编辑
新锐恒丰研究院
作者
李少昆（已获得授权）
内容提要：
籽粒田间机械直接收获是我国玉米机械收获和实现全程机械化的关键环节，是今后玉米生产转方式的方向。本文对国内外玉米机械粒收技术相关研究进行总结和分析认为，1）破碎率偏高是当前我国玉米机械粒收存在的主要质量问题；2）收获时籽粒水分含量是影响玉米机械粒收质量、安全贮藏和经济效益的关键因素，已经成为一个重要的经济性状；3）玉米机械粒收技术的推广受品种遗传因素、生态气象因素与栽培措施、收获机械及其作业质量、收获时期、烘干收储等多因素影响，不同产区各种因素影响的程度不同；4）筛选早熟、适合机械粒收品种，研发推广破碎率和损失率低的收获机械，选择 收获期收获，建立烘干存贮设施，构建配套收储模式，是未来我国玉米机械粒收技术发展的重点。对此本文构建了玉米机械粒收栽培新理念：通过选用早熟、脱水快的品种，以生育期换水分，实现籽粒田间直接收获、降低烘干成本，提高效益；通过增密种植，以密度增产量，降低熟期缩短对产量的影响；将增密种植、高质量群体调控为核心的高产栽培与以机械粒收技术为核心的全程机械化生产技术相融合，实现玉米高产高效协同发展，提高玉米生产竞争力。
引言：
玉米作为我国粮食增产的主力*，种植面积已超过5亿亩，成为面积 、总产最多的作物。针对劳动力成本高，玉米市场竞争力差的问题，传统玉米生产方式已不能适应当前产业发展要求，而面向市场，建立与之相适应的以全程机械化为显著特征的现代玉米生产技术体系是解决这些问题的必然选择。
美、德等国家在20世纪60年代前后相继实现了全面机械化，其中，50年代玉米收获作业以机械穗收为主，70年代已全面采用大型联合收获机进行田间直接脱粒收获。近年来我国玉米生产的机械化水平提高较快，机械播种率达80%，但机械收获率仍较低，年达到63%，且以摘穗为主，直接粒收的比例不足5%，主要分布在新疆、黑龙江3-5积温带和内蒙古东北部玉米产区。
玉米机械收获、特别是粒收水平低是制约我国玉米全程机械化的瓶颈。为加速玉米机械粒收技术的推广，本团队自年起在全国率先开始粒收技术的研究与示范，每年在全国各玉米产区布置60-70个试点，开展适宜粒收品种的筛选、影响收获质量的关键因素及粒收相关技术的研究与集成示范，至年已在全国16个省市区个地块获得组机械粒收田间测试样本。本文以这些研究为基础，结合国内外相关研究，分析了玉米机械粒收质量及其影响因素，提出了我国玉米机械粒收技术发展的方向。
玉米作为我国粮食增产的主力*，种植面积已超过5亿亩，成为面积 、总产最多的作物。针对劳动力成本高，玉米市场竞争力差的问题，传统玉米生产方式已不能
1.国外玉米机械粒收技术的发展
玉米机械收获最早可追溯到年美国Ohio州PetersonJC获得的 个玉米收割机专利，它标志着用收割机代替人工收获。该收割机功能非常简单，仅相当于现在的割晒机，但工作效率比人工收获大大提高。年，美国制造了 台机械摘穗剥皮机，可一次完成收割、摘穗和剥苞叶等功能，开始了真正意义上的玉米机械收获。年澳大利亚的Allen设计了世界上第1台玉米籽粒联合收获机，增加了机械脱粒功能，并尝试在田间进行籽粒直接收获。但直到20世纪60年代，美国把玉米割台与籽粒联合收获机结合实现田间籽粒直接收获后，并且随着玉米割台被广泛接受，玉米机械粒收技术才迅速发展起来。据美国农业部资料，在美国玉米带的Iowa,Illinois,Indiana,Minnesota等州，从到年，玉米籽粒联合收获的面积从24%增加到48%；其中，玉米种植面积 的Iowa州在年机械粒收的面积26％，到年这一比例增加到46％，另外还有8％的田块采取摘穗后在田间脱粒的方式，至此机械粒收技术在美国全面推广。
当前，北美的美国、加拿大种植模式为一年一季，玉米收获时籽粒水分较低，收获作业主要采用大型玉米联合收获机进行籽粒直收；南美的巴西、阿根廷等玉米生产国也以机械粒收为主。英、法、德等欧洲国家，畜牧业高度发达，其青/*贮饲料玉米机械收获较为普遍，普通粒用玉米则采用机械粒收。东南亚等国，一年两季或三季，收获期籽粒水分较高，目前多以机械穗收和人工收获为主。
