川中丘陵區夏播機收玉米生產面臨的問題及育種對策

杜 林，馬孝玲，趙后娟 ，李紅梅，何立群，李曉葉，李 燕，唐海濤*

(1.四川省農業科學院作物研究所，成都 610066；2.云南省景洪市種子管理站，云南 景洪 666100；3.云南省西雙版納州農業科學研究所，云南 西雙版納 666100)

玉米是我國播種面積和產量均位居第1的主要農作物。2019年我國玉米播種面積突破4×107hm2，其中四川省玉米播種面積達1.84×106hm2，排名第8。四川作為生豬養殖和釀酒生產大省，對飼用玉米和工業玉米的需求量巨大。在玉米供需平衡方面，四川省玉米每年供需缺口基本在3～4×106t左右，供需缺口較大，每年需從“三北”地區購進大量玉米用以滿足需求[1]。在玉米消費方面，飼料用量占比最大，一直保持在玉米消費總量的60%以上。另外四川省是我國重要的基酒生產大省，需要大量的優質玉米作為釀酒發酵原料。近年來，四川省玉米工業消費量占比快速上升，從10年前的6%上升至近30%，且一直處于上升趨勢。

2020年末四川省常住人口8367.5萬人，常住人口城鎮化率56.73%，比2010年提高16.55%。面對鄉村農耕人員急劇減少，勞動力越加匱乏，勞動成本提高，隨之新生起各種農業種植公司、生產合作社及家庭農場，農業生產進入規模化程度增強，這對本區大面積夏播玉米品種生產及全程機械化收獲要求更高加明確。當前四川省整體玉米機械化生產基礎薄弱，機械化水平較低。通過對川中丘陵地區夏播機收玉米限制因子和增產途徑的分析，有利于提升該區夏播玉米生產的機械化水平、玉米產量和效益，致使川中丘陵區玉米的可持續發展。文章針對川中丘陵區復雜多變的氣候環境和特殊的地理條件，分析了川中丘陵區夏播機收玉米生產現狀，提出了本區玉米育種目標。玉米產量品質的提升可從2個方面思考，一是針對當地自然氣候、地理土質、耕作制度、經濟需求等條件，通過遺傳改良培育出適宜當地特殊要求的優良雜交玉米新品種，以達到增產增質的目的。二是通過不斷提高栽培管理水平，確保品種的生產潛力得到最大程度的發揮。

1 面臨的突出問題

1.1 惡劣氣候環境與土質導致玉米產量下降

川中丘陵區夏播玉米面臨的惡劣氣候環境等非生物逆境脅迫對玉米生產的影響程度遠大于生物脅迫。反復無常的氣候變化迫使本區玉米難以發揮出自身潛在優勢，爆發嚴重災害可致使作物絕收。因降水時空分布不均和光輻射減少造成的陰雨寡照、高溫多濕已成為玉米降質減產的隱性災害之一，災害嚴重年份玉米可減產30%以上[2]。玉米營養生長期缺水時，會出現花期不協調，影響玉米授粉，甚至會導致雄穗與雌穗不能成功孕育。最終導致玉米產量大幅度下降[3]。因此，影響川中丘陵區夏播玉米生長的主要氣候災害以干旱、寡照、后期綿雨、低溫為主。據2006年相關資料統計，四川、重慶等省市因旱受災面積高達3.38×106hm2，其中絕收面積7.21×105hm2。經濟損失高達192.6億元，其中農產經濟損失高達81.3%[4]。另外丘陵區土質因素也是制約玉米產量提升的重要原因之一，存在土壤瘠薄、有機質含量低、保水保肥能力差、有效磷鉀供給缺乏等[5]。

