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摘要：机械化直接收获玉米籽粒是目前亟待解决的难题，玉米果穗脱水特性成为研究重点。本试验以黄淮海区域36个主推夏玉米品种为研究对象，测定生理成熟前后玉米果穗各部位的含水量、脱水速率，运用主成分和聚类分析获得果穗脱水性较强的品种。结果表明：不同基因型夏玉米果穗的籽粒、苞叶和穗轴含水量两两间极显著相关，而脱水速率两两间不相关；36个主推品种中登海605、青农105、农华101和金阳光7号为该地区果穗脱水性较强的品种；果穗脱水性较强品种的苞叶、穗轴和籽粒含水量为36%、58%、29%左右；籽粒含水量不是机收粒的关键限制因素。
关键词：夏玉米；含水量；脱水速率；玉米果穗
中图分类号：S513.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）12-0018-05
农业机械化是实现农业现代化的重要标志，我国农业生产中，玉米、水稻和小麦三大粮食作物，小麦基本实现了全程机械化生产[1]，水稻机械化生产技术处于迅猛发展阶段[2，3]，而玉米机械化收获在理论和实践上均不够成熟，其机械化发展成为瓶颈[4]。美国、加拿大玉米收获机械与配套生产技术都比较成熟和先进[5，6]。我国现有玉米品种繁多，生育期长短不齐，各地生态特点、种植制度和耕作方式差异很大，都是制约我国玉米机械化收获的主要因素[7～9]。黄淮海地区是我国重要的玉米产区，小麦、玉米一年两熟制是该地区主要种植制度，该区域生产上推广应用的夏玉米品种繁多，品种类型和性状差异较大，缺乏科学的夏玉米机械化收获标准，导致玉米机械化收获损失大、直接收获籽粒技术难以实现[10，11]。因此，明确夏玉米果穗的脱水特性对实现机械化生产具有重要指导意义。
在玉米生产中，适宜的收获期是提高产量和品质的保证，果穗脱水特性是确保玉米机械化收粒的前提[12]。我国通常以玉米果穗的苞叶枯白松散、籽粒含水量33%左右、黑色层形成作为收获参考[13～15]，实践证明，这一参考标准的生产指导作用较差，缺乏可靠理论依据，有待进一步研究明确。国内对不同品种玉米籽粒脱水速率的报道较多[16～18]，对果穗各部位脱水特性综合评价的研究较少。本试验以36个黄淮海区域主推玉米品种为研究对象，通过测定玉米生理成熟前后果穗各部位含水量和脱水速率，运用主成分和聚类分析筛选出果穗脱水性较强的夏玉米品种，以期为黄淮海地区机收籽粒夏玉米品种的选育及配套栽培技术提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料与设计
试验于2013年6月～10月在山东省农业科学院玉米研究所龙山试验基地（117°32′E，36°43′N）进行。该地属温带大陆季风性气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，年均降水量693.4 mm，年均气温13.6℃，年均日照时数2 558.3 h，无霜期209 d，具黄淮海区域典型特点。试验地前茬为冬小麦，棕壤土，土层深厚，地下水在5 m以下。
选用黄淮海夏玉米区36个主推品种（表2）为研究对象。采用随机区组设计，重复3次。种植密度为6.75万株/hm2，行距0.66 m，行长5 m，每小区种植8行。定苗后一次性施入玉米专用复合肥（17-17-17）600 kg/hm2，其它管理同一般高产田。
1.2测定项目与方法
从9月15日开始取样，每3天取1次，各品种每次取3份果穗，共取样6次。果穗脱水速率计算方法：烘干法测定籽粒、苞叶（含穗柄）、穗轴的含水量，根据2次相邻样品含水量，计算果穗日脱水速率。脱水速率（%/d）=100×（前1次含水量-后1次含水量）/两次取样相隔天数。
1.3玉米果穗脱水性评价体系的建立
1.3.1最小数据集（MDS）的选取 MDS的选择完全取决于试验目的[19，20]，本试验主要目的是为选育果穗脱水性强的夏玉米品种及配套栽培技术提供一些参考。黄淮海麦-玉两熟区玉米的收获时间一般是10月1日，因此，选该日收获果穗的脱水性进行综合评价。选择影响机收的果穗指标即籽粒、苞叶（含穗柄）、穗轴三者的含水量作为MDS，运用因子分析法对各指标因子进行主成分分析，得到各指标因子主成分（PC）的特征值和贡献率。
