饲草玉米不同生育期的产量、品质和青贮利用研究

李影正，严旭,2，吴子周，杨春燕，3，李晓锋，何如钰，张萍，EBENEZER Kofi Sam，周阳，张磊，荣廷昭，何建美，唐祈林*

(1.四川农业大学玉米研究所，四川 温江 611130；2.四川省农业科学院牧业研究中心，四川 南充 637000；3.贵州省草业研究所，贵州 贵阳 550006)

饲草玉米是指含有玉米(Zeamays)及其近缘种属血缘的新型饲用作物，其以收获茎、叶为目的，一年生或多年生，具有高光效、多分蘖、枝叶繁茂、高产稳产、茎秆脆甜和适口性好等特性。大刍草为玉蜀黍属(Zea)内除玉米外其他近缘种的统称，摩擦禾属(Tripsacum)为玉蜀黍属亲缘关系最近的属[1]，二者均是选育饲草的优异种质资源。其中，墨西哥大刍草(Z.mexicana，又称墨西哥玉米)和指状摩擦禾(T.dactyloides)作为饲草已在生产上大面积利用，它们是饲草玉米的初级形式。为了利用玉米及其近缘种属材料间的营养体杂种优势，四川农业大学玉米研究所利用远缘杂交和染色体工程技术，以玉米和大刍草为亲本，育成了‘玉草1号’(Z.mays×Z.perennis)、‘玉草2号’(Z.mays×Z.mexicana)、‘玉草3号’(Z.mays×Z.luxurians)和‘玉草4号’(Z.mays×Z.nicaraguensis)饲草玉米；以玉米、四倍体多年生大刍草(Z.perennis)和指状摩擦禾为亲本，利用多倍化和远缘杂交育成了‘玉草5号’和‘玉草6号’等多年生饲草玉米。目前，选育的饲草玉米品种类型有多次刈割型的墨西哥大刍草(一年生)和多年生的玉草1号、玉草5号和玉草6号，以及一次刈割高产型的玉草2号(早熟型)、玉草3号(广适型)和玉草4号(耐涝型)等系列品种。饲草玉米作为一种新型饲草作物，因其生物学产量高、抗性好和品质优等特性，已经在四川、贵州、西藏和新疆等地大面积推广利用[2-6]。随着栽培种植面积的扩大，其青贮利用方面的研究需要进一步加强。

青贮作为一种青绿饲料贮藏方式，在保存饲草营养以及促进饲草周年供应方面具有积极作用。研究表明，不同生育期的饲草产量、营养成分及青贮品质有很大差异[7-9]。玉草1号从分蘖期至吐丝期，生物量和茎叶比增加，其总能、可消化养分总量以及产草量在抽雄始期均较高[7]。玉草5号生长动态及刈割期的研究表明，抽雄始期收割利于青饲，吐丝期刈割利于青贮[8]。不同生育期多花黑麦草(Loliummultiflorum)青贮研究表明，抽穗期和开花期的含水量低，青贮较易成功，抽穗期营养价值显著高于开花期，青贮发酵品质较开花期优[9]。本试验对墨西哥大刍草、玉草3号和玉草6号3种类型饲草玉米在孕穗期、抽雄期和吐丝期刈割时的鲜干草产量、营养成分和青贮后营养成分与发酵品质进行研究，明确不同类型饲草玉米不同生育期的产量、品质和青贮特性，以期探讨其最佳青贮收获期，为饲草玉米多途径利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川农业大学现代农业研发基地(N 30°33′，E 103°38′)，海拔523 m，年平均气温15.9 ℃，极端高温38.1 ℃，极端低温-5.5 ℃，年平均日照时数1161.5 h，年平均降水量1012.4 mm，无霜期285 d。试验地土壤为沙壤土，含全氮1.71 g·kg-1，全钾16.87 g·kg-1，全磷0.29 g·kg-1，有机质24.88 g·kg-1。

1.2 试验材料与设计

供试品种及其特性见表1。采用随机区组设计，3次重复，小区面积24 m2(6 m×4 m)。玉草3号和墨西哥大刍草在2017年3月14日温室育苗，3月23日移栽，种植密度75000株·hm-2；玉草6号在2017年3月23日采用扦插小苗，种植密度10000株·hm-2。浇透定根水，生长期间进行一次除草和防虫，其他同常规大田管理。参考李华雄等[8]的方法调查农艺性状及生育期。

