不同品種玉米和甜高粱的產能比較

劉歡歡，羅偉珊，唐 龍，楊培志，呼天明，席杰軍

（西北農林科技大學草業與草原學院，陜西楊凌 712100）

隨著國民生活質量的日益提高，飲食結構上對肉蛋奶的需求也日益激增[1]，加上非洲豬瘟造成高居不下的豬肉價格的影響，促使當前草食畜牧業快速發展，尤其是肉牛和肉羊的飼養發展極為迅速。草食畜牧業的快速發展導致當前我國粗飼料短缺且缺口較大。飼草作為粗飼料，是反芻家畜的主要飼料。因此，大力推廣和種植優質飼草是解決我國粗飼料短缺、肉奶供應不足等問題的重要措施，也是實現農業結構調整和鄉村振興的重要途徑[2-3]。玉米(Zea mays)具有營養豐富、家畜喜食、單位面積產量高、栽培和收獲宜于機械化等較多優點，在國際上被廣泛用作粗飼料，也是我國選為“糧改飼”的主要推廣物種之一。然而，受傳統“以糧為綱”的農業思維、專用青貯玉米品種的匱乏[4]和草–畜產業技術及推廣不完善等眾多因素的限制，當前我國“糧改飼”中種植的絕大部分玉米品種依然是低產的籽粒型玉米。此外，C4植物甜高粱(Sorghum bicolor)因具有光合效率高、生物產量大、營養豐富、耐寒、抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄、耐高溫、耐干熱風等優點也被廣泛種植用作動物粗飼料[5-6]。相比于玉米，高粱根系更深，尤其是在干旱半干旱區域，具有較高且穩定的生物產量[7]。Oliver 等[8]發現，甜高粱含糖量高，消化率好，營養豐富，可替代全混合日糧奶牛配方中的青貯玉米，或者至少可替代肉牛養殖中的青貯玉米[9]。因此，在干旱半干旱區開展玉米和甜高粱的生態適應性研究，篩選出高產優質的專用型青貯玉米和甜高粱品種，對落實“糧改飼”政策、提高種養效益、促進畜牧業發展、增加農民收入等具有重要的意義。

關中地區位于陜西中部，氣候類型為暖溫帶半濕潤氣候。據陜西省2019年統計年鑒，該區牛存欄76萬余頭，羊存欄140萬只，其中奶牛35萬頭，占陜西省奶?？偭康?0%，奶山羊81萬只，占陜西省奶山羊總量的96%，對優質粗飼料的需求極大。根據國家“糧改飼”以養帶種和就地轉化的原則，關中地區被陜西省規劃為“糧改飼”的重點發展區域。據筆者調查，目前該區種植專用青貯玉米品種的比例不高，青貯產量多在2～3 t，田間收購價格為220～280 CNY·t?1。除了品種因素限制產量外，年降水不均衡也會嚴重影響產量，尤其是在生長季降水偏少的年份，玉米產量和品質會嚴重下降。因此，篩選出高產優質的適合關中地區的青貯玉米品種和甜高粱品種對提高關中地區種植效益和促進畜牧業發展具有重要的經濟意義?；诖?，本研究對前期篩選出的優良玉米品種進一步評估，同時對4個甜高粱品種進行品種比較試驗，以期為關中地區“糧改飼”工作的進行和粗飼料業的發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

甜高粱品種4個：‘甘露4000(Honeydew 4000)’、‘美洲巨人(American Giants)’、‘極光(Aurora)’和‘海獅(Sealion)’；青貯玉米品種4個：‘迪卡625(DK625)’、‘DB08’、‘早 熟 白 糯(ZSBN)’和‘強盛58(Qiangsheng 58)’。其中，‘強盛58’是在楊凌地區推廣種植的籽粒型玉米品種之一。除‘強盛58’和‘早熟白糯’購置于楊凌種子市場外，其他材料均來源于北京正道公司。

1.2 試驗地概況

試驗地位于陜西省楊凌區(34°21′ N，108°10′ E)，土質為壤土，前茬作物為玉米，收獲后冬閑。試驗地地處關中平原核心區域，海拔450 m 左右，年均氣溫12～14℃，年均日照時數約2 150 h，年均降水量約600 mm，屬于溫暖半濕潤氣候。

1.3 試驗方法

采用隨機區組設計，每個品種重復2次，共16個小區，小區面積為3 m× 4 m。播種方式為點播，行距60 cm，株距20 cm，玉米播深4～5 cm，甜高粱播深1～2 cm，每穴播種2～3粒種子，出苗2周后進行間苗，播種日期為2019年4月26日。2017年玉米試驗的播種期為4月28日。期間不進行灌溉和施肥，進行兩次中耕除草。

