氮肥用量對糧飼兼用玉米產(chǎn)量和飼用品質(zhì)形成的影響

李 婧，李玲玲，張立健，陳亮亮，謝軍紅

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

氮肥用量對糧飼兼用玉米產(chǎn)量和飼用品質(zhì)形成的影響

李 婧，李玲玲，張立健，陳亮亮，謝軍紅

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070)

本研究分析了隴中黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)全膜雙壟溝播模式下不同氮肥施用量(N1：0 kg·hm-2，N2：100 kg·hm-2，N3：200 kg·hm-2，N4：300 kg·hm-2)對糧飼兼用玉米(Zeamays)產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響。結(jié)果表明，相同P、K肥條件下，在0～300 kg·hm-2純N用量范圍內(nèi)，糧飼兼用玉米葉面積指數(shù)(LAI)，葉片、葉鞘和莖稈的干物質(zhì)量，持綠性，以及籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量都隨施氮量的增加而增加；中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量隨著施氮量的升高而降低，隨生育進(jìn)程增加；粗蛋白含量隨著施氮量的升高而增加，隨生育進(jìn)程降低；相同施氮量處理下的葉片中NDF和ADF含量在不同時(shí)期均低于葉鞘；高的施氮量也有利于籽粒飼用品質(zhì)的改善。因此，適量增施氮肥能明顯提高糧飼兼用玉米產(chǎn)量，改善其品質(zhì)。建議隴中旱農(nóng)區(qū)采用全膜雙壟溝播技術(shù)種植糧飼兼用玉米時(shí)氮肥用量為純N 300 kg·hm-2，既能提高生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，又能改善青貯和飼用品質(zhì)。

施氮量；經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；生物產(chǎn)量；葉面積指數(shù)；飼用品質(zhì)

玉米(Zeamays)是我國重要的糧食、飼料、經(jīng)濟(jì)兼用型作物[1],目前,我國玉米70%以上都被作為飼料。在隴中、甘南、臨夏等地，由于降水和熱量條件限制，長期以來玉米的種植面積擴(kuò)大受到嚴(yán)重限制。全膜雙壟溝播玉米栽培技術(shù)是旱作農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)突破性創(chuàng)新技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)集地膜覆蓋抑蒸、覆膜提溫、壟溝集雨種植技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)集雨、保墑、提溫、增產(chǎn)，突破了玉米種植的自然水熱限制，將玉米種植區(qū)擴(kuò)展到了海拔2 300 m以上、年降水量300～400 mm的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)[2-5]。截止到2013年，覆膜面積為87.4萬hm2。該技術(shù)的廣泛應(yīng)用極大地促進(jìn)了旱農(nóng)區(qū)玉米生產(chǎn)，為養(yǎng)殖業(yè)帶來了機(jī)遇，同時(shí)，也對玉米飼用化提出了新的要求。

玉米光合產(chǎn)物總量中，有50%～60%貯存于秸稈當(dāng)中，但普通玉米秸稈營養(yǎng)成分含量較低、品質(zhì)較差，并且干物質(zhì)消化率也普遍偏低，從而限制了其飼料化利用。糧飼兼用型玉米不僅在經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量上比普通玉米有所提高，而且成熟期時(shí)籽粒飽滿產(chǎn)量高，保綠性好，有利于青貯，有較高的營養(yǎng)價(jià)值[6]。對青貯玉米栽培的研究主要集中在專用青貯玉米的施肥技術(shù)和栽培理論[7-13]，而針對糧飼兼用型玉米的研究較少[6,14-15]。有研究發(fā)現(xiàn)，籽粒產(chǎn)量高的玉米品種，其秸稈品質(zhì)也很好，從而可以實(shí)現(xiàn)玉米籽粒產(chǎn)量和秸稈品質(zhì)的協(xié)同提高[16-17]。在我國，對糧飼兼用型玉米品質(zhì)的形成及含量的研究甚少，遠(yuǎn)落后于對青貯玉米生產(chǎn)的研究[18-22]。

