农牧交错带青贮玉米生产性能和饲草品质综合评价

张书兴， 王 筱， 马 琳， 吴欣明， 石永红， 王学敏， 赵 威

(1. 河南科技大学, 河南 洛阳 471000；2. 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 北京 100193；3.山西农业大学, 山西 晋中 030801)

山西省朔州市地处北方农牧交错带，是公认的生态畜牧黄金产业带。近年来，随着“粮改饲”和“国家草牧业试验试点”政策的实施，朔州市畜牧业得到迅猛发展[1]。截至2020年，朔州市奶牛存栏18.5万头，鲜奶产量57.5万吨，出栏肉羊430万只，奶牛存栏量和生鲜乳总产量均位居山西省首位[2]。但该地区传统养殖户普遍存在“重料轻草、重精轻粗”思想，养殖过程中存在饲草利用率低，农作物秸秆浪费严重，青贮饲料产量不足等问题，严重阻碍了当地畜牧业的发展，因此亟需引进一批优质的饲草品种[3]，为当地畜牧业的可持续发展提供基本保障。青贮玉米(Zeamays)作为“粮改饲”政策重点提及的作物，具有生物产量高、适口性好、营养价值高、易于机械化作业等优点，已成为畜牧业发展中的主要饲料来源[4]。因此，引进和筛选适宜该区域种植的青贮玉米品种，满足该区域对优质牧草日益增长的需求具有重要的现实意义。

近年来，国内外许多学者围绕青贮玉米的引种和评价进行了诸多研究。不同品种的青贮玉米适应性不同，引种应该选择生长周期适宜，单位产量高，营养物质丰富，稳定性好，适应性强的品种[5]。刘建宁等[6]试验表明‘新科910’、‘雅玉04889’、‘雅玉79491’在山西晋中盆地产量较高，抗倒性强且品质优良，适宜在当地推广；娄芬等[7]测定各品种的营养品质并计算其相对饲用价值(RFV)和可利用能(DE)，发现‘黔糯868’和‘金玉838’在贵州毕节地区种植品质较好。Muhamad[8]认为玉米品种不同，生物产量和营养品质也存在差异，甜玉米营养品质比青贮玉米优良，但产量较低。近红外光谱检测(Near infrared spectrum instrument，NIRS)作为一种新型检测饲草品质的技术，较以往采用化学法测定更加快捷方便，且成本低廉，在饲草饲料品质检测领域受到广泛应用[9]。Marten等[10]利用NIRS技术对不同成熟期、不同地点的132份玉米进行检测，结果表明该技术对玉米营养、形态和农艺性状预测定结果较好。上述研究证实利用近红外光谱仪快速测定饲草的品质是准确可行的。

本试验采用NIRS技术测定18个引种青贮玉米品种的营养品质，结合农艺性状与生产性能进行综合评价，旨在为朔州农牧交错带青贮玉米推广提供一定的理论依据，加快推进玉米“粮改饲”供给侧结构改革。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在山西省朔州市山西省农业科学院朔州基地(39°06′N，112°45′E)进行，该地属温带半干旱大陆性气候区，空气干燥，年日照率63%～65%，昼夜温差较大，年平均气温6.9℃，年降雨量423 mm，无霜期130天，前茬作物为黍(Panicummiliaceum)。

1.2 试验材料与设计

试验品种由中国农业科学院北京畜牧兽医研究所提供(见表1)。采用随机区组设计，每个试验小区面积为30 m2(5 m×6 m)，每个品种3个重复，采用穴播方式种植，每穴2粒种子，深度3～5 cm，行距0.6 m，株距0.25 m，每小区定植200株，即66 670株·hm-2。2020年5月15日播种，播后浇水(滴灌)，三叶期时定苗，每穴留一株苗。大喇叭口期追肥一次，条施尿素(总氮≥46.4%)400 kg·hm-2。中间喷施硝烟莠去津除草剂去除杂草。为避免人为造成试验误差，保证试验的准确性，同一项管理措施在当天完成。玉米达到1/2～2/3乳线期时采样，测定指标。

表1 供试材料Table 1 Experimental material

1.3 测定项目及方法

1.3.1生育期观察 按照《全国普通玉米品种区域试验调查项目和标准》执行。

1.3.2农艺性状测定

每小区随机选取正常生长的10株玉米，测量以下指标：

株高：测量由地表到雄穗顶端的绝对高度，单位cm；

穗位高：测量株高的同时测量由地表到果穗第一着生节的高度，单位cm；

茎粗：游标卡尺测量第一果穗下第2～3节扁平面的直径，单位mm；

叶长叶宽：选取穗位叶测量，叶长为叶舌到叶尖的距离，叶宽为叶片最宽处的距离，单位cm；

叶片数：测取由地表到植株顶端的总叶片数，同时记录绿叶数、黄叶数；

穗长：测量穗基部到穗顶部的距离，单位cm；

穗粗：测量穗长的同时测量果穗中部的直径作为穗粗，单位cm。

1.3.3产量测定 在1/2～2/3乳线期时收获测产，去边行刈割，留茬高度10 cm，称全株鲜重，并换算成每公顷鲜草产量，同时每小区随机选取10个生长正常的单株，全株茎、叶、穗分离切碎，准确称其鲜重，然后在105℃条件下烘30 min杀青，之后在65℃条件下烘干至恒重，称干重，计算干鲜比和穗、茎、叶比重，称重后的样品真空保存留作营养成分测定。

