石河子地区青贮玉米农艺性状和发酵品质动态分析及评价

付东青， 贾春英， 张 力， 张凡凡*， 马春晖

(1. 石河子大学动物科技学院, 新疆 石河子 832000； 2. 新疆生产建设兵团第三师畜牧兽医工作站, 新疆 图木舒克 843806；3. 新疆农垦科学院作物研究所, 新疆 石河子 832000)

全株玉米青贮饲料不仅营养丰富、适口性好、易消化、保存时间长，且富含多种维生素，是家畜生产特别是奶牛、牛、羊育肥的重要粗饲料[1]；在提高奶牛产奶量、经济效益等方面具有积极作用[2]。同时青贮玉米具有生长迅速、产量高、成本低、适口性好、耐贮等优点[3]，在畜牧业生产中有重要作用，而畜牧业是新疆地区农牧民赖以生存的重要依靠和主要的经济来源，对经济发展和社会稳定意义重大。尤其作为“中国四大黄金奶源地带”的北疆地区，对优质青贮饲料需求量大，而目前北疆地区青贮玉米种植品种种类繁多，种植结构单一，缺乏优质高产青贮玉米栽培技术体系，且不同青贮玉米品种质量和农艺性状参差不齐，导致种植栽培和田间管理效率低，同时造成青贮饲料品质不均一，不能满足奶牛、牛、羊生产需求。因此，解决当地优质高产青贮玉米品种筛选及高效配套栽培技术集成和加快畜牧业高质量发展，以满足现代化、标准化、规模化反刍家畜养殖的需求，是当下北疆地区迫在眉睫的问题。

有学者研究表明，新疆天山以北青贮玉米种植具有很大潜力，麦后免耕滴灌复播青贮玉米现已成为未来青贮玉米发展的主要趋势[4]，且近年新疆将风险棉区、次宜棉区的中低产棉田退出，种植小麦(TriticumaestivumL.)、玉米(ZeamaysL.)、油料及特种经济作物，特别是青贮玉米面积有了大幅度的增加[5-6]；同时，北疆地区光热资源丰富，有效光照资源结合膜下滴灌技术能有效加快作物生长进程，有利于作物的生长发育，是我国玉米高产潜力最大的种植区，也是我国畜牧业发展的有利地区[7-8]。然而，因地域差异，青贮玉米在适应性、生物产量和品质上有很大的品种差异性。其中，在晋北地区适应性评价研究中，‘大丰30’、‘诚信1611’等11个品种在产量和农业性状方面均有显著差异，‘大丰30’在行粒数和千粒重上表现出较大潜力。晋中盆地地区青贮玉米筛选试验中，‘京科968’在抗倒伏方面具有巨大潜力，同时产量也较为突出。‘铁研53’等品种农艺性状和产量表现优良，适宜作为全株青贮玉米品种在西宁地区推广种植。青岛地区在青贮玉米栽培试验中，‘新饲玉12号’叶片数突出且ADF含量较低，是一个较为优质的青贮玉米品种。山西北部地区种植‘屯玉168’，其绿叶数和叶重在供试品种中最高，且生育期内无黄叶出现，作为青贮玉米品种具有较大潜力。‘新饲玉10号’和‘新饲玉11号’在新疆南疆阿拉尔地区种植，一年可收获两茬，其生物产量和经济效益较高[9-14]。综上，已有研究都表明，针对不同地区，选择合适的玉米品种是获得高产高质青贮玉米的基础，但对不同品种农艺性状、产量以及调制青贮饲料后的青贮品质相关性分析研究较少。鉴于此，本研究选用11个玉米品种在北疆石河子进行试验，通过对农艺性状、营养物质、发酵品质等综合分析，采用模糊相似优先比法综合评价，筛选适合当地的玉米青贮品种，为当地科学栽培和生产提供理论依据和技术支持，促进北疆畜牧业发展。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

在新疆石河子大学牧草试验站开展试验(44°20′ N，85°57′ E，海拔高度 450.00 m)，试验地气候属于温带大陆性气候带，年平均气温为11.20℃～13.90℃，在7月温度最高，平均温度为25.10℃～26.10℃。平均年降雨量203.10～394.90 mm，年蒸发量为1 000.00～1 500.00 mm。试验材料见表1。

