玉米机械粒收技术研究进展

玉米机械粒收技术研究进展

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玉米机械粒收是一项综合技术，涉及学科多，覆盖玉米产业全链条，是玉米收获

技术的发展趋势

•每亩比机械穗收可节省成本50-70元；比人工收获节省

200-250元；

•减少晾晒脱粒过程损失3%；

•降低晾晒存储过程中的霉变；

是玉米转方式、提高竞争力和高质量发展的重点

人工收获（占20-25%）机械穗收（占70%）•

机械粒收（占5-10%）

2

l农机农艺融合

推进全程机械

化

四川三台机械粒收

3

欧美玉米收获

l美国、德国等玉米生产先进国家在20

世纪50年代全面实现机械收穗，70年

代全面实现机械收粒。

4

产量分布图

依据产量分布，分析产量低的原因，

提出针对性的解决办法

玉米粒收机械的脱粒装置

l1831年，赛勒斯·麦考密克在美国发明了世界上第一台实用的谷物收割机

l1842年，杰罗姆·凯斯在美国威斯康辛州瑞仙生产出其首台脱粒机

l1951年，万国公司推出其第一台联合籽粒收割机

l1977年，首批1400系列轴流滚筒（Axial－Flow）联合收割机上市轴流滚筒

l2012年，凯斯推出第7代轴流滚筒联合收割机，作业效率和谷物质量继续

得到提升，油耗进一步降低。

脱粒示意

图

机械脱粒工作原理

清选示意图

切流滚筒

6

玉米品种发展

矮秆、早熟、脱水快、耐密、适合机械作业的特点

玉米植株高240-250厘米左右、穗位高110厘米左右、整齐度高、耐密植、

抗倒、抗病虫等综合抗逆性强

抗倒、适宜机械收获

7

收获存储与销售

l农场储粮仓粮食收储企业

8

美国玉米生育期及播种、收获累积进程

（根据美国农业部NASS统计数据整理，2007-2011年平均）

9

美国玉米机械粒收时籽粒含水率和破碎率

BCFM

年份收获时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美国玉米收获时籽粒平均含水率为16.6%；

BCFM平均0.8%；

资料来源：2017/2018CornHarvestQualityReport

10

收获存储与销售

l农场储粮仓粮食收储企业

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黄淮海1夏玉米机械粒收技术推广难点所在

黄淮海夏播区玉米种植面积1.8亿亩，总产占全国35%以上

玉米生育季热量资源受限：小麦玉米一年两作，品种生育期长，收获期籽

粒成熟度低、含水率高

土地碎片化：面积小，收获机动力、规格受限。

一机多用需求：小麦收获机保有量大，改装兼用玉米粒收质量差

两熟制为世界独有，情况复杂，粒收技术应用全球难度最大

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收获时籽粒总损失

破碎杂质率落粒量落穗量总损失量

年份样本量含水率率

率(%)(%)(kghm-2)(kghm-2)(kghm-2)

(%)(%)

2012

8421.717.850.29103.1126.0229.11.47l2012-2020年共在21个玉米主

2013

12825.005.341.12256.8332.4268.41.95产省市区开展机械粒收关键技

2014

23126.318.722.0479.8402.0338.34.10术研究与试验示范，共获得

2015

43626.858.431.16163.1282.8331.22.933464组大田机械粒收样本

2016

39026.718.641.0162.0332.9228.92.16（10392个样点）数据，涉及

2017

81727.288.791.4686.4442.1327.53.31865个品种，收获时籽粒平均

2018

46524.857.831.25140.0434.9541.24.81含水率为25.95%；破碎率平均

2019

43623.886.480.76127.1287.4344.95.36

7.87%；杂质率平均1.20%；

2020

47726.247.151.17102.3495.0343.43.69

损失率平均3.55%。落粒占总

平均值25.957.871.20112.34366.24353.283.55

损失率的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

极差33.9733.8913.243133.758960.049288.4558.88

标准误4.944.501.5011.9851.3745.686.53

CV(%)19.0160.94128.38159.96210.37193.94183.81

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2012-2019年黄淮海夏玉米区籽粒破碎率的变化

黄淮海夏玉米机械粒收质量统计（n=1250）

质量指标averagMaxMinRangeStdevCV.%国标

35Moisturecontent%

e30

破碎率（%）9.2933.941.1132.834.7150.70≤5超标25

20y=-0.6132x+1263.8

杂质率（%）1.6812.250.0012.251.86110.71≤3不超R2=0.4017

15

标

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

%

总损失量280.057156.54.27152.3572.7204.49破碎率和含水率呈逐年下降趋势，

破碎率平均每年下降个百分点；

（kg/hm2）0.61

含水率下降0.33个百分点

总损失率（%）3.2879.820.0079.826.21189.33≤5不超

标

含水率（%）27.3844.6011.1333.474.9017.90

子粒破碎率与子粒含水率的关系

40l破碎率高、损失率高是影响收获质

y=0.026x2-0.886x+12.61

R²=0.282量的主要问题。

30

l与籽粒含水率极显著相关。

20

l途径：降低收获期籽粒含水率、适

B

r10期收获，是破解粒收推广瓶颈的关

o

k

e

n键。

c

o0

r

n

(01020304050

%

)Moisturecontent(%)