玉米品種在乳熟末期至蠟熟初期進行收獲[10]，甜高粱品種在乳熟末期進行收獲[5]。收獲時在兩個小區共隨機選擇6株代表性植株(除‘迪卡625’選擇4株外)，從根部砍斷(留茬2～4 cm)，并測量每一株樣品株高、葉片數以及莖、葉、穗的鮮重等。然后將樣品置于105℃烘箱中殺青30 min，隨后在70℃下烘至恒重，烘干后及時記錄莖、葉、穗的干重，并根據單株干物質產量換算每公頃的干物質產量[11]。隨后，將烘干后單株植物的莖、葉、穗樣品合并、粉碎、混合均勻，并測定混合樣品中粗蛋白(凱氏定氮法)、粗脂肪(索氏殘留渣法)、粗纖維(快速法)、粗灰分含量(高溫灼燒法)[12]。無氮浸出物含量的計算方法：無氮浸出物含量(%)=100%? 粗蛋白含量(%)?粗脂肪含量(%)? 粗纖維含量(%)? 灰分含量(%)[13]。

1.4 數據分析

采用SPSS 23統計分析，通過One-Way ANOVA法進行多重比較，數據以平均值± 標準差表示。

2 結果與分析

2.1 生長期的氣溫及降水量

在5月–6月，平均氣溫在18.8～23.3℃，氣溫適宜；而7月–8月，平均氣溫為25℃左右，白天氣溫在30℃左右；9月平均氣溫為19.2℃，10月平均氣溫為13.5℃(圖1)。降水量5月為68 mm，6月為125 mm，7月為108 mm，8月為112 mm，9月為183 mm，10月為51 mm。在玉米和高粱的生長前期(5月–6月)由于氣溫適宜并且植株較為矮小，水分和光熱資源較為良好。而在隨后的生長期，陰雨天較多，降水豐富，氣溫偏低，光熱資源不足。

圖1 生長期的平均氣溫與降水量Figure 1 Average temperature and precipitation in the growing season

2.2 玉米和甜高粱的物候期及產量

玉米和甜高粱的重要農藝性狀如株高、葉片數、鮮重、干重、葉莖穗干重比、干物質產量和青貯單位面積產量以及重要物候特性如乳熟末期至蠟熟初期的日期(收獲日期)和收獲生長天數的觀測數據(表1)表明，玉米收獲期差異跨度為17 d，其中‘早熟白糯’最早，‘DB08’最晚；甜高粱收獲期差異跨度超過51 d，其中‘美洲巨人’最早，‘極光’最晚。由于天氣轉涼和陰雨連綿，‘極光’在收獲時未能達到乳熟末期至蠟熟初期的發育階段。整體而言，甜高粱的生育期比玉米長。玉米中‘DB08’的葉片數最多，為15片，其他3個品種約為14片；高粱的葉片數差異較大，其中‘極光’的最多，約為24片，‘美洲巨人’的最少，為8片，葉數差異跨度達16片。玉米中‘DB08’的株高最高，達281.5 cm，其他3個玉米品種高度約為230 cm；高粱中‘極光’最高，達333.8 cm，‘美洲巨人’最矮，為165.3 cm，差異跨度達173.5 cm。就生物量而言，長勢最好的玉米品種為‘DB08’，其單株鮮重、單株干重、青貯產量和干物質產量分別為749 g、304.9 g、83.9 t·hm?2和25.1 t·hm?2；長勢最差的玉米品種為‘迪卡625’，其單株鮮重、單株干重、青貯產量和干物質產量分別為543 g、146.1 g、40.2 t·hm?2和12.0 t·hm?2；長勢最好的高粱品種為‘極光’，其單株鮮重、單株干重、青貯產量和干物質產量分別為1 458.3 g、455.5 g、125.3 t·hm?2和37.7 t·hm?2；長勢最差的高粱品種為‘甘露4000’，其單株鮮重、單株干重、青貯產量和干物質產量分別為457.3 g、129.1 g、35.6 t·hm?2和10.7 t·hm?2。值得關注的是，它們除了產量指標有顯著差異(P< 0.05)外，在葉、莖、穗器官的比重上也差異明顯，其中在4個玉米品種中‘DB08’的穗重占整株植物的比重最高，達62.5%，‘早熟白糯’最低，為54.4%；高粱中‘美洲巨人’的穗重占整株植物的比重最高，為47.9%，‘極光’最低，為0.7%。

表1 不同玉米和甜高粱品種物候期的觀測及其農藝性狀Table 1 Observation of phenological phase in different corn and sweet sorghum varietiesand their agronomic traits

2.3 營養成分分析

營養價值分析(圖2)顯示，粗蛋白含量以高粱‘美洲巨人’最高，為6.3%，其余所有品種的粗蛋白含量均在3.2%～4.5%。粗纖維含量以高粱‘海獅’最高，為37.0%，其余品種的粗纖維含量均在28.3%～31.4%。粗脂肪含量玉米品種在2.1%～2.6%，高粱品種在1.1%～1.7%。粗灰分含量以高粱‘甘露4000’最高，為7.2%，其余所有品種的粗灰分含量均在3.8%～5.6%。無氮浸出物含量在55.2%～62.4%。整體而言，玉米品種的粗脂肪含量較高粱高，而粗灰分含量較高粱低。

圖2 玉米和甜高粱的粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、灰分和無氮浸出物含量Figure 2 Contentsof crude protein, crude fiber,ether extract,crudeash,and nitrogen-free extract in different varietiesof maize and sweet sorghum

