李少昆 謝瑞芝 王克如 明 博 侯 鵬

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專題導讀: 加強籽粒脫水與植株倒伏特性研究、推動玉米機械粒收技術應用

李少昆 謝瑞芝 王克如 明 博 侯 鵬

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

全程機械化是現代玉米生產方式的方向, 當前條件下, 機械收獲、特別是機械粒收是我國玉米全程機械化發(fā)展的瓶頸[1-5]。為推動玉米機械粒收技術的應用, 中國農業(yè)科學院作物栽培與生理創(chuàng)新團隊自2010年起開展了相關工作, 先后發(fā)表了30余篇相關研究論文, 涉及玉米機械籽粒收獲的理論基礎、關鍵技術、模式集成等不同層面, 研究包括籽粒脫水的生理機制[6-8]、不同品種的遺傳差異[9-10]、區(qū)域生態(tài)資源特點與品種搭配[11-12]、機具的配套與應用[13]、籽粒含水和植株倒伏等限制收獲質量提升的關鍵因素[14-15], 以及其他與玉米機械粒收相關的內容[16-18], 為該技術的推廣應用提供了支持。《作物學報》以專欄形式集中刊發(fā)該研究團隊的5篇論文, 方便相關研究工作者了解最新研究動態(tài)。籽粒破碎率高、落穗落粒帶來的產量損失是當前我國玉米機械籽粒收獲存在的主要質量問題, 也是影響生產者采用該技術的主要制約因素[18-20]。黃淮海區(qū)域是我國玉米的重要產區(qū), 但小麥、玉米一年兩熟的種植模式以及玉米生長季節(jié)光熱資源的限制[6,12], 加之生產方式和機具、烘干收儲設施配套等問題, 黃淮海夏玉米區(qū)籽粒機械收獲技術的推廣應用更為復雜。雖然前人大量的研究表明, 籽粒破碎率與籽粒含水率存在顯著的相關關系[5,17,21-23], 但“夏玉米籽粒含水率對機械粒收質量的影響”一文[24]仍做出了一定的新意: 為減少收獲機械及其操作等外界條件的影響, 研究采用同一臺收獲機和操作人員對同一地塊進行分期收獲。在籽粒含水率9.68%~41.36%的調查范圍內, 隨著籽粒含水率的下降, 呈現籽粒破碎率和落粒率先降低后升高, 雜質率逐漸降低, 而落穗率逐漸增加的趨勢。即使籽粒含水率相近, 不同品種的收獲質量也存在顯著差異, 其中籽粒破碎率是決定機械粒收質量的關鍵因素。以破碎率5%和落穗率5%為標準, 本試驗條件下適宜機械粒收的籽粒含水率范圍為16.15%~24.78%, 籽粒含水率在20%左右時, 收獲質量最佳, 這與目前該區(qū)域確定的宜機收玉米品種的選擇標準仍存在一定的距離[5-6], 為選育和篩選適宜品種提出了新的要求。

玉米的籽粒脫水過程受品種的遺傳和環(huán)境等多種因素的影響[8], “黃淮海夏玉米籽粒脫水與氣象因子關系的研究”一文[25]調查了2015—2017年4個玉米品種籽粒含水率的變化過程, 采用Logistic Power模型和去趨勢的分析方法, 將玉米籽粒的實際含水率分為趨勢含水率、氣象含水率與隨機誤差, 研究范圍內玉米籽粒的氣象含水率與研究分析的大部分氣象因子呈現顯著或極顯著的相關關系: 生理成熟前蒸發(fā)量的貢獻最大, 溫度、風速主要通過蒸發(fā)量起間接作用; 生理成熟后溫度和相對濕度主要為直接作用, 且相對濕度的作用略大于溫度?！包S淮海夏玉米品種脫水類型與機械粒收時間的確立”一文[26]則以27個區(qū)域主推品種為對象, 以授粉至生理成熟積溫和生理成熟期籽粒含水率為指標, 將參試品種劃分為4種類型; 基于玉米生長進程及籽粒含水率動態(tài)測試, 結合歷史氣象資料, 利用地統(tǒng)計分析技術, 明確了不同類型品種適宜機械粒收的時空分布規(guī)律。研究還發(fā)現, 在當前種植模式下, 黃淮海南部的豫南、皖北地區(qū), 研究搜集的各類玉米品種均能滿足籽粒脫水至適宜機械粒收含水率的要求, 而在黃淮海北部、關中西部以及山東半島地區(qū), 則需通過選擇早熟和籽粒脫水快的品種加以解決。除了具體的研究結果, 這兩篇論文采用的分析方法, 如去趨勢分析和地統(tǒng)計分析的應用, 也為相關研究提供了借鑒。

