,1, 明博1, 初振东2, 张万旭2, 高尚1, 王浥州1, 侯梁宇1, 周先林1, 谢瑞芝1, 王克如1, 侯鹏1, 李少昆,1,*An growing-period indicator of maize cultivars for mechanical kernel harvest
LI Lu-Lu,1, MING Bo1, CHU Zhen-Dong2, ZHANG Wan-Xu2, GAO Shang1, WANG Yi-Zhou1, HOU Liang-Yu1, ZHOU Xian-Lin1, XIE Rui-Zhi1, WANG Ke-Ru1, HOU Peng1, LI Shao-Kun,1,*通讯作者: * 李少昆, E-mail:lishaokun@caas.cn, Tel: 010-82108891
收稿日期:2020-08-24接受日期:2021-03-19网络出版日期:2021-04-06
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Corresponding authors: * E-mail:lishaokun@caas.cn, Tel: 010-82108891
Received:2020-08-24Accepted:2021-03-19Published online:2021-04-06
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作者简介 About authors
E-mail:lilulu19910818@163.com
摘要
玉米收获期籽粒含水率偏高制约了机械粒收技术的应用, 选育和筛选快速脱水的品种是解决这一问题的关键, 然而我国尚缺乏评价籽粒脱水速率的指标。本研究于2014—2018年进行, 在不同产区调查了先玉335和郑单958的生育和脱水进程, 探讨玉米籽粒脱水速率的评价指标。结果表明, 播种-生理成熟积温、播种-25%含水率积温和生理成熟-25%含水率积温在品种之间均差异显著。其中播种-生理成熟积温先玉335和郑单958平均为3039ºC d (2752~3249ºC d)和3090ºC d (2750~3546ºC d), 差值51ºC d, 变异系数为4%和6%。播种-25%含水率积温在这2个品种之间差异更大, 先玉335和郑单958平均为3097ºC d (2920~3392ºC d)和3309ºC d (2980~3613ºC d), 差值达212ºC d, 变异系数为4%和5%。生理成熟-25%含水率积温先玉335和郑单958平均为66ºC d (0~287ºC d)和166ºC d (36~338ºC d), 变异系数为131%和54%。播种-25%含水率积温更能体现品种之间籽粒脱水速率, 可以作为现阶段机械粒收品种选育和筛选的熟期指标, 但是该指标在区域、年份和播期之间有一定差异, 在测量时建议统一田块和播种日期。本文提出用播种-25%含水率的积温作为评价籽粒脱水速率的熟期指标, 用于当前品种选育和筛选, 推动玉米机械粒收技术在国内的发展。
关键词：
Abstract
The high kernel moisture of maize (Zea mays L.) at harvest stage limits the field-application of mechanical kernel harvesting. The breeding and selection of fast dry-down cultivars is the key to solve this problem. However, there is still a lack of such indicators for evaluating the kernel dry-down rate in China. To explore the indicators, the crop growth and the kernel dry-down of two cultivars, Xianyu 335 and Zhengdan 958, were investigated across various maize belts in China from 2014 to 2018. Between the two cultivars, there were significant varietal differences in thermal times (TT) at the stages of planting-maturity (P-M), planting-25% moisture (P-25%), and maturity-25% moisture (M-25%), respectively. The TTP-M on average were 3039°C d (2752-3249°C d) for Xianyu 335 and 3090°C d (2750-3546°C d) for Zhengdan 958, with a difference value of 51°C d, and the corresponding coefficient of variations (CV) of TTP-M were 4% and 6%, respectively. The TTP-25% on average was 3097°C d (2920-3392°C d) for Xianyu 335 and 3309°C d (2980-3613°C d) for Zhengdan 958, with a larger difference value of 212°C d, while their CV were 4% and 5%. In several, the TTM-25% for Xianyu 335 and Zhengdan 958 were 66°C d (0-287°C d) and 166°C d (36-338°C d) with the CV of 131% and 54%. On account of its better reflection of kernel dry-down rate among cultivars, the TTP-25% could be considered as the growing period indicator for the breeding and selection of cultivars fitting to present mechanical kernel harvesting. In addition, this indicator might vary with region, year, or planting date, the same field and year were recommended to ensure a consistent environmental condition for measuring it. Conclusively, a new indicator (TTP-25%) for breeding and selection of fast dry-down hybrids was proposed, which potentially prompting maize kernel harvesting in China.
