推荐||玉米籽粒机械收获破碎率研究

编辑 | 新锐恒丰研究院

来源 |  《作物杂志》2007.02

作者 |  李少昆等（作者已授权）

前言

籽粒机械收获是玉米收获技术和生产方式转变的方向，籽粒破碎率是评价玉米籽粒机械收获质量的重要指标。国外有关玉米籽粒破碎率的研究主要集中于 20 世纪 60-90 年代，与大面积推广机械直接收获籽粒技术的时期基本一致。在我国，玉米籽粒机械收获技术目前在新疆北疆、黑龙江 3-5 积温带和内蒙古东北部等地已经大面积推广，其他产区正积极开展试验示范，关于籽粒破碎已陆续有一些报道，但主要集中在摘穗过程中的破碎 。本团队自 2010 年起在全国开展玉米籽粒机械收获技术的研究与示范，2011 年至2016 年期间在全国16省（市、区）获得 2450 组收获质量样本数据，本文将以这些数据为基础，结合国内外相关研究，分析当前我国玉米籽粒机械收获破碎率现状及其影响因素，探索降低破碎率的研究方向和有效对策，推动我国玉米籽粒机械收获技术的快速发展。

1. 材料与方法

2011至2016年在全国 16 省市区（新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、内蒙、河南、河北、山东、安徽、江苏、天津、北京、辽宁、吉林、黑龙江）开展玉米籽粒机械收获技术试验示范，共获得 194 个地块 2450 组收获质量样本数据，其中，籽粒水分含量及破碎率、杂质率测定方法：在测试地块，随机取收割地块机仓内收获的籽粒样品约 2 kg，首先用 PM8188 水分测定仪测定含水率，然后称其重量，手工分拣将其分为籽粒和非籽粒两部分；对籽粒部分称其重量并计为 KW1，非籽粒部分称重计为 NKW；再根据籽粒的完整性，将其分为完整籽粒和破碎籽粒并分别称重，完整粒部分重量计为 KW2，破碎粒重量计为 BKW：杂质率（%）=[NKW/（KW1 NKW）]×100；籽粒破碎率（%）=[BKW/（KW2 BKW）]×100；

田间机收损失率调查方法：在测试的已收割地块随机选取 3 个样点，每个样点取 2 一个割幅宽（4-8 行玉米）面积做为样区，收集样区内所有的落穗和落粒，并分别称其籽粒重，按照样区面积计算单位面积的落穗重和落粒重，计算总产量损失量。

产量损失率（%）=（单位面积田间落粒重 单位面积田间落穗籽粒重）/单位面积产量*100。

2. 结果与分析

 1） 玉米籽粒机械收获质量现状

籽粒破碎率、杂质率和田间损失率是评价玉米籽粒机械收获质量的主要指标，国标“玉米收获机械技术条件”（GBT-21961-2008）中规定籽粒破碎率≤ 5 ％，杂质率≤ 3 ％，田间损失率≤ 5 ％。对 2450 组样本的统计（表1）表明，当前玉米籽粒破碎率最低值为 0.13 ％，最高值为 51.82 ％，均值为 8.56 ％，高于≤ 5 ％的国标要求；杂质率最低值为 0.0 ％，最高值为 18.01 ％，均值为 1.22 ％，低于≤ 3 ％国标要求；田间机收损失率包括落粒损失和落穗损失两部分，在 1819 组产量损失有效调查样本中，落粒损失量平均为 7.91 g/m2（相当于 5.27 kg/亩），最大值 182.06 g/m2（相当于 121.38 kg/亩）；落穗损失量平均 20.64 g/m2（相当于 13.76 kg/亩），其中最大值为 459.72 g/m2（相当于 306.5 kg/亩）；落穗、落粒合计损失籽粒为 28.55 g/m2，折合每亩损失 19.0 kg籽粒，如果按全国平均单产 6000 kg/hm2计，平均总损失率为 4.76 ％，接近≤ 5 ％国标标准。由此可见，当前破碎率偏高是我国玉米籽粒机械收获存在的主要质量问题。

