孙继颖, 高聚林*, 王志刚, 于晓芳, 胡树平, 刘 剑, 包海柱,霍鲜鲜, 白云龙, 闫 东
(1. 内蒙古农业大学农学院, 内蒙古 呼和浩特 010019; 2. 内蒙古农业大学职业技术学院, 内蒙古 包头土默特右旗 014109;3. 内蒙古农业大学动物科学学院, 内蒙古 呼和浩特010018;4. 内蒙古自治区土壤肥料和节水农业工作站, 内蒙古 呼和浩特,010019)
青贮玉米(ZeamaysL.)营养价值和生物学产量较高[1],是世界范围内应用最广泛的青贮饲料,具有气味芳香、柔软多汁、适口性好等特点[2],是奶、肉等畜产品生产重要的粗饲料来源[3],青贮玉米栽培遵循籽粒和秸秆并重,产量和品质均佳的原则[4]。青贮玉米重要的饲用品质指标有中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber,ADF)、蛋白质含量及可溶性糖含量等。以上述各品质指标为基础,计算得出的粗饲料泌乳净能(Net Energy of lactation,NEL)、干物质随意采食量(Voluntary Dry Matter Intake,VDMI)以及粗饲料分级指数(Grading Index,GI2001)[5]等指标,在粗饲料生产领域,被作为粗饲料品质的重要评价指标。青贮玉米饲用品质受多种栽培技术措施调控。不同生育期的玉米品种混播混收增加了粗蛋白质含量和淀粉含量,降低了NDF含量和ADF含量,改善了混收的饲用品质[6]。在一定范围之内,随着种植密度的提高,单位面积玉米最大物质产量显著提高,但是,当密度超过一定的适宜范围,群体的物质产量会随之下降[7-8]。胡春花[9]、王云霄[10]研究指出,较高种植密度有助于饲料产量的增加,并且增加密度有助于青贮玉米品质的提高[11]。生物产量随密度增加而增加但品质含量总体上随密度的增加呈下降趋势[12]。籽粒产量的最佳适宜密度较低,群体干物质产量的最佳适宜密度较高,而饲用营养产量的最佳适宜密度则介于二者之间[13]。随着种植密度的增加,地上干物质含量呈现先升高后降低的趋势,青贮玉米蛋白质含量随着种植密度的增加而增加,当种植密度达最大密度时,其蛋白质的产量达最高值[14]。青贮玉米密度与产量呈二次曲线关系,而饲用营养品质却随密度增加呈现下降趋势。产量最高的密度和品质最优的密度不一致,优质时的密度显著低于高产时的密度[15]。合理密植可以提高青贮玉米的饲用营养价值,密度过高会降低其饲用品质[16-18],粗蛋白含量随种植密度增加而呈下降趋势[19]。
前人有关种植密度对于青贮玉米产量及品质的影响研究,多集中于群体干物质产量。在品质方面,聚焦的品质指标单一,并且不同的研究者,其研究结果并不一致。本文以内蒙古自治区目前生产上普遍栽培的青贮专用型及粮饲兼用型青贮玉米品种为试验材料,从籽粒产量、秸秆产量、全株产量角度及多个饲用指标综合效果层面,系统研究青贮玉米产量及饲用品质随种植密度的变化规律,旨在探讨青贮玉米产量特征及品质特性对于密度调控的响应机制,为青贮玉米生产适宜栽培密度的确定提供理论依据与实践指导。
试验于2015年及2016年在内蒙古包头市土默特右旗萨拉齐镇(40°33′ N,110°31′ E)进行,该区属典型大陆性半干旱季风气候,年平均气温7.5℃,无霜期135 d左右,年日照平均3 095 h,年平均降水量400 mm。试验地前茬作物为玉米,土壤质地为沙壤土,2015及2016两年0~30 cm耕层土壤基本肥力状况为有机质18.65 g·kg-1及19.29 g·kg-1,碱解氮40.55 mg·kg-1及46.67 mg·kg-1,速效磷15.57 mg·kg-1及15.23 mg·kg-1,速效钾114.34 mg·kg-1及118.34 mg·kg-1,pH值为7.8及7.5。生育期间降水量324.33 mm及364.27 mm。
