不同收獲期玉米植株剪切力及其飼料營養特性的研究

王兆鳳，楊在賓*，楊維仁，張桂國，姜淑貞，張崇玉，崔秀梅，劉 麗，王 蕾

(1.山東農業大學動物科技學院，山東 泰安 271018;2.濟寧市畜牧獸醫局，山東 濟寧 272100;3.諸城市畜牧獸醫局，山東濰坊 262200)

玉米是重要的糧食和飼料作物，是世界上主要的糧飼兼用作物［1－2］。近年來，隨著畜牧業的迅速發展和人民生活水平的提高，玉米主要作為飼用已經成為必然趨勢［3］。

剪切力是指垂直于作物表面，將之切斷所需的力值。剪切力的大小受諸多因素的影響，植物的營養成分含量和線性密度是的重要影響因素，它不僅能反映動物擇食趨向，同時，還可以初步反映植株瘤胃降解率的大小［4－7］，鑒定營養價值的高低。本研究室劉麗等［8－10］先前對紫花苜蓿、冬牧70黑麥草和姜苗等研究發現，不同植物收獲期莖的剪切力可以反映莖的物理性狀、營養成分含量及其養分降解率等飼料營養特性。本試驗前期研究同樣表明，在鮮樣基礎上玉米葉鞘、莖稈的剪切力與營養成分相關顯著，同時葉鞘的剪切力與營養成分降解率顯著負相關。

玉米乳熟期可以收割作為動物的青綠飼料，臘熟期常用于制作青貯飼料，完熟期玉米收獲后秸稈可以直接或進行處理后飼喂反芻動物。本試驗旨在通過植株不同營養器官物理特性和飼料營養成分含量的研究，得出不同收獲期對玉米植株剪切力及其飼料營養特性的影響，推斷進一步玉米秸稈用于飼用的最佳收獲時期。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇華北地區廣泛種植的夏玉米作物為對象，在玉米的乳熟期、蠟熟期、完熟期三個成熟時期，分別對植株三大主要營養器官(莖桿、葉片、葉鞘)的剪切力等物理性狀和營養成分含量進行了研究。試驗玉米為大田隨機取樣，水肥地力等基礎條件一致。

1.2 試驗方法

1.2.1 物理性狀的測定 每期試驗隨機選取玉米72株，隨機分為12個重復，每個重復6株;距離地面2 cm刈割，將玉米植株去除雄穗后平放于地面，測量株高株重;取植株近地面1/4、1/2、3/4莖節，剝離葉片、葉鞘和莖稈，分別測量剪切力、線性密度(Hughes，2000)［11］長度、和葉片最大寬度。首先測定單株取樣段上各器官的重量和長度，計算線性密度(線性密度(g·mm－1)=重量/長度)和葉片面積(葉片面積 =葉片長度×最大寬度×0.7)，然后分別測定剪切力。葉鞘、莖稈于中點，葉片于近莖稈端1/3和2/3處，分別測量剪切位點處莖稈直徑、葉片平均寬度，然后進行剪切力的測定。計算三段測定值的平均數，以每個重復的平均值為統計單位。

剪切力測定選用的試驗儀器為山東農業大學研發的便攜式秸稈剪切力儀，測定范圍為0－2000牛頓(N)。“便攜式秸稈剪切力儀”于2010年通過山東省科技廳成果鑒定，目前已由國家專利局授權為實用新型專利:專利號201020177349.X，授權通知書發文序號2010111100344390，專利證書號1676330。

1.2.2 營養成分的測定 將測定剪切力之后玉米植株的雄穗、雌穗、葉片、葉鞘、莖稈等器官分離，以重復為單位稱取相應器官重量，隨即取鮮樣，65℃烘至恒重，測定初水分，制備風干樣本，用于測定各種營養成分含量。干物質(DM)采用烘干(105℃)法，粗蛋白(CP)采用凱氏定氮法，粗脂肪(EE)采用索氏提取法，粗灰分(CA)采用灰化(550℃溫度)法;有機物(OM)由干物質減去粗灰分得出;GE采用氧彈熱量計法;中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含的測定參考Goering＆Van Soest(1970)［12］與Van Soest等(1991)［13］所報道方法進行。

1.3 數據分析

數據采用SAS(SAS，2000)軟件進行統計學處理。方差分析使用ANOVA，多重比較采用Duncan氏法，P ＜0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 物理性狀