表1 供试玉米品种Table 1 Maize varieties tested

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，每个玉米品种分配1个区域，区域面积18 m2(长×宽：6 m×3 m)，每个区域20次重复，共计300个小区，5 400 m2。覆膜，株行距配置结合当地宽膜55 cm等行距。试验播种密度90 000 株·hm-2，四周设保护行。试验播期参考当地大田玉米播种时间在2020年5月7日人工播种、出苗。播前大水漫灌。播种深度4～6 cm，及时除草、定苗。全生育期浇水5次，灌水量3 000～3 600 m3·hm-2。施肥：尿素675 kg·hm-2，一铵(磷酸一铵)300 kg·hm-2，钾肥(磷酸二氢钾)150 kg·hm-2。试验在青贮玉米乳线1/4，1/2，3/4期和完熟期(详见表2)取样进行农艺性状测定，然后及时将不同青贮玉米品种带回实验室，立刻用河南晨洋机械制造有限公司生产的400型锤片式粉碎机粉碎至2～4 cm左右长度，混合均匀，分别装入3个塑料桶(厂家：苏州扬明塑料制造有限公司，规格：高×直径×口径：450 mm×310 mm×250 mm)，每桶装20 kg，密度600 kg·m-3，压紧用真空机(厂家：广州市新鲜世界电器有限公司，型号：FW-3150，规格：450 mm×245 mm×118 mm，注：采用外抽管抽出灌内空气后，立即封口)抽干桶内空气，室温避光保存60 d后开罐(模拟开窖)。

表2 不同青贮玉米生育期Table 2 Different silage corn growth periods

1.3 指标测定

农艺性状主要测定株高、穗位、生物产量、全株鲜重、茎秆鲜重、果穗鲜重和籽粒鲜重。其中，株高(从地面到雄穗顶端的高度)和穗位(从地面至最高果穗的节生位)用水准仪双面伸缩刻度标尺测量，每个小区随机选取20株，求其平均值(单位：cm)。鲜草产量测定：随机选择3个小区(即3次重复)，将整个小区刈割(留茬5 cm)称鲜重，折算鲜草产量。全株鲜重测定：将鲜草产量/每个小区株数，求得全株鲜重；然后取下果穗，称量果穗鲜重/每个小区果穗数，求其平均值(单位：g)；每个小区果穗剥去葆叶，剥下玉米籽粒，称量籽粒鲜重，求其平均值(单位：g)；最后，用全株鲜重—果穗鲜重求得茎秆鲜重(单位：g)。

营养品质主要测定干物质(DM)、粗蛋白(CP)、可溶性碳水化合物(WSC)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、淀粉(Starch)以及粗脂肪(EE)。采用重量法测定DM含量，凯氏定氮法测定CP含量，EE采用索式浸提法测定[15]。蒽酮比色法测定WSC含量[16]，范氏(Van Soest)洗涤纤维法测定NDF和ADF含量[17]，淀粉测定采用高氯酸水解-蒽酮比色法进行测定[18]。

发酵指标主要分析pH值、氨态氮(NH3-N)、乳酸(LA)、乙酸(AA)及丙酸(PA)。其中pH使用酸度计测定，LA，AA，PA含量采用高效液相色谱法测定[19]，NH3-N含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[20]，同时折算氨态氮∶总氮(NH3-N/TN)。

体外产气试验按照卢德勋等[21]描述的方法进行测定。具体操作如下：分别称取220 mg左右饲料样品(风干样基础)置于100 mL玻璃培养管底部，空白组不加饲料，所有培养管放置39℃培养箱预热，量取一定体积瘤胃液与人工培养液混合(体积比：1∶2)形成培养液，其中人工瘤胃培养液参照Menke等[22]人的方法配制；用分液器分别向所有培养管注入30 mL人工瘤胃培养液，置于39℃恒温水浴摇床中培养，期间测定第2，4，6，8，10，12，24，36，48小时的产气量，同时分析有机物消化率(OMD)和代谢能(ME)。具体公式如下：

OMD=0.986×GP +0.0606×CP+11.03

(1)

ME=0.1639×GP+0.0079×CP+
0.0239×EE+0.04

(2)

