不同前作處理及后作飼用玉米種植密度對(duì)玉米飼草生產(chǎn)性能和品質(zhì)的影響

聶 聰， 楊曉鵬， 劉浙川， 趙煜晗， 陳婉婷， 何潤(rùn)濠， 劉 偉， 茍文龍, 馬 嘯*

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院， 四川 成都 611130；2. 四川省草原科學(xué)研究院， 四川 成都 611731)

我國(guó)西南地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的氣候具有明顯的過渡性，而傳統(tǒng)種植模式下冬季的大面積土地閑置則是對(duì)其充足的光照、溫度和水份等自然資源的巨大浪費(fèi)[1]。采用飼草互補(bǔ)的種植模式可有效改善這一局面。近年來，冷季型一年生牧草多花黑麥草(Loliummultiflorum)與飼用玉米(Zeamays)輪作在西南地區(qū)的推廣潛力不斷增大[1]。該輪作系統(tǒng)可經(jīng)草食牲畜高效轉(zhuǎn)化，具有巨大的生產(chǎn)潛力和經(jīng)濟(jì)效益[2-3]。張新躍[4]和張瑞珍[5]等人對(duì)“多花黑麥草—飼用玉米”輪作系統(tǒng)(Corn—Italian ryegrass rotation system,CIRS)的生產(chǎn)性能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩季飼用玉米加一季黑麥草的組合效益最佳，飼用玉米的播種量控制在61 530～78 450株·hm-2能帶來較優(yōu)的產(chǎn)草量和經(jīng)濟(jì)效益。此外，劉芳等人[6]的研究表明在四川一年生飼草輪換種植組合中，“多花黑麥草—飼用玉米”系統(tǒng)的凈收入是水稻(Oryzasativa)、油菜(Brassicanapus)等傳統(tǒng)農(nóng)作物種植系統(tǒng)的近4倍。以上研究均表明“多花黑麥草—飼用玉米”系統(tǒng)在南方的生產(chǎn)潛力較大，但多花黑麥草前期生長(zhǎng)速度較慢是進(jìn)一步提升前作飼草產(chǎn)量的重要問題。

我們的前期研究綜合評(píng)價(jià)了前作不同比例的多花黑麥草+燕麥混播組合的田間生產(chǎn)性狀、資源互補(bǔ)效應(yīng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將飼用燕麥與多花黑麥草混播不能夠充分利用建植初期的自然資源提高前茬飼草的產(chǎn)量和品質(zhì)，通過刈割可降低后期再生草群落中燕麥對(duì)多花黑麥草的資源競(jìng)爭(zhēng)，從而提高多花黑麥草人工草地總生產(chǎn)性能[7]。然而在之前研究中我們還未系統(tǒng)分析前作燕麥+多花黑麥草的不同混播比例對(duì)后作飼用玉米生產(chǎn)性能和品質(zhì)的影響。為此，本試驗(yàn)繼續(xù)研究了前作混播組合、后作飼用玉米種植密度對(duì)后作生產(chǎn)性能及品質(zhì)的綜合影響，以期篩選出適于西南地區(qū)一年生禾草輪作生產(chǎn)系統(tǒng)的最佳前后作種植組合，為利用南方農(nóng)區(qū)高效飼草生產(chǎn)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地位于四川省草原科學(xué)研究院大邑縣韓場(chǎng)鎮(zhèn)(30°25′ N，103°45′ E)試驗(yàn)基地，地處成都平原西部，海拔480 m，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候；年均溫16.1℃，一年中7月份平均氣溫最高為26.0℃，極端高溫可達(dá)36.0℃；最冷為1月份，月平均氣溫為5.5℃，極端低溫可達(dá)—5.0℃；該地雨量充沛，年降水量約為1 350 mm，年均相對(duì)濕度為83.0%；土壤為黃粘土，pH為6.74，有機(jī)質(zhì)含量為34.07 g·kg-1，堿解氮含量為166.33 mg·kg-1，有效磷含量為51.87 mg·kg-1，速效鉀含量為130.33 mg·kg-1；全年日照時(shí)長(zhǎng)1034.0 h，年均無霜期較長(zhǎng)，為284 d。

