不同施氮對飼草玉米產(chǎn)量品質(zhì)及養(yǎng)分吸收的影響

陳遠(yuǎn)學(xué)，陳曦，陳新平，羅永，牟勇，呂世華，徐開未*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，四川 成都611130；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193；3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，四川 成都610066）

隨著生活水平的提高，人們對肉、蛋、奶的需求顯著增加，由此現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展迎來新時期。我國畜牧業(yè)生產(chǎn)核心區(qū)逐漸由草原牧業(yè)區(qū)向農(nóng)區(qū)牧業(yè)擴展，畜牧業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也從食糧型向節(jié)糧型和草食型方向發(fā)展。近年全國以奶牛、肉牛、羊等為主的草食牲畜的數(shù)量不斷增多，進(jìn)而對優(yōu)質(zhì)飼草飼料的需求不斷增加。西南地區(qū)雨量充沛、氣候濕潤、無霜期長、熱能相對豐富，但陰雨寡照，很適合營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)的發(fā)展，該區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向之一是加快養(yǎng)殖業(yè)特別是草食牲畜的發(fā)展，以促進(jìn)生態(tài)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民增收［1-2］。如在四川，奶牛存欄數(shù)從2000年的5.2萬頭快速增加到2008年的21.1萬頭。尤其近年來蒙牛、新希望、菊樂等大型乳業(yè)企業(yè)相繼在四川洪雅等地建廠投產(chǎn)，促進(jìn)了四川現(xiàn)代畜牧業(yè)的快速發(fā)展，由此飼草需求量猛增。在洪雅等地現(xiàn)代牧場的飼草結(jié)構(gòu)中，除黑麥草（Lolium perenne）、牛鞭草（Hemarthria sibirica）等傳統(tǒng)飼草外，飼草玉米（Zea mays）近年已成為該區(qū)的主要飼草來源，飼草玉米的種植面積在逐年擴大。

有關(guān)飼用玉米的研究，國外主要集中在通過品種選育來提高飼用玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)上［3-4］。我國現(xiàn)階段優(yōu)質(zhì)的青飼玉米品種還不多，研究也主要集中在品種選育上［5-7］，有些青飼玉米栽培技術(shù)的研究也主要在畜牧業(yè)較發(fā)達(dá)的北方牧區(qū)［8-9］，而近年來才發(fā)展起來的南方農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的青飼玉米種植研究還很少，一定程度上制約了南方現(xiàn)代畜牧業(yè)的發(fā)展。為適應(yīng)生產(chǎn)上的需求，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所利用玉米四倍體多年生大芻草代換系材料作母本，四倍體多年生大芻草作父本雜交選育獲得了飼草玉米（Zea mays－Zea mexicana hybrids）新品種“玉草1號”和“玉草2號”。玉草1號為多年生飼草玉米品種，可多年種植，1年可刈割多次；玉草2號為一年生飼草玉米品種，1年可復(fù)種多次，現(xiàn)今玉草1號和玉草2號已被廣泛用于飼草種植中。但迄今還缺乏相應(yīng)的種植技術(shù)研究［1，10］，影響了飼草玉米的種植效益。奶農(nóng)們急需適合當(dāng)?shù)氐娘暡萦衩自耘嗉笆┓始夹g(shù)。而氮素營養(yǎng)是公認(rèn)的影響青飼玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素［11-15］。為此，本研究在全國奶業(yè)十強縣之一、西南地區(qū)第一個奶業(yè)強縣——四川省洪雅縣布置田間試驗，研究不同氮肥施用量對飼草玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量、飼用品質(zhì)及養(yǎng)分吸收的影響，為當(dāng)?shù)仫暡萦衩椎膬?yōu)質(zhì)高產(chǎn)種植提供依據(jù)。這對提高當(dāng)?shù)啬剔r(nóng)的養(yǎng)殖效益，加快致富具有重要的現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗時間及地點

田間試驗于2009年4－7月在四川省洪雅縣東溪鎮(zhèn)團(tuán)結(jié)村新希望集團(tuán)奶牛養(yǎng)殖小區(qū)的飼草種植基地進(jìn)行。當(dāng)?shù)啬昶骄涤炅?436 mm、日照時數(shù)1006 h、無霜期307 d、年平均氣溫16.6℃。

1.2 試驗材料

1.2.1 土壤 供試土壤為當(dāng)?shù)鼐哂写硇缘乃递喿鞯咎锿寥?，耕層混合土壤p H 5.2、有機質(zhì)29.4 g／kg、全氮0.98 g／kg、堿解氮138.5 mg／kg、有效磷13.5 mg／kg，速效鉀19.0 mg／kg，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)土。

