不同基因型青貯玉米混作對產量及品質的影響

摘要：不同基因型玉米混作和施肥均會影響其產量和品質，而有機肥對玉米混作體系產量和品質的研究較少。本研究設置了不同基因型玉米的單作和混作處理，探究有機肥對混作體系產量和品質的影響。結果顯示，與單作相比，混作顯著提高了玉米產量，且施加有機肥在單作和混作中均具有顯著的增產效應，并使混作玉米的蛋白質含量高于單作（Plt;0.05）。多基因型混作的凈效應和互補效應均為正，有機肥的施用未顯著改變互補效應，表明高產效應主要來自基因型的互補作用。有機肥顯著提高了單作和混作下的土壤速效磷、銨態氮和硝態氮含量（Plt;0.01），其中混作土壤中的銨態氮和硝態氮含量顯著高于單作。綜上所述，基因型混作顯著提升了玉米產量和品質，而有機肥通過改善土壤理化性質進一步增強了混作玉米的產量和品質。這項研究為青貯玉米的高產栽培管理提供了理論依據。

關鍵詞：玉米；混作；有機肥；產量；品質

中圖分類號：S513；S548 " " " "文獻標識碼：A " " " "文章編號：1007-0435（2025）01-0273-10

Effects of Mixed Cropping of Different Varieties of Silage Maize on Yield and Quality

DU Mu-lin， CHEN Li-li， YANG Liang， YUE Li-nan， LIU Xiao-wei， JING Jing-ying*

（College of Grass Science and Technology， China Agricultural University， Beijing 100193， China）

Abstract：Mixed cropping and application of organic fertilizers can affect yield and quality of maize. However， there are few studies on the effects of organic fertilizer on the yield and quality of mixed cropping system with different maize varieties. In this study， we set up monoculture and mixed cropping treatments of different varieties of maize and organic fertilizer treatment to explore the effects of organic fertilizer addition on yield and quality of multi-variety mixed cropping of maize. The results showed that compared with monoculture， mixed cropping significantly increased the yield of maize， and the application of organic fertilizer significantly increased maize yield in both monoculture and mixed cropping， and the protein content of mixed cropping was significantly higher than that of monoculture （Plt;0.05）. The net effect and complementary effect of multi-variety mixed cropping system were positive， and the application of organic fertilizer did not significantly change the complementary effect. Therefore， for mixed cropping system， the positive net effect was mainly from the complementary effect. The application of organic fertilizer significantly increased the soil available phosphorus content and the soil NO3--N and NH4+-N （Plt;0.01） under monoculture and mixed cropping， and the contents of soil NO3--N and NH4+-N in mixed cropping were significantly higher than those under monoculture. In conclusion， multi-variety mixed cropping significantly improved the yield and quality of maize. The application of organic fertilizer improved the physical and chemical properties of soil by increasing the content of available phosphorus， nitrate nitrogen and ammonium nitrogen in soil， and further improved the yield and quality of mixed cropping maize. This study provides a theoretical basis for a high-yield and high-quality cultivation scheme of silage maize.

Key words：Maize；Mixed cropping；Organic fertilizer；Yield；Quality

玉米是我國播種面積最大、產量最高的重要糧食、飼料和經濟兼用作物［1］，玉米富含淀粉、蛋白質、脂質等營養物質，具有極高的飼用價值。對于傳統的玉米種植方式即單品種種植來說，環境擾動對其影響較大，長時間的單作會降低生態系統的生產力和產量穩定性［2］。玉米具有較高的遺傳多樣性，遺傳多樣性作為生物多樣性的重要組成成分，是物種多樣性和生態系統多樣性的基礎［3］。陳先敏等［4］對歷年來種植的玉米品種的產量及品質性狀進行比較，發現不同基因型玉米在千粒重、淀粉等產量和品質指標具有極為明顯的差異。Reiss等［5］通過meta分析發現玉米、豆科等作物不同品種混作均具有顯著的增產效應，相對產量均大于1。此外，玉米品種混作也會影響玉米的品質。在黑龍江北部地區進行的一項青貯玉米混播實驗中發現，與單作相比，各品種青貯玉米混作顯著提高了其蛋白質和淀粉含量，降低了中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）的含量，極大提高了玉米的飼用品質［6］。