穗比重=穗干重/(穗+茎+叶)干重×100%

茎比重=茎干重/(穗+茎+叶)干重×100%

叶比重=叶干重/(穗+茎+叶)干重×100%

1.3.4营养成分测定 取上述测定干鲜比的样品粉碎过40目筛，混匀样品，采用美国的UNITY Spectro Star XL型近红外光谱仪检测营养指标，同时采用UNITY公司建立的近红外网络分析粗蛋白(Crude protein，CP)、淀粉(Starch，ST)、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)和中性洗涤纤维含量(Neutral detergent fiber，NDF)。

1.4分析方法

相对饲用价值(Relative feeding value，RFV)是美国目前应用最为广泛的粗饲料评价方法[11]，以奶牛每天所需的能量为标准，将ADF和NDF进行转换，采用公式(1)进行计算；饲草分级指数(Grading index，GI)是动物营养学家卢德勋在RFV的基础上结合中国养殖现状提出的一个全新的粗饲料品质综合评定指数[12]，根据国标“饲草营养品质评定GI法”(GB/T23387-2009)采用公式(2)计算，目前多采用这两种方法评价禾本科牧草营养品质[13]。

公式(1)：RFV=DDM×DMI/1.29

公式(2)：GI=NEL×VDMI×CP/NDF

其中，消化性干物质(Digestive dry matter，DDM)=88.9-0.779×ADF；干物质采食量(Dry matter intake，DMI)=120/NDF；产乳净能值(Net energy for lactation，NEL)=[1.044-(0.0124×ADF)]×9.29；饲草干物质随意采食量(Voluntary dry matter intake，VDMI)=1.2×奶牛体重(BW)/NDF；CP，NDF，ADF含量以干物质为基础；BW以600 kg计算。

用于综合分析的灰色分析法计算方式为：根据实际生产需要，把引进的青贮玉米主要性状的理想值结合起来构成“参考品种”[14]。其中，鲜草产量、穗粗、穗长、茎粗、绿叶数、叶长、叶宽、相对饲用价值、饲草分级指数和粗蛋白取最大值，ADF和NDF取最小值，干鲜比取30.0%，株高取260.0 cm，穗高取110.0 cm。将“参考品种”各性状指标构成参考数列X0，参试品种各性状指标构成比较数列Xi，按以下步骤和公式进行计算。

(3)无量纲化处理：X′(k)=Xi(k)/X0(k)

(4)参考品种与参试品种数列差的绝对值：Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|

(5)按照以下公式计算关联系数ε(k)，(ρ=0.5)

(6)计算等权关联度γi

(7)计算权重系数ωi

(8)计算加权关联度γi′

1.5 数据处理

采用Excel 2019和SPSS 22软件进行数据处理分析，用t测验分析显著性，阈值P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同青贮玉米品种的生育期

如表2所示，参试品种播种期和出苗期均为5月15日和6月4日；拔节期和蜡熟期比较一致，为7月中旬和9月中旬；抽穗期差异较大，从8月初持续到中下旬；参试品种生长天数在125天左右，在朔州区均可达到蜡熟期，可以满足青贮玉米生产要求。

表2 不同青贮玉米品种的生育期Table 2 The growth stage of different silage maize varieties

2.2 不同青贮玉米品种农艺性状

不同青贮玉米品种农艺性状存在较大差异(表3)。‘新饲玉14号’、‘新饲玉19号’、‘重垦166’、‘正大1689’和‘CP1685’株高均超过290 cm，与‘奥玉青贮5102’、‘屯玉358’和‘屯玉556’达到显著差异(P<0.05)，其中‘正大1689’和‘CP1685’穗位高较低，可以增强其抗风能力；‘东单13’穗部性状优良，穗长仅次于‘重垦166’和‘新饲玉14号’，穗粗达6.50 cm，与剩余17个品种差异显著(P<0.05)；‘正大1473’茎杆最为粗壮，其茎粗是‘先玉1321’的1.4倍，两者差异极显著(P<0.01)；绿叶数越多表示持绿性较好，收获时绿叶数较多的品种是‘正大1473’、‘重垦166’和‘新饲玉14号’，‘屯玉358’的绿叶数最少仅6.27个，相较‘正大1473’的绿叶数降低了45%；叶长最长的是‘重垦166’和‘新饲玉14号’，均超过了100 cm，显著高于其他品种(P<0.05)；不同品种之间的叶宽分布范围是9.87～12.80 cm，叶宽超过12 cm的有三个，分别是‘正大1473’、‘东单13’和‘新饲玉19号’。

