玉米穗軸機械強度及其對機械粒收籽粒破碎率的影響

薛軍，李璐璐，張萬旭，王群，謝瑞芝，王克如，明博，侯鵬，李少昆

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玉米穗軸機械強度及其對機械粒收籽粒破碎率的影響

薛軍，李璐璐，張萬旭，王群，謝瑞芝，王克如，明博，侯鵬，李少昆

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點實驗室，北京 100081）

【目的】明確玉米穗軸機械強度變化規(guī)律及其對機械粒收籽粒破碎率的影響，為提高玉米收獲質(zhì)量提供理論依據(jù)?！痉椒ā勘狙芯客ㄟ^設(shè)置品種大區(qū)鑒選試驗，對各品種進行分期收獲，歷次收獲均以相同粒收機械與農(nóng)機操作人員實施，同步調(diào)查玉米穗軸形態(tài)、含水率、干物質(zhì)積累、力學(xué)特征以及籽粒含水率、機收破碎率等指標(biāo)，研究玉米生育后期穗軸機械強度的變化特征及其影響因素，分析穗軸機械強度與籽粒破碎率之間的關(guān)系。【結(jié)果】結(jié)果顯示，隨著收獲期推遲，玉米籽粒和穗軸含水率逐漸降低，而穗軸8 cm和全長抗折斷力及籽粒破碎率均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。籽粒含水率低于20.1%時，機械粒收籽粒破碎率隨穗軸抗折斷力提高呈極顯著的指數(shù)增加趨勢；當(dāng)籽粒含水率高于20.1%時，破碎率與穗軸全長抗折斷力呈極顯著的指數(shù)模型關(guān)系，與8 cm抗折斷力的回歸分析未達到顯著水平。穗軸抗折斷力與穗軸含水率呈顯著負(fù)相關(guān)，與穿刺強度、干重、單位長度干重、單位體積干重呈顯著正相關(guān)；通徑分析表明穗軸單位長度干重對抗折斷力的貢獻最大?！窘Y(jié)論】玉米穗軸機械強度是影響機械粒收籽粒破碎的重要因素之一，生育后期穗軸干物質(zhì)積累和含水率是影響穗軸機械強度的重要因素。

