氮肥用量对粮饲兼用玉米产量和饲用品质形成的影响

李 婧，李玲玲，张立健，陈亮亮，谢军红

(甘肃农业大学农学院，甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070)

氮肥用量对粮饲兼用玉米产量和饲用品质形成的影响

李 婧，李玲玲，张立健，陈亮亮，谢军红

(甘肃农业大学农学院，甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃 兰州 730070)

本研究分析了陇中黄土高原半干旱雨养农业区全膜双垄沟播模式下不同氮肥施用量(N1：0 kg·hm-2，N2：100 kg·hm-2，N3：200 kg·hm-2，N4：300 kg·hm-2)对粮饲兼用玉米(Zeamays)产量和品质形成的影响。结果表明，相同P、K肥条件下，在0～300 kg·hm-2纯N用量范围内，粮饲兼用玉米叶面积指数(LAI)，叶片、叶鞘和茎秆的干物质量，持绿性，以及籽粒产量和生物产量都随施氮量的增加而增加；中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量随着施氮量的升高而降低，随生育进程增加；粗蛋白含量随着施氮量的升高而增加，随生育进程降低；相同施氮量处理下的叶片中NDF和ADF含量在不同时期均低于叶鞘；高的施氮量也有利于籽粒饲用品质的改善。因此，适量增施氮肥能明显提高粮饲兼用玉米产量，改善其品质。建议陇中旱农区采用全膜双垄沟播技术种植粮饲兼用玉米时氮肥用量为纯N 300 kg·hm-2，既能提高生物产量和籽粒产量，又能改善青贮和饲用品质。

施氮量；经济产量；生物产量；叶面积指数；饲用品质

玉米(Zeamays)是我国重要的粮食、饲料、经济兼用型作物[1],目前,我国玉米70%以上都被作为饲料。在陇中、甘南、临夏等地，由于降水和热量条件限制，长期以来玉米的种植面积扩大受到严重限制。全膜双垄沟播玉米栽培技术是旱作农业的一项突破性创新技术，该项技术集地膜覆盖抑蒸、覆膜提温、垄沟集雨种植技术为一体，实现集雨、保墒、提温、增产，突破了玉米种植的自然水热限制，将玉米种植区扩展到了海拔2 300 m以上、年降水量300～400 mm的旱作农业区[2-5]。截止到2013年，覆膜面积为87.4万hm2。该技术的广泛应用极大地促进了旱农区玉米生产，为养殖业带来了机遇，同时，也对玉米饲用化提出了新的要求。

玉米光合产物总量中，有50%～60%贮存于秸秆当中，但普通玉米秸秆营养成分含量较低、品质较差，并且干物质消化率也普遍偏低，从而限制了其饲料化利用。粮饲兼用型玉米不仅在经济产量和生物产量上比普通玉米有所提高，而且成熟期时籽粒饱满产量高，保绿性好，有利于青贮，有较高的营养价值[6]。对青贮玉米栽培的研究主要集中在专用青贮玉米的施肥技术和栽培理论[7-13]，而针对粮饲兼用型玉米的研究较少[6,14-15]。有研究发现，籽粒产量高的玉米品种，其秸秆品质也很好，从而可以实现玉米籽粒产量和秸秆品质的协同提高[16-17]。在我国，对粮饲兼用型玉米品质的形成及含量的研究甚少，远落后于对青贮玉米生产的研究[18-22]。

粗蛋白是饲料中含氮物质的总称，是决定玉米饲用营养价值的重要基础[23]，玉米饲用品质鉴定中粗蛋白含量的提高一直是人们关注和研究的课题。ADF作为反刍动物粗饲料采食量的重要指标，较低的含量有利于提高动物对粗饲料的采食量[24]。国内外有许多关于专用青贮玉米品质的研究报道[20，25-28]，氮素对提高玉米蛋白质含量以及施氮对高淀粉玉米产量的影响也已有较为系统的研究[29-34]，然而对于粮饲兼用型玉米的饲用品质鲜见报道。

