李青松，马中义，丁贵江，梁秋华，王奇，任冬雪，穆云森，张莹莹，李一
（承德市农林科学院，河北 承德 067000）
目前，我国玉米生产方式正在快速向全程机械化方向转变，但机械化收获是实现全程机械化生产的瓶颈[1]。承德市玉米机收尚处于起步阶段，玉米机械化收获水平很低，已成为制约全市农机化发展的瓶颈[2]。2020 年10 月承德市农林科学院与承德市农业农村局首次联合举办玉米子粒直收现场观摩会，开始进行玉米子粒直收技术的推广示范[3]。2021 年河北省玉米机收率平均为75%左右，而承德市玉米机收率仅21.35%，与全省平均水平相比存在很大差距，且基本为果穗直收。玉米子粒田间机械收获能够减少果穗储运、晾晒、脱粒等作业环节，可大幅降低劳动强度和成本，还可减轻晾晒和脱粒过程中子粒的霉烂与损失，促进土地规模化流转，是玉米机械收获的发展趋势和今后玉米生产方式转变的方向[4]。适合子粒机械直收的玉米品种是必然需求，机械粒收的关键是子粒脱水[5]，而市场上尤其是我国北方春玉米区多数玉米品种成熟时子粒含水量偏高，不适合机械粒收[6]。
高产、宜机收是目前对玉米品种的新要求。我国玉米生态区众多，玉米熟期类型复杂[7]。尤其是北方春玉米区，根据生态适应区的不同，种植了多种熟期类型的品种[8]。而不同熟期类型的玉米产量水平存在一定差异[9]，适宜种植密度是保障玉米高产的重要栽培措施。有关玉米品种熟期类型与子粒脱水的关系研究，张莹莹等[10]以黄淮海区域7 个玉米品种为试材研究后发现，不同熟期品种的子粒脱水特性不同。为了评价北方春玉米区玉米品种的耐密植宜机收性，选用不同熟期类型的8 个玉米品种进行6 个水平的密度试验，对成熟时子粒含水量、成熟后自然脱水速率、产量以及其他性状进行比较，探讨玉米品种熟期类型和种植密度对子粒脱水特性及产量的影响，筛选出适合机械粒收的高产玉米品种，并为玉米机械粒收高产品种的选育提供参考。
1.1 试验材料
玉米试材为熟期不同的8 个玉米品种，分别为德美亚1 号、A6565、承单1171、富尔116、先正达408、三北5018、先玉335 和华农887。
1.2 试验方法
1.2.1 试验设计 试验于2021 年在承德市农林科学院科技创新基地进行，前茬为大豆。采用两因素裂区试验设计，其中，品种为主区，设德美亚1 号、A6565、承单 1171、富尔 116、先正达 408、三北5018、先玉335 和华农887 计8 个水平；
密度为副区，设 4.5 万、6.0 万、7.5 万、9.0 万、10.5 万和 12.0万株/hm2计6 个水平。小区面积30 m2（行长6.0 m，行距 0.5 m，10 行/区），3 次重复。
玉米4 月29 日播种，施种肥磷酸二铵225 kg/hm2；
5 月 12 日出苗，5 月 23 日定苗；
6 月 19 日用尿素600 kg/hm2追肥 1 次；
9 月 27 日收获，测产。
1.2.2 测定项目与方法
1.2.2.1 品种生育特性。玉米播种后，记录出苗期、散粉期和成熟期的时间，计算生育期天数。
1.2.2.2 子粒产量和含水量。玉米生理成熟（以子粒出现黑层为记载标准）后，每小区选取中间3 行，摘取全部果穗，称量鲜重；
之后，置于阴凉处自然风干。取10 个风干果穗，称重后全部脱粒，测定子粒含水量。根据穗鲜重、风干重和子粒干重，计算产量（以14%含水量折算）。
使用PM8188-New 型谷物水分测量仪测定子粒含水量，每隔3 d 测定1 次，到玉米子粒含水量达到14%～18%时结束。计算自然脱水率：
自然脱水率=（成熟时子粒含水量-收获时子粒含水量）/天数
1.2.3 数据处理与分析 利用Excel 2003 和DPS 数据处理软件对数据进行统计分析。
2.1 玉米品种的生育特性
玉米4 月29 日播种后，均于5 月12 日出苗；
成熟期最早为8 月24 日、最晚为9 月16 日，生育期104～127 d，品种间差异较大（表1）。根据生育期和生产实际，将8 个参试玉米品种分为4 个熟期类型，其中，德美亚1 号和A6565 属极早熟品种，承单1171 属早熟品种，富尔116、先正达408 和三北5018 属中熟品种，先玉335 和华农887 属中晚熟品种。各品种授粉到成熟的时间与生育期长短顺序一致。
表1 参试玉米品种的生育期性状及其熟期类型Table 1 Growth period traits and maturity types of maize varieties tested
