種植密度對黃淮海地區糧飼通用型玉米品種生物產量和品質的影響

孫震，郭勇震，王玉建，鐘妮娜，陳景堂，孫娟，劉蘇萌，熊王丹

(1. 青島農業大學草業學院，山東 青島 266109；2. 青島農業大學農學院，山東 青島 266109)

玉米是我國乃至全球的第一大作物。隨著我國經濟的發展，人們對肉蛋奶等的需求不斷增加，畜牧業及其它輕工產業的玉米需求也呈不可逆的增長趨勢。在耕地有限條件下，合理密植是提高我國玉米總產量的重要手段[1，2]。合理密植不但可以提高產量、降低成本，而且可以減少不必要的損失和病蟲害的發生[3]。因此，選育耐密植品種并實施合理密植繼而實現玉米生產效益最大化，是育種者和栽培者的共同愿望。

鮑巨松等[4]研究發現，緊湊型玉米耐密性好，能提高產量。緊湊型玉米莖稈上的各葉片形狀在空間分布上近似紡錘型，并且CO2同化強度、根系吸收強度高，硝酸還原酶活性比高，植株內氮素代謝旺盛[5]。同時研究還發現，緊湊型玉米品種在適宜高密度下具有較高的群體光合速率，更易獲得高產[6]。王蕊等[7]研究表明，隨著密度增加，玉米株高和穗位高先增加后降低，最終產量呈先上升后下降趨勢，密度7.5 萬株/hm2時產量最高。葉翠玉等[8]研究顯示，隨著密度增加，京農科728 產量呈現先增加后降低趨勢；潘廣元等[9]在皖北地區對夏玉米的研究也得出相似結論。賈夢楊等[10]研究發現，隨著密度增加，冀西北地區玉米產量先增加后降低，粗蛋白和粗脂肪含量降低，粗纖維含量上升。楊彩林等[11]研究表明，隨著密度增加，陜西地區中北青貯410 玉米品種的干物質含量和粗脂肪含量隨之降低，粗蛋白和粗纖維含量先增加后降低。

以上研究均表明，一定范圍內隨著種植密度增加，玉米單株的可飼用部分產量顯著降低，但總體鮮物質和干物質產量顯著增加，而且不同品種和不同種植區域的玉米適宜種植密度也不盡相同[12]。黃淮海地區作為我國玉米主要產地之一，其年總產量在4 500 萬t 以上，占全國總產量的40%左右[13]，因此研究提高該地區玉米產量對我國玉米生產以及下游產業發展具有重大意義。本試驗選取黃淮海地區種植的兩個糧飼通用型玉米品種為材料，研究不同密度對其產量、營養品質及全株粗飼料指標(NEL、VDMI、GI2001)的影響，以期確定其合理密度，為黃淮海地區玉米種植提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2020年在青島農業大學平度基地進行。該地海拔50 m(36°47′N，119°96′E)，年平均降水量約680 mm，年平均氣溫11.9℃，無霜期195.5 d，年日照時數約2 700 h。試驗地0～20 cm土層土壤堿解氮含量77.00 mg/kg、有效磷51.04 mg/kg、速效鉀139.09 mg/kg、有機質13.37 g/kg，pH 值為6.74。

1.2 試驗材料與試驗設計

本試驗以兩個糧飼通用緊湊型玉米雜交種(農單145 和魯單510)為材料，采用品種與種植密度雙因素設計，每個品種設置4 個種植密度，分別為4.5 萬株/hm2(低密度，A1)、6.75 萬株/hm2(中密度，A2)、9 萬株/hm2(高密度，A3)和11.25萬株/hm2(極高密度，A4)。隨機區組排列，重復3次，小區面積15 m2(5 m×3 m)。共24 個小區。

6月27 日播種，行距60 cm，通過調節株距設置密度，從低到高4 個種植密度的株距分別為37.05、24.70、18.52、14.82 cm。播前整地耙平，基施復合肥(N－P2O5－K2O＝15－15－15)750 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素120 kg/hm2。其它管理措施與玉米大田生產一致。試驗地周邊種植4 行保護行。玉米籽粒乳線達到1/2～2/3 時收獲。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生物量測定 每小區收獲中間2 行，從植株地上部15 cm 處全株刈割，立即稱重，計算單株及小區鮮重，單株烘干后稱干重，再折算出公頃產量。

