中日粳稻適時收割對產量及品質影響的研究進展

徐杰 石浩 楊柳 劉厚清 鮑春輝 馬昀釗 吳文福

（1豐益(上海)生物技術研發中心有限公司，上海 200137；2 吉林大學 生物與農業工程學院，長春 130022；3 吉林工商學院，長春 130000；第一作者：xujie7@cn.wilmar-intl.com；*通信作者：Liuhouqing@cn.wilmar-intl.com）

收割時期是影響稻谷產量和品質的一個重要因素。根據水稻成熟過程的生理變化，水稻結實后可細分為4 個時期：乳熟期、蠟熟期、完熟期（或稱黃熟期）和枯熟期。水稻適宜收割時期有不少研究報道，對農戶提高稻谷產量、提升稻米品質方面有重要指導作用。日本在水稻減損保質方面的研究開展比較早[3]。我國也積極探索了圍收儲5T 管理方法[4-5]、六步鮮米精控技術[6]和六適方程[7]等，包含了適時收割的理念和技術，試圖走出粳稻保質減損的新路線。本文綜述了收割時期對水稻產量和品質影響方面的研究進展，匯總了中國和日本水稻適時收割時期的判斷依據及方法，以期為農戶和科研工作者在提高稻谷產量、提升稻米品質方面的研究提供參考。

1 水稻種植和收割現狀

在稻作技術中，品種的改良與培育是關鍵。但是，真正獲得高產量與高品質的稻谷，是一個產業鏈集合的系統工程，其中收割時期是不可忽視的作業環節之一。中國南方稻作區大部分是一年兩熟或三熟。為了避免影響下輪作物的及時播種，當季水稻成熟后需要立即收割，也叫“搶收”，所以較少存在收割過晚問題。而中國北方地區主要屬于早熟單季稻稻作區，即一年一收。農民通常等到谷殼表面的黃色褪淡發白、枝梗開始變得干枯、籽粒水分在17.0%以下時，即枯熟期的中、后段才開始收割。一方面，可以減少在稻谷干燥上的設備和人工投入；另一方面，當地農民一般認為，水稻被霜打后才算成熟，因此中國東北地區過晚收割較為普遍，但此時爆腰粒增多，籽粒與枝梗連接強度下降，秸稈枯萎，倒伏以及斷穗、落粒現象驟增，田間損失增加，農民減收，同時加工性變差，食味品質劣化，成品米的得率和經濟效益下降[8]。

日本也是水稻種植大國，也以大米為主食。由于自然環境和可耕作土地面積所限，大米供應長期處于緊缺狀態。日本政府為了保證國民的主食需求，投入大量的人力物力改良培育新品種、提高管理種植技術、普及現代化農業設施。在供需趨于平衡后，通過增產而增加收入較為困難，為此，在不缺糧的前提下，日本著重推進優質米生產。根據日本總結的經驗，不論什么品種，不論哪個地區，收割得越晚，碾米時出米率越低，大米食味品質劣化幅度越大[9]。為了確保水稻適時收割，日本農業機構定期為農民發布水稻栽培管理指導手冊，如《農作物技術情報》《稻作技術情報》和《水稻栽培基本情報》等。手冊中涉及氣象狀況與對策（包括積溫、降雨情況）、水稻生育狀況（包括水稻的生育期時間、推薦收割時期）、水稻理化監測指標狀況（包括稻谷水分、青粒比率、爆腰率）和田間管理對策（包括排水時間、農藥化肥使用、病蟲害防治）等內容[10]。

2 收割時期對稻谷產量的影響

收割時期對稻谷產量有顯著影響，大部分研究結果顯示，抽穗后40~55 d 是水稻收割適期。過早收割，稻谷產量較低，與適期收割所獲產量相比要低5%~15%，原因是稻谷在該階段沒有全部成熟，籽粒灌漿不足、青未熟粒較多，同時籽粒中的養分物質并沒有積累到最大化，千粒重普遍處于較低水平，籽粒中的水分比較大，此時收割不僅稻谷產量較低，而且品質也較差[11]。邵小龍等[12]利用低場核磁共振（LF-NMR）技術觀察水稻抽穗到成熟過程中籽粒水分狀態的變化情況，發現水稻籽粒在抽穗后49 d 左右整體品質已經形成。相較于過早收割統一的結論，過晚收割對稻谷產量的影響則有不同看法，主要有以下3 種觀點。

