黃淮海區(qū)域玉米從穗收到籽粒直收制約因素和前景展望

馬景周，劉經(jīng)緯，汪 亮，朱利萍，王 蕊，張瑞平，馬曉紅

（1.新鄉(xiāng)市職業(yè)教育中心，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；3.北京聯(lián)創(chuàng)種業(yè)有限公司，河南 鄭州 450000；4.獲嘉縣農(nóng)業(yè)局，河南 獲嘉 453800）

玉米是一種重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，不僅在畜牧業(yè)、漁業(yè)等養(yǎng)殖業(yè)中作為主要的飼料來源，也是化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域必需的工業(yè)原料，處于非常重要的地位［1-2］。玉米在我國種植廣泛，從黑龍江省黑河起，向南直到海南三亞，從東南沿海起，一直到西北邊陲，均有玉米的種植。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年，我國玉米種植面積為4 267萬hm2。目前，我國玉米的種植面積和總產(chǎn)量略低于美國，在全世界排第2位。黃淮海區(qū)域作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，也是我國最大的夏玉米集中產(chǎn)區(qū)，傳統(tǒng)的玉米穗收方式，不僅人力成本高，而且果穗晾曬、儲(chǔ)運(yùn)困難，夏季連綿陰雨時(shí)易腐爛、霉變發(fā)芽，給農(nóng)民帶來不必要的損失。因此，推進(jìn)機(jī)械化收獲對(duì)于黃淮海區(qū)域玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

未來機(jī)械收獲發(fā)展的趨勢是將籽粒直接收獲歸倉。但是，當(dāng)前玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化收獲尚是中國實(shí)現(xiàn)機(jī)械收獲的瓶頸［3-5］。近年來，國家推行了一系列強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)政策，使得我國玉米機(jī)械化收獲得到了快速發(fā)展，2019年全國玉米收獲機(jī)械保有量為36.4萬臺(tái)，玉米機(jī)收率達(dá)70%以上，比2011年增長36.4%［6-7］。現(xiàn)有的玉米收獲機(jī)類型主要包括穗收型、莖穗兼收型和籽收型［8-9］。目前我國玉米收獲機(jī)以穗收型為主，玉米籽粒機(jī)收率比較低。盡管籽粒收獲機(jī)能夠一次性實(shí)現(xiàn)玉米的摘穗、脫粒、分離、清選作業(yè)，極大地縮短了收獲周期，提高了作業(yè)效率，但由于存在籽粒損失多、含雜率高等問題［10］，嚴(yán)重降低玉米籽粒機(jī)收的質(zhì)量和產(chǎn)量，限制了其發(fā)展。因此，分析玉米從穗收到粒收的制約因素，尋找合適的解決方式，對(duì)于推進(jìn)玉米籽粒收獲的發(fā)展，提高我國玉米機(jī)械化耕作水平有著重要意義。

1 玉米從穗收到籽粒直收的制約因素

1.1 品種的制約因素

近年來，玉米生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大變化，逐步由人工收獲過渡到機(jī)械穗收，再到粒收，相應(yīng)地對(duì)玉米品種也提出了一定的要求。玉米籽粒直收通常要求玉米為早熟，起碼是中早熟的硬粒型品種，并且為矮稈型、耐密性好，后期秸稈能堅(jiān)挺抗倒伏。對(duì)果穗和籽粒的要求是，穗位整齊一致，苞葉疏松，籽粒能快速脫水。然而，目前，黃淮海區(qū)域種植的玉米品種絕大部分達(dá)不到籽粒直收的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1.1 含水率高 玉米籽粒直收，含水率在22%～25%時(shí)效果最好［2，11］。黃淮海地區(qū)是我國夏玉米主產(chǎn)區(qū)，主體種植模式為冬小麥—夏玉米一年兩熟制［12］。玉米種植時(shí)間一般在6月上旬，整個(gè)生長期3個(gè)多月，9月20日左右開始收獲，此時(shí)玉米含水量在33%左右。有研究顯示，籽粒含水率與機(jī)收籽粒破碎率呈顯著正相關(guān)，含水率越大，籽粒破碎率越高［13-17］。籽粒破碎率高，是制約我國玉米機(jī)械粒收快速發(fā)展的最主要的質(zhì)量問題［5］。黃淮海區(qū)域夏玉米的種植模式和現(xiàn)種植的玉米品種，使得籽粒含水率偏高，導(dǎo)致機(jī)械收獲脫粒過程中籽粒破碎率偏高，達(dá)8.5%以上，無法滿足籽粒直收破碎率≤5%的要求，造成產(chǎn)量損失。因此，不少育種工作者都在嘗試培育新的硬粒型玉米，現(xiàn)已育成的硬粒型玉米有粒收1號(hào)等［18］。邱軍等［19］研究表明，河南地區(qū)的一些早熟脫水快的品種，如豐德存玉13、新單58、迪卡517、東方紅119等，基本符合籽粒機(jī)收對(duì)性狀的要求。