Keywords：
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本文引用格式
李璐璐, 明博, 初振东, 张万旭, 高尚, 王浥州, 侯梁宇, 周先林, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 李少昆. 适宜机械粒收玉米品种的熟期评价指标. 作物学报, 2021, 47(11): 2199-2207 DOI:10.3724/SP.J.1006.2021.03049
LI Lu-Lu, MING Bo, CHU Zhen-Dong, ZHANG Wan-Xu, GAO Shang, WANG Yi-Zhou, HOU Liang-Yu, ZHOU Xian-Lin, XIE Rui-Zhi, WANG Ke-Ru, HOU Peng, LI Shao-Kun.
籽粒含水率是一个重要的经济指标, 收获期玉米籽粒含水率不仅影响机械粒收质量, 还影响后续的晾晒、烘干和销售等环节。在欧美国家, 收获期籽粒含水率通常低于20% [1], 保障粒收作业顺利开展。在我国, 收获期玉米籽粒含水率普遍偏高, 制约了机械粒收技术的推广应用[2,3,4,5], 降低籽粒含水率成为当务之急。
选育籽粒快速脱水的品种是降低收获期含水率的重要举措, 目前尚缺乏适宜的评价指标。在过去的几十年里, 我国玉米育种始终以高产为目标, 对籽粒脱水性状鲜有关注, 晚熟高产品种被广泛种植, 导致收获期籽粒含水率普遍偏高。由于主推品种生育期较长, 在黄淮海夏玉米区, 即使在“双晚”模式[6,7,8,9]指导下, 也不能提供足够的时间给这些品种站秆脱水[10]。收获期过高的籽粒含水率成为影响机械粒收质量的主要因素, 籽粒破碎率、杂质率和损失率均与含水率显著正相关[2,4-5,11-15]。过高的含水率增加了收获后的晾晒难度, 也增加了烘干成本。因此, 品种选育和筛选时应该将籽粒脱水纳入评价体系。以往产量是第一目标, 品种的生育期常用于指导高产品种的选择, 各地农民根据当地热量资源条件选择正好能生理成熟的品种, 实现产量最大化。当前转变玉米生产方式, 不仅要稳定产量, 还要降低成本, 提高生产效益, 机械粒收是最为有效的技术途径。机械粒收需要品种在田间站秆脱水, 降低到一定含水率后才能高质量的收获。农民选择品种时, 如果仍然以生育期为参考, 那么籽粒难以有充足的时间进行田间脱水, 影响机械粒收技术的质量和应用推广。因此, 需要建立一个适应当前收获技术要求的新的品种熟期描述指标。
近几年, 各地玉米机收组品种审定时强调了收获期籽粒含水率, 但是由于籽粒脱水受到各种气象因子影响, 该指标并不能体现所审品种在其他生长环境下的脱水速率。考虑到积温常用来指示生育进程[16,17,18,19,20], 且温度是影响籽粒脱水的主要气象因素[21,22], 因此参考生育期的定义(播种至生理成熟的积温/天数), 本文建议将播种至某一含水率的积温作为评价品种脱水速率的熟期指标。当前破碎率高是机械粒收的主要问题, 破碎率与籽粒含水率呈二次曲线关系, 当含水率在20%左右, 破碎率最低; 含水率在15%~25%之间, 破碎率可控制在5%以内[14-15,23]。发达国家玉米机械粒收时籽粒含水率一般低于20%, 但在国内由于现阶段主推品种生育期长, 收获期籽粒含水率高, 在各个产区实现20%的低含水率收获有一定难度, 特别是在黄淮海夏玉米区难度更大。因此, 建议用播种至25%含水率的积温作为现阶段品种选育和筛选的指标。
本文调查了不同品种在不同生长环境下播种至25%含水率的积温, 探讨这一指标在不同环境条件下的变化情况, 以及这一指标能否作为籽粒脱水速率的参考标准, 为适合玉米机械粒收的品种选育和筛选提供指导。
1 材料与方法
1.1 试验设计
于2014—2018年, 在京津冀早熟夏玉米区的北京(116°30'E, 39°95'N)、黄淮海夏玉米区的河南新乡(113°54'E, 35°18'N)、东北春玉米区的黑龙江大庆(124°52'E, 46°38'N)、西北春玉米区的新疆奇台农场(89°46'E, 43°50'N)和昌吉(87°80'E, 44°29'N)进行, 其中新乡试验点在2015—2016年分别设置播期试验, 奇台农场设置4个试验点, 所选玉米品种为推广面积较大的郑单958和先玉335。各个试验点的田间管理均与当地情况一致。试验期间调查并记录品种的播种、吐丝、生理成熟和含水率降至25%的日期(表1)。生理成熟日期以果穗中部籽粒的黑层完全形成为依据[24]; 含水率降至25%的日期从动态数据中获取。吐丝后连续测定籽粒含水率, 直至收获, 取样间隔大约为7 d。每次测定时取5个果穗, 将果穗中部100粒手工脱下, 随即称取鲜重, 然后放置在85℃的烘箱中, 干燥48 h, 称取干重, 计算籽粒含水率(%):
含水率(%) = (鲜重-干重)/鲜重×100
Table 1
表1
表1各试验点品种的播种、吐丝、生理成熟、25%含水率和取样结束日期(月/日)
Table 1
| 地点 Site | 年份Year | 播种日期 Planting date | 先玉335 Xianyu 335 | 郑单958 Zhengdan 958 | 取样结束日期 Last sampling date | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 吐丝 Silking | 生理成熟 Maturity | 25%含水率 25% moisture | 吐丝 Silking | 生理成熟 Maturity | 25%含水率 25% moisture | ||||
