山西省春玉米機械粒收質量及其影響因素分析*

閻曉光,李 洪,董紅芬,李愛軍,王國梁,周 楠,胡 瀅,杜艷偉

玉米(Zea mays)是山西省第一大糧食作物[1]。近年來玉米種植面積和總產量分別占山西省糧食作物播種面積與總產量的50%和70%左右[2]。山西省春玉米種植面積占玉米種植總面積的75%左右。隨著山西省玉米產業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展,城鎮(zhèn)化進程加快,農村勞動人口逐年遞減,勞動力成本呈逐年增高的態(tài)勢[3-5]。玉米全程機械化生產技術在玉米產業(yè)競爭力提升中起著關鍵性作用[6-9]。目前,山西省春玉米生產過程中機械化程度已經很高,但是在收獲環(huán)節(jié)90%的面積是機械穗收,機械粒收的面積較小。機械穗收在后期的運輸、倉儲、脫粒等環(huán)節(jié)增加了生產成本,是玉米生產機械收獲的過渡方式,不是長久的機械收獲方式,最終的收獲方式是機械籽粒直收,只有實現(xiàn)機械籽粒直收技術的大面積推廣,山西省玉米產業(yè)的競爭力才能夠得到關鍵提升。前人在西北、東北、 黃淮海等地區(qū)對籽粒直收技術進行了大量研究[10-13]。郝引川等[14]研究得出,籽粒破碎率高是影響陜西灌溉春玉米區(qū)機械粒收質量的關鍵因素,通過選擇收獲期含水率低的品種、適當?shù)臋C收時間可以提高陜西春玉米機械粒收質量。李少昆等[15]研究表明,北京春玉米區(qū)延遲10 d收獲,能夠顯著降低籽粒含水率,粒收質量得到明顯改善。呂天放等[16]研究認為,籽粒含水率與破碎率和落粒率呈極顯著正相關,與雜質率顯著正相關,籽粒含水率是影響‘京農科828’機械粒收質量的主要因素。李璐璐等[17]在黃淮海夏玉米區(qū)建立了以積溫預測籽粒含水率動態(tài)變化及其適宜機械粒收時間的預測方法。

當前,玉米機械粒收技術研究主要集中在西北、東北地區(qū)。山西省春玉米區(qū)相關研究目前尚鮮見報道。為此,本文在前人研究的基礎上,選用課題組在2012-2017年篩選出的5個適宜機械粒收品種,通過9月24日-10月29日的6次收獲對山西省目前玉米機械粒收質量及其影響因素以及不同收獲時期機收產量的變化趨勢進行研究,探討收獲時籽粒含水率與機械粒收質量之間的關系,對確定山西省春玉米機械粒收的最佳收獲時間以及機械粒收技術在山西省的大面積推廣有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試玉米品種為課題組2012-2017年在4地共8點次進行的機收籽粒品種篩選試驗中選出的5個宜粒收品種,分別為‘長單716’(CD716)、‘迪卡517’(DK517)、‘金科玉3306’(JKY3306)、‘長單511’(CD511)和‘迪卡159’(DK159)。

1.2 試驗設計

試驗于2019年在山西省高平市河西鎮(zhèn)仙井村進行。試驗采用裂區(qū)設計,主區(qū)為收獲時期,副區(qū)為品種。大田帶狀種植,主區(qū)每個品種種植7行,行距0.6 m,行長300 m,收獲中間3行。試驗于4月26日播種,種植密度統(tǒng)一為75 000株·hm-2,全生育期管理同周邊大田生產。當?shù)貍鹘y(tǒng)生產收獲時期為10月1-5日,試驗設置6個收獲時期,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。收獲時使用同一臺收獲機,同一個農機手操作,收獲機選用的是春雨CPS30型玉米籽粒收獲機,割幅3行,每個品種每次收獲30 m長×1.8 m寬。2019年試驗地玉米生長季氣溫與降雨如圖1所示。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 籽粒含水率