1.1.2 抗倒伏能力不強(qiáng) 我國目前種植的玉米植株高大，穗位偏高，在熟期前后的抗倒伏能力普遍較弱，因此，容易發(fā)生倒伏現(xiàn)象，包括根倒和莖折。根倒和莖折同時(shí)出現(xiàn)的情況多發(fā)生在生理成熟前期，之后多以莖折為主［20-21］。倒伏導(dǎo)致玉米行距錯(cuò)位或匍匐在地面，雖對(duì)人工收獲沒有實(shí)質(zhì)性的影響，但后期倒伏導(dǎo)致的穗位降低或落穗會(huì)對(duì)機(jī)械收獲造成一定的障礙，影響機(jī)械收獲質(zhì)量和收獲效率［21-22］。倒伏對(duì)玉米產(chǎn)量造成的損失主要表現(xiàn)為落穗率增加，薛軍等［22］認(rèn)為，倒伏每增加1%，落穗率增加0.15%。對(duì)黃淮海夏玉米來說，倒伏造成的落穗損失要高于北方和西北春玉米，但玉米倒伏并不是機(jī)械粒收時(shí)落穗損失的全部原因，田間落穗損失還受其他因素的影響。

1.1.3 脫水速度較慢 玉米的脫水速度不是指玉米成熟時(shí)的水分含量，而是指玉米籽粒成熟即黑層出現(xiàn)之后的脫水速度。基因型是影響收獲時(shí)籽粒含水量的決定因素，玉米籽粒脫水速度主要由基因型決定，不同基因型間脫水速度差異極顯著。過去以人工收獲和晾曬為主，脫水速度沒有引起育種家的重視，也未被列入育種目標(biāo)。因此，我國自育的主栽品種多數(shù)脫水速度偏慢，不能滿足機(jī)械化收獲的要求。隨著機(jī)械化收獲的發(fā)展，玉米機(jī)收也逐漸普及，玉米品種脫水速度逐漸成為育種的核心指標(biāo)之一，越來越受到育種家的重視。研究表明，從株型上看，籽粒脫水速度與植株高度呈顯著負(fù)相關(guān)，與穗位高度呈正相關(guān)，也就是說，矮株和高穗位有助于果穗的快速脫水。從穗部性狀來看，穗粗和軸粗與籽粒脫水速度呈顯著負(fù)相關(guān)，較少的穗行數(shù)、較小的果穗和較小的籽粒有利于籽粒脫水，植株果穗與莖稈夾角也與籽粒脫水速度呈正相關(guān)［23-25］。從果穗苞葉性狀來看，苞葉厚度、苞葉層數(shù)是影響籽粒脫水速度的重要因素，籽粒脫水速度與果皮厚度呈負(fù)相關(guān)，疏松或者短的苞葉、含水量低的苞葉等有利于加快籽粒脫水速度［25-27］。這些研究都為粒收型玉米的育種工作提供了有力的工作基礎(chǔ)。

