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文摘 2024-09-04 15:02 北京

作者 | 杨柯姜春霞张伟刘恩科翟广谦张冬梅

单位 | 山西农业大学山西有机旱作农业研究院/农业农村部有机旱作农业重点实验室（部省共建）/省部共建有机旱作农业国家重点实验室（筹）/有机旱作农业山西省重点实验室，030031，山西太原

摘要

为研究不同处理对玉米籽粒破碎率的影响，分析籽粒破碎率在实验室和实际机收下的关系，探索一种测试破碎率的便捷方式，设置不同的试验，包括品种、施氮量、播期、收获期，通过室内研磨测试不同孔径下籽粒的破碎率，并拟合机械收获过程中破碎率曲线。结果表明，不同品种、施氮量、播期、收获期籽粒破碎率之间差异明显，籽粒类型偏角质、减氮25%、收获期适当推迟可以提升籽粒耐破碎性。籽粒机械收获时含水率与破碎率呈二次曲线关系，当含水率为21.95%时，破碎率最低，为4.32%；含水率与实验室内研磨籽粒孔径为2.36 mm筛子计算出的破碎率呈二次曲线关系，回归曲线方程分析相近。本研究通过室内研磨籽粒测试破碎率（2.36 mm）模拟籽粒机械实际收获时的破碎率，为选育适宜籽粒机收品种提供测试破碎率更灵活便捷的方式。

关键词 玉米；籽粒收获；耐破碎性；破碎率

玉米籽粒机械收获是我国玉米机械收获的趋势^[1]，也是实现玉米高产高效协同发展的重要生产方式^[2]。制约收获质量的主要因素是籽粒破碎率偏高^[3-6]。收获时籽粒破碎率高于《玉米收获机械（GB/T 21962-2020）》^[7]国家标准要求的5%会影响玉米商用品质，降低农民收益，增加烘干和安全贮藏成本^[8]。因此降低籽粒破碎率，提高商品等级，成为籽粒机械收获的关键技术。影响籽粒破碎率的因素有栽培管理措施、生态环境、品种遗传^[9^-^10]以及收获机械与调试状况^[11]等，含水率是破碎率偏高的关键因素^[12-14]。前人主要侧重于研究含水率对破碎率的影响^[15^-^16]及玉米籽粒耐破碎性测试方法^[17]，较少有不同处理与籽粒耐破碎性关系及破碎率快捷方便测试方法的研究。因此，本研究结合国内外现状，通过品种、施氮量、播期、收获期的不同处理，研究室内研磨籽粒测试不同孔径下破碎率的关系，将大区实际籽粒机械收获破碎率与室内测试进行对比模拟，明确不同处理对籽粒破碎率的影响，并选择适宜的室内研磨测试方法模拟实际籽粒机收破碎率，为山西玉米适宜籽粒机收品种的选育和籽粒机械收获提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年分别在山西农业大学东阳试验基地和山西省定襄县神山乡进行。东阳试验基地位于山西省晋中市榆次区东阳镇（112°40′05″ E，37°33′22″ N）,地处晋中盆地潇河冲积平原区，地势平坦，海拔795 m,属温带大陆性季风气候，年均日照时数2662 h，年均气温9.8 ℃,年均降水量388.0 mm,≥10 ℃有效积温3700 ℃，年均无霜期158 d左右,属中晚熟玉米区。试验地土壤类型为潮土，主要为耕种壤质浅色草甸土。表层土壤质地多为轻壤、中壤，少量为重壤。试验田0~20 cm土壤含有机质11.45 g/kg、全氮0.65 g/kg、有效磷10.63 mg/kg、有效钾177.4 mg/kg，前茬作物为玉米。

定襄县神山乡试验区位于山西省中部忻定盆地东侧（113°06′72″ E，38°55′76″ N），海拔760 m，属温带大陆性季风气候，年均日照时数2734 h，年均气温8.7 ℃，年均降水量410 mm，≥10 ℃有效积温3197.1 ℃，无霜期152 d左右，属中晚熟玉米区。试验田土地平整，土壤类型为潮土，属砂壤轻度盐碱地。试验田0~20 cm土壤含有机质12.04 g/kg、全氮0.63 g/kg、有效磷13.49 mg/kg、有效钾125.04 mg/kg，前茬作物为玉米。

