山西省春玉米机械粒收质量及其影响因素分析*

阎晓光,李 洪,董红芬,李爱军,王国梁,周 楠,胡 滢,杜艳伟

玉米(Zea mays)是山西省第一大粮食作物[1]。近年来玉米种植面积和总产量分别占山西省粮食作物播种面积与总产量的50%和70%左右[2]。山西省春玉米种植面积占玉米种植总面积的75%左右。随着山西省玉米产业的稳步发展,城镇化进程加快,农村劳动人口逐年递减,劳动力成本呈逐年增高的态势[3-5]。玉米全程机械化生产技术在玉米产业竞争力提升中起着关键性作用[6-9]。目前,山西省春玉米生产过程中机械化程度已经很高,但是在收获环节90%的面积是机械穗收,机械粒收的面积较小。机械穗收在后期的运输、仓储、脱粒等环节增加了生产成本,是玉米生产机械收获的过渡方式,不是长久的机械收获方式,最终的收获方式是机械籽粒直收,只有实现机械籽粒直收技术的大面积推广,山西省玉米产业的竞争力才能够得到关键提升。前人在西北、东北、 黄淮海等地区对籽粒直收技术进行了大量研究[10-13]。郝引川等[14]研究得出,籽粒破碎率高是影响陕西灌溉春玉米区机械粒收质量的关键因素,通过选择收获期含水率低的品种、适当的机收时间可以提高陕西春玉米机械粒收质量。李少昆等[15]研究表明,北京春玉米区延迟10 d收获,能够显著降低籽粒含水率,粒收质量得到明显改善。吕天放等[16]研究认为,籽粒含水率与破碎率和落粒率呈极显著正相关,与杂质率显著正相关,籽粒含水率是影响‘京农科828’机械粒收质量的主要因素。李璐璐等[17]在黄淮海夏玉米区建立了以积温预测籽粒含水率动态变化及其适宜机械粒收时间的预测方法。

当前,玉米机械粒收技术研究主要集中在西北、东北地区。山西省春玉米区相关研究目前尚鲜见报道。为此,本文在前人研究的基础上,选用课题组在2012-2017年筛选出的5个适宜机械粒收品种,通过9月24日-10月29日的6次收获对山西省目前玉米机械粒收质量及其影响因素以及不同收获时期机收产量的变化趋势进行研究,探讨收获时籽粒含水率与机械粒收质量之间的关系,对确定山西省春玉米机械粒收的最佳收获时间以及机械粒收技术在山西省的大面积推广有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉米品种为课题组2012-2017年在4地共8点次进行的机收籽粒品种筛选试验中选出的5个宜粒收品种,分别为‘长单716’(CD716)、‘迪卡517’(DK517)、‘金科玉3306’(JKY3306)、‘长单511’(CD511)和‘迪卡159’(DK159)。

1.2 试验设计

试验于2019年在山西省高平市河西镇仙井村进行。试验采用裂区设计,主区为收获时期,副区为品种。大田带状种植,主区每个品种种植7行,行距0.6 m,行长300 m,收获中间3行。试验于4月26日播种,种植密度统一为75 000株·hm-2,全生育期管理同周边大田生产。当地传统生产收获时期为10月1-5日,试验设置6个收获时期,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。收获时使用同一台收获机,同一个农机手操作,收获机选用的是春雨CPS30型玉米籽粒收获机,割幅3行,每个品种每次收获30 m长×1.8 m宽。2019年试验地玉米生长季气温与降雨如图1所示。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒含水率

机收后随机取籽粒样品5份,每份200 g,烘干法测定其含水率取平均值。

1.3.2 收获破碎率、杂质率

机收后随机取籽粒样品5份,每份500 g。人工将每份样品的破碎籽粒与非籽粒杂质挑拣出来分别称重,求其5份样品破碎率与杂质率的平均值。

1.3.3 落粒损失率、落穗损失率和总损失率

机收后在机收区随机选取5个样点,每个样点长3 m,宽1.8 m(一个割幅宽3行区)。人工拣拾样点内全部落粒与落穗,分别对落粒、落穗的籽粒称重,根据样点面积计算出单位面积的落粒重与落穗粒重。对应机收面积和机收籽粒重来计算机收单位面积产量。

1.4 数据处理

采用 Microsoft Excel 2007 处理数据作图,SPSS 19进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同收获时期籽粒含水率的变化

据图2可知,玉米收获时各品种籽粒含水率均表现为随着收获时期的推后而降低,不同品种在同一个收获时期内籽粒含水率差异明显。6个收获时期5个品种的籽粒含水率平均值由高到低分别为33.16%、30.82%、26.56%、23.44%、21.10%和18.48%。5个供试品种中CD511在9月24日第1次收获时籽粒含水率最高,但从10月15日收获开始籽粒含水率在5个供试品种中最低,说明该品种在生理成熟后田间站秆脱水速率快。JKY3306在后5次收获中籽粒含水率均高于其余4个品种。

