玉米×墨西哥大芻草雜種飼草產量及其構成性狀對密度和氮肥的響應

馮云超，余志江，霍仕平，張興端，張 健，晏慶九，向振凡， 張芳魁，鄒永翠

(1.重慶三峽農業科學院，重慶 萬州 404155； 2.重慶三峽職業學院，重慶 萬州 404155)

栽培密度、刈割措施、施肥等是影響飼草產量和品質的重要因素[1-10]；其中種植密度和施氮量對飼草產量和品質影響尤為突出[1-4,8-10]。種植密度過大，每個植株由于占有的空間資源和份額較小，提前進入封行，通風透光性相對較差，影響光合產物的合成與分配，個體生長受阻，產量降低；種植密度較小，植株競爭小，分枝數和葉片數較多，莖稈高大，但群體基數較小，難獲得高產[1-4]。氮素是限制禾本科飼草產量和品質的主要因素之一[8]。施氮量不足，則植物生長受阻，難以獲得高產；過高，易增加土壤和植株硝態氮含量，引發植株病害，降低品質。適宜的施氮量能促進作物生長，提高產草量和品質，且能提高肥料利用率，降低環境污染[8-10]。因此，適宜的種植密度和施氮量是飼草高產、優質的關鍵所在。

墨西哥大芻草(Zeamexicana)是玉米(Z.mays)的野生近緣種，一年生。植株直立，高1.5～4.0 m，葉片寬大、肥厚，邊緣有皺褶而下垂，具有品質優、抗寒、抗病、耐澇、根系發達、分蘗能力強等優良特性，是選育飼草新品種的重要種質資源[11-12]。然而其光敏反應強，種子生產量少且種子收獲困難[11,13]。研究表明，玉米與墨西哥大芻草的雜種F1飼草產量、產量性狀具有較強的雜種優勢[2,14-16]，四川農業大學利用染色體工程技術與常規育種相結合的方法，成功選育出了高產、優質的玉米×墨西哥大芻草雜種飼草品種(玉草2號)[2]。重慶三峽農業科學院從2005年開始引進了墨西哥大芻草，經過多年研究選育出多分蘗、高產、優質的玉米×墨西哥大芻草雜種。本研究通過分析新選育成的玉米×墨西哥大芻草雜種的飼草產量對密度和施氮量的響應，確定其最適宜的種植密度和施氮量，以期為其合理利用及大面積種植推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1供試材料與田間設計 2011年3-7月在重慶三峽農業科學院梁平試驗基地進行了新選玉米×墨西哥大芻草雜種產量及產量性狀對密度和氮肥響應研究。供試材料為41P1-3×墨西哥大芻草。

試驗采用兩因素的裂區試驗設計，以密度為主處理，施氮量為副處理，3次重復，5行區，小區面積為2.5 m×4 m。栽培密度設30 000(D1)、40 000(D2)、50 000(D3)、60 000(D4)株·hm-24個水平，行距均為50 cm，株距根據密度確定；施氮量(尿素)設300(N1)、450(N2)、600(N3) kg·hm-23個水平，施氮時間為移栽成活時期、分蘗期和拔節后期3個時期，施氮量分別為總量的20%、40%、40%。3月28日育苗，4月15日移栽。移栽時，每公頃基施有機肥30 000 kg、磷肥(過磷酸鈣)750 kg，其他管理措施同大田生產，抽雄始期刈割。

1.2測定指標及方法 抽雄始期(7月6日)，每小區隨機選擇5株，測定草長(拉直植株，測定從莖基部到最長葉尖的距離)、分蘗數(草長30 cm以上計為一個新分蘗)、主莖粗(測定離基部15 cm處主莖莖稈的周長)、綠葉片數(單株主莖持綠葉片)、葉長(倒4葉)、葉寬及葉面積等植株性狀，并分莖稈和葉片稱取鮮質量，于105 ℃殺青1 h，70 ℃烘干至質量恒定(兩次質量之差小于0.5 g)，稱量干質量。每小區刈割中間3行測產，測定單位面積鮮草產量，并估算單位面積干草產量。