1.3.2 營養品質測定 每小區隨機選取5 株，粉碎后充分混合后取鮮樣1 kg，105℃殺青0.5 h 再65℃烘干至恒重，稱干重。各處理樣品采用凱氏定氮法測定粗蛋白(CP)含量[14]，用殘余法測定粗脂肪含量[15]，用蒽酮比色法測定淀粉含量[16]，用中性洗滌劑法和酸性洗滌劑法分別測定中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量[17]。

玉米全株粗飼料分級指數(GI)[18]:

GI2001 ＝NEL×VDMI×CP/NDF ；

NEL＝[1.044－(0.0124×ADF)]×9.29 ；

VDMI＝1.2×BW/NDF 。

式中:GI2001 單位為MJ/d；玉米全株粗飼料泌乳凈能值(net energy of lactation，NEL)，單位為MJ/kg；飼草干物質隨意采食量(voluntary dry matter intake，VDMI)，單位為kg/d；奶牛體重(body weight，BW)。本試驗以600 kg 標準奶牛體重計算。

1.4 兩個品種生產性能的綜合評價

運用灰色關聯度法分別對兩個品種不同密度下的生產性能進行綜合評價。具體方法是:將所有密度視作一個灰色系統，每個密度是其中的一個因素。把每個密度下測定值的最佳值結合起來，組建一個“理想密度”，其值構成參考數列X0，不同密度下參數的測定值構成比較數列Xi(i ＝1，2，…，n)，不同指標用k 表示(k ＝1，2，…，N)，本試驗中n ＝4，N ＝7。不同密度下各個指標與理想密度的關聯系數，按照公式(1)計算。加權關聯度按照公式(2)計算。

式中，ωi為權重系數，μi為等權關聯度。

1.5 數據統計

用Microsoft Excel 2013 進行數據統計，用SPSS 22.0 軟件對所測數據進行單因素方差分析和多重比較(LSD 法)。

2 結果與分析

2.1 種植密度對糧飼通用型玉米品種產量的影響

由表1 可見，玉米單株鮮重和干重基本隨種植密度增加而呈降低趨勢。其中，農單145 單株鮮重在A1、A2密度處理間差異不顯著，均顯著高于A3和A4處理；魯單510 單株鮮重隨種植密度增加不斷降低。農單145 和魯單510 單株干重隨種植密度增加呈現不斷降低趨勢，且低密度A1處理單株干重均顯著高于A4。

表1 不同種植密度對糧飼通用玉米品種產量的影響

兩個玉米品種的鮮草和干草產量都隨種植密度增加呈現先上升后下降趨勢。農單145 在A3密度下的鮮草和干草產量均達到最大值，分別為79.16、31.55 t/hm2，鮮草產量較其它密度處理增加10.0%～69.0%，顯著高于A1和A4，干草產量較其它密度處理均顯著增加，達20.6%～89.4%。魯單510 在A3密度下的鮮草產量和干草產量也都達到最大值，分別為70.00 t/hm2和26.29 t/hm2，且顯著高于A1。

2.2 種植密度對糧飼通用型玉米品種營養品質的影響

由表2 可知，種植密度對兩品種玉米中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量影響均不顯著，含量范圍分別為36.34%～39.68%和17.58%～20.13%。隨著種植密度的增加兩品種粗蛋白含量變化不同，農單145 在A3密度下粗蛋白含量最高，為7.46%，顯著高于A4；魯單510 在A1密度下粗蛋白含量最高，為8.15%，較高密度增加1.11 個百分點。隨著種植密度增加，農單145淀粉含量總體呈現下降趨勢，A2密度下最高，為24.92%，顯著高于A3和A4；不同種植密度下魯單510 淀粉含量差異不顯著。

表2 不同種植密度對糧飼通用玉米品種營養品質的影響(%)

2.3 種植密度對玉米全株粗飼料NEL、VDMI 和GI2001 的影響

由表3 可以看出，種植密度對兩個玉米品種的干物質隨意采食量(VDMI)和泌乳能力(NEL)沒有顯著影響，但對粗飼料分級指數(GI2001)有顯著影響。隨種植密度增加，農單145 的GI2001 呈先增加后下降趨勢，A2密度下最高(27.56 MJ/d)，顯著高于A4；魯單510 的GI2001 隨種植密度增加不斷降低，A1密度下最高(32.28 MJ/d)，A4密度下最低(27.91 MJ/d)。

