不同前作处理及后作饲用玉米种植密度对玉米饲草生产性能和品质的影响

聂 聪， 杨晓鹏， 刘浙川， 赵煜晗， 陈婉婷， 何润濠， 刘 伟， 苟文龙, 马 啸*

(1. 四川农业大学草业科技学院， 四川 成都 611130；2. 四川省草原科学研究院， 四川 成都 611731)

我国西南地区传统农区的气候具有明显的过渡性，而传统种植模式下冬季的大面积土地闲置则是对其充足的光照、温度和水份等自然资源的巨大浪费[1]。采用饲草互补的种植模式可有效改善这一局面。近年来，冷季型一年生牧草多花黑麦草(Loliummultiflorum)与饲用玉米(Zeamays)轮作在西南地区的推广潜力不断增大[1]。该轮作系统可经草食牲畜高效转化，具有巨大的生产潜力和经济效益[2-3]。张新跃[4]和张瑞珍[5]等人对“多花黑麦草—饲用玉米”轮作系统(Corn—Italian ryegrass rotation system,CIRS)的生产性能进行比较，发现两季饲用玉米加一季黑麦草的组合效益最佳，饲用玉米的播种量控制在61 530～78 450株·hm-2能带来较优的产草量和经济效益。此外，刘芳等人[6]的研究表明在四川一年生饲草轮换种植组合中，“多花黑麦草—饲用玉米”系统的净收入是水稻(Oryzasativa)、油菜(Brassicanapus)等传统农作物种植系统的近4倍。以上研究均表明“多花黑麦草—饲用玉米”系统在南方的生产潜力较大，但多花黑麦草前期生长速度较慢是进一步提升前作饲草产量的重要问题。

我们的前期研究综合评价了前作不同比例的多花黑麦草+燕麦混播组合的田间生产性状、资源互补效应和营养品质指标，结果发现，将饲用燕麦与多花黑麦草混播不能够充分利用建植初期的自然资源提高前茬饲草的产量和品质，通过刈割可降低后期再生草群落中燕麦对多花黑麦草的资源竞争，从而提高多花黑麦草人工草地总生产性能[7]。然而在之前研究中我们还未系统分析前作燕麦+多花黑麦草的不同混播比例对后作饲用玉米生产性能和品质的影响。为此，本试验继续研究了前作混播组合、后作饲用玉米种植密度对后作生产性能及品质的综合影响，以期筛选出适于西南地区一年生禾草轮作生产系统的最佳前后作种植组合，为利用南方农区高效饲草生产提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地位于四川省草原科学研究院大邑县韩场镇(30°25′ N，103°45′ E)试验基地，地处成都平原西部，海拔480 m，属亚热带湿润季风气候；年均温16.1℃，一年中7月份平均气温最高为26.0℃，极端高温可达36.0℃；最冷为1月份，月平均气温为5.5℃，极端低温可达—5.0℃；该地雨量充沛，年降水量约为1 350 mm，年均相对湿度为83.0%；土壤为黄粘土，pH为6.74，有机质含量为34.07 g·kg-1，碱解氮含量为166.33 mg·kg-1，有效磷含量为51.87 mg·kg-1，速效钾含量为130.33 mg·kg-1；全年日照时长1034.0 h，年均无霜期较长，为284 d。

1.2 供试材料

供试的前作多花黑麦草品种为‘特高’多花黑麦草(Loliummultiflorum‘Tetragold’)，纯净度98%，发芽率88.7%；燕麦品种为青海‘444燕麦’(Avenasativa‘Qinghai No.444’)，纯净度95%，发芽率85%，均由四川省草原总站提供。后作饲用玉米为西南农区主推青贮玉米品种‘雅玉8号’(Zeamays‘Yayu 8’)，纯度≥96.0%，净度≥99.0%，发芽率≥85.0%，由四川雅玉科技股份有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用双因素裂区试验设计，主处理为后作中不同的饲用玉米种植密度，副处理为不同前作混播组合。小区面积为15 m2(3 m×5 m)。于2018年9月20日将多花黑麦草和燕麦分别与细土混匀后撒播均匀，播种后覆土1 cm。各小区统一栽培管理措施，于多花黑麦草草层高度达75 cm时(2018年12月、2019年2月、2019年5月)刈割，留茬高度5 cm，每次刈割3天后追施尿素(46%N)75 kg·hm-2，最后1次齐地面刈割。饲用玉米种植密度设78 400株·hm-2(D1：株行距为15 cm×85 cm)和60 600株·hm-2(D2：株行距为30 cm×55 cm)2个处理；不同前作混播处理及播种量设置为：多花黑麦草22.5 kg·hm-2(H0)、燕麦150.0 kg·hm-2(Y0)、多花黑麦草22.5 kg·hm-2+燕麦35.5 kg·hm-2(M1)、多花黑麦草22.5 kg·hm-2+燕麦75.0 kg·hm-2(M2)、多花黑麦草22.5 kg·hm-2+燕麦112.5 kg·hm-2(M3)，共5个处理，每个处理3次重复。于2019年5月2日将‘雅玉8号’种子温水浸种2 h后于温室下育苗。待幼苗长至4～5叶期时免耕移栽至各小区，施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)350 kg·hm-2做基肥，移栽后及时排灌水，补苗除杂，防治病虫害，确保各小区田间管理水平一致。定苗后于幼苗6～7叶期、大喇叭期及抽穗期追施尿素(N46%)75 kg·hm-2,265 kg·hm-2和180 kg·hm-2。

