内蒙古玉米宜机械粒收相关性状研究

石海波，赵瑞霞，梁红伟，侯旭光，孟繁盛，王春雷，李惠智，张鹏，王艺煊，李文霞

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010031；2.赤峰市农牧科学研究院，内蒙古赤峰024031；3.通辽市农业科学研究院，内蒙古通辽028015；4.呼伦贝尔市农业科学研究所，内蒙古扎兰屯162650；5.兴安盟农牧业服务中心，内蒙古乌兰浩特137400；6.巴彦淖尔市农牧业科学研究院，内蒙古临河015400；7.包头市农牧业科学研究院，内蒙古包头014013）

玉米是内蒙古自治区第一大作物，种植面积、总产量、单产水平均居内蒙古自治区粮食作物之首，在内蒙古自治区农业生产和国民经济中占举足轻重地位[1]。随着国民经济的增长，人民生活水平的提高，农村劳动力减少，农业生产劳动力成本增加，使玉米种植效益下降，要增加玉米种植效益，提高行业竞争力，提高玉米生产机械化水平是根本途径。目前，内蒙古自治区玉米生产已基本实现机械播种、机械中耕管理，而收获以机械收穗为主，机械粒收是玉米生产全程机械化的最后一步，可以免去果穗运输、脱粒晾晒及霉变等带来的损失，具有省时省力节本增效的优势[2]，但目前内蒙古自治区机械收粒比重很小，仅在呼伦贝尔市一些大型农场推广。

内蒙古地处我国北部边疆，地域狭长，≥10℃活动积温1 900～3 200℃，横跨多个积温带，种植玉米品种从极早熟到晚熟。当前生产上各积温带普遍存在品种众多、类型各异、更新换代快、越区种植严重的问题。玉米籽粒收获机械化关键是品种[3]。目前生产上品种普遍存在倒伏倒折严重、生育期长、收获籽粒含水率高及由高含水率导致的籽粒破碎率、破损率高的问题[4-5]，针对这一系列不适宜机械粒收的问题，2017年以极早熟、早熟、中早熟、中熟、中晚熟、晚熟6个熟期7个品种为研究材料，在内蒙古自治区6个生态区7个试验点同步开展了早熟、抗逆、宜机械粒收玉米品种性状研究，以明确内蒙古各玉米种植区域适宜机械粒收品种的评价指标，为内蒙古适宜机械粒收玉米品种选择和适时收获提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料和地点

1.1.1 机械粒收相关性状研究试验试验采用品种为内蒙古地区6个熟期，即极早熟、早熟、中早熟、中熟、中晚熟、晚熟的7个代表性品种，试验地点为内蒙古扎兰屯、乌兰浩特、通辽市科尔沁区、赤峰市松山区、呼和浩特、包头和巴彦淖尔市临河区，共7个试验点，所有参试品种在7个试验点同步进行试验，品种名称和熟期见表1。

表1 参试品种熟期

1.1.2 宜机械粒收品种密度试验试验采用品种为各生态区鉴选的宜机械粒收品种，试验品种和地点见表2。

表2 密度试验参试品种及试验地点

1.2 试验设计

1.2.1 机械粒收相关性状研究试验采用裂区设计，主处理为品种，品种名称见表1，副处理为收获期，设4个收获期处理，分别为每个品种生理成熟期和生理成熟期后10、20、30 d；参试品种在各试验点均按熟期顺序排列，小区面积56 m2，14行区，种植密度75 000株/hm2；初次收获时留出2行保护行，从第3行开始收获，以后每个收获期依次收获，每个收获期收获2行，人工摘穗后，马上机械脱粒。

1.2.2 适宜机械粒收品种密度试验试验设60 000、75 000、90 000、105 000株/hm24个密度梯度，采用随机排列，大区种植，16行区，小区面积56 m2，不设重复，各处理同时收获，人工摘穗后，马上机械脱粒。

1.2.3 记录测量数据记录各试验地点播种至最后一次收获的气象数据。收获期调查每个处理倒伏倒折率。测定全部收获穗的穗鲜重，测定粒鲜重、破损粒重，各试验点统一使用铁岭东升玉米小区脱粒机（型号DSTAC）。

