種植密度和品種對青飼玉米生物量與營養(yǎng)品質(zhì)的影響

蘇亞軍，焦 婷，吳建平，李 玉，豆思遠，劉 婷，宮旭胤,6，王建福，雷趙民

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，甘肅蘭州730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，甘肅蘭州730070；3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院，甘肅蘭州730070；4.甘肅省畜牧技術推廣總站，甘肅蘭州730030；5.甘肅省動物疫病預防控制中心，甘肅蘭州730046；6.甘肅省農(nóng)業(yè)科學院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州730070）

青飼玉米(Zea mays)作為優(yōu)質(zhì)的飼用作物，在同樣的氣候條件下，全株青飼玉米青貯的營養(yǎng)物質(zhì)收獲量相當于單純青飼玉米的1.5～2倍[1]。青飼玉米可以直接飼喂，因其青綠多汁、適口性好，也可以調(diào)制成青貯料，經(jīng)過無氧發(fā)酵后，其營養(yǎng)價值、適口性都有很大的提高，并且可以長期的保存[2]。青飼玉米作為牛、羊重要的粗飼料，對養(yǎng)殖戶及畜牧企業(yè)來說極為重要，2018年甘肅省慶陽市環(huán)縣羊飼養(yǎng)量達275萬只，羊年末存欄88.1萬只，牛年末存欄4.2萬頭，玉米種植面積5.9×104hm2，而青飼玉米種植1×104hm2(環(huán)縣統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù))。因此，亟需加大專業(yè)青飼玉米的種植，并篩選高品質(zhì)青飼玉米品種，以確保當?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

有研究指出，增加密度有助于青飼玉米品質(zhì)的提高[3]，但Ballard等[4]指出高種植密度會降低玉米的品質(zhì)。由于單位面積水肥總量相同，密度大時單個植株養(yǎng)分供應相對不足，通風透光性差，影響光合作用，因而影響青飼玉米的品質(zhì)[5]。隨著種植密度的增加，Cuomo等[6]發(fā)現(xiàn)干物質(zhì)(dry matter，DM)含量增加；Cusicanqui等[7]、孫繼[8]發(fā)現(xiàn)粗蛋白(crude protein，CP)降低；水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)[9-10]和粗脂肪(ether extract,EE)[11-12]也減少；中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)先增加后減少[13]；粗灰分(ash, Ash)增加[14]；淀粉(starch,ST)呈遞減趨勢[15]。但Hallauer[16]發(fā)現(xiàn)，高密度種植導致玉米ADF和NDF增加。王廣福[17]指出，隨著種植密度增加，ST和EE含量增減變化趨勢較復雜；Bertoia等[18]指出，種植密度對WSC影響不大；底姝霞等[13]發(fā)現(xiàn)，EE隨著種植密度的增加而增加。青飼玉米飼用品質(zhì)主要取決于干物質(zhì)體外消化率及ADF、NDF和WSC含量[19]，優(yōu)質(zhì)的青飼玉米具有生物學產(chǎn)量高、DM含量高、CP含量高、ST含量高、粗纖維(crude fiber，CF)含量低及消化率高等特征[20]。因此，選擇合適的種植密度顯得尤為重要。

目前，種植密度和品種對青飼玉米生物量和營養(yǎng)品質(zhì)影響的研究較多，但都是種植密度對單一品種生物量及少數(shù)常見營養(yǎng)品質(zhì)指標影響的研究，對其進行綜合評價的相關研究甚少。本研究通過測定甘肅環(huán)縣5個種植密度下5個高產(chǎn)青飼玉米品種的生物量及營養(yǎng)品質(zhì)，對其進行綜合評價后篩選適宜環(huán)縣地區(qū)的較優(yōu)青飼玉米品種及種植密度，以期為該區(qū)優(yōu)質(zhì)青飼玉米的推廣種植及牛羊青粗飼草料資源的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省慶陽市環(huán)縣木缽鎮(zhèn)胡家灣村(36°22′N，107°27′E)，海拔1 180 m，0? 10 cm土層土壤有機質(zhì)含量為11.10 g·kg?1,全氮0.81 g·kg?1,速效磷7.30 mg·kg?1, 速效鉀194.00 mg·kg?1，pH為8.1。屬溫帶大陸性半干旱氣候，常年平均氣溫9.2℃，常年平均降水量300 mm左右，且時空分布不均，降水時段主要集中在7月、8月和9月。2019年環(huán)縣氣溫降水量見圖1。