2.4 玉米不同年份的重要指標比較

年際的氣候波動可導致作物產量的波動，因此，產量的穩定性是品種推廣的一個重要前提。本研究測定了2017年試驗篩選到的兩個優異玉米品種‘DB08’和‘迪卡625’的農藝性狀年際變化(表2)，結果表明，除了受遺傳因素嚴格調控性狀葉片數基本上未發生變化外，生長期、株高、單株干重、粗蛋白含量、粗纖維含量、干物質產量和無氮浸出物含量均發生較大的變化。對于青貯較關注的產量而言，2019年‘DB08’的單位面積干物質產量與2017年間差異不顯著(P>0.05)，而‘迪卡625’2017年則比2019年下降了52.9%，降幅超過一半。

表2 ‘DB08’和‘DK 625’青貯玉米不同年份的重要指標Table 2 Comparison of analyzed traitsin different corn varietiesacrossdifferent years

3 討論

以粗飼料作為利用方式，玉米和甜高粱的推廣價值則主要取決于地上部分的總生物量（包括莖、葉、穗）和總營養價值。就同一品種而言，在特定氣候、土壤和管理方式下，其生物量和營養價值主要取決于收獲時期[14]。大量研究表明，以青貯作為利用方式，玉米的最佳收獲期為乳熟末期至蠟熟初期[10]，而甜高粱的最佳收獲期在乳熟末期[5]。雖然有研究建議以整株植物干物質含量為35%左右為最佳收獲時期[15]，但由于植株含水量嚴重受收獲前幾日降水情況的影響，結合當地季候狀況，本研究采用植株發育階段作為最佳收獲時期的判定依據。

產量是種植青貯飼料經濟效益的主要決定因素之一。玉米按用途可劃分為籽粒型玉米(糧食型)、糧飼兼用型玉米和青貯專用型玉米等類型。前兩者的產量多在45 t·hm?2左右，而后者多在97.5 t·hm?2左右，高產者可達120 t·hm?2[16]。本研究中，若按照干物質占鮮重的30%來計算青貯產量，參試玉米品種的青貯產量在40.2～83.9 t·hm?2。以關中地區栽培品種‘強盛58’為參照(45.5 t·hm?2)，專用青貯玉米‘DB08’的青貯產量(83.9 t·hm?2)每公頃可增產38.4 t，增產了84.4%。值得一提的是，曾被推薦作為推廣品種的‘迪卡625’在本研究中表現最差，青貯產量為40.2 t·hm?2，比‘強盛58’減產了11.6%，而另一個推薦品種‘DB08’則表現的比較穩定[11]。比較2017和2019年的氣候，發現2017年的生長季降水較少，陽光充沛，氣溫較高，而2019年則陰雨綿長，氣溫偏低，不利于C4植物玉米的生長。由于這兩次試驗均在同一試驗地進行，且管理方式一致，因此，造成產量差異的主要原因可能是因為氣候影響。甜高粱因莖稈含糖量高，最早主要用于制糖，當前也用于飼草、青貯和生產生物乙醇[5,17-18]。作為飼草或青貯料，甜高粱由于具有很強的耐旱性，主要種植在降水難以滿足玉米生長的干旱半干旱地區，用作肉牛的飼料或與其他粗飼料如大豆(Glycine max)、燕麥(Avena sativa)等制作混合青貯料飼喂奶牛[19-20]。就產量而言，本研究中有兩個甜高粱品種‘極光’和‘海獅’比對照玉米品種‘強盛58’顯著高產，分別增產了85.1和28.7 t·hm?2，分別增加了211.6%和71.3%。

制作青貯料時植株營養物質的含量是決定制成青貯料營養物質含量的關鍵因素之一，也是決定飼草飼喂價值和價格的重要因素之一。研究結果顯示，粗纖維、粗脂肪和灰分的含量水平與已報道相應物種中的含量基本相似，但粗蛋白含量顯著降低[21-24]，然而，相應品種的粗蛋白含量在2017年的試驗中卻與已報道的結果[11]相似，表明粗蛋白含量受氣候因素影響極大。就飼喂而言，單一的營養指標難以反映飼草的營養價值，而無氮浸出物主要包括可溶性碳水化合物、糖類、淀粉、膳食纖維或半纖維素等奶牛需要的易吸收利用能量物質，可在較大程度上反映出飼草對反芻動物的營養價值。根據公式[13]計算，本研究中8個品種的無氮浸出物含量由大到小依次為‘強盛58’(62.35%)>‘早熟白糯’(61.36%)>‘DB08’(59.50%)>‘迪卡625’(59.38%)>‘極光’(59.12%)>‘甘露4000’(57.17%)>‘美洲巨人’(55.20%) >‘海獅’(52.67%)。根據干物質產量，單位面積無氮浸出物的產量最大的兩個品種為‘極光’(22.2 t·hm?2)和‘DB08’(14.9 t·hm?2)。

4 結論

就青貯產量和大型反芻動物的營養需求而言，與糧飼兼用玉米品種‘強盛58’相比，青貯專用玉米‘DB08’和甜高粱‘極光’具有優勢性的推廣價值，但甜高粱‘極光’的穩產性還需進一步的田間試驗。