为此，本研究在全膜双垄沟播技术模式下设置不同氮肥用量的大田试验，通过分析不同生育时期不同器官干物质、粮饲兼用品质指标，探讨氮肥用量对粮饲兼用型玉米产量和品质形成的影响，以期为陇中旱农区粮饲兼用玉米的高产优质栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2012-2013年在甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村进行，试区属典型黄土高原半干旱丘陵沟壑区，平均海拔为 2 000 m，日照时数2 476. 6 h，年均气温6. 4 ℃， ≥0 ℃积温2 933.4 ℃·d， ≥10 ℃积温2 238.1 ℃·d，无霜期141 d。多年平均降水量390.8 mm，年蒸发量1 532 mm，为黄土高原西部典型的半干旱雨养农业区。试验区土壤为黄绵土，土质绵软，土层深厚，质地均匀，贮水性能良好；0-200 cm土壤容重平均为1.19 g·cm-3，pH值8.36。土壤有机质12.01 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，全磷1.77 g·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设4个处理，即施用纯氮0 kg·hm-2(N1)、100 kg·hm-2(N2)、200 kg·hm-2(N3)、300 kg·hm-2(N4)，氮肥用尿素，各处理磷肥用量均为P2O5150 kg·hm-2。小区面积5.0 m×8.0 m，每个处理重复3次。氮肥的1/3和全部磷肥作种肥，其余氮肥于玉米大喇叭口期追施。试验采用全膜双垄沟播技术，具体做法：田间起大小双垄，大垄宽70 cm、高10～15 cm，小垄宽40 cm、高15～20 cm，起垄后用宽120 cm，厚0.008 mm的薄膜全地面覆盖。膜与膜间不留空隙，两幅膜相接处在大垄中间，覆膜时地膜与垄面、垄沟贴紧，每隔2～3 m横压腰带，垄沟内每隔50 cm左右打一渗水孔，以使降水渗入。5月初用手持点粒器进行播种，播种深度5 cm左右，密度5.25万株·hm-2，品种为富农821。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积指数 拔节期、大喇叭口期、灌浆期、乳熟期和蜡熟期每小区取有代表性的3株带回实验室，分别取叶测量单叶叶长(用a表示叶片中脉长度)和叶宽(用b表示叶片最大宽度)。

叶面积指数( LAI )由下式中求得：

其中，K为校正系数，玉米取值0.75，P为玉米栽培密度5.25万株·hm-2，a和b分别为叶片的长和宽，i为叶片个数。

1.3.2 干物质 各生育时期每小区取有代表性的3株，将地上部植株按各器官分解后分别用网袋装好，风干并将其放入烘箱内95 ℃烘至恒重，测定干物质积累量。

1.3.3 产量测定 收获期每小区随机取有代表性的30株测定生物产量和籽粒产量，折算为单位面积产量。

1.3.4 粮饲兼用品质的测定 拔节期、大喇叭口期、灌浆期、乳熟期和蜡熟期的干物质测定后留样标记，采用范式纤维测定法测定酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)，用凯氏定氮法测定粗蛋白质(CP)含量[35]。

1.4 数据处理

试验数据用EXCEL进行分析和作图。SPSS17.0数据分析系统进行数据分析并用邓肯法(Duncan)测验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 氮对不同生育时期粮饲兼用玉米单株叶面积指数的影响

叶面积指数是反映植物群体生长状况的一个重要指标，其大小直接与最终产量高低密切相关。2012年全生育期内，半干旱地区玉米的叶面积指数随生育期的推进呈现先增后减的趋势，大喇叭口期到灌浆期增长速度最明显，在灌浆期达到最大值(表1)。施氮肥量对各个生育时期不同玉米叶面积指数都有显著影响，对蜡熟期的影响最大，N4处理叶面积指数是N1处理的2.01倍，极大地改善了持绿性，有利于青贮。因此，在本试验设计范围内，施氮量越高越有利于不同生育时期叶面积指数的提高和持绿性的改善。

表1 2012年不同施氮水平下玉米不同生育时期的叶面积指数

注：N1、N2、N3、N4分别表示施N量为0、100、200、300 kg·hm-2。不同小写字母表示同一生育期或同一指标不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note: N1、N2、N3、N4 represent nitrogen application rate with 0, 100, 200, 300 kg·ha-1, respectively. Different lower case letters for the same growth stage or the same parameter indicate significant difference among different treatments at 0.05 level. The same below.