圖1 2019年環(huán)縣氣溫和降水量Figure 1 Huanxian County temperature and rainfall in 2019

1.2 試驗材料

選 用‘東 單13’(H1)、‘正大12’(H2)、‘科玉188’(H3)、‘衡遠Y4038’(H4)及‘濮單6號’(H5)5個玉米品種為供試材料。‘東單13’由遼寧東亞種業(yè)有限公司育成，春播生育期130 d，適于東北、華北、西北、西南春玉米地區(qū)種植；‘正大12’由襄樊正大農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司育成，生育期138 d，適宜引黃灌區(qū)單種或與小麥(Triticumaestivum)套種；‘科玉188’由河北科騰生物科技有限公司育成，春播生育期128 d，適于東華北及黃淮海地區(qū)種植；‘衡遠Y4038’由深圳衡達涌金種業(yè)高科技有限公司育成，夏播生育期100 d，主要在關中夏播玉米區(qū)種植，西北地區(qū)有效活動積溫≥2 200℃的春玉米區(qū)也可種植；‘濮單6號’由河南省濮陽農(nóng)業(yè)科學研究所育成，在西北地區(qū)生育期為132 d。

1.3 玉米種植

采用隨機區(qū)組試驗設計。5個玉米品種分別種植5個密度：4.50萬株·hm?2(D1)、5.25萬株·hm?2(D2)、6.00萬 株·hm?2(D3)、6.75萬 株·hm?2(D4)及7.50萬株·hm?2(D5)，共25個處理，每個處理3次重復，共75個小區(qū)，小區(qū)面積 16 m ×2.2 m，試驗區(qū)四周設置保護行。播種前施純N 200 kg·hm?2、P2O590 kg·hm?2，作為底肥，田間管理同當?shù)卮筇铩２捎萌るp壟溝播種栽培技術，全膜雙壟起壟覆膜機配套250-350型四輪拖拉機一次性完成起壟覆膜，地膜厚度0.01 mm，寬度120 cm，每個小區(qū)覆2行地膜，人工點穴種植，種植4行。不同種植密度株距分別為0.40、0.35、0.30、0.27、0.24 m。從種到收，不澆水，完全依靠天然降水(旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè))。

1.4 測定項目及方法

于2019年5月1日種植玉米，9月2日進行數(shù)據(jù)采集，玉米生育期123 d，玉米籽實乳漿線達到1/2，距地面5～6 cm收割，每個小區(qū)同一種植行連續(xù)取10株稱量鮮重后計算玉米鮮重，然后從10株中隨機取2株稱量鮮重，并帶回實驗室烘干測其風干重，然后粉碎后過40目（孔徑0.425 mm）篩子裝入鋁箔袋真空包裝送至福斯華(北京)科貿(mào)有限公司，用丹麥生產(chǎn)的NIRSDS 2500型多功能近紅外分析儀，采用近紅外光譜法(NIRS)[21-22]測定全株玉米營養(yǎng)品質(zhì)。近紅外光譜分析中各成分均采用改進偏最小二乘法(MPLS)進行定標。各營養(yǎng)指標的定標結果如表1所列。48 h干物質(zhì)體外消化率(in vitro dry matter digestibility,IVDMD)和中性洗滌纖維體外消化率(in vitro neutral detergent fiber digestibility,IVNDFD)采用活體外人工瘤胃法測定[23]。

式中：TDN為總可消化養(yǎng)分，DCP為可消化粗蛋白，DCF為可消化粗纖維，DEE為可消化粗脂肪，DNFE為可消化無氮浸出物的百分含量[24]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2010完成進行數(shù)據(jù)記錄和作圖，SPSS 21.0軟件進行方差分析，Duncan進行多重比較，最后采用灰色關聯(lián)度分析。選取青飼玉米的生物量和營養(yǎng)品質(zhì)各性狀指標作為評價因子，將不同種植密度下青飼玉米的各生物量和營養(yǎng)品質(zhì)性狀作為一個灰色系統(tǒng)，則每個種植密度作為灰色系統(tǒng)的一個因素[25]。

1.5.1 參考數(shù)列

以各指標的數(shù)據(jù)最理想值構成理想的參考數(shù)列：X0(k)={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}，以各指標的測定值構成比較數(shù)列：Xi(k)={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}，其中k=1，2，3，…，n，n為測定指標數(shù)(此處為15)，i=1，2，3，…，m(m為種植密度數(shù)，此處為5)。

表1 全株玉米營養(yǎng)指標定標結果Table1 Results of the whole maize nutrition index calculation

1.5.2 指標的無量綱化

將各指標的原始數(shù)據(jù)用Xi'(k)=Xi(k)/X0(k)對原始測量數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。