1.2.2 品種 供試飼草玉米為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所新近選育的一年生專用飼用玉米品種玉草2號（Yucao 2），此材料已在當(dāng)?shù)仫暡莼刈鳛橹饕暡葸M(jìn)行種植。

1.2.3 肥料 供試肥料尿素（含N 46%），過磷酸鈣（含P2O512%），硫酸鉀（含K2O 50%）均購于當(dāng)?shù)剞r(nóng)資店。

1.3 試驗設(shè)計及實施

試驗設(shè)5個氮用量處理，分別為0，60，120，180，240 kg N／hm2（分別記為 N0、N60、N120、N180、N240），另一致施用P2O575 kg／hm2、K2O 75 kg／hm2。30%氮肥和全部磷鉀肥作為底肥，于移栽時施于種植窩內(nèi)；另于拔節(jié)期追施30%氮肥，于喇叭口期追施40%氮肥，都是兌清水沖施于植株旁。

小區(qū)面積4.5 m×5.6 m＝25.2 m2，小區(qū)間隔0.5 m，3次重復(fù)，共15個小區(qū)，田間隨機區(qū)組排列。玉草2號種植規(guī)格為行距0.4 m，株距0.33 m，密度75000株／hm2，于2009年4月9日育苗，4月18日移栽，7月11日收獲。作物生長期間進(jìn)行1次殺蟲和除草，其他管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.4 測定項目與方法

將小區(qū)一分為二，一半用于中期采樣，一半用于收獲測產(chǎn)。在飼草玉米的關(guān)鍵生育階段即拔節(jié)期（5月12日）、喇叭口期（6月7日）、收獲期（7月11日）分別采集地上部植株樣，每小區(qū)隨機采4株，樣品在105℃下殺青30 min，再于65℃下烘干，稱重后粉碎供養(yǎng)分測定。樣品經(jīng)濃H2SO4—H2O2消解，以凱氏定氮法測氮、釩鉬黃比色法測磷、火焰光度法測鉀。收獲時實收計產(chǎn)，稱植株地上部總鮮重，用水分含量折算其干物質(zhì)量。收獲期樣品以凱氏定氮法測定粗蛋白（crude protein，CP），范氏（Van Soest）分析法測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）［16］。

1.5 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007和SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對飼草玉米生長及干物質(zhì)量的影響

從表1可看出，施氮顯著增加了飼草玉米的分蘗數(shù)，可從N0的1.3個增加到N180或N240的1.7個，增加幅度達(dá)30.8%。施氮對飼草玉米株高無明顯影響，在本試驗條件下玉草2號的株高在310 cm左右。施氮對飼草玉米生物量的影響在各生育期不同，拔節(jié)期時地上總生物量很小，只0.1 t／hm2左右，且各處理間無明顯差異；喇叭口期和收獲期時，施氮顯著增加了地上部生物量，都是隨施氮量增加地上部生物量先隨之增加，在N180時達(dá)最大（3.7和10.4 t／hm2，相比N0分別增加60.9%和23.8%），然后在 N240時不再增加，反而有一定下降。說明適量氮有利于飼草玉米的生長，氮用量過高對總生物產(chǎn)量并不利。

在生物量累積動態(tài)上，從移栽到拔節(jié)期（4月9日－5月12日，持續(xù)時間34 d），飼草玉米生物量累積僅占總生物量的1.2%～1.5%，不同施氮量之間無顯著差異；從拔節(jié)到喇叭口期（5月13日－6月7日，持續(xù)時間28 d），飼草玉米生物量累積明顯加快，N0、N60、N120、N180、N240的干物質(zhì)累積量為2.2～3.6 t／hm2，占總生物量的26.2%～34.6%；喇叭口到收獲期（6月8日－7月11日，持續(xù)時間為34 d），飼草玉米生物量累積急劇加快，N0、N60、N120、N180、N240的干物質(zhì)累積量為6.2～7.4 t／hm2，占總生物量的64.4%～73.8%。表明飼草玉米在收獲前的一個月左右生長最快。

2.2 不同施氮量對飼草玉米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

如表2所示，施氮可以提高飼草玉米植株CP含量，同時降低NDF和ADF含量。隨著施氮量的增加，飼草玉米CP含量逐漸上升，N60、N120、N180、N240分別比 N0增加了11.3%，13.8%，17.5%，28.8%，其中 N240與 N0間差異達(dá)顯著水平；受生物量的影響，CP產(chǎn)量增幅較大，N60、N120、N180、N240分別比 N0增加了25.3%，30.3%，44.4%，55.2%，其中N240和N180與N0間差異顯著。ADF和NDF含量隨施氮量增加呈逐漸下降的趨勢，但降幅都不大，N60～N240比N0ADF含量只降低了0.7%～5.0%，NDF含量只降低了0.5%～8.9%，其中N240和N180的NDF含量下降達(dá)顯著水平。說明施氮可以提高飼草玉米的飼用品質(zhì)。