玉米；穗軸；抗折斷力；機械粒收；破碎率

0 引言

【研究意義】破碎率偏高是當(dāng)前我國玉米機械粒收存在的主要質(zhì)量問題[1]，探索籽粒破碎的原因，明確機械籽粒收獲最佳時期，對于提高機械粒收質(zhì)量、推進機械籽粒收獲技術(shù)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】前人研究表明，影響籽粒破碎的因素包括品種、收獲機械及操作、種植區(qū)生態(tài)氣象因素、栽培措施及收獲時期等[2-3]，其中，收獲時籽粒含水率高是導(dǎo)致破碎率高的主要因素[3-7]。破碎率與玉米籽粒含水率符合二次多項式關(guān)系，當(dāng)含水率高于一定值時（20%左右），破碎率隨含水率增大而增大；而含水率較低時，破碎率隨含水率的降低而有增大的趨勢[6]。目前，國際上普遍認(rèn)為，籽粒含水率在18%—23%時破碎率最低、機械粒收效果最佳[8-9]。但含水率低于一定程度后收獲破碎率增加的原因仍存在一定爭議[3-9]。當(dāng)前主流的玉米籽粒機械收獲機具在脫粒過程中，果穗要遭受7—9 次沖擊才能將籽粒從穗軸上脫下，被脫下的籽粒還有相當(dāng)一部分會隨著滾筒轉(zhuǎn)動而遭受脫粒元件、果穗、穗軸的多次打擊與磨擦[10]。一般認(rèn)為，當(dāng)籽粒含水率過低時，籽粒自身彈性降低，受到機械、果穗和穗軸的碰撞，容易發(fā)生破裂。籽粒從穗軸上脫下但未能及時通過凹板又被柵格條和滾筒等沖擊造成的損傷占總損傷的50%以上[11]。還有一些學(xué)者認(rèn)為，玉米穗軸特性對籽粒機械損傷可能存在顯著影響[12-15]。WAELTI[13]研究表明穗軸較小的果穗收獲時籽粒更容易破碎。玉米穗軸機械強度是指穗軸受到外力作用發(fā)生形變時的力學(xué)值，包括穗軸穿刺強度和抗折斷力[14]。SEHGAL等[15]發(fā)現(xiàn)果穗穗軸硬的品種在脫粒時，因穗軸容易斷成幾段，機械脫粒中因破碎的穗軸對籽粒的撞擊造成籽粒破碎率增大。穗軸抗折斷力與籽粒破碎率呈顯著正相關(guān)[16]。國外對玉米穗軸機械強度與籽粒破碎的研究多在20世紀(jì)60至90年代[13-15]，我國玉米機械粒收處于起步階段，此方面研究較少。【本研究切入點】玉米生育后期，籽粒含水率不斷降低，穗軸的含水率也隨之下降[17]，但有關(guān)玉米穗軸機械強度評價指標(biāo)、穗軸機械強度的變化規(guī)律、影響穗軸機械強度變化的因素以及穗軸機械強度的變化與籽粒破碎率的關(guān)系等研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在同一田塊，采用相同機械和操作人員分期收獲，調(diào)查玉米生育后期籽粒和穗軸的含水率、穗軸機械強度和籽粒破碎率，分析玉米穗軸力學(xué)強度的變化特征及其影響因素，探討穗軸機械強度與籽粒破碎率之間的關(guān)系，為提高玉米機械粒收質(zhì)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2017年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所河南新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)綜合試驗站（35°10′N，113°47′E）和新疆奇臺總場試驗示范基地（43°50' N，89°46′E）進行。其中在新鄉(xiāng)試驗站選用28個適合機械粒收并且具有高產(chǎn)潛力的主栽玉米品種（表1），大區(qū)種植，行距為60 cm，行長為100 m，每個品種種植行數(shù)不少于10行，種植面積不少于600 m2，種植密度均為6.75×104株/hm2。6月17日和6月18日播種，田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。分別于10月6日、10月16日、10月27日、11月10日和11月25日在田間進行機械籽粒收獲。收獲機為福田雷沃谷神GE 50，割臺為立廣機械廠生產(chǎn)的喜盈盈牌玉米專用割臺，該機割幅4行，5次收獲采用同一臺機器、同一操作手，收獲機行走速度、轉(zhuǎn)速、割臺高低、篩孔大小等設(shè)置在5次收獲時均一致。每次收獲長度不少于20 m，每次收獲前測定玉米穗軸特征值，收獲后測試籽粒相關(guān)質(zhì)量。同年，在新疆奇臺試驗示范基地測定40個具有高產(chǎn)潛力玉米品種（表1）的穗軸機械強度和機械粒收籽粒破碎率，播期為4月22日，密度為13.0×104株/hm2，采用寬窄行種植，行距為40 cm +70 cm，測定日期統(tǒng)一為10月18日，收獲機械為約翰迪爾1076，割幅為6行。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 籽粒含水率 機械籽粒收獲前，在田間隨機摘取長勢均勻的5個果穗，手工脫粒，稱籽粒鮮重，烘干，稱干重，計算籽粒含水率，籽粒含水率（%）=（籽粒鮮重-籽粒干重）/籽粒鮮重×100%[6,17]。

1.2.2 穗軸長度、直徑和外壁厚度 隨機取5個代表性果穗，用直尺測量脫粒后的長度（L），在穗軸中部（1/2處）用游標(biāo)卡尺測量穗軸的外直徑（D）和髓部直徑（d），計算穗軸外壁厚度，外壁厚度=（D-d）/2，每個穗軸外徑和內(nèi)徑均測定2次，取平均值[18]。

表1 供試玉米品種

1.2.3 穗軸力學(xué)強度 取測定完長度的5個果穗，用莖稈強度測定儀（浙江托普儀器有限公司，中國杭州，最大量程為500 N）將直徑為1 mm、長度為1.5 cm的測頭，在穗軸中部1/2處垂直于穗軸方向勻速緩慢插入，讀取穿透穗軸外壁的最大值，測定點位于籽粒和穗軸連接的部位，每個穗軸測定4次；同時，分別以穗軸中部8 cm和全長為支點，兩端固定，測定穗軸剛好被折斷時的最大力學(xué)值[12, 18]。

