作物杂志, 2018, 34(5): 127-131 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2018.05.020

生理生化·植物营养·栽培耕作

北疆玉米大田机械粒收质量调查

李少昆1, 张万旭1,2, 王克如1, 韩冬生3, 杨小霞3, 陈永生4, 俞万兵4, 刘朝巍2, 张国强2, 柳枫贺1, 陈江鲁5, 杨京京5, 李璐璐1, 谢瑞芝1, 侯鹏1, 明博1

1 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部作物生理生态重点实验室,100081,北京

2 石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室,832003,新疆石河子

3 新疆生产建设兵团第四师71团,835801,新疆新源

4 新疆生产建设兵团第六师奇台总场,831800,新疆奇台

5 新疆生产建设兵团第六师农业科学研究所,831301,新疆五家渠

Study on Maize Mechanical Grain Harvest in Northern Xinjiang

Li Shaokun1, Zhang Wanxu1,2, Wang Keru1, Han Dongsheng3, Yang Xiaoxia3, Chen Yongsheng4, Yu Wanbing4, Liu Chaowei2, Zhang Guoqiang2, Liu Fenghe1, Chen Jianglu5, Yang Jingjing5, Li Lulu1, Xie Ruizhi1, Hou Peng1, Ming Bo1

1 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China

2 Agronomy College, Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture of Xinjiang Production and Construction Corps, Shihezi 832003, Xinjiang, China

3 71th Farm, The Fourth Division of Xinjiang Production and Construction Corps, Xinyuan 835801, Xinjiang, China

4 Qitai Farm, The Sixth Division of Xinjiang Production and Construction Corps, Qitai 831800, Xinjiang, China

5 The Sixth Division of Agricultural Science Research Institute of Xinjiang, Wujiaqu 831301, Xinjiang, China

收稿日期: 2018-05-9   修回日期: 2018-05-20   网络出版日期: 2018-10-15

基金资助: 国家重点研发计划.  2016YFD0300110
国家自然科学基金.  31371575
国家自然科学基金.  31360302
国家玉米产业技术体系项目.  CARS-02-25
中国农业科学院农业科技创新工程.  

Received: 2018-05-9   Revised: 2018-05-20   Online: 2018-10-15

作者简介 About authors

李少昆,研究员,主要从事玉米生理生态与栽培研究 。

摘要

北疆是我国玉米机械粒收率最高的区域,为了解北疆玉米大田粒收质量现状,2012-2017年在新疆奇台总场、伊犁新源71团、伊宁县和温泉县等地农户田块调查了机械粒收质量,共获得269组样本,结果表明:(1)子粒破碎率均值为6.38%,高于5%的国家标准[玉米收获机械技术条件(GB/T 21961-2008)]要求;杂质率和产量损失率均值分别为0.41%和0.96%,分别低于3%和5%的国家标准要求,子粒破碎率高是当前北疆玉米大田机械粒收存在的主要质量问题。(2)收获玉米子粒含水率均值为23.3%,其与破碎率呈显著相关,可用二次函数y=0.0263x 2-1.0433x+15.867(R 2=0.108,n=269)拟合。(3)在子粒含水率相同条件下,不同品种之间子粒破碎率表现出明显差异,其中,新引M751子粒破碎率明显低于KWS2564,而KX3564介于两者之间。(4)筛选早熟、脱水快、耐破碎品种,实施玉米密植高产全程机械化绿色生产,可以有效改善机械粒收质量,实现玉米高产高效协同。

关键词: 北疆 ; 玉米 ; 机械粒收 ; 收获质量 ; 子粒含水率

Abstract

Northern Xinjiang is the region where the rate of maize mechanical grain harvest is the highest. To understand the present situation of maize mechanical grain harvest quality in northern Xinjiang, we investigated the grain harvest quality in Qitai, Xinyuan, Yining, Wenquan cultivars etc. and obtained the harvest quality data of 269 samples. The results showed that: (1) the average grain broken rate of spring maize in northern Xinjiang was 6.38%, which was higher than the national standard of 5%. Impurity rate and yield loss rate were 0.41% and 0.96%, respectively, which were lower than the national standards of 3% and 5%. The high grain broken rate was the main problem for maize mechanical grain harvest quality in northern Xinjiang. (2) The average grain moisture content was 23.3% correlated with grain broken rate significantly fitting the equation of y=0.0263x 2-1.0433x+15.867 (R ²=0.108, n=269). (3) Grain broken rates of different cultivars were different under the condition of the same grain moisture content. Grain broken rate of Xinyin M751 was significantly lower than that KWS2564 and that was in the middle for KX3564. (4) The selection of early maturity, fast dehydration and density-tolerant cultivars combined with whole process mechanization can effectively improve the quality of mechanical grain harvest and achieve maize high yield and high efficiency.

