率和杂质率越高，但田间损失率越低。李璐璐等[9]研究表明，籽粒含水率与籽粒破碎率、产量损失率和杂质率呈显著相关，随着籽粒含水率的增加，产量损失率呈增加趋势。本研究结果表明，籽粒含水率与杂质率、破碎率和产量损失率均存在显著的正相关关系，这与李璐璐等[9]的研究结果一致；但籽粒含水率对产量损失率的影响与柳枫贺等[7]的研究结果有所不同，原因可能与收获机械的型号、供试品种及生态条件不同有关。

玉米籽粒机械收获质量受品种特性、收获机械类型、耕作模式等多种因素的影响[22-26]。收获质量主要通过机械粒收质量指标进行评价，机械粒收质量指标又受到植株农艺性状、茎秆性状和病虫害等因素的影响，这使得机械粒收质量指标与植株性状指标间关系复杂，且具有一定的模糊性，可将其视为一个灰色系统，针对某个因素与其他多个因素进行关联分析，找出其中的主要因素[27-31]。本研究通过灰色关联度分析得出，籽粒含水率、茎秆含水率、穗轴含水率、株高、穗位高、茎粗、茎秆穿刺强度对机械粒收质量指标的关联度较大，与周颖等[12]对玉米茎秆特性及机收指标研究得出结果基本一致。由于关联度值均大于0，若变量之间存在负相关，关联度不能准确反映出来，为了全面筛选机械粒收质量的鉴定指标，进一步通过逐步回归分析，剔除不显著的自变量指标得出，茎秆压碎强度、穗轴压碎强度、空秆率、倒伏率、穗下倒折率、苞叶含水率、叶片含水率对机械粒收质量影响也较大。

本试验中，籽粒含水率与机械粒收质量指标的关联度均居第1位，说明籽粒含水率与机械粒收质量关系最为密切。综合灰色关联度分析和逐步回归分析结果，株高、茎粗、穗位高、茎秆压碎强度、穗轴压碎强度、空秆率、倒伏率、穗下倒折率、茎秆含水率、穗轴含水率、苞叶含水率和叶片含水率、籽粒含水率等总计13项指标对机械收获质量都有不同程度的影响。其中，杂质率与株高、茎粗、穗轴含水率呈负相关，与空秆率、穗轴压碎强度、穗下倒折率呈正相关；破碎率与穗轴压碎强度、穗轴含水率呈负相关，与株高、茎秆压碎强度、穗下倒折率、茎秆含水率、苞叶含水率和籽粒含水率呈正相关；产量损失率与穗位高、穗轴压碎强度和苞叶含水率呈负相关，与茎粗、茎秆压碎强度、倒伏率、穗下倒折率、叶片含水率和籽粒含水率呈正相关。尚赏等[32]研究表明，籽粒含水率受茎秆含水率影响，茎秆含水率也间接影响穗轴含水率、苞叶含水率和叶片含水率，因此，植株各部分含水率的大小间接影响籽粒机械粒收质量，籽粒含水率和茎秆含水率影响最为明显。另外，适宜机械化收获的品种株高和穗位高一般较低，较高会增加产量损失率[33]。茎粗和茎秆强度会影响穗下倒折率、倒伏率，间接影响机械粒收质量[34-37]。韩托[38]对玉米适宜机械化收获相关性状研究表明，穗轴强度与籽粒含水率呈显著正相关，穗轴强度越大，籽粒含水率越高，增加籽粒破碎率和损失率，不利于机械收获。可见，本研究通过灰色关联度分析和逐步回归分析得出研究结果与前人基本一致。因此，笔者认为，除籽粒含水率之外，株高、茎粗、穗位高、茎秆压碎强度、穗轴压碎强度、穗下倒折率、倒伏率、空秆率、穗轴含水率、茎秆含水率、苞叶含水率和叶片含水率可作为主要机械收获质量的评价鉴定指标，供机械收获时参考。下一步将对各鉴定指标的适宜量化值进行研究。

本试验条件下，20个玉米品种的机械粒收效果差异明显。收获期籽粒含水率为26.92%～37.40%，平均含水率为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区玉米机械粒收存在的主要问题，应该适当推迟收获期或者选择早熟品种。先玉1171、爱农001、新中玉801和仲玉3号的杂质率、破碎率和产量损失率相对较低，适合推广机械粒收。