表1 供试品种特征Table 1 Characteristics of tested varieties

1.3 产量测定及青贮调制

墨西哥大刍草、玉草3号和玉草6号在其孕穗期、抽雄期和吐丝期刈割收获，收获时去掉小区边行植株测算地上部总鲜重，取约1 kg鲜草准确称重，65 ℃烘干计算含水量，用含水量折算其干物质含量。测产完成后用铡草机(9ZT-0.6，郑州兴裕)将鲜草切碎至2～3 cm，茎叶混匀装约500 g于30 cm×20 cm聚乙烯袋中，3次重复，真空封口机(V300，奥德居)抽真空、封口，青贮调制在2 h内完成。25 ℃避光保存60 d后开袋，去掉上部5 cm样品，其余青贮饲料混匀，用于分析发酵品质和营养成分。

1.4 测定项目方法

1.4.1青贮发酵品质分析 青贮饲料开封后，准确称取青贮样品20 g，加入180 mL蒸馏水混匀，置于摇床15 min，4层纱布和定性滤纸过滤，制备青贮浸提液[10]，浸出液经0.45 μm微孔滤膜过滤，-20 ℃保存待测。浸出液用于测定氨态氮(ammonia nitrogen，AN)、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)和丁酸(butyric acid，BA)含量。采用梅特勒托利多FE20型pH计测定样品pH值。采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮含量，利用粗蛋白测定的全氮来计算氨态氮/总氮(total nitrogen，TN)(AN/TN)值[11]。取另1份滤液于4000 r·min-1冷冻离心机中离心15 min，将上清液用0.45 μm的微孔滤膜过滤于5 mL的离心管中，采用高效液相色谱法分析滤液中乳酸、乙酸和丁酸含量[12]。

1.4.2青贮营养成分分析 采用杨胜[13]的方法对干物质(dry matter，DM)、粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、粗灰分(crude ash，CA)和粗脂肪(ethanol extract，EE)含量进行测定。采用蒽酮-硫酸法测定可溶性糖(water soluble carbohydrate，WSC)含量[14]。参照Rohweder等[15]的方法计算相对饲用价值(relative feeding value，RFV)，计算公式如下：

RFV=(DDM×DMI)/1.29
DDM=88.9-0.779×ADF
DMI=120/NDF

式中：DDM(digestibility of dry matter)为可消化干物质(%)，DMI(dry matter intake)为干物质采食量(%)。

1.5 数据处理与分析

采用R 3.4.3(R development core team，2017)对数据进行方差分析，Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 供试品种不同生育期的农艺性状、鲜干草产量

各品种的生育期、农艺性状及营养成分见表2和表3。从孕穗期、抽雄期到吐丝期，3个品种的株高、分蘖数以及茎叶比均呈现增加的趋势。其中，玉草3号的株高极显著高于玉草6号和墨西哥大刍草，玉草6号和墨西哥大刍草株高差异不显著。玉草6号分蘖数极显著高于玉草3号和墨西哥大刍草，这是由于玉草6号含有四倍体多年生大刍草以及摩擦禾遗传物质，导致其分蘖能力极显著增强；墨西哥大刍草分蘖数高于玉草3号。各品种茎叶比随着生育期的推进呈现显著增加的趋势，表明在饲草玉米生长前期叶对产量的贡献更大，适口性和营养品质较高；而在生长后期茎对产量的贡献更大。3个品种鲜草和干草产量均随生育期的推进呈现逐渐增加的趋势，其中，玉草6号各时期的鲜、干草产量最高，玉草3号次之。品种和生育期以及二者之间的交互作用对株高和分蘖的影响极显著；品种和生育期对鲜、干草产量影响显著，但二者之间的交互作用对鲜、干草产量影响不显著。

表2 供试品种的生育期Table 2 Growth stage of tested varieties (月-日Month-day)

表3 不同品种和生育期的农艺性状及鲜、干草产量Table 3 Agronomic and yield traits in different varieties at three growth stages

注：同列不同大写字母和小写字母分别表示品种间和生育期间在0.01水平差异显著。**，P<0.01；NS，无显著差异。

Note： Different uppercase and lowercase letters in the same column indicate that the differences between varieties and growth stages are significant at 0.01 level, respectively. **，P<0.01； NS， non-significant.