| 北京 Beijing | 2014 | 6/1 | 7/27 | 9/24 | 9/26 | 8/1 | 9/27 | 10/12 | 11/2 |
| 2017 | 6/18 | 8/10 | 10/20 | 11/2 | 11/22 | ||||
| 2018 | 5/15 | 7/10 | 9/3 | 9/13 | 7/12 | 9/11 | 9/25 | 10/22 | |
| 2018 | 6/7 | 8/3 | 10/13 | 10/7 | 7/31 | 10/10 | 10/17 | 10/22 | |
| 河南新乡 Xinxiang, Henan | 2015 | 5/31 | 7/28 | 10/2 | 10/3 | 7/28 | 10/3 | 10/12 | 11/14 |
| 2015 | 6/11 | 8/5 | 10/9 | 10/10 | 8/4 | 10/9 | 10/19 | 11/14 | |
| 2015 | 6/16 | 8/9 | 10/14 | 10/12 | 8/9 | 10/14 | 10/18 | 11/14 | |
| 2015 | 6/20 | 8/13 | 10/18 | 10/17 | 8/12 | 10/18 | 10/20 | 11/14 | |
| 2015 | 6/30 | 8/22 | 10/24 | 11/11 | 8/23 | 10/21 | # | 11/14 | |
| 2016 | 5/29 | 7/27 | 9/21 | 9/22 | 7/28 | 9/26 | 10/3 | 10/17 | |
| 2016 | 6/4 | 7/30 | 9/26 | 9/27 | 7/31 | 9/28 | 10/13 | 10/17 | |
| 2016 | 6/11 | 8/3 | 9/30 | 9/28 | 8/3 | 10/2 | 10/20 | 10/25 | |
| 2016 | 6/18 | 8/9 | 10/6 | 10/8 | 8/8 | 10/6 | # | 10/25 | |
| 2016 | 6/25 | 8/15 | 10/21 | # | 8/13 | 10/18 | # | 10/25 | |
| 2017 | 6/18 | 8/8 | 10/15 | 10/24 | 8/10 | 10/26 | 11/6 | 12/7 | |
| 黑龙江大庆 Daqing, Heilongjiang | 2016 | 4/28 | 8/2 | 10/21 | 10/20 | 8/2 | 11/6 | # | 12/4 |
| 2017 | 5/8 | 7/28 | 10/17 | 10/27 | 8/2 | 10/29 | # | 12/10 | |
| 新疆昌吉 Changji, Xinjiang | 2017 | 5/5 | 7/8 | 9/12 | 9/27 | 7/12 | 9/15 | 9/23 | 10/11 |
| 2018 | 5/1 | 7/13 | 9/10 | 9/11 | 7/17 | 10/8 | 10/13 | 10/15 | |
| 新疆奇台农场 Qitai farm, Xinjiang | |||||||||
| 一分厂First farm | 2016 | 4/18 | 7/12 | 9/24 | 9/20 | 7/17 | 9/21 | # | 10/8 |
| 二分厂Second farm | 2016 | 4/13 | 7/17 | 9/29 | # | 10/2 | |||
| 2017 | 5/9 | 7/26 | 10/9 | 10/22 | 7/26 | 10/2 | # | 11/25 | |
| 三分厂Third farm | 2017 | 5/7 | 7/25 | 10/9 | 11/4 | 7/24 | 10/9 | # | 11/24 |
| 108团108 Regiment | 2017 | 4/23 | 7/11 | 9/14 | 9/18 | 7/13 | 9/23 | 10/3 | 11/10 |
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由于含水率的测定具有取样间隔, 无法精准获取含水率降至25%的日期, 因此, 将时间序列的含水率数据进行线性插值, 以数值最接近25%的一天作为含水率降至25%日期。按照各地的常规收获日期, 玉米籽粒含水率不能降至25%, 为了确保籽粒有充足的时间在田间站秆脱水, 各个试验点的取样结束日期均不早于当地常规收获期。
各试验点的气象资料从气象数据共享服务网(
1.2 积温的计算
计算各生育阶段的积温, 包括播种-吐丝、吐丝-生理成熟、生理成熟-25%含水率、播种-生理成熟和播种-25%含水率。计算公式为[25,26]:$\text{T}{{\text{T}}_{i}}={{T}_{\text{mean}}}-{{T}_{\text{base}}}$
$\text{TT}=\sum{\text{T}{{\text{T}}_{i}}}$
