玉米機(jī)械粒收技術(shù)研究進(jìn)展

玉米機(jī)械粒收技術(shù)研究進(jìn)展

1

玉米機(jī)械粒收是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及學(xué)科多，覆蓋玉米產(chǎn)業(yè)全鏈條，是玉米收獲

技術(shù)的發(fā)展趨勢

?每畝比機(jī)械穗收可節(jié)省成本50-70元；比人工收獲節(jié)省

200-250元；

?減少晾曬脫粒過程損失3%；

?降低晾曬存儲(chǔ)過程中的霉變；

是玉米轉(zhuǎn)方式、提高競爭力和高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)

人工收獲（占20-25%）機(jī)械穗收（占70%）?

機(jī)械粒收（占5-10%）

2

l農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合

推進(jìn)全程機(jī)械

化

四川三臺(tái)機(jī)械粒收

3

歐美玉米收獲

l美國、德國等玉米生產(chǎn)先進(jìn)國家在20

世紀(jì)50年代全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械收穗，70年

代全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械收粒。

4

產(chǎn)量分布圖

依據(jù)產(chǎn)量分布，分析產(chǎn)量低的原因，

提出針對(duì)性的解決辦法

玉米粒收機(jī)械的脫粒裝置

l1831年，賽勒斯·麥考密克在美國發(fā)明了世界上第一臺(tái)實(shí)用的谷物收割機(jī)

l1842年，杰羅姆·凱斯在美國威斯康辛州瑞仙生產(chǎn)出其首臺(tái)脫粒機(jī)

l1951年，萬國公司推出其第一臺(tái)聯(lián)合籽粒收割機(jī)

l1977年，首批1400系列軸流滾筒（Axial－Flow）聯(lián)合收割機(jī)上市軸流滾筒

l2012年，凱斯推出第7代軸流滾筒聯(lián)合收割機(jī)，作業(yè)效率和谷物質(zhì)量繼續(xù)

得到提升，油耗進(jìn)一步降低。

脫粒示意

圖

機(jī)械脫粒工作原理

清選示意圖

切流滾筒

6

玉米品種發(fā)展

矮稈、早熟、脫水快、耐密、適合機(jī)械作業(yè)的特點(diǎn)

玉米植株高240-250厘米左右、穗位高110厘米左右、整齊度高、耐密植、

抗倒、抗病蟲等綜合抗逆性強(qiáng)

抗倒、適宜機(jī)械收獲

7

收獲存儲(chǔ)與銷售

l農(nóng)場儲(chǔ)糧倉糧食收儲(chǔ)企業(yè)

8

美國玉米生育期及播種、收獲累積進(jìn)程

（根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部NASS統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)整理，2007-2011年平均）

9

美國玉米機(jī)械粒收時(shí)籽粒含水率和破碎率

BCFM

年份收獲時(shí)玉米籽粒平均含水率/%

/%

201115.60.8

201215.31

201317.30.9

201416.60.8

201515.70.8

201616.10.7

201716.60.8

l美國玉米收獲時(shí)籽粒平均含水率為16.6%；

BCFM平均0.8%；

資料來源：2017/2018CornHarvestQualityReport

10

收獲存儲(chǔ)與銷售

l農(nóng)場儲(chǔ)糧倉糧食收儲(chǔ)企業(yè)

11

黃淮海1夏玉米機(jī)械粒收技術(shù)推廣難點(diǎn)所在

黃淮海夏播區(qū)玉米種植面積1.8億畝，總產(chǎn)占全國35%以上

玉米生育季熱量資源受限：小麥玉米一年兩作，品種生育期長，收獲期籽

粒成熟度低、含水率高

土地碎片化：面積小，收獲機(jī)動(dòng)力、規(guī)格受限。

一機(jī)多用需求：小麥?zhǔn)斋@機(jī)保有量大，改裝兼用玉米粒收質(zhì)量差

兩熟制為世界獨(dú)有，情況復(fù)雜，粒收技術(shù)應(yīng)用全球難度最大

12

收獲時(shí)籽?？倱p失

破碎雜質(zhì)率落粒量落穗量總損失量

年份樣本量含水率率

率(%)(%)(kghm-2)(kghm-2)(kghm-2)

(%)(%)