2.1 隨著收割時期延遲產量在增加

劉霞萍等[13]研究發現，將北方粳稻移栽至南方稻區后，隨著收割時期延遲，每穗粒數先減少后穩定，千粒重先增加后減少，水稻單位面積有效穗數和結實率變化趨勢不明顯，稻谷產量整體呈不斷上升趨勢。日本學者淺野紘臣的研究結果也支持這種觀點，即水稻成熟后推遲約10 d 收割可以減少青粒的比例，提高產量[14]。

日本在近40 年研究了適時收割開始到延長3 周收獲這段時間內的水稻產量變化，結果發現，產量的最大值靠近后段[15]。但是，靠近前期收獲的稻米食味更佳，因此近年日本提倡不要晚收割。目前，沒有檢索到水稻抽穗后70 d 以上收獲的相關研究文獻。

2.2 隨著收割時期延遲產量先增后穩定

呂文俊等[16]以津原E28、津川1、津原45 為材料進行了適時收割試驗，發現這3 個品種在正常收獲期至延遲35 d 收獲這段期間，產量呈先增加后穩定的趨勢。持這種觀點的學者認為，稻谷千粒重在水稻成熟達到最大值后基本不再增加，而每穗實粒數和單位面積有效穗數基本保持不變或者先增加后期保持穩定，因此導致最終產量也逐漸趨于穩定[17-18]。

水流通過消力池消能后，出池水流仍有較大的余能，紊動劇烈，底部流速仍較大，具有一定的沖刷能力，因此，消力池消能后還需設置海漫及防沖槽。一般海漫設計材料往往采用混凝土和塊石，主要通過材料的粗糙、抗沖等特點來有效消除余能。

2.3 隨著收割時期延遲產量先增后減少

王麗妍等[19]和王宏潔等[20]以龍粳31、富源4 號為材料進行了相關研究，均設置了超過適時收割期限收割的處理，發現總產量會大幅降低。他們認為，超過了適時收割期間后，水稻進入枯熟期，莖葉枯萎，莖稈與稻穗基本上處于枯黃干燥狀態，稻谷水分下降，千粒重逐漸降低，導致總產量及加工時精米率大幅降低。除此之外，過晚收割的水稻由于籽粒與稻穗的結合力下降，莖稈韌性減低、脆性增加，在自然風吹搖動或其他外力作用下，完熟籽粒脫落在田間，同時斷穗現象也會增加，進而造成減產。另外，過晚收割還增加了被鳥雀、老鼠等破壞啃食的時間，導致產量下降[21]。

2019—2021 年吉林大學與益海嘉里項目合作，對多個品種、多地區采用千粒重精測法進行收割時期與產量關系的試驗研究，發現水稻產量呈先增后微減趨勢，與王宏潔等[20]和ZHANG 等[22]的研究結果相近。2019 年張娜等[22]以吉粳816、吉粳528、五優稻4 號為材料進行收割適期試驗，收割時間持續到抽穗后75 d左右，發現水稻產量呈先增后減趨勢，適宜收割時期截止到抽穗后55 d，當地實際收割截止日期與試驗最佳收割截止日期相差20 d。2020 年WANG 等[23]以吉粳511、吉粳816、吉農大667、慶林611、天隆619、沃克收1 號、方圓77、中科804、中科發5、稻花香9、五優稻4號、龍洋13 號、早香7、龍陽16、松粳29、龍洋7 號、DF416 和吉粳561 等18 個品種為材料進行收割適期研究，發現水稻產量隨收割時間延遲呈先增后減的趨勢，參試品種在東北地區平均收獲日（抽穗后75 d）收割，千粒重損失0.8591 g、損失率為3.5346%，其中圓粒品種分別為0.9914 g 和4.6203%、長粒品種分別為0.8213 g 和3.2243%，中熟品種分別為0.6869 g 和2.8820%、晚熟品種分別為1.0312 g 和4.1871%。

3 收割時期對稻米品質的影響

3.1 收割時期對加工品質的影響

收割時期是影響稻谷加工品質的重要因素之一，適宜的收割時期，有利于提升稻谷加工品質。研究表明，在水稻成熟過程中，出糙率、精米率、整精米率等加工指標呈先增加后略有降低的趨勢[24-26]。水稻適時收割其加工指標達到最佳狀態，隨著收割的延遲，如進入枯熟期后收割，指標下降。如圖1 所示，隨著出穗時間的增加，水稻逐漸成熟，千粒重逐漸增加（約在出穗后44 d達到最大值），青米比率和糙米水分逐漸降低；出穗后48 d，稻谷水分約為25.0%，此后穗上爆腰率增加[27]。

