不同玉米品種機械粒收質量評價及其鑒定指標初步篩選

楊錦越，宋 碧，羅英艦，張 軍，劉 婕，楊 翠，段家美

(貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025)

機械收獲是降低勞動強度、減少工作量、提高生產效益的關鍵技術[1-2]，也是實現(xiàn)我國玉米生產全程機械化的瓶頸[3-4]。當前，中國機收玉米以摘穗為主，機械粒收還處于起步階段，普遍存在籽粒破碎率高等收獲質量問題[5-11]，嚴重制約了機械粒收的大面積推廣。因此，分析當前玉米機械粒收的質量指標，篩選出鑒定指標，明確影響機收質量指標的主控因素，對于機械粒收技術的快速、健康發(fā)展具有重要意義。已有研究表明，收獲時莖稈壓碎強度、莖稈穿刺強度、莖稈含水量、籽粒含水量與籽粒機收質量灰色關聯(lián)度最大[12-13]，株高、穗位高和莖粗也是影響機收質量主要因素[14-15]。目前，關于不同玉米品種機收質量的研究主要集中在北方糧食主產區(qū)[16]，針對西南地區(qū)機械粒收的相關研究較少。鑒于此，通過分析20個玉米品種植株性狀指標與機收質量指標的關系，篩選出機械粒收質量的鑒定指標，為西南地區(qū)玉米生產機械粒收提供參考依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試玉米品種20個，具體編號、名稱和來源見表1。

表1 20個玉米品種名稱及來源

1.2 試驗設計

試驗于2017年3—9月在貴州省遵義市播州區(qū)石板鎮(zhèn)(27°13′N，106°17′E)進行，該區(qū)屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫14.9 ℃，無霜期291 d，降雨量1 035.7 mm。供試土壤養(yǎng)分含量：有機質26.23 g/kg，堿解氮80.50 mg/kg，全磷17.52 mg/kg，速效磷23.74 mg/kg，全鉀23.15 g/kg，速效鉀226.00 mg/kg。

采用隨機區(qū)組設計，種植密度為5.25萬株/hm2。小區(qū)面積25.5 m2(7.5 m×3.4 m)，3次重復。采用寬窄行種植，寬行0.8 m、窄行0.4 m，基肥使用復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg/hm2，在拔節(jié)期和大喇叭口期施用尿素進行追肥，用量分別為150 kg/hm2和225 kg/hm2。其他栽培管理措施同當地大田生產。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高、穗位高、莖粗 于成熟期在每個小區(qū)隨機選取10株，測量玉米植株的株高、穗位高和莖粗(地上第3節(jié)節(jié)間)。

1.3.2 莖稈穿刺強度、壓折強度、壓碎強度及穗軸壓碎強度 于成熟期每個品種選取3株，剝去葉片和葉鞘，采用YYD-1型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司生產)測定植株地上部第3、4、5節(jié)以及穗上1節(jié)和穗下1節(jié)的莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度。測定方法：將橫斷面積為0.01 cm2的測頭沿莖稈中部垂直于莖稈方向勻速緩慢插入，讀取其最大值，即為莖稈穿刺強度；將各節(jié)分別平放在測定儀的凹槽內，迅速壓下使莖稈壓折，讀取最大值，即為莖稈壓折強度；將橫截面積為1 cm2的探測頭垂直于莖稈節(jié)間中部勻速緩慢壓下，直到莖稈破裂，讀取最大值，即為莖稈壓碎強度。最后，計算5個節(jié)間莖稈穿刺強度、壓折強度和壓碎強度的平均值。將1 cm2的探測頭垂直于穗軸節(jié)間中部勻速緩慢壓下，直到穗軸破裂，讀取最大值，即為穗軸壓碎強度。

1.3.3 倒伏率、穗上倒折率、穗下倒折率 于收獲期對每小區(qū)進行調查，記錄各小區(qū)總株數、倒伏株數(植株與地面夾角小于60°)、穗上倒折株數和穗下倒折株數。