2.2 不同施氮处理下粮饲兼用玉米干物质的积累变化规律

2013年各处理下玉米各生育时期叶片、叶鞘、茎秆干物质积累均表现为前期慢中期快后期又慢。叶片、叶鞘、茎秆干物质积累量最快时期出现在大喇叭口期-灌浆期，灌浆期-乳熟期干物质积累速度开始放缓，乳熟期-蜡熟期干物质量略有下降(表2)。氮肥用量对各个时期的干物质量都有显著影响，氮肥用量越高，干物质积累量越高。不同处理下全株干物质积累也表现为前期慢中期快后期又慢，玉米全株干物质积累量最高出现在乳熟期，N4处理在蜡熟期全株干物质量达到21.79 t·hm-2，比N1提高了33.68%(表3)。2012年，N4处理在乳熟期玉米叶片、叶鞘、茎秆干物质积累量最高，分别比不施氮的处理N1增长0.72、0.70、0.70 t·hm-2。所以，适当增施氮肥有利于玉米在各个生育时期地上部分干物质的积累及收获期时生物产量的提高。本研究认为N4处理施氮量300 kg·hm-2可以有效提高全株及各器官干物质积累量。

表2 2012年和2013年不同氮肥用量下玉米茎叶干物质积累量

表3 2013年不同施氮量下玉米全株的干物质积累量

2.3 不同施氮量对玉米产量的影响

经济产量和生物产量均随着施氮量的增加而增加，增加施氮量可以明显提高粮饲兼用玉米的产量(表4)。2012年高施氮量N4处理的经济产量较N1处理的增加了3.04 t·hm-2；2013年，N4处理的经济产量较N1处理的增加了1.96 t·hm-2。两年间生物产量的最大值均出现在高施氮量处理，总体上氮肥用量在300 kg·hm-2时粮饲兼用玉米的经济产量和生物产量最高。

2.4 不同施氮量对粮饲兼用玉米茎叶鞘酸、中性洗涤纤维的影响

2012年粮饲兼用玉米叶鞘中的酸性洗涤纤维(ADF)的含量均高于叶片和茎秆中ADF含量，且随着生育期的推进ADF含量增加(图1)。不同施氮水平在各生育时期对ADF含量影响有较大差异，总体上是随着施氮量的增加叶片和叶鞘中的ADF含量降低。在乳熟期，N4处理叶片中ADF含量较N1处理降低7.2%,叶鞘中较N1处理降低6.6%，茎秆中的较N1处理降低9.7%。可以看出，提高施氮量可以降低叶片和茎鞘中的ADF含量，有利于玉米秸秆饲用品质的提高。

2012年粮饲兼用玉米叶鞘中的NDF含量也高于叶片和茎秆，但随着生育期的推进NDF含量的增长没有ADF明显，大喇叭口期-灌浆期叶片的NDF含量增长相对较快(图1)。随着施氮量的增加叶片和叶鞘中的NDF含量也降低。在乳熟期N1处理叶片中NDF含量较N4处理高9.5%，在蜡熟期较N4高6.3%。乳熟期N4叶鞘中的NDF含量较N1处理低4.4%，在蜡熟期较N1低4.6%。在乳熟期N4茎秆中NDF含量较N1降低6.2%。在蜡熟期较N1降低4.7%。高施氮量可以显著地降低叶片和叶鞘中的NDF含量，有利于玉米秸秆饲用品质的改善。

表4 2012年和2013年不同施氮量对玉米经济产量和生物产量的影响

图1 2012年不同施氮量对粮饲兼用玉米叶、鞘、茎中ADF和NDF含量的影响Fig.1 Effects of N application rates on ADF and NDF content in stem，leaf and sheath of maize in 2012

2.5 不同施氮量对粮饲兼用玉米茎、叶粗蛋白积累的影响

叶片中的粗蛋白含量在各个时期均明显大于叶鞘中粗蛋白含量(图2)。粮饲兼用玉米生育期内叶片中的粗蛋白含量随着生育期的进行呈下降趋势。随着施氮量的增加粗蛋白含量增大，高施氮量处理300 kg·hm-2(N4)在各个时期均表现出最大的粗蛋白含量，在乳熟期N4处理叶片中的粗蛋白含量较N1处理施氮量高21.06%。叶鞘中的粗蛋白含量，乳熟期N4较N1处理高38.2%，在蜡熟期N4处理叶片和叶鞘较N1处理高29.33%和45.97%。因此，在本试验设置范围内，提高施氮量可以有效提高叶片和叶鞘中的粗蛋白含量，改善饲用品质。

2.6 不同施氮量对玉米籽粒中的酸性、中性洗涤纤维和粗蛋白含量影响

2012年氮肥用量对粮饲兼用玉米籽粒饲用品质的影响和对叶片、叶鞘的影响相似，随着施氮量的增大，NDF和ADF含量减少，CP含量显著增加(P<0.05)(表5)。因此，增施氮肥也有利于籽粒饲用品质的改善。