Keywords: Northern Xinjiang ; Maize ; Mechanical grain harvest ; Harvest quality ; Grain moisture content

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本文引用格式

李少昆, 张万旭, 王克如, 韩冬生, 杨小霞, 陈永生, 俞万兵, 刘朝巍, 张国强, 柳枫贺, 陈江鲁, 杨京京, 李璐璐, 谢瑞芝, 侯鹏, 明博. 北疆玉米大田机械粒收质量调查[J]. 作物杂志, 2018, 34(5): 127-131 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2018.05.020

Li Shaokun, Zhang Wanxu, Wang Keru, Han Dongsheng, Yang Xiaoxia, Chen Yongsheng, Yu Wanbing, Liu Chaowei, Zhang Guoqiang, Liu Fenghe, Chen Jianglu, Yang Jingjing, Li Lulu, Xie Ruizhi, Hou Peng, Ming Bo. Study on Maize Mechanical Grain Harvest in Northern Xinjiang[J]. Crops, 2018, 34(5): 127-131 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2018.05.020

随着畜牧业发展和农业产业结构调整,新疆玉米种植面积呈不断扩大趋势[1]。新疆北部春玉米生产机械化程度高,兵团农场在20世纪80年代就开始探索玉米机械粒收。进入21世纪以来,玉米机械粒收面积快速扩大,北疆成为我国玉米机械粒收率最高的区域。评价机械粒收质量的指标主要有收获时子粒破碎率、杂质率和田间损失率,破碎率偏高是当前我国玉米机械粒收普遍存在的质量问题[2,3,4,5]。收获质量除受品种子粒含水率影响外,还受到收获机械类型及其维护与作业、收获时期等因素影响[6,7,8]。为明确北疆玉米大田机械粒收质量状况及影响收获质量的因素,2012-2017年,中国农业科学院作物栽培与生理创新团队在北疆主要产区大田开展了玉米机械粒收质量指标、子粒含水率等的测试与调查,本文报道主要调查结果。

1 材料与方法

1.1 收获地块品种和机械情况

于2012-2017年玉米收获季节,在新疆奇台总场一分场、二分场、伊犁新源71团、伊宁县科技示范园、温泉县哈日布呼镇和塔秀乡随机选择大田农户地块进行玉米机械粒收质量、子粒含水率的测试与种植情况调查,共获得33个品种、269组机械粒收质量样本的数据,其中每组样本的数据为3个测试点的平均结果。

测试调查地块种植的玉米品种包括KX1568、KWS2564、KX3564、KWS7551、KWS2030、KX9384、KWS3376、KWS5383、KWS7571、新引M751、新引M753、新玉77(登海618)、登海3631、良玉66、农润919、新玉19、新玉27、新玉39、新玉47、新玉56、新玉65、新玉69、农华101、农华205、农华213、先锋38P05、先玉696、先玉335、晋单73、旺玉808、伊单34、利合16和郑单958。玉米联合收获机包括约翰迪尔3518、C230、3316、C100、1075、1076、W210、3518、S660,佳联3106、佳联-6和东风SE514、SE516、SE518。

1.2 子粒含水率及破碎率、杂质率测定方法

在测试地块,随机取收割地块机仓内收获的子粒样品约2kg,首先用PM-8188水分测定仪测定子粒含水率,重复5次,然后称重,手工分拣将其分为子粒和非子粒两部分;子粒部分称重记为KW1,非子粒部分称重记为NKW;再根据子粒的完整性,将其分为完整子粒和破碎子粒并分别称重,完整子粒重记为KW2,破碎子粒重记为BKW。

杂质率(%)=[NKW/(KW1+NKW)]×100;

子粒破碎率(%)=[BKW/(KW2+BKW)]×100。

1.3 田间机收损失率调查方法

在测试的已收割地块随机选取3个样点,每个样点取2m长一个割幅宽(6~8行)面积作为样区,收集样区内所有的落穗和落粒,并分别称其子粒重,按照样区面积计算单位面积的落穗子粒重和落粒重,计算总产量损失量。

产量损失率(%)=(单位面积田间落粒重+单位面积田间落穗子粒重)/单位面积产量×100

1.4 数据处理与分析

用Excel 2016、GraphPad Prism 5和Origin 2018进行数据计算和作图,用SPSS 23.0进行统计分析,相关分析结果用Pearson相关系数表示,显著性检验采用Two-tailed检验。

