機械粒收推動玉米生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型

李少昆，王克如，謝瑞芝，明博

?

機械粒收推動玉米生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型

李少昆，王克如，謝瑞芝，明博

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

玉米機械粒收是利用聯(lián)合收獲機摘穗、脫粒一次完成的收獲方式，由于減少了果穗儲運、晾曬、脫粒等作業(yè)環(huán)節(jié)，不僅大大降低勞動強度、節(jié)約人力成本，還可降低晾曬、脫粒過程中的籽粒霉爛與損失，是我國玉米機械收獲的發(fā)展方向和今后玉米生產(chǎn)轉(zhuǎn)方式的重點[1]。美、德等國20世紀50年代玉米收獲作業(yè)也以機械穗收為主，70年代全面采用田間機械粒收[2-4]。目前我國玉米機械播種率已超過80%，但機械收獲率仍較低，2015年統(tǒng)計為63%，且以穗收為主；粒收主要分布在新疆、黑龍江3—5積溫帶和內(nèi)蒙古東北部等玉米產(chǎn)區(qū)[5]，占比不足5%。玉米機械收獲、特別是粒收水平低是制約我國玉米全程機械化發(fā)展的瓶頸。

國外有關(guān)玉米機械粒收技術(shù)、相關(guān)基礎(chǔ)理論研究及適合粒收品種選育的轉(zhuǎn)型主要集中于20世紀60—90年代，為機械粒收技術(shù)的全面普及提供了支撐。20世紀60年代，隨著能夠?qū)崿F(xiàn)田間籽粒直接收獲的玉米割臺被廣泛接受，粒收技術(shù)才迅速發(fā)展起來[6]。在美國玉米帶的Iowa，Illinois，Indiana，Minnesota等州，玉米籽粒聯(lián)合收獲的面積從1964年的24%增加到1968年的48%[7-9]，從此機械粒收技術(shù)在美國全面鋪開。美國在剛推廣機械粒收技術(shù)時，籽粒水分一般在20%以下，機械損傷問題并不突出。但烘干技術(shù)被廣泛采用后，20%—35%之間水分的玉米都能收獲，因水分高導(dǎo)致的籽粒機械損傷過大、烘干成本高等問題出現(xiàn)[2-3]，使得農(nóng)民遭受巨大損失[10]，并嚴重威脅到了美國玉米在國際市場的地位[11]。為此，美國和一些玉米生產(chǎn)技術(shù)先進國家開展了大量相關(guān)研究，通過品種改良、提早成熟延長脫水時間、改進粒收機械等措施，逐步解決了籽粒含水率高、機械粒收質(zhì)量不佳的問題。

