中日粳稻适时收割对产量及品质影响的研究进展

徐杰 石浩 杨柳 刘厚清 鲍春辉 马昀钊 吴文福

（1丰益(上海)生物技术研发中心有限公司，上海 200137；2 吉林大学 生物与农业工程学院，长春 130022；3 吉林工商学院，长春 130000；第一作者：xujie7@cn.wilmar-intl.com；*通信作者：Liuhouqing@cn.wilmar-intl.com）

收割时期是影响稻谷产量和品质的一个重要因素。根据水稻成熟过程的生理变化，水稻结实后可细分为4 个时期：乳熟期、蜡熟期、完熟期（或称黄熟期）和枯熟期。水稻适宜收割时期有不少研究报道，对农户提高稻谷产量、提升稻米品质方面有重要指导作用。日本在水稻减损保质方面的研究开展比较早[3]。我国也积极探索了围收储5T 管理方法[4-5]、六步鲜米精控技术[6]和六适方程[7]等，包含了适时收割的理念和技术，试图走出粳稻保质减损的新路线。本文综述了收割时期对水稻产量和品质影响方面的研究进展，汇总了中国和日本水稻适时收割时期的判断依据及方法，以期为农户和科研工作者在提高稻谷产量、提升稻米品质方面的研究提供参考。

1 水稻种植和收割现状

在稻作技术中，品种的改良与培育是关键。但是，真正获得高产量与高品质的稻谷，是一个产业链集合的系统工程，其中收割时期是不可忽视的作业环节之一。中国南方稻作区大部分是一年两熟或三熟。为了避免影响下轮作物的及时播种，当季水稻成熟后需要立即收割，也叫“抢收”，所以较少存在收割过晚问题。而中国北方地区主要属于早熟单季稻稻作区，即一年一收。农民通常等到谷壳表面的黄色褪淡发白、枝梗开始变得干枯、籽粒水分在17.0%以下时，即枯熟期的中、后段才开始收割。一方面，可以减少在稻谷干燥上的设备和人工投入；另一方面，当地农民一般认为，水稻被霜打后才算成熟，因此中国东北地区过晚收割较为普遍，但此时爆腰粒增多，籽粒与枝梗连接强度下降，秸秆枯萎，倒伏以及断穗、落粒现象骤增，田间损失增加，农民减收，同时加工性变差，食味品质劣化，成品米的得率和经济效益下降[8]。

日本也是水稻种植大国，也以大米为主食。由于自然环境和可耕作土地面积所限，大米供应长期处于紧缺状态。日本政府为了保证国民的主食需求，投入大量的人力物力改良培育新品种、提高管理种植技术、普及现代化农业设施。在供需趋于平衡后，通过增产而增加收入较为困难，为此，在不缺粮的前提下，日本着重推进优质米生产。根据日本总结的经验，不论什么品种，不论哪个地区，收割得越晚，碾米时出米率越低，大米食味品质劣化幅度越大[9]。为了确保水稻适时收割，日本农业机构定期为农民发布水稻栽培管理指导手册，如《农作物技术情报》《稻作技术情报》和《水稻栽培基本情报》等。手册中涉及气象状况与对策（包括积温、降雨情况）、水稻生育状况（包括水稻的生育期时间、推荐收割时期）、水稻理化监测指标状况（包括稻谷水分、青粒比率、爆腰率）和田间管理对策（包括排水时间、农药化肥使用、病虫害防治）等内容[10]。

2 收割时期对稻谷产量的影响

收割时期对稻谷产量有显著影响，大部分研究结果显示，抽穗后40~55 d 是水稻收割适期。过早收割，稻谷产量较低，与适期收割所获产量相比要低5%~15%，原因是稻谷在该阶段没有全部成熟，籽粒灌浆不足、青未熟粒较多，同时籽粒中的养分物质并没有积累到最大化，千粒重普遍处于较低水平，籽粒中的水分比较大，此时收割不仅稻谷产量较低，而且品质也较差[11]。邵小龙等[12]利用低场核磁共振（LF-NMR）技术观察水稻抽穗到成熟过程中籽粒水分状态的变化情况，发现水稻籽粒在抽穗后49 d 左右整体品质已经形成。相较于过早收割统一的结论，过晚收割对稻谷产量的影响则有不同看法，主要有以下3 种观点。