1.2 病蟲害爆發日趨嚴重

四川丘陵區常年發生的玉米病蟲害種類約占我國玉米病蟲害55%以上，且年年不同[6]。近年受極端天氣的影響，玉米病害、蟲害的種類以及危害程度不斷增加，對玉米生產的威脅僅次于自然災害，是影響玉米高產穩產的主要因素之一。川中丘陵區玉米病害主要有小斑病、大班病、銹病、彎孢菌葉斑病等葉部病害，穗腐病、絲黑穗病等穗部病害，以及紋枯病、莖腐病等莖部病害。蟲害主要有蚜蟲、地老虎、紅蜘蛛、玉米螟、椿象等。其中小斑病、紋枯病普遍發生在3級以上，少數雜交組合達5～7級[7]。穗腐病近幾年普遍發生，并有上升趨勢，發病率嚴重時可高達 72.48%，病穗率達 100%，該病不僅使玉米產量直接減產，還嚴重降低了玉米品質[8]。本區玉米苗期的危害最顯著是彎刺黑蝽且有加重趨勢，致使心葉畸形、皺縮、卷曲、矮化[9]，發病率高達30%。玉米螟蟲對第二代的為害株率在5%～10%，在川中丘陵夏播玉米區普遍發生。

1.3 適宜品種極度缺乏

適宜川中丘陵區夏播的機收品種極度缺乏。根據中國種業大數據2016年統計，四川省推廣面積2.67×104hm2以上有“中單808”“荃玉9號”“成單30”“正紅505”“正紅311”等品種，均是適宜在四川盆地丘陵、平壩種植的春播中晚熟、半緊湊、高桿型稀植品種。孔凡磊等人于[10]2017～2019年在四川省中江縣對28個玉米品種、98個品次夏玉米機械粒收品種篩選試驗研究。結果表明,四川夏玉米機械粒收存在的主要問題是玉米籽粒破碎率和落穗損失率高。機械粒收籽粒破碎率均為5.63%,落穗損失率均為4.12%,籽粒總損失率均為4.76%,雜質率均為2.39%,其中落穗損失占籽粒總損失的86.55%。這些品種多與川中丘陵區夏播機收玉米品種要求的耐密植、中低桿緊湊型、穗位低、早熟及收獲時籽粒破碎率、掉穗率低等目標性狀有較大差距，說明本區適宜品種極度缺乏。

1.4 適宜農機具研發薄弱

據統計，2014年四川省玉米機耕的機械化率為60.34%，機播的機械化率為2.56%，機收的機械化率為0.36%[11],與全國玉米平均機械化使用標準相差甚遠。其中機耕程度在川中丘陵區較高，但多數在連片大面積或田塊綜合條件不錯的農業大戶中進行機耕。因農機性能設計欠缺，長年僅用旋耕方式進行土地耕作，導致土壤旋耕層變淺、土壤明顯板結緊實，部分地塊嚴重板結的發生、耕層土壤深度顯著減少。地塊較小時則采用單一的手扶式旋耕機作業，不僅勞動強度大，效率還低。川中丘陵區夏播玉米機播尚處于起步階段。當前其機具結構簡單作業范圍窄，播種效果不理想，無法實現精準播種，常出現播種不均勻、漏播、重播、出苗率低以及苗勢不均的現象。玉米機械籽粒直收是轉變玉米生產方式的主要方法，也是川中丘陵夏播玉米機械化生產的重點發展方向。當前川中丘陵區玉米穗收仍然以人工收獲為主，但收獲時勞動力不足、成本較高效益低、陰雨收獲緊張，導致本區玉米生產難以提升比較效益[12]。機械收獲籽粒是川中丘陵夏播玉米機械化生產中普及率最低的環節。近年來，川中丘陵夏播玉米區的一些專業農業種植公司、農機服務社從北方、黃淮海等地引進玉米收獲機，逐步擴大機收籽粒作業范圍。這些北方引進的籽粒收獲機具結構簡單、功耗小，抓取莖稈的能力強、摘穗效果較好。但在收獲成熟度較高的果穗時存在輥子易纏草、收獲質量差、果穗損失嚴重的問題[13]。同時，還存在本地適應性差、動力與功能匹配不當，同時，適宜北方較大地塊的的玉米收獲機，在川中丘陵區作業時，出現機型體積大，轉移不方便的問題。而轉移方便的機型動力偏小，功能不全。

2 川中丘陵區夏播玉米的育種對策

當前川中丘陵區夏播機收玉米育種的目標，是在高產的基礎上，強化適宜機械化粒收的特征特性。如中低桿、緊湊型、雄穗小花粉量足、穗軸細但質地堅硬不易碎、籽粒大小適中但容重較高破碎率低、根系發達、莖稈堅韌等。品種選育過程中，應盡可能地多地集中優良性狀,最大限度地通過提高品種自身優勢，增加適應性，使玉米生產潛力達到高產、穩產與機收相融合的目標。