2.2 玉米品种和种植密度与生理成熟时子粒含水量的关系
不同品种和密度玉米生理成熟时子粒含水量的方差分析结果显示，密度对子粒含水量无显著影响（p＞0.05），品种及其与密度互作对子粒含水量影响显著（p＜0.01）。
生理成熟时，8 个玉米品种的子粒含水量为27.3%～29.5%，其中，极早熟品种A6565 的子粒含水量最高，与早熟品种承单1171，中熟品种先正达408和富尔116，以及中晚熟品种华农887 差异均不显著，但显著＞其他3 个品种；
中晚熟品种先玉335 的子粒含水量最低，与极早熟品种德美亚1 号和中熟品种三北5018 差异不显著（表2）。可以看出，玉米生理成熟时的子粒含水量与品种自身特性有关，而与品种的熟期类型无直接关系。
表2 不同品种玉米生理成熟时子粒含水量的多重比较Table 2 Multiple comparison of grain moisture content during physiological maturity of different maize varieties
2.3 玉米品种生理成熟后子粒脱水特性的比较
2.3.1 玉米生理成熟后子粒含水量的变化趋势 因密度与玉米生理成熟时的子粒含水量相关不显著，因此，将各品种不同密度处理在成熟后不同时间测定的含水量平均值作为该品种某一测定时间的含水量，分析其生理成熟后子粒含水量的变化。结果（图1）显示，8 月下旬玉米各品种生理成熟后，子粒含水量均随时间的延长呈直线下降趋势。
图1 不同玉米品种生理成熟后子粒含水量的变化Fig.1 Changes in grain moisture content of different maize varieties after physiological maturity
将各品种玉米生理成熟后的天数与子粒含水量进行分析，得到子粒含水量随成熟后天数变化的曲线方程（表3）。从时间上看，8 月下旬到9 月上旬，子粒含水量下降较快；
9 月中旬到9 月底，子粒含水量下降速度变缓；
从10 月开始，子粒含水量下降相对较慢，这与玉米生育后期气温越来越低有关。从品种上看，图1 和直线方程斜率都反映出，极早熟品种德美亚1 号和A6565 以及早熟品种承单1171 生理成熟后子粒脱水速度较快，其次是中晚熟品种先玉335 和华农887，再次是中熟品种富尔116，中熟品种先正达408 和三北5018 自然脱水速度较慢。
表3 玉米品种子粒含水量（Y）与成熟后天数（X）的关系Table 3 Relationship between grain moisture content（Y）and days after maturity（X） of maize varieties
另外，计算各品种从生理成熟到水分降至14%时期间的自然脱水率，结果（表4）显示，A6565 和承单1171 自然脱水速度最快，达到0.37%～0.38%/d；
德美亚1 号、先玉335 和华887 次之，脱水速率均为0.30%/d；
富尔116 自然脱水速率为0.26%/d；
先正达408 和三北5018 自然脱水速度最慢，均为0.25%/d。各玉米品种的自然脱水速率与方程斜率趋势一致。
表4 不同玉米品种生理成熟后子粒脱水特性的比较Table 4 Comparison of dehydration characteristics of different maize varieties after physiological maturity
2.3.2 延迟收获与玉米子粒含水量的关系 不同熟期类型的8 个玉米品种在生理成熟时子粒含水量均未达到机收子粒含水量指标（15%～25%）[11]。为了比较延迟收获对子粒含水量的影响，将各品种子粒含水量分别降至24%、18%和14%时的时间进行比较，结果显示，极早熟品种德美亚1 号和A6565 在生理成熟后13～16 d（9 月上旬）含水量降至24%，在生理成熟后25～32 d（9 月下旬） 含水量降至18%；
早熟品种承单1171 较极早熟品种达到各含水量的时间相应延迟8 d 左右；
中熟品种和中晚熟品种较极早熟品种相应延迟 16～26 d。
北方春玉米区，玉米一般种植密度为6.00 万～6.75 万株/hm2，收获期为9 月底到10 月初。收获期，8个玉米品种的子粒含水量为14.8%～25.4%，除先正达408 外，其他7 个品种的子粒含水量均达到了机收子粒指标，也就是说，如果仅从子粒含水量来看，大部分品种可以机械粒收。如果以最适宜机收子粒含水量20%为指标[12]，在北方春玉米区不同熟期品种适宜收获子粒的时间不同，其中，极早熟品种为9 月下旬，早熟品种为10 月上旬，中熟和中晚熟品种为10月中旬。