式中, TTi为第i天的积温(thermal time), Tmean为日平均气温(daily mean temperature), Tbase为下限温度(base temperature), TT为某一阶段的积温。玉米的下限温度报道中有6~10℃ [16,27-29], 但是0℃曾被用于灌浆期积温的计算[26,30-31], 且更适合用于籽粒灌浆和脱水阶段[19,20]。为了确定最优的Tbase, 参考前人的方法[20,27,32], 设置Tbase从0~10℃以1℃为单位递增, 在此基础上计算新乡2015—2017年参试品种各个阶段的积温, 以最小变异系数(coefficient of variation, CV)对应的Tbase作为该阶段的最优值。
1.3 数据处理
数据计算和绘图在Microsoft Excel 2010中完成, 箱线图用Graphpad Prism 5.0绘制, 配对法t检验(paired samples t-test)、相关分析(correlation analysis)和通径分析(path analysis)在SPSS Statistics 17.0中进行。2 结果与分析
2.1 各生育阶段下限温度的确定
新乡2015—2017年, 郑单958和先玉335各11组试验数据用于确定各个生育阶段的最佳下限温度(Tbase)。在Tbase从0℃增加至10℃过程中, 播种至吐丝积温(Planting-Silking)的变异系数(CV)逐渐减小, 先玉335从3.31%降至2.92%, 郑单958从4.83%降至4.74% (图1), 表明播种至吐丝阶段的积温计算应选择10℃作为Tbase。而吐丝至生理成熟(Silking- Maturity)、播种至生理成熟(Planting-Maturity)和播种至25%含水率(Planting-25% moisture)这3个阶段, CV随着Tbase的增加而增加, 2个品种表现一致, 表明当涉及到籽粒灌浆和脱水过程时, 积温的计算应该选择0℃作为Tbase。该结果应用于下文中不同阶段积温的计算。图1
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图1不同下限温度计算各生育阶段积温时变异系数的变化
Fig. 1Coefficient of variation (CV) as a function of Tbase when estimating thermal time duration
2.2 品种脱水差异评价指标
不同品种播种至生理成熟、播种至25%含水率和生理成熟至25%含水率的积温具有显著差异。图2中数据包括所有年份和地点, 配对法t检验显示先玉335和郑单958播种至生理成熟积温在0.05水平上差异显著, 先玉335平均为3039°C d, 变幅为2752~3249°C d, 变异系数为4%; 郑单958平均为3090°C d, 较先玉335高51°C d, 变幅为2750~ 3546°C d, 变异系数为6%。播种至25%含水率积温在这2个品种之间差异更大, 显著性水平为0.001, 先玉335平均为3097°C d, 变幅为2920~3392°C d, 变异系数为4%; 郑单958平均为3309°C d, 较先玉335高212°C d, 变幅为2980~3613°C d, 变异系数为5%。可见, 相较播种至生理成熟积温, 播种至25%含水率积温更能体现品种之间籽粒脱水速率, 可以作为品种脱水差异的评价指标。图2
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图2先玉335和郑单958播种至生理成熟、播种至25%含水率和生理成熟至25%含水率的积温
*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平差异显著; 箱形图中箱体部分代
Fig. 2Thermal times of the planting-maturity, the planting-25% moisture, and the maturity-25% moisture for hybrids Xianyu 335 and Zhengdan 958
*, **, and *** indicate significantly different at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively. The box represents the inter-quartile range (IQR), containing the middle 50% of samples in the Box-whisker plot (from the lower quartile to the upper quartile). The whiskers are drawn according to the Tukey method, extending to the data point that is the closest to 1.5 times the IQR below the lower quartile and above the upper quartile. The solid lines in the box denote the sample medians. • stands for outliers more than 1.5 times below or above the 1st or 3rd quartiles. + represents the sample mean.