1.4 测定内容与方法

于2019年8月14日将处于蜡熟期的‘雅玉8号’饲用玉米收获，收获后进行相关指标测定。将饲用玉米整株按茎秆、叶片、籽粒、玉米棒骨和苞叶分别烘干后称重再粉碎，过40目筛(孔径0.425 mm)，用于测定植株各部分可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrate,WSC)含量、粗蛋白(Crude protein,CP)含量、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber,NDF)含量、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber,ADF)含量、体外干物质消化率(In vitro dry matter digestibility，IVDMD)。其中，饲用玉米整株的干物质产量(Dry matter production,DMP)、粗蛋白产量(Crude protein production,CPP)、可消化干物质产量(Dry matter digestibility production,DMDP)为玉米各部分上述产量指标之和。各指标测试方法见表1。

表1 各指标测定方法

1.5 数据处理

用Excel 2016整理并统计各指标测定值进行分析，采用软件SPSS 22.0对不同指标进行Duncan新复极差分析其差异显著性；利用软件Origin 2019b绘制相关分析图。

灰色关联综合评价法：对饲用玉米干物质产量、粗蛋白产量、可消化干物质产量、可溶性碳水化合物含量4个正向指标，茎叶比、中性洗涤纤维含量、酸性洗涤纤维含量3个负向指标进行比较分析[15]，根据灰色关联度法原理[16]，以各指标最佳值构造一个“参考处理”。各数据无量纲化处理并计算关联系数Ki，通过熵权法确定各指标权重(Wk)[17]并计算加权关联度ri，通过ri的排序对前后作饲草生产系统的生产性能进行综合评价和排序。利用软件DPS(Data Processing System)进行灰色关联分析[18]。

2 结果与分析

2.1 前作处理和后作密度对饲用玉米产量和营养品质影响

通过对不同种植密度下饲用玉米的农艺性状和营养品质指标进行方差分析(表2)，发现不同前作处理对饲用玉米茎叶比、DM，WSC，DMP，CP及CPP影响显著(P<0.05)；后作密度处理对饲用玉米百粒重、可消化干物质含量、可溶性碳水化合物含量、干物质产量及粗蛋白产量影响显著(P<0.05)，对株高、茎粗、有效小穗数等其它农艺性状和营养品质指标无显著性影响；前作处理×密度处理的交互作用对饲用玉米干物质含量、干物质产量、粗蛋白产量、酸性洗涤纤维含量及可溶性碳水化合物影响显著(P<0.05)。

2.2 饲用玉米农艺性状分析

由表3可知：饲用玉米的种植密度为D2(60 600 株·hm-2)时其平均株高、平均茎粗、平均穗位高、平均有效小穗数、平均百粒重及平均茎叶比均总体高于种植密度D1(78 400 株·hm-2)，但仅平均百粒重在两个密度间差异显著(P<0.05)；对于两种后作玉米种植密度，各前作处理下的玉米株高和有效小穗数差异不显著，不同前作处理对于后作玉米的影响主要体现在茎粗、穗位高、百粒重及茎叶比等性状上。值得注意的是，两种后作玉米播种密度下，在一定范围内(H0至M1至M2)饲用玉米茎叶比随着黑麦草中添加燕麦比例的上升而下降。

表2 前作处理及饲用玉米种植密度对玉米生产性状和营养品质的影响

表3 前作处理和种植密度对饲用玉米农艺性状的影响

2.3 饲用玉米产量分析

饲用玉米的干物质产量(DMP)、粗蛋白产量(CPP)、可消化干物质产量(DMDP)在种植密度D1下均高于种植密度D2。如图1所示，对于后作玉米高种植密度D1，前作处理Y0下饲用玉米DMP，CPP，DMDP均最高，而前作处理M2下，后作玉米各产量指标均最低。对于后作玉米低种植密度D2，在前作处理M1下的玉米DMP，CPP，DMDP最高；而在前作处理M3下的玉米DMP、处理Y0下的玉米CPP和前作处理M3下的玉米DMDP最低。在后作饲用玉米种植密度高时，前作黑麦草+燕麦混播后的饲用玉米各产量指标低于前作为单播燕麦(Y0)，而在后作玉米低种植密度下，前作合理混播(M1)提高了后作玉米的DMP，CPP，DMDP。