表1 不同氮肥處理飼草玉米生長及干物質(zhì)產(chǎn)量Table 1 Growth and dry matter yield of forage maize under different nitrogen rates

表2 施氮對飼草玉米營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 2 Effect of different N levels on nutritional quality of forage maize

2.3 不同施氮量對飼草玉米植株氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響

2.3.1 氮 從表3可看出，飼草玉米整株氮含量隨生育期進(jìn)程而逐漸降低，拔節(jié)期平均3.74%，喇叭口期平均2.21%，而收獲期的氮含量降到了平均1.46%。氮吸收量隨生育期進(jìn)程而逐漸增大，拔節(jié)期的氮吸收量平均只有4.5 kg／hm2，而喇叭口期、收獲期的氮吸收量分別平均達(dá)到了64.8和142.0 kg／hm2，喇叭口期比拔節(jié)期增加了13.4倍，收獲期又比喇叭口期增加了1.2倍。隨施氮量的增加，飼草玉米在拔節(jié)期、喇叭口期和收獲期的氮含量和氮吸收量都有隨之增大的趨勢，如收獲期的氮含量和氮吸收量都在N240處理最大，分別為1.65%和167.80 kg／hm2；但N120、N180、N240處理間除喇叭口期的氮吸收量在N180處理比N120和N240處理有顯著增大外，其他時期的氮含量和氮吸收量在3個處理間差異不顯著。

2.3.2 磷 如表3所示，飼草玉米整株磷含量（P2O5）隨生育期進(jìn)程逐漸降低，拔節(jié)期平均0.456%，喇叭口期平均0.238%，而收獲期降到了平均0.184%。磷吸收量（P2O5）隨生育期進(jìn)程而逐漸增大，拔節(jié)期的磷吸收量平均只有0.55 kg／hm2，而喇叭口期、收獲期的磷吸收量分別平均達(dá)到了6.84和17.8 kg／hm2，喇叭口期比拔節(jié)期增加了11.5倍，收獲期又比喇叭口期增加了1.6倍。施氮微弱促進(jìn)了飼草玉米對磷的吸收，拔節(jié)期磷含量從N0的0.40%增加到N240的0.52%，增加幅度達(dá)30%，且差異顯著；喇叭口期磷含量從N0的0.24%增加到N180的0.26%，收獲期磷含量從N0的0.16%增加到N180的0.20%，但都沒有顯著差異。隨施氮量的增加，飼草玉米在拔節(jié)期、喇叭口期和收獲期的磷吸收量有隨之增大的趨勢，拔節(jié)期從N0的0.45 kg／hm2增加到N240的0.63 kg／hm2，增加幅度為40.0%；喇叭口期從N0的5.59 kg／hm2增加到N180的9.42 kg／hm2，增加幅度為68.5%；收獲期從 N0的13.40 kg／hm2增加到 N180的20.50 kg／hm2，增加幅度為53.5%；差異都顯著。

2.3.3 鉀 與氮、磷一樣，飼草玉米整株鉀含量（K2O）隨生育期進(jìn)程逐漸降低（表3），拔節(jié)期平均2.50%，喇叭口期平均2.32%，而收獲期降到了平均1.08%。鉀吸收量（K2O）隨生育期進(jìn)程而逐漸增大，拔節(jié)期的鉀吸收量平均只有3.0 kg／hm2，而喇叭口期、收獲期的鉀吸收量分別平均達(dá)到了66.3和103.3 kg／hm2，喇叭口期比拔節(jié)期增加了21.0倍，收獲期又比喇叭口期增加了56%。施氮微弱降低了飼草玉米對鉀的吸收，拔節(jié)期鉀含量從N0的2.51%降到N180的2.46%，但差異不顯著；喇叭口期鉀含量從N0的2.60%降到N180的2.10%，差異達(dá)顯著，降幅為19.2%；收獲期鉀含量從N0的1.23%降到N180的1.00%，但差異不顯著。隨施氮量的增加，飼草玉米在拔節(jié)期、喇叭口期和收獲期的鉀吸收量變化不大，只有喇叭口期從N0的59.80 kg／hm2增加到N180的77.40 kg／hm2，增加幅度為29.4%，差異達(dá)顯著外，其余處理間鉀吸收量都沒顯著差異。