一般情况下, 生理成熟后仍需要一段时间至含水率降为25%。如图2所示, 先玉335生理成熟至25%含水率积温平均为66°C d, 变幅为0~287°C d, 郑单958平均为166°C d, 变幅为36~338°C d, 2个品种在0.01水平上差异极显著, 但是二者的变异系数高达131%和54%。
综上, 播种至25%含水率积温, 既能体现品种熟期长短, 又能代表品种脱水速率, 更适合作为机械粒收品种的评价指标。从播种至籽粒含水率降至25%, 包括3个阶段: 播种至吐丝、吐丝至生理成熟和生理成熟至25%含水率, 这3个阶段的积温(x1、x2和x3)与播种至25%含水率积温(y)的关系如表2。简单相关分析显示x1、x2和x3均与y显著或极显著正相关; 但是偏相关分析显示x1与y相关不显著, 而x2和x3均与y极显著正相关; 通径分析剔除掉x1, 剩下的x2和x3对y的直接通径系数分别为0.597和0.484, 间接通径系数分别为0.028和0.035。以上结果表明, 影响播种至25%含水率积温的因素主要是吐丝至生理成熟积温和生理成熟-25%含水率积温, 与播种至吐丝积温关系不大。
Table 2
表2
表2播种至25%含水率积温的影响因素
Table 2
| 变量 Variable | 简单相关系数 Correlation coefficient | 偏相关系数 Partial correlation coefficient | 直接通径系数 Direct path coefficient | 间接通径系数 Indirect path coefficient |
|---|---|---|---|---|
| x1 | 0.367* | 0.264ns | ||
| x2 | 0.625** | 0.657** | 0.597 | 0.028 |
| x3 | 0.518** | 0.627** | 0.484 | 0.035 |
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2.3 播种至25%含水率积温在不同环境条件下的变化
播种至25%含水率积温在区域之间具有一定差异。如表3所示, 先玉335播种至25%含水率积温在各个试验点之间变化范围为2920~3285°C d, 极差为365°C d; 吐丝至生理成熟积温在1221~1634°C d之间, 极差为413°C d; 生理成熟至25%含水率积温在0~168°C d之间, 极差为168°C d; 其中, 这3个阶段积温的最大值和最小值均出现在奇台的不同试验点之间。郑单958在各个试验点均能实现生理成熟, 吐丝至生理成熟积温在1244~1654°C d之间, 极差为410°C d; 但是籽粒含水率只能在北京、新乡、昌吉和奇台108团降至25%, 在大庆、奇台一分厂、二分厂和三分厂试验测定结束之前均不能降至25%。Table 3
表3
表3各试验点吐丝至生理成熟、生理成熟至25%含水率和播种至25%含水率积温的差异
Table 3
| 品种 Hybrids | 地点 Sites | 吐丝至生理成熟 Silking-Maturity | 生理成熟至25%含水率 Maturity-25% moisture | 播种至25%含水率 Planting-25% moisture |
|---|---|---|---|---|
| 先玉335 Xianyu 335 | 北京Beijing | 1538 | 92 | 3110 |
| 新乡Xinxiang | 1507 | 45 | 3043 | |
| 大庆Daqing | 1336 | 20 | 3188 | |
| 昌吉Changji | 1508 | 152 | 3267 | |
| 奇台108团108 regiment, Qitai | 1555 | 63 | 3285 | |
| 奇台一分厂First farm, Qitai | 1634 | 0 | 3124 | |
| 奇台二分厂Second farm, Qitai | 1283 | 90 | 3032 | |
| 奇台三分厂Third farm, Qitai | 1221 | 168 | 2920 | |
| 极差Range | 413 | 168 | 365 | |
| 品种 Hybrids | 地点 Sites | 吐丝至生理成熟 Silking-Maturity | 生理成熟至25%含水率 Maturity-25% moisture | 播种至25%含水率 Planting-25% moisture |