1.2 供試材料

供試的前作多花黑麥草品種為‘特高’多花黑麥草(Loliummultiflorum‘Tetragold’)，純凈度98%，發(fā)芽率88.7%；燕麥品種為青?！?44燕麥’(Avenasativa‘Qinghai No.444’)，純凈度95%，發(fā)芽率85%，均由四川省草原總站提供。后作飼用玉米為西南農(nóng)區(qū)主推青貯玉米品種‘雅玉8號(hào)’(Zeamays‘Yayu 8’)，純度≥96.0%，凈度≥99.0%，發(fā)芽率≥85.0%，由四川雅玉科技股份有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用雙因素裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主處理為后作中不同的飼用玉米種植密度，副處理為不同前作混播組合。小區(qū)面積為15 m2(3 m×5 m)。于2018年9月20日將多花黑麥草和燕麥分別與細(xì)土混勻后撒播均勻，播種后覆土1 cm。各小區(qū)統(tǒng)一栽培管理措施，于多花黑麥草草層高度達(dá)75 cm時(shí)(2018年12月、2019年2月、2019年5月)刈割，留茬高度5 cm，每次刈割3天后追施尿素(46%N)75 kg·hm-2，最后1次齊地面刈割。飼用玉米種植密度設(shè)78 400株·hm-2(D1：株行距為15 cm×85 cm)和60 600株·hm-2(D2：株行距為30 cm×55 cm)2個(gè)處理；不同前作混播處理及播種量設(shè)置為：多花黑麥草22.5 kg·hm-2(H0)、燕麥150.0 kg·hm-2(Y0)、多花黑麥草22.5 kg·hm-2+燕麥35.5 kg·hm-2(M1)、多花黑麥草22.5 kg·hm-2+燕麥75.0 kg·hm-2(M2)、多花黑麥草22.5 kg·hm-2+燕麥112.5 kg·hm-2(M3)，共5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。于2019年5月2日將‘雅玉8號(hào)’種子溫水浸種2 h后于溫室下育苗。待幼苗長(zhǎng)至4～5葉期時(shí)免耕移栽至各小區(qū)，施復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)350 kg·hm-2做基肥，移栽后及時(shí)排灌水，補(bǔ)苗除雜，防治病蟲害，確保各小區(qū)田間管理水平一致。定苗后于幼苗6～7葉期、大喇叭期及抽穗期追施尿素(N46%)75 kg·hm-2,265 kg·hm-2和180 kg·hm-2。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

于2019年8月14日將處于蠟熟期的‘雅玉8號(hào)’飼用玉米收獲，收獲后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。將飼用玉米整株按莖稈、葉片、籽粒、玉米棒骨和苞葉分別烘干后稱重再粉碎，過40目篩(孔徑0.425 mm)，用于測(cè)定植株各部分可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrate,WSC)含量、粗蛋白(Crude protein,CP)含量、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber,NDF)含量、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber,ADF)含量、體外干物質(zhì)消化率(In vitro dry matter digestibility，IVDMD)。其中，飼用玉米整株的干物質(zhì)產(chǎn)量(Dry matter production,DMP)、粗蛋白產(chǎn)量(Crude protein production,CPP)、可消化干物質(zhì)產(chǎn)量(Dry matter digestibility production,DMDP)為玉米各部分上述產(chǎn)量指標(biāo)之和。各指標(biāo)測(cè)試方法見表1。

表1 各指標(biāo)測(cè)定方法

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016整理并統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)測(cè)定值進(jìn)行分析，采用軟件SPSS 22.0對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行Duncan新復(fù)極差分析其差異顯著性；利用軟件Origin 2019b繪制相關(guān)分析圖。

灰色關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)法：對(duì)飼用玉米干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、可消化干物質(zhì)產(chǎn)量、可溶性碳水化合物含量4個(gè)正向指標(biāo)，莖葉比、中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量3個(gè)負(fù)向指標(biāo)進(jìn)行比較分析[15]，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度法原理[16]，以各指標(biāo)最佳值構(gòu)造一個(gè)“參考處理”。各數(shù)據(jù)無量綱化處理并計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)Ki，通過熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重(Wk)[17]并計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri，通過ri的排序?qū)η昂笞黠暡萆a(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和排序。利用軟件DPS(Data Processing System)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 前作處理和后作密度對(duì)飼用玉米產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響

通過對(duì)不同種植密度下飼用玉米的農(nóng)藝性狀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行方差分析(表2)，發(fā)現(xiàn)不同前作處理對(duì)飼用玉米莖葉比、DM，WSC，DMP，CP及CPP影響顯著(P<0.05)；后作密度處理對(duì)飼用玉米百粒重、可消化干物質(zhì)含量、可溶性碳水化合物含量、干物質(zhì)產(chǎn)量及粗蛋白產(chǎn)量影響顯著(P<0.05)，對(duì)株高、莖粗、有效小穗數(shù)等其它農(nóng)藝性狀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)無顯著性影響；前作處理×密度處理的交互作用對(duì)飼用玉米干物質(zhì)含量、干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、酸性洗滌纖維含量及可溶性碳水化合物影響顯著(P<0.05)。