倒伏率=倒伏株數/總株數×100%，

穗下倒折率=穗下倒折株數/總株數×100%，

穗上倒折率=穗上倒折株數/總株數×100%。

1.3.4 莖稈、穗軸、苞葉、葉片、籽粒的含水率 于收獲期，每品種取3株，將植株分成莖稈、葉片、苞葉、籽粒和穗軸5個部位并稱其鮮質量，105 ℃殺青30 min，之后80 ℃烘干至恒質量并稱量。

莖稈含水率 =(莖稈鮮質量-莖稈干質量)/莖稈鮮質量×100%。

同理，計算穗軸含水率、苞葉含水率、葉片含水率。脫粒后用PM8188水分測定儀測定籽粒含水率。

1.3.5 空稈率、雙穗率 于收獲期對每小區(qū)進行調查，記錄每小區(qū)空稈株數(不結果穗或有果穗而籽粒數小于20粒的株數)及雙穗株數(主莖第2果穗籽粒數大于或等于20粒的株數)。

空稈率=空稈株數/總株數×100%，

雙穗率=雙穗株數/總株數×100%。

1.3.6 雜質率、破碎率、產量損失率 使用雷沃谷神收獲機(4LZ-4G1型)收獲之后，在測定區(qū)域將收獲機倉內收獲的籽粒混勻，隨機取2 kg左右，揀出機器損傷、有明顯裂紋及破皮的籽粒，挑出雜質，分別稱量樣品籽?？傎|量(W1)、破碎粒質量(W2)和雜質質量(W3)。

雜質率=W3/W1×100%，

破碎率=W2/(W1-W3)×100%。

收集每個小區(qū)內的落粒和落穗，測定落穗、落粒的質量。將理論產量、落穗質量和落粒質量分別折合成單位面積數值，計算產量損失率。

產量損失率=(單位面積落穗質量+單位面積落粒質量)/單位面積產量×100%。

1.4 數據分析

采用Excel 2007進行數據處理，采用DPS 7.05和SPSS 19.0軟件進行數據統(tǒng)計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同玉米品種機械粒收質量評價分析

由表2可知，不同玉米品種機械粒收質量指標之間差異顯著。在20個品種中，雜質率變化幅度較大，破碎率和產量損失率次之，籽粒含水率變化幅度較小。其中，筑黃99M/21的雜質率最大(7.53%)，其次是鄭單958(3.82%)，2個品種差異顯著，粒收1號雜質率最小，為1.36%，雜質率小于2%的品種有：先玉1171、渝單8號、正紅6號、愛農001、粒收1號、黔單16、靖玉1號和新中玉801，除了筑黃99M/21、鄭單958和靖單12號3個品種外，其余品種的雜質率均低于3%，符合國家標準(GB/T 21961—2008)[17]。

正紅431破碎率最大，為13.62%，鄭單958破碎率最小，為5.32%。若根據破碎率≤8%的糧食烘干收儲企業(yè)三級糧標準(GB/T 17890—1999)[18]，破碎率達到要求的品種有：先玉1171、愛農001、金玉932、靖豐18、仲玉3號、鄭單958、金玉838和新中玉801。

表2 不同玉米品種機械粒收的質量指標 %

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下同。

對于產量損失率而言，正紅6號最大，其次是筑黃99M/21、正紅431、靖玉1號和筑黃127/S02。根據GB/T 21962—2008[19]，其余品種的產量損失率均能滿足國家標準(≤5%)。

正紅431的籽粒含水率最高(37.40%)，先玉1171、正紅6號、愛農001、鄭單958的籽粒含水率小于30%，其余品種的籽粒含水率均大于30%，若按照破碎率≤8%的糧食烘干收儲企業(yè)三級糧標準，籽粒含水率應該控制在30%以下。

