鮮食玉米采穗后不同植株部位飼用品質(zhì)的變化及適宜收獲方式研究

董臣飛，許能祥，丁成龍，顧洪如，張文潔

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所,農(nóng)業(yè)部種養(yǎng)結(jié)合重點實驗室，江蘇 南京 210014)

鮮食玉米(Zeamays)秸稈飼用品質(zhì)優(yōu)良，是良好的青貯飼料資源，但關(guān)于鮮食玉米的研究主要集中在果穗的產(chǎn)量及品質(zhì)等方面，對秸稈飼用的研究多停留在粗放利用階段，缺少深入細致的研究。鮮食玉米是指在玉米乳熟末期采摘果穗，用于加工或直接食用的玉米。我國是當(dāng)前全球最大的鮮食玉米種植、生產(chǎn)、加工和消費國，隨著人民生活水平的改善和飲食結(jié)構(gòu)的調(diào)整，鮮食玉米的需求量還將不斷增加。2016年，農(nóng)業(yè)部全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃指出適當(dāng)發(fā)展鮮食玉米，適應(yīng)居民消費升級的需要，擴大鮮食玉米種植面積，為居民提供營養(yǎng)健康的膳食纖維和果蔬?！度珖N植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃(2016-2020年)》提出，促進玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整，適當(dāng)發(fā)展鮮食玉米，到2020年種植面積達100萬 hm2[1]。因此，鮮食玉米秸稈也是一種數(shù)量巨大的飼草資源，其深入研究利用具有廣闊前景。

與普通玉米相比，鮮食玉米收獲較早，一般在籽粒糖含量最高的乳熟期收獲，此時秸稈糖分含量是普通玉米的1.5～3.0倍，營養(yǎng)價值豐富[2]，是飼用價值極高的粗飼料。目前國內(nèi)外對鮮食玉米秸稈飼用價值的研究主要集中在概略養(yǎng)分分析[3]、動物飼喂效果[4-5]、青貯和微貯[6-7]以及消化率測定[8]等方面。采穗后秸稈收獲時間對鮮食玉米秸稈營養(yǎng)價值的作用效果研究較少[9-10]。人們通常都是在鮮穗采摘的同時將秸稈收獲飼用，但鮮食玉米秸稈的最優(yōu)飼用時期以及飼用部位有待進一步研究。秸稈青貯需要具備適宜的水分含量和可溶性糖含量。鮮食玉米秸稈的含糖量顯著優(yōu)于普通玉米秸稈，并且在鮮穗采摘后出現(xiàn)上升[11]。 秸稈含水量高于70%時，不適宜直接調(diào)制青貯飼料。因此，研究鮮穗采摘后鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)的變化及飼用成分在植株不同部位的分布以確定合理的收獲時間和收割部位，對科學(xué)利用鮮食玉米秸稈具有重要意義。本研究擬利用江蘇地區(qū)的鮮食玉米品種蘇科糯5號，以帶穗處理為對照，分析采穗后不同收獲時間植株不同節(jié)位的葉片、莖稈和葉鞘中飼用品質(zhì)相關(guān)性狀的分布及變化規(guī)律，為選擇鮮食玉米秸稈最優(yōu)的飼用收獲期和飼用部位提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

利用鮮食玉米品種蘇科糯5號進行試驗。

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

試驗于2015年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牧草試驗田進行。該地位于長江中下游，北緯32°49′、東經(jīng) 118°61′；屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.3 ℃，年均降水量為1035.1 mm，全年無霜期231 d，≥10 ℃的年積溫約5100 ℃；試驗區(qū)土壤為低山丘陵黃棕壤。4月10日播種。設(shè)置帶穗(with ear treatment, WE)和采穗(ear harvest treatment, EH)兩個處理，每個處理在鮮穗采摘后每隔1周采樣1次，共采樣3次，分別記為收穗后第1周(1 week after ear harvest, T1)，收穗后第2周(2 weeks after ear harvest, T2)，收穗后第3周(3 weeks after ear harvest, T3)。隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每小區(qū)15行，每行10株，1穴1株，行株距為 50 cm×25 cm，常規(guī)肥水管理。