1.3 测定及计算方法

籽粒含水率用PM-8188（LDS-1G）水分测定仪测定，重复3次，取平均值；籽粒破碎率和杂质率测定方法：随机称取机械脱粒样品1 kg，手工分拣出破碎粒和杂质，分别称重计算破碎率和杂质率；破损率测定方法：称量机械脱粒过筛后的筛下非完整籽粒重（即破损籽粒），计算破损率。计算公式

1.4 数据处理与分析

数据处理及统计分析作图采用Excel 2007，回归分析用SAS软件。

2 结果与分析

2.1 不同收获期机械粒收质量变化及其与籽粒含水率的关系

2.1.1 不同收获期机械粒收质量变化规律由图1可知，籽粒破碎率、籽粒破损率、杂质率均随生理成熟后收获时间推移而降低。生理成熟后10～20 d，收获籽粒破碎率、籽粒破损率、杂质率由快速下降至缓慢下降的转变阶段。

图1 不同收获时间各品种收获质量

生理成熟期收获，各品种籽粒破碎率8.9%～16.8%；生理成熟后10 d收获，籽粒破碎率2.6%～9.4%；生理成熟后20 d收获，各品种籽粒破碎率均降至4.0%以下；生理成熟后30 d收获，各品种籽粒破碎率均降至2.0%以下。籽粒破碎率（y）与生理成熟后时间（x）的回归方程为y=0.015x2-0.837x+12.462，R2=0.862，P＜0.000 1，按照方程预测，在生理成熟后12 d籽粒破碎率＜5.0%。

生理成熟期各品种籽粒破损率2.5%～4.8%；生理成熟后10 d收获，除38P05（2.4%）、京科968（2.5%），其他各品种籽粒破碎率均降至≤2.0%；生理成熟后20 d收获，除京科968（2.2%），其余品种均在2.0%以下；生理成熟后30 d收获，各品种在0.7%～1.3%。籽粒破损率（y）与生理成熟后时间（x）的回归方程为y=0.003x2-0.179x+3.599，R2=0.811，P＜0.000 1，按照方程预测，在生理成熟后12 d籽粒破碎率＜2.0%。

生理成熟期各品种杂质率0.9%～2.8%；生理成熟10 d后收获，杂质率0.5%～1.8%，下降缓慢；生理成熟20 d后收获，在0.4%～1.6%；生理成熟30 d后收获，在0.2%～1.1%。杂质率（y）与生理成熟后时间（x）的回归方程为y=0.001x2-0.074x+1.843，R2=0.548，P＜0.000 1，按照方程预测，在生理成熟后14 d杂质率＜1%。

2.1.2 机械粒收质量与籽粒含水率的关系籽粒破碎率、籽粒破损率、杂质率均随籽粒含水率降低而降低（图2），籽粒破碎率与籽粒含水率的回归方程为：y=0.046x2-1.491x+13.301，R2=0.709，P＜0.000 1。根据方程计算，籽粒含水率为16.1%时，籽粒破碎率最小为1.3%，籽粒含水率在12.2%～20.0%时，籽粒破碎率＜2.0%，籽粒含水率在7.2%～25.0%时，籽粒破碎率＜5.0%；籽粒含水率为28.0%时，籽粒破碎率为7.9%；籽粒含水率为30.0%时，籽粒破碎率高达10.3%。

图2 收获质量与籽粒含水率

籽粒破损率与籽粒含水率的回归方程：y=0.013x2-0.437x+4.809，R2=0.815，P＜0.000 1。籽粒含水率为17.0%时，籽粒破损率最低为1.1%，籽粒含水率在14.0%～20.0%时，籽粒破损率＜1.2%，籽粒含水率在9.1%～25.0%时，籽粒破损率＜1.9%，籽粒含水率为28.0%时，籽粒破损率为2.6%，籽粒含水率为30.0%时，籽粒破损率为3.2%。

杂质率与籽粒含水率的回归方程：y=0.005x2-0.170x+1.889，R2=0.552，P＜0.000 1。籽粒含水率为15.6%时，杂质率最小为0.6%，籽粒含水率在10.6%～20.0%时，杂质率＜0.7%，籽粒含水率在6.6%～25.0%时，杂质率＜1.1%，籽粒含水率为28.0%时，杂质率为1.4%，籽粒含水率为30.0%时，杂质率为1.7%。