機收后隨機取籽粒樣品5份,每份200 g,烘干法測定其含水率取平均值。

1.3.2 收獲破碎率、雜質率

機收后隨機取籽粒樣品5份,每份500 g。人工將每份樣品的破碎籽粒與非籽粒雜質挑揀出來分別稱重,求其5份樣品破碎率與雜質率的平均值。

1.3.3 落粒損失率、落穗損失率和總損失率

機收后在機收區(qū)隨機選取5個樣點,每個樣點長3 m,寬1.8 m(一個割幅寬3行區(qū))。人工揀拾樣點內全部落粒與落穗,分別對落粒、落穗的籽粒稱重,根據(jù)樣點面積計算出單位面積的落粒重與落穗粒重。對應機收面積和機收籽粒重來計算機收單位面積產量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2007 處理數(shù)據(jù)作圖,SPSS 19進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同收獲時期籽粒含水率的變化

據(jù)圖2可知,玉米收獲時各品種籽粒含水率均表現(xiàn)為隨著收獲時期的推后而降低,不同品種在同一個收獲時期內籽粒含水率差異明顯。6個收獲時期5個品種的籽粒含水率平均值由高到低分別為33.16%、30.82%、26.56%、23.44%、21.10%和18.48%。5個供試品種中CD511在9月24日第1次收獲時籽粒含水率最高,但從10月15日收獲開始籽粒含水率在5個供試品種中最低,說明該品種在生理成熟后田間站稈脫水速率快。JKY3306在后5次收獲中籽粒含水率均高于其余4個品種。

2.2 收獲時期對機械粒收破碎率和雜質率的影響

隨著收獲時期的推后,試驗品種的籽粒破碎率呈前期降低后期趨于穩(wěn)定略有升高的趨勢。雜質率隨著收獲時期的推后表現(xiàn)為逐步降低并趨于穩(wěn)定的趨勢,雜質率品種間的差異隨著收獲時期推后而逐步縮小(圖3)。6次收獲中籽粒破碎率平均值依次為9.54%、8.28%、5.64%、4.78%、3.78%和5.16%,9月24日到10月8日的3次收獲各品種的籽粒破碎率均超過“玉米收獲機械技術條件”(GB/T 21962-2008)[18]中≤5%的國家標準,10月15日和10月22日兩次收獲中,只有JKY3306破碎率＞5%,10月29日收獲中CD511和DK159破碎率≤5%,CD511和DK159在10月8日后的4次收獲中破碎率均符合國家標準,CD511的破碎率最低,10月15日后的3次收獲均在4%以下,10月22日收獲時破碎率僅為2.4%。9月24日收獲時5個品種的雜質率均＞3%的國家標準,后5次收獲5個品種的雜質率均≤3%,6次收獲雜質率平均值依次為4.50%、2.64%、1.74%、0.80%、0.84%和0.50%。不同收獲時期品種間破碎率、雜質率差異不同,JKY3306在10月8日之外的5次收獲中破碎率均表現(xiàn)最高,CD511在9月24日和10月8日之外的4次收獲中破碎率均表現(xiàn)最低,DK159在9月24日和10月8日的收獲中破碎率均表現(xiàn)最低; 雜質率在9月24日和10月1日兩次收獲中DK159均表現(xiàn)最低,9月24日收獲時DK517雜質率最高,10月1日收獲時JKY3306雜質率最高,10月8日收獲時JKY3306雜質率最高,10月15日后的3次收獲中品種間雜質率差異不明顯。