1.3 測定內(nèi)容及方法

鮮食玉米乳熟后期7月24日采摘鮮穗，同時取樣測定不同節(jié)位葉片、莖稈和葉鞘的干物質(zhì)含量和飼用成分含量。每小區(qū)采集10株玉米進行分節(jié)處理。測定每個節(jié)位葉片、葉鞘和莖稈的鮮重及75 ℃烘干至恒重的重量。干草粉碎過1 mm篩，草粉備用。

非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(nonstructural carbohydrates, NSC)的測定參考Yoshida[12]的方法。粗蛋白(crude protein, CP)用蛋白分析儀(KJELTEC 2300, Foss, Denmark)測定。中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)用范氏法測定[13]。干物質(zhì)體外消化率(invitrodry matter digestibility,IVDMD)的測定參考胃蛋白酶-纖維素酶兩步法[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 11.5進行方差分析，用Excel進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮穗采摘后不同處理的玉米秸稈全株飼用品質(zhì)的變化

由表1可知，鮮穗采摘當(dāng)天，10株秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量為793.81 g，采穗處理的秸稈在采穗后1～3周干物質(zhì)質(zhì)量出現(xiàn)上升，其中采穗后2周的產(chǎn)量最高，達到1170.26 g，采穗后2～3周，干物質(zhì)產(chǎn)量開始下降，但依然顯著高于收穗時秸稈的產(chǎn)量(P<0.01)；帶穗處理的秸稈產(chǎn)量則持續(xù)下降。采穗當(dāng)天秸稈非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)含量為20.78%，采穗處理的秸稈NSC含量在采穗后顯著上升，其中采穗后1周達到26.77%，至采穗后2周，高達39.56%，3周時為29.30%，顯著高于采穗當(dāng)天的含量(P<0.01)；帶穗處理的玉米秸稈中NSC含量顯著低于同時期采穗的秸稈(P<0.01)，采穗后2周達到26.72%，至3周又開始下降。采穗當(dāng)天秸稈的CP含量為8.57%，隨后持續(xù)下降，但采穗和帶穗處理的秸稈在采穗后2和3周CP含量差異不顯著(P>0.05)。NDF含量隨著采樣時間的推延持續(xù)升高，帶穗處理的秸稈NDF含量高于同時期采穗處理的秸稈。ADF含量也隨著采樣時間的推遲而升高，但帶穗秸稈和采穗秸稈的含量差異不顯著(P>0.05)。IVDMD隨著時間的推遲而下降，帶穗秸稈低于采穗秸稈，但差異不顯著(P>0.05)。

表1 鮮穗采摘后帶穗和采穗的玉米全株秸稈飼用品質(zhì)性狀的變化Table 1 The dynamics of the whole corn stalk feeding quality related traits after corn ear harvest

注：* 和**分別代表在P<0.05 和P<0.01水平差異顯著。同一列不同小寫字母代表P<0.05水平差異顯著。下同。NSC：非結(jié)構(gòu)性碳水化合物；NDF：中性洗滌纖維；ADF：酸性洗滌纖維；CP：粗蛋白；IVDMD：干物質(zhì)體外消化率。

Note: * and ** indicate significant at levelP<0.05 andP<0.01， respectively. Different lowercase letters in the same column mean significantly different atP<0.05 level. The same below. NSC: nonstructural carbohydrates; NDF: neutral detergent fiber; ADF: acid detergent fiber; CP: crude protein;IVDMD:invitrodry matter digestibility.