在農業生產中，管理方式對玉米的產量和品質具有極其重要的影響，其中施肥是影響產量和品質的重要因素。施用有機肥是一種可持續發展的施肥方式，在近年來受到了廣泛的關注。施用有機肥在為農作物提供全面營養的同時，也具有施肥效果較為平緩，增加土壤有機質，改善土壤理化性質的特點［7］，俞春花等［8］對有機肥對土壤養分含量及玉米產量的影響進行了試驗，結果表明施用有機肥后提高了土壤有機質、土壤速效氮含量、土壤有效磷含量及土壤速效鉀含量，降低了土壤耕層pH值，提高了作物產量，一項meta分析結果也指出施加有機肥使地上生物量增加了56%，提高了植物的生產力［9］。目前關于施肥影響產量的研究較多，但大多集中在單作體系中，有機肥對玉米混作體系產量和品質以及土壤養分的研究尚有待加強。

因此本試驗設置了單品種及四品種基因型混作玉米體系，并施用有機肥作為基肥，以不施加有機肥作為對照，探究有機肥施加與否對混作玉米系統產量及品質的影響，為青貯玉米的優質高產栽培體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗在科左中旗國家現代農業產業園進行，該站位于內蒙古自治區通遼市科爾沁左翼中旗（44°13′N，123°31′E，海拔186 m）。屬典型的旱作農業區，地貌為高原溝壑，地帶性土壤為壤土。試驗區氣候屬溫帶大陸性氣候，年均降水量為350 mm；常年有效積溫3000 ℃，無霜期145 d。試驗田土地平整，灌排條件好，土質為壤土，地力水平中等，試驗開始前0～20 cm土層理化性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組試驗設計，其中設置5種種植方式，即單作（品種分別為‘中玉335’‘中農大787’‘大康205’‘粒隆915’）和混作（‘中玉335’‘中農大787’‘大康205’‘粒隆915’四個品種混作），混作處理將種子等比例混合后進行播種。在每個種植方式下設置2個施肥處理，即未施加有機肥和施加有機肥（播種前一次性施加，施加量為3 t·hm-2），共計設置4個重復，因此共計40個小區，每個小區面積為60 m2（6 m×10 m）。采用無膜淺埋滴灌水肥一體化大小壟種植技術。基肥施用磷酸二銨和硫酸鉀，具體用量為41 kg·ha-1，104 kg·ha-1和113 kg·ha-1。追肥施加95 kg·ha-1（尿素），33 kg·ha-1（磷酸二氫鉀）作為追肥。整個玉米生育期灌溉3～4次，每次均結合施肥灌水。2023年5月3日播種，苗期取地上地下部測定生物量及根冠比，9月24日收獲計產。

1.3 樣品采集與測定

（1）土壤養分

玉米收獲后采集耕層（0～20 cm）土壤樣品用以評估不同施磷處理下土壤磷肥力的變化，使用直徑為5.5 cm的土鉆在每個小區采用“五點取樣法”采集土壤，五鉆混為一個土壤樣品。將采集到的土壤樣品帶回實驗室后分成兩部分，其中一部分在室內自然風干并過2 mm土壤篩后采用0.5 mol·L-1 NaHCO3（pH=8.5）浸提后并利用鉬藍比色法測定土壤速效磷含量。另一部分新鮮土樣在-20 ℃冰箱內保存，采用0.2 mol·L-1 KCl溶液浸提并利用流動分析儀（AAS-305D，江蘇）測定銨態氮、硝態氮含量。

（2）植物地上地下生物量

在苗期對玉米進行地上部和地下部取樣以測定施加有機肥對混作玉米地上部和地下部生物量的影響。在各試驗小區隨機選取5株有代表性的玉米植株，從莖基部剪斷后將所有地上部分裝入尼龍袋，隨后利用根鉆（直徑為10 cm，一次取樣最大深度為15 cm）采集上述植株根系，利用流動清水將根系土壤及雜質等沖洗干凈后裝入尼龍袋。將植物樣品帶回實驗室烘干至恒重后稱重，得到植物地上部和地下部生物量。