2.4 玉米品种种植密度与产量的关系
不同品种和密度玉米产量的方差分析结果显示，品种、密度及其二者互作均对玉米产量具有显著影响（p＜0.01）。
8 个玉米品种的产量为8 098～12 703 kg/hm2，指标值顺序为华农 887 ＞富尔 116 ＞三北 5018 ＞承单1171＞先正达 408＞先玉 335＞A6565＞德美亚 1 号，且除A6565 与先玉335 差异不显著外，其他品种之间差异均达到了极显著水平（表5）。从熟期类型看，中晚熟和中熟品种的产量明显高于极早熟品种。
表5 不同品种玉米产量的多重比较Table 5 Multiple comparison of yield of different maize varieties
6 个密度处理的玉米产量为9 677～11 209 kg/hm2，指标值顺序为 7.5 万株/hm2＞9.0 万株/hm2＞6.0 万株/hm2＞10.5 万株/hm2＞4.5 万株/hm2＞12.0 万株/hm2，其中7.5 万株/hm2处理与其他密度处理差异均达到了极显著水平（表6）。9.0 万和6.0 万株/hm2密度处理产量较高，二者差异不显著，但均与其他3 个密度处理差异达到了极显著水平。10.5 万与4.5 万株/hm2密度处理产量差异不显著，但二者均与12.0 万株/hm2密度处理差异达到了极显著水平。在北方春玉米区，玉米的适宜种植密度为6.0 万～9.0 万株/hm2，密度过高和过低均会影响产量的提高。
表6 不同密度玉米产量的多重比较Table 6 Multiple comparison of maize yield at different densities
品种×密度对玉米产量也具有显著影响。将各品种不同密度下的产量进行数学模型分析，得到8 个品种密度与产量的关系方程，然后根据方程计算得到每个品种的最佳种植密度和理论产量。结果（表7）显示，8个品种中，极早熟和早熟品种的最佳种植密度较高，为9.07 万～10.29 万株/hm2；
中熟和中晚熟品种的最佳种植密度因品种而异，本试验5 个品种的适宜种植密度为6.45 万～8.56 万株/hm2。在各自的最佳种植密度条件下，8 个品种的理论产量为8335～13579kg/hm2，其中，中晚熟品种华农887 的理论产量最高，是在密度为7.60 万株/hm2时获得的；
极早熟品种德美亚1 号在密度高达10.21 万株/hm2时，理论产量仍为最低；
其他6个品种的理论产量为10 291～12 315 kg/hm2。
表7 不同玉米品种种植密度（x）与产量（y）的关系方程及其理论产量Table 7 Relationship equation between planting density（x）and yield（y）of different maize varieties and their theoretical yield
2.5 玉米品种类型和种植密度与最适宜收获期的关系
极早熟和早熟品种在9 月底至10 月初收获时子粒含水量低于中熟和中晚熟品种，具有明显的机械粒收优势，但产量在常规种植密度下较中熟和中晚熟品种明显减产。从各品种最适宜密度的理论产量看，总体趋势是中熟和中晚熟品种的产量水平明显高于极早熟和早熟品种。极早熟品种德美亚1 号和A6565 在各密度处理下产量水平均低于其它品种，因此不适宜在北方春玉米区的中晚熟区域种植推广；
早熟品种承单1171 在10.29 万株/hm2密度下产量可以达到11 168 kg/hm2，与中晚熟品种先玉335 在密度7.16 万株/hm2下的产量水平接近；
5 个中熟和中晚熟品种，除华农887 产量水平较高外，其他4 个品种在各自的适宜密度下理论产量水平基本相当，差异不大。在本试验中，极早熟品种密度增加到9.07 万～10.21 万株/hm2，产量水平也未达到中熟和中晚熟品种的产量水平；
而早熟品种可以通过适当增加种植密度，使其产量接近或达到中熟和中晚熟品种的产量水平。
2.6 玉米品种和种植密度与抗倒性的关系
各品种成熟后，分别在子粒含水量为24%、18%和14%时调查各处理的倒伏率（表8）。8 个玉米品种的倒伏率均随密度增大和子粒含水量降低呈逐渐增大趋势，其中，极早熟品种德美亚1 号和A6565 以及中熟品种三北5018 的最大倒伏率（含水量14%时）为1.4%～4.8%，抗倒性好；