试验采用裂区设计,以供试品种(A因素)为主区,以密度(B因素)为副区。其中A因素为两个处理,分别为A1:粮饲兼用型品种冀承单3号,由河北承德农科所培育,北711×承18,生育期105~110天,适宜≥10℃积温2 000~2 350℃冷凉区种植;A2:青贮专用型品种真金青贮31号,由内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗种子公司培育,墨T611×白72,生育期126~129天,适宜于≥10℃活动积温2 600℃以上区域种植;B因素为5个水平,分别为B1:45 000株·hm-2,B2:60 000株·hm-2,B3:75 000 株·hm-2,B4:90 000株·hm-2及B5:97 500株·hm-2。共10个处理组合,3次重复,小区行长5 m,行距0.5 m,每小区内种植玉米14行,小区面积为35 m2。播前统一施用磷酸二铵225 kg·hm-2、硫酸钾90 kg·hm-2,做种肥一次性随播种施入土壤;氮肥按照尿素346 kg·hm-2,分别于拔节期及大喇叭口期以3:7比例施入,施肥后及时灌溉。全生育期共灌水3次,每次灌水量为750 m3·hm-2,其他管理同大田生产。2015年5月3日播种,9月16日收获;2016年4月29日播种,9月20日收获。
试验因素及水平情况见表1。
表1 试验因素及水平表(2015~2016)Table 1 The trial factor and level(2015~2016)
1.2.1饲用产量测定 在玉米籽粒乳熟末蜡熟初期(此时期可获得最高的饲用营养价值[20-21])取样,每小区选取代表性植株3株,按籽粒及秸秆两部分分开,先称量其鲜物质重,然后将样品置于105℃烘箱杀青30 min,再降温至80℃烘干至恒重,称量其干物质重。称重结束之后,样品粉碎供养分测定之用。
1.2.2营养价值测定 将上述样品混合均匀并粉碎,过0.45 mm筛备用,作全株营养品质分析。测定以下指标:
中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fiber,NDF)含量:采用范式洗涤纤维测定法测定[22-24]。
酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber,ADF)含量:采用范式洗涤纤维测定法测定。
粗蛋白质(Crude Protein,CP)含量:采用半微量凯氏定氮法测定[25]。
可溶性糖含量(Soluble Sugar,SS):采用硫酸蒽酮比色法测定可溶性糖含量。
全株粗饲料分级指数(GI2001):
GI2001=NEL×VDMI×CP/NDF[10]
(1)
式中:
GI2001(Grading Index):粗饲料分级指数,单位为MJ·d-1;
NEL(Net Energy of lactation):青贮玉米全株粗饲料泌乳净能值,单位为MJ·kg-1;
VDMI (Voluntary Dry Matter Intake):饲草干物质随意采食量,单位为kg·d-1;
CP (Crude Protein):饲草中粗蛋白含量,以干物质为基础计,单位为%;
NDF(Neutral Detergent Fiber):饲草中中性洗涤纤维含量,以干物质为基础计,单位为%;
NEL=[1.044—(0.0124×ADF)]×9.29
(2)
VDMI=1.2×BW /NDF
(3)
式中:BW:奶牛体重,本试验的VDMI计算中,以600 kg标准奶牛体重计算得出。
试验数据采用SPSS Statistics 17.0进行统计处理及方差分析,采用Sigmaplot 12.5及Microsoft Excel 2007作图。
调查各试验小区实际出苗情况,计算各处理出苗率见表2。2015年,冀承单3号各种植密度处理实际出苗数达到了计划出苗数的97.23%~98.46%,真金青贮31号各种植密度处理实际出苗数达到了计划出苗数的91.92%~99.43%;2016年,冀承单3号各种植密度处理实际出苗数达到了计划出苗数的90.09%~95.02%,真金青贮31号各种植密度处理实际出苗数达到了计划出苗数的91.17%~93.66%。2015及2016年,两青贮玉米品种各不同种植密度梯度处理实际出苗数均达到了计划出苗数的90%以上,并且各种植密度处理之间差异极显著(P<0.01),符合试验要求。试验结果中籽粒产量、秸秆产量及全株产量的计算均以表2中的实际出苗密度值计算获得。
表2 各试验小区出苗调查(2015~2016)Table 2 Seeding emergence investigation in experimental plot(2015~2016)
