種植密度與施氮對河西灌區(qū)青貯玉米產(chǎn)量與品質(zhì)及水分利用效率的影響

王 佳，李 陽，賈倩民， 常生華，Shahzad Ali，張 程，劉永杰，侯扶江

(蘭州大學 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點實驗室，草地農(nóng)業(yè)教育部工程研究中心， 草地農(nóng)業(yè)科技學院；蘭州 730020 )

河西灌區(qū)位于甘肅省西北部，面積約 27萬hm2，該區(qū)地勢平坦，降水稀少，蒸發(fā)量大，光照充足，屬典型干旱半干旱大陸性季風氣候[1-2]。近些年由于氣候變化和人類活動導致眾多生產(chǎn)和生態(tài)問題。一方面，大量農(nóng)田的高水肥投入，造成水資源浪費、土壤養(yǎng)分淋失、水肥利用效率低下等問題[3-4]。另一方面，該地區(qū)可利用地表水資源減少，造成地下水位下降、天然草地退化和土壤次生鹽堿化，嚴重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高和生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展[5-6]。因此，研究適宜河西地區(qū)的農(nóng)業(yè)管理措施對保障西北地區(qū)糧食安全和生態(tài)安全具有重要戰(zhàn)略意義。

青貯玉米作為優(yōu)質(zhì)飼草，既是牧區(qū)飼料供給的重要來源，更是農(nóng)牧交錯帶冬春飼料的保障[7-8]。推廣青貯玉米種植是響應國家“糧改飼”戰(zhàn)略、促進種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要措施之一。種植密度是影響玉米生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和營養(yǎng)品質(zhì)的重要因素[9]。有研究認為，隨種植密度的增加，玉米植株明顯增高[10]。然而，竇超銀等[11]認為，增加種植密度，玉米株高降低，但葉面積指數(shù)和生物量增加。董飛等[12]報道，玉米葉片的相對葉綠素含量隨種植密度的增加逐漸下降。但是，屈繩娟[13]認為，增加種植密度，玉米生育前期的葉綠素含量增加，但在生育中后期減少。有研究表明，提高種植密度，玉米生物產(chǎn)量顯著增高，而粗蛋白、粗脂肪等營養(yǎng)成分含量下降[14]。但是，胡文河等[15]認為，增大密度利于提高青貯玉米的品質(zhì)。胡春花等[16]發(fā)現(xiàn)，高密度種植下青貯玉米的干物質(zhì)量和粗脂肪含量較高，但粗蛋白含量降低，中性和酸性洗滌纖維含量升高，導致品質(zhì)下降。然而，有研究發(fā)現(xiàn)，粗蛋白含量與植株密度之間無顯著相關(guān)關(guān)系，種植密度對青飼玉米的中性洗滌纖維含量也無顯著影響[17]。可見，玉米的植株性狀、產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)與種植密度的關(guān)系存在爭議，且作用機理尚不明確，該方面的研究需進一步深化。

