不同品种玉米和甜高粱的产能比较

刘欢欢，罗伟珊，唐 龙，杨培志，呼天明，席杰军

（西北农林科技大学草业与草原学院，陕西杨凌 712100）

随着国民生活质量的日益提高，饮食结构上对肉蛋奶的需求也日益激增[1]，加上非洲猪瘟造成高居不下的猪肉价格的影响，促使当前草食畜牧业快速发展，尤其是肉牛和肉羊的饲养发展极为迅速。草食畜牧业的快速发展导致当前我国粗饲料短缺且缺口较大。饲草作为粗饲料，是反刍家畜的主要饲料。因此，大力推广和种植优质饲草是解决我国粗饲料短缺、肉奶供应不足等问题的重要措施，也是实现农业结构调整和乡村振兴的重要途径[2-3]。玉米(Zea mays)具有营养丰富、家畜喜食、单位面积产量高、栽培和收获宜于机械化等较多优点，在国际上被广泛用作粗饲料，也是我国选为“粮改饲”的主要推广物种之一。然而，受传统“以粮为纲”的农业思维、专用青贮玉米品种的匮乏[4]和草–畜产业技术及推广不完善等众多因素的限制，当前我国“粮改饲”中种植的绝大部分玉米品种依然是低产的籽粒型玉米。此外，C4植物甜高粱(Sorghum bicolor)因具有光合效率高、生物产量大、营养丰富、耐寒、抗旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄、耐高温、耐干热风等优点也被广泛种植用作动物粗饲料[5-6]。相比于玉米，高粱根系更深，尤其是在干旱半干旱区域，具有较高且稳定的生物产量[7]。Oliver 等[8]发现，甜高粱含糖量高，消化率好，营养丰富，可替代全混合日粮奶牛配方中的青贮玉米，或者至少可替代肉牛养殖中的青贮玉米[9]。因此，在干旱半干旱区开展玉米和甜高粱的生态适应性研究，筛选出高产优质的专用型青贮玉米和甜高粱品种，对落实“粮改饲”政策、提高种养效益、促进畜牧业发展、增加农民收入等具有重要的意义。

关中地区位于陕西中部，气候类型为暖温带半湿润气候。据陕西省2019年统计年鉴，该区牛存栏76万余头，羊存栏140万只，其中奶牛35万头，占陕西省奶牛总量的90%，奶山羊81万只，占陕西省奶山羊总量的96%，对优质粗饲料的需求极大。根据国家“粮改饲”以养带种和就地转化的原则，关中地区被陕西省规划为“粮改饲”的重点发展区域。据笔者调查，目前该区种植专用青贮玉米品种的比例不高，青贮产量多在2～3 t，田间收购价格为220～280 CNY·t−1。除了品种因素限制产量外，年降水不均衡也会严重影响产量，尤其是在生长季降水偏少的年份，玉米产量和品质会严重下降。因此，筛选出高产优质的适合关中地区的青贮玉米品种和甜高粱品种对提高关中地区种植效益和促进畜牧业发展具有重要的经济意义。基于此，本研究对前期筛选出的优良玉米品种进一步评估，同时对4个甜高粱品种进行品种比较试验，以期为关中地区“粮改饲”工作的进行和粗饲料业的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

甜高粱品种4个：‘甘露4000(Honeydew 4000)’、‘美洲巨人(American Giants)’、‘极光(Aurora)’和‘海狮(Sealion)’；青贮玉米品种4个：‘迪卡625(DK625)’、‘DB08’、‘早 熟 白 糯(ZSBN)’和‘强盛58(Qiangsheng 58)’。其中，‘强盛58’是在杨凌地区推广种植的籽粒型玉米品种之一。除‘强盛58’和‘早熟白糯’购置于杨凌种子市场外，其他材料均来源于北京正道公司。

1.2 试验地概况

试验地位于陕西省杨凌区(34°21′ N，108°10′ E)，土质为壤土，前茬作物为玉米，收获后冬闲。试验地地处关中平原核心区域，海拔450 m 左右，年均气温12～14℃，年均日照时数约2 150 h，年均降水量约600 mm，属于温暖半湿润气候。

1.3 试验方法

采用随机区组设计，每个品种重复2次，共16个小区，小区面积为3 m× 4 m。播种方式为点播，行距60 cm，株距20 cm，玉米播深4～5 cm，甜高粱播深1～2 cm，每穴播种2～3粒种子，出苗2周后进行间苗，播种日期为2019年4月26日。2017年玉米试验的播种期为4月28日。期间不进行灌溉和施肥，进行两次中耕除草。