（3）玉米籽粒產量

玉米成熟期（2023年9月下旬；判定標準為籽粒黑層出現），從各處理小區中間連續15 m2（3 m×5 m，覆蓋5行玉米，每行5 m）的區域收獲所有玉米籽粒，帶回實驗室烘干后獲得籽粒干物重，以14%的含水量折算玉米最終產量。

（4）玉米品質

玉米成熟期在各試驗小區隨機選取5株具有代表性的植株，將整株植物（包括植株和籽粒）齊地面收獲后切段烘干粉碎后測定玉米全株品質。測定指標分別為淀粉、蛋白質、ADF、NDF。其中淀粉含量采用蒽酮比色法測定［10］；蛋白質含量采用凱氏定氮法測定［11］；纖維素含量采用范式法測定，具體操作為取少量干粉樣裝至纖維袋中封口，用ANKOM全自動纖維儀（A2000i，北京）先測定NDF含量，再將纖維袋放入儀器中測定ADF含量［12］。

1.4 數據處理與分析

（1）計算公式

1）相對飼喂價值

V_RFV=120/F_NDF ×（88.9-0.77F_ADF）/1.29

其中：F_NDF為中性洗滌纖維含量；F_ADF為酸性洗滌纖維含量。

2）根冠比=地下生物量/地上生物量

3）選擇效應和互補效應

依據Loreau等［13］的方法，將混作體系中生產力的變化量分解為互補效應和選擇效應，其計算公式為：

互補效應=N×mean（ΔRY）×mean（M）

選擇效應=N×Cov（ΔRY，M）

式中，ΔY為多樣性凈效應，YO為混作體系的實際產量，YE為混作體系的期望產量（即為各混作品種實際產量與其在混作體系中比例乘積之和），M為各物種單作的平均產量，ΔRY為混作體系中各物種相對產量的變化量即各物種的實際相對產量與期望相對產量之差，N為混作體系中的物種數（本研究中N=4）。

（2）數據處理

采用Microsoft Excel 2019軟件對數據進行統計，采用SPSS 26進行方差齊性檢驗，方差分析和相關性分析，采用Graphpad Prism 10.0作圖。

2 結果與分析

2.1 混作對不同基因型玉米產量的影響

種植方式和施肥方式及兩者的交互作用對苗期玉米地上生物量無顯著影響（Pgt;0.05，圖1d），施加有機肥顯著降低了單作時‘大康205’的地上生物量（Plt;0.05），對其他品種的單作處理以及混作處理的地上生物量無顯著影響（圖1a）。

施肥方式對苗期玉米地下生物量具有極顯著影響（Plt;0.001），而種植方式及其與施肥方式的交互作用對苗期玉米地下生物量無顯著影響（圖1e）。混作對地下生物量的影響受到品種和是否施加有機肥的影響。在未施加有機肥的處理中，四品種混作極顯著提高了‘粒隆915’的地下生物量，但顯著降低了‘中玉335’的地下生物量。施加有機肥顯著提高了混作處理下‘中玉335’的地下生物量，以及單作的‘大康205’和‘粒隆915’的地下生物量（圖1b）。

種植方式對玉米根冠比存在顯著的影響，施肥方式對玉米根冠比存在極顯著的影響。混作對不同品種玉米根冠比的影響不同，其與是否施加有機肥密切相關（圖1f）。在未施加有機肥條件下，混作顯著提高了‘中農大787’‘大康205’和‘粒隆915’的根冠比，但極顯著的降低了‘中玉335’的根冠比（Plt;0.01）。在施加有機肥時，混作顯著降低了‘中農大787’和‘大康205’的根冠比，但顯著提高了‘粒隆915’的根冠比。施加有機肥顯著提高了單作下的‘中農大787’‘大康205’的根冠比，但顯著降低了混作處理中的‘中玉335’‘中農大787’以及單作條件下‘粒隆915’的根冠比（圖1c）。