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05),不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),下同
Note:Different lowercase letters indicated significant difference at the 0.05 level,different capital letter indicated significant difference at the 0.01 level,the same as below
2.2.1青贮玉米籽粒及秸秆物质产量 不同密度处理下的青贮玉米籽粒及秸秆鲜物质产量及干物质产量差异极显著(P<0.01)。在同一密度下,粮饲兼用型品种冀承单3号的籽粒鲜重及干重均高于青贮专用型品种真金青贮31号;在同一密度下,青贮专用型品种真金青贮31号的秸秆鲜重及秸秆干重均高于粮饲兼用型品种冀承单3号。即在青贮玉米生产中,粮饲兼用型品种表现出较佳的籽粒产量优势,而青贮专用型品种表现出较佳的秸秆产量优势(表3,表4)。
注:表中“**”代表差异极显著(P<0.01)。下同
Note:"** " indicated the significant at 0.01 level. The same as below
粮饲兼用型品种冀承单3号在密度B4条件下,其籽粒鲜重达到最高,在密度B3条件下,其籽粒干重达到最高;青贮专用型品种真金青贮31号在密度B3条件下,其籽粒鲜重达到最高,在密度B2条件下,其籽粒干重达到最高,并且与密度B3及B4条件下的籽粒干重之间差异不显著。由此可见,粮饲兼用型品种冀承单3号获得最高籽粒产量的密度要高于青贮专用型品种真金青贮31号。粮饲兼用型品种冀承单3号秸秆鲜重及干重随着种植密度的升高,呈现出先升后降的变化趋势,在密度B4条件下,其秸秆鲜重及干重达到最高值;青贮专用型品种真金青贮31号的秸秆鲜重及干重随着种植密度的升高,变化趋势同于冀承单3号,其在密度B3条件下,秸秆鲜重及干重达到最高值。由此可见,冀承单3号获得最高秸秆产量的密度同样高于真金青贮31号,即冀承单3号的单株生物量低于真金青贮31号,可以适当增加种植密度来获得高产,真金青贮31号由于单株高大,生物量较高,所以,能够获得最高产量的适宜密度要低于冀承单3号。
表4 不同密度下青贮玉米籽粒及秸秆产量比较(2016)Table 4 Comparison of grain and strew yield in forage maize under different planting density(2016)/102kg·hm-2
总体来看,冀承单3号及真金青贮31号品种获得籽粒最高产量的密度均要低于秸秆获得最高产量的密度。可见,在青贮玉米生产中,通过增加密度来获得较高的青贮产量,主要是由于秸秆量的增加产生的贡献,而在密度增加的过程中,籽粒的产量是降低的,适宜的青贮玉米高产种植密度需要兼顾秸秆产量的增加及籽粒产量的降低两方面的协调统一。品种因素、密度因素及品种因素与密度因素的互作对籽粒鲜重、籽粒干重、秸秆鲜重、秸秆干重的影响均达到了极显著水平(P<0.01)。
2.2.2青贮玉米全株产量 通过比较不同青贮玉米品种全株产量随密度的变化趋势可知,冀承单3号及真金青贮31号全株鲜重及干重随着种植密度的增加均呈现抛物线变化趋势,在较低密度下,随着密度的增加,全株鲜重及干重逐渐增加,至一定密度条件下,全株鲜重及干重达到最高点,之后随着密度的继续增加,全株鲜重及干重开始下降。在各种植密度下,真金青贮31号的鲜物质产量及干物质产量均高于冀承单3号,真金青贮31号较冀承单3号具有更高的青贮产量潜力(图1)。
图1 不同青贮玉米品种全株产量对密度的响应比较(2015~2016)Fig.1 Comparison in response of plant yield to density by different forage maize varieties(2015~2016)