1.2.4 穗軸含水率和干物質(zhì)積累 力學(xué)強度測定完成后，將穗軸稱鮮重（CW1），烘干，稱干重（CW2），計算含水率、單位長度干重（dry weight per unit length，DWUL）、單位體積干重（dry weight per unit volume，DWUV）。其中，含水率（%）=（CW1-CW2）/CW1×100%，DWUL（g·cm-1）=CW2/L，DWUV（g·cm-3）= CW2/V，V為穗軸體積，其計算公式按圓柱體計算，即V=L×π×(D/2)2[17-19]。

1.2.5 籽粒破碎率 機械粒收后，取收獲機糧倉內(nèi)的籽粒樣品約2 kg，稱重，手工分揀破碎籽粒（KW1）和完整籽粒（KW2），計算破碎率，破碎率（%）=KW1/（KW1+KW2）×100%，重復(fù)3次[6]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和Predictive Analytics Software（PASW）18.0分析處理試驗數(shù)據(jù)；用最小顯著差數(shù)法（LSD0.05）檢驗平均數(shù)；用廣義線性模型和Pearson相關(guān)分析法分析影響玉米穗軸機械強度和籽粒破碎率的因素；用Microsoft Excel 2010進行方程擬合；用DPS進行通徑分析。用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同時期收獲對玉米穗軸機械強度、含水率和籽粒含水率、破碎率的影響

河南新鄉(xiāng)夏玉米分期收獲結(jié)果表明，隨收獲期后移，玉米籽粒含水率逐漸降低；穗軸含水率也呈逐漸降低的趨勢，前3次穗軸含水率降低幅度較小，從10月27日之后顯著降低；籽粒破碎率呈先降低后升高的趨勢，11月10日的破碎率最低；穗軸8 cm抗折力和全長抗折力呈先降低后升高的趨勢，其中以10月27日收獲時最低，11月25日收獲時顯著高于其他收獲期。對所有樣本籽粒含水率和破碎率數(shù)據(jù)進行擬合分析表明，當(dāng)籽粒含水率高于20.1%時，破碎率隨含水率的降低而降低；當(dāng)籽粒含水率低于20.1%時，破碎率隨含水率的降低而升高。這種變化趨勢可能與穗軸機械強度及其他因素有關(guān)（圖1）。

2.2 穗軸機械強度與籽粒破碎率的關(guān)系

河南新鄉(xiāng)夏玉米試驗點的5次收獲數(shù)據(jù)分段分析表明，當(dāng)籽粒含水率低于20.1%時，玉米穗軸中部8 cm抗折斷力、全長抗折斷力均與機械粒收破碎率符合指數(shù)曲線，分別為=2.0355e0.0049x（2=0.2061**，=40）和=2.7621e0.0054x（2=0.1413**，=40）；當(dāng)籽粒含水率高于20.1%時，玉米穗軸全長抗折斷力與破碎率擬合方程為=1.4457e0.0152x（2=0.1978**，=72）（圖2）。由此說明，穗軸機械強度顯著影響機械粒收籽粒破碎率，尤其在籽粒含水率小于20.1%時，是造成破碎率升高的重要因素之一。

圖1 不同收獲日期下玉米籽粒含水率、破碎率、穗軸含水率和抗折斷力（河南新鄉(xiāng)，夏玉米）

圖A、B為籽粒含水率低于20.1%，圖C、D為籽粒含水率高于20.1%。**表示0.01水平顯著差異，ns表示無顯著性。下同

對新疆奇臺高產(chǎn)春玉米40個品種的穗軸抗折斷力和籽粒破碎率進行擬合，結(jié)果表明，籽粒含水率在21.2%—34.3%時，玉米穗軸8 cm抗折斷力和全長抗折斷力均與籽粒破碎率符合指數(shù)曲線，分別為=2.5438e0.0035x（2=0.2697**，=40）和=2.5801e0.0054x（2=0.3001**，=40）（圖3）。由此進一步說明玉米穗軸機械強度是影響破碎率的重要因素之一，籽粒破碎率隨穗軸機械強度增大而升高。