22

破碎率与收获期子粒含水率呈二次曲线关系：Y破碎率=0.026x-0.886x+12.61(R=

0.282,n=3464)。

15

田间脱水期植株倒伏对收获效率、收获损失的影响

总损失量4.2-7156.5kg•hm-2，平均为280.05kg•hm-2

l落穗损失是粒收损失的主要来源，倒

伏增加1%，落穗损失增加0.15%；

l倒伏影响籽粒收获作业效率，增加作

业成本；

l途径：降低植株倒伏、倒折，提升

机械粒收效率和质量。倒伏影响机械作用效率，增加落穗损失（2019河南原阳）

16

收获质量测试

Missouri州调查，样方面积：落穗损

失调查1/100英亩的完整果穗数，其

中，重量接近3/4磅的玉米被认为是

一个完整的果穗；落粒损失调查10平

方英尺内的落粒量。样方面积的宽度

是按收获机的割幅宽度确定，一般按

一个割幅宽度，长度根据割幅宽度按

1/100英亩或10平方英尺面积计算来

确定。

Fig.1.Sketchofthemeasurementmethodof

cornharvestlossinthestateofMissouri,

UnitedStates(basedonShayetal.1983).

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美国粮食标准810.，其中对玉米的破碎及杂质部分进行

了规定(810.401-810.405)：破碎玉米（brokencorn）是指样

品通过直径为12/64英寸（相当于4.76mm）的圆孔筛部分，

但不包括直径为6/64英寸（相当于2.38mm）的圆孔筛部分。

美国玉米的分级标准是用破碎玉米和异形物或外来物

（Brokencornandforeignmaterial，BCFM），其对BCFM的

定义是通过直径为6/64英寸（相当于2.38mm）的圆孔筛部

分和筛上的外来物品（非玉米部分）。玉米的杂质

（foreignmaterial）是包括样品中通过6/64英寸的圆孔筛部

分的所有细小物质和无法通过12/64英寸圆孔筛的非玉米部

图美国检测玉米破碎（）

1brokencorn分（例如杂草种子）。

和杂质(foreignmaterial)的示意图

18

2011-2019年美国玉米机械粒收质量主要指标统计

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)

合计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

不同区域玉米籽粒脱水特征

不同区域各品种籽粒每日脱水速率

20

表气象含水率与气象因子的逐步回归结果（新乡）

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水平上显著，y为气象含水率，回归变量以0.05水平进行引入和

剔除；x1为平均温度，x5为平均风速，x7为平均相对湿度，x11为蒸发量

21

分期收获玉米的破碎率、杂质率、落粒率和落穗率变化（新乡）

22

玉米破碎率、杂质率、落粒率、落穗率与籽粒含水率的关系（新乡）

23

线性+线性模型拟合：生育后期相对湿度较高的年型（2016年），日均温10℃-

14℃为玉米籽粒水分进入缓慢下降的临界温度，生育后期相对湿度较低的年型

（2017年），日均温4.2℃-6.5℃为临界温度

线性+平台模型模拟：早熟品种生育后期相对湿度较高年型（2016年），日均温11℃

左右为玉米籽粒水分进入停止下降的临界温度，生育后期相对湿度较低年型（2017

年），日均温3.6℃左右为玉米临界温度，中晚熟品种进入停止脱水的临界温度则由

该地区初霜日出现的时间决定

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年历史气象数据，分析了全国玉米收获季节各

地的平衡含水率，为评价玉米主产区的籽粒脱水条件、制定适宜收获时期提供依据。

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年不同品种粒重变化2016年不同品种粒重变化

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

生理成熟后天数(d)

图玉米籽粒含水率与粒重随授粉后天数的变化（新乡）

26

收获前后籽粒含水率差异

在黄淮海玉米收获前后籽粒含水率相差2.2个百分点，模拟结果在

23.9%处转折

27

602

郑单958

郑单9581.8

50

先玉3351.6

先玉3351.4

40

(含水率转折线

(

%

1.2%

)生理成熟线

)

301

0.8

20

0.6

籽

日

粒0.4

10降

含

0.2水

水

00速

率

2535455565758595105率

籽粒含水率变化授粉后天数（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郑单9580.860.720.600.500.420.360.300.26

2014先玉3351.070.880.710.570.460.380.310.26

2015郑单9580.840.700.580.490.420.360.310.270.23

2015先玉3351.000.840.690.580.480.400.340.290.25

28

玉米穗部性状与籽粒脱水相关分析

现有品种穗部性状差异较大，但苞叶短、苞叶长/穗长值

小、穗轴生理成熟期含水率低、果穗夹角大、穗粒数少、

穗长/行粒数值大等穗部特征有利于籽粒脱水

29

34

丰垦139

32

中单909

）30

%郑单958

真金323

新单58

28华美1号辽单575

新单65锦华318

陕单636

农华816

26

京农科728农华101先玉335

24迪卡517

生金通152

理

成22

熟锦华207

时灌浆期积温（℃）

含20

水1150120012501300135014001450150015501600

率

（

玉米脱水特征的品种分类

30

不同品种间破碎率存在差异

18.0

KWS2564

y=0.1803x2-8.0955x+98.04

16.0新引M751R²=0.4647

KX3564

14.0

多项式(KWS2564)

12.0多项式(新引M751)

多项式(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

玉米品种耐破碎性的影响因素

基于μCT技术构建籽粒破碎率影响因素的评价方法；明确了品种耐破碎性机制，构

建耐破碎品种筛选方法与技术体系

采用X-ray三维断层扫描

（CT）3D成像技术，发

现籽粒球形度、籽粒密度