隨施氮量的增加，玉米株高和葉面積指數(shù)明顯增加，葉片功能期延長，葉綠素含量和籽粒產(chǎn)量顯著提高[13,18]。Chen 等[19]認為，施氮可以顯著增加玉米吐絲期和成熟期的干物質(zhì)量，而吐絲前營養(yǎng)器官的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量隨施氮量的增加而降低。但是有研究表明，過量施氮無益于干物質(zhì)積累，還會降低氮肥利用效率，導致減產(chǎn)[20-21]。王爽等[22]發(fā)現(xiàn)，隨施氮量的增加，飼用玉米的粗蛋白含量升高，而中性和酸性洗滌纖維含量下降。然而，屈繩娟[13]認為，青貯玉米的粗蛋白和中性洗滌纖維含量隨施氮量增加而提高，但酸性洗滌纖維含量變化不明顯[13]。還有研究認為，追施氮肥提高了玉米粗蛋白和粗脂肪含量，同時也提高了粗纖維和粗灰分含量[23]。多數(shù)研究表明，在一定范圍內(nèi)增加施氮量利于植株的氮素吸收，進而提高產(chǎn)量并改善品質(zhì)，但過量施氮并不能提高籽粒淀粉含量及飼草產(chǎn)量[24-25]。國內(nèi)外學者對施氮條件下玉米水分利用的研究結(jié)論有所不同，有研究認為施氮減小了作物耗水量[26]，也有研究表明施氮對作物耗水量無顯著影響[27]。宋尚有等[28]在黃土高原的研究表明，水分利用效率(WUE)隨施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢，在施氮 180 kg/hm2時最高。然而，徐振峰等[29]發(fā)現(xiàn)，全膜雙壟溝播玉米的WUE隨施肥量的增加而增高。但是有研究指出，在干旱脅迫下WUE并不隨施氮量的增加而提高[27,30]。目前，中國的氮肥消費量已遠超作物最高產(chǎn)量的需求量，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的氮肥盈余量高達175 kg/hm2[31]。因此，優(yōu)化氮肥管理是實現(xiàn)河西地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的 關(guān)鍵。

本試驗在河西灌區(qū)研究種植密度和施氮水平對青貯玉米生長、產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和水分利用的影響，分析田間土壤貯水量和耗水特征，揭示密度和氮肥調(diào)控水分利用效率的機制，明確提高青貯玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的適宜密度和施氮量，旨在為河西灌區(qū)青貯玉米的高產(chǎn)栽培與水分高效利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概括

本試驗于2019年在甘肅省張掖市臨澤縣新華鎮(zhèn)蘭州大學臨澤草地農(nóng)業(yè)試驗站(39°15′N，100°02′E)進行，海拔1 390 m，年平均氣溫 7.16 ℃，年平均降水量 121.5 mm，年降雨分配不均勻，主要集中在7至9月份，占全年總降水的 60%以上。年均潛在蒸發(fā)量為2 337.6 mm，屬于溫帶大陸性干旱氣候，年日照時數(shù) 3 042 h， ≥ 0 ℃年積溫 3 548 ℃，≥10 ℃年積溫 3 026 ℃。農(nóng)業(yè)灌溉主要依靠祁連山雪水和地下水，是典型的內(nèi)陸干旱灌區(qū)。

1.2 試驗設計和田間管理

本研究采用兩因素隨機區(qū)組試驗設計，設置3個種植密度，分別為6 7500 株/hm2(L)、82 500 株/hm2(M)和97 500 株/hm2(H)。每個密度設置4個施氮水平，分別為不施氮(N0)、施氮120 kg/hm2(N1)、施氮240 kg/hm2(N2)、施氮360 kg/hm2(N3)。播種前，N0處理只施138 kg/hm2過磷酸鈣，N1、N2、N3處理施300 kg/hm2磷酸二銨和75 kg/hm2尿素作為基肥 。N2處理在拔節(jié)期追施261 kg/hm2尿素，N3處理在6葉期、12葉期均追施261 kg/hm2尿素。試驗共12個處理，各處理重復3次，隨機區(qū)組排列，共36個小區(qū)，小區(qū)面積為38.5 m2(長×寬=7.7 m×5 m)，各小區(qū)之間設置1.5 m寬的隔離帶，防止小區(qū)間的水分滲漏。采用寬窄行種植方式，寬行間距 60 cm，窄行間距40 cm， L、M、H處理的株距分別為28 cm、23 cm、19 cm。各處理灌溉量均為200 mm，在拔節(jié)期和吐絲期各灌50%。除雜和病蟲害防治措施均一致。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 玉米生長特征 在玉米6葉期(V6)、12葉期(V12)、散粉期(PS)、灌漿期(BL)和收獲期(HA)，各小區(qū)隨機選取5株玉米，測量植株高度、莖粗(除6葉期)、相對葉綠素含量和葉面積。在各時期采用卷尺測量植株基部至最高葉尖的絕對株高(cm)，在抽雄期后測量植株基部到玉米雄穗頂端之間的距離作為株高。用游標卡尺測定基部第一節(jié)中部寬、窄處橫位直徑的平均值作為莖粗(mm)。用葉綠素儀(SPAD-502，美能達，日本)測定玉米穗位葉的相對葉綠素含量(SPAD)，每個葉片讀數(shù)4次，取平均值作為該植株葉片的SPAD。用手持葉面積儀(YMJ-D，浙江托普云農(nóng)，中國)測定葉面積，單位土地面積上植株的總?cè)~面積作為葉面積指數(shù)(LAI)。各時期隨機選取3株玉米立即稱量地上部鮮質(zhì)量，于室外風干2周，之后放置于65 ℃烘箱烘干至恒量，稱量后根據(jù)種植密度計算單位面積上地上干物質(zhì)量。