圖3 玉米穗軸抗折斷力與機械粒收籽粒破碎率的關(guān)系（新疆奇臺，春玉米）

2.3 影響玉米穗軸機械強度變化的因素分析

采用廣義線性模型對影響抗折斷力的因素進行綜合分析可知，定性因素中收獲日期和品種對8 cm抗折斷力和全長抗折斷力均有顯著影響；定量因素中穗軸含水率、單位長度干重及長度/外徑對8 cm抗折斷力影響顯著（表2）。

進一步分析可知，玉米穗軸8 cm抗折斷力與穗軸外直徑、內(nèi)直徑、穿刺強度、干重、單位長度干重、單位體積干重均呈顯著正相關(guān)，其中相關(guān)度最高的是單位長度干重（= 0.7064**）；而穗軸含水率、長度/直徑均與8 cm抗折斷力呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。穗軸全長抗折斷力與穿刺強度、干重、單位長度干重、單位體積干重呈顯著正相關(guān)，與穗軸含水率、長度/外徑呈顯著負(fù)相關(guān)（表3）?？傮w來看，穿刺強度、穗軸含水率和干物質(zhì)積累對穗軸抗折斷力影響較大，穗軸形態(tài)特征參數(shù)對抗折斷力影響較小。

對穗軸抗折斷力與穿刺強度、穗軸含水率及干物質(zhì)積累量進行擬合，結(jié)果表明，穗軸穿刺強度、含水率、干重、單位長度干重、單位體積干重與8 cm抗折斷力及全長抗折斷力符合線性關(guān)系（圖4）。穿刺強度與抗折斷力擬合的2為0.3303—0.4497，含水率與抗折斷力擬合2為0.0946—0.1286，穗軸干物質(zhì)積累與抗折斷力擬合2為0.1234—0.496。由此說明，穗軸穿刺強度可以解釋抗折斷力33%—45%的變化，穗軸含水率解釋了穗軸抗折斷力9%—13%的變化，穗軸干物質(zhì)積累解釋了折斷力12%—50%的變化。

表2 玉米抗折斷力影響因素分析（河南新鄉(xiāng)，夏玉米）

*和**分別表示0.05和0.01水平顯著差異，ns表示無顯著性。下同

* and ** represent significant difference at 0.05 and 0.01levels, respectively, ns represents no significantly different. The same as below

表3 玉米穗軸形態(tài)、干重、含水率與抗折斷力的相關(guān)性分析（河南新鄉(xiāng)，夏玉米）

10月6日至10月16日、10月27日至11月25日和10月6日至11月25日3個收獲階段8cm抗折斷力的樣本量分別為56、84和140，全長抗折斷力樣本量分別為28、84和112

The samples of bending strength of 8 cm cob were 56 from 10-6 to10-16, 84 from 10-27 to 11-25, and 140 from 10-6 to 11-25. The samples of bending strength of whole cob were 28 from 10-6 to10-16, 84 from 10-27 to 11-25, and 112 from 10-6 to 11-25

玉米穗軸抗折斷力與含水率、穿刺強度及干物質(zhì)積累等指標(biāo)5次收獲期的通徑分析表明，對穗軸8 cm抗折斷力的直接作用為單位長度干重＞單位體積干重＞含水率＞穿刺強度＞干重，對全長抗折斷力的直接作用為單位長度干重＞穿刺強度＞干重＞單位體積干重＞含水率，說明單位長度干重是影響玉米穗軸抗折力的主要因素（表4）。間接通徑系數(shù)也可以看出，含水率通過穿刺強度對抗折斷力的影響最大，干重、單位體積干重和穿刺強度通過單位長度干重對抗折力的貢獻最大。由此說明，促進穗軸碳水化合物向籽粒轉(zhuǎn)運，適當(dāng)降低穗軸單位長度干重和硬度，可有效降低機械粒收時的籽粒破碎率。