綜合機械粒收質量分析可知，先玉1171、愛農001、新中玉801和仲玉3號的雜質率、破碎率和產量損失率相對較低，比較適合機械粒收。

2.2 玉米籽粒含水率對機械粒收質量指標的影響

由圖1可知，籽粒含水率與雜質率極顯著相關，即：y=0.152 6x-2.363 6(R2=0.141 0* *,P<0.01,n=60)，說明雜質率隨籽粒含水率增加呈上升趨勢，籽粒含水率大于30%時，對雜質率增加的影響較為明顯。由圖2可知，籽粒含水率與破碎率呈極顯著正相關關系，即y=0.362 9x-2.991 6(R2=0.306 7* *,P<0.01,n=60)，說明隨著籽粒含水率增加，破碎率呈直線增加。由圖3可知，籽粒含水率與產量損失率存在顯著的正相關關系(y=0.117 0x+0.555 6(R2=0.076 5*,P<0.05,n=60)，隨著籽粒含水率的增加，產量損失率呈顯著增加趨勢，籽粒含水率控制在26.75%左右時，田間收獲產量損失率≤5%，滿足GB/T 21962—2008[19]的要求。

圖1 玉米籽粒含水率與雜質率的關系

圖2 玉米籽粒含水率與破碎率的關系

圖3 玉米籽粒含水率與產量損失率的關系

2.3 玉米植株相關性狀與機械粒收質量指標的灰色關聯(lián)度分析

根據灰色系統(tǒng)理論[20]，將所調查的17個性狀指標及3個機械粒收質量指標看作一個灰色系統(tǒng)，17個性狀指標看作該系統(tǒng)的一個灰因素，3個機械粒收質量指標設為參考數列，17個性狀指標設為比較數列，計算各性狀和機械粒收質量指標的灰色關聯(lián)度，得到每個性狀指標值和機械粒收質量指標的關聯(lián)度(表3—5)。根據灰色系統(tǒng)理論原理，關聯(lián)度越大，說明該數列和參考數列間變化的態(tài)勢越接近，相互關系越密切。

由表3可知，與雜質率灰色關聯(lián)度最大的是籽粒含水率，其次是莖稈含水率和穗軸含水率，灰色關聯(lián)度分別達0.713 9、0.709 1、0.707 7，可見，3個指標與雜質率的灰色關聯(lián)度相差較小，說明籽粒含水率、莖稈含水率和穗軸含水率對雜質率的影響都較大，共同影響機械粒收效果的好壞。

由表4可知，與破碎率關聯(lián)度最大的是籽粒含水率，其次是莖稈含水率和莖稈穿刺強度，灰色關聯(lián)度分別為0.781 1、0.773 2、0.764 6，與破碎率灰色關聯(lián)度最小的是雙穗率(0.447 2)，說明莖稈含水率和莖稈穿刺強度對籽粒破碎率的影響相對較大，雙穗率對機械粒收破碎率影響不大。

由表5可知，與產量損失率灰色關聯(lián)度最大的是籽粒含水率，其次是穗軸含水率、株高、穗位高，雙穗率和穗下倒折率與產量損失率灰色關聯(lián)度較小，說明產量損失率受穗軸含水率、株高和穗位高的影響較大。

綜合來看，籽粒含水率、莖稈含水率、穗軸含水率、株高、穗位高、莖粗、莖稈穿刺強度這7項指標與機械粒收的質量關聯(lián)度較大，說明17項指標中，這7項指標與機械粒收質量的變化趨勢較為一致的。其中，籽粒含水率與3個機械粒收的質量指標關聯(lián)度均居第1，說明籽粒含水率是影響機械粒收質量的重要指標；由于關聯(lián)度系數并無負值，若變量之間存在負相關，關聯(lián)度不能準確反映出來，為了能更科學和全面地篩選機械粒收質量綜合評價指標，進一步對17項性狀指標與機械粒收質量指標之間進行逐步回歸分析。