1.3.2权重的确定本研究计算权重运用客观赋值法，也就是用主成分分析确定权重值，用某指标的公因子方差占所有指标公因子方差总和的比例来表示[21，22]。
1.3.3隶属度函数值的计算方法[22]
1.3.4综合评价模型的建立[21，22]
式中，D值为不同基因型夏玉米果穗脱水性强弱指数；Wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重。
1.4 数据分析
采用DPS 7.05软件进行差异显著性分析，用SPSS 18.0软件进行描述性统计、主成分分析和聚类分析，采用Microsoft Excel 2007作图表。
2结果与分析
2.1不同基因型夏玉米果穗各部位含水量、脱水速率相关性分析
由图1可以看出，玉米果穗的苞叶和穗轴、籽粒和苞叶、籽粒和穗轴的含水量Pearson相关分析得出的R值分别为0.549、0.858、0.540，经显著性分析得P值都小于0.01，因此果穗苞叶、穗轴和籽粒的含水量两两间都极显著相关。苞叶和穗轴、籽粒和苞叶、籽粒和穗轴脱水速率Pearson相关分析得出的R值分别为0.118、0.095、0.009，经显著性分析，P值都大于0.05，因此三者脱水速率间不相关。
2.2不同基因型夏玉米果穗脱水性综合评价
由表1看出，穗轴、苞叶、籽粒含水量的权重值分别为0.456、0.453、0.091，因子的权重值越高在评价时占得份额就越大。各品种籽粒的含水量为29%左右，权重值比较小；穗轴的含水量为70%左右，能直接影响机械化操作，其权重值较高；苞叶本身因干枯含水量较低，但机械化操作需要将穗柄纳入苞叶中，而穗柄的含水量较高，因此苞叶的含水量也较高，权重值也较高。 根据公式计算出不同基因型夏玉米果穗各指标因子的隶属度函数值和最终的D值（表2），D值的大小表示各品种果穗脱水性强弱，D值越接近1表明该品种在该地区种植果穗脱水性越强。金阳光7号的果穗脱水指数最大，为0.72，说明其果穗的脱水性较强，中科11的果穗脱水指数最小，为0.04，说明其果穗的脱水性较差。
依据D值通过最大距离法聚类分析，结果（图2）表明，36个品种划分为3类，果穗脱水性较强的品种有4个：登海605、青农105、农华101和金阳光7号；果穗脱水性较差的品种有10个：金海604、蠡玉37、金海5号、屯玉808、鲁单9066、登海661、诺达1号、鲁单9088、中科11和东单60；中间型品种：浚单20、青农8号、济玉1号、连胜15、连胜188、德利农988、齐单1号、郑单
3讨论与结论
Zuber 等[23]研究指出，玉米苞叶厚度与籽粒含水量呈显著负相关， Crane 等[24]也研究发现，玉米生理成熟后的籽粒脱水速率与果柄、苞叶长度、籽粒形状和大小存在着密切的关系。本试验也发现不同基因型夏玉米果穗中籽粒、苞叶和穗轴的含水量两两间极显著相关，而脱水速率两两间不相关。有研究发现，乳线位置年际间、品种间差异较大，黑色层出现早晚不能充分反映生理成熟状况，不能用来作为机械直接收获玉米籽粒的依据[25～27]。还有研究证实，机械直接收获籽粒且较小限度破坏种子要求籽粒含水量在25%～19%，含水量低于15%时机械较严重损伤籽粒[28]。本试验通过对果穗脱水性综合评价获得的4个脱水性较强品种的苞叶、穗轴和籽粒含水量为36%、58%、29%左右，试验中36个品种的籽粒含水量多在29%左右，因此，籽粒含水量不是阻碍机械化进程的关键因素。
本试验通过主成分分析获得各品种的D值，D值越接近1表明该品种在当地种植果穗的脱水性越强，金阳光7号的D值最大，为0.72，与1.00还存在很大差距，可见，改善果穗脱水特性的潜力很大。通过聚类分析将36个品种分成3类，果穗脱水性强的品种只占试验品种的1/9。因此，育种方面，建议培育出生理成熟时能迅速脱水的品种，使各部位的含水量迅速降低以利于机械收获；栽培方面，建议在麦-玉两熟区域，为实现玉米机械化收粒目标，在不影响小麦冬前基本苗前提下，可适当调整玉米晚收小麦晚播，使果穗各部位含水量降低以利于机械作业。
参考文献：
[1] 赵广才，常旭虹，王德梅，等. 中国小麦生产管理技术发展战略探讨[J]. 作物杂志， 2013（4）：4-6.