2.1 随着收割时期延迟产量在增加

刘霞萍等[13]研究发现，将北方粳稻移栽至南方稻区后，随着收割时期延迟，每穗粒数先减少后稳定，千粒重先增加后减少，水稻单位面积有效穗数和结实率变化趋势不明显，稻谷产量整体呈不断上升趋势。日本学者浅野紘臣的研究结果也支持这种观点，即水稻成熟后推迟约10 d 收割可以减少青粒的比例，提高产量[14]。

日本在近40 年研究了适时收割开始到延长3 周收获这段时间内的水稻产量变化，结果发现，产量的最大值靠近后段[15]。但是，靠近前期收获的稻米食味更佳，因此近年日本提倡不要晚收割。目前，没有检索到水稻抽穗后70 d 以上收获的相关研究文献。

2.2 随着收割时期延迟产量先增后稳定

吕文俊等[16]以津原E28、津川1、津原45 为材料进行了适时收割试验，发现这3 个品种在正常收获期至延迟35 d 收获这段期间，产量呈先增加后稳定的趋势。持这种观点的学者认为，稻谷千粒重在水稻成熟达到最大值后基本不再增加，而每穗实粒数和单位面积有效穗数基本保持不变或者先增加后期保持稳定，因此导致最终产量也逐渐趋于稳定[17-18]。

水流通过消力池消能后，出池水流仍有较大的余能，紊动剧烈，底部流速仍较大，具有一定的冲刷能力，因此，消力池消能后还需设置海漫及防冲槽。一般海漫设计材料往往采用混凝土和块石，主要通过材料的粗糙、抗冲等特点来有效消除余能。

2.3 随着收割时期延迟产量先增后减少

王丽妍等[19]和王宏洁等[20]以龙粳31、富源4 号为材料进行了相关研究，均设置了超过适时收割期限收割的处理，发现总产量会大幅降低。他们认为，超过了适时收割期间后，水稻进入枯熟期，茎叶枯萎，茎秆与稻穗基本上处于枯黄干燥状态，稻谷水分下降，千粒重逐渐降低，导致总产量及加工时精米率大幅降低。除此之外，过晚收割的水稻由于籽粒与稻穗的结合力下降，茎秆韧性减低、脆性增加，在自然风吹摇动或其他外力作用下，完熟籽粒脱落在田间，同时断穗现象也会增加，进而造成减产。另外，过晚收割还增加了被鸟雀、老鼠等破坏啃食的时间，导致产量下降[21]。

2019—2021 年吉林大学与益海嘉里项目合作，对多个品种、多地区采用千粒重精测法进行收割时期与产量关系的试验研究，发现水稻产量呈先增后微减趋势，与王宏洁等[20]和ZHANG 等[22]的研究结果相近。2019 年张娜等[22]以吉粳816、吉粳528、五优稻4 号为材料进行收割适期试验，收割时间持续到抽穗后75 d左右，发现水稻产量呈先增后减趋势，适宜收割时期截止到抽穗后55 d，当地实际收割截止日期与试验最佳收割截止日期相差20 d。2020 年WANG 等[23]以吉粳511、吉粳816、吉农大667、庆林611、天隆619、沃克收1 号、方圆77、中科804、中科发5、稻花香9、五优稻4号、龙洋13 号、早香7、龙阳16、松粳29、龙洋7 号、DF416 和吉粳561 等18 个品种为材料进行收割适期研究，发现水稻产量随收割时间延迟呈先增后减的趋势，参试品种在东北地区平均收获日（抽穗后75 d）收割，千粒重损失0.8591 g、损失率为3.5346%，其中圆粒品种分别为0.9914 g 和4.6203%、长粒品种分别为0.8213 g 和3.2243%，中熟品种分别为0.6869 g 和2.8820%、晚熟品种分别为1.0312 g 和4.1871%。

3 收割时期对稻米品质的影响

3.1 收割时期对加工品质的影响

收割时期是影响稻谷加工品质的重要因素之一，适宜的收割时期，有利于提升稻谷加工品质。研究表明，在水稻成熟过程中，出糙率、精米率、整精米率等加工指标呈先增加后略有降低的趋势[24-26]。水稻适时收割其加工指标达到最佳状态，随着收割的延迟，如进入枯熟期后收割，指标下降。如图1 所示，随着出穗时间的增加，水稻逐渐成熟，千粒重逐渐增加（约在出穗后44 d达到最大值），青米比率和糙米水分逐渐降低；出穗后48 d，稻谷水分约为25.0%，此后穗上爆腰率增加[27]。