3 討論

3.1 玉米穗軸機械強度是影響機械粒收籽粒破碎率的重要因素之一

本研究通過河南新鄉(xiāng)夏玉米分期收獲試驗表明，籽粒含水率隨收獲期推遲呈逐漸降低的趨勢，而籽粒破碎率隨收獲期推遲呈先降低后升高的趨勢，說明當(dāng)籽粒含水率低于一定值時，含水率不能解釋籽粒破碎率升高的原因。穗軸抗折斷力和籽粒破碎率有相似的變化趨勢，均呈先降低后升高的趨勢，對穗軸抗折斷力和籽粒破碎率擬合分析表明，籽粒破碎率隨穗軸機械強度增加而提高，尤其是在籽粒含水率低于20.1%時決定系數(shù)較高。同樣的趨勢也在新疆奇臺春玉米試驗中得到驗證，說明穗軸機械強度是導(dǎo)致破碎率升高的重要原因之一，尤其是在籽粒含水偏低時作用更大。

圖4 玉米穗軸穿刺強度、含水率及干物質(zhì)積累與抗折斷力之間的關(guān)系（河南新鄉(xiāng)，夏玉米）

表4 玉米穗軸含水率、干物質(zhì)積累、穿刺強度與抗折斷力的通徑分析（河南新鄉(xiāng)，夏玉米）

X、X、X、X和X分別表示穗軸含水率、干重、單位長度干重、單位體積干重和穿刺強度，8 cm抗折斷力和全長抗折斷力的模型決定系數(shù)分別為2=0.638**和2=0.616**

X, X,X,XandXindicate maize cob moisture content, dry weight, dry weight per unit length, dry weight per unit volume, and penetration strength, respectively. The coefficient of determination is 0.638** inbending strength of 8 cm cob and 0.616** in bending strength of whole cob

機械粒收過程中玉米籽粒破碎受多種因素的影響。本研究表明，玉米穗軸抗折斷力和籽粒破碎率擬合曲線的決定系數(shù)在0.1413*—0.1978**，說明穗軸機械強度僅能解釋破碎率的14%—20%，除籽粒含水率和穗軸機械強度之外，還有其他因素影響籽粒的破碎率。前人研究表明，影響玉米籽粒破碎率的力學(xué)特征包括籽粒脫粒力、籽粒強度、籽粒變形能力（加壓前籽粒厚度與加壓后籽粒厚度之差）和穗軸機械強度等[11-13,15]。籽粒破碎率與籽粒分離力、籽粒形變量及穗軸機械強度呈正相關(guān)，與籽粒強度呈負(fù)相關(guān)[11]。籽粒硬度隨含水率降低而升高[12-13, 20]，籽粒含水率過低時更容易脫粒，但是籽粒彈性降低，對撞擊的緩沖能力下降[21-22]，導(dǎo)致在脫離過程中多次沖擊出現(xiàn)更多的機械損傷[10]。穗軸是機械內(nèi)部撞擊籽粒的重要因素之一[12]，因此穗軸越硬，破碎率也越高。Chowdhury[11]對含水率16%—28%的籽粒進行脫粒，結(jié)果表明當(dāng)籽粒含水率在16%時，機械損傷最高，特別是籽粒頂部損傷；隨著籽粒含水率增大，頂部損傷變小，但種皮損傷增大；胚損傷在籽粒含水率22%—23%時最低。玉米籽粒破碎也與其外部形態(tài)及胚乳質(zhì)地有關(guān)，研究表明，圓形籽粒具有較高的胚乳應(yīng)力損傷，收獲時破碎率更高，外形較小且胚乳呈角質(zhì)化的籽粒破碎率較低[23-25]?？傊?，當(dāng)籽粒含水率過高時，因為籽粒硬度較差而引起破碎率較高，而籽粒含水率過低時，在脫粒過程中受機械部件、穗軸等碰撞會導(dǎo)致破碎率的升高。

3.2 生育后期玉米穗軸干物質(zhì)和含水率是影響穗軸機械強度的重要因素

玉米穗軸和莖稈有相似的結(jié)構(gòu)，前人研究認(rèn)為玉米莖稈碳水化合物是機械強度形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，莖稈機械強度與單位長度干重呈顯著正相關(guān)[18]。借鑒莖稈強度研究方法，本研究分析了玉米穗軸碳水化合物含量與機械強度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，穗軸單位長度干重和單位體積干重與8 cm抗折斷力、全長抗折斷力均呈線性正相關(guān)。同時，本研究還表明生育后期玉米穗軸含水率與機械穿刺強度呈顯著負(fù)相關(guān)。通徑分析結(jié)果顯示，穗軸單位長度干重對抗折斷力的直接影響作用最大，干重、單位體積干重和穿刺強度通過單位長度干重對抗折斷力有較高的影響。由此說明，玉米生育后期穗軸干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運以及含水率是影響穗軸機械強度的重要因素。

