種植密度對玉米產量及青貯品質的影響

馮 鵬，溫定英，孫啟忠

(1.中國農業科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010010；2.中國農業科學院研究生院，北京 100081)

影響青貯玉米(Zeamays)品質的因素很多，不同的青貯玉米品種，營養品質差異很大，栽培技術和外界環境(如種植密度、土壤肥力、溫度、光照強度、氮肥施用量、播種期以及收獲期等)都會影響青貯玉米的品質[1]。因此,選育營養品質優良的青貯玉米雜交種是提高青貯玉米營養品質最有效、最直接的途徑；施肥水平和種植密度是青貯玉米高產及提高飼用價值的主要栽培技術。

國外有大量關于青貯和飼用玉米種植密度的報道，但其結果是相互矛盾的[2-5]。Bunting和Wlley[6]在英國試驗發現低的種植密度總是導致低的干物質(DM)產量。Greg等[7]研究表明，隨著種植密度的增大DM產量遞增，莖稈和籽粒增加顯著。Chemey等[8]研究表明，較低的種植密度可獲得較高的能量水平。也有研究認為[9]，較高的種植密度有利于提高青貯產量，但是高密度種植青貯玉米會降低青貯玉米的品質。Sanderson等[10]報道指出，隨著種植密度的增加，玉米全株的酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌木質素(ADL)和纖維素含量增加20%～40%。Hallauer[11]發現，高密度種植導致玉米ADF和NDF增加，粗蛋白(CP)含量下降。文亦芾等[12]研究表明，全株玉米青貯的乳酸含量和總酸含量提高,在密度水平上差異不顯著。在研究施氮肥與種植密度耦合效應時得出，同一施肥水平種植密度各處理pH值均小于4，無顯著差異，但氨態氮含量差異顯著[13]。氮代謝是植株體內最基本的物質代謝之一，對玉米的產量和品質有重要影響[14]。研究表明，玉米籽粒蛋白質含量與氮代謝密切相關，其中硝酸還原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)是氮素同化的關鍵酶[15]，氮代謝的變化勢必影響植株體內硝酸鹽類物質的積累，所以測定全株玉米亞硝酸鹽、硝酸鹽含量是必要的。

目前國內人畜共糧、糧飼不分矛盾突出，優質專用飼用玉米品種較少，且多為高稈、多蘗、多穗，一般都不耐密植，抗倒伏能力差。關于如何提高青貯玉米飼用營養價值的研究較少[16-18]。本試驗旨在研究種植密度對全株青貯玉米產量、發酵品質、飼用營養價值、硝酸鹽類物質的影響，以期為青貯玉米的飼用生產提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1試驗地概況 試驗地位于內蒙古赤峰市農牧科學研究院試驗地(118.02° N,43.12° E,海拔910 m)。年降水量為370 mm，平均氣溫 4.8 ℃。土壤類型為栗鈣土，有機質含量1.02%(Walkley-Black method)；速效磷含量為50.07 mg/kg，速效鉀含量為160.73 mg/kg，pH值為7.2。

1.2試驗設計 青貯原料為青貯專用玉米科多8號，2008年5月播種，當年乳熟期收獲。種植密度設3個水平，低種植密度(6.80萬株/hm2)，中種植密度(8.00萬株/hm2)，高種植密度(9.55萬株/hm2)。

1.3青貯調制 將青貯原料切短至2 cm左右，混合均勻，稱取200 g按設計比例混合，裝入聚乙烯袋后，用真空包裝機抽真空并封口，重復3 次。室溫條件下發酵75 d后開包進行感官鑒定，并取樣分析青貯飼料乳酸、揮發性脂肪酸及營養成分。

1.4分析指標

1.4.1田間生產性狀分析 株高：隨機選取10株健康植株從地面測量至植株頂端；綠葉數：收獲時隨機選取10株，數取玉米剩余綠葉數；粗蛋白產量=干草產量×粗蛋白含量[19]。

1.4.2發酵品質分析 取青貯樣品20 g，加入180 mL蒸餾水，使用九陽料理機攪碎，混勻1 min，先后用4層紗布和定量濾紙過濾，濾液測pH值[20]；濾液取1.5 mL于離心管中采用苯酚-次氯酸比色法進行氨態氮(NH3-N)含量測定[21]；取另一份濾液，0.45 μm濾膜過濾于5 mL的離心管中，使用SHIMADZE-10A型高效液相色譜儀分析濾液中的乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量。色譜條件為色譜柱：Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 30×8 mm；檢測器為SPD-M10AVP；流動相為3 mmol/L高氯酸溶液；流速為1 mL/min；柱溫50 ℃；檢測波長210 nm；進樣量10 μL[22]。