表3 各指標與雜質率的灰色關聯(lián)度分析

注：X1.株高；X2.莖粗；X3.穗位高；X4.平均莖稈穿刺強度；X5.平均莖稈壓折強度；X6.平均莖稈壓碎強度；X7.穗軸壓碎強度；X8.空稈率；X9.雙穗率；X10.倒伏率；X11.穗上倒折率；X12.穗下倒折率；X13.莖稈含水率；X14.穗軸含水率；X15.苞葉含水率；X16.葉片含水率；X17.籽粒含水率；下同。

表4 各指標與破碎率的灰色關聯(lián)度分析

表5 各指標與產量損失率的灰色關聯(lián)度分析

2.4 逐步回歸分析及機械粒收質量評價指標的篩選

以灰色關聯(lián)度分析中17個性狀指標為自變量(X)，雜質率(Y1)、破碎率(Y2)和產量損失率(Y3)為因變量，進行逐步回歸分析，剔除不顯著的自變量，得到最優(yōu)回歸方程。

Y1=17.439-0.023X1-1.569X2+0.005X7+0.201X8+0.114X12-0.282X14(R2=0.933 1* *,P<0.01)，

Y2=-24.993+0.042X1+0.002X6-0.012X7+0.366X12+0.421X13-0.984X14+0.093X15+0.482X17(R2=0.930 6* *,P<0.01)，

Y3=-9.342+6.706X2-0.038X3+0.001X6-0.012X7+0.074X10+0.089X12-0.085X15+0.101X16+0.068X17(R2=0.926 2* *,P<0.01)。

由以上逐步回歸方程可知，各指標與各機械粒收質量指標的回歸方程預測值的相關系數分別為:r=0.965 9* *、r=0.964 7* *和r=0.962 4* *，均達到了極顯著水平，其中，雜質率與株高、莖粗、穗軸含水率呈負相關，與空稈率、穗軸壓碎強度、穗下倒折率呈正相關；破碎率與穗軸壓碎強度、穗軸含水率呈負相關，與株高、莖稈壓碎強度、穗下倒折率、莖稈含水率、苞葉含水率和籽粒含水率呈正相關；產量損失率與穗位高、穗軸壓碎強度和苞葉含水率呈負相關，與莖粗、莖稈壓碎強度、倒伏率、穗下倒折率、葉片含水率和籽粒含水率呈正相關。因此，通過逐步回歸綜合分析得出，株高、莖粗、穗位高、莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、空稈率、倒伏率、穗下倒折率、莖稈含水率、穗軸含水率、苞葉含水率、葉片含水率和籽粒含水率可以作為評價機械粒收質量的重要農藝指標。

3 結論與討論

玉米機械粒收的質量指標主要包括籽粒破碎率、雜質率和產量損失率[17]，這3個指標共同決定玉米品種是否適合機械化收獲。本試驗條件下，不同玉米品種機械粒收質量指標之間差異顯著；雜質率變化幅度較大，破碎率和產量損失率變化幅度較小，這與雷恩等[21]的研究結果一致。柳楓賀等[7]研究表明，籽粒含水率與籽粒破碎率、產量損失率和雜質率呈顯著相關，籽粒水分含量越高，機收籽粒破碎率和雜質率越高，但田間損失率越低。李璐璐等[9]研究表明，籽粒含水率與籽粒破碎率、產量損失率和雜質率呈顯著相關，隨著籽粒含水率的增加，產量損失率呈增加趨勢。本研究結果表明，籽粒含水率與雜質率、破碎率和產量損失率均存在顯著的正相關關系，這與李璐璐等[9]的研究結果一致；但籽粒含水率對產量損失率的影響與柳楓賀等[7]的研究結果有所不同，原因可能與收獲機械的型號、供試品種及生態(tài)條件不同有關。