2.2 采穗后不同處理的玉米秸稈不同節(jié)位的飼用成分變化規(guī)律

由表2可知，收獲時間、帶穗采穗處理、植株部位、節(jié)位以及各因素間的互作均極顯著(P<0.01)。采穗后2周的NSC含量為29.05%，顯著高于采穗后1周的20.58%和采穗后3周的21.22%(P<0.01)，采穗3和1周后秸稈的NSC含量差異顯著(P<0.01)。采穗的秸稈NSC含量為27.29%，顯著高于帶穗秸稈(P<0.01)；莖稈的NSC含量為35.15%，顯著高于葉鞘的18.65%(P<0.01)，葉鞘的含量顯著高于葉片的17.05%(P<0.01)。倒4～6節(jié)的NSC含量顯著高于其他節(jié)位(P<0.01)，從倒1～6節(jié)，NSC含量逐節(jié)上升，后又逐節(jié)下降。CP含量隨著收獲時間的延遲而下降，采穗處理的CP含量高于帶穗處理，葉片極顯著高于葉鞘和莖稈(P<0.01)，倒1～8節(jié)CP含量在5.89%～6.31%，倒9節(jié)后顯著下降。NDF 隨著收獲時間的推遲顯著升高，帶穗處理高于采穗處理，葉鞘含量最高，顯著高于葉片(P<0.01)，葉片含量高于莖稈中的含量(P<0.01)，并且均隨著節(jié)位的降低逐漸升高。ADF含量葉鞘最高，其次是莖稈，葉片最低，其他規(guī)律與NDF相同。IVDMD隨著收獲時間的延長顯著降低，采穗處理顯著高于帶穗處理(P<0.01)，葉片高于莖稈(P<0.01)，莖稈高于葉鞘(P<0.01)，倒1～6節(jié)的IVDMD在55%左右，隨后隨著節(jié)位的降低顯著下降(P<0.01)。

表2 采穗后不同處理的玉米秸稈飼用品質(zhì)性狀方差分析Table 2 The variance analysis of the feeding quality related traits of corn stalk after ear harvest (%)

收獲時間(harvest time, T),帶穗處理(with ear treatment, W)，采穗處理 ( ear harvest treatment, E)，植株部位 (plant parts, P)，節(jié)位 (nodes, N)，及T*W，T*P，T*N，W*P，W*N，P*N，T*W*P，T*P*N，T*W*N，W*P*N和T*W*P*N的互作都極顯著(the interaction is very significant)(P<0.01).

由圖1可知，帶穗處理的玉米秸稈中的NSC含量隨著收獲時間的推遲先上升后下降，采穗后1～2周，葉片、莖稈和葉鞘中的NSC顯著上升(P<0.01)，到采穗后3周，莖稈和葉鞘中的NSC含量下降顯著(P<0.01)。采穗處理的秸稈中NSC含量在采穗后1～2周，葉片、葉鞘和莖稈中的NSC顯著上升(P<0.01)，采穗后2～3周，則顯著下降(P<0.01)，但是采穗后2周葉片、葉鞘和莖稈中的NSC含量顯著高于采穗后1周(P<0.01)。與帶穗處理相比，采穗后的玉米秸稈在采穗后1、2、3周，葉片、莖稈和葉鞘中NSC含量顯著高于帶穗處理(P<0.01)。

圖1 采穗后NSC在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.1 Dynamics of NSC content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

圖2 采穗后CP在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.2 Dynamics of CP content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

由圖2可知，帶穗處理的鮮食玉米秸稈CP含量以葉片最高，顯著高于莖稈和葉鞘中的含量(P<0.01)，莖稈和葉鞘差異不顯著(P>0.05)。隨著收獲時間的推遲，葉片中的CP含量顯著下降。莖稈和葉鞘中的CP含量也有所下降。倒1～8節(jié)葉片中的CP含量顯著高于其他節(jié)位(P<0.01)。葉鞘和莖稈中的CP含量不同節(jié)位間差異不顯著(P>0.05)。采穗處理的葉片CP含量隨著收獲時間的延遲也持續(xù)下降，同時低于同時期的帶穗處理(P<0.01)。但采穗后2～3周莖稈和葉鞘中的CP含量顯著高于帶穗處理(P<0.01)。