图1 不同收割时间稻谷品质变化情况

在不同收割时期，造成稻谷加工品质各指标产生上述变化的主要原因在于水稻生长过程中干物质和水分的变化。收割时期过早，稻谷处于干物质的合成和积累阶段，较多的青粒导致垄谷工艺中籽粒易碎、出糙率低，在碾米工艺中更易产生碎米[28]；随着稻谷中营养物质的不断积累，籽粒强度增大，加工工艺中破碎率逐渐降低，整精米率呈现升高趋势[5]。收割时期过晚，稻谷水分较低，白天蒸发失水降至14%~16%，晚上由于稻谷内的蒸汽压低于周围空气中的蒸汽压，从而使稻谷重新从潮湿的空气中吸收水分，短时间内水分的变化使稻谷内部应力增加产生裂纹，形成重度爆腰粒，碾磨易碎[3,29]。因此，对于容易爆腰的品种，要特别注意收割时期稻谷水分不能过低。

3.2 收割时期对籽粒外观品质的影响

王百灵等[30]的研究表明，收割过早，稻谷灌浆不足，青粒和未熟粒相对较多，垩白度和垩白粒率相对较高。随着稻谷进一步成熟，青粒减少、米粒不断饱满、亮度增加。因此，在我国，传统上很多农民认为，晚收割稻谷颗粒更饱满，外观品质更好。其实不然，辛洪梅等[31]研究认为，过晚收割易出现“过熟”现象，米粒光泽度下降和裂纹粒率升高，严重影响稻米品质。

日本也具有相似的研究结论。佐渡农协对不同收割时期糙米外观品质进行了对比，发现过早收割，未熟粒和青粒较多，产量和品质下降；而过晚收割，着色粒和裂纹粒增多，导致大米品质和食味下降。日本上川农业试验场研究了优质稻品种“梦美人”在成熟过程中外观品质的变化，发现该品种积温达到900 ℃~1 050 ℃时成熟。随着收割时期的延后，其整粒率逐步降低，受害粒和裂纹粒则显著升高。由于收割的延迟，造成整粒率下降，被害粒、裂纹粒显著上升，势必会导致糙米等级（日本将制备成品大米的原料糙米分为一等、二等、三等和等外米）下降。因此，适时收割已成为日本水稻收割的共识。每年的8—9 月份，日本各地农业部门会发布指导文书，提醒农民不要过晚收割，确保一等米比率达90%以上，即希望当地的主流水稻品种在进行质量和成分检验时，90%以上的糙米可以达到一等米水平。

3.3 收割时期对稻谷营养成分和食味品质的影响

稻米中的营养成分主要是淀粉和蛋白质，以及少量脂肪、维生素和矿物质元素。米饭食味品质与籽粒中营养成分含量及性质密切相关，尤其是蛋白质含量和直链淀粉含量。

在水稻生长过程中，直链淀粉动态积累的过程主要表现为：灌浆初期籽粒中的直链淀粉含量较低，随着灌浆时间的推移，直链淀粉含量明显升高，灌浆后期则略有不同[32-34]。一种观点认为，水稻进入成熟后期，直链淀粉含量逐渐趋于稳定[35-37]；另一种观点则认为，收割时期越晚，水稻中的直链淀粉含量越高[38-39]，从而导致稻米食味下降。

水稻在成熟过程中，蛋白质含量开始呈现逐渐升高的趋势，之后变化趋势各不相同[40]。部分研究结果显示，水稻在成熟后期，蛋白质含量的变化趋势通常都是非线性的[41]，随收割时期的延迟并没有明显的变化趋势[42]。陈维君等[43]研究发现，从蜡熟期起，蛋白质含量随着收割时期的推迟而提高，至完熟末期达到最大值，之后又呈下降趋势。对于蛋白质含量随收割时期变化的原因，有研究认为蛋白质含量属于典型的数量性状，容易受环境因素的影响，尤其受光照、温度和水分的影响较大[44-47]。刘厚清等[48]研究认为，其原因是收割越晚，米粒中的“氮”成分含量越高，在蛋白质含量增加的同时，爆腰率也增加，因而导致食味下降。