玉米籽粒機械收獲質量受品種特性、收獲機械類型、耕作模式等多種因素的影響[22-26]。收獲質量主要通過機械粒收質量指標進行評價，機械粒收質量指標又受到植株農藝性狀、莖稈性狀和病蟲害等因素的影響，這使得機械粒收質量指標與植株性狀指標間關系復雜，且具有一定的模糊性，可將其視為一個灰色系統(tǒng)，針對某個因素與其他多個因素進行關聯(lián)分析，找出其中的主要因素[27-31]。本研究通過灰色關聯(lián)度分析得出，籽粒含水率、莖稈含水率、穗軸含水率、株高、穗位高、莖粗、莖稈穿刺強度對機械粒收質量指標的關聯(lián)度較大，與周穎等[12]對玉米莖稈特性及機收指標研究得出結果基本一致。由于關聯(lián)度值均大于0，若變量之間存在負相關，關聯(lián)度不能準確反映出來，為了全面篩選機械粒收質量的鑒定指標，進一步通過逐步回歸分析，剔除不顯著的自變量指標得出，莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、空稈率、倒伏率、穗下倒折率、苞葉含水率、葉片含水率對機械粒收質量影響也較大。

本試驗中，籽粒含水率與機械粒收質量指標的關聯(lián)度均居第1位，說明籽粒含水率與機械粒收質量關系最為密切。綜合灰色關聯(lián)度分析和逐步回歸分析結果，株高、莖粗、穗位高、莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、空稈率、倒伏率、穗下倒折率、莖稈含水率、穗軸含水率、苞葉含水率和葉片含水率、籽粒含水率等總計13項指標對機械收獲質量都有不同程度的影響。其中，雜質率與株高、莖粗、穗軸含水率呈負相關，與空稈率、穗軸壓碎強度、穗下倒折率呈正相關；破碎率與穗軸壓碎強度、穗軸含水率呈負相關，與株高、莖稈壓碎強度、穗下倒折率、莖稈含水率、苞葉含水率和籽粒含水率呈正相關；產量損失率與穗位高、穗軸壓碎強度和苞葉含水率呈負相關，與莖粗、莖稈壓碎強度、倒伏率、穗下倒折率、葉片含水率和籽粒含水率呈正相關。尚賞等[32]研究表明，籽粒含水率受莖稈含水率影響，莖稈含水率也間接影響穗軸含水率、苞葉含水率和葉片含水率，因此，植株各部分含水率的大小間接影響籽粒機械粒收質量，籽粒含水率和莖稈含水率影響最為明顯。另外，適宜機械化收獲的品種株高和穗位高一般較低，較高會增加產量損失率[33]。莖粗和莖稈強度會影響穗下倒折率、倒伏率，間接影響機械粒收質量[34-37]。韓托[38]對玉米適宜機械化收獲相關性狀研究表明，穗軸強度與籽粒含水率呈顯著正相關，穗軸強度越大，籽粒含水率越高，增加籽粒破碎率和損失率，不利于機械收獲。可見，本研究通過灰色關聯(lián)度分析和逐步回歸分析得出研究結果與前人基本一致。因此，筆者認為，除籽粒含水率之外，株高、莖粗、穗位高、莖稈壓碎強度、穗軸壓碎強度、穗下倒折率、倒伏率、空稈率、穗軸含水率、莖稈含水率、苞葉含水率和葉片含水率可作為主要機械收獲質量的評價鑒定指標，供機械收獲時參考。下一步將對各鑒定指標的適宜量化值進行研究。

本試驗條件下，20個玉米品種的機械粒收效果差異明顯。收獲期籽粒含水率為26.92%～37.40%，平均含水率為31.81%，平均破碎率大于8%，因此，籽粒含水率和破碎率偏高是西南地區(qū)玉米機械粒收存在的主要問題，應該適當推遲收獲期或者選擇早熟品種。先玉1171、愛農001、新中玉801和仲玉3號的雜質率、破碎率和產量損失率相對較低，適合推廣機械粒收。