2.2 飼用玉米農(nóng)藝性狀分析

由表3可知：飼用玉米的種植密度為D2(60 600 株·hm-2)時(shí)其平均株高、平均莖粗、平均穗位高、平均有效小穗數(shù)、平均百粒重及平均莖葉比均總體高于種植密度D1(78 400 株·hm-2)，但僅平均百粒重在兩個(gè)密度間差異顯著(P<0.05)；對(duì)于兩種后作玉米種植密度，各前作處理下的玉米株高和有效小穗數(shù)差異不顯著，不同前作處理對(duì)于后作玉米的影響主要體現(xiàn)在莖粗、穗位高、百粒重及莖葉比等性狀上。值得注意的是，兩種后作玉米播種密度下，在一定范圍內(nèi)(H0至M1至M2)飼用玉米莖葉比隨著黑麥草中添加燕麥比例的上升而下降。

表2 前作處理及飼用玉米種植密度對(duì)玉米生產(chǎn)性狀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

表3 前作處理和種植密度對(duì)飼用玉米農(nóng)藝性狀的影響

2.3 飼用玉米產(chǎn)量分析

飼用玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量(DMP)、粗蛋白產(chǎn)量(CPP)、可消化干物質(zhì)產(chǎn)量(DMDP)在種植密度D1下均高于種植密度D2。如圖1所示，對(duì)于后作玉米高種植密度D1，前作處理Y0下飼用玉米DMP，CPP，DMDP均最高，而前作處理M2下，后作玉米各產(chǎn)量指標(biāo)均最低。對(duì)于后作玉米低種植密度D2，在前作處理M1下的玉米DMP，CPP，DMDP最高；而在前作處理M3下的玉米DMP、處理Y0下的玉米CPP和前作處理M3下的玉米DMDP最低。在后作飼用玉米種植密度高時(shí)，前作黑麥草+燕麥混播后的飼用玉米各產(chǎn)量指標(biāo)低于前作為單播燕麥(Y0)，而在后作玉米低種植密度下，前作合理混播(M1)提高了后作玉米的DMP，CPP，DMDP。

圖1 前作處理和種植密度對(duì)飼用玉米生產(chǎn)性能的影響

2.4 飼用玉米營(yíng)養(yǎng)成分分析

兩個(gè)種植密度的飼用玉米粗蛋白含量(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)及可溶性碳水化合物(WSC)含量無顯著差異。如圖2所示，在前作處理M2+低種植密度D2處理下，玉米CP含量(8.07%DM)最高；在前作處理Y0+地種植密度D2處理下，玉米CP含量最低。在前作處理M2+玉米高種植密度D1處理下，玉米NDF(31.62%DM)，ADF(14.52%DM)含量最高；在前作處理M1+低種植密度D1處理下，玉米NDF含量最低；在前作處理M2+低種植密度D2處理下，玉米ADF含量最低。在前作處理M2+玉米低種植密度D2處理下，玉米WSC含量(98.97 mg·g-1)最高，而在前作處理M2+低種植密度D1處理下最低。NDF，WSC含量最高值及最低值均與前作處理M2相關(guān)，而CP，NDF含量最高值同樣與前作處理M2相關(guān)。

2.5 灰色關(guān)聯(lián)法綜合分析

根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算得到干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、可消化干物質(zhì)產(chǎn)量、莖葉比、可溶性碳水化合物、NDF和ADF的權(quán)重分別為0.271，0.241，0.271，0.050，0.070，0.047和0.050。而計(jì)算出的加權(quán)求和關(guān)聯(lián)度表明(表4)，種植密度D1的各處理與“參考處理”的關(guān)聯(lián)度均優(yōu)于種植密度D2，且種植密度D1+處理Y0飼用玉米綜合生產(chǎn)性能最優(yōu)，種植密度D1+處理M1生產(chǎn)性能次之。

表4 各處理灰色關(guān)聯(lián)度排序

圖2 前作處理和種植密度對(duì)飼用玉米營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)的影響

2.6 “多花黑麥草—飼用玉米”飼草生產(chǎn)系統(tǒng)總產(chǎn)分析

前作產(chǎn)量及后作飼用玉米產(chǎn)量累加可得“多花黑麥草—飼用玉米”飼草生產(chǎn)系統(tǒng)的總產(chǎn)。如圖3所示，在該飼草生產(chǎn)系統(tǒng)中，多花黑麥草+燕麥混播處理M1+飼用玉米種植密度D1的干物質(zhì)產(chǎn)量為50 216.58 kg·hm-2(圖3-A)、粗蛋白產(chǎn)量為5 046.24 kg·hm-2(圖3-B)、可消化干物質(zhì)產(chǎn)量為35 422.61 kg·hm-2(圖3-C)，在所有處理組合中最高，為西南地區(qū)“多花黑麥草—飼用玉米”飼草生產(chǎn)系統(tǒng)最佳推薦種植組合。