| 郑单958 Zhengdan 958 | 北京Beijing | 1561 | 191 | 3273 |
| 新乡Xinxiang | 1533 | 173 | 3264 | |
| 大庆Daqing | 1311 | # | # | |
| 昌吉Changji | 1642 | 120 | 3479 | |
| 奇台108团108 regiment, Qitai | 1654 | 102 | 3475 | |
| 奇台一分厂First farm, Qitai | 1449 | # | # | |
| 奇台二分厂Second farm, Qitai | 1388 | # | # | |
| 奇台三分厂Third farm, Qitai | 1244 | # | # | |
| 极差Range | 410 |
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播种至25%含水率积温在年份之间也具有一定差异。如表4所示, 同一地点相近播期的不同年份之间, 先玉335播种至25%含水率积温在昌吉2017年为3392°C d, 2018年为3142°C d, 差值达到250°C d, 主要是生理成熟至25%含水率积温在年份之间差异较大; 郑单958播种至25%含水率积温在昌吉2017年为3346°C d, 2018年为3613°C d, 差值达到267°C d, 主要是吐丝至生理成熟积温在年份之间差异较大。
Table 4
表4
表4不同年份吐丝至生理成熟、生理成熟至25%含水率和播种至25%含水率积温的差异
Table 4
| 品种 Hybrids | 地点 Sites | 播期 Planting dates | 吐丝至生理成熟 Silking-maturity (°C d) | 生理成熟至25%含水率 Maturity-25% moisture (°C d) | 播种至25%含水率 Planting-25% moisture (°C d) |
|---|---|---|---|---|---|
| 先玉335 Xianyu 335 | 北京 Beijing | 2014/6/1 | 1455 | 38 | 2976 |
| 2018/6/7 | 1625 | 0 | 3127 | ||
| 新疆昌吉 Changji, Xinjiang | 2017/5/5 | 1570 | 287 | 3392 | |
| 2018/5/1 | 1445 | 18 | 3142 | ||
| 河南新乡 Xinxiang, Henan | 2015/6/11 | 1535 | 17 | 3049 | |
| 2016/6/11 | 1488 | 0 | 2946 | ||
| 郑单958 Zhengdan 958 | 北京 Beijing | 2014/6/1 | 1374 | 238 | 3234 |
| 2018/6/7 | 1688 | 87 | 3255 | ||
| 新疆昌吉 Changji, Xinjiang | 2017/5/5 | 1524 | 173 | 3346 | |
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播种至25%含水率积温在播期之间表现不同。在新乡2015年和2016年的播期试验中(图3), 随着播期的推迟, 播种至25%含水率积温整体上呈下降趋势, 但是并不完全一致。其中, 先玉335在2015年最后一个播期积温明显上升, 郑单958在2016年前3个播期积温基本持平。此外播期过晚时, 籽粒含水率在试验期间未能降至25%。
图3
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图3不同播期播种至25%含水率积温
Fig. 3Thermal times from planting to 25% moisture as a function of planting dates
3 讨论
在我国收获期籽粒含水率偏高的问题限制了玉米机械粒收技术的推广应用, 选育和筛选籽粒脱水快的品种是解决这一问题的关键。本文提出用播种至25%含水率的积温作为评价籽粒脱水速率的指标, 用于品种选育和筛选, 这对玉米机械粒收技术在国内的发展至关重要。3.1 播种至25%含水率积温评价籽粒脱水速率