2 结果与分析

2.1 北疆玉米大田机械粒收质量现状

2012-2017年在北疆大田测试269组样本,其中落穗率样本量为162。相关统计结果(表1)表明,子粒破碎率最小值为1.18%,最大值为17.20%,平均值为6.38%,平均值大于5%的国家标准[玉米收获机械技术条件(GB/T 21961-2008)]要求;杂质率最小值为0,最大值为2.21%,平均值为0.41%,低于3%的国家标准[玉米收获机械技术条件(GB/T 21961-2008)]要求;产量损失率平均值为0.96%,低于5%的国家标准[玉米收获机械技术条件(GB/T 21961-2008)]要求。产量损失包括落粒和落穗两部分,其中,落粒率平均值为0.39%,落穗率平均值为0.94%,落穗率明显大于落粒率,即产量损失主要以落穗为主。

表1   北疆春玉米大田机械粒收质量调查

Table 1  The qualities of mechanical grain harvest in the field in northern Xinjiang %

收获质量Harvest quality平均值Average标准差Standard deviation最小值Minimum最大值Maximum变异系数Coefficient of variation
破碎率Broken rate6.383.031.1817.2047.5
杂质率Impurity rate0.410.390.002.2197.0
产量损失率Yield loss rate0.961.920.0015.14200.0
落粒率Grain loss rate0.390.470.003.65233.7
落穗率Ear loss rate0.942.190.0013.98120.1

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收获样本子粒破碎率如图1所示,其中,在269组样本中,破碎率低于5%的样本有101个,占37.5%;低于8%的样本203个,占75.5%;处于8.0%~17.2%的样本66个,占24.5%。

图1

图1   北疆玉米大田机械粒收子粒破碎率分布

Fig.1   The grain broken rate distribution of mechanical grain harvest in the field in northern Xinjiang


2.2 北疆玉米大田机械粒收子粒含水率

269组样本收获后子粒含水率分布如图2所示,其中平均值为23.3%,分布范围为11.3%~32.9%,变异系数为19.9%。收获时子粒含水率低于20%的样本有73个,占27.1%;低于25%的样本有158个,占58.7%;低于28%的样本有227个,占84.4%;低于30%的样本有249个,占92.6%;子粒含水率处于30.0%~32.9%的样本有20个,占7.4%。

图2

图2   北疆玉米大田机械粒收子粒含水率的分布

Fig.2   The grain moisture content distribution of mechanical grain harvest in the field in northern Xinjiang


2.3 收获质量与子粒含水率之间的相关性

收获质量指标与子粒含水率之间的相关性分析(表2)表明:子粒破碎率、杂质率与子粒含水率之间均呈极显著正相关关系,说明子粒含水率是影响北疆玉米大田机械粒收质量的重要原因。落粒率与子粒含水率呈极显著负相关,说明含水率较低时收获落粒较多。落粒率、落穗率与产量损失率之间均呈极显著正相关,且产量损失与落穗率相关度更高。

表2   大田测试机械粒收质量指标与子粒含水率的相关系数

Table 2  The relationship between mechanical grain harvest quality and grain moisture contents in the field %

收获质量
Harvest quality
子粒含水率
Grain moisture content
破碎率
Broken rate
杂质率
Impurity rate
落穗率
Ear loss rate
落粒率
Grain loss rate
破碎率Broken rate0.244**
杂质率Impurity rate0.339**0.093*
落穗率Ear loss rate0.106-0.021*0.030
落粒率Grain loss rate-0.173**0.150*-0.0720.185*
产量损失率Yield loss rate-0.0340.098*-0.0770.977**0.442**

Note: "*" indicate significant difference at the 0.05 level, and "**" indicate significant difference at the 0.01 level; the same below

注:*表示在0.05水平上差异显著,**表示在0.01水平上差异显著;下同

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子粒破碎率与含水率呈极显著正相关关系,可以用二次函数y=0.0263x2-1.0433x+15.867(R2=0.108,n=269)拟合(图3)。由拟合关系计算,子粒含水率为19.8%时破碎率最低。

图3

图3   北疆大田条件下玉米机械粒收子粒含水率与破碎率的关系

Fig.3   Relationships between grain moisture contents and grain broken rates in the field in northern Xinjiang


2.4 北疆主要种植玉米品种子粒破碎率与含水率的变化

按各品种种植面积占全新疆最大比例年份时间排序(图4),分析北疆主栽品种收获时子粒含水率与破碎率,结果可见,10个主栽品种收获时子粒含水率和破碎率存在显著差异。子粒含水率平均值均低于30%,所有样本中含水率低于25%的样本占49.3%,低于20%的样本占18.5%。郑单958子粒含水率最高,平均值为28.9%,最低的KX9384为19.2%。在10个品种中,先玉335、KX1568、KWS2564、KX3564、新引M753、KX9384和KWS3376子粒含水率低于25%。所有样本中,子粒破碎率低于5%的样本占35.1%,低于8%的占79.1%,其中子粒破碎率最高的KWS2564平均值为8.5%,最低的新引M753为3.5%;新引M751、新引M753、KX9384和KWS3376等子粒破碎率平均值低于5%。近期种植面积较大的品种中,KX9384、KWS3376早熟性好,收获时子粒含水率和破碎率较低,而高产品种新玉77存在脱水慢(收获时子粒含水率平均值为28.6%)、破碎率偏高(破碎率平均值7.6%)的问题。