2012

8421.717.850.29103.1126.0229.11.47l2012-2020年共在21個(gè)玉米主

2013

12825.005.341.12256.8332.4268.41.95產(chǎn)省市區(qū)開展機(jī)械粒收關(guān)鍵技

2014

23126.318.722.0479.8402.0338.34.10術(shù)研究與試驗(yàn)示范，共獲得

2015

43626.858.431.16163.1282.8331.22.933464組大田機(jī)械粒收樣本

2016

39026.718.641.0162.0332.9228.92.16（10392個(gè)樣點(diǎn)）數(shù)據(jù)，涉及

2017

81727.288.791.4686.4442.1327.53.31865個(gè)品種，收獲時(shí)籽粒平均

2018

46524.857.831.25140.0434.9541.24.81含水率為25.95%；破碎率平均

2019

43623.886.480.76127.1287.4344.95.36

7.87%；雜質(zhì)率平均1.20%；

2020

47726.247.151.17102.3495.0343.43.69

損失率平均3.55%。落粒占總

平均值25.957.871.20112.34366.24353.283.55

損失率的23.1%，落穗占

最大值44.6033.9413.243133.758960.049288.4558.88

76.9%。

最小值10.630.050.000.000.000.000.00

極差33.9733.8913.243133.758960.049288.4558.88

標(biāo)準(zhǔn)誤4.944.501.5011.9851.3745.686.53

CV(%)19.0160.94128.38159.96210.37193.94183.81

13

2012-2019年黃淮海夏玉米區(qū)籽粒破碎率的變化

黃淮海夏玉米機(jī)械粒收質(zhì)量統(tǒng)計(jì)（n=1250）

質(zhì)量指標(biāo)averagMaxMinRangeStdevCV.%國標(biāo)

35Moisturecontent%

e30

破碎率（%）9.2933.941.1132.834.7150.70≤5超標(biāo)25

20y=-0.6132x+1263.8

雜質(zhì)率（%）1.6812.250.0012.251.86110.71≤3不超R2=0.4017

15

標(biāo)

B10

r

M

落粒量e

122.13133.84.23129.6207.9170.27a

o

k5

iy=-0.3329x+680.63

a

s

t

2g2

u

（kg/hm）eR=0.1988

r

0

e

r

a

c

t

o

落穗量e201020Ye1ar52020

n

304.957112.10.007112.1717.3235.22

%

t

e

2n

（kg/hm）t

%

總損失量280.057156.54.27152.3572.7204.49破碎率和含水率呈逐年下降趨勢，

破碎率平均每年下降個(gè)百分點(diǎn)；

（kg/hm2）0.61

含水率下降0.33個(gè)百分點(diǎn)

總損失率（%）3.2879.820.0079.826.21189.33≤5不超

標(biāo)

含水率（%）27.3844.6011.1333.474.9017.90

子粒破碎率與子粒含水率的關(guān)系

40l破碎率高、損失率高是影響收獲質(zhì)

y=0.026x2-0.886x+12.61

R2=0.282量的主要問題。

30

l與籽粒含水率極顯著相關(guān)。

20

l途徑：降低收獲期籽粒含水率、適

B

r10期收獲，是破解粒收推廣瓶頸的關(guān)

o

k

e

n鍵。

c

o0

r

n

(01020304050

%

)Moisturecontent(%)

22

破碎率與收獲期子粒含水率呈二次曲線關(guān)系：Y破碎率=0.026x-0.886x+12.61(R=

0.282,n=3464)。

15

田間脫水期植株倒伏對(duì)收獲效率、收獲損失的影響

總損失量4.2-7156.5kg?hm-2，平均為280.05kg?hm-2

l落穗損失是粒收損失的主要來源，倒

伏增加1%，落穗損失增加0.15%；

l倒伏影響籽粒收獲作業(yè)效率，增加作

業(yè)成本；

l途徑：降低植株倒伏、倒折，提升

機(jī)械粒收效率和質(zhì)量。倒伏影響機(jī)械作用效率，增加落穗損失（2019河南原陽）

16

收獲質(zhì)量測試

Missouri州調(diào)查，樣方面積：落穗損

失調(diào)查1/100英畝的完整果穗數(shù)，其

中，重量接近3/4磅的玉米被認(rèn)為是

一個(gè)完整的果穗；落粒損失調(diào)查10平

方英尺內(nèi)的落粒量。樣方面積的寬度

是按收獲機(jī)的割幅寬度確定，一般按

一個(gè)割幅寬度，長度根據(jù)割幅寬度按

1/100英畝或10平方英尺面積計(jì)算來

確定。

Fig.1.Sketchofthemeasurementmethodof

cornharvestlossinthestateofMissouri,

UnitedStates(basedonShayetal.1983).

