不同收获时期对油菜机械收获损失率及籽粒品质的影响
左青松12, 黄海东1, 曹石1, 杨士芬1, 廖庆喜1, 冷锁虎2, 吴江生1, 周广生1*
1华中农业大学植物科学技术学院, 湖北武汉 430070
2扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州 225009
* 通讯作者(Corresponding author): 周广生, E-mail:zhougs@mail.hzau.edu.cn
摘要

以华油杂62为材料, 测定70%油菜角果变黄至角果明显炸裂时期机械收获的产量损失、植株不同部位水分含量、粒重和籽粒含油量等指标, 研究不同收获时期对产量损失率和籽粒品质的影响。试验表明, 机械收获的产量总损失率在7.00%~15.80%之间, 随着收获时期逐渐推迟, 总损失率先降低后增加。产量损失分为自然脱粒损失、割台损失和清选脱粒损失。割台损失率随收获时期推迟逐渐增加, 占总损失率的比例为7.80%~31.01%; 清选和脱粒损失率随收获时期推迟逐渐降低, 是机械收获中最大的损失部分, 占总损失率的56.87%~92.20%。总损失率与籽粒、角果皮、主花序和分枝水分含量均呈极显著正相关。籽粒水分含量为16.23%时千粒重和含油率最高, 随籽粒水分含量的下降, 千粒重、含油率、全碳含量和C/N值均略有降低。油菜机械化收获以籽粒和角果皮水分含量在11%~13%之间时为宜, 此期的千粒重、油分含量、机械收获产量和产油量均较高。

关键词: 油菜; 机械化收获; 损失率; 籽粒品质
Effects of Harvesting Date on Yield Loss Percentage of Mechanical Harvest and Seed Quality in Rapeseed
ZUO Qing-Song12, HUANG Hai-Dong1, CAO Shi1, YANG Shi-Fen1, LIAO Qing-Xi1, LENG Suo-Hu2, WU Jiang-Sheng1, ZHOU Guang-Sheng1*
1College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China
2Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology of Jiangsu Province, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China
Abstract

A field experiment on mechanical harvest date of Huayouza 62 was conducted in the 2012-2013 rapeseed season with harvesting stages ranging from 70% pod yellow to pod shattering significantly. The yield loss, moisture content, and seed quality were measured. The results showed that the percentage of total yield loss ranged from 7.00% to 15.80% in different treatments of harvest date, showing the trend of decreasing first and increasing later. The total yield loss in mechanical harvest was composed of shattering loss (SL), harvest loss by combine header (CHL), and cleaning and threshing loss (CTL), in which CTL accounted for the largest proportion of total yield loss (56.87%-92.90%), followed by CHL (7.80%-31.0%). The CTL percentage decreased with harvest date, whereas the CHL percentage was greater in later harvest treatment. Total yield loss percentage had positive correlations with moisture contents of seed, shell, main inflorescence and branches (P < 0.01). The highest 1000-seed weight and oil content were obtained when the seed moisture content was 16.23%. Further reduction of seed moisture content resulted in slight decreases of 1000-seed weight, oil content, carbon content, and C/N ratio. Our results indicate that seed or pod shell moisture content of 11%-13% was the optimal stage for mechanical harvest in rapeseed, when the final harvest yield, 1000-seed weight, oil content, and oil yield are considerably high.

Keyword: Rapeseed; Mechanical harvesting; Yield loss percentage; Seed quality

我国是油菜生产大国, 面积和总产均占世界的30%左右[1], 菜籽油也是我国自产的第一大食用植物油[2]。油酸可降低人体血液中低密度脂蛋白胆固醇含量, 阻止血管硬化, “双低”油菜因油酸含量高, 具有较高的营养价值[3]。随着植物油脂人均摄入量的增加[4], 油菜生产的重要性亦随之增加。但传统的油菜生产方式用工多、效益低, 农户种植油菜积极性不高, 只有采用机械化生产才能提高油菜生产效益。目前, 油菜机械播种的研究及应用较多[5,6,7], 而机械收获研究及应用仍较缓慢。2011年全国油菜机收面积仅有52.1万公顷[8], 尚不及全国油菜种植面积的10%。因此加速我国油菜机械化收获进程势在必行。