本研究中玉米穗軸抗折斷力在生育后期的變化趨勢與前人研究結(jié)果相似，Anazodo[12]認(rèn)為玉米生育后期穗軸抗折力先降低后升高，并且不同玉米品種之間穗軸彈性系數(shù)和抗折力差異顯著。在本研究的5次收獲中，第1次（10月6日）收獲時28個品種均未達到生理成熟，第2次（10月16日）收獲時僅有7個品種達到生理成熟，第3次（10月27日）及以后收獲時所有玉米品種均達到生理成熟期。玉米穗軸機械強度在5次收獲中呈先降低后升高的趨勢，這可能是因為生理成熟前，玉米穗軸中碳水化合物向籽粒中運輸[26-27]，使穗軸的單位長度干重和單位體積干重降低，導(dǎo)致穗軸機械強度下降；生理成熟后穗軸干物質(zhì)變化幅度較小，而含水率顯著降低，使細(xì)胞失水、排列變得緊湊，從而提高了穗軸機械強度。

綜上所述，玉米穗軸機械強度是影響機械粒收籽粒破碎率的重要因素，尤其是在籽粒含水率低于一定值（20.1%）時，表現(xiàn)更為突出；影響玉米穗軸機械強度的主要因素為碳水化合物的積累與轉(zhuǎn)運及含水率。生產(chǎn)中應(yīng)選用生育后期籽粒脫水快、穗軸適當(dāng)偏軟、易脫粒、穗軸干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率高的玉米品種，適時收獲，有助于降低籽粒破碎率、提高玉米機械粒收質(zhì)量。

4 結(jié)論

玉米籽粒含水率降低到一定程度時，穗軸機械強度是影響機械粒收籽粒破碎率的重要因素之一；玉米生長后期穗軸機械強度隨收獲時期推遲呈先降低后升高的趨勢，主要受穗軸干物質(zhì)積累和含水率變化的影響。

[1] 李少昆. 我國玉米機械粒收質(zhì)量影響因素及粒收技術(shù)的發(fā)展方向. 石河子大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2017, 35(3): 265-272.

LI S K. Factors affecting the quality of maize grain mechanical harvest and the development trend of grain harvest technology., 2017, 35(3): 265-272. (in Chinese)

[2] 王克如, 李璐璐, 郭銀巧, 范盼盼, 柴宗文, 侯鵬, 謝瑞芝, 李少昆. 不同機械作業(yè)對玉米子粒收獲質(zhì)量的影響. 玉米科學(xué), 2016, 24(1): 114-116.

WANG K R, LI L L, GUO Y Q, FAN P P, CHAI Z W, HOU P, XIE R Z, LI S K. Effects of different mechanical operation on maize grain harvest quality., 2016, 24(1): 114-116. (in Chinese)

[3] 王克如, 李少昆. 玉米機械粒收破碎率研究進展. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(11): 2018-2026.

WANG K R, LI S K. Progresses in research on grain broken rate by mechanical grain harvesting., 2017, 50(11): 2018-2026. (in Chinese)

[4] 柳楓賀, 王克如, 李健, 王喜梅, 孫亞玲, 陳永生, 王玉華, 韓冬生, 李少昆. 影響玉米機械收粒質(zhì)量因素的分析. 作物雜志, 2013(4): 116-119.

LIU F H, WANG K R, LI J, WANG X M, SUN Y L, CHEN Y S, WANG Y H, HAN D S, LI S K. Factors affecting corn mechanically harvesting grain quality., 2013(4): 116-119. (in Chinese)

[5] 李璐璐, 雷曉鵬, 謝瑞芝, 王克如, 侯鵬, 張鳳路, 李少昆. 夏玉米機械粒收質(zhì)量影響因素分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(11): 2044-2051.