1.3.2 地上鮮草和干草產(chǎn)量 在收獲期，各小區(qū)隨機選取5.5 m2土地上的青貯玉米，立即稱量鮮質(zhì)量，計算鮮草產(chǎn)量。之后將植株晾曬2周，于65 ℃烘箱內(nèi)烘干48 h至恒量，稱量干質(zhì)量，計算干草產(chǎn)量。

1.3.3 營養(yǎng)品質(zhì) 用 FOSS-InfratecTM1241型(丹麥)近紅外儀測定粉碎樣品的粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)、淀粉和粗灰分等營養(yǎng)成分含量，并根據(jù)青貯玉米的干草產(chǎn)量計算各營養(yǎng)成分產(chǎn)量。使用以下公式計算相對飼用價值(RFV)：

RFV=(DDM×DMI)/1.29

DDM=88.9-0.799×ADF

DMI=120/NDF

式中，ADF為酸性洗滌纖維含量(%)；NDF為中性洗滌纖維含量(%)；DDM為可消化干物質(zhì)(%)；DMI為粗飼料干物質(zhì)隨意采食量(%)。

1.3.4 土壤水分利用特征 在播種前和收獲后采用烘干法對0～100 cm 土層土壤水分含量進行測定。使用土鉆每隔20 cm取一個土樣，裝入鋁盒，置于105 ℃烘箱烘24 h至恒量后稱量，計算土壤貯水量(SWS)，公式如下：

式中，hi為第i個土層深度(cm)；ρ為第i個土層的土壤體積質(zhì)量(g/cm3)；bi為第i個土層的土壤質(zhì)量含水率(%)；n為土層個數(shù)。

田間耗水量(ET)計算公式如下：

ET=P+I+W1-W2-D

式中，P為降水量(mm)；I為灌溉水量(mm)；W1為播前土壤貯水量 (mm)；W2為收獲期土壤貯水量(mm)；D為地表徑流量(mm)。

水分利用效率(WUE)計算公式如下：

WUE=Y/ET

式中，Y為干草產(chǎn)量(kg/hm2)，ET為田間耗水量(mm)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，SigmaPlot 13.0 進行繪圖，使用SPSS 18.0 軟件進行方差分析，不同處理之間的多重比較采用圖基法(Tukey’s Method)，顯著性水平設為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對青貯玉米株高和莖粗的影響

如圖1所示， 6葉期和12葉期，相同種植密度下各施氮處理的株高無顯著差異，相同施氮水平下H密度的株高顯著大于L，與M差異不顯著。散粉期、灌漿期和收獲期，M和H密度下N2和N3處理的株高顯著大于N0，相同施氮水平下各密度的株高無顯著差異。因素水平的平均值顯示，收獲期N1、N2和N3處理的株高較N0增加6.5%、10.5%和9.0%。散粉期、灌漿期和收獲期，L、M和H密度下N2和N3處理的莖粗顯著大于N0。平均值顯示，收獲期N1、N2和N3處理的莖粗較N0提高7.43%、15.56%和 16.25%。收獲期，N0水平下M和H的莖粗較L分別降低9.9%和19.2%；N1、N2和N3水平下M較L分別降低8.2%、9.4%和7.1%，H較L分別降低15.1%、17.6%和15.0%。