2.2 供试不同品种不同生育期营养成分分析

各品种不同生育期的营养成分见表4。适宜青贮的饲草料其DM含量占鲜重的20%以上[16]，本试验供试品种在抽雄期及以后的DM含量均达20%以上，即3个饲草玉米品种从抽雄期以后，其 DM含量符合青贮要求。CP含量高低是反映饲草料营养价值的重要指标之一，青贮原料的CP含量直接影响青贮后的营养品质。随着生育期的延长，供试品种的CP含量均呈下降趋势，从孕穗期到吐丝期含量变幅为8.19%DM～12.80%DM；其中3个时期CP含量以玉草6号最高，玉草3号和墨西哥大刍草含量相差不大。3个品种的ADF和NDF含量随生育期延长均呈上升趋势；不同品种间WSC含量在不同生育期呈现一定的差异，3个品种WSC含量在孕穗期均最高；从孕穗期到吐丝期，RFV逐渐降低。

表4 青贮前供试不同品种不同生育期的营养成分Table 4 The nutrient content of three varieties at different growth stages before the silage

2.3 品种对饲草玉米青贮营养成分和发酵品质的影响

品种对饲草玉米青贮营养成分和发酵品质的影响如表5所示。营养成分方面，玉草6号DM含量为23.58% FM，显著高于墨西哥大刍草；玉草3号和墨西哥大刍草DM含量无显著差异。玉草6号CP和WSC含量显著高于玉草3号和墨西哥大刍草。3个品种的EE、CA、NDF和ADF含量差异不显著，RFV均达90以上，表明饲用价值均较高。

在青贮发酵品质方面，青贮后的pH值是衡量发酵品质好坏的重要指标，优良青贮饲料的pH值在4.0以下。试验表明，3个品种青贮后的pH值都在4以下，其中玉草6号pH值最低，玉草3号次之。玉草6号的LA含量显著高于其他两个品种，BA含量显著低于其他两个品种，而AA含量差异不显著；玉草6号的AN/TN含量显著低于其他两个品种。

2.4 生育期对饲草玉米青贮营养价值和发酵品质的影响

生育期对饲草玉米青贮营养成分和发酵品质的影响如表6所示。营养成分方面，饲草玉米青贮后DM含量随着生育期的延后而显著上升，即吐丝期>抽雄期>孕穗期。CP、EE、WSC及CA含量随着生育期的推进而下降，孕穗期显著高于抽雄期和吐丝期。NDF和ADF含量随着生育期推进而增加，孕穗期显著低于抽雄期和吐丝期。从孕穗期到吐丝期，RFV呈现逐渐降低的趋势，即孕穗期>抽雄期>吐丝期。

发酵品质方面，青贮料pH值随着生育期延迟而呈现逐渐上升的趋势，吐丝期pH值最高，为3.94，孕穗期最低，为3.69，抽雄期和吐丝期之间差异显著，而孕穗期与抽雄期之间无显著性差异。3个时期的pH值都在4以下，达到了青贮发酵所需的酸性环境。挥发性脂肪酸方面，孕穗期LA和AA含量显著高于抽雄期和吐丝期，BA含量3个生育期之间无显著差异。AN/TN在孕穗期含量最高，随着生育期推迟逐渐下降。

表5 不同品种饲草玉米青贮营养价值和发酵品质Table 5 Nutritional value and fermentation quality of silage from different forage maizes

注：同行不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同。

Note： Different lowercase letters in the same row are significant differences at 5% level. The same below.

表6 不同生育期饲草玉米青贮营养价值和发酵品质Table 6 Nutritional value and fermentation quality of forage maize silage in different growth stages