[2]沈亮，韩休海，耿志杰. 我国水稻插秧机发展现状[J]. 农机使用与维修，2011（1）：4-6.
[3]张汉夫. 我国水稻育插秧机械化进入快速发展阶段[J]. 现代农业装备，2009（2）： 29-30.
[4]胡伟. 中国玉米收获机械化发展研究[D]. 北京：中国农业大学，2004.
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[7]Xiu Y F，Lin H B，Wang R X，et al. Study on the adaptability of corn machinery and agronomic requirements in the transition to precision agriculture[C].World Automation Congress，2010：483-488.
[8]黄梅，李盛春，宋继忠，等. 玉米收获机适用性影响因素及性能指标的研究[J]. 农机化研究，2013，35（8）：149-153.
[9]Ning W Y，Kuang Y L，Zhang Y H. A study of the development of agricultural mechanization in Kunming[J]. Asian Agricultural Research， 2013，5（2）：26-29.
[10]刘水长，张勇，李磊. 我国玉米机械化收获现状及对策[J]. 农机化研究，2008，30（10）：201-205.
[11]孙进良，刘师多，丁慧玲. 我国玉米收获机械化的应用现状与展望[J]. 农机化研究，2009，31（3）：217-219.
[12]柳枫贺，王克如，李健，等. 影响玉米机械收粒质量的分析[J]. 作物杂志，2013 （4）：116-120.
[13]赵霞，刘京宝，唐保军，等. 单粒播种玉米品种收获期和后期脱水速率初探[J]. 江西农业学报，2011，23（10）：44-45，48.
[14]杨国航，张春原，孙世贤，等. 夏玉米子粒收获期判定方法研究[J]. 作物杂志， 2006（5）：11-13.
[15]卫勇强，雷晓兵，梁晓伟. 不同夏玉米品种籽粒自然脱水速率的研究[J]. 江苏农业科学，2011，39（6）：167-168.
[16]向葵. 玉米籽粒脱水速率测定方法优化及遗传研究[D]. 雅安：四川农业大学，2011.
[17]张立国，范骐骥，陈喜昌，等. 玉米生理成熟后籽粒脱水速率与主要农艺性状的相关分析[J]. 黑龙江农业科学，2012（3）：1-5.
[18]张林，张宝石，王霞，等. 玉米收获期籽粒含水量与主要农艺性状相关分析[J]. 东北农业大学学报，2009，40（10）：9-12.
[19]刘世梁，傅伯杰，刘国华. 我国土壤质量及其评价研究的进展[J]. 土壤通报， 2006，37（1）：137-143. [20]刘占锋，傅伯杰，刘国华，等. 土壤质量与土壤质量指标及其评价[J]. 生态学报， 2006，26（3）：901-913.
[21]白志英，李存东，孙红春，等. 小麦代换系抗旱生理指标的主成分分析及综合评价[J]. 中国农业科学，2008，41（12）：4264-4272.
[22]谢志坚. 农业科学中的模糊数学方法[M]. 武汉：华中理工大学出版社，1983.
[23]Zuber M S. Effect of the factor pair on yield and other agronomic characters in corn[J]. Crop Sci.，1950，50（1）：24-25.
[24]Crane P L，Miles S R，Newman J E. Faetors assoeiated with varietal differences in rate of field drying in corn[J]. Agron. J.，1959，51：318-320.
[25]Reid L M，Zhu X，Morrison M J，et al. A non-destructive method for measuring maize kernel moisture in a breeding program[J]. Maydica，2010， 55：163-171.
[26]李德新，宫秀杰，钱春荣. 玉米籽粒灌浆及脱水速率品种差异与相关分析[J]. 中国农学通报，2011，27（27）：92-97.
[27]吕香玲，兰进好，张宝石. 玉米果穗脱水速率的研究[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2006，34（2）：48-52.