粗蛋白是飼料中含氮物質(zhì)的總稱，是決定玉米飼用營養(yǎng)價(jià)值的重要基礎(chǔ)[23]，玉米飼用品質(zhì)鑒定中粗蛋白含量的提高一直是人們關(guān)注和研究的課題。ADF作為反芻動(dòng)物粗飼料采食量的重要指標(biāo)，較低的含量有利于提高動(dòng)物對粗飼料的采食量[24]。國內(nèi)外有許多關(guān)于專用青貯玉米品質(zhì)的研究報(bào)道[20，25-28]，氮素對提高玉米蛋白質(zhì)含量以及施氮對高淀粉玉米產(chǎn)量的影響也已有較為系統(tǒng)的研究[29-34]，然而對于糧飼兼用型玉米的飼用品質(zhì)鮮見報(bào)道。

為此，本研究在全膜雙壟溝播技術(shù)模式下設(shè)置不同氮肥用量的大田試驗(yàn)，通過分析不同生育時(shí)期不同器官干物質(zhì)、糧飼兼用品質(zhì)指標(biāo)，探討氮肥用量對糧飼兼用型玉米產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響，以期為隴中旱農(nóng)區(qū)糧飼兼用玉米的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2012-2013年在甘肅省定西市安定區(qū)李家堡鎮(zhèn)麻子川村進(jìn)行，試區(qū)屬典型黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)，平均海拔為 2 000 m，日照時(shí)數(shù)2 476. 6 h，年均氣溫6. 4 ℃， ≥0 ℃積溫2 933.4 ℃·d， ≥10 ℃積溫2 238.1 ℃·d，無霜期141 d。多年平均降水量390.8 mm，年蒸發(fā)量1 532 mm，為黃土高原西部典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土，土質(zhì)綿軟，土層深厚，質(zhì)地均勻，貯水性能良好；0-200 cm土壤容重平均為1.19 g·cm-3，pH值8.36。土壤有機(jī)質(zhì)12.01 g·kg-1，全氮0.76 g·kg-1，全磷1.77 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)處理，即施用純氮0 kg·hm-2(N1)、100 kg·hm-2(N2)、200 kg·hm-2(N3)、300 kg·hm-2(N4)，氮肥用尿素，各處理磷肥用量均為P2O5150 kg·hm-2。小區(qū)面積5.0 m×8.0 m，每個(gè)處理重復(fù)3次。氮肥的1/3和全部磷肥作種肥，其余氮肥于玉米大喇叭口期追施。試驗(yàn)采用全膜雙壟溝播技術(shù)，具體做法：田間起大小雙壟，大壟寬70 cm、高10～15 cm，小壟寬40 cm、高15～20 cm，起壟后用寬120 cm，厚0.008 mm的薄膜全地面覆蓋。膜與膜間不留空隙，兩幅膜相接處在大壟中間，覆膜時(shí)地膜與壟面、壟溝貼緊，每隔2～3 m橫壓腰帶，壟溝內(nèi)每隔50 cm左右打一滲水孔，以使降水滲入。5月初用手持點(diǎn)粒器進(jìn)行播種，播種深度5 cm左右，密度5.25萬株·hm-2，品種為富農(nóng)821。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù) 拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期、乳熟期和蠟熟期每小區(qū)取有代表性的3株帶回實(shí)驗(yàn)室，分別取葉測量單葉葉長(用a表示葉片中脈長度)和葉寬(用b表示葉片最大寬度)。

葉面積指數(shù)( LAI )由下式中求得：

其中，K為校正系數(shù)，玉米取值0.75，P為玉米栽培密度5.25萬株·hm-2，a和b分別為葉片的長和寬，i為葉片個(gè)數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì) 各生育時(shí)期每小區(qū)取有代表性的3株，將地上部植株按各器官分解后分別用網(wǎng)袋裝好，風(fēng)干并將其放入烘箱內(nèi)95 ℃烘至恒重，測定干物質(zhì)積累量。

1.3.3 產(chǎn)量測定 收獲期每小區(qū)隨機(jī)取有代表性的30株測定生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，折算為單位面積產(chǎn)量。