2.5 品种和生育期对饲草玉米青贮营养价值和发酵品质的影响

分析表明，品种和生育期之间存在交互作用，为了筛选营养成分和发酵品质最优的品种生育期组合，进行了各因素水平间比较(表7和表8)。在营养成分方面，玉草6号DM含量在吐丝期含量最高，为27.08%FM，墨西哥大刍草孕穗期DM含量最低，为16.02%FM。玉草6号CP含量在孕穗期显著高于其他组合，达到了12.06%DM，墨西哥大刍草吐丝期最低，品种间CP含量差异不显著但品种和生育期的交互作用对青贮饲料CP含量影响极显著。3个品种都是随着生育期推迟，ADF及NDF含量均呈现增加的趋势，品种和生育期对ADF及NDF含量影响极显著，但两者的交互作用对ADF及NDF含量影响不显著。EE含量玉草6号孕穗期最高，达3.47%DM，玉草3号和墨西哥大刍草EE含量均是孕穗期>吐丝期>抽雄期。CA含量玉草6号和墨西哥大刍草随着生育期推进呈现逐渐降低的趋势，玉草3号随着生育期的推进呈现先降低后升高的趋势，品种、生育期以及二者的交互作用对青贮饲CA含量的影响极显著。RFV玉草6号孕穗期最高达103.28，随着生育期的推迟，3个品种RFV均呈现逐渐降低的趋势，品种与生育期之间的交互作用对饲草玉米青贮后RFV影响极显著。

表7 品种和生育期对饲草玉米青贮营养价值的影响Table 7 Effect of variety type and growth stage on the nutritional value of forage maize silage

注：同列数据后不同的小写字母表示在0.05水平上差异显著；*，P<0.05；**，P<0.01；NS，无显著差异。下同。

Note： Different lowercase letters in the same column are significant differences at 5% level; *，P<0.05；**，P<0.01；NS，non-significant. The same below.

在发酵品质方面(表8)，品种对青贮料pH值影响不显著，但品种和生育期的交互作用对青贮料pH值影响极显著。其中，玉草6号抽雄期pH值最低，为3.44，显著低于其他组合。LA含量都随着生育期的推迟呈现下降的趋势，品种和生育期对LA含量影响极显著，品种和生育期之间的交互作用对LA含量影响不显著。3个品种AA含量呈现不同的变化规律，从孕穗期、抽雄期到吐丝期，玉草3号表现出高-低-高的变化趋势，玉草6号表现出低-高-低的变化趋势，墨西哥大刍草表现出高-低-低的变化趋势，品种和生育期的交互作用对青贮料AA含量影响极显著。所有处理均检测出BA，但含量都在1%以下，表明充分的LA发酵抑制了有害酸的产生，发酵品质较好。AN/TN是衡量青贮饲料品质优劣的重要指标，本试验中，品种和生育期之间的交互作用对青贮饲料AN/TN有显著影响，玉草6号和墨西哥大刍草AN/TN都随着生育期的推迟而下降，而玉草3号则表现相反的趋势，表明随着生育期的延迟，玉草3号青贮过程中粗蛋白的分解逐渐加强。品种、生育期及两者的交互作用对WSC含量有极显著影响，玉草6号WSC含量高于玉草3号和墨西哥大刍草。

3 讨论

3.1 饲草玉米不同生育期的产量及营养成分

本研究中，鲜干草产量随供试品种生育期的推进呈现逐渐增加的趋势。玉草6号各时期的鲜干草产量均最高，这可能是由于玉草6号含有四倍体多年生大刍草和摩擦禾的遗传物质表现出生物量杂种优势和倍性优势，导致分蘖数极显著高于玉草3号和墨西哥大刍草，促进了其鲜干草产量的提升。饲草越幼嫩其营养价值越高但产量越低，而越接近成熟期的饲草其产量越高但营养价值降低[17-18]。饲草刈割时间的选择不仅影响饲草的生长和再生，同时也对饲草品质及产量具有重要影响。生育期越早，饲草玉米茎叶比值越小，CP、CA和WSC含量越高，ADF和NDF含量越低，表明营养价值及RFV较高，但鲜干草产量较低；随着生育期逐渐推迟，茎叶比值显著增加，CP、CA和WSC含量逐渐降低，ADF和NDF含量增加，表明营养价值较低，但鲜干草产量显著提高。饲草玉米最佳刈割时期的确定应综合考虑物质积累与营养价值变化规律等因素，并将其定位于某一特定的生育时期[19]。一般地，一年生饲草进入生殖生长阶段，营养品质急速下降，为了获得营养成分较好的饲草，必须要在较短的时间内收获饲草。而多年生饲草整个生育期以营养生长为主，营养生长期的延长以及进入生殖生长期后，其营养成分变幅不大[8]。本研究表明，一年生饲草玉米玉草3号和墨西哥大刍草在抽雄期具有良好的饲用品质及较高的鲜干草产量，适合作为青饲、青贮使用。多年生饲草玉草6号从孕穗期到吐丝期营养成分变化不大，可以一直作为青饲料进行饲喂，不仅适口性好，营养成分优，还可有效地延长刈割时间；在南方坡耕地及岩溶地区推广利用，可以实现不耕、不种和减少青贮的多年生饲草畜牧业，具有良好的经济、社会和生态效益。