1.2 试验设计

1.2.1 品种试验东阳基地试验选取14个主推品种，包括当地主栽品种、已经审定和待审定的适宜玉米籽粒机收品种（表1），主区为密度，设置6.0万、7.5万和9.0万株/hm²共3个密度，裂区为品种，其中前6个品种3次重复，后8个品种1次重复，小区面积均为36 m²（6 m×6 m），共78个小区，4月30日播种。

1.2.2 施氮量试验选取金科玉3306和郑单958这2个品种，设置4个施氮水平，分别为不施氮（N0）、施氮120（N1，减氮50%）、180（N2，减氮25%）、240 kg/hm²（N3，正常施氮量）。

1.2.3 播期试验选取金科玉3306、中地88这2个品种，设置5个播期，分别为4月16日、4月23日、4月30日、5月7日、5月14日，密度为7.5万株/hm²。施肥量为玉米复合肥1000 kg/hm²（N-P₂O₅-K₂O：26.5-11.5-0），作为基肥一次施入，按照大田生产常规管理和浇水。

定襄县神山乡区域试验采用有潜力的、籽粒机械收获较好的4个品种（表1）。采用裂区设计，主区为品种，裂区为收获期，4个收获期为9月27日、10月5日、10月12日、10月19日，共16个处理，每个处理小区长120 m，宽6 m，行距50 cm，密度为7.5万株/hm²，等行播种。施肥量为玉米复合肥1000 kg/hm²（N-P₂O₅-K₂O：26.5-11.5-0），作为基肥一次施入，按照大田生产常规管理和浇水。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒破碎率实验室测试方法玉米生理成熟后，对于品种、施氮量、播期不同处理的试验于10月5日人工收获长势一致的果穗，及时运回实验室。选取均匀5棒穗，手工脱穗中部粒，测试玉米籽粒水分。用镊子选取并称量大小相同、形状均匀的籽粒25 g。将籽粒放入超细研磨仪（WIGGENS PX-MFC90D），容积为500 mL，分别选取1.00、2.00、2.36 mm的样品筛，转速1200转/min,粉碎时间80 s。粉碎后将样品取出过筛，分别称重。筛上质量记作M1，筛下质量记作M2，重复3次。破碎率（%）=[M2/(M1+M2)]×100。

1.3.2 籽粒机械收获破碎率按设置的不同收获期机械收获玉米籽粒，从每个处理机械收获后的机仓内取出籽粒样品约2 kg，测试玉米籽粒水分，再根据籽粒的完整性，人工分拣出完整籽粒和破碎籽粒2个部分并称重，完整籽粒部分记作KW，破碎籽粒部分记作BKW，重复3次。破碎率（%）=[BKW/(KW+BKW)]×100。

1.3.3 含水率用谷物水分测定仪PM8188来测定籽粒含水率，重复3次。

1.3.4 收获机型机械为雷沃谷神GE70谷物联合收割机，换装4YZ-4半喂入割台（豫玉丰牌），割幅4行，速度保持当地收获时速27 km/h，145马力，由同一机手完成收获测试。

1.4 数据处理

采用Excel 2013进行数据处理，用Origin软件进行数据拟合并绘图，用SPSS 23.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对实验室玉米籽粒破碎率的影响

2.1.1 不同玉米品种在实验室通过研磨仪器来研磨不同品种籽粒，通过表2可以看出，部分玉米品种之间破碎率存在极显著差异。华美1号、广德5号和瑞普909破碎率偏高，华农887和DF607破碎率较低。不同品种籽粒类型的耐破碎性表现出较大差异，马齿型与粉质、偏粉质类型的籽粒破碎率较高；半马齿型与半粉质半角质、偏角质型的籽粒破碎率较低。适宜籽粒机械收获主要推广的4个品种金科玉3306、迪卡517、中地88、DF607破碎率相近，破碎率差异不显著，并且破碎率低于均值。