表3 不同青贮玉米品种农艺性状Table 3 Agronomic traits of different silage maize varieties

续表3

2.3 不同青贮玉米品种生产性能

产量是评价青贮玉米品种优劣的重要指标之一。由表4可知，鲜草产量超过80 t·hm-2的只有‘新饲玉14号’(85.84 t·hm-2)和‘正大1473’(81.08 t·hm-2)两个品种，‘吉单50’的鲜重最低；干草产量表现最好的为‘新饲玉14号’，达20.93 t·hm-2，‘屯玉556’和‘正大1473’次之。青贮玉米中的淀粉含量主要依靠果穗籽粒提供，穗比重越高其营养品质越好，参试的18个青贮玉米中有7个品种的穗比重高于茎、叶比重；‘屯玉556’和‘吉单50’穗比重占50%以上；叶比重范围为14.19%～25.97%，‘正大1473’叶比重显著高于其他品种(P<0.05)。‘金岭青贮10’、‘屯玉358’、‘屯玉556’和‘迪卡625’含水量在60%～70%间，其含水量有利于降低发酵时营养品质损失。

表4 不同青贮玉米品种生产性能Table 4 Production performance of different silage maize varieties

2.4 不同青贮玉米品种营养品质

不同青贮玉米品种品质存在差异(表5)。粗蛋白含量的变化范围是5.70%～8.46%，含量最高的是‘迪卡625’；‘金岭青贮10’、‘奥玉青贮5102’、‘先玉1321’、‘屯玉358’和‘东科301’这5个品种的粗蛋白含量小于7%；18个品种的ADF和NDF含量排序结果较为相似，‘新饲玉14号’、‘新饲玉19号’和‘北农青贮368’的ADF和NDF含量最高，含量最低的是‘金岭青贮10’和‘屯玉358’；淀粉含量变化范围较大，‘金岭青贮10’、‘先玉1321’和‘屯玉358’的淀粉含量较高，数值分别是26.62%、27.70%和33.85%，与其余品种达到显著差异(P<0.05)。

根据公式(1)和公式(2)计算参试青贮玉米的相对饲用价值和饲草分级指数(表5)。相对饲用价值超过130的品种有‘金岭青贮10’、‘先玉1321’、‘屯玉358’、‘CP1685’和‘迪卡625’，相对饲用价值较低的是‘新饲玉19号’(98.57)和‘北农青贮368’(98.48)。参考RFV值，达到一级以上(>125)的品种有7个，分别是‘金岭青贮10’、‘先玉1321’、‘屯玉358’、‘屯玉556’、‘CP1685’、‘东科301’和‘迪卡625’。饲草分级指数变化幅度为8.03～20.42 MJ·d-1，‘屯玉358’的GI值最高，为20.42 MJ·d-1，显著高于除‘金岭青贮10’、‘CP1685’和‘迪卡625’以外的其他品种。

表5 不同青贮玉米品种营养品质Table 5 Nutrient composition of different silage maize varieties

2.5 不同青贮玉米品种产量、营养品质与农艺性状间相关性分析

对产量与农艺性状的相关性分析发现(图1)：鲜草产量与穗重(0.80)、穗粗(0.49)、株高(0.69)、穗高(0.69)、茎粗(0.78)、叶重(0.85)、叶长(0.70)、绿叶数(0.79)、穗长(0.53)和茎秆重(0.84)呈正相关，相关性强弱为叶重(0.85)>茎秆重(0.84)>穗重(0.80)>绿叶数(0.79)>茎粗(0.78)>叶长(0.70)>穗高(0.69)=株高(0.69)>穗长(0.53)>穗粗(0.49)。

对营养成分含量与农艺性状进行相关性分析(图1)：粗蛋白含量与绿叶数成极显著正相关(P<0.01)，与黄叶数成显著负相关(P<0.05)；ADF、NDF与穗重、茎秆重、鲜草产量、叶重、叶长和绿叶数成极显著正相关(P<0.01)，与叶宽成显著正相关(P<0.05)；淀粉含量与叶宽、穗重、茎秆重、鲜草产量、叶重、叶长和绿叶数呈显著负相关(P<0.05)。