玉米乳熟期、蠟熟期、完熟期植株物理性狀情況見表1。由表中數據可見，三個收獲期葉片剪切力、葉面積、葉最大寬和平均寬度均無顯著差異(P＞0.05)，伴隨線性密度在完熟期的降低，剪切力與線性密度的比值呈現在完熟期顯著低于乳熟期(P＜0.05);葉鞘線性密度呈現乳熟期＞蠟熟期＞完熟期(P＜0.05)，而剪切力、剪切力與線性密度的比值均呈現完熟期＞蠟熟期＞乳熟期規律(P ＜0.05);與此同時，莖稈的剪切力和線性密度均表現為蠟熟期、完熟期＞乳熟期(P ＜0.05)，而剪切力與線性密度的比值、莖稈平均直徑均無顯著變化(P ＞0.05)。

結果表明葉片剪切力已基本穩定;而葉鞘和莖稈的剪切力仍然隨著生長期而增加，乳熟期、臘熟期、完熟期秸稈的適口性逐漸降低。

表1 不同收獲期植株物理性狀的比較Table 1 Morphological characteristics of maize plant with different stage

2.2 營養成分含量

玉米葉片乳熟期、蠟熟期、完熟期營養成分含量見表2。由表中數據可見，在鮮樣基礎上，葉片DM、OM含量均為蠟熟期、完熟期＞乳熟期(P ＜0.05)，NDF含量表現為完熟期＞乳熟期和蠟熟期(P ＜0.05)，而ADF含量表現為完熟期＞蠟熟期＞乳熟期規律(P ＜0.05)，GE的含量則呈現蠟熟期＞乳熟期(P＜0.05);在干物質基礎上，葉片OM和CP含量則表現為乳熟期＞完熟期(P ＜0.05)，同時NDF含量為完熟期＞乳熟期和蠟熟期(P ＜0.05)，EE、NDF和GE的含量變化不顯著(P ＞0.05)。葉片在乳熟期和蠟熟期收獲，營養成分含量最佳。

葉鞘乳熟期、蠟熟期、完熟期營養成分含量見表3。可見，在鮮樣基礎上，葉鞘DM、OM、GE含量為完熟期＞乳熟期(P ＜0.05)，而其他成分含量均表現為完熟期＞乳熟期和蠟熟期(P ＜0.05);在干物質基礎上，OM、GE變化不顯著，而其他成分的含量，除了CP為蠟熟期含量最低外，也均表現為完熟期＞乳熟期和蠟熟期(P＜0.05)，與鮮樣基礎上含量的規律一致。三個收獲時期葉鞘的細胞壁成分顯著增加，從適口性角度分析，在前期收獲均優于完熟期。

玉米乳熟期、蠟熟期、完熟期莖稈營養成分含量見表4。分析可見，在鮮樣基礎上莖稈的營養成分表現為，CP、GE的含量完熟期＞乳熟期、蠟熟期(P ＜0.05)，NDF、ADF的含量完熟期＞乳熟期(P ＜0.05)，而其他成分含量在各收獲時期差異并不顯著(P ＞0.05);在干物質基礎上，除OM在蠟熟期含量最高外，CP含量表現為乳熟期＞蠟熟期＞完熟期(P ＜0.05)，其他營養成分的含量變化不顯著(P ＞0.05)。莖稈在乳熟期和蠟熟期收獲也同樣優于完熟期。

綜上試驗結果表明，玉米植株在乳熟期和蠟熟期收獲，營養成分含量最佳，優于在完熟期收獲。

表2 不同收獲期玉米葉片營養成分含量的比較Table 2 Chemical compositions of maize leaf with different stage %

表3 不同收獲期玉米葉鞘營養成分含量的比較Table 3 Chemical compositions of maize pericladium with different stage %

表4 不同收獲期玉米莖稈營養成分含量的比較Table 4 Chemical compositions of maize stem with different stage %

3 討論

動物自由采食牧草時，咬斷牧草所需力值是影響其采食量的主要因素，同等生長條件下的同種牧草，動物會選擇咀嚼阻力較小，剪切力低的植株(Mackinnon等，1988)［4］。Chen等(2007)［14］試驗結果表明隨著收獲期的推遲，玉米莖剪切力逐漸增大，作為飼料品質迅速下降(陳玉香等，2004)［15］，與本試驗研究結果相符:玉米從乳熟期到完熟期，葉片剪切力已基本穩定，而葉鞘和莖稈的剪切力仍然隨著生長期而增加，秸稈的適口性逐漸降低。分析原因，可能是由于試驗期間，葉片的營養生長結束，剪切力基本穩定;而水分含量減少、營養成分逐漸轉移到果實等其他器官，造成了線性密度隨質量降低。隨著生育期推進，葉鞘逐漸老化，水分含量下降、干物質比例增加，致使葉鞘質量損失，而葉鞘長度未明顯發生變化，造成了線性密度下降和剪切力的增大。隨著時間推進，莖稈剪切力和線性密度增加，而莖稈直徑指標在試驗末期略有下降，可能是由于接近收獲莖稈中水分部分流失造成的。