2.2 不同收获期籽粒含水率及脱水速率变化

由图3可知，籽粒含水率随生理成熟后天数增加呈下降趋势。各品种生理成熟期籽粒含水率29.2%～34.0%，生理成熟后10 d为22.9%～27.5%，生理成熟后20 d为15.3%～24.5%，生理成熟后30 d为13.9%～22.8%。

图3 不同收获时间各品种籽粒含水率

由图3和图4可知，在生理成熟～生理成熟后10 d各品种脱水最快，之后随生理成熟后时间延长而降低。图3中在生理成熟～生理成熟后10 d，除京科968外，各品种曲线重合或平行，说明脱水速率基本一致，而京科968相对较慢；在生理成熟后20～30 d，除丰垦008和九玉1034，其余品种曲线重合或平行，而丰垦008和九玉1034脱水仍较快；不同品种脱水速率差异表现在生理成熟后10～20 d，脱水速率依次为38P05＞德美亚1号＞丰垦008＞九玉1034＞京科968＞先玉335＞利禾1号。

图4 不同阶段各品种籽粒脱水速率

38P05和德美亚1号在生理成熟～生理成熟后20 d为快速脱水期，之后进入缓慢平稳期；先玉335和利禾1号在生理成熟后10～20 d由快速脱水期进入缓慢平稳期；丰垦008、九玉1034和京科968曲线变化较平缓，没有明显的快速脱水期和缓慢期。

籽粒含水率随生理成熟后天数增加而降低，与生理成熟后天数的回归方程：y=-0.412x+29.886，R2=0.780，P＜0.000 1。据此方程式，生理成熟期，籽粒含水率为29.9%，生理成熟后5 d，籽粒含水率为27.8%，生理成熟后10 d，籽粒含水率为25.8%，生理成熟后12 d，籽粒含水率为24.9%，生理成熟后15 d，籽粒含水率为23.7%，生理成熟后20 d，籽粒含水率为21.6%，生理成熟后30 d，籽粒含水率为17.5%。

2.3 气温对脱水速率的影响

2.3.1 籽粒脱水所需积温由图5可知，在生理成熟～生理成熟后10 d，籽粒含水率较高，气温也较高，所以籽粒含水率每降低1个百分点所需积温最少，为20.6～59.4℃，这一阶段各试验点的逐日平均气温为12.7～18.4℃；生理成熟后11～20 d，随着籽粒含水率和气温降低，籽粒脱水变慢，籽粒含水率每降低1个百分点所需积温增加，为17.5～80.5℃，这一阶段各试验点的逐日平均气温为8.6～18.1℃；生理成熟后21～30 d，籽粒含水率每降低1个百分点所需积温为20.4～130.7℃，这一阶段各试验点的逐日平均气温为7.6～15.8℃，早熟品种籽粒含水率每降低1个百分点所需积温增加，晚熟品种减少，是因为晚熟品种熟期长，生理成熟晚，到生理成熟后21 d，大部分时间日平均气温在10℃以下，≥10℃积温为0℃，但10℃以下的温度对脱水还是有效的。

图5 不同阶段籽粒含水率每降低1个百分点所需积温

2.3.2 籽粒脱水速率与日均气温由图6可知，温度是影响籽粒脱水速率的重要因素，将脱水速率与日均气温作回归分析，本研究中，脱水速率与日均气温符合一元二次方程：y=0.002x2-0.009x+0.211，R2=0.415，P＜0.008。根据方程式，当日均气温在0～5℃时，脱水缓慢，日脱水0.197～0.211个百分点；当日均气温在10℃时，日脱水0.27个百分点；当日均气温在15℃时，日脱水0.43个百分点；当日均气温在20℃时，日脱水0.65个百分点；当日均气温在25℃时，日脱水0.96个百分点。内蒙古中熟、中晚熟玉米种植区，种植的玉米一般在9月下旬生理成熟，日均气温在20℃以下，而极早熟、早熟、中早熟区一般在9月中上旬生理成熟，日均气温在15℃以下。目前生产上多数玉米品种籽粒生理成熟时含水率30.0%～35.0%，要使籽粒含水率降至25.0%以下，需要10～20 d，100～200℃积温。