2015年,真金青贮31号在密度B3水平下达到鲜重及干重的最高产量;冀承单3号在密度B4水平下达到鲜重及干重的最高产量。2016年,真金青贮31号在密度B3水平下,全株鲜重及干重产量达到最高;冀承单3号在密度B4水平下达到全株鲜重及干重最高产量(图1)。2015及2016两年的试验结果一致,冀承单3号获得最高产量的密度高于真金青贮31号获得最高产量的密度,说明冀承单3号单株生长量较小,可以适应更高的种植密度,更高的种植密度适宜冀承单3号获得更高的青贮产量。真金青贮31号单株生长量较大,适应于稍低一些的种植密度,稍低的种植密度有助于真金青贮31号获得更高的青贮产量。
对两种不同青贮玉米品种干物质产量与种植密度进行回归分析,冀承单3号干物质产量与种植密度之间的回归方程为:Y=—347.8X2+5 739.7X— 2 315.7,回归系数R2=0.8171。通过方程模拟得出,冀承单3号最适种植密度为8.25×104株· hm-2,在该密度下,冀承单3号可获得最高全株干物质产量21 364.69 kg· hm-2(图2)。真金青贮31号干物质产量与种植密度之间的回归方程为:Y=—506.57X2+7 403.7X—1 797.1,回归系数R2=0.8056。通过方程模拟得出,真金青贮31号最适种植密度为7.31×104株· hm-2,在该种植密度下,真金青贮31号可获得最高全株干物质产量25 254.82 kg· hm-2(图3)。
图2 冀承单3号全株干物质产量对密度的回归Fig.2 Regression analysis of plant dry matter yield to density in Jichengdan 3
图3 真金青贮31号全株干物质产量对密度的回归Fig.3 Regression analysis of plant dry matter yield to density in Zhenjin 31
2.3.1青贮玉米全株中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量 由表5可知,冀承单3号的全株NDF含量及ADF含量随着种植密度的增加呈现先降后升趋势,NDF含量随种植密度的变化幅度为41.35%~52.12%(2015年)及40.21%~49.84%(2016年),ADF含量随着种植密度的变化幅度为18.08%~24.44%(2015年)及17.31%~21.99%(2016年);真金青贮31号的全株NDF含量及ADF含量随着种植密度的增加呈现先降后升趋势,NDF含量随着种植密度的变化幅度为42.72%~50.12%(2015年)及39.62%~45.46%(2016年),ADF含量随着种植密度的变化幅度为22.34%~26.81%(2015年)及20.31%~23.75%(2016年)。品种因素对ADF含量影响效果极显著(P<0.01),密度因素对ADF含量及NDF含量的影响效果极显著(P<0.01),品种及密度互作对NDF含量影响效果极显著(P<0.01),对ADF含量影响效果显著(P<0.05)。
2.3.2青贮玉米全株粗蛋白及可溶性糖含量 由表6可知,在相同密度下,冀承单3号全株粗蛋白含量高于真金青贮31号。冀承单3号全株粗蛋白含量随着种植密度的增加呈现先升后降的变化趋势,粗蛋白含量随种植密度的变化幅度为7.80%~10.89%(2015年)及7.82%~10.44%(2016年);冀承单3号全株可溶性糖含量随着种植密度的增加呈现先增后降的趋势,可溶性糖含量随着种植密度的变化幅度为3.83%~4.80%(2015年)及3.50%~4.74%(2016年)。真金青贮31号全株粗蛋白含量随着种植密度的增加呈现先升后降的趋势,粗蛋白含量随着种植密度的变化幅度为6.27%~8.21%(2015年)及6.24%~7.85%(2016年);真金青贮31号可溶性糖含量随着种植密度的增加呈现先升后降的变化趋势,可溶性糖含量随着种植密度的变化幅度为4.01%~5.19%(2015年)及3.99%~5.06%(2016年)。品种因素、密度因素及品种密度互作对全株粗蛋白含量及可溶性糖含量的影响效果均达到极显著水平(P<0.01)。
表5 不同密度下青贮玉米全株中性洗涤纤维含量及酸性洗涤纤维含量比较(2015~2016)Table 5 Comparison of NDF and ADF in forage maize under different planting density(2015~2016)/%
注:表中“*”代表显著水平(P<0.05),“--”代表差异不显著。下同