種植方式和施肥方式對玉米產量存在極顯著的影響（Plt;0.001），二者的交互作用對產量存在顯著的影響（Plt;0.05）。混作產量顯著高于單作，不受到是否施加有機肥的影響（圖2b）。在未施加有機肥時，混作增產效應約為29.53%，在施加有機肥時，混作處理相較于單作增產11.87%。在未施加有機肥時，‘大康205’和‘粒隆915’在混作處理中的產量顯著高于單作，增產效應為43.54%和32.75%。在施加有機肥時，‘中玉335’和‘中農大787’在混作條件下產量顯著高于單作，增產效應為12.88%和11.77%（圖2a）。

施加有機肥顯著提高了產量，其增產效應在單作和混作處理中分別為50.07%和29.61%（圖2b）。施加有機肥顯著提高了單作‘中農大787’‘大康205’和‘粒隆915’的產量，增產效應分別為55.11%，55.77%和52.81%。在混作處理中，‘中玉335’‘中農大787’‘大康205’和‘粒隆915’的產量均顯著高于單作，增產效應為18.70%，31.18%，40.63%和28.83%（圖2a）。

2.2 混作對不同基因型玉米品質的影響

種植方式對不同基因型玉米的品質無顯著影響，施肥方式對ADF產量存在顯著的影響（Plt;0.05）。與單作相比，混作顯著提高了玉米的蛋白質含量和相對飼喂價值（圖3g，j）。在未施加有機肥的情況下，‘大康205’單作淀粉和蛋白質含量顯著低于混作，‘中玉335’的ADF含量顯著高于混作（圖3a，c-d）。在施加有機肥的條件下，‘中農大787’和‘粒隆915’的蛋白質含量顯著低于混作（圖3a，d）。施加有機肥顯著提高了單作下‘大康205’的淀粉和蛋白質含量以及混作條件下的‘中農大787’的蛋白質含量和‘中玉335’的ADF含量（圖3a）。

2.3 施用有機肥對于生物多樣性效應的影響

對混作體系在不同施肥條件下的生物多樣性效應進行計算，發現在未施加有機肥條件下，生物多樣性效應為42.76，其中選擇效應為-1.99，互補效應為44.74；在施加有機肥條件下，生物多樣性效應為46.82，其中選擇效應為-13.08，互補效應為59.90。施加有機肥時選擇效應、互補效應及凈效應與未施加有機肥時均無顯著差異，在兩個處理下生物多樣性效應和互補效應均極顯著高于0，即主要是互補效應在多樣性效應中發揮了主體作用（圖4）。

2.4 混作對土壤養分的影響

種植方式、施肥方式對土壤硝態氮含量存在顯著的影響（Plt;0.05），種植方式與施肥方式對土壤硝態氮含量存在極顯著的交互作用（Plt;0.001）。施加有機肥顯著提高了混作土壤的硝態氮含量，但顯著降低了‘大康205’土壤硝態氮含量。在未施加有機肥條件下，‘粒隆915’土壤硝態氮含量顯著高于其他種植方式（圖5a）。

種植方式對土壤銨態氮含量存在極顯著的影響（Plt;0.01），施肥方式對土壤銨態氮含量存在顯著的影響，種植方式與施肥方式對土壤銨態氮含量存在極顯著的交互作用。混作土壤硝態氮含量在未施加有機肥時顯著低于單作，在施加有機肥條件下顯著高于單作。施加有機肥極顯著提高了土壤銨態氮含量，但顯著降低了‘大康205’土壤銨態氮含量。在未施加有機肥條件下，‘粒隆915’土壤銨態氮含量顯著高于其他種植方式（圖5b）。

施肥方式對土壤速效磷含量存在極顯著的影響。在未施加有機肥條件下，‘大康205’土壤速效磷含量顯著高于其他種植方式，在施加有機肥條件下，各種植方式下無顯著差異。‘中玉335’‘中農大787’‘粒隆915’和MIX4在施加有機肥條件下土壤速效磷含量顯著高于未施加有機肥（圖5c）。