倒伏對玉米生產的影響是顯而易見的: 玉米生理成熟前倒伏影響籽粒灌漿速率, 減少產量; 生理成熟后倒伏加大收獲難度, 降低效益[14]?！暗狗鼘τ衩讬C械粒收田間損失和收獲效率的影響”一文[27]的調查發(fā)現, 倒伏對產量的影響主要為落穗損失, 北方和西北春玉米區(qū)采用半喂入式機械, 落穗率和倒伏率呈線性增加趨勢; 而黃淮海夏玉米區(qū)采用全喂入式機械, 落穗率隨倒伏率增加呈指數遞增趨勢。由于收獲機械的差異, 倒伏對黃淮海夏玉米區(qū)機械粒收落穗損失的影響更大。該文通過人工模擬倒伏控制試驗發(fā)現, 倒伏每增加1%, 落穗率增加0.59%; 雖然降低收獲機割臺可以減少落穗損失, 但是降低了收獲速度。減少倒伏是降低玉米機械粒收田間損失的關鍵措施?！坝衩咨沓墒旌蟮狗兓捌溆绊懸蛩胤治觥币晃腫28]的研究結果表明: 玉米生理成熟后, 莖折率升高是倒伏增加的主要原因, 而莖折率是隨莖稈的抗折力降低而升高的。隨著成熟后的時間推移, 玉米植株重心高度逐漸降低, 莖稈基部穿刺強度、壓碎強度、彎曲強度均逐漸降低, 且與基部節(jié)間單位長度干重和含水率降低密切相關。國家標準“玉米收獲機械技術條件”(GB/T-21962-2008)中規(guī)定機械粒收的條件為田間植株倒伏率應低于5%[29], 適期收獲、降低倒伏率才能保證收獲質量。

機械粒收技術是玉米生產方式的一次重大變革, 但推廣和應用的玉米機械收粒技術必須適合當地的生產和生態(tài)條件[2]。美、德等國在20世紀70年代全面采用田間機械粒收技術前后, 也開展了大量的相關基礎理論研究、機收技術及適合粒收品種選育的研究工作[30-31]。中國玉米種植模式多樣、種植區(qū)域更為廣泛, 系統(tǒng)研究玉米機械籽粒收獲相關理論問題、關鍵技術及各地技術應用的關鍵限制性因素, 為玉米機械籽粒收獲技術的全面推廣應用提供支持。希望這些論文的發(fā)表, 能為不同方向、不同層次、不同區(qū)域的玉米機械粒收研究提供借鑒, 帶動玉米機械籽粒收獲理論研究、關鍵技術、模式集成等的發(fā)展, 促進以機械粒收為核心的玉米現代生產技術的轉變和提升。

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Editorial: Strengthening the Research of Grain Dehydration and Lodging Characteristics to Promote the Application of Maize Mechanical Grain Harvest Technology

LI Shao-Kun, XIE Rui-Zhi, WANG Ke-Ru, MING Bo, and HOU Peng

Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Beijing 100081, China

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

10.3724/SP.J.1006.2018.01743

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0300605), 國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2015CB150401), 國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項(CARS-02-25)和中國農業(yè)科學院農業(yè)科技創(chuàng)新工程資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300605), the National Basic Research Program of China (973 Program), the China Agriculture Research System (CARS-02-25), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program of CAAS.