玉米品种在乳熟末期至蜡熟初期进行收获[10]，甜高粱品种在乳熟末期进行收获[5]。收获时在两个小区共随机选择6株代表性植株(除‘迪卡625’选择4株外)，从根部砍断(留茬2～4 cm)，并测量每一株样品株高、叶片数以及茎、叶、穗的鲜重等。然后将样品置于105℃烘箱中杀青30 min，随后在70℃下烘至恒重，烘干后及时记录茎、叶、穗的干重，并根据单株干物质产量换算每公顷的干物质产量[11]。随后，将烘干后单株植物的茎、叶、穗样品合并、粉碎、混合均匀，并测定混合样品中粗蛋白(凯氏定氮法)、粗脂肪(索氏残留渣法)、粗纤维(快速法)、粗灰分含量(高温灼烧法)[12]。无氮浸出物含量的计算方法：无氮浸出物含量(%)=100%− 粗蛋白含量(%)−粗脂肪含量(%)− 粗纤维含量(%)− 灰分含量(%)[13]。

1.4 数据分析

采用SPSS 23统计分析，通过One-Way ANOVA法进行多重比较，数据以平均值± 标准差表示。

2 结果与分析

2.1 生长期的气温及降水量

在5月–6月，平均气温在18.8～23.3℃，气温适宜；而7月–8月，平均气温为25℃左右，白天气温在30℃左右；9月平均气温为19.2℃，10月平均气温为13.5℃(图1)。降水量5月为68 mm，6月为125 mm，7月为108 mm，8月为112 mm，9月为183 mm，10月为51 mm。在玉米和高粱的生长前期(5月–6月)由于气温适宜并且植株较为矮小，水分和光热资源较为良好。而在随后的生长期，阴雨天较多，降水丰富，气温偏低，光热资源不足。

图1 生长期的平均气温与降水量Figure 1 Average temperature and precipitation in the growing season

2.2 玉米和甜高粱的物候期及产量

玉米和甜高粱的重要农艺性状如株高、叶片数、鲜重、干重、叶茎穗干重比、干物质产量和青贮单位面积产量以及重要物候特性如乳熟末期至蜡熟初期的日期(收获日期)和收获生长天数的观测数据(表1)表明，玉米收获期差异跨度为17 d，其中‘早熟白糯’最早，‘DB08’最晚；甜高粱收获期差异跨度超过51 d，其中‘美洲巨人’最早，‘极光’最晚。由于天气转凉和阴雨连绵，‘极光’在收获时未能达到乳熟末期至蜡熟初期的发育阶段。整体而言，甜高粱的生育期比玉米长。玉米中‘DB08’的叶片数最多，为15片，其他3个品种约为14片；高粱的叶片数差异较大，其中‘极光’的最多，约为24片，‘美洲巨人’的最少，为8片，叶数差异跨度达16片。玉米中‘DB08’的株高最高，达281.5 cm，其他3个玉米品种高度约为230 cm；高粱中‘极光’最高，达333.8 cm，‘美洲巨人’最矮，为165.3 cm，差异跨度达173.5 cm。就生物量而言，长势最好的玉米品种为‘DB08’，其单株鲜重、单株干重、青贮产量和干物质产量分别为749 g、304.9 g、83.9 t·hm−2和25.1 t·hm−2；长势最差的玉米品种为‘迪卡625’，其单株鲜重、单株干重、青贮产量和干物质产量分别为543 g、146.1 g、40.2 t·hm−2和12.0 t·hm−2；长势最好的高粱品种为‘极光’，其单株鲜重、单株干重、青贮产量和干物质产量分别为1 458.3 g、455.5 g、125.3 t·hm−2和37.7 t·hm−2；长势最差的高粱品种为‘甘露4000’，其单株鲜重、单株干重、青贮产量和干物质产量分别为457.3 g、129.1 g、35.6 t·hm−2和10.7 t·hm−2。值得关注的是，它们除了产量指标有显著差异(P< 0.05)外，在叶、茎、穗器官的比重上也差异明显，其中在4个玉米品种中‘DB08’的穗重占整株植物的比重最高，达62.5%，‘早熟白糯’最低，为54.4%；高粱中‘美洲巨人’的穗重占整株植物的比重最高，为47.9%，‘极光’最低，为0.7%。

表1 不同玉米和甜高粱品种物候期的观测及其农艺性状Table 1 Observation of phenological phase in different corn and sweet sorghum varietiesand their agronomic traits

2.3 营养成分分析

营养价值分析(图2)显示，粗蛋白含量以高粱‘美洲巨人’最高，为6.3%，其余所有品种的粗蛋白含量均在3.2%～4.5%。粗纤维含量以高粱‘海狮’最高，为37.0%，其余品种的粗纤维含量均在28.3%～31.4%。粗脂肪含量玉米品种在2.1%～2.6%，高粱品种在1.1%～1.7%。粗灰分含量以高粱‘甘露4000’最高，为7.2%，其余所有品种的粗灰分含量均在3.8%～5.6%。无氮浸出物含量在55.2%～62.4%。整体而言，玉米品种的粗脂肪含量较高粱高，而粗灰分含量较高粱低。

图2 玉米和甜高粱的粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、灰分和无氮浸出物含量Figure 2 Contentsof crude protein, crude fiber,ether extract,crudeash,and nitrogen-free extract in different varietiesof maize and sweet sorghum