图1 前作处理和种植密度对饲用玉米生产性能的影响

2.4 饲用玉米营养成分分析

两个种植密度的饲用玉米粗蛋白含量(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)及可溶性碳水化合物(WSC)含量无显著差异。如图2所示，在前作处理M2+低种植密度D2处理下，玉米CP含量(8.07%DM)最高；在前作处理Y0+地种植密度D2处理下，玉米CP含量最低。在前作处理M2+玉米高种植密度D1处理下，玉米NDF(31.62%DM)，ADF(14.52%DM)含量最高；在前作处理M1+低种植密度D1处理下，玉米NDF含量最低；在前作处理M2+低种植密度D2处理下，玉米ADF含量最低。在前作处理M2+玉米低种植密度D2处理下，玉米WSC含量(98.97 mg·g-1)最高，而在前作处理M2+低种植密度D1处理下最低。NDF，WSC含量最高值及最低值均与前作处理M2相关，而CP，NDF含量最高值同样与前作处理M2相关。

2.5 灰色关联法综合分析

根据熵权法计算得到干物质产量、粗蛋白产量、可消化干物质产量、茎叶比、可溶性碳水化合物、NDF和ADF的权重分别为0.271，0.241，0.271，0.050，0.070，0.047和0.050。而计算出的加权求和关联度表明(表4)，种植密度D1的各处理与“参考处理”的关联度均优于种植密度D2，且种植密度D1+处理Y0饲用玉米综合生产性能最优，种植密度D1+处理M1生产性能次之。

表4 各处理灰色关联度排序

图2 前作处理和种植密度对饲用玉米营养成分指标的影响

2.6 “多花黑麦草—饲用玉米”饲草生产系统总产分析

前作产量及后作饲用玉米产量累加可得“多花黑麦草—饲用玉米”饲草生产系统的总产。如图3所示，在该饲草生产系统中，多花黑麦草+燕麦混播处理M1+饲用玉米种植密度D1的干物质产量为50 216.58 kg·hm-2(图3-A)、粗蛋白产量为5 046.24 kg·hm-2(图3-B)、可消化干物质产量为35 422.61 kg·hm-2(图3-C)，在所有处理组合中最高，为西南地区“多花黑麦草—饲用玉米”饲草生产系统最佳推荐种植组合。

3 讨论

3.1 前作处理和后作饲用玉米种植密度对饲用玉米产量影响

有研究表明前作种植燕麦会对青贮玉米产量形成不利的影响，因此不建议前作种植禾本科饲草[19]，而本研究发现后作饲用玉米种植密度较低(60 600 kg·hm-2)情况下，前作种植适宜比例的多花黑麦草+燕麦可有效提高饲用玉米产量，这与付登伟研究结果一致[20]。但饲用玉米在高种植密度(78 400 kg·hm-2)下，前作采用禾禾混播降低了饲用玉米产量。由此可见，种植密度对玉米饲草产量具有显著影响。在一定的种植密度范围内产量随密度增加而提高，当种植密度超出合理范围后，玉米的饲草产量会随之降低[21-23]。

3.2 前作处理和后作饲用玉米种植密度对饲用玉米品质影响

饲用玉米饲草营养品质也是衡量其生产性能的主要方面，常用ADF，NDF，CP，WSC含量及IVDMD等指标进行评价[24]。本研究发现，不同比例的多花黑麦草+燕麦混播组合与后作饲用玉米的CP含量显著相关(P<0.05)，且适宜的前作混播处理提升了玉米CP含量，这可能是因为前作种植的黑麦草增加了土壤有机质、速效钾、速效磷含量，进而提升了后作作物的饲草品质[25]。当然，饲用玉米种植密度也同样影响其营养品质[26]，例如有报道发现随着饲用玉米种植密度增加其CP含量下降[27]。本研究中饲用玉米CP，ADF，NDF，WSC等指标含量在两个种植密度下总体均无显著差异，这与孙继颖研究结果大致相同[28]。其原因可能是多方面的：一是由于所选取的在四川适宜的种植密度(61 530～78 450株·hm-2)较接近[29]；二是前作处理的影响，无论高种植密度还是低种植密度，测定的4个营养指标均在前作处理M2下表现出较大差异。

图3 “多花黑麦草—饲用玉米”系统总产比较

3.3 灰色关联度法综合筛选最优种植密度及前作处理

灰色关联度法可操作性高、结果直观可靠。多数研究利用灰色关联法选取玉米穗粒重、籽粒产量等农艺性状指标评价其对产量的影响[30-32]。但对于饲草品种而言，除了产草量，营养价值同样是反应其生产性能的重要因素。故本试验与上述研究不同，试验结合产量及营养指标，根据熵权法计算得到饲用玉米干物质产量等4个正向指标及NDF等3个负向指标的权重，利用灰色关联度法综合评价不同前作处理及种植密度的饲用玉米生产性能表现，得到玉米种植密度D1(78 400株·hm-2)+前作Y0(燕麦单播)下饲用玉米生产性能最佳的结果。

4 结论

饲用玉米的产量及品质等生产性能在高种植密度(78 400 株·hm-2)下优于低种植密度(60 600 株·hm-2)。处理Y0(燕麦单播)+高种植密度D1饲用玉米产量和品质最优，处理M1(添加25%燕麦)+高种植密度D1次之。在“黑麦草—饲用玉米”饲草生产系统中，总产量表现最优的轮作组合为前作100%多花黑麦草+25%燕麦和后作种植密度为78 400 株·hm-2饲用玉米，推荐为西南地区一年生禾本科饲草生产系统的最佳种植组合。