拔節期干旱脅迫對青貯玉米生育與品質的影響

宋晉輝, 甕巧云, 呂愛枝, 袁進成, 劉穎慧

(河北北方學院農林科技學院, 河北 張家口 075000)

近年來，我國畜牧業呈快速發展趨勢，正在向規模化、產業化方向轉變，對各種優質飼料產品的需求量也在迅速增大，而優質飼草料的缺乏限制了畜牧業的快速發展。青貯玉米因其高產、營養豐富、氣味芳香、適口性好、消化率高等優點[1-2]，已成為發展畜牧業不可或缺的一種優質飼料。

我國冀西北地區為旱作類型區，水資源短缺，年內降水分布不均，易形成季節性干旱，春玉米是該地區的主栽作物之一，而干旱是限制玉米生產的主要因素。關于不同時期干旱脅迫對籽粒玉米生育、產量與生理抗性等方面的研究報道眾多[3-9]，結果均表明，干旱脅迫下，籽粒玉米生長速度減緩，形態指標與生理指標發生改變，干物質分配發生變化，產量下降等。Liu等[10]研究表明，灌溉量會影響籽粒玉米的產量與品質，不同生育時期適當減量灌溉可增加籽粒中蛋白質的含量，而淀粉含量會有所降低。孫旭利[11]研究發現，灌漿結實期水分脅迫會導致糯玉米產量下降，籽粒中蛋白質含量升高，淀粉含量下降。施龍建等[12]和Liu等[13]研究表明，開花期干旱脅迫會導致鮮食糯玉米產量下降，籽粒中淀粉含量增高, 蛋白質含量降低。綜上，前人的研究對象主要集中在籽粒玉米和鮮食糯玉米，而關于干旱脅迫對青貯玉米影響的研究很少。本研究以冀西北地區青貯玉米為研究對象，在遮雨棚下進行嚴格的控水試驗，采用根箱種植方式研究拔節期不同水分脅迫程度與不同脅迫歷期對青貯玉米生育性狀與品質的影響，以揭示其對干旱的響應機制，為該區青貯玉米的節水增產提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為糧飼兼用型品種中原單32，由中國農業科學院作物科學研究所提供。

1.2 試驗地點

于2018年4～10月在河北張家口河北北方學院南校區農場(40°68′ N，114°93′ E，海拔647 m)進行。土壤為0～20 cm 土層壤土，有機碳含量 8.20 g·kg-1，全氮含量 0.62 g·kg-1。試驗采用根箱種植，根箱規格68 cm×48 cm×50 cm，底部打孔，每箱4株，行距40 cm，株距20 cm，折合種植密度為122 550株·hm-2。為避免自然降雨的影響，在電動控制的遮雨棚內進行。

1.3 試驗設計

在拔節期對青貯玉米進行干旱脅迫，共設5個處理(表1)，每處理重復3次。T1～T4各處理均在干旱脅迫結束后，復水至適宜土壤含水量(70%±5%)，直至收獲(乳線達1/2時收獲)。

表1 各干旱處理的控水范圍與干旱持續期

1.4 測定項目與方法

1.4.1土壤水分 利用美國Spectrum TDR300土壤水分測定儀測定。

1.4.2生育時期 參照《農業氣象觀測規范》[14]調查并記載。

1.4.3株高和葉面積 每處理隨機選3 株長勢一致的玉米進行掛牌，分別于脅迫前、脅迫后20 或30 d、復水后10 和30 d測量其株高與葉面積(采用長寬系數法[9]確定，系數取0.75)。

1.4.4單株鮮重與干物質量的測定 于收獲期將掛牌的3株收獲，測其鮮重，然后將植株分解為莖稈(莖+葉鞘)、葉片、雌穗與雄穗四部分，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定其干物質量，并計算果穗率[15]與干鮮比。

1.4.5品質的測定 所有樣品用植物微型粉樣機粉碎后過100目篩，樣品送至內蒙古烏蘭察布市易馬農牧科技有限公司，測其干物質(dry matter, DM)、粗蛋白(crude protein,CP)、淀粉、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)與中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)含量及泌乳凈能(net energy for lactating, Nel)等指標。