17

美國糧食標(biāo)準(zhǔn)810.，其中對(duì)玉米的破碎及雜質(zhì)部分進(jìn)行

了規(guī)定(810.401-810.405)：破碎玉米（brokencorn）是指樣

品通過直徑為12/64英寸（相當(dāng)于4.76mm）的圓孔篩部分，

但不包括直徑為6/64英寸（相當(dāng)于2.38mm）的圓孔篩部分。

美國玉米的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是用破碎玉米和異形物或外來物

（Brokencornandforeignmaterial，BCFM），其對(duì)BCFM的

定義是通過直徑為6/64英寸（相當(dāng)于2.38mm）的圓孔篩部

分和篩上的外來物品（非玉米部分）。玉米的雜質(zhì)

（foreignmaterial）是包括樣品中通過6/64英寸的圓孔篩部

分的所有細(xì)小物質(zhì)和無法通過12/64英寸圓孔篩的非玉米部

圖美國檢測玉米破碎（）

1brokencorn分（例如雜草種子）。

和雜質(zhì)(foreignmaterial)的示意圖

18

2011-2019年美國玉米機(jī)械粒收質(zhì)量主要指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

年份No.ofMoisture%BC%FM%Totaldamage%Stresscracks%Wholekernels%

sempleMean(range)Mean(range)Mean(range)Mean(range)Mean(range)Mean(range)

s

201147415.6(9.5-22.0)0.8(0.0-10.1)0.2(0-3.0)1.1(0-12.0)3(0-40)93.8(57-99.8)

201256615.3(8.9-24.7)0.7(0.1-4.8)0.2(0-2.5)0.8(0-12.7)4(0-63)94.4(68-100)

201361017.7(10.9-28.2)0.7(0.1-3.9)0.2(0-2.5)0.9(0-13.6)9(0-86)92.4(73.6-99.6)

201462916.6（10.9-29.9）0.6(0.1-3.3)0.2(0-5.5)1.7（0-17.3）8（0-100）93.6(63.6-99.8)

201562015.7(11.0-23.6)0.42(0-7.5)0.27(0-4.5)1.4(0-13.2)3(0-75)94.9(78.4-99.8)

201662416.1(11.2-23.7)0.5(0-3.8)0.1(0-1.6)2.6(0-23.1)4(0-84)95.2(80.6-100)

201762716.6(9.0-24.4)0.6(0-3.5)0.2(0-6.3)1.3(0-13.6)5(0-90)89.9(67-99.2)

201861816.6(10.1-25.0)0.5(0-3.6)0.2(0-7.3)1.5(0-19.3)5(0-88)93.0(66-98.6)

201962317.5（11-30）0.7（0.2-5.3）0.28(0-3.3)2.7(0-50.5)7.9(0-95)90.8(25.4-99.6)

202058515.8(9.2–29.0)0.6(0.0–2.8)0.2(0.0–8.3)1.1(0.0–18.3)6(0–80)92.5(35.8–99.6)

合計(jì)5391

/16.20.60.21.5693

平均

Max3010.17.323.1100100

Min8.9000057

Range21.110.17.323.110043

Stdve1.820.40.11.233.23.6

CV.%11.2366.6050.211982.0053.333.87

不同區(qū)域玉米籽粒脫水特征

不同區(qū)域各品種籽粒每日脫水速率

20

表氣象含水率與氣象因子的逐步回歸結(jié)果（新鄉(xiāng)）

方程R2

生理成熟前y=0.37494x1+5.55477x5﹣4.94533x11+2.973320.465**

生理成熟后y=0.13915x1+10.82154x7-9.416030.3845**

全生育期y=﹣0.86465x5+9.30528x7﹣4.756230.1884**

**表示在0.01水平上顯著，y為氣象含水率，回歸變量以0.05水平進(jìn)行引入和

剔除；x1為平均溫度，x5為平均風(fēng)速，x7為平均相對(duì)濕度，x11為蒸發(fā)量

21

分期收獲玉米的破碎率、雜質(zhì)率、落粒率和落穗率變化（新鄉(xiāng)）

22

玉米破碎率、雜質(zhì)率、落粒率、落穗率與籽粒含水率的關(guān)系（新鄉(xiāng)）

23

線性+線性模型擬合：生育后期相對(duì)濕度較高的年型（2016年），日均溫10℃-

14℃為玉米籽粒水分進(jìn)入緩慢下降的臨界溫度，生育后期相對(duì)濕度較低的年型

（2017年），日均溫4.2℃-6.5℃為臨界溫度

線性+平臺(tái)模型模擬：早熟品種生育后期相對(duì)濕度較高年型（2016年），日均溫11℃

左右為玉米籽粒水分進(jìn)入停止下降的臨界溫度，生育后期相對(duì)濕度較低年型（2017

年），日均溫3.6℃左右為玉米臨界溫度，中晚熟品種進(jìn)入停止脫水的臨界溫度則由

該地區(qū)初霜日出現(xiàn)的時(shí)間決定

24

基于平衡水的玉米籽粒最低含水率

利用籽粒平衡含水率GBA模型和近50年歷史氣象數(shù)據(jù)，分析了全國玉米收獲季節(jié)各

地的平衡含水率，為評(píng)價(jià)玉米主產(chǎn)區(qū)的籽粒脫水條件、制定適宜收獲時(shí)期提供依據(jù)。

Appendix1CheatsheetofMeq

Temperature

(℃)

051015202530

Relative

Humidity(%)

9.2

308.988.708.438.187.947.72

9

9.9

359.669.359.078.808.558.31

8

10.