圖1 不同收割時間稻谷品質變化情況

在不同收割時期，造成稻谷加工品質各指標產生上述變化的主要原因在于水稻生長過程中干物質和水分的變化。收割時期過早，稻谷處于干物質的合成和積累階段，較多的青粒導致壟谷工藝中籽粒易碎、出糙率低，在碾米工藝中更易產生碎米[28]；隨著稻谷中營養物質的不斷積累，籽粒強度增大，加工工藝中破碎率逐漸降低，整精米率呈現升高趨勢[5]。收割時期過晚，稻谷水分較低，白天蒸發失水降至14%~16%，晚上由于稻谷內的蒸汽壓低于周圍空氣中的蒸汽壓，從而使稻谷重新從潮濕的空氣中吸收水分，短時間內水分的變化使稻谷內部應力增加產生裂紋，形成重度爆腰粒，碾磨易碎[3,29]。因此，對于容易爆腰的品種，要特別注意收割時期稻谷水分不能過低。

3.2 收割時期對籽粒外觀品質的影響

王百靈等[30]的研究表明，收割過早，稻谷灌漿不足，青粒和未熟粒相對較多，堊白度和堊白粒率相對較高。隨著稻谷進一步成熟，青粒減少、米粒不斷飽滿、亮度增加。因此，在我國，傳統上很多農民認為，晚收割稻谷顆粒更飽滿，外觀品質更好。其實不然，辛洪梅等[31]研究認為，過晚收割易出現“過熟”現象，米粒光澤度下降和裂紋粒率升高，嚴重影響稻米品質。

日本也具有相似的研究結論。佐渡農協對不同收割時期糙米外觀品質進行了對比，發現過早收割，未熟粒和青粒較多，產量和品質下降；而過晚收割，著色粒和裂紋粒增多，導致大米品質和食味下降。日本上川農業試驗場研究了優質稻品種“夢美人”在成熟過程中外觀品質的變化，發現該品種積溫達到900 ℃~1 050 ℃時成熟。隨著收割時期的延后，其整粒率逐步降低，受害粒和裂紋粒則顯著升高。由于收割的延遲，造成整粒率下降，被害粒、裂紋粒顯著上升，勢必會導致糙米等級（日本將制備成品大米的原料糙米分為一等、二等、三等和等外米）下降。因此，適時收割已成為日本水稻收割的共識。每年的8—9 月份，日本各地農業部門會發布指導文書，提醒農民不要過晚收割，確保一等米比率達90%以上，即希望當地的主流水稻品種在進行質量和成分檢驗時，90%以上的糙米可以達到一等米水平。

3.3 收割時期對稻谷營養成分和食味品質的影響

稻米中的營養成分主要是淀粉和蛋白質，以及少量脂肪、維生素和礦物質元素。米飯食味品質與籽粒中營養成分含量及性質密切相關，尤其是蛋白質含量和直鏈淀粉含量。

在水稻生長過程中，直鏈淀粉動態積累的過程主要表現為：灌漿初期籽粒中的直鏈淀粉含量較低，隨著灌漿時間的推移，直鏈淀粉含量明顯升高，灌漿后期則略有不同[32-34]。一種觀點認為，水稻進入成熟后期，直鏈淀粉含量逐漸趨于穩定[35-37]；另一種觀點則認為，收割時期越晚，水稻中的直鏈淀粉含量越高[38-39]，從而導致稻米食味下降。

水稻在成熟過程中，蛋白質含量開始呈現逐漸升高的趨勢，之后變化趨勢各不相同[40]。部分研究結果顯示，水稻在成熟后期，蛋白質含量的變化趨勢通常都是非線性的[41]，隨收割時期的延遲并沒有明顯的變化趨勢[42]。陳維君等[43]研究發現，從蠟熟期起，蛋白質含量隨著收割時期的推遲而提高，至完熟末期達到最大值，之后又呈下降趨勢。對于蛋白質含量隨收割時期變化的原因，有研究認為蛋白質含量屬于典型的數量性狀，容易受環境因素的影響，尤其受光照、溫度和水分的影響較大[44-47]。劉厚清等[48]研究認為，其原因是收割越晚，米粒中的“氮”成分含量越高，在蛋白質含量增加的同時，爆腰率也增加，因而導致食味下降。