2.1.2 不同施氮量由表3可以看出，不同施氮量对玉米籽粒破碎率的影响不同，不施氮（N0）与施氮处理N1、N2和N3之间的破碎率有极显著差异，N1、N2和N3处理之间的破碎率差异不明显。可以看出3种孔径的籽粒破碎率整体趋势一致，均值表现为从N0到N1处理快速下降，N1到N3处理趋势平缓，N2和N3处理破碎率非常相近。氮肥的增施使籽粒抗破碎能力增强，破碎率降低。

2.1.3 不同播期随着播种时间推迟，玉米生育期逐渐缩短，通过表4可以看出，不同播期间破碎率有显著差异，通过均值可以看出4月23日与5月7日播种收获时破碎率较低。由于播种过早，气温较低，不利于物质积累；播种过晚，气温升高，玉米生长过快，不利于抗倒。结合抗倒性，5月上旬播种，收获时有较低的籽粒破碎率。

2.2 不同收获期与实际机收玉米籽粒破碎率的关系

分析不同收获期玉米籽粒机械收获时的破碎率（图1），可以看出主推的4个品种金科玉3306、迪卡517、中地88、DF607的籽粒破碎率随收获期呈先下降后略升高趋势，平均破碎率最高的是9月27日，为6.73%；最低的是10月12日，为3.88%，符合国家机收标准。不同收获期破碎率之间有差异，要选择合适的收获日期，籽粒破碎率才能达到国家机收标准。

2.3 玉米籽粒实际机械收获破碎率与室内研磨测试破碎率的关系

玉米籽粒机械收获时，籽粒含水率与破碎率符合二次曲线关系（图2），水分偏高是影响籽粒破碎率的主要因素^[18]，拟合方程是y=0.0678x²– 2.9761x+36.9819（R²=0.509^**，n=16）；籽粒含水率与实验室内研磨测试不同孔径下计算出的不同破碎率呈二次曲线关系（图3），拟合方程分别是y=0.0524x²–2.7523x+52.5992（R²=0.663^**，n=16）、y=0.0859x²–3.9578x+76.1715（R²=0.537^**，n=16）、y=0.1440x²–6.3311x+114.0124（R²=0.701^**，n=16）。通过对比，由拟合曲线斜率和相关度可见，y= 0.0678x²–2.9761x+36.9819（R²=0.509^**，n=16），当含水率为21.95%时，破碎率最低，为4.32%；y=0.1440x²–6.3311x+114.0124（R²=0.701^**，n=16），含水率为21.98%时，破碎率最低。籽粒实际机收破碎率与室内研磨破碎率（2.36 mm）回归曲线方程分析相近。

3 讨论

玉米籽粒破碎率是评价玉米籽粒机械收获质量及收购的重要指标，破碎率不满足标准时会导致收获质量下降，破损粒更易降低对霉菌、虫病侵袭敏感性，使其变质，降低玉米品质等级^[8]。Waelti等^[19]认为，带有玉米破损籽粒的烘干费用是无破损的6~7倍，使成本增加。本研究结果显示，不同品种间破碎率差异显著，籽粒耐破碎性是可遗传性状，具有较高的遗传力^[20-22]。破碎率偏高的玉米品种籽粒类型是粉质或偏粉质型，可能是粉质型玉米中淀粉含量较角质型高，胚乳细胞大，淀粉粒多为圆形，直链淀粉比重大，抗剪、抗压能力差，受到外力时籽粒强度下降，导致破碎率上升。而角质型玉米籽粒内部结构紧密，密度大且饱满坚硬，耐破碎性高，受到外力时不易破碎^[21]。不同籽粒成分类型有不同的耐破碎性，粉质型玉米比角质型的籽粒容易破碎。

不同施氮量对籽粒破碎率影响显著，氮肥的增施可以使籽粒机械强度上升，抗破碎能力增强，可能是由于氮素能增加籽粒角质胚乳比重，增大籽粒容重，使籽粒耐破碎性增强^[23-24]。施氮量不足会导致破碎率上升、土壤氮素过度消耗及产量形成的物质基础下降而影响产量^[25]。综合考虑成本投入、生态效益优化和实现高产高效，适宜施氮量为180 kg/hm²。