劉麗等(2009)［8－10］對多種植物莖剪切力的研究表明，植物莖稈的化學成分含量同樣是影響其剪切力的重要因素:紫花苜蓿、黑麥草、姜苗莖的木質素等化學成分含量均對莖剪切力有顯著影響。結合本試驗前期研究結果，剪切力可以在一定程度上預測玉米植株的飼料營養特性，可以推斷，玉米葉鞘和莖稈的剪切力隨著生長期增加的同時，其飼料營養特性逐步降低，同時葉鞘的養分瘤胃降解率也將伴隨著剪切力的增加顯著降低。

陳玉香等(2005)研究表明［16］隨著玉米生育期的推進，玉米籽粒的總淀粉、粗蛋白和粗脂肪的含量逐漸升高;而莖、葉的粗蛋白、粗脂肪含量逐漸下降，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸性洗滌木質素含量逐漸升高。與本試驗干物質基礎上的研究結果相符，表明玉米植株在乳熟期和蠟熟期收獲，營養成分含量最佳，優于在完熟期收獲。

4 結論

隨著時間推進，乳熟期、臘熟期、完熟期秸稈的適口性逐漸降低，在乳熟期和蠟熟期收獲時，植株的營養成分和養分降解率較高，同時選擇乳熟期收獲更優于蠟熟期。

［1］張起君，黃舜階，劉紹棣，等.玉米高產開發原理與技術［M］.山東科學技術出版社，1991:8－21

［2］佟屏亞.當代玉米科技進步［M］.中國農業出版社，1993:48

［3］鄺嬋娟，薛志士.我國玉米生產態勢和生產布局方向［J］.農牧產品開發，1996(4):21－24

［4］Mackinnon B W，Easton H S，Barry T N，etal.The effect of reduced leaf shear strength on the nutritive value of perennial ryegrass.Journal Agricultural Science(Cambriage)，1988，111:469－474

［5］Mehrez A Z，Φrskov E R.A study of the artificial fiber bag technique for determining the digestibility of feeds in the rumen.Journal of Agricultural Science(Cambriage)，1977，88:645－650

［6］Inoue T，Brookes I M，John A，etal.Effects of leaf shear breaking load on the feeding value of perennial ryegrass(Loliun perenne)for sheep:Ⅰ.Effects on leaf anatomy and morphology.Journal of Agricultural Science(Cambriage)，1994，123:129－136

［7］Inoue T，Brookes I M，John A，etal.Effects of leaf shear breaking load on the feeding value of perennial ryegrass(Loliun perenne)for sheep:Ⅱ.Effects on feed intake，particle breakdown，rumen digesta outflow and animal performance.Journal of Agricultural Science(Cambriage)，1994，123:137－147

［8］劉 麗，楊在賓，楊維仁，等.紫花苜蓿和黑麥草莖形態學、化學組成、養分瘤胃降解率與剪切力的相關關系.中國農業科學，2009，42(9)，3374－3380

［9］Liu L，Yang Z B，Yang W R，Correlations among Shearing Force，Morphological Characteristic，Chemical Composition，and In situ Digestibility of Alfalfa(Medicago sativa L)Stem［J］.Asian－Aust Journal Animal Science.2009，22(4):520－527

［10］劉 麗，楊在賓，楊維仁等.姜苗莖剪切力研究.草業科學，2009，26(11):118－124

［11］Hughes N R G，Borges D V C，Sabatel V，etal..Shearing strength as an additional selection criterion for quality in Brachiaria pasture ecotypes.Journal of Agricultural Science(Cambriage)，2000.135:123－130

［12］Van Soest P J，Robertson J B，Lewis B A.Methods for dietary fiber，neutral detergent fiber，and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition.Jouranl of Dairy Science，1991，74:3583－3597

［13］Goering H K，Van Soest P J.Forage fiber analyses.Washington，DC，Agricultural Handbook No.379，US Department of Agricultural，1970:387

［14］Chen Y X，Chen J，Zhang Y F，etal.Effects of harvest date on shearing force of maize stems.Livestock Science，2007.111:33 －44

［15］陳玉香，周道瑋，張玉芬，等.玉米莖剪斷力研究.作物學報，2004，15(9):766－771

［16］陳玉香，周道瑋，張玉芬.玉米營養成分時空動態.應用生態學報，2005，31(6):B1589－1593