2.5 土壤養分、玉米產量與品質的關系

在單作和混作下，玉米產量、土壤養分和玉米品質間的相關性存在差異。其中在單作下，玉米產量與土壤速效磷含量呈顯著正相關關系（Plt;0.05），而與土壤硝態氮含量、土壤銨態氮含量、蛋白質含量和ADF呈顯著負相關關系。土壤硝態氮和銨態氮含量與蛋白質含量呈顯著正相關關系（圖6a）；在混作下玉米產量與土壤硝態氮、銨態氮、速效磷含量、淀粉和ADF呈顯著正相關關系，而與蛋白質和NDF呈顯著負相關關系。土壤硝態氮含量與蛋白質含量呈顯著負相關關系（圖6b）；在不區分種植方式的情況下，玉米產量與土壤速效磷含量呈顯著正相關關系，但與RVF呈顯著負相關關系（圖6c）。

3 討論

3.1 多品種混作對土壤養分含量及玉米產量和品質的影響

本研究結果表明，混作對土壤養分含量具有顯著的影響。對于土壤銨態氮、硝態氮含量來說，混作對其含量的影響與是否施加有機肥相關。在施加有機肥時混作土壤硝態氮、銨態氮含量顯著高于單作土壤，但在未施加有機肥混作土壤銨態氮、硝態氮含量顯著低于單作土壤。在櫻花與麥冬混作系統中也得到了相似的結果。與櫻花單作和麥冬單作相比，櫻花-麥冬混作土壤銨態氮、硝態氮含量顯著下降，這可能是因為混作后產量的增加而提高了植物對養分的吸收，導致植物吸收速度大于土壤礦化速率，植物大量吸收土壤養分，導致了土壤硝態氮、銨態氮含量的降低［14］。對于土壤速效磷含量來說，混作與單作不存在顯著的差異。這與Chen等［15］在meta分析中得到的結果不同，其結果顯示植物混作增強了土壤磷的有效性，表現為土壤速效磷含量的增加，這可能是由于施加有機肥導致土壤碳氮、碳磷和氮磷比升高，當土壤中碳氮、碳磷和氮磷比較高時，物種混作會降低土壤中的養分比，起到優化生態系統化學計量比的作用［16］。

多品種混作顯著的提高了玉米的產量，在未施加有機肥的情況下平均增產效應為29.53%，施加有機肥條件下增產效應為11.87%，混作對于玉米的這種增產效應與在豆類［17］、水稻［18］、小麥［19］的多品種混作中的結果相同，即同物種不同品種混作可以提高作物產量。多品種混作的種植方式在空間上合理的利用了資源，提高了生產力。此外，物種間的相互作用也可以提高生態系統的生產力。對于通過物種多樣性實現增產的機理通常解釋為：（1）通過種間促進作用或者增加生態位來提高互補效應［20］；（2）提高系統中表現較差物種的生產力降低選擇效應［13］。在未施加有機肥條件下，混作生物多樣性效應為42.76，其中選擇效應為-1.99，互補效應為44.74；在施加有機肥條件下，生物多樣性效應為46.82，其中選擇效應為-13.08，互補效應為59.90。因此，無論是否施加有機肥，對于基因型混作的處理，互補效應在生物多樣性效應都發揮著主導作用。施加有機肥促進了品種間的互補效應，即由44.74增加到了59.90。因此，相對于單一栽培，基因型混作利用種內遺傳多樣性可以通過互補效應的提高實現作物高產穩產的目標［22］。

作物混播不僅可以提高產量，還可以提高作物品質［22］。李剛等［23］研究發現青貯玉米品質如粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分和可溶性糖含量可以通過與秣食豆混播的方式得到提高。多品種混播利用種內遺傳多樣性的相互作用提高了作物群體的營養品質，研究表明不同品種玉米混播顯著地提高了籽粒粗蛋白和賴氨酸含量［24］。在本研究中，不同基因型玉米混作顯著提高了‘大康205’淀粉和蛋白質含量，降低了‘中玉335’的ADF含量。這與Su等［25］的研究結果相同，不同玉米品種混作提高了玉米的籽粒蛋白含量，這主要是由于混作體系中玉米性狀的差異性導致互補效應的增加，進而引起了玉米產量和籽粒蛋白質含量的增加。