[28]高连兴，李飞，张新伟，等. 含水率对种子玉米脱粒性能的影响机理[J]. 农业机械学报，2011，42（12）：42，92-96.
[29]Ruan L，Wang J，Chen Y H，et al. Dry matter accumulation， moisture content in maize kernel and their influences on mechanical harvesting[J]. Agricultural Science and Technology，2011，12（12）：1857- 1860.
关键词：夏玉米；含水量；脱水速率；玉米果穗
中图分类号：S513.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）12-0018-05
农业机械化是实现农业现代化的重要标志，我国农业生产中，玉米、水稻和小麦三大粮食作物，小麦基本实现了全程机械化生产[1]，水稻机械化生产技术处于迅猛发展阶段[2，3]，而玉米机械化收获在理论和实践上均不够成熟，其机械化发展成为瓶颈[4]。美国、加拿大玉米收获机械与配套生产技术都比较成熟和先进[5，6]。我国现有玉米品种繁多，生育期长短不齐，各地生态特点、种植制度和耕作方式差异很大，都是制约我国玉米机械化收获的主要因素[7～9]。黄淮海地区是我国重要的玉米产区，小麦、玉米一年两熟制是该地区主要种植制度，该区域生产上推广应用的夏玉米品种繁多，品种类型和性状差异较大，缺乏科学的夏玉米机械化收获标准，导致玉米机械化收获损失大、直接收获籽粒技术难以实现[10，11]。因此，明确夏玉米果穗的脱水特性对实现机械化生产具有重要指导意义。
在玉米生产中，适宜的收获期是提高产量和品质的保证，果穗脱水特性是确保玉米机械化收粒的前提[12]。我国通常以玉米果穗的苞叶枯白松散、籽粒含水量33%左右、黑色层形成作为收获参考[13～15]，实践证明，这一参考标准的生产指导作用较差，缺乏可靠理论依据，有待进一步研究明确。国内对不同品种玉米籽粒脱水速率的报道较多[16～18]，对果穗各部位脱水特性综合评价的研究较少。本试验以36个黄淮海区域主推玉米品种为研究对象，通过测定玉米生理成熟前后果穗各部位含水量和脱水速率，运用主成分和聚类分析筛选出果穗脱水性较强的夏玉米品种，以期为黄淮海地区机收籽粒夏玉米品种的选育及配套栽培技术提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料与设计
试验于2013年6月～10月在山东省农业科学院玉米研究所龙山试验基地（117°32′E，36°43′N）进行。该地属温带大陆季风性气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，年均降水量693.4 mm，年均气温13.6℃，年均日照时数2 558.3 h，无霜期209 d，具黄淮海区域典型特点。试验地前茬为冬小麦，棕壤土，土层深厚，地下水在5 m以下。
选用黄淮海夏玉米区36个主推品种（表2）为研究对象。采用随机区组设计，重复3次。种植密度为6.75万株/hm2，行距0.66 m，行长5 m，每小区种植8行。定苗后一次性施入玉米专用复合肥（17-17-17）600 kg/hm2，其它管理同一般高产田。
1.2测定项目与方法
从9月15日开始取样，每3天取1次，各品种每次取3份果穗，共取样6次。果穗脱水速率计算方法：烘干法测定籽粒、苞叶（含穗柄）、穗轴的含水量，根据2次相邻样品含水量，计算果穗日脱水速率。脱水速率（%/d）=100×（前1次含水量-后1次含水量）/两次取样相隔天数。
1.3玉米果穗脱水性评价体系的建立
1.3.1最小数据集（MDS）的选取 MDS的选择完全取决于试验目的[19，20]，本试验主要目的是为选育果穗脱水性强的夏玉米品种及配套栽培技术提供一些参考。黄淮海麦-玉两熟区玉米的收获时间一般是10月1日，因此，选该日收获果穗的脱水性进行综合评价。选择影响机收的果穗指标即籽粒、苞叶（含穗柄）、穗轴三者的含水量作为MDS，运用因子分析法对各指标因子进行主成分分析，得到各指标因子主成分（PC）的特征值和贡献率。