1.1.4 種植密度彈性小 黃淮海玉米種植以小麥和玉米一年兩熟輪作種植模式為主，熱量資源相對(duì)不足，留給玉米的全生育期只有120 d，生育期長的品種產(chǎn)量相對(duì)較高，但缺乏充足的時(shí)間降低玉米水分，而生育期短的品種產(chǎn)量相對(duì)較低。但是熟期大幅提早造成的單株產(chǎn)量損失，可以通過增加種植密度，來保證籽粒產(chǎn)量，從而實(shí)現(xiàn)宜粒收玉米品種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。因此，耐密性也就成為宜粒收玉米品種的另一重要性狀［27］。種植密度加大，必然會(huì)伴隨人工收獲勞動(dòng)時(shí)間、強(qiáng)度和成本的增加，不太容易被農(nóng)民接受。但隨著機(jī)械化籽粒收獲的逐步實(shí)現(xiàn)，這些問題將被消除。有研究顯示，種植密度也是影響機(jī)械化籽粒收獲的一個(gè)因素。前期田間研究結(jié)果表明，植株呈塔型、株高2.50～2.70 m、密度67 500～82 500株/hm2的品種更適合玉米籽粒直收。卜俊周等［28］研究表明，在玉米種植密度相同的條件下，配置60 cm行距較配置65 cm行距機(jī)械粒收損失率小，收獲效率高。

1.2 玉米機(jī)收設(shè)備的制約因素

目前，我國玉米機(jī)收以果穗收獲為主，后續(xù)需要脫粒、晾曬，二次用工成本仍然較高；受季節(jié)影響，易遭風(fēng)、雨等自然天氣侵蝕而造成減產(chǎn)［29］。玉米較低的機(jī)械化收獲率，影響了我國玉米種植的收益，制約了玉米的市場競爭力。目前，玉米籽粒直收的推廣應(yīng)用，除玉米品種的制約外，還面臨著很多條件的限制。

1.2.1 適宜玉米粒收機(jī)械種類及購買成本的限制

一些發(fā)達(dá)國家，如美國、德國等，已有幾十年的玉米機(jī)械化收獲歷史，對(duì)玉米收獲機(jī)的研究較多，玉米收獲機(jī)生產(chǎn)制造技術(shù)已經(jīng)成熟［29］。我國玉米機(jī)械化起步晚，自20世紀(jì)70年代我國首臺(tái)玉米收獲機(jī)4YW-2型牽引式臥輥玉米摘穗機(jī)自行研制成功以來，我國玉米收獲機(jī)械技術(shù)在不斷創(chuàng)新。但是，與發(fā)達(dá)國家相比，我國在玉米收獲機(jī)械理論研究和產(chǎn)品開發(fā)與功能設(shè)計(jì)、推廣應(yīng)用等方面還有很大差距［29-30］，目前用于籽粒直收的收獲機(jī)種類還比較少。此外，當(dāng)前大多數(shù)玉米收獲機(jī)械價(jià)格偏高，而玉米機(jī)械作業(yè)時(shí)間短且集中，導(dǎo)致作業(yè)使用成本高，經(jīng)營戶收益偏低，延長了農(nóng)戶回收機(jī)械成本的周期。如遇陰雨連綿，極易出現(xiàn)玉米收獲機(jī)不能進(jìn)地作業(yè)，對(duì)本來就利用率低、閑置時(shí)間長的玉米收獲機(jī)來說，更是雪上加霜，從而影響了農(nóng)民購機(jī)作業(yè)的積極性。

1.2.2 種植制度和地塊對(duì)農(nóng)機(jī)的限制 黃淮海地區(qū)農(nóng)村地域廣，不同地區(qū)氣候、水文存在差異，受這些因素的影響，不同地方種植制度也有所不同，有選擇機(jī)種的，也有選擇手工勞作的。玉米種植方式不同，導(dǎo)致株距、行距等不易統(tǒng)一［31-32］。在小麥、玉米一年兩熟制區(qū)域，“收麥種秋”和“收秋種麥”是最繁忙的季節(jié)，農(nóng)民傳統(tǒng)的“見籽不顧苗”觀念，使得玉米種的晚收的早，水分含量高，不利于玉米的籽粒直收［33］。不同農(nóng)戶在選擇玉米品種方面也存在差異，玉米品種不同，熟期也不一致。這些因素都給機(jī)械收獲帶來一定的困難，影響機(jī)械的工作效率，導(dǎo)致目前市場上銷售的玉米收獲機(jī)不能很好適應(yīng)當(dāng)?shù)赜衩追N植的農(nóng)藝要求，為企業(yè)研發(fā)適應(yīng)性較強(qiáng)的農(nóng)機(jī)帶來了難度，不利于玉米機(jī)械化收獲。