图2 2012年不同施氮量对粮饲兼用玉米叶片和叶鞘CP含量的影响Fig.2 Effects of N application rates on CP content in leaf and sheath of maize in 2012 表5 2012年不同施氮量对粮饲兼用玉米籽粒中的酸性、中性洗涤纤维和粗蛋白含量影响

Table 5 Effects of N application rates on content of NDF, ADF and crude protein in kernels of maize in 2012 %

3 讨论与结论

营养成分的有无与多少的问题决定着饲用品质的好坏，这与物质的运转和代谢密切相关[36-37]。本研究表明，在0～300 kg·hm-2纯N用量范围内，粮饲兼用玉米富农821叶面积指数(LAI)，叶片、叶鞘和茎秆的干物质量，持绿性，以及籽粒产量和生物产量都随施氮量的增加而增加；NDF和ADF含量随着施氮量的升高而降低，随生育进程增加；粗蛋白含量随着施氮量的提高而提高，随生育进程降低；相同施氮量处理下的叶片中NDF和ADF含量在不同时期均低于叶鞘中的NDF和ADF含量；高的施氮量也有利于籽粒饲用品质的改善。与之前很多学者的研究结果类似[31-34,38]，但不同研究得出的最佳施氮量不同，这是区域气候和土壤差异所致。不同氮肥用量下粮饲兼用玉米最终品质的形成是各器官中的干物质和品质指标在各时期累积的结果。

由此可见，适量增施氮肥对于粮饲兼用玉米产量和饲用品质的改善有很大的作用，建议陇中旱农区采用全膜双垄沟播技术种植粮饲兼用玉米时氮肥以纯N 300 kg·hm-2为好，既能提高生物产量和籽粒产量，还能改善青贮和饲用品质。

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(责任编辑 武艳培)

Effects of nitrogen application on yield and forage quality of grain and forage maize

LI Jing, LI Ling-ling, ZHANG Li-jian, CHEN Liang-liang, XIE Jun-hong

(Agronomy Faculty of Gansu Agricultural University, Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science, Lanzhou 730070, China)

Influences of different nitrogen application rates (N1:0 kg·ha-1, N2:100 kg·ha-1, N3:200 kg·ha-1, N4:400 kg·ha-1) on yield and forage quality of grain-forage maize which were planted in furrows of completely mulched in rainfed agriculture regions in the Loess plateau were investigated. The results showed that leaf area index (LAI), dry weight of leaf, leaf sheath and stalk, grain yield and biomass increased with the increasing of nitrogen application rate with the same rates of phosphorus (P) and potassium (K) applications. Contents of neutral detergent fiber(NDF) and acid detergent fiber(ADF) decreased with the increasing of nitrogen application rate, but increased with crop development. Content of crude protein performed increased with the increasing of nitrogen application rate, but decreased with the crop growth development. Content of NDF and ADF in the leaves were lower than those of leaf sheath under the same nitrogen rate. The quality of grains was also benefited from higher nitrogen application rates. Therefore, it can be concluded that optimum nitrogen fertilizer application can improve yield and quality of grain-forage maize and 300 kg·ha-1of N was the optimum rate for maize growth in furrows of completely mulched alternating narrow and wide ridges systems, in semiarid areas in the Loess Plateau.

nitrogen application rate; grain yield; biomass; leaf area index; forage quality

Li lingling E-mail: lill@gsau.edu.cn

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0151

2014-03-31 接受日期：2014-06-25

973前期课题(2012CB722902)；2011年度高校基本科研业务费项目(041034)；盛彤笙科技创新(GSAU-STS-1226)

李婧(1987-)，女，吉林通榆人，在读硕士生，研究方向为旱地与绿洲农作制。E-mail:695790644@qq.com

李玲玲(1977-),女，甘肃甘谷人，教授，博导，博士，研究方向为旱地与绿洲农作制。E-mail:lill@gsau.edu.cn

S816;S513.62

A

1001-0629(2015)03-0442-08

李婧，李玲玲，张立健，陈亮亮，谢军红.氮肥用量对粮饲兼用玉米产量和饲用品质形成的影响[J].草业科学,2015,32(3):442-449.

LI Jing,LI Ling-ling,ZHANG Li-jian,CHEN Liang-liang,XIE Jun-hong.Effects of nitrogen application on yield and forage quality of grain and forage maize[J].Pratacultural Science，2015,32(3)：442-449.