表3 不同施氮量下飼草玉米對養(yǎng)分的吸收Table 3 Nutrient uptake of forage maize as affected by different N levels

總體上看，飼草玉米對氮磷鉀的吸收規(guī)律是：氮、磷、鉀含量隨生育期進(jìn)程而逐漸降低；各生育階段飼草玉米植株對N、P、K養(yǎng)分吸收動態(tài)與生物累積量呈正相關(guān)，吸收量大小順序為N＞K2O＞P2O5，氮、鉀吸收量遠(yuǎn)大于磷素吸收量，N∶P2O5∶K2O在拔節(jié)期為8.2∶1∶5.5，在喇叭口期為9.5∶1∶9.7，在收獲期為8.0∶1∶5.8。

3 討論與結(jié)論

四川省洪雅縣地處四川盆地西南邊緣，屬中亞熱帶濕潤氣候，很適合優(yōu)質(zhì)飼草的生長，已發(fā)展成為西南地區(qū)主要的奶牛生產(chǎn)與加工基地。近年專門用于飼草種植的玉米品種相繼推出，飼草玉米的種植面積在生產(chǎn)中也逐年增大，但缺乏相應(yīng)的栽培技術(shù)尤其是營養(yǎng)特點及調(diào)控方面的技術(shù)支撐。因此，針對生產(chǎn)實際開展的氮肥施用對飼草玉米生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及營養(yǎng)特征的影響研究具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

飼草玉米為營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)，以收獲莖葉等營養(yǎng)體為目的，在整個生長期內(nèi)任何時候都可以收獲而獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，但以營養(yǎng)體的可利用產(chǎn)量越高越好。營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是充分利用了植物的S型曲線生長規(guī)律，在其完成對數(shù)生長期和直線生長期時刈割收獲，避免了生長速度下降直至停止的衰老期的營養(yǎng)物質(zhì)消耗，從而獲得最高生長效率和生產(chǎn)效率［17-18］。本試驗條件下，玉草2號從播種（4月9日）至收獲（7月11日）共生長92 d，收獲時正值吐絲期，此時植株高達(dá)3.1 m，地上部干物質(zhì)量達(dá)10.4 t／hm2，但從播種到拔節(jié)期的34 d里生物量累積僅占總生物量的1.2%～1.5%，從拔節(jié)到喇叭口期的28 d里生物量累積占總生物量的26.2%～34.6%，從喇叭口到收獲期的34 d里，生物量累積占總生物量的64.4%～73.8%，即玉草2號在喇叭口期至灌漿初期收獲的一個多月時間里生長了近70%的生物量。由此可知，飼草玉米的施肥關(guān)鍵期在拔節(jié)期和喇叭口期，以促進(jìn)拔節(jié)—喇叭口期和喇叭口—吐絲期這兩時段的營養(yǎng)體快速生長［11-12］。

已有研究表明，隨著收獲期推遲，植株營養(yǎng)成分含量降低，青貯飼料的氨態(tài)氮、CP、NDF含量和有機物體外降解率降低［19-20］。本研究也同樣表明，玉草2號植株氮、磷、鉀含量都隨生育期進(jìn)程而逐漸降低，從拔節(jié)期—喇叭口期—收獲期（吐絲期），植株氮含量是從3.74%降到2.21%再降到1.46%，磷含量（P2O5）是從0.456%降到0.238%再降到0.184%，鉀含量（K2O）是從2.50%降到2.32%再降到1.08%。