2.4 玉米不同年份的重要指标比较

年际的气候波动可导致作物产量的波动，因此，产量的稳定性是品种推广的一个重要前提。本研究测定了2017年试验筛选到的两个优异玉米品种‘DB08’和‘迪卡625’的农艺性状年际变化(表2)，结果表明，除了受遗传因素严格调控性状叶片数基本上未发生变化外，生长期、株高、单株干重、粗蛋白含量、粗纤维含量、干物质产量和无氮浸出物含量均发生较大的变化。对于青贮较关注的产量而言，2019年‘DB08’的单位面积干物质产量与2017年间差异不显著(P>0.05)，而‘迪卡625’2017年则比2019年下降了52.9%，降幅超过一半。

表2 ‘DB08’和‘DK 625’青贮玉米不同年份的重要指标Table 2 Comparison of analyzed traitsin different corn varietiesacrossdifferent years

3 讨论

以粗饲料作为利用方式，玉米和甜高粱的推广价值则主要取决于地上部分的总生物量（包括茎、叶、穗）和总营养价值。就同一品种而言，在特定气候、土壤和管理方式下，其生物量和营养价值主要取决于收获时期[14]。大量研究表明，以青贮作为利用方式，玉米的最佳收获期为乳熟末期至蜡熟初期[10]，而甜高粱的最佳收获期在乳熟末期[5]。虽然有研究建议以整株植物干物质含量为35%左右为最佳收获时期[15]，但由于植株含水量严重受收获前几日降水情况的影响，结合当地季候状况，本研究采用植株发育阶段作为最佳收获时期的判定依据。

产量是种植青贮饲料经济效益的主要决定因素之一。玉米按用途可划分为籽粒型玉米(粮食型)、粮饲兼用型玉米和青贮专用型玉米等类型。前两者的产量多在45 t·hm−2左右，而后者多在97.5 t·hm−2左右，高产者可达120 t·hm−2[16]。本研究中，若按照干物质占鲜重的30%来计算青贮产量，参试玉米品种的青贮产量在40.2～83.9 t·hm−2。以关中地区栽培品种‘强盛58’为参照(45.5 t·hm−2)，专用青贮玉米‘DB08’的青贮产量(83.9 t·hm−2)每公顷可增产38.4 t，增产了84.4%。值得一提的是，曾被推荐作为推广品种的‘迪卡625’在本研究中表现最差，青贮产量为40.2 t·hm−2，比‘强盛58’减产了11.6%，而另一个推荐品种‘DB08’则表现的比较稳定[11]。比较2017和2019年的气候，发现2017年的生长季降水较少，阳光充沛，气温较高，而2019年则阴雨绵长，气温偏低，不利于C4植物玉米的生长。由于这两次试验均在同一试验地进行，且管理方式一致，因此，造成产量差异的主要原因可能是因为气候影响。甜高粱因茎秆含糖量高，最早主要用于制糖，当前也用于饲草、青贮和生产生物乙醇[5,17-18]。作为饲草或青贮料，甜高粱由于具有很强的耐旱性，主要种植在降水难以满足玉米生长的干旱半干旱地区，用作肉牛的饲料或与其他粗饲料如大豆(Glycine max)、燕麦(Avena sativa)等制作混合青贮料饲喂奶牛[19-20]。就产量而言，本研究中有两个甜高粱品种‘极光’和‘海狮’比对照玉米品种‘强盛58’显著高产，分别增产了85.1和28.7 t·hm−2，分别增加了211.6%和71.3%。

制作青贮料时植株营养物质的含量是决定制成青贮料营养物质含量的关键因素之一，也是决定饲草饲喂价值和价格的重要因素之一。研究结果显示，粗纤维、粗脂肪和灰分的含量水平与已报道相应物种中的含量基本相似，但粗蛋白含量显著降低[21-24]，然而，相应品种的粗蛋白含量在2017年的试验中却与已报道的结果[11]相似，表明粗蛋白含量受气候因素影响极大。就饲喂而言，单一的营养指标难以反映饲草的营养价值，而无氮浸出物主要包括可溶性碳水化合物、糖类、淀粉、膳食纤维或半纤维素等奶牛需要的易吸收利用能量物质，可在较大程度上反映出饲草对反刍动物的营养价值。根据公式[13]计算，本研究中8个品种的无氮浸出物含量由大到小依次为‘强盛58’(62.35%)>‘早熟白糯’(61.36%)>‘DB08’(59.50%)>‘迪卡625’(59.38%)>‘极光’(59.12%)>‘甘露4000’(57.17%)>‘美洲巨人’(55.20%) >‘海狮’(52.67%)。根据干物质产量，单位面积无氮浸出物的产量最大的两个品种为‘极光’(22.2 t·hm−2)和‘DB08’(14.9 t·hm−2)。

4 结论

就青贮产量和大型反刍动物的营养需求而言，与粮饲兼用玉米品种‘强盛58’相比，青贮专用玉米‘DB08’和甜高粱‘极光’具有优势性的推广价值，但甜高粱‘极光’的稳产性还需进一步的田间试验。