2.1 針對抗逆性目標選育

土壤條件差、干旱、寡照、綿雨、高溫多濕是脅迫本區玉米生長的主要氣候不利因子，這些因素使玉米生長環境很難滿足其對水、溫、光、肥的需求。其中土層淺薄松散，保水保肥性差、缺磷缺氮等是限制玉米生長的突出問題之一。其次，干旱是限制川中丘陵區玉米單產長期徘徊在3000～4050kg/hm2主要氣象因素。本區春、夏、伏旱時有發生,出現頻率分別是60%、71%、69%,嚴重干旱年分別占26%、23%、48%[14]。因此增強玉米抵抗自然災害的能力。同時還需要對現有玉米基因雜交育種的研究進行深化，讓玉米基因之中的抗逆性因素可以得到全面的改善。

2.2 主要病蟲害抗性育種目標

四川病蟲害種類多，包括大斑病、小斑病、彎孢菌葉斑病、穗腐病、絲黑穗病、莖腐病、紋枯病等病害，以及玉米螟、地老虎、蚜蟲、紅蜘蛛、椿象等蟲害。其中玉米紋枯病、穗粒腐病、莖腐病和地老虎、蚜蟲、玉米螟是影響川中丘陵區玉米高產穩產的主要病蟲害類型。育種過程中，要研究病蟲害爆發原因和規律，加強對育種材料的針對性改良。

2.3 機收品種選育目標

據研究表明，夏玉米較春玉米相比在性狀表達上需要許多性狀進行優化。因夏季光照和積溫變化，夏玉米光合作用率提高，營養生長至生殖生長階段的時間均較春玉米快，其中全生育期平均提前18.6d。同時，夏玉米株高、穗位高和穗位系數較春玉米分別提高了5.90%、28.36%、22.28%。吐絲期葉面積指數夏玉米也顯著高于春玉米。拔節期干物質積累春玉米顯著高于夏玉米，而成熟期則表現為夏玉米顯著高于春玉米。玉米吐絲前物質積累率春播(40.74%)顯著高于夏播(37.72%)，而吐絲后物質積累率夏播顯著高于春播[15]。為適應機械化生產，川中丘陵區夏播機收玉米需要的優良性狀包括：生育期較短、耐密植、莖稈堅韌、根系發達、抗倒伏、苞葉總寬度較窄、果穗脫水速度快、機收籽粒破碎率低、果穗遺落率低等。還要求種子的發芽率達到98%以上,純度95%以上,種子大小均勻一致,籽粒飽滿。

2.4 夏播玉米機械研發目標

隨著土地規模化迅速推進，農村的生產方式以及經營方式正發生著深刻變化，玉米生產管理技術也應該相應地向機械化方向變革[16]。應加快中丘陵區夏播玉米機械化生產的研發，以動力足、效率高、寬幅合理、操作輕便等一體化的方向發展[17]，與川中丘陵區獨有的生態條件和種植模式相結合研發出適用的機具，解決好機具體型與動力、功能和易操作之間的矛盾。同時，加強適宜川中丘陵區夏播玉米耕、管、收各環節的農機具的研發工作是十分必要的,也是走農業可持續發展道路的必然要求[18]。

3 展望

川中丘陵區大致處在28°N～31°N之間，海拔在250～600m，屬溫帶和亞熱帶濕潤、半濕潤氣候。近年該區夏播玉米生長常遭受自然災害性天氣的影響，干旱、寡照、綿雨、高溫多濕等是本區的主要災害。隨著農村勞動力急劇減少，玉米供需矛盾加劇等問題的出現，未來川中丘陵區夏播玉米生產必須向集約化、機械化、深加工發展。

針對川中丘陵區夏播玉米所面臨的自然災害，品種選育過程中應加強對品種抗旱、抗倒伏、寡照、綿雨、高溫多濕等逆境的研究。通過植株表現型和遺傳基因之間的關聯性，利用分子標記輔助育種、全基因選擇、單倍體育種等技術手段，培育對本區獨有栽培條件、生態環境具有特殊適應性、抗性，并適宜全程機械化耕收的優良雜交玉米新品種，是推動川中丘陵區夏播玉米生產的最佳途徑。