图6 日均气温与脱水速率

2.4 不同生态区宜机械粒收品种适宜熟期

参试品种在各试验地点的生理成熟期见表3，生理成熟所需积温见表4。在呼伦贝尔试验点9月11日早霜，九玉1034及其以后生育期品种未能正常成熟，正常成熟品种积温最高为2 243.3℃。兴安盟乌兰浩特市9月26日早霜，利禾1号及其以后熟期品种未能正常成熟，正常成熟品种积温最高为2 759.5℃。呼和浩特市9月29日早霜，京科968未能正常成熟，正常成熟品种积温最高为2 813.5℃。其余各试验点所有参试品种能正常成熟。

表3 参试品种在各试验地点生理成熟期月-日

表4 参试品种在各试验地点生育期和生理成熟所需积温

根据各区域常年积温和无霜期（表5），结合上述脱水所需时间和积温，推荐各地宜机械粒收品种生育期等相关指标见表6。

表5 各生态区常年积温及无霜期

表6 各生态区宜机械粒收品种适宜生理成熟期

2.5 倒伏倒折率变化

由图7可知，随收获时间延迟，倒伏倒折率增加，但品种存在很大差异。德美亚1号、38P05、九玉1034倒伏倒折率较低，至生理成熟后30 d仍＜5%，具有较好的抗倒伏倒折性；先玉335在生理成熟后10 d达8.2%，之后增长缓慢，至生理成熟后30 d为12.2%；利禾1号生理成熟后10 d为2.8%，至生理成熟后20 d达18.0%；京科968生理成熟期达9.9%，至生理成熟后10 d达24.7%；丰垦008生理成熟后10 d为11.8%，并持续增加，至生理成熟后30 d达49.4%。可见，德美亚1号、38P05、九玉1034抗倒性强，站秆性好；先玉335、利禾1号、京科968抗倒性较差，丰垦008抗倒性较差。

图7 不同收获时间各品种倒伏倒折率

2.6 宜机械粒收品种适宜密度

增加密度是增产的重要途径，适当增加密度可有效增加产量。利用各区域鉴选的宜机械粒收品种进行密度梯度试验，结果见表7。不同密度存在差异，产量差异最高可达22.1%。

表7 不同密度各试验点宜机械粒收品种产量

呼伦贝尔岭东温凉区宜机械粒收品种J6518、通辽西辽河温热区宜机械粒收品种迪卡159两年均在90 000株/hm2密度下产量最高。兴安盟岭南温暖区宜机械粒收品种C1563在2018年90 000株/hm2密度下产量最高，2019年75 000株/hm2密度下产量最高，两年平均值在90 000株/hm2密度下产量最高。赤峰燕山北部丘陵温热区宜机械粒收品种迪卡159在2018年90 000株/hm2密度下产量最高，2019年75 000株/hm2密度下产量最高，两年平均值在90 000株/hm2密度下产量最高。呼和浩特土默川温暖区宜机械粒收品种A2636在2018年105 000株/hm2密度下产量最高，2019年75 000株/hm2密度下产量最高，两年平均值在75 000～105 000株/hm2密度下产量差异不显著，60 000株/hm2密度下产量最低。河套温热区宜机械粒收品种西蒙6号在2018年75 000株/hm2密度下产量最高，2019年90 000株/hm2密度下产量最高，两年平均值在90 000株/hm2密度下产量最高。同一地区同一品种年际间最优密度存在不一致现象，可能是因为不同年份光照和温度差异所致，不同年份不同试验地块地力差异也有一定影响。

根据以上结果，推荐呼伦贝尔岭东温凉区宜机械粒收品种J6518种植密度90 000株/hm2，兴安盟岭南温暖区宜机械粒收品种C1563种植密度90 000株/hm2，通辽西辽河温热区宜机械粒收品种迪卡159种植密度90 000株/hm2，赤峰燕山北部丘陵温热区宜机械粒收品种迪卡159适宜种植密度90 000株/hm2，呼和浩特土默川温暖区宜机械粒收品种A2636种植密度90 000株/hm2，河套温热区宜机械粒收品种西蒙6号适宜种植密度90 000株/hm2。

3 讨论

玉米籽粒机械直收技术比机械收穗、人工收获分别节约成本300～600元/hm2和900～1 380元/hm2，是一项节省工序、省时省力、节本增效、适应玉米产业化发展需要的收获方式[6]。目前我国玉米机械粒收比重还很小，已成为制约玉米生产发展的“瓶颈”[7]。生产上品种籽粒含水率高，倒伏、倒折严重，是目前我国玉米粒收面积难以扩大的重要影响因素。