式中：GP为24小时的产气量，CP为粗蛋白含量，EE为粗脂肪含量[23]。

1.4 数据分析与统计

试验数据使用Excel 2019软件进行计算，采用SPSS 20.0对各指标进行方差分析，不同青贮玉米品种营养成分和发酵指标比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA)，多重比较采用Duncan法，采用双因素方差(Two-way ANOVA)对品种、生育期以及交互效应进行显著性分析。采用Origin 8.0进行作图；采用模糊相似优先比法评价最优品种[24]，运用DPS V7.05软件将样品11项指标进行分析计算(根据青贮玉米栽培和质量评价标准，仅选择有标准参考的指标进行综合评价)，对其设定识别标识为1，固定样本即为参考品种(各指标为理论最优)，识别标识为0，执行“模糊相似优先比分析”功能，权重选取见表3，求得各青贮玉米与参考品种间各指标的相似序号之和，相似度越小，该青贮玉米品种与理想品种的综合价值越接近。

表3 参考品种综合品质及其权重Table 3 Reference variety comprehensive quality and its weight

2 结果与分析

2.1 不同收获期青贮玉米农艺性状和营养成分变化规律

通过对不同收获期农艺性状和营养成分测定，结果如图1所示，随收获期推进各青贮玉米鲜草产量、茎秆鲜重、果穗鲜重和籽粒鲜重先升高后降低，在3/4乳线期各指标均达到最大。1/4至3/4乳线期各青贮玉米株高和穗位不断递增，且在3/4乳线期以后各青贮玉米株高和穗位基本保持不变。随收获期推进各青贮玉米营养指标DM，WSC和Starch含量不断递增，CP含量不断递减，NDF和ADF含量先降低后升高。

图1 不同收获期各玉米农艺性状和营养成分变化规律Fig.1 Changes of agronomic traits and nutritional components of maize varieties in different Harvest stages注：以11个青贮玉米不同生育期农艺性状、营养成分和发酵品质为数据来源，绘制箱式图，箱式图中，箱子上下边缘分别表示上四分位数和下四分位数，上下四分位数构成箱体，表示数据的离散程度；中间横线表示中位数，空心圆表示平均值，小黑点表示异常值，A，B，C，D分别表示1/4乳线期、1/2乳线期、3/4乳线期、完熟期Note:Based on the data of agronomic traits,nutritional components and fermentation quality of 12 Silage Maize at different growth stages,the box chart was drawn,in the box chart,the upper and lower edges of the box represent the upper quartile and the lower quartile respectively,and the upper and lower quartiles constitute the box,indicating the degree of data dispersion;the middle horizontal line represents the median,the hollow circle represents the average,and the small black dot represents the abnormal value,A,B,C and D represent 1/4 milk line stage,1/2 milk line stage，3/4 milk line stage and Maturity stage respectively

2.2 不同收获期全株青贮玉米饲料营养成分

通过对各青贮饲料不同生育期营养成分测定以及显著性分析，结果表明(表4)，不同收获期DM，WSC，NDF和Starch含量差异显著(P<0.05)，品种对各营养成分影响显著(P<0.05)，收获期和品种互作对各营养成分影响极显著(P<0.01)。其中，完熟期各青贮玉米DM,WSC和Starch含量显著高于其他收获期(P<0.05)，3/4乳线期ADF和NDF含量显著低于其他收获期(P<0.05)，1/4乳线期CP含量显著高于其他收获期(P<0.05)。1/4乳线‘新饲玉11号’DM含量显著高于其他品种，‘新饲玉12号’CP含量显著高于其他品种，‘铁研53’WSC含量显著高于其他品种，‘新饲玉13号’NDF含量显著低于其他品种，‘新沃1号’ADF含量显著低于其他品种(P<0.05)。1/2乳线，‘铁研53’WSC含量显著高于其他品种(P<0.05)。3/4乳线和完熟期，‘新饲玉13号’DM含量显著高于其他品种，‘铁研53’CP,WSC和淀粉含量显著高于其他品种，‘新饲玉11号’ADF含量显著低于其他品种(P<0.05)。

表4 不同收获期各青贮玉米饲料营养品质Table 4 Nutritional quality of silage corn feed at different harvest stages