食味值是稻谷品质的重要体现。收割过早，籽粒未成熟，瘪粒、青粒多，食味值较差。随着水稻的成熟，灌浆充实，食味值逐步上升。李文敏等[49]研究发现，在水稻抽穗后第55 d 收割，大米直链淀粉含量较低，米饭食味值最高。对于成熟后期收割的水稻，日本一般认为因为裂纹粒、被害粒等增多，食味值会受到较大影响。部分学者认为食味值下降是受直链淀粉含量和蛋白质含量增加所致[50-51]。但李旭等[52]研究表明，直链淀粉含量和蛋白质含量在其研究的3 个收获期间差异均未达到显著水平，说明直链淀粉含量与蛋白质含量并非是引起不同时期收获食味值差异的因素。

4 适时收割时期的判断方法

4.1 中国适时收割时期的判断

中国学者针对不同品种水稻适时收割的判断方法和依据主要集中在以下几个方面：1）产量及构成因素；2）加工品质；3）外观品质；4）大米营养成分；5）米饭食味品质；6）糊化特性指标。通过研究稻谷产量或品质与抽穗天数的变化规律，最终以抽穗天数作为试验品种适时收割的主要判断方法。多数晚稻品种的适时收割时期在水稻抽穗后45~55 d。根据水稻抽穗后天数指导农户进行适时收割，简单易操作。

抽穗后天数会因为研究品种和当年气候条件不同造成一定差异，故部分研究增加积温、黄化率或者稻谷水分等指标的变化来判断水稻收割适期。其中，光照、积温对于水稻的生长非常重要，但是不同品种对积温的要求不同，记录相对较为繁琐。黄化率是水稻成熟过程中一个重要衡量指标，在民间有一句农业谚语，叫做“九黄十收”，也就是稻谷90%黄化成熟度，或者90%黄化率时收割，可以有十成的产量；而熟过头，容易造成产量和品质下降。湖南省优质稻生产技术体系及应用理论研究协作组则从稻谷产量和碾米品质出发，以穗部水分21.0%左右作为适时收割的诊断指标之一，并且从便于群众掌握的实际情况出发，将水稻齐穗后天数作为适时收割的判断方法：早稻在齐穗后25~30 d，中稻在齐穗后30~35 d，晚稻在齐穗后45 d[53]。同时有研究者从收割不同水分稻谷的试验中得出，当稻谷水分在19.0%~23.0%时收割，稻谷产量和上等米比例高；也有认为当稻谷水分小于25.0%时收割，其碾米品质最好，而稻谷水分低于20.00%或高于30.0%收割，碎米率增加。

4.2 日本适时收割时期的判断

日本稻作的一个重要特征是品种相对集中。据日本农林水产省统计，2020 年种植面积前10 的品种面积占其水稻全部种植品种面积的71.6%，品种“越光”种植面积占到了33.7%。日本学者认为，如果优先考虑稻谷品质，建议按照当地农协结合农民经验推荐的水稻适时收割期进行水稻收割；如果优先考虑产量，则可以比适时收割期推迟几天收割。通常情况下日本农民会优先考虑稻谷品质。因此，对于适时收割的判断，日本的经验和结论都较为统一。通过对日本各地农协网站，以及各类农业期刊杂志汇总，主要可以概括为4点：抽穗后天数、积温、稻谷黄化率和稻谷水分。

从表1 可见，在日本，水稻适时收割时期一般为水稻抽穗后45 d 前后，积温达到1 000 ℃时。实际适时收割时期因品种而异，不同地区及品种所需积温不同。在纬度较高地区，例如北纬43°附近的北海道地区种植的早熟品种，一般成熟积温为950 ℃~1 000 ℃；在北纬38°附近的新泻县的中熟品种，成熟积温为1000℃~1050℃；在北纬35°及以南地区，如冈山县的晚熟品种，成熟积温为1 050 ℃~1 100 ℃。水稻收获时间取决于水稻品种和地区，有些是在8 月底，有些是在10 月底，越往北，收割时间越晚。这是因为白天的时间较短，从而减慢了水稻的生长速度。另一个原因是温度低。日本大多数品种为中熟品种，因此收获时间为9 月中旬至10 月中旬，如越光在9 月左右收获。