1.5.3 關聯(lián)系數(shù)

求比較數(shù)列Xi與參考數(shù)列X0各對應點的絕對差值，Δi(k)=|X0(k)?Xi(k)|，此處Δi(k)為第i密度青飼玉米的指標測定值Xi與理想值X0在第k個指標上的絕對差值，則理想數(shù)列X0和比較數(shù)列Xi在k點的關聯(lián)系數(shù)εi(k)為[26]：

式中：minmin|X0(k)?Xi(k)|為二級最小差；maxmax|X0(k)?Xi(k)|為二級最大差；ρ為分辨系數(shù)，本研究中 ρ取0.5，視為同等重要。

1.5.4 灰色關聯(lián)度

等權關聯(lián)度為：

式中：n為測定指標數(shù)；εi(k)為關聯(lián)系數(shù)；k=1，2，3，…。在實踐中，反映青飼玉米生物量和營養(yǎng)品質(zhì)的各指標的重要性是不同的，因此對各生物量和營養(yǎng)品質(zhì)各指標賦予不同的權重系數(shù)Wi(k)。

代入加權關聯(lián)度計算公式，可得到比較數(shù)列和參考數(shù)列的加權關聯(lián)度(γi)。

式中：n為測定指標數(shù)，Wi(k)為權重系數(shù)。求出關聯(lián)度后，按照關聯(lián)度由大到小以1，2，3，…，m進行排序，關聯(lián)度越大，則說明比較數(shù)列越接近參考數(shù)列，綜合營養(yǎng)指標越優(yōu)。

2 結果分析

2.1 不同處理對青飼玉米青貯生物量、消化率和總可消化養(yǎng)分含量的影響

如表2所列，密度和品種的交互作用對各指標均無顯著影響(P>0.05)。種植密度對鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量的影響極顯著(P<0.01)；而對IVTDMD、NDFD和TDN含量的影響不顯著(P>0.05)，品種對IVTDMD和TDN含量的影響極顯著(P<0.01)；而對鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量和NDFD影響不顯著(P> 0.05)。

如表3所列，在同一品種不同密度下，隨著種植密度的增加，H4品種D5密度下鮮干草產(chǎn)量顯著(P<0.05)高于其他密度，H5品種D5密度下鮮干草產(chǎn)量顯著(P<0.05)高于D1和D2密度，H4品種D3密度下IVTDMD顯著(P<0.05)高于D1和D4密度，H2品種D4密度下TDN含量顯著(P<0.05)高于D3密度，H4品種D3、D4和D5密度下TDN含量顯著(P<0.05)高于D1密度。其余密度間差異不顯著(P> 0.05)。

表2 不同處理下青飼玉米生物量、消化率和總可消化養(yǎng)分含量的方差分析Table 2 Variance analysis of biomass,digestibility and total digestible nutrient content under different treatmentsof green maize

表3 不同處理對生物量、消化率和總可消化養(yǎng)分含量的影響Table 3 Effects of different treatments on the biomass,digestibility and total digestible nutrient content of green maize

在同一密度不同品種下，隨著品種的不同，D2密度下H3品種的鮮草產(chǎn)量顯著(P<0.05)高于H5品種，D3密度下H3品種IVTDMD顯著(P<0.05)高于H1和H5品種，D1密度下H3品種IVTDMD和TDN顯著(P<0.05)高于H4品種。其余品種間差異不顯著(P>0.05)。

2.2 不同處理對青飼玉米各營養(yǎng)成分含量的影響

如表4所列，密度和品種的交互作用對所有指標均無顯著影響(P> 0.05)。種植密度對Ash含量有顯著影響(P<0.05)；而對其他營養(yǎng)成分含量的影響不顯著(P>0.05)。品種對EE、Ash、NDF、ADF、ST、Ca和P含量的影響極顯著(P<0.01)，對DM和WSC含量的影響顯著(P<0.05)，而對CP含量的影響不顯著(P>0.05)。

表4 不同處理下各營養(yǎng)成分含量的方差分析Table 4 Analysisof variance of nutrient componentsof green maizeunder different treatments