2.3 收獲時期對機械粒收損失率的影響

機械粒收過程中損失主要由落穗和落粒兩部分組成。落穗損失率隨著收獲時間的推后而升高,且品種間差異增大(圖4),6次收獲落穗損失率平均值依次為0.68%、1.32%、1.64%、1.84%、2.52%和3.36%。落粒損失率隨著收獲時間的推后呈現(xiàn)出前期降低后期升高的趨勢,6次收獲落粒損失率平均值依次為2.64%、1.9%、1.64%、0.96%、0.72%和1.56%。籽?？倱p失率在前3次收獲中差異不顯著,10月15日收獲總損失率達到最低,最后2次收獲,總損失率顯著升高(圖5),品種的總損失率從高到低依次為JKY3306＞CD716＞DK517＞DK159＞CD511,總損失率只有在10月22日收獲時JKY3306、10月29日收獲時KY3306、CD716、DK517這4個品次＞5%,高于國家標準,其余收獲品次均≤5%。

2.4 不同收獲時期機收產量的變化

玉米機械粒收產量在9月24日到10月15日4次收獲過程中呈快速上升趨勢,10月15日后產量趨于穩(wěn)定略有降低(圖6)。10月22日和10月29日2次收獲除JK3306外4個品種機收產量略低于10月15日收獲機收產量。10月15日收獲比9月24日第1次收獲平均增產率為11.9%,其中CD511的增產率最高,達15.8%。5個品種在10月15日收獲時產量從高到低依次為CD511＞CD716＞DK159＞DK517＞JKY3306。

2.5 收獲時籽粒含水率與機收質量的關系

隨著籽粒含水率的降低,機收籽粒破碎率表現(xiàn)出前期快速降低后期有所升高的趨勢,擬合二次曲線方程為y=0.030x2-1.224x+16.78(R2=0.802**),當籽粒含水率為20.4%時,籽粒破碎率達3.89%,為最低值,當籽粒含水率在15.6%～25.2%收獲時,籽粒破碎率能夠達到≤5%的國家標準。雜質率隨著籽粒含水率的降低表現(xiàn)為逐步降低并趨于穩(wěn)定的趨勢,方程擬合為y=0.037e0.140x(R2=0.832**),當籽粒含水率高于33.6%時,雜質率會＞3%的國家標準。落穗損失率隨著籽粒含水率降低表現(xiàn)為升高的趨勢,方程擬合為y=18.41e-0.08x(R2=0.626**),當含水率低于15.7%時,落穗損失率＞5%。落粒損失率隨著籽粒含水率的降低呈現(xiàn)出前期降低后期升高趨勢,二次曲線方程擬合為y=0.011x2-0.478x+6.278(R2=0.605**),當籽粒含水率為21.7%時,落粒損失率達1.09%最小值(圖7)。