3.2 品种和生育期对饲草玉米青贮营养价值的影响

本试验中，品种和生育期对饲草玉米青贮营养价值有显著影响，这可能是由于不同品种间自身遗传特性和生长发育阶段调控机制不同所致。DM和CP含量是评价青贮饲料饲用价值的主要指标，CP含量越高，饲用价值越大[9]。本试验3个供试品种中DM和CP含量玉草6号最高，玉草3号和墨西哥大刍草之间无显著差异。随着生育期的延长，3个品种青贮DM含量显著增加，CP和EE含量逐渐降低，这是因为茎叶比值显著增加，而茎和叶营养成分具有明显的差异，茎中营养成分要低于叶片[20]。结构性碳水化合物构成了NDF和ADF，也是反刍草食动物的主要能源物质，其含量高低影响家畜对饲草料的消化率[21]，NDF和ADF含量越低，营养价值越高[22]。纤维及木质素是植物细胞壁的重要组分，是抵御有害生物的重要屏障，在维持植物茎秆强度及抗倒伏方面具有重要作用[23-24]，随着生育期的延迟，3个品种NDF、ADF含量逐渐增加，RFV逐渐下降，这是由于随着生育期的推进，细胞壁成分逐渐增加，细胞内容物逐渐降低，使饲草玉米茎秆木质素和其他结构性物质增加，这是植物生长衰老过程的普遍规律。因此，大面积推广高产的饲草玉米要了解品种自身遗传特性，掌握其生长发育阶段品质变化机制，并根据利用方式进行适时收获与储藏。

3.3 品种和生育期对饲草玉米青贮发酵品质的影响

青贮原料WSC含量是决定青贮发酵品质的最重要因素之一，是能直接被乳酸菌所利用的发酵底物，通常WSC含量越高，青贮发酵产生的LA越多[25]。3个品种青贮后WSC含量随着生育期的推进变化规律不同，这可能是由于品种本身特性不同导致发酵底物的利用规律不同。玉草6号原料WSC含量最高(10.46%DM)，青贮后LA含量最高，充分的乳酸发酵抑制了有害酸的产生，青贮发酵品质最好。玉草3号和墨西哥大刍草之间青贮发酵品质无明显差异，这可能是由于玉草3号与墨西哥大刍草亲缘关系较近，生长特性相似。青贮饲料的发酵品质随着原料生育期的不同而发生变化[26]，原料中适宜的水分含量是影响青贮能否成功的关键因素。本试验中，饲草玉米随着生育期的推迟含水量逐渐下降，但pH值却呈现不同的变化趋势，孕穗期低于抽雄期和吐丝期，这可能是由于孕穗期高水分提高了乳酸菌对原料糖分的利用效率，快速产生了大量LA促使pH值低于抽雄期和吐丝期。高水分青贮需要更低的pH值才能抑制梭菌发酵，原料高含量的WSC能保证稳定的同质发酵产生更多的LA，最终使pH值降低并减少蛋白质的分解损失[27]。从品种方面来看，玉草3号青贮发酵需要消耗比玉草6号更多的WSC来达到同等水平的pH值。一般认为优质青贮饲料的BA含量应低于1%，AN/TN应低于10%[28-29]。本试验3个品种青贮后BA含量均在1%以下。综合品种和生育期对饲草玉米青贮品质和营养价值的影响，一年生饲草玉米玉草3号和墨西哥大刍草应在抽雄期收获青贮才能得到较好的结果，多年生饲草玉米玉草6号孕穗期收获青贮能够获得较好的营养价值和发酵品质。

4 结论

一年生饲草玉米玉草3号和墨西哥大刍草在抽雄期具有良好的饲用品质及较高的鲜干草产量，且青贮营养成分及发酵品质均较好。多年生饲草玉米玉草6号从孕穗期到吐丝期营养成分变化不大，可以一直作为青饲料进行饲喂，不仅适口性好，营养成分优，还可有效地延长刈割时间；玉草6号也是良好的青贮饲草料，其在孕穗期刈割青贮的营养成分及发酵品质最好。