2.2 收获时期对机械粒收破碎率和杂质率的影响

随着收获时期的推后,试验品种的籽粒破碎率呈前期降低后期趋于稳定略有升高的趋势。杂质率随着收获时期的推后表现为逐步降低并趋于稳定的趋势,杂质率品种间的差异随着收获时期推后而逐步缩小(图3)。6次收获中籽粒破碎率平均值依次为9.54%、8.28%、5.64%、4.78%、3.78%和5.16%,9月24日到10月8日的3次收获各品种的籽粒破碎率均超过“玉米收获机械技术条件”(GB/T 21962-2008)[18]中≤5%的国家标准,10月15日和10月22日两次收获中,只有JKY3306破碎率＞5%,10月29日收获中CD511和DK159破碎率≤5%,CD511和DK159在10月8日后的4次收获中破碎率均符合国家标准,CD511的破碎率最低,10月15日后的3次收获均在4%以下,10月22日收获时破碎率仅为2.4%。9月24日收获时5个品种的杂质率均＞3%的国家标准,后5次收获5个品种的杂质率均≤3%,6次收获杂质率平均值依次为4.50%、2.64%、1.74%、0.80%、0.84%和0.50%。不同收获时期品种间破碎率、杂质率差异不同,JKY3306在10月8日之外的5次收获中破碎率均表现最高,CD511在9月24日和10月8日之外的4次收获中破碎率均表现最低,DK159在9月24日和10月8日的收获中破碎率均表现最低; 杂质率在9月24日和10月1日两次收获中DK159均表现最低,9月24日收获时DK517杂质率最高,10月1日收获时JKY3306杂质率最高,10月8日收获时JKY3306杂质率最高,10月15日后的3次收获中品种间杂质率差异不明显。

2.3 收获时期对机械粒收损失率的影响

机械粒收过程中损失主要由落穗和落粒两部分组成。落穗损失率随着收获时间的推后而升高,且品种间差异增大(图4),6次收获落穗损失率平均值依次为0.68%、1.32%、1.64%、1.84%、2.52%和3.36%。落粒损失率随着收获时间的推后呈现出前期降低后期升高的趋势,6次收获落粒损失率平均值依次为2.64%、1.9%、1.64%、0.96%、0.72%和1.56%。籽粒总损失率在前3次收获中差异不显著,10月15日收获总损失率达到最低,最后2次收获,总损失率显著升高(图5),品种的总损失率从高到低依次为JKY3306＞CD716＞DK517＞DK159＞CD511,总损失率只有在10月22日收获时JKY3306、10月29日收获时KY3306、CD716、DK517这4个品次＞5%,高于国家标准,其余收获品次均≤5%。

2.4 不同收获时期机收产量的变化

玉米机械粒收产量在9月24日到10月15日4次收获过程中呈快速上升趋势,10月15日后产量趋于稳定略有降低(图6)。10月22日和10月29日2次收获除JK3306外4个品种机收产量略低于10月15日收获机收产量。10月15日收获比9月24日第1次收获平均增产率为11.9%,其中CD511的增产率最高,达15.8%。5个品种在10月15日收获时产量从高到低依次为CD511＞CD716＞DK159＞DK517＞JKY3306。

2.5 收获时籽粒含水率与机收质量的关系

随着籽粒含水率的降低,机收籽粒破碎率表现出前期快速降低后期有所升高的趋势,拟合二次曲线方程为y=0.030x2-1.224x+16.78(R2=0.802**),当籽粒含水率为20.4%时,籽粒破碎率达3.89%,为最低值,当籽粒含水率在15.6%～25.2%收获时,籽粒破碎率能够达到≤5%的国家标准。杂质率随着籽粒含水率的降低表现为逐步降低并趋于稳定的趋势,方程拟合为y=0.037e0.140x(R2=0.832**),当籽粒含水率高于33.6%时,杂质率会＞3%的国家标准。落穗损失率随着籽粒含水率降低表现为升高的趋势,方程拟合为y=18.41e-0.08x(R2=0.626**),当含水率低于15.7%时,落穗损失率＞5%。落粒损失率随着籽粒含水率的降低呈现出前期降低后期升高趋势,二次曲线方程拟合为y=0.011x2-0.478x+6.278(R2=0.605**),当籽粒含水率为21.7%时,落粒损失率达1.09%最小值(图7)。