表1 日本早、中、晚熟品种适时收割时期与成熟积温

日本水稻于夏季开始进入成熟期，但近年来由于天气异常炎热，只根据积温这个指标难以确定准确的收获时间。黄化率（青粒率）是日本适时收割另一个重要的判断依据。黄化率计算方法为：避开稻田边际效应后，随机采集稻田中未倒伏的完整稻穗11 穗；每个稻穗分别脱粒，去除瘪粒，挑拣黄化谷粒数目和所有未完全黄化谷粒数目（稻谷颗粒见绿即记为未完全黄化谷粒），计算得到每穗的谷粒黄化率；去掉11 个稻穗中黄化率1 个最高值和1 个最低值，然后取平均值，即为水稻黄化率。大部分研究指出，稻谷黄化率需达到85.0%~95.0%时，或者说稻谷青粒率低于10.0%时，水稻就进入了适时收割期。与我国“九黄十收”农谚较为一致。

除了上述预测方法外，还可以通过检测稻谷水分和糙米整粒率来提高判断的准确性[54]。通过稻谷水分判断相对方便，即使不清楚抽穗后的天数，以及积温的多少，也可以根据稻谷水分加以判断。结合日本农协相关研究和经验总结，当稻谷水分降到25.0%左右就可以开始收割。同时，日本报道了一种根据稻谷水分计算适时收割日期的方法：当稻谷水分在30.0%以上时，每天水分降低0.9%左右；当稻谷水分在30.0%以下时，每天水分减少0.5%~0.6%，此时可以通过公式“距离适时收割天数=（水稻水分-25）/0.5”预测水稻收割时期[55]。为了使适时收割的判断更为精准，日本许多农场根据累计温度和稻谷的颜色接近成熟期，用“试割法”收割后制成糙米，通过整粒率判断收获适期，即从稻田试收5 株中等稻株，经过脱粒、烘干、砻谷后，整粒糙米的比率达到70%以上即为满足收割要求（图2）。

图2 通过试割稻谷糙米整粒率判断适期收割的步骤

4.3 信息及智能技术在水稻收割时期判断上的应用研究

由于水稻生长周期较长，人工信息搜集、处理过程较复杂，费时费力，为方便农民判断水稻适时收割时期，针对黄化率和积温等重要判断指标，相关企业和研究者积极探索将信息及智能技术运用其中。

在黄化率测定方面，可以通过图像分析软件对手机拍照的图片进行L、a、b 值读取，从而判断水稻黄化率[56]。但该方法存在拍摄手法影响大及图像读取时取点随机性大等不足。日本学者寺崎亮等[57]利用图像扫描仪与图像分析软件联用来判断水稻黄化率，可以更客观的协助判断水稻收割适期。许煊汶[58]利用机器视觉雨图像处理技术，结合深度学习算法，通过青粒率判定水稻成熟度，准确率高达99.1%。

在水稻积温和长势方面的监测，日本KETT 公司研制了一款适时收割日期判断的设备。将该设备放置在田间，设置一次就会自动累计温度，得到的积温可以作为水稻适时收割时期的参考依据。近年来，遥感卫星探测技术也较多地应用于农业的种植和收割。中化农业MAP 智慧农业基于遥感技术，通过手机软件就能获得利用遥感卫星监测的水稻长势和积温数据，进而帮助农民精确预测水稻适时收割时期。但是遥感卫星易受云层影响，难以及时获取数据。日本九州冲绳农业研究中心利用通用无人机的空中拍摄和高速测绘软件，开发了一种商业可用的广域遥感技术，不易受云层的影响[59]。该设备用多光谱摄像机从100 m 高空拍摄水稻，以拍摄数据为基础制作水稻植被可视化的“NDVI指数”（图3），根据该指数判断适时收割时期。

图3 飞行应用程序“GS Pro“的自主飞行路线设定画面（A）和NDVI 指数（B）

5 小结

大量研究成果表明，适时收割在保证高产的同时也能够保持稻米品质，有明显的节粮减损效果，值得推广。过期收割易导致“隐性损失”，其中干物质损失在3.5%左右，加上掉粒损失，损失率在7.0%左右[5，23]。适时收割日期不宜采用单一指标进行判断，应该通过抽穗后天数、积温、黄化率和稻谷水分等指标进行综合判断，信息化和人工智能手段有助适时收割技术的推广。