续表4

2.3 不同收获期各青贮饲料发酵品质及有机物消化率、代谢能和产气模型参数分析

通过发酵品质和体外降解测定及显著性分析，结果表明(表5)，不同收获期NH3-N/TN,OMD,ME和LA含量差异显著(P<0.05)。品种对OMD、最大理论产气量影响显著(P<0.05)，对pH值、NH3-N/TN，ME，LA，AA，PA含量和产气速率影响不显著。收获期对pH值,AA,PA含量影响不显著(P<0.05)，收获期和品种互作对NH3-N/TN,OMD,ME,LA含量、理论最大产气量和产气速率影响显著(P<0.05)。1/4乳线，‘京科968’LA含量最高，除‘屯玉765’外均显著高于其他品种，‘京科968’pH值最低，除‘大丰30’和‘新沃1号’外均显著低于其他品种(P<0.05)。‘新饲玉13号’NH3-N/TN显著低于其他品种(P<0.05)。1/2乳线，‘新饲玉11号’NH3-N/TN显著低于其他品种(P<0.05)。3/4乳线，‘铁研53’LA含量显著高于其他品种，‘新饲玉11号’NH3-N/TN显著低于其他品种(P<0.05)。完熟期，‘铁研53’pH值最低，除‘新饲玉11号’和‘新饲玉12号’外均与其他品种差异不显著，‘新饲玉13号’NH3-N/TN显著低于其他品种(P<0.05)。1/4乳线，‘新饲玉11号’，理论最大产气量和产气速率显著高于其他品种，‘新饲玉13号’ME显著高于其他品种(P<0.05)。1/2乳线，‘新饲玉10和11号’产气速率显著高于其他品种(P<0.05)。3/4乳线，‘铁研53’理论最大产气量显著高于其他品种(P<0.05)。

表5 不同收获期各青贮玉米青贮品质及机物消化率、代谢能和产气模型参数Table 5 Silage quality,digestibility,metabolic energy and gas production model parameters of Silage Maize at different harvest stages

2.4 青贮玉米综合分析

由图1，表4和表5可知，随收获期不断推迟，青贮玉米鲜草产量先增加后降低且在3/4乳线期达到最高，其中3/4乳线期茎秆鲜重、果穗鲜重和籽粒鲜重达到最高，NDF和ADF含量最低，CP含量相对于完熟期较高，NH3-N/TN最低。3/4乳线期pH值较1/4乳线和完熟期低。综合考虑，在3/4乳线期收获青贮玉米能获得优质青贮饲料。因此，选取3/4乳线期数据进行模糊相似优先比分析，综合评价结果表明(表6)，综合排名为‘铁研53’>‘新饲玉11号’>‘新饲玉13号’>‘京科968’>‘屯玉765’>‘新饲玉12’>‘新饲玉10号’>‘屯玉80’>‘新沃1号’>‘屯玉168’>‘大丰30’。石河子地区青贮玉米品种排序前3的品种分别为‘铁研53’、‘新饲玉11’和‘新饲玉13号’。

表6 不同青贮玉米品种综合评价Table 6 Comprehensive evaluation of different silage maize varieties

3 讨论

3.1 不同收获期青贮玉米农艺性状

优质青贮玉米品种，同时要兼顾其生物产量和调制的青贮饲料品质[25]，然而，优质青贮玉米饲料调制严重依赖青贮玉米收获期，即玉米籽粒成熟度[26]。以往研究表明，全株青贮玉米在蜡熟期品质最优，且鲜草产量较高，含水量也可达到青贮的最佳要求，在蜡熟期进行调制能获得优质青贮饲料[27-28]。本试验各青贮玉米均在乳熟期至蜡熟期(不同乳线位置)进行收获并调制青贮饲料，不同收获期青贮玉米含水率均可达到青贮要求，且进行统一水肥管理，因此，可忽略外界环境条件对本试验的影响。本研究中青贮玉米进入乳熟期后籽实相对于秸秆生长更快，籽实对全株青贮玉米DM的贡献率升高，即在本研究中1/4—3/4乳线茎秆增加了6.5%，果穗增加了13%，这与以往研究结果一致[29-30]。而生物产量随收获期延迟先增加后减小，与杨大盛等人[31]研究结果不一致，其主要原因是本研究收获期较晚，本研究最后一个时间点为完熟期，至完熟期时茎秆和果穗分别降低了3%和1.5%，导致生物产量下降。