1.3.4 糧飼兼用品質(zhì)的測定 拔節(jié)期、大喇叭口期、灌漿期、乳熟期和蠟熟期的干物質(zhì)測定后留樣標(biāo)記，采用范式纖維測定法測定酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)，用凱氏定氮法測定粗蛋白質(zhì)(CP)含量[35]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用EXCEL進(jìn)行分析和作圖。SPSS17.0數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并用鄧肯法(Duncan)測驗(yàn)處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮對不同生育時(shí)期糧飼兼用玉米單株葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)是反映植物群體生長狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接與最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)。2012年全生育期內(nèi)，半干旱地區(qū)玉米的葉面積指數(shù)隨生育期的推進(jìn)呈現(xiàn)先增后減的趨勢，大喇叭口期到灌漿期增長速度最明顯，在灌漿期達(dá)到最大值(表1)。施氮肥量對各個(gè)生育時(shí)期不同玉米葉面積指數(shù)都有顯著影響，對蠟熟期的影響最大，N4處理葉面積指數(shù)是N1處理的2.01倍，極大地改善了持綠性，有利于青貯。因此，在本試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，施氮量越高越有利于不同生育時(shí)期葉面積指數(shù)的提高和持綠性的改善。

表1 2012年不同施氮水平下玉米不同生育時(shí)期的葉面積指數(shù)

注：N1、N2、N3、N4分別表示施N量為0、100、200、300 kg·hm-2。不同小寫字母表示同一生育期或同一指標(biāo)不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: N1、N2、N3、N4 represent nitrogen application rate with 0, 100, 200, 300 kg·ha-1, respectively. Different lower case letters for the same growth stage or the same parameter indicate significant difference among different treatments at 0.05 level. The same below.

2.2 不同施氮處理下糧飼兼用玉米干物質(zhì)的積累變化規(guī)律

2013年各處理下玉米各生育時(shí)期葉片、葉鞘、莖稈干物質(zhì)積累均表現(xiàn)為前期慢中期快后期又慢。葉片、葉鞘、莖稈干物質(zhì)積累量最快時(shí)期出現(xiàn)在大喇叭口期-灌漿期，灌漿期-乳熟期干物質(zhì)積累速度開始放緩，乳熟期-蠟熟期干物質(zhì)量略有下降(表2)。氮肥用量對各個(gè)時(shí)期的干物質(zhì)量都有顯著影響，氮肥用量越高，干物質(zhì)積累量越高。不同處理下全株干物質(zhì)積累也表現(xiàn)為前期慢中期快后期又慢，玉米全株干物質(zhì)積累量最高出現(xiàn)在乳熟期，N4處理在蠟熟期全株干物質(zhì)量達(dá)到21.79 t·hm-2，比N1提高了33.68%(表3)。2012年，N4處理在乳熟期玉米葉片、葉鞘、莖稈干物質(zhì)積累量最高，分別比不施氮的處理N1增長0.72、0.70、0.70 t·hm-2。所以，適當(dāng)增施氮肥有利于玉米在各個(gè)生育時(shí)期地上部分干物質(zhì)的積累及收獲期時(shí)生物產(chǎn)量的提高。本研究認(rèn)為N4處理施氮量300 kg·hm-2可以有效提高全株及各器官干物質(zhì)積累量。

表2 2012年和2013年不同氮肥用量下玉米莖葉干物質(zhì)積累量

表3 2013年不同施氮量下玉米全株的干物質(zhì)積累量

2.3 不同施氮量對玉米產(chǎn)量的影響

經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量均隨著施氮量的增加而增加，增加施氮量可以明顯提高糧飼兼用玉米的產(chǎn)量(表4)。2012年高施氮量N4處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較N1處理的增加了3.04 t·hm-2；2013年，N4處理的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較N1處理的增加了1.96 t·hm-2。兩年間生物產(chǎn)量的最大值均出現(xiàn)在高施氮量處理，總體上氮肥用量在300 kg·hm-2時(shí)糧飼兼用玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量最高。