如表5所列，在同一品種不同密度下，隨著種植密度的增加，H4品種D1密度下EE含量顯著(P<0.05)高于D4密度，H2品種D3密度下Ash含量顯著(P<0.05)高于D1密度，H3品種D3和D4密度下Ash含量顯著(P<0.05)高于D1密度；且D3密度下Ca含量顯著(P<0.05)高于D1密度，H5品種D1密度下Ash和Ca含量顯著低于其他密度(P<0.05)；且D2密度下P含量顯著(P<0.05)高于D1、D4和D5密度，H4品種D3密度下P和Ca含量顯著(P<0.05)高于D5密度，H3品種D4密度下NDF含量顯著(P<0.05)高于D1密度，H4品種D1密度下NDF和ADF含量顯著(P<0.05)高于D3和D5密度；且D4和D5密度下ST含量顯著(P<0.05)高于D1密度，H3品種D1密度下ST含量顯著(P<0.05)高于D4和D5密度，H5品種D1密度下ST含量顯著(P<0.05)高于D2和D3密度，H4品種D1密度下WSC含量顯著(P<0.05)高于其他密度。并其余密度間差異不顯著(P>0.05)。

在同一密度不同品種下，隨著品種的不同，D1密度下H5品種DM含量顯著(P<0.05)高于H1品種，D5密度下H2和H4品種DM含量顯著(P<0.05)高于H1品種，D4密度下H2品種EE含量顯著(P< 0.05)高于H3品種，D1密度下H1品種Ash含量顯著(P<0.05)高于H2和H3品種，D2密度下H1品種Ash含量顯著(P<0.05)高于H2、H3和H4品種，D4密度下H1品種Ash含量顯著(P<0.05)高于H2品種，D5密度下H1品種Ash含量顯著(P<0.05)高于其他品種；且H1品種P含量顯著(P<0.05)高于H2、H4和H5品種，D2和D5密度下H1和H5品種Ca含量顯著(P<0.05)高于H4品種，D1密度下H4品種ADF和NDF含量顯著(P<0.05)高于H3品種，D2密度下H1、H4和H5品種NDF含量顯著(P<0.05)高于H3品種，D3密度下H1和H5品種NDF含量顯著(P<0.05)高于H3品種，D3和D4密度下H1品種ADF含量顯著(P< 0.05)高于H3品種，D1密度下H3品種ST含量顯著(P<0.05)高于H1和H4品種，D4密度下H1品種ST含量顯著(P<0.05)低于其他品種，D1密度下H4品種WSC含量顯著(P<0.05)高于H5品種。其余品種間差異不顯著(P> 0.05)。

表5 不同處理對各營養(yǎng)成分含量的影響Table 5 Effects of different treatments on the contents of various nutrientsin green maize

續(xù)表5Table 5(Continued)

2.3 各生物量和營養(yǎng)品質(zhì)的灰色關聯(lián)度分析

種植密度對青飼玉米品種各性狀加權關聯(lián)度有影響(表6)，根據(jù)加權值篩選出的3個品種及密度為H1D5>H2D4> H3D5。

3 討論

3.1 品種和種植密度對生物量的影響

研究表明，種植密度是影響其產(chǎn)量及品質(zhì)的主要因素[27]。路海東等[28]研究表明，不同類型青飼玉米群體干物質(zhì)產(chǎn)量、營養(yǎng)物質(zhì)含量對種植密度變化的響應不同。Bunting等[29]發(fā)現(xiàn)，低的種植密度總是導致低的DM產(chǎn)量。屈繩娟和沈益新[30]指出，隨著密度的增加，地上部干重產(chǎn)量呈現(xiàn)上升的趨勢。張吉旺等[31]指出，隨著種植密度的增加，單株的飼用物質(zhì)產(chǎn)量顯著降低，但群體鮮物質(zhì)和干物質(zhì)產(chǎn)量顯著增加。本研究在同一品種不同密度下，隨著種植密度的增加5個品種青飼玉米鮮草和干草產(chǎn)量逐漸增加，在同一密度不同品種下，D2密度中‘科玉188’的鮮草產(chǎn)量顯著高于‘濮單6號’，這與上述研究結果一致。