推廣機械粒收是玉米生產(chǎn)方式的一次重大變革，涉及農(nóng)機、品種、栽培、收儲、烘干、銷售、加工等多個環(huán)節(jié)，是一項系統(tǒng)工程。以往我國玉米生產(chǎn)以人工收獲和機械穗收為主，在玉米品種籽粒脫水特征和影響因素、生理成熟后田間站稈晾曬、收獲機械及其作業(yè)質(zhì)量、籽粒烘干收儲等與機械粒收相關(guān)領(lǐng)域的研究較為薄弱，制約了粒收技術(shù)的應(yīng)用推廣。其中，品種是當前影響我國該技術(shù)推廣的主要制約因素。20世紀80年代以來，我國玉米育種以高產(chǎn)為目標，在傳統(tǒng)人工收獲條件下，采取了高稈稀植大穗、延長生育期獲取高產(chǎn)的育種路線，加之脫水性狀的復(fù)雜性，相關(guān)籽粒脫水研究進展較慢，后期脫水快的種質(zhì)資源嚴重不足。目前，我國許多玉米產(chǎn)區(qū)種植的品種生育期偏長，收獲時籽粒含水量通常在30%—40%，活稈成熟現(xiàn)象還較為普遍，不僅難以實現(xiàn)機械粒收，而且堆積晾曬過程中霉變嚴重，影響玉米商用品質(zhì)。培育早熟、籽粒脫水快、收獲時含水量低的品種應(yīng)成為各產(chǎn)區(qū)機械粒收技術(shù)推廣的前提。此外，籽粒破碎率作為評價玉米機械粒收質(zhì)量的主要指標，據(jù)本團隊在全國16個省市區(qū)194個地塊獲得2 450組機械粒收田間測試樣本[5，12-19]統(tǒng)計分析表明，當前玉米機械粒收破碎率均值為8.56%，高于≤5%的要求[5]。籽粒破碎不僅造成玉米收獲損失、降低玉米等級和銷售價格，而且增大烘干成本、增加安全貯藏的難度，成為我國玉米機械粒收技術(shù)推廣的重要限制因素。鑒于破碎率受品種遺傳因素、收獲機械及其作業(yè)質(zhì)量、天氣因素、栽培措施等多因素綜合影響[2,4-5,20-22]，深入研究這些因素對破碎率影響的定量關(guān)系，才能為制定高質(zhì)量的收獲措施提供依據(jù)。為推動玉米機械粒收技術(shù)的應(yīng)用，中國農(nóng)業(yè)科學院作物栽培與生理創(chuàng)新團隊自2010年起開展宜機收品種的篩選、影響收獲質(zhì)量關(guān)鍵因素的研究與技術(shù)集成示范，取得較大進展。《中國農(nóng)業(yè)科學》50卷11期“玉米栽培研究”專刊中曾集中發(fā)表了6篇團隊在玉米機械粒收方面的研究論文，本欄目又以“玉米機械粒收專題”形式發(fā)表5篇文章，其中，《玉米生長后期倒伏研究進展》針對倒伏這一制約玉米種植密度進一步提高和機械粒收技術(shù)發(fā)展的重要因素，從玉米生育后期植株的衰老生理及其影響因素角度進行綜述分析，提出提高玉米后期抗倒伏能力的措施與建議。《玉米品種穗部性狀差異及其對籽粒脫水的影響》測定了苞葉、籽粒、穗軸、穗柄等4個部位共計41項穗部性狀指標，剖析了這些性狀在品種間的差異及其對籽粒脫水的影響，發(fā)現(xiàn)苞葉短、穗軸生理成熟期含水率低、果穗夾角大、穗粒數(shù)少、籽粒小等穗部特征有利于籽粒脫水。《玉米穗軸機械強度及其對機械粒收籽粒破碎率的影響》一文研究了玉米生育后期穗軸機械強度的變化特征及其影響因素，提出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。《夏玉米籽粒脫水特征及與灌漿特性的關(guān)系研究》通過系統(tǒng)觀測玉米籽粒灌漿和脫水動態(tài)，建立了玉米籽粒含水率與授粉后積溫（＞0℃）的預(yù)測模型，分析了夏玉米籽粒脫水和灌漿特征及二者之間的關(guān)系，提出灌漿期積溫和生理成熟期籽粒含水率兩個參數(shù)作為粒收品種篩選指標的建議。《基于品種熟期和籽粒脫水特性的機收粒玉米適宜播期與收獲期分析》利用籽粒含水率預(yù)測模型，分析了西北灌溉春玉米籽粒含水率變化動態(tài)及其適宜機械粒收收獲期，以規(guī)模化生產(chǎn)的大農(nóng)場為研究對象，提出了高產(chǎn)高效協(xié)同生產(chǎn)目標下的品種和播期的配置原則，為規(guī)模化生產(chǎn)條件下基于粒收品種的搭配提供了依據(jù)。希望這些論文的發(fā)表，能拋磚引玉，帶動更多科技工作者開展玉米機械粒收相關(guān)理論與技術(shù)研究，促進以機械粒收為核心的現(xiàn)代玉米生產(chǎn)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

[1] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 侯鵬, 明博, 楊小霞, 韓冬生, 王玉華. 實施密植高產(chǎn)機械化生產(chǎn)實現(xiàn)玉米高產(chǎn)高效協(xié)同. 作物雜志, 2016(4): 1-6.

LI S K, WANG K R, XIE R Z, HOU P, MING B, YANG X X, HAN D S, WANG Y H. Implementing higher population and full mechanization technologies to achieve high yield and high efficiency in maize production., 2016(4): 1-6. (in Chinese)

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

[3] Waelti H, Buchele W F. Factors affecting corn kernel damage combine cylinders., 1969, 12(1): 55-59.