3.2 施用有機肥對土壤養分含量及玉米產量與品質的影響

有機肥能夠改善土壤理化性質，增強土壤肥力，提高作物對營養物質的吸收效率，從而提高作物的產量和品質［26］，例如李小煒等［27］、張金妹等［28］在玉米、香蕉中研究表明施加有機肥可顯著改善土壤理化性質，增加土壤有效養分含量。在本研究中，施用有機肥顯著提高了混作玉米土壤的銨態氮、硝態氮以及速效磷含量，這與前人的研究結果相同，施加有機肥可提高土壤銨態氮、硝態氮含量［29］，也可以顯著提高土壤全磷、有效磷含量［30］，同時也可以提高各形態鉀元素的含量［31］，同時有機肥可以為植物生長提供必要的微量元素［32］，提高土壤養分含量，增強土壤肥力。因此，施加有機肥可以通過促進玉米植株地上和地下部的生長，增加干物質的積累［33］，提高玉米的產量［34］。

施加有機肥也會影響玉米品質，在本研究中，施加有機肥顯著提高了‘大康205’的蛋白質和淀粉含量。這與之前的研究結果一致，即施加有機肥可以提高玉米籽粒蛋白質含量［35］。在小麥中也得到了類似的結果，施加有機肥提高了小麥的淀粉和蛋白質含量［36］，這可能與施加有機肥后土壤銨態氮、硝態氮含量的增加密切相關，高氮環境是提高籽粒蛋白質含量的必要條件［37］。

3.3 土壤養分、產量與品質的關系

在單作和混作條件下，玉米產量與土壤養分含量具有相關關系。玉米產量與土壤速效磷含量呈正相關關系，這與Luo等［38］在meta分析中得到的結果一致，土壤速效磷含量的增加會增強玉米植株對磷的吸收，提高玉米的籽粒產量。玉米產量與玉米蛋白質含量呈負相關關系，這可能是由于籽粒蛋白質積累與產量形成中有較多相同的代謝過程［39］，此外更高的生物量可能稀釋了體內的氮素即蛋白質含量，因此產量與蛋白質含量存在這種負相關關系。

土壤硝態氮和銨態氮含量與玉米產量和品質具有相關關系。在單作條件下，玉米產量與土壤銨態氮含量、硝態氮含量呈負相關關系，而在混作下玉米產量與土壤銨態氮含量和硝態氮含量呈正相關關系。與單作相比，混作可能會促進氮循環，提高土壤氮素利用效率，從而提高了玉米的產量，這與在間作系統中得到的結果一致［40］。

單作時，土壤硝態氮和土壤銨態氮含量與蛋白質含量具有正相關關系，但在混作下，土壤硝態氮含量與蛋白質含量具有負相關關系，土壤銨態氮含量與蛋白質含量具有正相關關系，這表明對玉米來說，銨態氮不僅能提高玉米產量還能提升品質，這與銨態氮的營養特性有關［41-42］。銨態氮和硝態氮的吸收和同化所需要能量的不同可能是造成植物生長在這兩種氮素形態上有差異的原因之一。在Bloom等［43］對大麥的研究發現，根系吸收銨時伴隨有14%的碳的同化代謝，吸收硝態氮時伴隨有5%碳的同化代謝，但對硝酸根的同化要消耗15%的碳的同化代謝，而同化銨根只需3%。

4 結論

不同基因型青貯玉米混作提高了玉米的產量和品質以及土壤銨態氮和硝態氮含量，在多品種混作玉米的系統中施用有機肥可以顯著提高土壤養分如土壤速效磷、硝態氮和銨態氮含量，同時提高玉米的產量。與單作及混作不施加有機肥方式相比，施加有機肥使混作玉米土壤速效磷、銨態氮和硝態氮含量及產量均達到最大值。總體來說，多品種混作的玉米種植體系可顯著提升玉米產量與品質，施加有機肥可以進一步改善土壤性質，提高玉米產量。該研究結論不僅為提高玉米生產效益提供了有效的實踐方案，還為推動農業可持續發展和優化資源利用提供了重要的理論支持和實踐指導。

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