3.2 品種和種植密度對青飼玉米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

王皙瑋[32]發(fā)現(xiàn)，隨著密度的增加，‘鄭單958’和‘豐禾4號’的CP含量先增加后減少，‘黑飼1號’的呈現(xiàn)不斷上漲的趨勢，‘龍育1號’變化規(guī)律不明顯；‘豐禾4號’和‘黑飼1號’的EE含量先增加后減小，‘鄭單958’則一直增加，而‘龍育1號’一直減少。本研究中隨著種植密度的增加，‘正大12’、‘科玉188’、‘衡遠Y4038’和‘濮單6號’CP含量先增加后減少，‘東單13’CP含量先減小后增大，‘衡遠Y4038’的EE含量逐漸減小，‘東單13’和‘濮單6號’的EE含量先增大后減小，‘正大12’和‘科玉188’的EE含量先減小后增大，從而可以發(fā)現(xiàn)不同品種CP和EE含量隨密度變化差異很大，這與王皙瑋的研究結果一致。路海東[28]指出，Ash的含量隨密度增加呈下降趨勢，趙勇[14]發(fā)現(xiàn)隨密度的增加Ash的含量提高。本研究中，‘東單13’Ash含量變化規(guī)律不明顯，其原因可能是設置的密度范圍和路海東、趙勇的研究有所不同，其余品種Ash含量隨著密度的增加先升后降，與路海東和趙勇的研究結果一致。Sanderson等[33]指出，隨著種植密度的增加，玉米全株ADF、NDF及纖維素含量增加20%～40%。本研究中，隨著密度的增加，ADF、NDF除‘衡遠Y4038’外都逐漸上升，這與Sanderson等[33]和喬雪峰等[34]的研究結果一致，‘衡遠Y4038’的ADF和NDF含量隨種植密度的增大而減小，其原因可能是由品種間差異引起。

表6 種植密度對青飼玉米品種各性狀加權關聯(lián)度的影響Table 6 Effects of planting density on the weighted correlation degreeof various traitsin green maize

馬興林等[35]發(fā)現(xiàn)，隨密度增加，‘鄭單18’淀粉含量上升，‘哲單14’淀粉含量下降，‘中單9409’淀粉含量變化較為復雜。本研究中隨著種植密度的增加‘東單13’、‘正大12’和‘濮單6號’ST含量先減少后增加，‘科玉188’ST含量逐漸減少，‘衡遠Y4038’ST含量逐漸增加，這與馬興林等研究結果一致。邰書靜[15]研究了我國北方玉米主產(chǎn)區(qū)44個不同玉米品種的飼用品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)WSC品種間存在差異。從而發(fā)現(xiàn)WSC含量的差異主要是由品種所引起，本研究中5個品種的WSC含量隨密度變化各不相同，這與邰書靜結果一致。種植密度對Ca含量的變化影響不大且差異不顯著[36]，Donatiello等[37]發(fā)現(xiàn)適當增施磷、鉀肥，同時及時澆水，可以明顯提高青飼玉米磷和鈣的含量。本研究中各品種鈣磷的差異可能是由土壤肥力、水肥以及其他栽培條件所引起的。鄭偉和翟景坤[38]研究表明，不同密度下的消化率相似，邰書靜[15]發(fā)現(xiàn)隨著種植密度的增加，干物質(zhì)消化率表現(xiàn)為遞減趨勢。本研究中隨著種植密度的增加，‘正大12’、‘科玉188’和‘濮單6號’的干物質(zhì)消化率逐漸減小，‘東單13’和‘衡遠Y4038’干物質(zhì)消化率隨密度變化規(guī)律不明顯，這與鄭偉和翟景坤[38]和邰書靜[15]研究結果基本一致，個別差異可能是由品種不同引起。目前種植密度對NDF消化率影響的研究較少。屈繩娟[39]發(fā)現(xiàn)隨著種植密度的的增加，TDN逐漸增加，路海東[40]指出TDN隨密度的變化趨勢為先增加后有所降低。本研究中隨著種植密度的增加，‘衡遠Y4038’的TDN含量逐漸增加，‘正大12’和‘科玉188’的TDN含量逐漸減小，‘東單13’和‘濮單6號’的TDN含量先減小后增大，TDN含量變化與屈繩娟和路海東的研究結果基本一致，部分差異可能是由品種不同所造成。

3.3 各生物量和營養(yǎng)品質(zhì)性狀進行灰色關聯(lián)度分析

灰色關聯(lián)度分析法是鄧聚龍[41]在1982年提出的統(tǒng)計方法，它的主要特點是可以對系統(tǒng)要素進行全面、客觀的評價。該評價方法目前已在多個領域應用，關聯(lián)值越大說明比較數(shù)列越接近參考序數(shù)列，則綜合表現(xiàn)越好，本研究中通過綜合評價來篩選出最適宜在環(huán)縣地區(qū)種植的3個青飼玉米品種及密度表現(xiàn)為H1D5> H2D4> H3D5。

4 結論

種植密度對生物產(chǎn)量有影響，而品種對營養(yǎng)品質(zhì)有影響，適當增加種植密度和選種優(yōu)良品種可以提高青飼玉米產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)。在環(huán)縣地區(qū)表現(xiàn)較優(yōu)、排名前三的青飼玉米品種及其密度為7.50萬株·hm?2的‘東單13’、6.75萬株·hm?2的‘正大12’及7.50萬株·hm?2的‘科玉188’，可在該地區(qū)推廣種植。