3 討論

玉米機械粒收質量與收獲時籽粒含水率關系密切,要達到理想的粒收質量需要在一個適當?shù)淖蚜：蕝^(qū)間收獲[19-21]。前人研究得出機械粒收籽粒破碎率在籽粒含水率為17%～24%區(qū)間最低,含水率高于或者低于該區(qū)間,籽粒破碎率都會升高[22]。前人的研究多以大量試驗品種樣本在一次收獲過程中的研究,或收獲周期較短籽粒脫水時間不夠長。機械粒收質量受多方面因素影響,收獲農機、農機手、氣候環(huán)境、 品種差異等。本試驗供試品種為多年來粒收品種篩選試驗結果,在同一地塊環(huán)境下使用同一臺收獲機械,由同一位農機手操作來研究不同收獲時期對粒收質量的影響。研究結果表明,玉米收獲時籽粒含水率表現(xiàn)為隨著收獲時期的推后而降低,在9月24日到10月8日期間站稈脫水速率最快,當?shù)貍鹘y(tǒng)收獲時期正好在該時間區(qū)間內,傳統(tǒng)收獲時期偏早是籽粒含水率高的關鍵因素; 隨著收獲時期推后籽粒含水率降低,試驗品種的籽粒破碎率前期快速降低后期趨于穩(wěn)定略有升高,籽粒含水率是影響破碎率的關鍵因素。梁效貴等[23]研究得出籽粒含水率下降的過程中籽?？蛊茡p能力顯著上升。本研究表明,隨著含水率下降機械粒收籽粒破碎率降低,含水率下降到一定范圍后破碎率不再降低,會有升高的趨勢,與李璐璐等[24]對夏玉米籽粒含水率對機械粒收破碎率影響研究得出玉米籽粒含水率逐漸降低,機械粒收破碎率先降低后升高的結果一致。本研究中,雜質率隨著收獲時期的推后逐步降低并趨于穩(wěn)定; 落穗損失率隨著收獲時期的推后逐步升高,落穗損失率升高主要是由于隨著收獲時期的推后植株倒伏率增加造成; 落粒損失率隨著收獲時期的推后前期降低后期升高?？追怖诘萚25]對四川春玉米機械粒收質量研究得出,隨著收獲時間推后落粒率變化規(guī)律不明顯,與本研究結果不一致,可能是收獲時期四川比山西早2個月左右,環(huán)境因素不同造成的。本試驗結果機械粒收籽粒破碎率在9月24日到10月8日的3次收獲中各品種均＞5%,高于國家標準,10月15日和10月22日兩次收獲中JKY3306破碎率＞5%,10月29日收獲中CD511和DK159破碎率≤5%,雜質率9月24日第1次收獲時＞3%的國家標準,總損失率JKY3306每次收獲都＞5%,高于國家標準,10月29日收獲時CD716、DK517總損失率也＞5%,CD511和DK159在每次收獲的總損失率均≤5%,CD511總損失率最低,6次收獲平均值僅為2.6%,總損失率品種間差異較大。通過擬合方程,當籽粒含水率為21.7%時,落粒損失率最小。機械粒收過程中高的籽粒破碎率成為限制山西省春玉米機械粒收質量的主要因素,籽粒含水率與破碎率的模型為y=0.03x2-1.224x+16.78(R2=0.802**),當籽粒含水率為20.4%時,籽粒破碎率為最低值(3.89%),當籽粒含水率在15.6%～25.2%區(qū)間收獲時,籽粒破碎率能夠達到≤5%的國家標準。

適期收獲在提高機械粒收質量的同時能夠顯著提高產量,10月15日比9月24日收獲平均增產達11.9%,其中CD511的增產率最高。劉月娥等[26]對不同生態(tài)區(qū)玉米晚收增產效果研究表明,玉米適時晚收具有明顯增產效果,增產幅度隨著緯度的降低而增加,適宜的晚收時間與當?shù)厣鷳B(tài)條件也密切相關。陳現(xiàn)平等[27]對淮北地區(qū)玉米收獲期研究發(fā)現(xiàn),與生理成熟時收獲相比,推遲收獲12～17 d,可增產17.7%～24.1%。山西省春玉米區(qū)傳統(tǒng)生產習慣生理成熟在10月1日左右,收獲時間為10月1-5日。本研究發(fā)現(xiàn)在10月15日收獲產量達最高值,與10月15日收獲總損失率最低一致,推遲收獲增加了籽粒生理成熟后對光溫資源的利用,從而通過增加千粒重提高產量。山西省春玉米區(qū)相比東北、西北等地有效積溫高,生產中傳統(tǒng)收獲后,土地處于閑置期,沒有對后期光溫資源充分利用。在10月15日收獲不僅能夠達到理想機械粒收質量,而且產量達到最高,繼續(xù)推遲收獲時期籽粒破碎率與總損失率會升高,從而導致粒收質量與產量的降低。

4 結論

通過延遲收獲時間,籽粒含水率降為15%～25%,能夠達到理想的機械粒收質量。在山西省春玉米區(qū),選擇適宜機械粒收的品種,且比傳統(tǒng)收獲時間推遲15 d左右,10月15日收獲,能夠達到低破碎率、低損失率粒收質量的同時還能提高產量,比傳統(tǒng)時間收獲增產10%左右。本試驗中‘長單511’ ‘迪卡159’和‘長單716’在機械粒收質量與產量方面均表現(xiàn)優(yōu)秀,可作為山西省春玉米區(qū)機械粒收品種推廣應用。