Note:"* " indicated the significant at the 0.05 level,"--" indicated no significant.The same as below
表6 不同密度下青贮玉米全株蛋白质含量及可溶性糖含量比较(2015~2016)Table 6 Comparison of CP and SS contend in forage maize under different planting density(2015~2016)/%
2.3.3青贮玉米全株粗饲料NEL、VDMI及GI2001粗饲料泌乳净能(NEL)是指动物采食每千克饲草,在乳液中的沉积能量。干物质随意采食量(VDMI)是指在随意采食的条件下,动物在一昼夜内自愿选择采食的饲草干物质数量[5]。粗饲料分级指数(GI2001)是使用广泛的粗饲料饲用营养价值评价指标,它将能量与蛋白质指标统一起来进行粗饲料的饲用营养价值评价,而且还将采食量和饲料中难消化的成分包括在内,对于粗饲料的饲用营养价值评价具有更加科学的生物学意义,既体现了整体性,又反映了动态性与针对性,是一个集理论性与实践性于一体的粗饲料品质评定指数[26]。
由表7可知,冀承单3号粗饲料泌乳净能随着密度的增加逐渐增加,至B3密度水平下达到泌乳净能最高点,之后逐渐下降,泌乳净能变化幅度为6.88 MJ·kg-1~7.41 MJ·kg-1(2015年)及7.17 MJ·kg-1~7.70 MJ·kg-1(2016年);冀承单3号干物质随意采食量随着种植密度的增加,逐渐增加,至B3密度条件下达到最高点,之后再逐渐下降,干物质随意采食量随着种植密度的变化幅度为13.83 kg·d-1~17.42 kg·d-1(2015年)及14.55 kg·d-1~17.95 kg·d-1(2016年)。
表7 不同密度下青贮玉米粗饲料泌乳净能及分级指数比较(2015~2016)Table 7 Comparison of net energy for lactation and grading index in forage maize under different planting density(2015~2016)
真金青贮31号粗饲料泌乳净能随着密度的增加逐渐增加,至B3密度下,达到最高点,之后再逐渐下降,粗饲料泌乳竟能随着密度的变化幅度为6.61 MJ·kg-1~7.13 MJ·kg-1(2015年)及6.96 MJ·kg-1~7.36 MJ·kg-1(2016年);真金青贮31号干物质随意采食量随着种植密度的增加,逐渐增加,至B3(2015)及B2(2016年)密度下,达到最高点,之后再逐渐下降,干物质随意采食量随着密度的变化幅度为14.37 kg·d-1~16.85 kg·d-1(2015年)及15.89 kg·d-1~18.21 kg·d-1(2016年)。品种因素对粗饲料泌乳净能影响效果极显著(P<0.01),对干物质随意采食量影响不显著;密度因素对粗饲料泌乳净能及干物质随意采食量影响效果均达到极显著效果(P<0.01);品种及密度互作对粗饲料泌乳净能及干物质随意采食量影响效果达到了显著水平(P<0.05)及极显著水平(P<0.01)。
粗饲料分级指数(GI2001)随着密度的增加呈现抛物线变化趋势,在较低密度下,随着种植密度的增加,粗饲料分级指数呈现增加趋势,粗饲料饲用价值逐渐增加,至一定密度水平达到最高点,之后随着种植密度的增加逐渐下降。说明在较低密度条件下,增加密度可以起到改善青贮玉米饲用品质的效果,但是当密度增加到一定水平之后,密度的继续增加不会继续改善饲用价值,反而会使得饲用价值下降(图4,5)。
图4 冀承单3号粗饲料分级指数对密度的回归分析Fig.4 Regression analysis of raw fodder grading index to density in Jichengdan 3
图5 真金青贮31号粗饲料分级指数对密度的回归分析Fig.5 Regression analysis of raw fodder grading index in Zhenjin 31