LI L L, LEI X P, XIE R Z, WANG K R, HOU P, ZHANG F L, LI S K. Analysis of influential factors on mechanical grain harvest quality of summer maize., 2017, 50(11): 2044-2051. (in Chinese)

[6] 柴宗文, 王克如, 郭銀巧, 謝瑞芝, 李璐璐, 侯鵬, 劉朝巍, 初振東, 張萬旭, 張國強, 劉廣周, 李少昆. 玉米機械籽粒收獲質(zhì)量現(xiàn)狀及其與水分含量的關(guān)系. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017, 50(11): 2036-2043.

CHAI Z W, WANG K R, GUO Y Q, XIE R Z, LI L L, HOU P, LIU C W, CHU Z D, ZHANG W X, ZHANG G Q, LIU G Z, LI S K. Current status of maize mechanical grain harvesting and its relationship with grain moisture content., 2017, 50(11): 2036-2043. (in Chinese)

[7] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 李璐璐, 明博, 侯鵬, 初振東, 張萬旭, 劉朝巍. 玉米子粒機械收獲破碎率研究. 作物雜志, 2017(2): 76-80.

LI S K, WANG K R, XIE R Z, LI L L, MING B, HOU P, CHU Z D, ZHANG W X, LIU C W. Grain breakage rate of maize by mechanical harvesting in China., 2017(2): 76-80. (in Chinese)

[8] PLETT S. Corn kernel breakage as a function of grain moisture at harvest in a prairie environment., 1994, 74(3): 543-544.

[9] CHOWDHURY M H，BUCHELE W F. The nature of corn kernel damage inflicted in the shelling crescent of grain combines., 1978, 21(4): 610- 614.

[10] FOX R E. Development of a compression type corn threshing cylinder[D]. Ames: Iowa State University, 1969.

[11] CHOWDHURY M H. Development of a colorimetric technique for measuring mechanical damaged of grain[D]. Ames: Iowa State University, 1978.

[12] ANAZODO U G N, WALL G L, NORRIS E R. Corn physical and mechanical properties as related to combine cylinder performance., 1981, 23(1): 23-30.

[13] WAELTI H. Physical properties and morphological characteristics of maize and their influence on threshing injury of kernels[D]. Ames: Iowa State University, 1967.

[14] ANAZODO U G N. Mechanical properties of the corn cob in simple bending., 1983, 26(4): 1229-1233.

[15] SEHGAL S M, BROWN W L. Cob morphology and its relations to combine harvesting in maize., 1965, 39(3): 251-268.

[16] WAELTI H, BUCHELE W F. Factors affecting corn kernel damage in combine cylinders.,1969, 12(1): 55-59.

[17] 李璐璐, 謝瑞芝, 范盼盼, 雷曉鵬, 王克如, 侯鵬, 李少昆. 鄭單958與先玉335子粒脫水特征研究. 玉米科學(xué), 2016, 24(2): 57-61, 71.

LI L L, XIE R Z, FAN P P, LEI X P, WANG K R, HOU P, LI S K. Study on dehydration in kernel between Zhengdan958 and Xianyu335., 2016, 24(2): 57-61, 71. (in Chinese)

[18] XUE J, ZHAO Y, GOU L, SHI Z, YAO M, ZHANG W. How high plant density of maize affects basal internode development and strength formation., 2016, 56(6): 3295-3306.

[19] 李璐璐, 謝瑞芝, 王克如, 明博, 侯鵬, 李少昆. 黃淮海夏玉米生理成熟期子粒含水率研究. 作物雜志, 2017(2): 88-92.

LI L L, XIE R Z, WANG K R, MING B, HOU P, LI S K. Kernel moisture content of summer maize at physiological maturity stage in Huanghuaihai region., 2017(2): 88-92. (in Chinese)

[20] 張鋒偉, 趙武云, 韓正晟, 劉聚才, 楊小平, 戴飛. 玉米籽粒力學(xué)性能試驗分析. 中國農(nóng)機化學(xué)報, 2010(3): 75-78.

ZHANG F W, ZHAO W Y, HAN Z M, LIU J C, YANG X P, DAI F. Experimental researches on mechanical properties of corn kernels., 2010(3): 75-78. (in Chinese)

[21] 唐福元, 馮家暢, 嚴(yán)曉婕, 楊文生, 程緒鐸, 溫吉華, 楊大明, 單賀年. 經(jīng)溜槽裝入筒倉的玉米減損效果試驗. 中國糧油學(xué)報, 2015, 30 (12): 98-101.