播种至25%含水率积温能够评价籽粒脱水速率, 为机械粒收品种的选育和筛选提供参考。众所周知, 同一播种日期和收获日期下先玉335籽粒含水率低于郑单958, 籽粒脱水速率相对较快[33,34]。本文调查显示, 先玉335播种至25%含水率积温显著低于郑单958, 表明这一指标能够体现品种之间脱水差异。通常情况下, 玉米在成熟后需要在田间站秆一段时间, 籽粒含水率才能降至25%, 本文也分析了生理成熟至25%含水率的积温, 虽然这一指标也能体现品种差异, 但是其变异系数非常大, 且这一指标的计算需要先确定生理成熟期。虽然乳线和黑层在判断生理成熟期时非常便于观测, 但是黑层的形成有一定过程, Rench和Shaw[35]将其划分为5个阶段, 需要在田间连续观测才能准确把握黑层完全形成的日期, 且黑层的颜色在品种之间不尽相同, 黑层的形成过程容易受到环境条件影响[24,35-38]。前人报道的生理成熟期籽粒含水率在15%~42%之间[24,35,39-41], 这一范围除了受品种和环境影响外, 与黑层的判断也有关。与播种至25%含水率积温相比, 生育期为人熟知并被广泛应用, 在审定公告上通常会注明该品种播种至生理成熟的天数或者积温。生育期在一定程度上也能够体现籽粒脱水速率, 熟期早的品种成熟后脱水时间更充足, 在收获时籽粒含水率相应较低。但是生育期相近的品种, 籽粒脱水速率可能差异较大, 此时并不能依据生育期长短来评判品种脱水速率; 而且可能存在生育期有差异但是籽粒脱水速率却相近的品种, 因此, 单纯依据生育期并不能很好地反映品种脱水特性。前人曾报道当籽粒含水率降至35%左右时, 籽粒干重已达到最大, 不再增加[42,43]。由此可见, 在含水率降至25%之前, 籽粒已经完成灌浆过程, 且脱水也进行了一段时间, 播种至25%含水率积温既能体现品种熟期又能代表籽粒脱水速率, 建议将其作为评价指标, 应用于现阶段籽粒快速脱水的品种选育和筛选。
此外, 收获时籽粒含水率越低, 收获后的烘干、仓储成本越低, 但是随着玉米植株田间站秆脱水时间延长, 倒伏率升高[44], 制约了机械操作, 收获难度增大, 田间自然落穗损失和机收落穗损失均增加[15]。针对当前国内主栽玉米生育期偏长、收获期含水率高、机械粒收破碎率高的生产实际, 我们建议将25%含水率作为现阶段机械粒收可以实施的收获标准, 将播种至25%含水率积温作为适宜粒收品种的选育和筛选指标之一, 为机械粒收技术的推广应用奠定基础。机械粒收的最佳含水率应该综合考虑收获质量(包括破碎率、损失率和杂质率)、收获过程中的能耗和收获后籽粒烘干成本等指标, 实现生产效率和经济效益的最大化。发达国家玉米机械粒收时籽粒含水率大多在20%以下, 我国通过品种选育、栽培技术进步等措施, 未来同样能够逐步实现20%的低含水率收获, 甚至在含水率15%时收获。
3.2 播种至25%含水率积温受环境条件影响
播种至25%含水率积温在区域、年份和播期之间均有一定差异。分析认为播种至25%含水率积温主要与吐丝至生理成熟积温和生理成熟至25%含水率积温有关, 涉及到籽粒灌浆和脱水2个过程, 温度、降水、相对湿度、风速等环境因素均影响这2个过程[21-22,45]。本文用积温来量化播种至25%含水率的持续期长度, 虽然用积温衡量较用天数更准确[17,46], 但是温度不是驱动作物生长发育的唯一因素[17,27,47]。因此, 在测量品种播种至25%含水率积温时, 建议统一田块和播种日期, 确保充足的肥水供应。此外, 在新乡试验点的较晚播期下, 郑单958和先玉335的籽粒含水率未能降至25%, 这与测试结束日期偏早有关, 该试验点进入11月份籽粒脱水缓慢, 但是仍能降至较低水平。在奇台和大庆试验点, 当测试日期分别延长至11月下旬和12月上旬的时候, 郑单958的籽粒含水率仍然不能降至25%, 这与当地低温、降雪等田间环境因素有关, 非常不利于晚熟品种脱水。
4 结论
本研究利用多年多点试验, 在不同产区调查了先玉335和郑单958的生育和脱水进程。结果表明, 先玉335和郑单958播种至生理成熟积温平均为3039°C d和3090°C d, 播种至25%含水率积温平均为3097°C d和3309°C d, 生理成熟至25%含水率积温平均为66°C d和166°C d。这3个阶段的积温在品种之间均差异显著, 其中播种至25%含水率积温差异最大, 更能体现品种之间籽粒脱水速率, 可以作为现阶段机械粒收品种选育和筛选的熟期指标, 但是该指标在不同环境条件下有一定差异, 在测量时建议统一田块和播种日期。参考文献 原文顺序
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PhD Dissertation of Iowa State University, Iowa, USA,
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