图1 相关性分析Fig.1 Correlation analysis

2.6 综合评价

选取鲜草产量、干鲜比、株高、穗高、穗长、穗粗、茎粗、绿叶数、叶长、叶宽、粗蛋白、ADF、NDF、RFV和GI值15个指标采用灰色分析法对参试品种进行综合评价，关联度越大，表明参试品种与“参考品种”越接近，综合性能越好。同时采用判断矩阵法计算各农艺性状的权重系数，ω鲜草产量=0.058 9，ω干鲜比=0.072 7，ω株高=0.080 0，ω穗高=0.073 1，ω穗长=0.072 2，ω穗粗=0.071 0，ω茎粗=0.069 5，ω绿叶数=0.068 3，ω叶长=0.069 4，ω叶宽=0.075 5，ω相对饲用价值=0.058 6，ω饲草分级指数=0.047 3，ω粗蛋白=0.075 1，ω酸性洗涤纤维=0.049 1，ω中性洗涤纤维=0.059 4。综合分析结果如图2：等权关联度和加权关联度排名前三的品种是‘大京九4059’、‘正大1473’和‘迪卡625’。

图2 参试品种关联度及排名Fig.2 Correlation degree and rank of tested varieties

3 讨论

青贮玉米的农艺性状与产量之间关系密切。袁福锦等人[15]在云南对22个青贮玉米品种评比发现鲜草产量与单株鲜重、叶片数和茎粗之间有显著或极显著的正相关关系；韩学琴[16]等研究发现鲜草产量和干草产量均与株高、茎粗和叶长呈极显著正相关(P<0.01)。本试验对产量和农艺性状进行相关性分析发现鲜草产量不仅与株高、茎粗和叶长成正相关，还与穗位高、穗长、穗粗、绿叶数呈极显著正相关(P<0.01)。同时本试验对饲草品质指标和农艺性状进行相关性分析发现：粗蛋白含量与绿叶数成极显著正相关，淀粉与绿叶数成极显著负相关。黄勤楼等[17]研究发现墨西哥玉米中粗蛋白含量与叶绿素含量呈正相关，何金环等[18]人发现苜蓿(MedicagoSativaLinn)中蛋白质含量与叶绿素a叶绿素b含量呈显著正相关，且光合作用从叶绿素吸收光能开始，最终随着植物的成熟转化为淀粉[19]。本试验中‘屯玉358’、‘先玉1321’和‘金岭青贮10’的淀粉含量显著高于其他品种(P<0.05)，收获时绿叶数量较其他品种少，与前人的研究比较一致。

优良的青贮玉米品种必须兼具较高的生物产量和良好的营养品质。粗蛋白含量是青贮玉米营养价值高低的重要体现[20]，除‘金岭青贮10’、‘奥玉青贮5102’、‘先玉1321’、‘屯玉358’和‘东科301’粗蛋白含量小于7%外，其他品种粗蛋白含量分布在7.30%～8.46%，低于王瑞[21]在当地的研究(8.20%～10.00%)。纤维作为青贮饲料中的主要成分，可以为动物提供足够的能量，NDF含量与动物的采食量成负相关，ADF含量越高，动物的消化率越低[19]，因此不推荐ADF和NDF含量较高的品种，参试品种中仅‘屯玉358’的ADF和NDF含量达到一级青贮玉米标准(NDF≤45%，ADF≤23%)，‘新饲玉19号’和‘北农青贮368’的ADF和NDF含量最高，营养品质较差，本试验参试品种的ADF和NDF含量整体高于刘建宁在山西省的研究[6]，说明青贮玉米在不同区域的适应性存在差异。

不同品种的优劣与适应性并不仅仅由生产性能或营养品质单方面决定，而是多个性状的综合表现。灰色关联度分析方法简单、计算量少、结果准确可靠，广泛应用于多种作物的评价工作中[22]。本试验利用灰色关联度法对18个参试品种的15项指标进行综合分析，株高的权重占比最大，说明株高是影响青贮玉米评价的重要因素；粗蛋白含量权重占比也较高，这也说明了优质蛋白饲料在畜牧业的重要性[23]。张健[4]对三峡库区引种的青贮玉米各性状的权重进行排序：株高>叶宽=粗蛋白>穗位高>茎粗>NDF>叶长>ADF，本试验结果与之类似，但与韩学琴的结果存在差异[21]，说明不同指标在不同地方种植时表现出的权重不同，在进行评价时应综合考虑试验区域环境条件及生产目标选择有代表性的性状。

4 结论

本试验通过对山西朔州地区引种的18个青贮玉米品种的生产性能和饲草品质进行综合评价，结果表明：‘新饲玉14号’和‘正大1473’鲜草产量具有优势，‘金岭青贮10’、‘屯玉358’和‘迪卡625’饲草品质较好，采用灰色关联度分析表明‘大京九4059’、‘正大1473’和‘迪卡625’在当地适应性较优，适宜作为优质青贮玉米品种在朔州地区推广种植。