4010.3210.009.699.419.148.89

66

11.

4510.9910.6510.3310.039.759.48

36

12.

5011.6911.3310.9910.6710.3710.09

07

12.

5512.4212.0411.6911.3511.0310.73

83

13.

6013.2112.8112.4312.0711.7411.42

63

14.

6514.0513.6313.2312.8612.5112.17

50

15.

7014.9814.5314.1113.7213.3512.99

45

16.

7516.0015.5315.0814.6714.2713.90

50

17.

8017.1316.6416.1715.7315.3114.92

66

18.

8518.4217.8917.3916.9316.4816.06

Fig.4MeqdistributionmapsfromSep.toNov.inChina97

20.

9019.8719.3218.7918.2917.8217.37

46

25

2015年不同品種粒重變化2016年不同品種粒重變化

4060

50

30

(

40%

)

(

g

)

2030

含

粒y=-0.0057x+31.15

2

水

重R=0.0003

20率

10

10

y=0.0079x2-0.6222x+27.291

0R2=0.69580

0102030405060

生理成熟后天數(shù)(d)

圖玉米籽粒含水率與粒重隨授粉后天數(shù)的變化（新鄉(xiāng)）

26

收獲前后籽粒含水率差異

在黃淮海玉米收獲前后籽粒含水率相差2.2個(gè)百分點(diǎn)，模擬結(jié)果在

23.9%處轉(zhuǎn)折

27

602

鄭單958

鄭單9581.8

50

先玉3351.6

先玉3351.4

40

(含水率轉(zhuǎn)折線

(

%

1.2%

)生理成熟線

)

301

0.8

20

0.6

籽

日

粒0.4

10降

含

0.2水

水

00速

率

2535455565758595105率

籽粒含水率變化授粉后天數(shù)（d）

表籽粒生理成熟前后每周降水速率

生理成熟前生理成熟后

5周4周3周2周1周1周2周3周4周5周

2014鄭單9580.860.720.600.500.420.360.300.26

2014先玉3351.070.880.710.570.460.380.310.26

2015鄭單9580.840.700.580.490.420.360.310.270.23

2015先玉3351.000.840.690.580.480.400.340.290.25

28

玉米穗部性狀與籽粒脫水相關(guān)分析

現(xiàn)有品種穗部性狀差異較大，但苞葉短、苞葉長/穗長值

小、穗軸生理成熟期含水率低、果穗夾角大、穗粒數(shù)少、

穗長/行粒數(shù)值大等穗部特征有利于籽粒脫水

29

34

豐墾139

32

中單909

）30

%鄭單958

真金323

新單58

28華美1號(hào)遼單575

新單65錦華318

陜單636

農(nóng)華816

26

京農(nóng)科728農(nóng)華101先玉335

24迪卡517

生金通152

理

成22

熟錦華207

時(shí)灌漿期積溫（℃）

含20

水1150120012501300135014001450150015501600

率

（

玉米脫水特征的品種分類

30

不同品種間破碎率存在差異

18.0

KWS2564

y=0.1803x2-8.0955x+98.04

16.0新引M751R2=0.4647

KX3564

14.0

多項(xiàng)式(KWS2564)

12.0多項(xiàng)式(新引M751)

多項(xiàng)式(KX3564)

10.0y=0.091x2-3.6123x+40.632

R2=0.6464

B8.0

r

o

k

e

n

破6.0

r

a

t

碎

e

(

率

%4.0

)

2.0y=0.0465x2-1.9369x+21.95

R2=0.5244

0.0

15.020.025.030.035.0

籽粒含水率Grainmoisturecontent(%)

31

玉米品種耐破碎性的影響因素

基于μCT技術(shù)構(gòu)建籽粒破碎率影響因素的評(píng)價(jià)方法；明確了品種耐破碎性機(jī)制，構(gòu)

建耐破碎品種篩選方法與技術(shù)體系

采用X-ray三維斷層掃描

（CT）3D成像技術(shù)，發(fā)

現(xiàn)籽粒球形度、籽粒密度