氮、磷作為飼草玉米的主要營養(yǎng)要素，對其產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著影響［9，11-15］。路海東等［21］研究發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期和大喇叭口期增加氮肥的施用比例有利于飼用玉米的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成，且不同類型玉米施氮的側(cè)重時期不同，青貯型玉米側(cè)重于大喇叭口期，糧飼兼用型玉米側(cè)重于拔節(jié)期。邰書靜等［11］研究認(rèn)為氮肥全部施為拔節(jié)肥或50%拔節(jié)肥、50%穗肥均可提高飼用玉米物質(zhì)產(chǎn)量。張吉旺等［22］研究則發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期1次施用氮肥可以獲得較高的生物產(chǎn)量，有利于提高作為青飼（貯）飼料玉米的飼用營養(yǎng)價值；在拔節(jié)、大口（或開花）期2次或拔節(jié)、大口、開花期3次施氮肥，有利于提高作為糧飼兼用玉米的飼用營養(yǎng)價值。李洪影等［23］還研究表明，施磷可顯著提高青貯玉米中果糖、蔗糖、可溶性總糖和淀粉含量，降低NDF和ADF含量，并以施P2O5100 kg／hm2在蠟熟初期收獲最佳。本研究中，氮肥是30%作為底肥，30%作為拔節(jié)期追肥，40%作為喇叭口期追肥，結(jié)果顯示，施氮顯著增加了玉草2號的分蘗數(shù)，顯著提高了喇叭口期和收獲期的地上部生物量；生物量隨施氮量增加而隨之增加，并在N180時達(dá)最大，相比N0分別增加60.9%和23.8%，然后在N240時又開始一定下降，說明適量氮有利于飼草玉米的生長，氮用量過高對總生物產(chǎn)量并不利。同時發(fā)現(xiàn)，施氮顯著提高了玉草2號的CP含量，顯著降低了NDF含量，ADF含量也呈下降趨勢，從而提高了飼草玉米的飼用營養(yǎng)品質(zhì)，這與王永軍等［12］、屈繩娟和沈益新［13］、王爽等［14］、張吉旺等［22］的研究結(jié)果一致。因為玉米青貯飼料的能量價值主要是由干物質(zhì)含量決定的，施用氮肥能有效提高葉綠素含量，從而提高光合速率［24］，促進(jìn)玉米營養(yǎng)體的增長，使生物產(chǎn)量大大提高；CP是飼草中含氮物質(zhì)的總和，含有各種必要的氨基酸，是決定玉米飼用營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)，增加施氮量能明顯提高植株含氮量，增加各種氨基酸含量，從而提高CP含量；纖維素影響飼草適口性和消化性能，ADF也是草食動物的主要能源物質(zhì)，施用氮肥能顯著提高玉米功能葉片的NR、CAT、SOD、POD活性和可溶性蛋白的含量，即葉片清除活性氧的能力和酶蛋白功能增強，有利于玉米產(chǎn)量的提高和飼用營養(yǎng)品質(zhì)的改善［14，22］。國內(nèi)外大量研究還表明密度也是影響飼草玉米產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素［25］，密度低，產(chǎn)量低，密度高，品質(zhì)低，且易倒伏。因此，為獲得較高的飼草玉米產(chǎn)量與品質(zhì)，應(yīng)適當(dāng)增加氮肥用量，重視飼草玉米生育后期氮肥的投入，適當(dāng)減少磷肥用量，選擇適宜的種植密度與收獲時期［11-13，26-27］。

已有研究表明不同類型玉米對氮磷鉀養(yǎng)分的需求差異較大。多數(shù)研究得出，玉米對氮素吸收量最多，鉀次之，磷最少［28］；隨著玉米產(chǎn)量的提高，氮、磷、鉀的吸收量增加［29］；玉米吸收養(yǎng)分高峰出現(xiàn)的時間和次數(shù)因品種而不同［30］。對于夏玉米，王忠孝等［31］研究得出成熟時 N、P2O5、K2O積累量的比例為3.7∶1∶3.5，而張智猛等［32］研究認(rèn)為其三要素需肥比例為2.2∶1∶2.0。高聚林等［33］對青貯玉米的研究表明，全生育期需要的營養(yǎng)元素的量是鉀＞氮＞磷，適宜的N∶P2O5∶K2O為（2.74±0.14）∶1∶（5.94±0.82），即青貯玉米對鉀的吸收量是氮吸收量的2倍多，而氮的吸收量又是磷吸收量的近3倍。氮素運籌對飼草礦質(zhì)元素含量及其礦質(zhì)營養(yǎng)也有一定影響［34］。在本研究中，施氮顯著提高了玉草2號的含氮量和氮吸收量；施氮微弱提高了磷含量，但顯著增加了磷吸收量；施氮有降低鉀含量的趨勢，對鉀吸收量無明顯影響。玉草2號對氮、磷、鉀的吸收量順序是N＞K2O＞P2O5，N∶P2O5∶K2O在拔節(jié)期為8.2∶1∶5.5，在喇叭口期為9.5∶1∶9.7，在收獲期為8.0∶1∶5.8。說明玉草2號對氮、鉀的吸收需求量遠(yuǎn)大于對磷素的吸收需求量，氮吸收需求量為磷的8～9倍，鉀吸收需求量為磷的6～9倍，而氮吸收需求量與鉀吸收需求量相當(dāng)，表明玉草2號種植中要注重氮、鉀肥的投入。綜合考慮植株生長、飼草產(chǎn)量品質(zhì)及種植效益等因素，玉草2號在洪雅當(dāng)?shù)氐耐扑]施氮量為180 kg／hm2。