2.4 不同施氮量對糧飼兼用玉米莖葉鞘酸、中性洗滌纖維的影響

2012年糧飼兼用玉米葉鞘中的酸性洗滌纖維(ADF)的含量均高于葉片和莖稈中ADF含量，且隨著生育期的推進(jìn)ADF含量增加(圖1)。不同施氮水平在各生育時(shí)期對ADF含量影響有較大差異，總體上是隨著施氮量的增加葉片和葉鞘中的ADF含量降低。在乳熟期，N4處理葉片中ADF含量較N1處理降低7.2%,葉鞘中較N1處理降低6.6%，莖稈中的較N1處理降低9.7%。可以看出，提高施氮量可以降低葉片和莖鞘中的ADF含量，有利于玉米秸稈飼用品質(zhì)的提高。

2012年糧飼兼用玉米葉鞘中的NDF含量也高于葉片和莖稈，但隨著生育期的推進(jìn)NDF含量的增長沒有ADF明顯，大喇叭口期-灌漿期葉片的NDF含量增長相對較快(圖1)。隨著施氮量的增加葉片和葉鞘中的NDF含量也降低。在乳熟期N1處理葉片中NDF含量較N4處理高9.5%，在蠟熟期較N4高6.3%。乳熟期N4葉鞘中的NDF含量較N1處理低4.4%，在蠟熟期較N1低4.6%。在乳熟期N4莖稈中NDF含量較N1降低6.2%。在蠟熟期較N1降低4.7%。高施氮量可以顯著地降低葉片和葉鞘中的NDF含量，有利于玉米秸稈飼用品質(zhì)的改善。

表4 2012年和2013年不同施氮量對玉米經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和生物產(chǎn)量的影響

圖1 2012年不同施氮量對糧飼兼用玉米葉、鞘、莖中ADF和NDF含量的影響Fig.1 Effects of N application rates on ADF and NDF content in stem，leaf and sheath of maize in 2012

2.5 不同施氮量對糧飼兼用玉米莖、葉粗蛋白積累的影響

葉片中的粗蛋白含量在各個(gè)時(shí)期均明顯大于葉鞘中粗蛋白含量(圖2)。糧飼兼用玉米生育期內(nèi)葉片中的粗蛋白含量隨著生育期的進(jìn)行呈下降趨勢。隨著施氮量的增加粗蛋白含量增大，高施氮量處理300 kg·hm-2(N4)在各個(gè)時(shí)期均表現(xiàn)出最大的粗蛋白含量，在乳熟期N4處理葉片中的粗蛋白含量較N1處理施氮量高21.06%。葉鞘中的粗蛋白含量，乳熟期N4較N1處理高38.2%，在蠟熟期N4處理葉片和葉鞘較N1處理高29.33%和45.97%。因此，在本試驗(yàn)設(shè)置范圍內(nèi)，提高施氮量可以有效提高葉片和葉鞘中的粗蛋白含量，改善飼用品質(zhì)。

2.6 不同施氮量對玉米籽粒中的酸性、中性洗滌纖維和粗蛋白含量影響

2012年氮肥用量對糧飼兼用玉米籽粒飼用品質(zhì)的影響和對葉片、葉鞘的影響相似，隨著施氮量的增大，NDF和ADF含量減少，CP含量顯著增加(P<0.05)(表5)。因此，增施氮肥也有利于籽粒飼用品質(zhì)的改善。

圖2 2012年不同施氮量對糧飼兼用玉米葉片和葉鞘CP含量的影響Fig.2 Effects of N application rates on CP content in leaf and sheath of maize in 2012 表5 2012年不同施氮量對糧飼兼用玉米籽粒中的酸性、中性洗滌纖維和粗蛋白含量影響

Table 5 Effects of N application rates on content of NDF, ADF and crude protein in kernels of maize in 2012 %