2.玉米机械粒收质量及其影响因素
2.1破碎率偏高是当前我国玉米机械粒收存在的主要质量问题
籽粒破碎率、杂质率和田间损失率是评价玉米机械粒收质量的主要指标，国标“玉米收获机械技术条件”（GBT--）中规定籽粒破碎率应≤5％，杂质率≤3％，田间损失率≤5％。对本团队获取的组机械粒收质量测试样本数据统计（表1）表明，当前玉米机械粒收破碎率均值为8.56％，高于国标≤5％的要求；其中，破碎率≤5％以下的样本仅占31.92％，而≥8％的样本占到39.47％；杂质率均值为1.22％，低于≤3％国标标准；田间机收总损失率为4.76％，接近≤5％国标标准。因此，籽粒破碎率偏高是当前我国玉米机械粒收存在的主要质量问题。籽粒破碎不仅造成玉米收获损失、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，成为我国玉米机械粒收技术推广的重要限制因素。因此，破碎率高是当前机械粒收需要重点解决的问题。
国外有关玉米籽粒破碎率的问题及其针对性研究主要集中于20世纪60-90年代，与机械粒收技术快速推广的时期基本一致。HenryW等（）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，在29%的机械损伤率条件下，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。由于籽粒破碎严重，美国玉米在出口贸易时曾经因等级下降，农民遭受巨大损失。这些质量问题严重威胁到了美国玉米在国际市场的地位。为此，美国及相关玉米生产技术先进国家围绕籽粒破碎问题开展了大量研究，并逐步使这一问题得到了解决。
2.2田间损失率偏高的问题也应引起重视
田间机收损失率包括落粒损失和落穗损失两部分，由表1可见，组样本落粒损失量平均为7.91g/m2（相当于5.27kg/亩）；落穗损失量平均20.64g/m2（相当于13.76kg/亩），落穗、落粒合计损失籽粒为28.55g/m2，折合每亩损失19.0kg籽粒，如果按全国平均玉米单产kg/hm2计，平均总损失率为4.76％，接近≤5％的标准（GBT--），且田块间差异较大， 地块达到.72g/m2（相当于.5kg/亩），变异系数为.05%。落粒落穗不仅造成产量损失，也会影响农户采用机械粒收技术的愿望，是当前制约玉米机械粒收技术推广的又一重要因素。在机械粒收损失中，落穗籽粒重占总损失量的72.29%，落粒籽粒重占27.71%，即落穗损失大于落粒损失，这与国外研究结果相近。
机收玉米田间产量损失来源包括收获前的掉穗、倒伏和收获过程中的损失，受品种特性、植株倒伏倒折状况、收获机的割台、脱粒、清选等装置的工作状态及工作原理等多种因素影响。其中，在机械收获过程中的损失来自割台在收集果穗时造成的田间落穗和落粒，以及脱谷装置脱粒清选时由于脱不净或清选不彻底造成的田间落粒、落穗损失。另外，在摘穗、脱粒时，又会造成一定的籽粒破碎，这些物料在收获机分离清选过程中绝大部分会通过清选进入谷物仓，少部分被茎叶碎片和穗轴等杂质夹带吹落到田间而成为落粒损失。
2.3籽粒水分成为玉米产业发展的重要经济性状
玉米收获时籽粒水分含量是影响机械收获质量、安全贮藏和经济效益的关键因素，已经成为一个重要的经济性状。对组样本测试结果表明（图1），收获时玉米籽粒含水率的分布呈正态分布，平均值为26.65％，最小值为11.30％， 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％。目前，国际上普遍认为，籽粒含水率18％~23％时机械粒收为 。显然，当前我国玉米籽粒机械收获时的含水总体偏高。相关分析表明，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.**,n=）最密切，水分偏高是导致当前我国玉米机械粒收破碎率高的主要原因。