由圖3和圖4可知，帶穗和采穗處理的秸稈葉鞘中的NDF、ADF含量顯著高于葉片和莖稈(P<0.01)，莖稈中的NDF含量最低，同節(jié)位葉片和莖稈中的ADF含量差異不顯著(P>0.05)。葉片、葉鞘和莖稈中NDF和ADF含量均隨著節(jié)位的降低和收獲時間的推遲而升高，倒10節(jié)以后升高幅度增大。帶穗和采穗處理間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 采穗后NDF在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.3 Dynamics of NDF content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

由圖5可知，同節(jié)位的葉片、莖稈和葉鞘的IVDMD差異不顯著(P>0.05)，但均隨著節(jié)位的降低而降低，倒10節(jié)以下下降顯著。采穗處理的秸稈不同節(jié)位的葉片、葉鞘和莖稈的IVDMD高于帶穗處理(P<0.01)。

由圖6可知，不同植株部位、不同節(jié)位、不同取樣時間玉米秸稈中的WSC含量均顯著高于淀粉(P<0.01)。不同采樣時間莖稈中的WSC含量顯著高于葉片和葉鞘(P<0.01)，葉鞘中的WSC高于葉片(P<0.01)。莖稈中的WSC主要集中在基部莖節(jié)，葉片中的WSC在上部和中部的莖節(jié)，基部莖節(jié)，尤其是倒11～12節(jié)，顯著下降。葉鞘中WSC的分布規(guī)律與葉片類似。在采穗后1～3周，葉片及莖稈中的WSC上升顯著，但葉鞘中的WSC含量從采穗后1～2周，顯著上升，從采穗后2～3周則顯著下降。帶穗處理的秸稈中WSC在不同取樣時間均顯著低于采穗處理(P<0.01)。帶穗處理秸稈的葉片、莖稈和葉鞘中的淀粉含量隨著取樣時間的推延持續(xù)下降，采穗處理的秸稈葉片、莖稈和葉鞘中的淀粉含量從采穗后1～2周顯著上升，但從采穗后2～3周則顯著下降。采穗處理的秸稈淀粉含量高于帶穗處理(P<0.01)。

圖4 采穗后ADF在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.4 Dynamics of ADF content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

圖5 采穗后IVDMD在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.5 The dynamics of IVDMD content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

3 討論

3.1 鮮食玉米秸稈與其他種類玉米秸稈飼用品質(zhì)比較

與普通玉米及飼用玉米秸稈相比，鮮食玉米釆穗后的秸稈飼用品質(zhì)優(yōu)良[15]。王空軍等[16]對50個北方玉米主栽品種的秸稈粗蛋白含量進行測定，秸稈粗蛋白(CP)平均含量5.48%；而趙益強[17]研究發(fā)現(xiàn)糯玉米秸稈CP含量在5.65%～8.32%。本研究中不同時間收獲的鮮食玉米秸稈CP含量均高于5%，其中鮮穗采摘當(dāng)天CP含量為8.57%(表1)。另外，不同播期的鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)均表現(xiàn)優(yōu)異。春播蠟熟期甜玉米秸稈的品質(zhì)要優(yōu)于青貯玉米秸稈和高油玉米秸稈；秋播乳熟期4個特用玉米品種的秸稈飼用品質(zhì)優(yōu)于普通玉米秸稈，其中以糯玉米秸稈的品質(zhì)最優(yōu)，高油玉米秸稈和甜玉米秸稈次之；秋播蠟熟期糯玉米秸稈除CP含量略低于普通玉米外，其他營養(yǎng)成分均優(yōu)于普通玉米秸稈[15]。用采穗后的江南花糯鮮食玉米秸稈代替醋糟飼喂3月齡獺兔，表現(xiàn)出了較為理想的生產(chǎn)性能[18]。