TANG F Y, FENG J C, YAN X J, YANG W S, CHENG X D, WEN J H, YANG D M, DAN H N. The effect of detract of corn into the silo from chute., 2015, 30 (12): 98-101. (in Chinese)

[22] 程緒鐸, 馮家暢, 嚴(yán)曉婕, 黃之斌. 碰撞對玉米籽粒結(jié)構(gòu)損傷的實驗研究. 糧食儲藏, 2014, 43(3): 19-22.

CHENG X D, FENG J C, YAN X J, HUANG Z B. Experimental study on structure damage of corn grain after collision., 2014, 43(3): 19-22. (in Chinese)

[23] GUNASEKARAN S, PAULSEN M R. Breakage susceptibility of corn as a function of drying rates., 1985, 28(6): 2071-2076.

[24] JOHNSON D Q, RUSSELL W A. Genetic variability and relationships of physical grain-quality traits in the BSSS population of maize., 1982, 22(4): 805-809.

[25] VYN T J, MOES J. Breakage susceptibility of corn kernels in relation to crop management under long growing season conditions., 1988, 80(6): 915-920.

[26] 張學(xué)林, 王群, 趙亞麗, 楊青華, 李潮海. 施氮水平和收獲時期對夏玉米產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(10): 2565-2572.

ZHANG X L, WANG Q, ZHAO Y L, YANG Q H, LI C H. Effects of nitrogen fertilization rate and harvest time on summer maize grain yield and its quality., 2010, 21(10): 2565-2572. (in Chinese)

[27] 楊小敏, 郝明德, 王忠有, 黃耀明, 張濤. 陜西關(guān)中地區(qū)夏玉米適時延收的增產(chǎn)效應(yīng). 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報, 2014, 42(8): 62-68.

YANG X M, HAO M D, WANG Z Y, HUANG Y M, ZHANG T. Effects of appropriately extending harvest on yield of summer maize in Guanzhong area of Shaanxi., 2014, 42(8): 62-68. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Maize cob mechanical strength and its influence on kernel broken rate

XUE Jun, LI LuLu, ZHANG WanXu, Wang Qun, XIE RuiZhi, WANG KeRu, MING Bo, HOU Peng, LI ShaoKun

(Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】The objectives of this study were to investigate the variation of maize cob mechanical strength and its influence on kernel broken rate to provide a theoretical basis for improving maize harvest quality. 【Method】Maize cultivars selection experiments were conducted in large area field. The same combine harvester and operating personnel were used in different harvest date to study the variation regularity and influence factors of maize cob mechanical strength during late growth period, to analyze the relationship between cob mechanical strength and kernel broken rate. The cob morphology, moisture content, dry matter accumulation, mechanical strength characters, kernel moisture content, and broken rate were investigated in this research. 【Result】The results showed that, as harvest date delayed, maize kernel and cob moisture content decreased, and the bending strength of 8 cm and whole cob, and kernel broken rate showed a trend of decrease first and then increase. When kernel moisture content was below 20.1%, kernel broken rate increased exponentially with the increase in cob strength. When kernel moisture content was higher than 20.1%, kernel broken rate increased exponentially with the increase in bending strength of whole cob, and there was no significant relationship between kernel broken rate and bending strength of 8 cm cob. The bending strength was significantly and negatively correlated with moisture content of cob. In contrast, bending strength were significantly and positively correlated with penetration strength, dry weight, dry weight per unit length, and dry weight per unit volume. Path analysis showed that dry weight per unit length had the greatest effect on bending strength of cob. 【Conclusion】Cob mechanical strength is one of the important factors affecting kernel broken rate in maize grain harvest. The dry matter accumulation and moisture content are important factors affecting the mechanical strength of the cob during late stage.

maize; cob; bending strength; mechanical grain harvest; broken rate

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.006

2018-01-11；

2018-03-30

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300101，2016YFD0300110）、國家自然科學(xué)基金（31371575）、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-02-25）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程

薛軍，Tel：010-82108595；E-mail：xuejun5519@126.com。通信作者李少昆，Tel：010-82108891；E-mail：lishaokun@caas.cn