早熟品种承单1171 和中熟品种富尔116 的最大倒伏率分别是14.0%和16.1%，较抗倒伏；
中熟品种先正达408 和中晚熟品种先玉335、华农887 的最大倒伏率分别为34.9%、75.1%和58.1%，抗倒性差。
表8 不同子粒含水量时期的玉米倒伏率Table 8 Lodging rate of maize at different grain moisture content periods （%）
极早熟品种德美亚1 号和A6565 在子粒含水量适宜收获期（9 月下旬）平均倒伏率为0%，早熟品种承单1171 在10 月上旬倒伏率为0.4%，这3 个品种可以进行机械粒收；
中熟品种三北5018 在10 月中旬平均倒伏率为1.9%，可以进行机械粒收；
其他4 个中熟和中晚熟品种在子粒含水量适宜收获期（10 月中旬）田间倒伏率为9.9%～65.0%，未达到机械粒收的指标[13]。在北方春玉米区中熟和中晚熟品种种植面积较大，本试验的5 个中熟和中晚熟品种中有4 个品种在子粒含水量适宜收获期（10 月中旬）抗倒性未能达标。可以看出，品种抗倒性差严重影响北方春玉米区机械粒收的开展。
万泽花等[14]以4 个不同熟期的夏玉米品种为试材，研究了不同熟期夏玉米品种子粒灌浆与脱水特性及其密度的效应，结果表明，玉米生理成熟时的子粒含水率与其生育期相关不显著，早熟品种子粒后期脱水速率快。本研究以8 个不同熟期的夏玉米品种为试材，研究了不同熟期玉米品种和种植密度对子粒脱水的影响，结果表明，同一品种不同种植密度处理的成熟期子粒含水量差异不显著，种植密度对成熟时的子粒含水量影响不大，与万泽花等[14]的研究结果相近；
品种在成熟后的天数与子粒含水率呈直线下降关系，不同品种的自然脱水速率不同；
在北方春玉米区，极早熟品种适宜在9 月下旬机械粒收，早熟品种适宜在10月上旬机械粒收，中熟和中晚熟品种适宜在10 月中旬机械粒收；
北方春玉米区大部分品种可以通过延迟收获使子粒含水量达到机械粒收的指标要求，极早熟和早熟品种更具机械粒收的优势，但极早熟品种通过增加密度产量也达不到中熟和中晚熟品种的产量水平，而有些早熟品种可以通过适当增加密度使产量达到或接近中熟和中晚熟品种的产量水平。北方春玉米区可利用早熟品种抗倒性较好、脱水快的特点，通过适当增加种植密度代替中晚熟品种实现玉米子粒直收。
关于适宜品种类型和机械粒收时间的确定，李璐璐等[15]认为在黄淮海南部各类玉米品种均能满足子粒脱水至适宜机械粒收含水率的要求，而在黄淮海北部等地区需选择早熟和子粒脱水快的适宜品种实现机械粒收，这与本试验得出的早熟品种适当增加密度较中晚熟品种机械粒收更具优势的结论相同。
关于品种熟期类型和成熟后子粒脱水速度，本研究条件下，极早熟品种后期脱水速度较快，但也并没有表现出极早熟类型＞早熟类型＞中熟类型＞中晚熟类型的规律趋势。极早熟品种德美亚1 号和A6565 以及早熟品种承单1171 脱水速率较快，是因为其成熟后气温较高，应是外界环境条件起主要作用[16]，也就是说，玉米子粒脱水速率是品种本身特性与外界环境共同作用的结果[17～19]。在外界环境条件相同和相似的情况下，品种本身的特性是主要因素，在品种选育过程中要充分重视和研究这一特性[20]。中熟类型品种在合适的种植密度下产量水平接近中晚熟品种，但子粒自然脱水速度与中晚熟品种相比较并未表现出优势，因此，这类品种在育种中应加强子粒后期脱水速率的选择，可能是平衡产量与水分矛盾的较好选择。
关于品种抗倒性，本试验中4 个熟期8 个品种在适宜机械粒收的时期，除2 个极早熟品种和1 个中熟品种外，大部分中熟和中晚熟品种田间抗倒伏能力没有达到机械粒收品种的指标要求。结合北方春玉米区生产实践，认为当前品种田间倒（伏）折率较高是严重制约机械粒收的主要因素。造成茎秆倒伏（折）较高的主要原因较多，如，品种自身根系差、茎秆软，玉米螟蛀茎，品种抗病性差、后期感病，尤其茎腐病发生致使倒伏（折）。因此，提茎秆抗倒伏（折）的根本途径还是应从品种入手，选育坚秆、抗倒、抗病、后期脱水速率快、适当早熟的品种，以满足北方春玉米区机械粒收对品种的要求。育种工作者应紧紧围绕这些目标开展玉米新品种的选育，以更好地适应玉米机械化生产发展的需要。
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