除此之外，農(nóng)機(jī)手素質(zhì)也影響著機(jī)械的使用效率，玉米籽粒收獲機(jī)的整機(jī)性能發(fā)揮受農(nóng)機(jī)手操作水平、專業(yè)知識(shí)和對(duì)機(jī)具保養(yǎng)與維護(hù)的影響［34］，因此，加大對(duì)農(nóng)機(jī)手的培訓(xùn)力度，提高農(nóng)機(jī)手的綜合素質(zhì)，降低機(jī)械故障率，對(duì)于玉米籽粒直收機(jī)的推廣應(yīng)用也有著重要意義。

1.2.3 土地經(jīng)營模式的限制 目前，黃淮海地區(qū)仍然實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包制，田塊分散至一家一戶，地塊不連片，缺乏種植大戶和家庭農(nóng)場，使得土地不能規(guī)模化經(jīng)營，影響機(jī)具作業(yè)效率［34-35］。尤其是家庭人口少的農(nóng)戶，土地面積也小，大型粒收機(jī)械無法進(jìn)地，不能充分發(fā)揮作用，而單行玉米收獲機(jī)等小型機(jī)械的收獲行數(shù)少，效率偏低，機(jī)具需要在田間往復(fù)行走，易壓實(shí)耕地［36］。這些因素都制約著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的進(jìn)一步發(fā)展。

2 玉米籽粒直收的應(yīng)用前景展望

隨著農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位的不斷凸顯，經(jīng)過一代又一代農(nóng)業(yè)科技工作者的接續(xù)奮斗，一些宜機(jī)收品種的選育、收獲時(shí)籽粒破碎率高的產(chǎn)業(yè)技術(shù)難題已被攻克。一些灌漿速率高、成熟期脫水快、收獲時(shí)含水率低的適合籽粒粒收的玉米新品種已審定通過。玉米機(jī)收已逐漸用于生產(chǎn)上，利用機(jī)械一次性完成玉米果穗的采摘和剝皮，并可以直接脫粒、清選，將玉米秸稈切割還田，最大程度地節(jié)約勞動(dòng)力，省去了晾曬，減少了因下雨產(chǎn)生的霉變［37］。玉米機(jī)械籽粒收獲高效生產(chǎn)技術(shù)已被列為“2020中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村重大新技術(shù)新產(chǎn)品新裝備”［38］，這對(duì)推動(dòng)玉米機(jī)械粒收的快速發(fā)展起著重要作用。

2019年9月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于實(shí)施家庭農(nóng)場培育計(jì)劃的指導(dǎo)意見》，扶持規(guī)模適度的農(nóng)戶、家庭農(nóng)場穩(wěn)定流轉(zhuǎn)土地，整合土地資源、改善基礎(chǔ)設(shè)施、提高經(jīng)營能力，農(nóng)村土地得到充分利用。特別是一些適應(yīng)黃淮海玉米種植區(qū)的專用聯(lián)合收獲機(jī)投入使用，大大縮短了玉米收獲時(shí)間，玉米生產(chǎn)正向規(guī)模化、集約化方向發(fā)展。從病蟲害防治到專用聯(lián)合收獲機(jī)械的綜合解決方案，實(shí)現(xiàn)了育種目標(biāo)和生產(chǎn)方式的變革。截至2020年，我國玉米籽粒機(jī)收新品種推廣面積已從“十二五”末的零星起步，發(fā)展到140多萬hm2。玉米籽粒直收顯而易見的優(yōu)勢使得農(nóng)民的接受程度越來越高，因此，玉米從穗收到粒收，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然，籽粒直收具有廣闊的應(yīng)用前景。