破碎率与收获时玉米籽粒含水率两者呈二次多项式关系，含水率在19.26％时破碎率 （图1）。Paulsen（3）提出籽粒破碎敏感度BS（breakagesusceptibility，B）与水分含量（M）的关系符合：B=.3exp(-0.29M)，通过该公式可估测籽粒破碎率。Hall等（）研究认为，籽粒水分在20～23％时收获破碎率 ；Chowdhury等（）报道籽粒水分23％时机械损伤率 。Plett（）对加拿大6个玉米品种研究表明，籽粒破碎率与水分呈显著相关，破碎率 时的籽粒水分在16.7～22.1％之间。宋卫堂等的试验也得到类似结果：当籽粒含水量降至38.88％时脱粒，破碎率为28.88％，降至30.7％时，破碎率为11.21％，降至25.4％时，破碎率为7.6％，降至22.8％时，破碎率 ，为5.07％，但当水分降至18.5％时，破碎率又上升到13.31％，降至11.8％时，破碎率为19.19％。由上述国内外研究可知：破碎率与收获时籽粒含水率呈二次多项式关系，含水率在18％~23％时收获籽粒破碎率 。
美国在刚推广机械脱粒技术时，因籽粒水分较为合适，一般在20％以下，机械损伤问题并不突出。但当烘干技术被广泛采用后，收获玉米的籽粒水分范围扩大，20～35％之间水分的玉米都能收获，因水分高导致籽粒机械损伤过大、烘干成本高的问题才暴露出来。
2.4选用适合的收获机械、及时调整作业参数是提高收获质量的重要措施
除水分因素外，不同收获机械及其作业也是导致籽粒破碎率、杂质率和损失率差异的重要因素。
本团队在-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％，2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。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。
前人研究表明，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，机械粒收过程中的滚筒转速是造成籽粒破碎的一个重要机械原因。高的滚筒转速已超出籽粒脱下所需要的力，更多的力通过滚筒及脱粒元件传递给籽粒导致更大的机械损伤。对于采用传统脱粒装置的联合收割机，降低滚筒转速，虽然籽粒破碎率下降了，但脱粒不净率增大，脱粒效率也下降。
为克服这一缺陷，联合收割机企业对脱粒装置进行了诸多改进，如轴流式联合收割机技术是InternationalHarvester公司在年引入的新技术，代表了现代联合收获机的一次重大技术进步，使得收获籽粒的破碎率和收获损失率更低，同时收获的效率更高。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。通常脱粒元件在滚筒上呈螺旋式分布，便于玉米果穗转动时沿轴向运动，并能降低破碎率。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。喂入量过大、喂入不均匀会增加破碎率，而果穗轴向进入滚筒其破碎率会比径向进入的低。一般每种收获机的喂入量在出厂时已标注，应按标注的喂入量操作，根据玉米田间长势或产量水平设置适合的收割速度来控制喂入量。目前国内已出现多款玉米粒收机型，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滚筒转速、凹板间隙、振动筛孔大小和清选风机风力等机械参数，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和损失降至 程度。