近几年关于适合油菜机械化收获的农艺性状[9,10,11,12,13,14]及农机设备的改进方面[15,16]有较多报道, 但有关油菜不同机械收获时期对产量损失率及菜籽品质的研究尚未见报道。各地的油菜机械化收获现场均表明, 掌握适宜的收获时期对降低产量损失率有着极其重要的作用, 如收获过早, 种子不能完全充实而影响产量和品质; 如收获过迟, 由于成熟种子的自然脱落及收获时的碰撞损失显著降低产量, 如遇大风阴雨, 损失则更为严重。本研究采用机械直播的高产种植模式, 研究不同收获时期的油菜机械化收获的损失率、产量及品质差异, 为确定适宜的油菜机械化收获时期提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料及地点

于2012—2013年度在华中农业大学试验场种植油菜杂交种华油杂62。试验地前茬为水稻, 9月中旬收获。油菜播种前取土壤样品测定表明含碱解氮108.32 mg kg-1、速效磷14.61 mg kg-1、速效钾 152.76 mg kg-1

1.2 试验设计

2012年9月23日以2BFQ-6型油菜联合播种机直播。田间小区厢宽2 m, 每厢播6行。油菜出苗后及时间丛子苗, 一叶期间苗, 三叶期定苗, 留苗45万株 hm-2。播种时施用N、P、K (15%-15%-15%)复合肥900 kg hm-2、硼沙7.5 kg hm-2作底肥。越冬期施用纯氮135 kg hm-2, 以尿素为氮源。其他管理同常规。在角果发育成熟期, 根据天气状况设置6个机械收获时期, 分别是5月5日、5月10日、5月12日、5月14日、5月17日和5月19日, 采用随机区组设计, 3次重复。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 机械收获时小区实际产量 各部分损失产量与机收产量之和。

1.3.2 水分含量测定 机械收获时从每小区连续取样10株, 将主茎基部(距地表30 cm)、主茎上部、主花序和分枝、角果壳和籽粒部分分开称鲜重, 然后转至80℃恒温, 烘至恒重(72 h), 称取各部分干重。

1.3.3 机械收获损失测定 每小区收获长度为 36 m, 收获面积为72 m2。收割机型号为4LL-2.0D (星光至尊), 收割时留茬高度为30 cm。

全田角果2/3变黄时(人工收获时期)开始在田间摆放盒子(25 cm×15 cm×5 cm), 每小区摆放10个, 机械收获前收取盒子测量籽粒重即为自然脱粒损失(yield loss caused by shattering, SL)。

割台损失(yield loss caused by combine header, CHL)分为两部分, 一是割台引起的田间脱落籽粒损失(yield loss from seeds in the field caused by combine header, CHL1), 这部分通过收割前在每小区机械收获的前8 m摆放10个塑料盒子收取; 二是割台引起的分枝损失(yield loss from branches in the field caused by combine header, CHL2), 这部分通过捡拾28 m田间脱落分枝脱粒计算。

清选和脱粒损失(yield loss caused by cleaning and threshing, CTL)分为两部分, 夹带损失(yield loss caused by mixed straw and shell, ML)和未脱粒角果损失(yield loss caused by non-threshing pod, NTPL)。

1.3.4 绿籽率的测定 从机械收获的籽粒中随机取20 g籽粒, 调查绿色的籽粒占总籽粒数的比例。

1.3.5 碳和氮元素含量 采用元素分析仪(Vario MAX CN, Elementar Co., Germany)测定籽粒全碳和全氮含量。

1.4 数据处理

小区产量和机械收获产量均以水分含量换算成干重。用SPSS 10.0软件统计分析数据, Microsoft Excel绘制图表。用最小显著差法(LSD)比较处理间差异显著性。

2 结果与分析
2.1 不同处理机械收获产量和总损失率差异

从表1看出, 随着收获时期的推迟机收时小区产量和机收产量均呈先增加后减小的趋势。5月14日收获的小区产量显著高于5月5日和5月10日小区产量, 增加幅度分别为10.61%和3.34%; 5月14日的机收产量显著高于之前3个收获时期, 5月14日、5月17日和5月19日机收产量之间无显著差异。随收获时期的推迟, 油分总量变化趋势与机收产量一致, 也是以5月14日收获平均值最高, 为1333.00 kg hm-2。不同收获时期的产量总损失率的差异较大, 其变幅为7.00%~15.80%。随着收获时期推迟, 机械收获的总损失率先降低后增加, 其中5月5日最高, 为15.80%, 5月17日最低, 为7.00%, 5月5日的损失率为5月17日损失率的2.26倍。在油菜机械化收获过程中, 适宜收获时期的选择对获得高产和降低损失率非常关键。