參照其其格等[16]和MOORE等[17]方法計算相對飼喂價值(relative forage value, RFV)與粗飼料分級指數(grading index,GI)。

1.5 數據統計與分析

利用Microsoft Excel 2018 進行數據統計，采用 SPSS 21.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對青貯玉米生育進程的影響

由表2可以看出，拔節期干旱脅迫在一定程度上延緩了青貯玉米的生育進程，使拔節期之后的主要物候期的出現時間滯后。其中T1處理的大喇叭口期、抽穗期和吐絲期均較CK晚出現2 d，T2處理分別較CK晚出現3、3和4 d，T3處理分別晚3、4和5 d，T4處理分別晚4、4和6 d。與CK相比，除T1處理外，其他三個處理均導致青貯玉米抽穗和吐絲的間隔時間延長，分別較CK延長1、1和2 d，這對授粉不利；與CK相比，各處理均導致青貯玉米吐絲和成熟的間隔時間縮短，分別較CK縮短1、3、3、4 d，這會導致灌漿時間縮短，對產量形成不利。由表2還可以看出，青貯玉米在拔節期遭遇干旱脅迫后，導致其生育期延長，T1～T4分別較CK延長1、1、2、2 d。

表2 青貯玉米到達各生育時期所需時間

2.2 干旱脅迫對青貯玉米株高的影響

由表3可以看出，不同程度的干旱脅迫處理均顯著降低了青貯玉米的株高。其中T1處理脅迫后20 d的株高較CK顯著降低18.58%；復水后植株生長速度加快，但仍低于CK，復水后10 和30 d的株高分別較CK降低11.34%和3.89%。T2處理對青貯玉米株高影響更大，脅迫后20 d的株高較CK降低27.19%，復水后10 和30 d的株高分別較CK降低18.83%與6.98%，與對照間均差異極顯著。T3、T4處理的株高也明顯受到干旱脅迫的抑制，脅迫后30 d分別較CK下降23.94%和31.76%，復水后30 d兩個處理的株高仍較CK低5.09%與8.27%。由此可見，干旱脅迫越嚴重、干旱脅迫時間越長對青貯玉米株高的影響越大；復水后，其株高生長速度得到明顯恢復，中度脅迫較重度脅迫后期的補償效應明顯，但仍低于CK。

表3 干旱脅迫對青貯玉米株高的影響

2.3 干旱脅迫對青貯玉米葉面積的影響

由表4可以看出，干旱脅迫對青貯玉米葉面積的增長有一定程度的抑制作用。其中T1、T2處理脅迫后20 d的葉面積分別較CK顯著降低10.4%和18.4%，與CK間差異極顯著；復水后葉面積增長加快，補償效應明顯，但復水后30 d，T1、T2處理的葉面積仍較CK顯著低4.0%和8.5%。T3、T4處理脅迫后30 d，青貯玉米的葉面積分別較CK降低14.1%和20.1%，復水后10 d的葉面積較CK低8.5%和13.7%，復水后30 d，其葉面積仍較CK顯著低6.1%和9.2%。上述分析表明，葉面積對干旱脅迫的響應與株高相同，脅迫加劇，對其影響越大，復水可得到部分補償，但與CK相比不能實現等量補償。

表4 干旱脅迫對青貯玉米單株葉面積的影響

2.4 干旱脅迫對單株干物質量、果穗率與干鮮比的影響

由表5可以看出，隨脅迫程度加劇、脅迫時間延長，各處理的單株干物質量、單株鮮重、干鮮比與果穗率均呈下降趨勢。正常供水(CK)情況下，中原單32的單株干物質量為287.0 g，干旱脅迫后，T1、T2、T3、T4處理的單株干物質量分別較CK降低9.79%、33.12%、14.39%、38.19%，與CK差異顯著。干旱脅迫后各處理的干鮮比也有所降低，其中T2、T4處理與CK差異顯著。果穗率在一定程度上可以反應青貯玉米的產量與品質,分析發現，各處理的果穗率均較CK有所降低，其中T2與T4處理分別較CK顯著下降4.91%與6.46%。