3 討論與結(jié)論

營養(yǎng)成分的有無與多少的問題決定著飼用品質(zhì)的好壞，這與物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)和代謝密切相關(guān)[36-37]。本研究表明，在0～300 kg·hm-2純N用量范圍內(nèi)，糧飼兼用玉米富農(nóng)821葉面積指數(shù)(LAI)，葉片、葉鞘和莖稈的干物質(zhì)量，持綠性，以及籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量都隨施氮量的增加而增加；NDF和ADF含量隨著施氮量的升高而降低，隨生育進(jìn)程增加；粗蛋白含量隨著施氮量的提高而提高，隨生育進(jìn)程降低；相同施氮量處理下的葉片中NDF和ADF含量在不同時(shí)期均低于葉鞘中的NDF和ADF含量；高的施氮量也有利于籽粒飼用品質(zhì)的改善。與之前很多學(xué)者的研究結(jié)果類似[31-34,38]，但不同研究得出的最佳施氮量不同，這是區(qū)域氣候和土壤差異所致。不同氮肥用量下糧飼兼用玉米最終品質(zhì)的形成是各器官中的干物質(zhì)和品質(zhì)指標(biāo)在各時(shí)期累積的結(jié)果。

由此可見，適量增施氮肥對于糧飼兼用玉米產(chǎn)量和飼用品質(zhì)的改善有很大的作用，建議隴中旱農(nóng)區(qū)采用全膜雙壟溝播技術(shù)種植糧飼兼用玉米時(shí)氮肥以純N 300 kg·hm-2為好，既能提高生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量，還能改善青貯和飼用品質(zhì)。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Effects of nitrogen application on yield and forage quality of grain and forage maize

LI Jing, LI Ling-ling, ZHANG Li-jian, CHEN Liang-liang, XIE Jun-hong

(Agronomy Faculty of Gansu Agricultural University, Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science, Lanzhou 730070, China)

Influences of different nitrogen application rates (N1:0 kg·ha-1, N2:100 kg·ha-1, N3:200 kg·ha-1, N4:400 kg·ha-1) on yield and forage quality of grain-forage maize which were planted in furrows of completely mulched in rainfed agriculture regions in the Loess plateau were investigated. The results showed that leaf area index (LAI), dry weight of leaf, leaf sheath and stalk, grain yield and biomass increased with the increasing of nitrogen application rate with the same rates of phosphorus (P) and potassium (K) applications. Contents of neutral detergent fiber(NDF) and acid detergent fiber(ADF) decreased with the increasing of nitrogen application rate, but increased with crop development. Content of crude protein performed increased with the increasing of nitrogen application rate, but decreased with the crop growth development. Content of NDF and ADF in the leaves were lower than those of leaf sheath under the same nitrogen rate. The quality of grains was also benefited from higher nitrogen application rates. Therefore, it can be concluded that optimum nitrogen fertilizer application can improve yield and quality of grain-forage maize and 300 kg·ha-1of N was the optimum rate for maize growth in furrows of completely mulched alternating narrow and wide ridges systems, in semiarid areas in the Loess Plateau.

nitrogen application rate; grain yield; biomass; leaf area index; forage quality

Li lingling E-mail: lill@gsau.edu.cn

10.11829j.issn.1001-0629.2014-0151

2014-03-31 接受日期：2014-06-25

973前期課題(2012CB722902)；2011年度高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(041034)；盛彤笙科技創(chuàng)新(GSAU-STS-1226)

李婧(1987-)，女，吉林通榆人，在讀碩士生，研究方向?yàn)楹档嘏c綠洲農(nóng)作制。E-mail:695790644@qq.com

李玲玲(1977-),女，甘肅甘谷人，教授，博導(dǎo)，博士，研究方向?yàn)楹档嘏c綠洲農(nóng)作制。E-mail:lill@gsau.edu.cn

S816;S513.62

A

1001-0629(2015)03-0442-08

李婧，李玲玲，張立健，陳亮亮，謝軍紅.氮肥用量對糧飼兼用玉米產(chǎn)量和飼用品質(zhì)形成的影響[J].草業(yè)科學(xué),2015,32(3):442-449.

LI Jing,LI Ling-ling,ZHANG Li-jian,CHEN Liang-liang,XIE Jun-hong.Effects of nitrogen application on yield and forage quality of grain and forage maize[J].Pratacultural Science，2015,32(3)：442-449.