[4] Dutta P K. Effects of grain moisture, drying methods, and variety on breakage susceptibility of shelled corns as measured by the Wisconsin Breakage Tester[D]. Ames: Iowa State University, 1986.

[5] 李少昆, 王克如, 謝瑞芝, 李璐璐, 明博, 柴宗文, 侯鵬, 初振東, 張萬旭, 劉朝巍. 玉米籽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, CHAI Z W, 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)

[6] YANG L, CUI T, QU Z, LI K H, YIN X W, HAN D D, YAN B X, ZHAO D Y, ZHANG D X. Development and application of mechanized maize harvesters.2016, 9(3): 15-28.

[7] HILBERT J H. Machine and machine operrator characteristics associated with corn harvest kernel damage[D]. Ames: Iowa State University, 1972.

[8] MIU P I.. BocaTaton: CRC Press Inc., 2015: 3-25.

[9] THOMAS E H. Total corn harvesting machine design and system analysis [D]. Ames: Iowa State University, 1969.

[10] HILL L D, HURBURGH C R, PAULSEN M R.. Urbana: University of Illinois, 1981.

[11] PAULSEN M R, NAVE W R. Corn damage from conventional and rotary combines.1980, 23(5): 1110-1116.

[12] 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)

[13] 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, 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)

[14] 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, 2016, 24(2): 57-61.

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. (in Chinese)

[15] 謝瑞芝, 雷曉鵬, 王克如, 郭銀巧, 柴宗文, 侯鵬, 李少昆. 黃淮海夏玉米子粒機械收獲研究初報. 作物雜志, 2014(2): 76-79.

XIE R Z, LEI X P, WANG K R, GUO Y Q, CHAI Z W, HOU P, LI S K. Research on corn mechanically harvesting grain quality in huanghuaihai plain., 2014(2): 76-79. (in Chinese)

[16] 張文杰, 王永宏, 王克如, 趙健, 趙如浪, 李少昆. 不同玉米品種子粒脫水速率研究. 作物雜志, 2016(1): 76-81.

ZHANG W J, WANG Y H, WANG K R, ZHAO J, ZHAO R L, LI S K. Grain dehydration rate of different maize varieties., 2016(1): 76-81. (in Chinese)

[17] 李璐璐, 王克如, 謝瑞芝, 明博, 趙磊, 李姍姍, 侯鵬, 李少昆. 玉米生理成熟后田間脫水期間籽粒重量與含水率變化研究. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2052-2060.

LI L L, WANG K R, XIE R Z, MING B, ZHAO L, LI S S, HOU P, LI S K. Study on corn kernel weight and moisture content after physiological maturity in field., 2017, 50(11): 2052-2060. (in Chinese)

[18] 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)

[19] 柴宗文, 王克如, 郭銀巧, 謝瑞芝, 李璐璐, 明博, 侯鵬, 劉朝巍, 初振東, 張萬旭, 張國強, 劉廣周, 李少昆. 玉米機械粒收質(zhì)量現(xiàn)狀及其與含水率的關(guān)系. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2036-2043.

CHAI Z W, WANG K R, GUO Y Q, XIE R Z, LI L L, MING B, 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)

[20] 王克如, 李少昆. 玉米籽粒脫水速率影響因素分析. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2027-2035.

WANG K R, LI S K. Analysis of influencing factors on kernel dry-down-rate of maize hybrids.2017, 50(11): 2027-2035. (in Chinese)

[21] 王克如, 李少昆. 玉米籽粒機械收獲破碎率研究進展. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(11): 2018-2026.

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

[22] PETRE M.. BocaTaton: CRC Press Inc., 2015: 3-25.

（責任編輯 楊鑫浩）

Grain Mechanical Harvesting Technology Promotes the Transformation of Maize Production Mode

LI ShaoKun, WANG KeRu, XIE RuiZhi, MING Bo

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

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.10.003

2018-04-23；

2018-05-17

國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300110，2016YFD0300101）、國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-02-25）、國家“973”計劃（2015CB150401）、中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程

李少昆，Tel：010-82108891；E-mail：lishaokun@caas.cn