表5 不同干旱脅迫處理對青貯玉米收獲期性狀的影響

2.5 干旱脅迫對青貯玉米品質的影響

通過分析(表6)發現，在干旱脅迫下，青貯玉米的CP、ADF與NDF含量較CK有所上升，干物質、淀粉與泌乳凈能較CK有所下降；除T1處理外，其他處理與CK差異顯著。鑒于單項營養指標并不能全面評價全株青貯玉米的營養價值，故采用相對飼喂價值(RFV)與粗飼料分級指數(GI)對其品質進行綜合評定。由表6可以看出，盡管干旱脅迫后，中原單32的粗蛋白含量有所上升，但其綜合評價指標RFV與GI 均隨脅迫加重而降低。綜上可知，干旱脅迫會引起青貯玉米品質下降，并且隨著脅迫的加劇，相對飼喂價值和粗飼料分級指數下降顯著。

表6 干旱脅迫下中原單32全株玉米的品質性狀

3 討論

本研究結果表明，青貯玉米拔節期經中度和重度干旱脅迫處理后，其生育進程呈推遲趨勢，推遲的天數主要集中在“拔節-大喇叭口”階段與“抽穗-吐絲”階段，分別較CK推遲2、3、3、4 d與0、1、1、2 d；而吐絲至成熟的間隔時間分別較CK縮短1、3、3、4 d，這與袁淑芬等[18]、張淑杰等[19]研究結果一致。袁淑芬等[18]研究中指出，抽穗與吐絲間隔時間延長對玉米授粉不利，使其結實率降低；吐絲與成熟間隔時間的縮短，會導致玉米灌漿期天數的減少，進而影響玉米籽粒的產量，這也是導致干旱脅迫處理后的青貯玉米果穗率低的原因之一。

青貯玉米在遭遇拔節期干旱脅迫后，其株高與葉面積生長受到抑制，進而顯著降低其單株鮮重與干物質量。這與前人對籽粒玉米的研究結果[8,20-23]一致。脅迫后再復水可顯著加快植株的生長速度，使株高與葉面積得到部分補償，但其單株干物質量仍顯著低于CK。重度干旱脅迫還會導致青貯玉米的干鮮比與果穗率顯著下降。因果穗中粗蛋白、粗脂肪、淀粉等含量高于秸稈，而牲畜難以消化的粗纖維主要分布在秸稈中，故果穗率較大的品種青貯后易被牲畜消化[24-25]。張文芝等[15]研究表明，高果穗率有利于青貯玉米發酵品質和營養品質的改善。本試驗中，干旱脅迫后，青貯玉米果穗率降低，這也是導致其營養品質降低的一個原因。

粗蛋白(CP)含量越高，飼草品質越好；高的中性洗滌纖維(NDF)含量會影響牲畜對飼草的采食量；酸性洗滌纖維(ADF)、干物質(DM)和淀粉含量可以衡量飼草的消化率，ADF含量低、DM和淀粉含量高的飼草，其消化率也較高，飼用價值也越大[26-28]。本研究表明，干旱脅迫可導致青貯玉米淀粉含量下降，粗蛋白含量增加。這與對籽粒玉米與糯玉米[10-11]的研究及對紫花苜蓿[29-31]的研究結果均一致，但與施龍建等[12]研究結果不同，這可能與脅迫時期和收獲時期不同有關。干旱脅迫雖有利于青貯玉米蛋白質的積累，但會導致其淀粉和干物質含量下降，ADF和 NDF含量提高，綜合評定指標RFV和GI下降(表6)，即品質下降。綜合青貯玉米對拔節期干旱脅迫的響應可知，T1處理雖可導致玉米單株干物質量較CK顯著下降9.79%，但其果穗率、干鮮比及各項營養指標(酸性洗滌纖維除外)均與CK差異不顯著。故在水資源有限的地區，可在拔節期適當干旱，將有限的水資源用在大喇叭口期，以期獲得最大的經濟效益。