1.3.2权重的确定本研究计算权重运用客观赋值法，也就是用主成分分析确定权重值，用某指标的公因子方差占所有指标公因子方差总和的比例来表示[21，22]。
1.3.3隶属度函数值的计算方法[22]
1.3.4综合评价模型的建立[21，22]
式中，D值为不同基因型夏玉米果穗脱水性强弱指数；Wj表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重。
1.4 数据分析
采用DPS 7.05软件进行差异显著性分析，用SPSS 18.0软件进行描述性统计、主成分分析和聚类分析，采用Microsoft Excel 2007作图表。
2结果与分析
2.1不同基因型夏玉米果穗各部位含水量、脱水速率相关性分析
由图1可以看出，玉米果穗的苞叶和穗轴、籽粒和苞叶、籽粒和穗轴的含水量Pearson相关分析得出的R值分别为0.549、0.858、0.540，经显著性分析得P值都小于0.01，因此果穗苞叶、穗轴和籽粒的含水量两两间都极显著相关。苞叶和穗轴、籽粒和苞叶、籽粒和穗轴脱水速率Pearson相关分析得出的R值分别为0.118、0.095、0.009，经显著性分析，P值都大于0.05，因此三者脱水速率间不相关。
2.2不同基因型夏玉米果穗脱水性综合评价
由表1看出，穗轴、苞叶、籽粒含水量的权重值分别为0.456、0.453、0.091，因子的权重值越高在评价时占得份额就越大。各品种籽粒的含水量为29%左右，权重值比较小；穗轴的含水量为70%左右，能直接影响机械化操作，其权重值较高；苞叶本身因干枯含水量较低，但机械化操作需要将穗柄纳入苞叶中，而穗柄的含水量较高，因此苞叶的含水量也较高，权重值也较高。 根据公式计算出不同基因型夏玉米果穗各指标因子的隶属度函数值和最终的D值（表2），D值的大小表示各品种果穗脱水性强弱，D值越接近1表明该品种在该地区种植果穗脱水性越强。金阳光7号的果穗脱水指数最大，为0.72，说明其果穗的脱水性较强，中科11的果穗脱水指数最小，为0.04，说明其果穗的脱水性较差。
依据D值通过最大距离法聚类分析，结果（图2）表明，36个品种划分为3类，果穗脱水性较强的品种有4个：登海605、青农105、农华101和金阳光7号；果穗脱水性较差的品种有10个：金海604、蠡玉37、金海5号、屯玉808、鲁单9066、登海661、诺达1号、鲁单9088、中科11和东单60；中间型品种：浚单20、青农8号、济玉1号、连胜15、连胜188、德利农988、齐单1号、郑单
3讨论与结论
Zuber 等[23]研究指出，玉米苞叶厚度与籽粒含水量呈显著负相关， Crane 等[24]也研究发现，玉米生理成熟后的籽粒脱水速率与果柄、苞叶长度、籽粒形状和大小存在着密切的关系。本试验也发现不同基因型夏玉米果穗中籽粒、苞叶和穗轴的含水量两两间极显著相关，而脱水速率两两间不相关。有研究发现，乳线位置年际间、品种间差异较大，黑色层出现早晚不能充分反映生理成熟状况，不能用来作为机械直接收获玉米籽粒的依据[25～27]。还有研究证实，机械直接收获籽粒且较小限度破坏种子要求籽粒含水量在25%～19%，含水量低于15%时机械较严重损伤籽粒[28]。本试验通过对果穗脱水性综合评价获得的4个脱水性较强品种的苞叶、穗轴和籽粒含水量为36%、58%、29%左右，试验中36个品种的籽粒含水量多在29%左右，因此，籽粒含水量不是阻碍机械化进程的关键因素。
本试验通过主成分分析获得各品种的D值，D值越接近1表明该品种在当地种植果穗的脱水性越强，金阳光7号的D值最大，为0.72，与1.00还存在很大差距，可见，改善果穗脱水特性的潜力很大。通过聚类分析将36个品种分成3类，果穗脱水性强的品种只占试验品种的1/9。因此，育种方面，建议培育出生理成熟时能迅速脱水的品种，使各部位的含水量迅速降低以利于机械收获；栽培方面，建议在麦-玉两熟区域，为实现玉米机械化收粒目标，在不影响小麦冬前基本苗前提下，可适当调整玉米晚收小麦晚播，使果穗各部位含水量降低以利于机械作业。
参考文献：
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