表1 不同收获时期油菜产量、产油量和损失率 Table 1 Grain yield, oil yield, and percentage of total yield loss at different harvesting dates
2.2 不同收获时期损失率和损失比例差异

5月5日和5月10日收获基本未收集到田间自然脱落籽粒, 从5月12日到5月19日自然脱落损失率逐渐增加(表2), 其中5月19日收获自然脱落损失率为0.93%, 显著高于其他时期。随着收获时期推迟, 割台损失率总体上逐渐增加, 最后2个相邻收获时期5月19日和5月17日相比增加幅度较大, 为39.69%, 这主要是由于割台籽粒损失率增加幅度较大, 5月19日与5月17日相比增加幅度为72.98%。清选和脱粒损失率变幅较大, 不同处理变幅为4.36%~14.57%, 随着收获时期推迟, 清选和脱粒损失率以及不同组成部分损失率都逐渐降低, 其中未脱粒角果损失率下降幅度较大, 5月19日与5月5日相比下降幅度为98.89%。相关分析显示清选和脱粒损失率、夹带损失率和未脱粒损失率与总损失率之间呈显著或极显著正相关, 相关系数分别为0.9891**、0.9096*和0.9922**

图1看出, 从5月12日到5月17日, 自然脱落损失比例较小, 但是5月19日收获自然脱落比例明显增加, 占到总损失率的12.12%; 割台损失占总损失的比例变幅在7.80%~31.01%之间, 割台损失、割台脱落籽粒损失占总损失比例随收获时期的推迟而逐渐增加。清选和脱粒损失占总损失比例最大, 不同处理变幅在56.87%~92.20%之间, 其中夹带损失比例的变幅在45.92%~68.91%之间, 未脱粒损失比例的变幅在1.06%~46.28%之间, 随着收获时期的推

表2 不同收获期不同部分损失率 Table 2 Proportions of yield loss percentage in different parts at different harvesting dates (%)

图1 不同收获期不同部分产量损失占总产量损失的比例Fig. 1 Ratio of yield loss in different parts to total yield loss at different harvesting datesSL: shattering loss; CHL: harvest loss by combine header; CHL1: seed loss by combine header; CHL2: branch loss by combine header; CTL: cleaning and threshing loss; ML: mixture in straw and shell loss; NTPL: non-threshing pod loss.

迟, 清选和脱粒损失与未脱粒损失比例逐渐降低。

2.3 不同机械收获时期水分含量差异

籽粒充实后期, 与植株不同部位相比, 籽粒水分含量相对较低, 不同处理的变幅为9.13%~35.82% (表3); 主茎基部水分含量较高, 不同处理变幅为66.51%~85.84%。随着收获时期的推迟, 植株不同部位的水分含量均逐渐降低, 其中角果皮的水分含量下降幅度最大, 5月19日与5月5日相比下降幅度为87.17%; 其次是籽粒、主花序和分枝, 两部分的水分含量下降幅度分别为74.51%和74.68%; 主茎基部水分含量下降幅度最小, 5月19日与5月5日相比下降幅度只有22.52%。相关分析表明, 籽粒、角果皮以及主花序和分枝水分含量与总损失率均呈极显著正相关, 相关系数分别为0.9828**、0.9844**和0.9692**

表3 不同收获时期油菜不同部位水分含量 Table 3 Moisture contents in various parts at different harvesting dates (%)
2.4 不同收获期千粒重及品质的差异

从表4看出, 随着收获时期推迟, 千粒重呈先增加后减小趋势, 其中5月5日千粒重最低, 为 3.38 g, 显著低于其他处理, 5月10日到5月19日千粒重之间无显著差异。从5月5日到5月12日随着收获时期的推迟绿籽率显著降低, 5月14日至5月19日收获绿籽极少, 未进行测定。各处理含油率的平均值为41.75%, 5月5日含油率显著低于其他收获时期, 随收获时期的推迟含油率的变化趋势与千粒重一致。不同收获时期籽粒氮素含量为3.76%~ 3.84%, 变化幅度较小。5月5日收获籽粒碳素含量较低, 为56.53%, 5月10日到5月19日收获籽粒碳素含量差异较小。不同处理碳氮比平均值随着收获时期的推迟总体上有先增加后减小趋势, 但不同收获时期间均无显著差异。