3 讨论

玉米机械粒收质量与收获时籽粒含水率关系密切,要达到理想的粒收质量需要在一个适当的籽粒含水率区间收获[19-21]。前人研究得出机械粒收籽粒破碎率在籽粒含水率为17%～24%区间最低,含水率高于或者低于该区间,籽粒破碎率都会升高[22]。前人的研究多以大量试验品种样本在一次收获过程中的研究,或收获周期较短籽粒脱水时间不够长。机械粒收质量受多方面因素影响,收获农机、农机手、气候环境、 品种差异等。本试验供试品种为多年来粒收品种筛选试验结果,在同一地块环境下使用同一台收获机械,由同一位农机手操作来研究不同收获时期对粒收质量的影响。研究结果表明,玉米收获时籽粒含水率表现为随着收获时期的推后而降低,在9月24日到10月8日期间站秆脱水速率最快,当地传统收获时期正好在该时间区间内,传统收获时期偏早是籽粒含水率高的关键因素; 随着收获时期推后籽粒含水率降低,试验品种的籽粒破碎率前期快速降低后期趋于稳定略有升高,籽粒含水率是影响破碎率的关键因素。梁效贵等[23]研究得出籽粒含水率下降的过程中籽粒抗破损能力显著上升。本研究表明,随着含水率下降机械粒收籽粒破碎率降低,含水率下降到一定范围后破碎率不再降低,会有升高的趋势,与李璐璐等[24]对夏玉米籽粒含水率对机械粒收破碎率影响研究得出玉米籽粒含水率逐渐降低,机械粒收破碎率先降低后升高的结果一致。本研究中,杂质率随着收获时期的推后逐步降低并趋于稳定; 落穗损失率随着收获时期的推后逐步升高,落穗损失率升高主要是由于随着收获时期的推后植株倒伏率增加造成; 落粒损失率随着收获时期的推后前期降低后期升高。孔凡磊等[25]对四川春玉米机械粒收质量研究得出,随着收获时间推后落粒率变化规律不明显,与本研究结果不一致,可能是收获时期四川比山西早2个月左右,环境因素不同造成的。本试验结果机械粒收籽粒破碎率在9月24日到10月8日的3次收获中各品种均＞5%,高于国家标准,10月15日和10月22日两次收获中JKY3306破碎率＞5%,10月29日收获中CD511和DK159破碎率≤5%,杂质率9月24日第1次收获时＞3%的国家标准,总损失率JKY3306每次收获都＞5%,高于国家标准,10月29日收获时CD716、DK517总损失率也＞5%,CD511和DK159在每次收获的总损失率均≤5%,CD511总损失率最低,6次收获平均值仅为2.6%,总损失率品种间差异较大。通过拟合方程,当籽粒含水率为21.7%时,落粒损失率最小。机械粒收过程中高的籽粒破碎率成为限制山西省春玉米机械粒收质量的主要因素,籽粒含水率与破碎率的模型为y=0.03x2-1.224x+16.78(R2=0.802**),当籽粒含水率为20.4%时,籽粒破碎率为最低值(3.89%),当籽粒含水率在15.6%～25.2%区间收获时,籽粒破碎率能够达到≤5%的国家标准。

适期收获在提高机械粒收质量的同时能够显著提高产量,10月15日比9月24日收获平均增产达11.9%,其中CD511的增产率最高。刘月娥等[26]对不同生态区玉米晚收增产效果研究表明,玉米适时晚收具有明显增产效果,增产幅度随着纬度的降低而增加,适宜的晚收时间与当地生态条件也密切相关。陈现平等[27]对淮北地区玉米收获期研究发现,与生理成熟时收获相比,推迟收获12～17 d,可增产17.7%～24.1%。山西省春玉米区传统生产习惯生理成熟在10月1日左右,收获时间为10月1-5日。本研究发现在10月15日收获产量达最高值,与10月15日收获总损失率最低一致,推迟收获增加了籽粒生理成熟后对光温资源的利用,从而通过增加千粒重提高产量。山西省春玉米区相比东北、西北等地有效积温高,生产中传统收获后,土地处于闲置期,没有对后期光温资源充分利用。在10月15日收获不仅能够达到理想机械粒收质量,而且产量达到最高,继续推迟收获时期籽粒破碎率与总损失率会升高,从而导致粒收质量与产量的降低。

4 结论

通过延迟收获时间,籽粒含水率降为15%～25%,能够达到理想的机械粒收质量。在山西省春玉米区,选择适宜机械粒收的品种,且比传统收获时间推迟15 d左右,10月15日收获,能够达到低破碎率、低损失率粒收质量的同时还能提高产量,比传统时间收获增产10%左右。本试验中‘长单511’ ‘迪卡159’和‘长单716’在机械粒收质量与产量方面均表现优秀,可作为山西省春玉米区机械粒收品种推广应用。