1.3數據處理 采用SPSS 19.0對數據進行方差分析[17]和相關分析，多重比較采用Duncan新復極差法，通徑分析按《高級生物統計》[18]的方法計算。

2 結果與分析

2.1種植密度和施氮量對飼草產量及產量構成性狀差異分析

2.1.1飼草產量差異分析 分析表明，不同密度處理對玉米×墨西哥大芻草雜種的飼草鮮草產量影響差異不顯著(P>0.05)。干草產量以D2處理最高(表1)，為11 176.99 kg·hm-2，顯著高于其他處理；其次為D3(9 943.35 kg·hm-2)和D4處理(9 810.25 kg·hm-2)，二者之間差異不顯著(P>0.05)；D1處理干草產量最低，為8 902.42 kg·hm-2，顯著低于D3和D4。可見，在一定范圍內提高種植密度能增加鮮、干草產量，但密度過高飼草鮮、干草產量反而降低。說明該玉米×墨西哥大芻草雜種最適宜的種植密度為40 000株·hm-2(表1)。

施氮量對玉米×墨西哥大芻草雜種的鮮、干草產量都存在顯著影響(P<0.05)。其中，處理N3的鮮草產量最高，為52 541.93 kg·hm-2，處理N2的鮮草產量為51 069.70 kg·hm-2，N3與N2間差異不顯著(P>0.05)，但二者均顯著高于N1(47 805.80 kg·hm-2)(P<0.05)。不同處理干草產量的變化趨勢與鮮草產量相同，由大到小依次為N3(10 643.74 kg·hm-2)、N2(9 923.60 kg·hm-2)、N1(9 307.42 kg·hm-2)，且N3顯著高于N2和N1(P<0.05)。可見，玉米×墨西哥大芻草雜種在施氮600 kg·hm-2下可獲得較高的鮮、干草產量(表1)。

表1 不同密度和施氮處理下的飼草產量Table 1 Forage yields under different densities and nitrogen application treatments

密度與施氮處理的互作效應對飼草鮮、干草產量均有顯著影響(P<0.05)。說明在獲得最高飼草產量的種植密度和施氮水平下，玉米×墨西哥大芻草雜種不一定能獲得最高的鮮、干草產量。進一步分析可知(表2)，玉米×墨西哥大芻草雜種的鮮、干草產量最高的處理分別為D2N2(59 444.74 kg·hm-2)和D2N3(12 374.39 kg·hm-2)(表2)。

2.1.2產量組成性狀差異分析 密度處理除綠葉片數和葉長外，其余各性狀差異顯著(P<0.05)； 施氮處理除主莖粗、綠葉片數、葉長、葉面積外，其余各性狀間差異顯著；密度與施氮量的互作效應除對分蘗、單株鮮產量差異顯著外，其余性狀差異不顯著(P>0.05)(表3)。說明，密度和施氮量顯著影響玉米×墨西哥大芻草雜種的產量構成性狀。

表2 不同密度×施氮處理下飼草產量比較Table 2 Comparison of forage yields under different densities and nitrogen application treatments

2.2飼草產量相關性分析 飼草產量與綠葉片數、葉長、葉面積呈負相關，與密度、施氮量、主莖粗、分蘗數、葉寬、單株鮮質量呈正相關，與草長呈顯著正相關(P<0.05)；單株鮮質量與密度、草長、主莖粗、分蘗數、葉寬、葉面積相關顯著(P<0.05)。其中，草長與飼草產量和單株鮮質量的相關性均顯著(P<0.05)(表4)。說明，草長對玉米×墨西哥大芻草雜種飼草產量影響較大。

在影響飼草產量的其他9個因素中，任意兩個之間的相關系數有35(密度和施氮量無相關性)個。雙尾檢驗表明，有24個相關系數為正值，達到顯著水平的相關系數有14個。此外，有11個相關系數為負值，達到顯著水平的個數為7個。統計還表明，有14個相關系數未達到0.05顯著水平，說明在考察的區間內，部分性狀之間尚不存在確定的相互影響。