3 讨论
3.1 收获时期与损失率、损失组成关系及对应的植株形态

关于油菜适宜的机械收获时期一直不明确, 收获时期过早, 清选和脱粒损失大, 收获太迟自然脱落和割台损失大。因此, 如何协调两者损失, 选择适宜的收获时期降低总损失率就显得非常关键。随着收获时期推迟, 植株水分含量降低。相关分析表明总损失率与籽粒、角果皮以及主花序和分枝水分含量都呈极显著正相关, 相关系数分别为0.9828**、0.9844**和0.9692**。故而, 在生产上可以根据植株形态特征估算其水分含量从而确定其适宜的机械收获时期。本研究中5月17日收获时损失率最低, 只有7.00%, 而5月19日收获损失率显著高于5月17日

收获, 由于5月19日植株水分比较低, 田间自然脱粒损失和割台籽粒损失明显增加, 同时伴随着风险也会进一步增加。因此, 油菜在机械化联合收获过程中为了降低损失率、降低收获风险, 适宜收获时期的籽粒和角果皮水分含量在11%~13%为宜, 此时收获损失率可控制在8%以内, 生产上大约可以持续3~4 d。2011—2012年度在湖北荆州以华双5号为材料, 留苗45万株hm-2的机收试验也表现出相似结果(表5)。

表4 不同收获期油菜千粒重和籽粒品质 Table 4 1000-seed weight and seed quality at different harvesting dates
表5 2011-2012年度不同收获期籽粒水分含量、产量和机械收获损失率 Table 5 Moisture content in seed, grain yield, and percentage of total yield loss at different harvesting dates in 2011-2012 experiment

通过2012—2013年度试验观察, 5月5日收获时, 植株有70%角果呈黄色, 主花序角果籽粒变色; 5月10日收获时, 有85%角果呈黄色; 5月12日收获时, 植株95%角果已完全变黄, 主花序中下部角果脱水变枯; 5月14日收获时, 全株角果基本完全变黄, 主花序角果全部脱水变枯, 主花序上部约3/4已完全褪绿, 基部1/4呈浅绿色, 下部分枝褪绿的比例较小; 5月17日和5月19日收获时, 角果开始变黑, 茎枝褪绿的比例增加, 5月19日收获时田间炸角籽粒脱落明显。

3.2 收获期对粒重和品质性状的影响

在70%角果黄熟时人工收获油菜, 收割以后的绿熟角果需经一段后熟过程再脱粒, 后熟过程对于油菜籽粒产量和品质有一定的影响[17,18,19]。本研究通过不同时期的机械收获直接获得籽粒产量, 同时也与不同时期人工收获经后熟脱粒的产量对比, 从研究结果看5月5日人工收获后熟脱粒的千粒重为 3.52 g, 与机械收获千粒重3.38 g (表4)相比增加4.12%, 随着收获时期推迟, 籽粒水分含量降低, 绿籽率明显降低, 人工收获后熟脱粒与机械收获的千粒重差异更小。王余龙等[20]14C为标记, 研究表明, 水稻籽粒的含水量与灌浆速率、籽粒受容光合产物能力、籽粒内淀粉合成能力等关系密切, 当含水量下降到20%时籽粒就失去了受容14C的能力, 只有高于20%时才对灌浆起作用; 陈娟等[21]在水稻上也有相同的结论。本研究结果中当油菜籽粒含水量为16.23%时机械收获千粒重最大, 为3.67 g, 含油量也最高, 为42.44%。再推迟收获期, 千粒重略有下降, 这主要是籽粒停止灌浆充实后, 籽粒后熟过程中呼吸作用仍消耗养分, 主要是消耗了更多的碳水化合物, 从而使全碳含量和C/N比略有降低。

4 结论

从油菜植株70%角果呈黄色开始分期进行机械化联合收获, 不同收获时期总损失率的变化范围在7.00%~15.80%, 随着收获时期推迟, 总损失率先减小后增加。总损失率与籽粒、角果皮以及主花序和分枝水分含量都呈极显著正相关。从不同部分产量损失占总产量损失的比例看, 清选和脱粒损失占56.87%~92.20%, 针对现有的机型其重点是改进清选和脱粒装置, 降低损失。油菜机械化收获可能在籽粒和角果皮水分含量11%~13%时为宜, 这时千粒重和油分含量较高, 机械收获产量和产油量也较高; 从植株形态上看, 从全株角果基本完全变黄, 主花序角果大部分脱水变枯, 到角果开始变黑之前收获为宜, 生产上大约可以持续3~4 d。进一步推迟收获时期, 则水分含量降低, 如遇后期大风影响, 自然脱落和割台损失率进一步加大, 抗灾能力差。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

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