3.2 鮮食玉米秸稈飼用成分在植株不同部位的分布

本研究表明鮮食玉米秸稈的NSC主要集中在基部莖稈，CP主要集中在上部和中部的葉片，而NDF和ADF隨著節(jié)位的下降升高，IVDMD則隨著節(jié)位的下降而下降(表2，圖5)。在稻草、小麥秸、大麥秸等秸稈上也有類似規(guī)律[19-21]，如Dong 等[22]研究了不同水稻品種的稻草飼用品質(zhì)性狀在植株不同部位的分布情況：倒3節(jié)莖稈中的NSC含量顯著高于倒2和3節(jié)(P<0.05)，也高于同節(jié)位的葉片和葉鞘；葉片中的CP含量顯著高于莖稈和葉鞘(P<0.05)；葉片和葉鞘中的半纖維素含量高于莖稈，葉鞘中的ADF含量高于葉片和莖稈，但差異不顯著(P>0.05)；莖稈的消化率高于葉片和葉鞘。其他種類玉米秸稈中飼用成分的分布也有相關(guān)規(guī)律：同一玉米植株莖、葉中 CP 含量都是上部高于下部，粗脂肪(EE)含量變化趨勢與 CP 相似，幼嫩部位粗脂肪含量較高[23-27]；而莖稈中淀粉和可溶性糖的含量顯著大于葉片(P<0.05)[26,28-29]，莖節(jié)、莖皮中總糖含量高達20.7%和19.3%[26]。這表明禾本科牧草或作物飼用成分在植株內(nèi)呈現(xiàn)有規(guī)律的分布：NSC主要集中在基部莖稈，基部莖節(jié)的纖維素和木質(zhì)素含量顯著高于上部節(jié)位，CP主要集中在上中部葉片。飼料中NDF 和ADF含量高，飼草的適口性差，牲畜采食量低[25,30-31]，因此選擇適宜的收割高度從而降低飼草中的NDF和ADF含量有助于改善飼草品質(zhì)。綜合本研究中鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)各性狀在不同部位間的分布情況，倒10節(jié)以下NDF和ADF含量升高幅度增大，而IVDMD下降幅度也增大，因此收割高度可控制在倒10節(jié)以上。

3.3 采穗后鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)在不同收獲時間的變化規(guī)律

玉米獲得籽粒產(chǎn)量和秸稈營養(yǎng)成分含量最佳的收獲時間不同[32-35]。不同玉米品種隨著籽粒成熟度的提高，秸稈飼用品質(zhì)的變化規(guī)律不同：隨著籽粒成熟度的提高，高油玉米秸稈的WSC、淀粉、粗脂肪含量呈線性提高，而NDF、ADF和木質(zhì)素含量則呈線性降低；普通玉米品種秸稈的WSC、淀粉和CP含量直線下降，而NDF、ADF含量直線上升[26,36-40]，從而降低秸稈的消化率[41]。隨著玉米植株成熟度的延長，秸稈的莖/葉上升[42]，這也是影響秸稈品質(zhì)的一個重要因素。因此，生長期對全株玉米以及玉米秸稈的飼用品質(zhì)有直接影響。Jung等[43]認為，飼草品質(zhì)的變化規(guī)律主要由兩個原因引起：一方面，隨著成熟度的增加，干物質(zhì)積累也增加，而干物質(zhì)積累則以莖稈的干物質(zhì)積累為主；另一方面，莖稈比葉片含有更多的細胞壁和木質(zhì)素。本研究中采穗后鮮食玉米秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量、NSC含量在2周內(nèi)出現(xiàn)上升趨勢，但到了第3周，CP和NSC含量則下降，而NDF和ADF含量則隨著收獲時間的推遲持續(xù)上升，IVDMD持續(xù)下降(表1～2)。結(jié)合可消化的飼用成分如NSC和CP以及難以消化利用的ADF等含量的變化，鮮食玉米秸稈在采穗后2周收獲較為適宜。

