东北冷凉气候区玉米籽粒脱水特征及影响因素研究

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玉米(Zea mays L.)机械粒收是现代玉米生产技术和方式的重要组成部分,而收获期籽粒含水率高已成为影响机械粒收质量的重要因素。以往关于玉米籽粒脱水问题已有较多研究,但对冷凉气候条件下玉米籽粒脱水特性研究不足,制约了东北北部玉米机械粒收技术的推广。本文通过在东北冷凉气候区设置品种试验(2015~2017年)、密度试验(2017~2018年)、播期试验(2017~2018年)和覆膜试验(2018年),连续观测籽粒含水率动态变化,旨在揭示冷凉气候条件下不同玉米品种籽粒脱水特征,明确影响玉米籽粒脱水的关键因素,结合区域热量资源条件,实现东北冷凉气候区玉米品种和区域热量资源优化配置,为当地机械粒收技术的应用和推广提供理论依据与技术支撑。主要研究结果为:1、玉米机械粒收质量调查东北北部地区5个积温带、9个试验点机械粒收质量调查表明,收获期玉米籽粒含水率普遍偏高,均值达29.45%,变化范围为17.73~35.97%;粒收时破碎率较高,变化范围为4.22~12.86%,多数品种破碎率在5%国家标准以上,收获质量较差。收获时籽粒含水率与破碎率、杂质率均存在极显著正相关关系,拟合方程分别为y=0.38x-2.5857,R2=0.259**;y=0.0054e0.1667x,R2=0.181**。籽粒含水率和收获机械均对玉米机械粒收质量有影响,但与收获机械相比,籽粒含水率的影响更大。2、玉米籽粒脱水特征分析冷凉气候条件下玉米籽粒脱水过程可明显划分为快速脱水和缓慢脱水两个阶段。不同年份间各熟期玉米品种籽粒脱水过程存在差异,在快速脱水阶段,2016年早熟品种和中晚熟品种平均脱水速率为0.87%·d-1和0.93%·d-1,2017年为0.61%·d-1和0.55%·d-1;在缓慢脱水阶段,2016年早熟品种和中晚熟品种平均脱水速率为0.05%·d-1和0.11%·d-1,2017年为0.09%·d-1和0.16%·d-1。早熟品种停止脱水时籽粒含水率接近平衡水分含量,而中晚熟品种高于平衡水分含量,2016年和2017年测试结束时中晚熟品种籽粒含水率比平衡水分含量分别高6.9~21.19%和3.45~13.39%。此外,生理成熟前、后籽粒脱水速率差异显著,生理成熟前籽粒脱水速率显著高于生理成熟后,生理成熟前脱水速率变化范围为0.38~1.08%·d-1,生理成熟后为0.01~0.25%·d-1。在两个脱水阶段的交界处存在籽粒脱水的临界点,临界点出现后玉米籽粒脱水速率明显下降,且该临界点与初霜期关系密切。试验表明,中晚熟品种籽粒脱水临界点平均较初霜期晚2.7d,早熟品种籽粒脱水临界点在初霜期前1~7d。但不同年份各玉米品种达到脱水临界点时籽粒含水率和温度变化范围较大,2016年籽粒含水率变化范围为16.6~41.8%,温度变化范围为6.2~14.9℃;2017年籽粒含水率变化范围为15.4~34.9%,温度变化范围为4.4~8.0℃。3、玉米籽粒脱水的影响因素玉米穗部器官性状、气象因子和栽培措施均可影响玉米籽粒脱水。穗部器官中苞叶、穗轴、穗柄含水率与籽粒含水率均呈极显著正相关关系(r=0.844**,r=0.745**,r=0.815**)。玉米籽粒含水率与日平均温、日最高温、日最低温、日生长度、日降水量、日平均风速、日最大风速、相对湿度、太阳辐射和蒸散量均呈显著或极显著相关;其中,日生长度、日平均温、相对湿度和蒸散量对玉米籽粒脱水影响较大,日生长度决定系数达0.630,可见温度和相对湿度是影响籽粒脱水的关键气象指标。早播、覆膜可加快玉米生育进程,显著提高玉米产量,增加生育期对光热资源的利用,延长籽粒脱水时间,降低收获期籽粒含水率。收获时早播较晚播籽粒含水率低7.37个百分点,覆膜较裸地种植籽粒含水率低3.09个百分点。4、东北冷凉气候区热量资源分布与粒收品种配置基于籽粒脱水动态变化,构建了吐丝后积温(T)与籽粒含水率(MC)的预测模型MC=90/[1+(T/b)c],预测精度较为理想。参试品种降至25%机械粒收目标含水率积温需求显示,供试早熟品种在生理成熟前已降至25%机械粒收目标含水率以下,而中晚熟品种生理成熟至25%目标含水率还需积温279.7℃·d,可见生育后期可利用积温不足是导致东北冷凉气候区收获期籽粒含水率偏高的主要原因。按玉米生长季可利用积温(>0℃)可将东北北部地区划分为7个积温带(ATZ1~ATZ7),积温变化范围2000~3400℃·d。以此为基础,将东北冷凉气候区划分为四个适宜机械粒收区域范围(ATZ1~ATZ4),并为各区域实现目标含水率机械粒收配置适宜的玉米品种,为东北冷凉气候区玉米机械粒收发展提供理论支撑与技术指导。
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