食味值是稻谷品質的重要體現。收割過早，籽粒未成熟，癟粒、青粒多，食味值較差。隨著水稻的成熟，灌漿充實，食味值逐步上升。李文敏等[49]研究發現，在水稻抽穗后第55 d 收割，大米直鏈淀粉含量較低，米飯食味值最高。對于成熟后期收割的水稻，日本一般認為因為裂紋粒、被害粒等增多，食味值會受到較大影響。部分學者認為食味值下降是受直鏈淀粉含量和蛋白質含量增加所致[50-51]。但李旭等[52]研究表明，直鏈淀粉含量和蛋白質含量在其研究的3 個收獲期間差異均未達到顯著水平，說明直鏈淀粉含量與蛋白質含量并非是引起不同時期收獲食味值差異的因素。

4 適時收割時期的判斷方法

4.1 中國適時收割時期的判斷

中國學者針對不同品種水稻適時收割的判斷方法和依據主要集中在以下幾個方面：1）產量及構成因素；2）加工品質；3）外觀品質；4）大米營養成分；5）米飯食味品質；6）糊化特性指標。通過研究稻谷產量或品質與抽穗天數的變化規律，最終以抽穗天數作為試驗品種適時收割的主要判斷方法。多數晚稻品種的適時收割時期在水稻抽穗后45~55 d。根據水稻抽穗后天數指導農戶進行適時收割，簡單易操作。

抽穗后天數會因為研究品種和當年氣候條件不同造成一定差異，故部分研究增加積溫、黃化率或者稻谷水分等指標的變化來判斷水稻收割適期。其中，光照、積溫對于水稻的生長非常重要，但是不同品種對積溫的要求不同，記錄相對較為繁瑣。黃化率是水稻成熟過程中一個重要衡量指標，在民間有一句農業諺語，叫做“九黃十收”，也就是稻谷90%黃化成熟度，或者90%黃化率時收割，可以有十成的產量；而熟過頭，容易造成產量和品質下降。湖南省優質稻生產技術體系及應用理論研究協作組則從稻谷產量和碾米品質出發，以穗部水分21.0%左右作為適時收割的診斷指標之一，并且從便于群眾掌握的實際情況出發，將水稻齊穗后天數作為適時收割的判斷方法：早稻在齊穗后25~30 d，中稻在齊穗后30~35 d，晚稻在齊穗后45 d[53]。同時有研究者從收割不同水分稻谷的試驗中得出，當稻谷水分在19.0%~23.0%時收割，稻谷產量和上等米比例高；也有認為當稻谷水分小于25.0%時收割，其碾米品質最好，而稻谷水分低于20.00%或高于30.0%收割，碎米率增加。

4.2 日本適時收割時期的判斷

日本稻作的一個重要特征是品種相對集中。據日本農林水產省統計，2020 年種植面積前10 的品種面積占其水稻全部種植品種面積的71.6%，品種“越光”種植面積占到了33.7%。日本學者認為，如果優先考慮稻谷品質，建議按照當地農協結合農民經驗推薦的水稻適時收割期進行水稻收割；如果優先考慮產量，則可以比適時收割期推遲幾天收割。通常情況下日本農民會優先考慮稻谷品質。因此，對于適時收割的判斷，日本的經驗和結論都較為統一。通過對日本各地農協網站，以及各類農業期刊雜志匯總，主要可以概括為4點：抽穗后天數、積溫、稻谷黃化率和稻谷水分。

從表1 可見，在日本，水稻適時收割時期一般為水稻抽穗后45 d 前后，積溫達到1 000 ℃時。實際適時收割時期因品種而異，不同地區及品種所需積溫不同。在緯度較高地區，例如北緯43°附近的北海道地區種植的早熟品種，一般成熟積溫為950 ℃~1 000 ℃；在北緯38°附近的新瀉縣的中熟品種，成熟積溫為1000℃~1050℃；在北緯35°及以南地區，如岡山縣的晚熟品種，成熟積溫為1 050 ℃~1 100 ℃。水稻收獲時間取決于水稻品種和地區，有些是在8 月底，有些是在10 月底，越往北，收割時間越晚。這是因為白天的時間較短，從而減慢了水稻的生長速度。另一個原因是溫度低。日本大多數品種為中熟品種，因此收獲時間為9 月中旬至10 月中旬，如越光在9 月左右收獲。