现代先进的玉米联合收割机多采用轴流式脱粒系统，有更高的脱粒效能和更大的活动能力。联合收割机的动力高的已达到kw，割幅超过12m，谷仓体积达到L，每小时能收获70t粮食。同时，配备先进的自动导航和自动驾驶设备以及粮食监控和评估装置，使收获更 、更高效。当前，国际上制造玉米联合收割机的 企业包括JohnDeere，CNH，AGCO，CLAAS等。我国的玉米籽粒联合收获机主要是在仿制并消化吸收国外技术基础上进行技术创新，生产企业包括常发佳联、四平东风、雷沃重工、奇瑞重工等，生产的收获机割幅为3行-8行不等，收获机械的性能和质量总体急待提高。
2.5当前提高玉米机械粒收质量的关键在于品种
玉米机械粒收是一项涉及农机、品种、栽培、收储、烘干、销售的系统工程，其中关键在品种。品种含水率高是导致籽粒破碎的主控因素。20世纪80年代以来，我国玉米育种主要以产量为目标，在传统人工收获背景下采取了高秆稀植大穗、延长生育期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为普遍，难以实现田间籽粒机械直接收获，还导致堆积晾晒过程中的霉变，影响玉米商用品质。近年在东北早熟玉米区和西北玉米产区，KWS系列品种的推广、密植栽培，对推动区域机械粒收技术发挥了重要的作用。因此，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机械粒收技术推广的前提。
籽粒水分存在显著的基因型间差异，果穗和苞叶特性、植株农艺性状对玉米生育后期籽粒水分有显著影响，是导致不同品种籽粒脱水速率差异的重要原因。本团队的研究表明，玉米不同品种生理成熟前、后籽粒含水量均存在显著差异。在*淮海夏玉米区，生理成熟时，郑单籽粒含水率为27.19%～30.51%，而先玉为24.61%～26.78%，较郑单低2.58～3.73个百分点，生理成熟前、后先玉的脱水速率均快于郑单。近年，相关企业和农业主管部门非常重视适合机械粒收玉米品种的选育和审定，年河南省在全国率先开展了机械粒收品种的区试，年4个品种已初步通过品种审定；年农业部组织国家*淮海夏玉米、东北春玉米区适合籽粒收获品种的区试与审定工作，年4月吉单66、德育、迪卡
等8个品种已经通过国家品审会的初审。
根据国内外相关研究和育种实践，适合机械粒收的品种至少有以下特点：（1）达到生理成熟时籽粒含水量较低。近年来已有报道，国外的部分品种在生理成熟时籽粒水分含量仅为22-23%，在收获时甚至降至15%，而国内目前主推品种生理成熟时籽粒水分多在30%以上；（2）生育后期籽粒脱水速率快；（3）适当早熟；（4）耐密植、产量高；（5）抗倒伏，耐茎腐病，特别是生理成熟后抗倒伏性好。
2.6影响玉米籽粒破碎等收获质量的其他因素
除品种和收获机械外，玉米种植密度、播期、水肥管理、收获时期等栽培管理措施、病虫害及气象因素对籽粒收获质量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（4）研究表明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 收获期收获有助于降低籽粒破碎率，提高收获质量。
3.我国不同产区玉米机械粒收技术推广存在的主要问题
我国玉米种植区域广、生产方式多样，气候生态环境复杂，既有与北美相同的一年一季种植模式和类似气候特征的东北春玉米区，也有与东南亚相似的一年两季、多熟种植方式的西南玉米区，以及在世界上最为独特的*淮夏玉米区。目前各区域普遍缺少早熟、籽粒后期脱水快、适宜籽粒收获的品种，但在不同产区也存在一些不同问题，其中：
（1）西北玉米产区。光热条件较好、后期空气干燥，是我国最适合玉米机械粒收技术推广的区域，目前在北疆已全面实现了机械粒收，技术成熟，今后应加大该产区机械粒收技术的推广。在有灌溉条件地区，建议融合密植高产栽培和以籽粒收获技术为核心的全程机械化生产技术，全面实施机械粒收、推进玉米生产方式的转变。