1.4.3營養成分分析 采用105 ℃烘干法測定干物質含量[21]；采用杜馬斯燃燒法測定粗蛋白質含量[23]；采用濾袋法測定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維[24]；采用索氏提取法測定粗脂肪(EE)[24]；采用550 ℃灼燒法測定粗灰分(Ash)[25]。采用蒽酮-硫酸比色法測定可溶性碳水化合物(WSC)含量[26]；采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定緩沖能值(BC)[27]。

1.4.4亞硝酸鹽、硝酸鹽分析 采用離子交換色譜法測定樣品硝酸鹽和亞硝酸鹽含量(EN 12014-4-2005)。

1.5數據分析 采用SAS 8.1 (SAS Institute Inc.,2006) 統計軟件，在P<0.05水平對試驗結果進行方差分析和Duncan多重比較。所有試驗設重復3次。

2 結果與分析

2.1田間生產性狀及產量 種植密度不同對植株田間產量性狀影響較大，中種植密度分蘗數、綠葉數均顯著高于其他處理(P<0.05)；低種植密度單株葉質量、莖質量均高于其他處理，但其鮮草產量、粗蛋白產量最低；粗蛋白由純蛋白質和非蛋白質含氮物組成，是飼草中最具營養價值的部分，中種植密度粗蛋白產量顯著高于其他處理(表1)，為1 135.59 kg/hm2，高、低種植密度粗蛋白產量差異不顯著(P>0.05)。

2.2感官評價 感官評價采用德國農業協會(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)評分標準，低、中種植密度芳香氣味濃，青貯料莖葉松散軟弱，無粘手現象，色澤接近于原料的顏色，呈亮黃色，評定為1級；高種植密度開袋時酸味較輕，芳香氣味明顯降低，色澤表現一般，評定為2級(表2)。

2.3發酵品質分析 中種植密度pH值顯著低于其他處理(P<0.05)，為3.50，乳酸含量最高，乙酸含量最低，且未檢出丁酸，說明中種植密度發酵完全，青貯品質好。氨態氮占總氮百分比是衡量蛋白質保存的指標，適宜值為8%～10%，比值過高表明蛋白質被分解，青貯品質降低。本試驗中，中種植密度氨態氮含量顯著低于其他處理，為8.17%，低、高種植密度氨態氮占總氮百分比接近上限(10%)；高種植密度檢出丁酸，占干物質的0.002%(表3)，這可以解釋開袋感官評價時有少許霉臭氣味，而其他處理沒有該氣味。

表1 不同種植密度對玉米田間生產性狀及產量影響

表2 不同種植密度下青貯玉米飼料感官評價

2.4原料化學成分 優質青貯飼料不僅需要適宜的水分含量，還應有足夠的碳水化合物，研究報道[12]，水分含量應控制在60%～75%，適宜的碳水化合物含量應該在8%～10%。本試驗中，只有中種植密度水分含量及可溶性碳水化合物含量接近上述范圍，低、高種植密度處理與之偏差較大。高種植密度ADF和NDF顯著高于其他處理(P<0.05)，說明高種植密度對玉米植株的纖維含量影響較大；中種植密度緩沖能值最低，為190.26 ME/kg(表4)，說明其較其他處理更易于調制優質青貯飼料。

2.5營養成分 中種植密度青貯飼料干物質含量顯著高于其他處理(P<0.05)，低、高種植密度干物質百分含量差異不顯著(P>0.05)(表5)；各處理原料粗蛋白含量差異不顯著(表5)，青貯料中種植密度粗蛋白含量高于其他處理，為5.90%(表5)，說明該處理在青貯過程中蛋白降解最低，為23.37%；各處理青貯料ADF和NDF均低于原料(表4、表5)，說明青貯是提高飼料的消化率有效途徑；高種植密度WSC顯著低于其他處理。

表3 不同種植密度對發酵品質的影響

表4 不同種植密度原料化學成分

表5 不同種植密度青貯飼料營養成分及可溶性碳水化合物含量 %

2.6亞硝酸鹽、硝酸鹽含量 青貯料各處理亞硝酸鹽、硝酸鹽含量均低于原料(P<0.05)，說明青貯可以降低原料的硝酸鹽類物質含量；中種植密度原料亞硝酸鹽含量顯著低于其他處理(圖1-Ⅰ)；各處理原料及青貯料硝酸鹽含量差異均不顯著(圖1-Ⅱ)。