表3 產量構成性狀方差分析Table 3 Variance (ANOVA) of the yield component traits

2.3飼草產量通徑分析 飼草產量與密度、施氮量、草長、主莖粗、分蘗數、綠葉片數、葉長、葉寬、葉面積、單株鮮質量間顯著線性關系(P<0.05)，用這7個性狀預測雜種F1單株產量可靠程度為87.69%(表5)。可見，密度、施氮量、草長、主莖粗、分蘗數、綠葉片數、葉長、葉寬、葉面積、單株鮮質量是影響飼草產量的主要因素。

密度、施氮量、草長、主莖粗、分蘗數、綠葉片數、葉長、葉寬、葉面積和單株鮮質量對飼草產量的直接作用分別為1.731、0.069、0.204、-0.134、0.008、0.183、-1.819、-1.460、2. 379和1.862。其中，草長在0.1水平上對飼草產量直接作用顯著，密度和單株鮮質量對飼草產量直接作用在0.05水平上顯著(表5)。表明密度、單株鮮質量、草長是影響飼草產量的重要因素。

表4 飼草產量與產量影響因素的相關分析Table 4 Correlation analyses of single yield and composition factors

表5 直接作用和間接作用分析Table 5 Analyses of direct and indirect actions

密度、葉長、葉寬、葉面積和單株鮮質量對飼草產量的直接作用較大，但通過其他產量影響因素對飼草產量的間接作用也較大，且直接作用和間接作用效應相反，表現出與飼草產量相關不顯著(P>0.1)；草長對飼草產量的直接作用為正效應，且在0.1水平上達顯著水平，其間接作用也為正效應；施氮量、主莖粗、綠葉片數、分蘗數對飼草產量直接作用絕對值小于間接作用，主要通過間接作用影響飼草產量。

3 討論與結論

飼草產量是受多種因素影響的重要經濟性狀[1]，研究飼草單株產量與產量構成性狀的關系，找出影響飼草產量的重要因素，有利于飼草品種的選育和推廣。本研究表明，飼草產量與綠葉片數、葉長、葉面積呈負相關，與密度、施氮量、主莖粗、分蘗數、葉寬、單株鮮質量呈正相關，與草長呈顯著正相關；單株鮮質量與密度、草長、主莖粗、分蘗數、葉寬、葉面積相關顯著。這與Patel等[19]的結果不盡一致，其原因可能與研究所用試驗材料不同有關，Patel等所用材料包括了玉米與幾種大芻草雜種F1及其親本(大芻草和玉米)，它們的形態類型差異較大(玉米不具有分蘗)。

要充分揭示產量因素對單株產量作用的實質，只進行相關分析是不夠的，還必須通過通徑分析[20]。陳柔屹等[1]通過對玉草1號產量性狀進行通徑分析，認為，密度和分蘗是影響飼草產量的主要因素，提出密度可以調控玉草1號分蘗，影響飼草產量；也有學者[21]通過對玉米與全套大芻草的雜種F1單株產量與產量性狀分析，提出草長對單株產量的直接作用最大，是影響玉米×大芻草雜種F1單株產量的重要性狀；本研究結果顯示，密度、單株鮮質量、草長對飼草產量直接作用達到顯著水平，是影響飼草產量的重要因素。因而，適宜的種植密度是確保玉米×墨西哥大芻草雜種高產的重要因素。有關研究[2]表明，玉米×墨西哥大芻草雜種(玉草2號、川單14×墨西哥大芻草)的最適宜種植密度為75 000株·hm-2，而本研究中玉米×墨西哥大芻草雜種新組合最適宜種植密度為40 000株·hm-2。究其原因，有可能是玉米×墨西哥大芻草雜種新組合分蘗數多于玉草2號和川單14×墨西哥大芻草，其最適宜密度降低，說明玉米×墨西哥大芻草雜種可以通過個體間對生態因子的競爭與協調自動調節群體大小，最后達到動態平衡。另外，草長與單株鮮質量呈顯著正相關。因此，利用草長較高的玉米與墨西哥大芻草雜交有望選育高產的飼草品種。

本研究中，飼草鮮、干草產量最大時的種植密度均為40 000株·hm-2，施氮量分別為450、600 kg·hm-2，從高產和利用方式綜合考慮，種植密度均應選擇40 000株·hm-2，施氮量以鮮飼為目的時應選擇450 kg·hm-2，收獲干草應選擇600 kg·hm-2。

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