冀承单3号粗饲料分级指数与密度之间的回归方程为Y=—2.5018X2+35.577X—91.348,回归系数R2=0.8542,经回归方程模拟得出,当密度为7.11×104株·hm-2时,冀承单3号可获得最高粗饲料分级指数35.13 MJ·d-1;真金青贮31号粗饲料分级指数与密度之间的回归方程为Y=-1.401X2+19.63X—44.638,回归系数R2=0.7587,经回归方程模拟得出,当密度为7.01×104株·hm-2时,真金青贮31号可获得最高粗饲料分级指数24.12 MJ·d-1。
2.3.4青贮玉米饲用产量及饲用营养价值之间相关分析 经青贮玉米产量指标及饲用营养价值指标之间相关分析得出,青贮玉米粗饲料分级指数与籽粒产量呈极显著正相关,与NDF含量呈极显著负相关,与ADF含量呈极显著正相关,与全株粗蛋白含量呈极显著正相关,与泌乳净能呈极显著正相关,与干物质随意采食量呈极显著正相关;青贮玉米全株产量与秸秆产量呈极显著正相关,与NDF含量呈显著负相关,与可溶性糖含量呈极显著正相关(表8)。可见较高的籽粒产量可以有效提高青贮玉米饲用营养价值,而供试的两个玉米品种获得最高籽粒产量的密度均低于获得最高全株产量的密度,由此可以推断,获得最高粗饲料分级指数的密度必然低于获得最高全株干物质产量的种植密度。在实际的生产中,为获得较高的粗饲料营养价值,可以参照较高的籽粒产量来确定其种植密度。
表8 青贮玉米产量与饲用品质相关分析Table 8 Correlation analysis between yield parameters and nutritive value parameters in forage Maize
张吉旺等[1]研究指出,青贮型品种较粮饲兼用型品种具有较高的全株产量,及较低的籽粒产量。本文研究表明,在相同种植密度下,青贮专用品种真金青贮31号与粮饲兼用品种冀承单3号相比,全株生物产量较高,而籽粒产量较低。在不同种植密度下,两品种全株产量及籽粒产量均呈现抛物线变化趋势,两品种获得籽粒最高产量及全株最高产量种植密度均不相同,获得籽粒产量的密度均较低,获得最高全株产量的密度均较高,说明对于两种不同类型的青贮玉米品种,均表现为较低的密度适宜于籽粒的高产,而较高的密度适宜于全株的高产。真金青贮31号单株生物量较大,适合较低的种植密度,易于获得籽粒及全株的高产;而冀承单3号单株生物量较小,适合较高的种植密度,易于获得籽粒及全株的高产。胡文河等[11]研究表明,品种不同群体生物产量和干物质产量的适宜密度不同。在供试的各个种植密度下,冀承单3号的籽粒产量均高于真金青贮31号,同时冀承单3号的秸秆产量均低于真金青贮31号,说明粮饲兼用型品种冀承单3号具有更高的籽粒产量潜力,而青贮专用型品种真金青贮31号具有更高的秸秆产量潜力。从全株饲用产量分析,冀承单3号全株饲用产量低于真金青贮31号,但是冀承单3号的全株产量中,籽粒所占比例较大,饲用营养价值潜力较高。
朱永群等[14]研究指出,随种植密度的提高,蛋白质产量增加,饲用品质提高;而王静等[19]研究表明,粗蛋白含量随种植密度增加而呈下降趋势,由此造成饲用营养价值降低;章建新等[15]研究结果与王静等研究结果类似,青贮玉米饲用营养价值随着密度的增加而下降;上述不同研究者的试验结果中,青贮玉米饲用品质随密度增加的变化趋势并不一致。本试验研究表明,青贮玉米饲用营养价值随种植密度的变化趋势取决于起始种植密度的高低。在较低的密度水平下,增加青贮玉米种植密度在起到增加籽粒及秸秆产量作用的同时,也通过降低中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量,提高蛋白质含量及可溶性糖含量,同时起到改善青贮玉米品质的作用;但当种植密度增加到一定水平之后,青贮玉米的品质,不会随着种植密度的继续增加而持续得到改善,反而会由于种植密度过高,致使青贮玉米全株中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量升高,蛋白质含量及可溶性糖含量下降,从而使得青贮玉米品质变劣。青贮玉米全株泌乳净能、干物质随意采食量及粗饲料分级指数等综合饲用品质指标随密度的变化趋势也印证了上述规律。由此可见,密度适中有助于青贮玉米获得较高饲用品质。
综合考虑全株产量及粗饲料饲用营养价值等指标,推荐冀承单3号适宜种植密度为7.11×104株·hm-2~8.25×104株·hm-2,推荐真金青贮31号适宜种植密度为7.01×104株·hm-2~7.31×104株·hm-2。