表3 不同種植密度下糧飼通用玉米品種的粗飼料泌乳凈能值、干物質隨意采食量和分級指數

2.4 灰色關聯度分析

選取不同種植密度下農單145 的鮮草產量、干草產量、NDF、ADF、粗蛋白、淀粉、粗飼料分級指數共7 個參數的最佳數值組建理想品種，構成X0＝[82.61，33.03，41.13，21.25，7.69，26.43，29.50]。首先進行無量綱化處理。根據公式(1)計算相應的關聯系數，結果見表4。加權關聯度可以真實地反映不同密度下各指標測定值和理想密度下的差異，關聯度越大越接近理想密度。農單145 不同密度的加權關聯度排序為A3>A2>A1>A4，魯單510 不同密度的加權關聯度排序為A2>A1>A3>A4(表5)。

表4 各處理密度與理想密度的關聯系數

表5 各處理密度與理想密度的關聯度及其排序

3 討論

種植密度是影響玉米產量和品質的重要因素之一[20，21]。合理密植可有效增加玉米地上生物量，但是不同種植區域和品種對密度的要求不同。本研究表明，供試兩個品種(農單145 和魯單150)在黃淮海地區種植，隨著密度增加單株干鮮重呈下降趨勢，這一結果和Ferreira 等[22]的研究一致。其原因可能是，種植過密，葉片相互遮擋，使單株光合制造的有機物量低于呼吸作用消耗的有機物量。隨著種植密度增加，其干草產量和鮮草產量也隨之增加，達到一定閾值后，產量隨密度增加而逐漸降低，這與前人研究結果一致[22－25]。潘麗艷等[26]認為，較高的密度有利于提高玉米青貯產量，但密度過高會造成產量下降。但是蘇亞軍等[27]在甘肅的研究表明，同一品種隨著種植密度增加，干草和鮮草產量呈上升趨勢，與本試驗結果不同，其差異原因可能是種植地區不同或者試驗設置密度不同所造成。

本研究中，種植密度對玉米不同營養品質指標的影響趨勢不一致。其中，玉米粗蛋白含量隨著種植密度增加，整體呈現下降趨勢，兩個品種A1、A2密度下顯著高于A4，但張秋芝等[28]的研究結果與之不同(種植密度對粗蛋白含量無顯著影響)，而路海東等[29]研究認為，隨著密度增加粗蛋白含量隨之增加。其原因可能與試驗條件、密度梯度和所選品種有關。NDF、ADF 含量各密度處理間差異不顯著，這與王曉娟等[30]的研究結果基本一致。Ferreira 等[31]研究表明，增加種植密度對青貯玉米營養品質的影響為零或不顯著，這與本試驗結果不一致，原因可能與所選玉米品種及種植栽培技術差異有關。底姝霞等[32]的試驗結果顯示，粗蛋白質含量隨著種植密度增加呈下降趨勢，ADF 含量呈先升后降趨勢，對NDF 含量的影響大于對ADF 含量的影響。這與本研究結果基本一致。莊克章等[33]的研究也表明，隨著密度增加，玉米粗蛋白含量和可消化干物質、干物質采食量、相對飼喂價值降低，NDF 和ADF 含量總體呈上升趨勢，粗蛋白產量和總能量先減少后增加。文永革[34]的研究表明，玉米植株ADF、NDF 含量在一定密度范圍內隨著密度的增加而增大。因此，合理的種植密度才能獲得較高生物產量和較高飼用營養價值。

4 結論

本試驗在研究種植密度對兩個玉米品種生物產量、營養品質、粗飼料分級指數的基礎上，選取鮮草產量、干草產量、NDF、ADF、粗蛋白、淀粉、GI2001 為參數，利用灰色關聯度法對其進行綜合評價，表明:黃淮海地區農單145 種植密度以9 萬株/hm2為宜，魯單510 適宜種植密度則為6.75萬株/hm2。種植密度和品種對玉米營養品質及產量均有影響，適當增加種植密度和選種優良品種可以提高青飼玉米產量及營養品質，提高經濟效益。