玉米籽粒机械收获要选择合适的收获期。籽粒含水率与破碎率呈二次曲线关系^[26-29]，当含水率为19.79%~25.11%时，破碎率低于5%，满足国家机收标准要求。国际上普遍认为，籽粒含水率为18%~ 23%时适宜机械收获^[30-31]。推迟收获可以降低含水率，提高籽粒硬度增加耐破碎性^[32-33]；立秆时间增长有利于脱水^[1]，但含水率低于20%后籽粒力学强度降低，呈现脆性变形，机械损伤加大，导致籽粒破碎率上升^[34]。当含水率为26%~29%时，自然落粒率为1%，当含水率降至25%以下，自然落粒率增到10%^[35]。随着收获期推迟落粒率上升，植株倒伏率也会上升，增加籽粒机械收获落粒、落穗损失^[36-37]。所以要适当延长收获时间，选择最佳收获期。

实验室内研磨测试孔径2.36 mm下的破碎率在籽粒含水率21.98%时最低；实际籽粒机械收获中，含水率21.95%时破碎率最低。这与国外Hall等^[38]研究认为籽粒含水率在20%~23%时收获破碎率最低，以及Chowdhury等^[31]认为籽粒含水率23%时机械损伤率最低结果相一致。室内研磨破碎率（2.36 mm）回归曲线方程与国内外对籽粒含水率二次曲线分析结果相近^[30,39]，说明室内研磨籽粒测试破碎率有较高可信度。破碎率高是籽粒机械收获质量的主要问题，在大量选育适宜玉米籽粒机械收获品种，进行不同处理测试收获籽粒破碎率时，可以通过在室内用研磨测试破碎率（2.36 mm）来模拟籽粒机械实际收获时的破碎率。这样可以减少收获机械进地，进而减少费用、提高效率，更灵活便捷地测试籽粒破碎率。

4 结论

玉米籽粒机械收获时，不同品种、不施氮与施氮籽粒破碎率有极显著差异，不同播期、不同收获期籽粒破碎率有显著差异，呈先降后升趋势。研究分析实验室测试与实际机械收获玉米籽粒破碎率的关系，可选用室内研磨籽粒测试破碎率（2.36 mm）来模拟籽粒机械收获的破碎率。

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Study on the Effects of Different Treatments on Mechanical

Harvest Broken Rate of Maize Grains

Yang Ke, Jiang Chunxia, Zhang Wei, Liu Enke, Zhai Guangqian, Zhang Dongmei

(Shanxi Institute of Organic Dryland Farming, Shanxi Agricultural University / Key Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture (Co-Construction by Ministry and Province), Ministry of Agriculture and Rural Affairs / State Key

Laboratory of Sustainable Dryland Agriculture (in Preparation) / Shanxi Key Laboratory

of Sustainable Dryland Agriculture, Taiyuan 030031, Shanxi, China)

Abstract In order to study the effects of different treatments on the main grain broken rate, analyze the relationship between the grain broken rate of laboratory and actual machine harvest, and explore a convenient way to test the broken rate, the experimental settings including varieties, nitrogen application rate, sowing date and harvest period, and the broken rate under different pore size sieves of indoor ground grains were studied respectively, and the curve of the broken rate in mechanical harvesting process was simulated. The results showed that there were obvious differences of grain broken rate between different varieties, nitrogen application rates, sowing dates and harvest dates, and the selection of grain type keratin, 25% reduction in nitrogen and appropriate postponement of harvest date could improve the broken resistance of grains. The moisture content and the broken rate at the time of mechanical harvesting had a quadratic relationship, when the moisture content was 21.95%, the lowest broken rate was 4.32%, and the moisture content and the broken rate calculated by the sieve with a grinding pore size of 2.36 mm in the laboratory had a quadratic relationship, the regression curve equation analysis showed similar result. The broken rate (2.36 mm) can be tested by indoor grinding, which mimics the broken rate of actual mechanical harvesting, thus providing a more flexible and convenient way for selecting suitable varieties for harvesting to test the grain broken rate.

Key words Maize; Grain harvesting; Resistance to breakage; Broken rate

本文发表于《作物杂志》2024年第4期

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