▲来源：新锐恒丰研究院

 2） 破碎率与籽粒含水率的关系

相关分析表明（表2），籽粒破碎率、杂质率、落粒量与含水率之间均呈极显著正相关，其中含水率与破碎率的关系（r=0.558**, n=2450）最密切，说明籽粒水分是影响玉米收获质量的主要因素。

▲来源：新锐恒丰研究院

2450组样本籽粒水分测试结果表明（图1），收获时籽粒含水率平均值为 26.65 ％，最小值为 11.30 ％，最大值为 48.0 ％，极差 36.70 个百分点，变异系数为 19.48 ％，籽粒水分> 25 ％的样本占 58.78 ％，≤ 20 ％的样本仅占 9.92 ％，籽粒含水总体偏高。破碎率与籽粒含水率之间呈二次多项式关系（图1），拟合方程y破碎率=0.0346x2-1.3325x 18.564 （R2=0.3982**, n=2450）。按照该方程模拟，籽粒含水率在 19.26 ％时破碎率最低；若按破碎率≤5％国标（GBT-21961-2008）要求，在当前品种和收获条件下，籽粒水分必须控制在 19 ％左右收获才能满足要求；按破碎率≤ 8 ％的粮食烘干收储企业三级粮标准（GB1353-2009），籽粒水分应控制在 27.91 ％以下收获。另外，在籽粒含水率< 30 ％的样本中，虽然破碎率低于 8 ％的样本较多，但也有一定数量的样本破碎率超过 15 ％，表明籽粒水分是影响破碎率的重要因素，但不是唯一因素。

▲来源：新锐恒丰研究院

 3） 收获机械及其作业对籽粒破碎率的影响

玉米籽粒破碎率在不同类型收获机械和相同型号不同收割机及其作业之间均存在明显差异。本团队在 2013-2015 年度调查的 4 组不同类型机械收获籽粒对比测试中，有3组籽粒破碎率差异达到了显著或极显著的水平，其中，在黑龙江依安，种植品种为德美亚1号，含水率 21.3 ％，两台供试收获机收获的籽粒破碎率分别为 1.94 ％和 12.33 ％，相差高达 10.39 个百分点。2015 年在河南临颍，种植品种为中种8号，收获时含水率为 25.0 ％，利用福田雷沃谷神GE60同一型号 8 台不同机器收获对比测试，籽粒破碎率变幅为 4.47-9.92 ％，极差达到 5.45 个百分点，差异达到显著水平。 2016 年度在河南省兰考县东坝头乡利用 CASE4088 和一国产机型测试结果，破碎率表现出显著差异（表3）。同样使用 JohnDeerer C230 型谷物联合收割机收获，因凹板间隙、滚筒转速等部位的调试参数不同，籽粒破碎率最大值可达 35.7 %，最小则仅为 4.70 %，差异极为显著。不同收粒机械及其作业质量也是影响玉米籽粒破碎率的重要因素之一。

▲来源：新锐恒丰研究院

3. 讨论

 1） 破碎率高是当前籽粒机械收获需要重点解决的问题

对全国 16 个玉米主产省区 2450 组籽粒收获样本破碎率统计，国标破碎率≤ 5 ％标准以下的样本仅占 31.92 ％，破碎率≤ 8％以下的样本占 60.53 ％，破碎率≥ 10 ％的样本还有 25.3 ％，破碎率高不仅降低玉米等级和销售价格，导致收获产量下降，而且增大烘干成本、增加安全贮藏的难度，成为我国玉米籽粒机械直收技术推广的重要限制因素。国外有关玉米籽粒破碎率的研究主要集中于20世纪60-90年代，与大面积推广机械直接收获籽粒技术的时期基本一致。Henry Waelti等（1969）曾报道，在相同籽粒水分条件下存放，机械脱粒玉米因存在机械损伤（29 %的机械损伤率），其霉变速度比手工脱粒玉米快 2～3 倍，而且带有破碎的玉米烘干费用是无破碎的6～7倍 。