图4

图4   北疆主栽玉米品种子粒含水率与破碎率

ZD958:郑单958,XY335:先玉335,M751:新引M751,M753:新引M753,XY77:新玉77

Fig.4   Maize grain moisture contents and broken rates of the main planting maize cultivars in northern Xinjiang

ZD958: Zhengdan 958, XY335: Xianyu 335, M751: Xinyin M751, M753: Xinyin M753, XY77: Xinyu 77


不同品种之间子粒破碎率具有明显的差异,在子粒含水率相同条件下新引M751的子粒破碎率明显低于KWS2564,而KX3564介于两者之间(图5)。

图5

图5   不同玉米品种子粒含水率与破碎率的关系

Fig.5   The relationship between maize grain moisture contents and broken rates of different cultivars


3 结论与讨论

早在20世纪80年代初,北疆一些农场就开始探索玉米机械粒收,但因品种晚熟、收获期子粒含水率高、收获机械及烘干设施不配套等原因,机械粒收在北疆未能得到大面积推广。进入21世纪以来,随着玉米种植面积的扩大、劳动力成本的上升、早熟脱水快品种的种植、农机具购置补贴政策的实施以及烘干收储配套设施的建设,北疆玉米机械粒收技术得到快速发展,目前粒收比例已经超过70%,成为我国玉米机械粒收率最高的地区。本研究通对该区域农户田块的调查表明,269组样本子粒破碎率平均值为6.38%,虽然较全国平均水平(8.63%)低[4],但仍高于5%的国家标准[玉米收获机械技术条件(GB/T 21961-2008)]要求,其中,子粒破碎率低于5%的样本仅占37.5%,低于8%的样本占75.5%,还有24.5%的样本处于8.0%~17.2%,因此,子粒破碎率高同样是当前北疆玉米大田机械粒收存在的主要质量问题。

收获时子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[6,7]。从本调查看,269组样本子粒含水率平均值为23.3%,可以认为,北疆是目前我国玉米机械粒收时含水率最低的区域。国内外研究表明,18%~23%是机械粒收最适宜的子粒含水率[9,10,11]。本文测试样本子粒含水率分布范围为11.3%~32.9%,25%以下的样本占58.7%,仍有41.3%的样本子粒含水率大于25%,其中,7.4%的样本大于30%,在测试样本含水率范围内,子粒破碎率与子粒含水率呈极显著正相关关系,因此,子粒含水率偏高是导致北疆玉米子粒破碎率高的一个重要因素。同时,子粒破碎率与子粒含水率之间呈二次曲线关系,决定系数仅达到0.108,表明除子粒含水率外,还存在一些其他影响子粒破碎的重要因素。

前人研究表明,机械粒收质量受多种因素的影响,在子粒含水率相同条件下,不同玉米品种子粒破碎率存在差异,子粒内部结构、大小、类型等均影响子粒破碎率[7,12-13]。在本研究中,在子粒含水率相同条件下,新引M751的子粒破碎率明显低于KWS2564,而KX3564介于两者之间,表明通过筛选抗/耐破碎品种可以有效降低子粒破碎率。此外,不同收获机械及其作业参数、玉米生育期间的生态环境因素以及种植密度、水肥管理、收获时期等栽培管理措施均会对子粒破碎率产生影响[2,6],因此,为有效控制北疆玉米子粒破碎率,还需要进一步进行深入研究。

北疆近10年来玉米机械粒收发展迅速,品种更替与密植高产栽培技术的推广发挥了重要作用,其中,种植品种早期以郑单958、先玉335、KWS1564等为主,中期KWS2564、KX3564、M751和M753的种植面积较大,近年KX9384、KWS3376和新玉77(登海618)的种植面积占比较大,种植品种总体朝早熟、脱水快、耐密植类型发展,特别是近年KX9384、KWS3376种植面积的扩大,品种的早熟性、耐密植特性更为突出。随着玉米密植高产全程机械化绿色生产技术的推广[14,15],北疆玉米种植密度由10年前的6万~7万株/hm2(4 000~5 000株/亩)上升到目前的9.0万~10.5万株/hm2(6 000~7 000株/亩),在全面实现机械粒收的同时,玉米产量也得到了显著提升,实现了高产高效的协同。

The authors have declared that no competing interests exist.
作者已声明无竞争性利益关系。

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