收获期的倒伏倒折率是造成机械粒收产量损失的一个重要因素，薛军等[8]研究表明，大田自然条件下，倒伏率每增加1.0%，春玉米落穗率增加0.12%。籽粒破损率是指机械脱粒过筛后的筛下粒重比例[4]，包括粉末状、颗粒状以及破碎的籽粒，是在大型粒收机械田间收获过程中无法测量的产量损失，自2014年起，内蒙古玉米品种试验采用人工摘穗机械脱粒的方法，并逐步增加了收获期倒伏倒折率、籽粒含水率、破损率等机械粒收指标的测定，综合近几年的试验结果得出，籽粒含水率≤30.0%，籽粒破损率在2.0%以下或无破损，但籽粒含水率≥30.0%，籽粒破损率明显升高，当籽粒含水率到达40.0%，籽粒破损率超过5.0%，籽粒含水率达到48.0%，8.0%以上籽粒破损、50.0%以上籽粒破碎[4]，可见收获时籽粒水分含量过高造成的籽粒破损产量损失不可忽视。籽粒破碎率是指机械脱粒过筛后籽粒中破碎粒的比例，它与籽粒含水率和机械质量有密切关系[4]，直接影响籽粒的商品品质。WAELTI等[9]报道，在相同籽粒含水率条件下，具有机械损伤的籽粒霉变速度较手工脱粒玉米快2～3倍，可见籽粒破碎率对玉米商品品质影响之大。

收获时籽粒含水率高是目前导致我国玉米机械粒收破碎的主要因素[10-11]，前人也做了大量研究[12-16]，一些研究认为，18.0%～23.0%是机械粒收最适宜的籽粒含水率[17-18]，也有研究认为玉米脱粒质量最佳的籽粒含水率为22.0%～24.0%[19]，这可能与试验所用品种、收获机械、地区等不同有关。本研究结果表明，籽粒含水率分别为16.1%、17.0%、15.6%时，籽粒破碎率、籽粒破损率、杂质率分别达到最小，在籽粒含水率≤25%，籽粒破碎率≤5.0%，籽粒破损率≤1.9%，杂质率≤1.1%，是适宜机械粒收的范围。

目前生产上多数玉米品种籽粒生理成熟时籽粒含水率为30.0%～35.0%，有的年份还要高一些。内蒙古地域广阔，地区存在明显的积温差别，根据本试验结果和常年各地积温情况看，从生理成熟到籽粒含水率降至25.0%所需积温为100～200℃，所需时间10～20 d。

以温度降水分，以密度换产量，是实现机械粒收而不降低产量的重要理论。籽粒脱水的关键因素是温度，增加密度是增产的必然途径，二者对机械粒收至关重要。现阶段我国玉米种植密度普遍较低，2015年我国玉米主产区平均收获株数为58 980株/hm2。2007—2015年，在四大玉米产区开展增加密度种植联合试验结果表明，所有产区增加密度种植后表现出明显的增产趋势，平均增产幅度为4.5%～10.9%[20]。本试验在内蒙古6个玉米种植区域的试验结果表明，增加密度处理较60 000株/hm2密度增产最高可达22.1%。

4 结论

本研究以不同熟期代表品种为研究材料，采用分期收获、多点同步试验的方法，对不同收获期倒伏倒折率、籽粒含水率、籽粒破碎率、杂质率、籽粒破损率、生理成熟积温等进行研究，确定了机械粒收质量指标，通过气象数据和籽粒脱水关系等分析确定了内蒙古各生态区宜机械粒收品种的适宜熟期；通过宜机械粒收品种不同密度研究，确定了适宜种植密度，结果表明内蒙古宜机械粒收品种评价指标：收获期籽粒含水率≤25%，籽粒破碎率≤5.0%，籽粒破损率≤2.0%，杂质率≤1.1%，收获期倒伏倒折率≤5%，产量损失率≤5.0%；适宜机械粒收期为生理成熟后10～20 d；各生态区宜机械粒收品种的适宜种植密度为90 000株/hm2，最佳密度处理较传统种植密度产量最高可达22.1%。本研究为宜机械粒收玉米品种评价提供数据支持，为生产上机械粒收品种的选择提供方法和技术依据。