（2）东华北春玉米区。该去是我国玉米生产*金地带，纬度、生态条件与美国玉米带相近，具备机械粒收的客观生态气象条件。近年来，在东北北部早熟区，通过KWS公司德美亚系列早熟品种的推广和密植栽培，推动了区域机械粒收技术的发展，但全区整体推进较慢，建议加大早熟、脱水快、适合粒收品种的创制、培育与品种审定，以合作社、家庭农场和大户为重点，在籽粒收获全产业链上予以扶持，加大机械粒收技术的示范推广。
（3）*淮海夏玉米区。主体种植模式为小麦玉米一年两熟，玉米生长季节短，热量资源总体偏少，且分布不均，玉米适宜收获期较短，大多数区域籽粒水分难以降到25%以下，今后需要加大早熟、脱水快品种的选育和筛选，研发能在较高水分条件下（25%-28%）收获的机械及配套技术，同时结合籽粒干燥技术，加强烘干设施的补贴和建设，解决籽粒水分较高、不宜贮存的问题。此外，有条件的地区可探索种植制度改革和发展新的种植模式，如一年二熟改二年三熟，种植一季春玉米，延长玉米田间生长时间，为玉米籽粒田间降水留下时间。
（4）西南山地玉米。该区生态类型复杂、种植模式多样、机械化程度低，但热量资源丰富，应分析适合机械粒收技术推广的区域，加大脱水快、适合籽粒收获品种的选育，研发适合坡地、稳定性能好的中、小型收获机械，并加大玉米净作面积的推广。
4.我国玉米机械粒收技术发展的方向
综上所述，国外有关玉米生育后期籽粒脱水、破碎率等机械粒收关键问题的研究及适合粒收品种选育目标的转型主要集中于20世纪60-90年代，为大面积推广机械粒收技术提供了保障。国内近年随着玉米机械粒收技术的快速发展，相关研究也呈增加趋势。本文认为，通过选择早熟、适合机械粒收品种，研发推广破碎率和损失率低的收获机械，选择 收获期收获，建立烘干存贮设施，构建配套的收储模式，是未来我国玉米机械粒收技术的发展方向。
4.1加强玉米机械粒收关键技术研究与集成示范
我国玉米生产种植区域广，各区域种植方式、所用品种、生态环境和栽培措施不同，且与国外差异较大。国外的研究结果难以直接在国内应用，但其研究方法、测试技术可供国内研究借鉴。同时，籽粒收获是一项涉及农机、农艺、收储、烘干、销售的系统工程，因此，需将机械粒收看作改变玉米生产方式的一次重大变革，加大力量组织关键技术的研究与集成示范，为玉米机械粒收技术的健康发展提供支撑。
（1）研究明确不同区域适合机械粒收品种的筛选指标与技术体系；基于各地光热水土资源时空分布，研究确定适宜机械粒收品种的鉴选地点与技术平台，加速品种的选育、筛选与审定。
（2）籽粒收获质量受品种、栽培措施、气候条件和机械及其作业综合影响，因此，机械评价要融合到每个环节，农艺农机一体化研究，为机械粒收品种育种和栽培提供指标、方法与手段，同时研发推广破碎率、损失率低的收获机械，降低破碎率和产量损失率。
（3）籽粒破碎率、杂质率、田间损失率等收获质量与品种、气候条件、栽培措施密切相关，因此，需要深入研究这些因素与籽粒收获质量指标之间的定量关系，为制定提高收获质量的措施提供依据。
（4）机械粒收玉米对于茎腐病、穗粒腐、玉米螟等主要病虫害防控提出了更高的要求，其中，茎腐病易造成玉米倒伏，穗粒腐会随粒收过程污染收获籽粒而影响玉米品质。因此，需要加大病虫害的预测预报与综合防控。
加快早熟、脱水快、适宜机械化收获玉米种质创新与新品种选育
品种问题是我国各玉米产区推广机械粒收技术必须首先解决的一个共性问题。目前我国玉米早熟、脱水快的种质资源少、各产区品种选择余地不大，需要加快早熟、脱水快、收获期含水率低及抗破碎性好、适合籽粒收获品种资源的创制与品种培育。综合国内外研究可见，选育生理成熟时籽粒含水量低、容易实现田间粒收的玉米品种一般应具备以下特征：
（1）品种株高较低，株型清秀，通透性好，穗上叶片间距大，叶片窄，长短合理；
（2）苞叶薄、数目较少且疏松；
（3）果穗长而不粗，轴直径较小；
（4）生长期适当早熟的玉米品种；
（5）品种的抗倒性、易落穗性对机械收获田间产量损失影响较大，以往我国玉米育种主要基于人工收获，对生理成熟后脱水阶段品种的抗倒问题