3 討論

3.1 前作處理和后作飼用玉米種植密度對(duì)飼用玉米產(chǎn)量影響

有研究表明前作種植燕麥會(huì)對(duì)青貯玉米產(chǎn)量形成不利的影響，因此不建議前作種植禾本科飼草[19]，而本研究發(fā)現(xiàn)后作飼用玉米種植密度較低(60 600 kg·hm-2)情況下，前作種植適宜比例的多花黑麥草+燕麥可有效提高飼用玉米產(chǎn)量，這與付登偉研究結(jié)果一致[20]。但飼用玉米在高種植密度(78 400 kg·hm-2)下，前作采用禾禾混播降低了飼用玉米產(chǎn)量。由此可見，種植密度對(duì)玉米飼草產(chǎn)量具有顯著影響。在一定的種植密度范圍內(nèi)產(chǎn)量隨密度增加而提高，當(dāng)種植密度超出合理范圍后，玉米的飼草產(chǎn)量會(huì)隨之降低[21-23]。

3.2 前作處理和后作飼用玉米種植密度對(duì)飼用玉米品質(zhì)影響

飼用玉米飼草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也是衡量其生產(chǎn)性能的主要方面，常用ADF，NDF，CP，WSC含量及IVDMD等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同比例的多花黑麥草+燕麥混播組合與后作飼用玉米的CP含量顯著相關(guān)(P<0.05)，且適宜的前作混播處理提升了玉米CP含量，這可能是因?yàn)榍白鞣N植的黑麥草增加了土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、速效磷含量，進(jìn)而提升了后作作物的飼草品質(zhì)[25]。當(dāng)然，飼用玉米種植密度也同樣影響其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[26]，例如有報(bào)道發(fā)現(xiàn)隨著飼用玉米種植密度增加其CP含量下降[27]。本研究中飼用玉米CP，ADF，NDF，WSC等指標(biāo)含量在兩個(gè)種植密度下總體均無顯著差異，這與孫繼穎研究結(jié)果大致相同[28]。其原因可能是多方面的：一是由于所選取的在四川適宜的種植密度(61 530～78 450株·hm-2)較接近[29]；二是前作處理的影響，無論高種植密度還是低種植密度，測(cè)定的4個(gè)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)均在前作處理M2下表現(xiàn)出較大差異。

圖3 “多花黑麥草—飼用玉米”系統(tǒng)總產(chǎn)比較

3.3 灰色關(guān)聯(lián)度法綜合篩選最優(yōu)種植密度及前作處理

灰色關(guān)聯(lián)度法可操作性高、結(jié)果直觀可靠。多數(shù)研究利用灰色關(guān)聯(lián)法選取玉米穗粒重、籽粒產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀指標(biāo)評(píng)價(jià)其對(duì)產(chǎn)量的影響[30-32]。但對(duì)于飼草品種而言，除了產(chǎn)草量，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值同樣是反應(yīng)其生產(chǎn)性能的重要因素。故本試驗(yàn)與上述研究不同，試驗(yàn)結(jié)合產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算得到飼用玉米干物質(zhì)產(chǎn)量等4個(gè)正向指標(biāo)及NDF等3個(gè)負(fù)向指標(biāo)的權(quán)重，利用灰色關(guān)聯(lián)度法綜合評(píng)價(jià)不同前作處理及種植密度的飼用玉米生產(chǎn)性能表現(xiàn)，得到玉米種植密度D1(78 400株·hm-2)+前作Y0(燕麥單播)下飼用玉米生產(chǎn)性能最佳的結(jié)果。

4 結(jié)論

飼用玉米的產(chǎn)量及品質(zhì)等生產(chǎn)性能在高種植密度(78 400 株·hm-2)下優(yōu)于低種植密度(60 600 株·hm-2)。處理Y0(燕麥單播)+高種植密度D1飼用玉米產(chǎn)量和品質(zhì)最優(yōu)，處理M1(添加25%燕麥)+高種植密度D1次之。在“黑麥草—飼用玉米”飼草生產(chǎn)系統(tǒng)中，總產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu)的輪作組合為前作100%多花黑麥草+25%燕麥和后作種植密度為78 400 株·hm-2飼用玉米，推薦為西南地區(qū)一年生禾本科飼草生產(chǎn)系統(tǒng)的最佳種植組合。