 2） 培育早熟、脱水速率快的品种是解决破碎率高的主要途径

2450 组样本统计表明，当前我国玉米收获时籽粒含水率平均值达到 26.65 ％，籽粒含水率与破碎率之间呈极显著正相关，水分偏高是导致破碎率高的主要原因。 20 世纪 80 年代以来，我国玉米育种目标主要围绕高产，在传统人工收获背景下，采取了高秆稀植大穗、生育期长品种获取高产的育种路线，加之脱水性状的复杂性，因此，相关研究和材料创新进展较慢，目前，在我国许多玉米产区，收获时籽粒含水量通常在 30~40 ％，活秆成熟的现象还较普遍，难以实现籽粒机械直收，还导致堆积晾晒过程中的霉变，影响玉米商用品质，因此，玉米收获时籽粒水分含量已经成为一个重要的经济性状。培育早熟、籽粒脱水快、收获时籽粒含水量低的品种应成为各产区推广籽粒机械收获技术的前提。

3） 选用适合的收获机械、及时调整作业参数是降低破碎率的重要措施

对比测试表明，不同收获机械及其作业是导致籽粒破碎率差异的重要原因。相关研究表明，不同类型收割机，滚筒转速、凹板间隙、振动筛孔大小和清选风机风力大小等机械参数不同会导致不同的破碎率，即使是同一型号的收割机，因不同机器其间隙设置等参数不同，也会产生不同的破碎率。其中，机械收粒过程中的滚筒转速是造成籽粒破碎最重要的机械原因。滚筒上脱粒元件其形状、大小和数量及其在滚筒上的排布方式不同，脱粒过程中对果穗籽粒产生的打击、搓擦力均不相同，也会产生不同的破碎率。此外，收获中喂入量的大小、喂入是否均匀以及果穗进入方式均会影响籽粒的破碎率。目前国内已涌现出多款玉米收粒机型，选着适合的机械，加强收获机驾驶人员的操作培训，收获前根据地块玉米的品种、长势、籽粒水分等状况及时调整机械作业参数，收获时设置适合的收割速度，在保证机械作业效率的前提下使籽粒破碎降至最低程度。

4） 抗破碎性应作为今后玉米品种选育的重要选择指标

玉米收获时不同品种籽粒破碎率有显著差异，本团队对当前我国玉米生产中来源于美国先锋公司、德国 KWS 公司和我国自育品种的测试发现，不同来源玉米品种籽粒脱水速率及其含水量与机收破碎率等质量指标之间的关系存在显著差异。在美国，一般采用破碎敏感度 BS 表示籽粒受机械损伤及产生破碎的程度，依据 BS 值可将玉米品种的破碎表现划分为感和抗等不同类型，籽粒的破碎性有较高的遗传力 ，因此，可以通过育种培育出抗破碎的品种。不同品种抗破碎率差异与品种籽粒内部结构、成分、硬度及相关籽粒形态性状等有关，一般小粒比大粒品种更抗破碎；圆形籽粒破碎率较高，而扁平籽粒较低；粒重与 BS 呈负相关关系，粒重越大，BS 越小；籽粒体积密度越大的破碎率越低。在培育品种时应考虑籽粒脱粒这一特性，特别是选育抗纵向破裂的品种。

5） 影响籽粒破碎的其他因素

前人研究表明，玉米种植密度、播期、水肥管理、收获时期等栽培管理措施和气象因素对籽粒破碎率也会产生明显的影响。合理的种植密度、优化的氮肥管理和适量的灌溉有利于减少破碎；籽粒形成发育期间的高温、低温冻害和干旱等胁迫环境均有使籽粒破碎性增大的趋势；籽粒在田间干燥脱水阶段的温湿度变化，或干湿交替变化会导致玉米籽粒产生应力损伤，为机收脱粒时的破碎提供内在条件，一般晴天与雨天交替，即干湿交替次数越多、干湿差异强度越大，造成籽粒应力损伤程度也越大；机械收获时大气的温、湿度同样也会影响籽粒的破碎率。Benson（1984）报道生理成熟前遭遇霜冻是造成籽粒变脆、BS 增大的重要原因，机械收获时破碎率高。因此，针对不同区域生态环境条件，应选择在适宜生育期内能与当地光温条件匹配的品种以及确定品种适宜的种植区域，采取优化的栽培管理措施，选择最佳收获期收获都有助于降低籽粒破碎率。