圖1 不同種植密度對亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的影響

3 討論與結論

種植密度對青貯玉米形態指標的影響主要通過對植株生長發育的影響來表現。黃勇[28]研究結果表明，隨著種植密度的變化，玉米群體株高、穗位高、莖粗也會發生相應規律性變化。低密度可使個體生物性狀得到改善，有利于單株生產力的發揮。群體產量隨密度的增加而增加，達到一定程度后，產量逐漸下降[29]，因為密度增加超過一定閾值，破壞了群體和個體發育的平衡關系，而且獲得最大的籽粒產量的種植密度低于獲得最大生物產量的種植密度。本研究，中、低種植密度植株高度、單株葉質量、莖質量均高于高種植密度處理，產量卻最低；高種植密度植株高度、單株葉質量、莖質量均低于其他處理，但其產量與低種植密度差異不顯著，譚德水[30]也得出相同結果。Rutger和Crowder[31]設置種植密度4萬、5萬、6萬、7萬、8萬株/hm2，在高密度下，穗位變高，莖稈直徑變細，8萬株/hm2下獲得最高的生物產量，但比7萬株/hm2高出不太多，后者獲得較高的籽粒產量。Thomson和Rogers[32]研究表明，密度為 21.5萬株/hm2的玉米總干物質產量是10.8萬株/hm2的147%。楊耿斌等[33]的研究表明，密度為9萬株/hm2時，生物產量水平最高。本研究結果表明，密度為8萬株/hm2青貯玉米鮮草產量和粗蛋白產量最高。

青貯玉米的pH 值與青貯時原料本身的含水量有關，本試驗中青貯原料低、中和高種植密度的含水量分別為76.82%、72.06%和82.17%，只有中種植密度含水量處于適宜含水量范圍(60%～75%)之內；植物本身的緩沖性能對青貯pH值變化的影響較大，緩沖能越高pH值越高[34]，本試驗中高種植密度緩沖能最高，達到348.14 ME/kg，其pH值也最高，為4.01；氨態氮與總氮的比值被廣泛用于衡量青貯好壞的重要指標，比值越大，說明氨基酸和蛋白質分解越多，青貯質量越差。Kaiser等[35]、萬里強等[36]指出，青貯中氨態氮含量不僅與青貯發酵過程有關，還受牧草種類及牧草化學成分含量的影響。發酵品質好的鮮草青貯料pH值低于4.2，若低于4.5則為中等，高于4.8則發酵品質差，丁酸含量應低于0.1%，氨態氮占總氮的比例應低于10%。本試驗中，中種植密度氨態氮占總氮比和pH值最低，且未檢出丁酸，發酵品質最好。

趙勇[37]的研究表明，全株粗纖維和粗脂肪含量均隨密度的增加而提高，高密度顯著高于中密度和低密度。增加密度降低了全株粗蛋白和無氮浸出物的含量。陸海東等[38]認為隨著密度的增加，粗蛋白含量呈下降的趨勢，在密度小于6.9萬株/hm2時，各密度間無明顯差異，當密度增加到7.95萬株/hm2時，含量顯著下降。隨著密度的增加粗蛋白產量顯著增加，當密度大于6.9萬株/hm2時，粗蛋白產量又開始顯著下降，這與本研究結果相一致。Rutger 和Crowder[3]研究表明，較高的種植密度可用于生產飼料，而不能用于生產籽粒。在某一生產環境中，如果隨著種植密度增加飼草量繼續增加，而消化率又不明顯下降，另外，不受倒伏等其他因素的影響，那么較高的種植密度是必要的。本研究結果表明，青貯飼料飼用營養成分隨密度變化不一致，隨著種植密度的增加，玉米鮮草產量和干物質產量呈單峰曲線，高密度種植不能獲得較高的產量。高種植密度對酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和可溶性碳水化合物含量有顯著影響，青貯玉米的飼用營養價值低于中種植密度。因此，合理的種植密度才獲得較高的飼用物質產量，從而提高玉米的飼用營養價值。

飼料中的硝酸鹽本身對動物無毒害作用，只有轉化為亞硝酸鹽才有害。據報道[39]，亞硝酸鹽對牛、羊、豬、兔、狗等家畜的致死量為6～34 mg/kg體質量。于炎湖等[40]在對飼料中亞硝酸鹽允許量的研究中建議將青貯飼料中亞硝酸鹽含量的安全范圍規定為10 mg/kg。韓立英和玉柱[41]研究報道，青貯降低了原料的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量，與本試驗結果相一致。本次試驗中所測得的亞硝酸鹽含量均低于安全劑量，不會對家畜造成危害。

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