3.2 不同收获期青贮营养品质

全株青贮玉米随收获期推进，不同营养物质不断在其植株的不同部位进行累积和转化，植株各部分器官的改变以及形态变化都会影响其营养成分[32]。随收获期推迟各青贮玉米DM,WSC和Starch含量不断递增，CP含量不断降低，NDF和ADF含量先降低后升高。其中，DM含量变化规律与以往研究结果一致，其表明随收获期的延迟，DM含量不断递增[30,33]。本研究中从1/4乳线至完熟期各青贮玉米DM含量平均增加17.5%左右。此外株高平均增加1.3%左右，籽粒平均增加5%左右，这也是导致DM含量增加的主要原因。CP，NDF，ADF含量变化规律与以往研究结果相一致[24,34]，这主要与WSC和Starch含量的增加有关，本研究中WSC和Starch含量随收获期延迟不断递增，且1/4乳线至完熟期WSC和Starch分别增加了60%和75%左右，NDF和ADF主要存在与秸秆中，少量存在于籽粒的种皮中，因此，WSC和Starch的大量增加导致NDF和ADF含量下降，而对于CP含量主要存在于籽粒中，在籽粒成熟过程中呈增长趋势，但进入籽粒形成期后，籽实所含糖分迅速转变为Starch，DM含量迅速增加，将会导致CP比例降低[26]。此外，有学者[35]研究也表明随青贮玉米收获期推迟，Starch含量的增加会降低NDF与CP占全株的比例。对于WSC和Starch而言，本研究结果与前人研究结果基本一致[31,36-37]，但本研究WSC变化规律与以往结果稍有不符[38]，这主要与本研究收获期有关，本研究以乳线位置作为收获标准，在完熟期(乳线刚消失)青贮玉米并未达到“成熟生理黑层”，此时玉米正处于蜡熟期向完熟期的过渡阶段，光合作用依然在进行，WSC含量不断积累。这主要与青贮玉米茎秆比例不断减少和果穗比例不断增加有关，青贮玉米生长后期由营养生长转变为生殖生长，营养物质是主要在籽粒转化和沉积，而NDF和ADF主要集中在茎秆，导致NDF和ADF含量降低。本研究中各青贮玉米茎秆占全株比例平均下降7%左右，果穗占全株比重平均增加5%左右，因此，导致NDF和ADF含量占总营养成分比例减小，出现降低现象。

3.3 不同收获期全株青贮玉米发酵品质

青贮饲料品质的优劣，直接影响饲喂效果，合理控制青贮过程发酵体系的含水量，能有效提高发酵品质，一般认为青贮原料的含水量在65%左右为宜[39]。本研究中，除1/4乳线期外青贮原料水分均在70%以下，这可能也是1/4乳线pH值较高的原因，其他时期pH值也均不相同，且1/2乳线pH值达到最低，这可能与青贮玉米收获时附着的乳酸菌数量有关，本研究在不同乳线进行刈割，这也就导致刈割时环境因子存在差异，附着的微生物种类和数量也均不一致，因此，对后续发酵造成不同的影响。这也可能是造成不同收获期LA含量不同的原因。另一方面，造成1/2乳线期LA含量较高的原因也可能是该时期主要以同型发酵为主，LA含量高于其他时期，本研究中1/2乳线期AA含量也能说明这一点，这也进一步证明1/2乳线期以同型发酵为主。1/4乳线期NH3-N/TN较高的原因可能是原料含水率较，该时期水分超过70%，这为梭菌创造有利的生长条件，加速蛋白的分解[24]，本研究中NH3-N/TN并未在pH值最低的1/2乳线期达到最低，而是在3/4乳线期达到最低，一方面主要是因为3/4乳线青贮玉米含水率比1/2乳线低，能更好抑制梭菌生长繁殖，另一方面可能因为3/4乳线期收获青贮玉米时环境温度较低，3/4乳线收获时较1/2乳线大概晚一周，在9月6日左右收获并调制青贮饲料，此时环境温度比8月底较低。因此，较低的温度更能有效抑制梭菌生长，降低对蛋白的分解利用[40]。

4 结论

在石河子地区开展青贮玉米品种筛选试验，能有效改善当地种植盲目性问题，为当地因地制宜、完善种植结构、科学栽培和生产提供理论依据和技术支持。综合试验结果，石河子地区各青贮玉米品种在3/4乳线期收获能获得高产优质的青贮饲草，‘铁研53’、‘新饲玉11’和‘新饲玉13号’综合价值最优，适宜在新疆石河子地区及相似生态区域推广种植。