表1 日本早、中、晚熟品種適時收割時期與成熟積溫

日本水稻于夏季開始進入成熟期，但近年來由于天氣異常炎熱，只根據積溫這個指標難以確定準確的收獲時間。黃化率（青粒率）是日本適時收割另一個重要的判斷依據。黃化率計算方法為：避開稻田邊際效應后，隨機采集稻田中未倒伏的完整稻穗11 穗；每個稻穗分別脫粒，去除癟粒，挑揀黃化谷粒數目和所有未完全黃化谷粒數目（稻谷顆粒見綠即記為未完全黃化谷粒），計算得到每穗的谷粒黃化率；去掉11 個稻穗中黃化率1 個最高值和1 個最低值，然后取平均值，即為水稻黃化率。大部分研究指出，稻谷黃化率需達到85.0%~95.0%時，或者說稻谷青粒率低于10.0%時，水稻就進入了適時收割期。與我國“九黃十收”農諺較為一致。

除了上述預測方法外，還可以通過檢測稻谷水分和糙米整粒率來提高判斷的準確性[54]。通過稻谷水分判斷相對方便，即使不清楚抽穗后的天數，以及積溫的多少，也可以根據稻谷水分加以判斷。結合日本農協相關研究和經驗總結，當稻谷水分降到25.0%左右就可以開始收割。同時，日本報道了一種根據稻谷水分計算適時收割日期的方法：當稻谷水分在30.0%以上時，每天水分降低0.9%左右；當稻谷水分在30.0%以下時，每天水分減少0.5%~0.6%，此時可以通過公式“距離適時收割天數=（水稻水分-25）/0.5”預測水稻收割時期[55]。為了使適時收割的判斷更為精準，日本許多農場根據累計溫度和稻谷的顏色接近成熟期，用“試割法”收割后制成糙米，通過整粒率判斷收獲適期，即從稻田試收5 株中等稻株，經過脫粒、烘干、礱谷后，整粒糙米的比率達到70%以上即為滿足收割要求（圖2）。

圖2 通過試割稻谷糙米整粒率判斷適期收割的步驟

4.3 信息及智能技術在水稻收割時期判斷上的應用研究

由于水稻生長周期較長，人工信息搜集、處理過程較復雜，費時費力，為方便農民判斷水稻適時收割時期，針對黃化率和積溫等重要判斷指標，相關企業和研究者積極探索將信息及智能技術運用其中。

在黃化率測定方面，可以通過圖像分析軟件對手機拍照的圖片進行L、a、b 值讀取，從而判斷水稻黃化率[56]。但該方法存在拍攝手法影響大及圖像讀取時取點隨機性大等不足。日本學者寺崎亮等[57]利用圖像掃描儀與圖像分析軟件聯用來判斷水稻黃化率，可以更客觀的協助判斷水稻收割適期。許煊汶[58]利用機器視覺雨圖像處理技術，結合深度學習算法，通過青粒率判定水稻成熟度，準確率高達99.1%。

在水稻積溫和長勢方面的監測，日本KETT 公司研制了一款適時收割日期判斷的設備。將該設備放置在田間，設置一次就會自動累計溫度，得到的積溫可以作為水稻適時收割時期的參考依據。近年來，遙感衛星探測技術也較多地應用于農業的種植和收割。中化農業MAP 智慧農業基于遙感技術，通過手機軟件就能獲得利用遙感衛星監測的水稻長勢和積溫數據，進而幫助農民精確預測水稻適時收割時期。但是遙感衛星易受云層影響，難以及時獲取數據。日本九州沖繩農業研究中心利用通用無人機的空中拍攝和高速測繪軟件，開發了一種商業可用的廣域遙感技術，不易受云層的影響[59]。該設備用多光譜攝像機從100 m 高空拍攝水稻，以拍攝數據為基礎制作水稻植被可視化的“NDVI指數”（圖3），根據該指數判斷適時收割時期。

圖3 飛行應用程序“GS Pro“的自主飛行路線設定畫面（A）和NDVI 指數（B）

5 小結

大量研究成果表明，適時收割在保證高產的同時也能夠保持稻米品質，有明顯的節糧減損效果，值得推廣。過期收割易導致“隱性損失”，其中干物質損失在3.5%左右，加上掉粒損失，損失率在7.0%左右[5，23]。適時收割日期不宜采用單一指標進行判斷，應該通過抽穗后天數、積溫、黃化率和稻谷水分等指標進行綜合判斷，信息化和人工智能手段有助適時收割技術的推廣。