3.4 采穗對鮮食玉米秸稈NSC含量的影響

鮮食玉米莖稈含糖量高，如糯玉米秸稈的總糖含量在20%左右[9,44]，榨出的汁液可被用作發(fā)酵生產(chǎn)乙醇[45]。本研究發(fā)現(xiàn)鮮食玉米秸稈中NSC的主要成分是WSC，其在植株不同部位和不同收獲時間的含量均顯著高于淀粉(圖6)。WSC可被直接利用為青貯發(fā)酵底物，與秸稈青貯品質(zhì)顯著正相關(guān)，對改善秸稈青貯品質(zhì)具有重要意義[46]。鮮食玉米果穗采摘時葉片鮮綠，依然保持有較高的光合能力。采穗后，光合作用所形成的過剩營養(yǎng)物質(zhì)保留在秸稈中，導(dǎo)致WSC和淀粉等在莖葉中積累，并降低其他營養(yǎng)成分的百分比例，從而改善秸稈飼用品質(zhì)。甘潔[15]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米秸稈在果穗采收后第5天含糖量可達14%，是普通玉米的2～3倍 (同期普通玉米秸稈含糖量為4%～5%) 。閆貴龍等[44]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米秸稈從摘穗當(dāng)天收獲到摘穗7 d 后收獲，隨收獲時間的延遲，WSC和NSC含量都呈增加趨勢；受粉后20和26 d摘穗當(dāng)天收獲的秸稈相比，隨收獲時間推遲，WSC和NSC都呈減少趨勢。但該研究沒有發(fā)現(xiàn)采穗處理的莖稈中NSC含量何時出現(xiàn)下降。崔衛(wèi)東等[9]發(fā)現(xiàn)夏季甜玉米收穗后6、9和12 d的秸稈WSC含量差異不顯著，冬季甜玉米秸稈中的WSC含量在摘穗當(dāng)天至第9天持續(xù)下降，到摘穗后第12天則有出現(xiàn)回升，呈現(xiàn)V字形的變化趨勢。植株進入生長末期，摘穗也將誘導(dǎo)植株提前衰老，導(dǎo)致植株含水量下降[47]。當(dāng)葉片中糖分積累過多，也將抑制光合作用[48]。本研究與前人研究的不同之處在于發(fā)現(xiàn)采穗處理的秸稈各部位NSC含量均高于帶穗處理的秸稈(圖1～6)，采穗后鮮食玉米秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量、NSC含量在2周內(nèi)上升，但到了第3周，NSC含量則下降(表1～2)，這表明鮮穗采摘后秸稈不要立即收獲，而是保留植株在田間繼續(xù)生長2周，此時秸稈的NSC含量和干物質(zhì)產(chǎn)量達到最優(yōu)；繼續(xù)推后則將降低秸稈飼用品質(zhì)；但采穗與否對玉米秸稈中NSC含量的積累具有根本性影響；并明確了采穗后鮮食玉米秸稈中NSC積累的轉(zhuǎn)折點，以及適宜收獲期。

4 結(jié)論

鮮食玉米采穗后秸稈應(yīng)保留在田間繼續(xù)生長，其干物質(zhì)產(chǎn)量和NSC含量在采穗2周后達到最高，且NSC主要集中在穗位的倒6節(jié)及以下節(jié)位，WSC是NSC的主要成分；NDF和ADF含量則隨著秸稈收獲時間的推遲而升高，主要集中在基部節(jié)位；CP含量隨著采穗后時間的延長持續(xù)下降，上部和中部的葉片CP含量高于基部葉片。因此，在生產(chǎn)中鮮食玉米秸稈的適宜收獲期為鮮穗采摘后2周，收割高度可控制在倒10節(jié)以上。