如圖2所示，灌漿期，M 和H密度及收獲期3個密度下，N2、N3處理的葉片相對葉綠素含量(SPAD)顯著高于N0，N2與N3無顯著差異。收獲期，L密度下N1、N2和N3的SPAD較N0分別提高7.2%、26.3%和21.8%，M密度下分別提高13.2%、35.1%和31.1%，H密度下分別提高13.1%、33.3%和37.8%。收獲期，N0水平下M 和H的SPAD較L降低7.5%和19.8%，N1水平下降低2.3%和15.4%，N2水平下降低 1.0%和15.3%，N3水平下降低0.5%和9.4%。收獲期，L密度下N1、N2和N3處理的葉面積指數(shù)(LAI)較N0分別提高10.2%、38.9%和 40.0%，M密度下分別提高24.1%、47.9%和47.7%，H密度下分別提高27.6%、50.6%和 47.0%，差異顯著。各時期相同施氮水平下，LAI隨種植密度的增大而增加。平均值顯示， M和H的LAI顯著高于L， 6葉期較L提高46.7%和50.2%，12葉期提高19.2%和20.0%，散粉期提高23.9%和28.1%，灌漿期提高21.6%和 28.6%，收獲期提高21.9%和28.2%。

2.2 不同處理對青貯玉米地上干物質(zhì)的影響

如圖3所示，灌漿期和收獲期，相同種植密度下N2和N3處理的地上干物質(zhì)量顯著高于N0，其他時期各施氮處理間無顯著差異。收獲期，L密度下N2和N3處理的地上干物質(zhì)量較N0提高6.1%和52.3%，M密度下提高61.6%和 51.8%，H密度下提高53.9%和50.0%。相同施氮水平下，各時期的地上干物質(zhì)量隨種植密度的增大而增加。收獲期，N0水平下M和H的地上干物質(zhì)量較L提高21.6%和38.7%，N1水平下提高31.3%和41.9%，N2水平下提高30.5%和 36.8%，N3水平下提高25.7%和36.6%，差異顯著。

2.3 不同處理對青貯玉米的鮮草和干草產(chǎn)量的影響

由圖4可知，種植密度與施氮對青貯玉米的鮮草及干草產(chǎn)量影響極顯著(P< 0.01)，兩因素的交互作用影響不顯著。L密度下 N2和N3的鮮草產(chǎn)量較N0顯著提高 56.6%和49.5%，干草產(chǎn)量顯著提高56.8%和 50.1%，N2與N3間無顯著差異。M密度下N1、N2和N3的鮮草產(chǎn)量較N0提高28.7%、59.4%和 58.5%，干草產(chǎn)量提高31.3%、60.4%和 58.5%，H密度下鮮草產(chǎn)量提高29.7%、51.5%和 55.2%，干草產(chǎn)量提高29.5%、51.1%和 55.1%，差異顯著。平均值顯示，N1、N2和N3處理的鮮草產(chǎn)量較N0顯著提高28.7%、55.7%和 54.7%。N0水平下各密度的鮮草和干草產(chǎn)量無顯著差異。N1水平下H密度的鮮草和干草產(chǎn)量顯著高于L，與M差異不顯著。N2水平下M和H的鮮草產(chǎn)量較L顯著提高23.5%和26.0%，干草產(chǎn)量顯著提高24.6%和26.5%。N3水平下M和H的鮮草產(chǎn)量較L顯著提高28.6%和 35.2%，干草產(chǎn)量顯著提高28.6%和35.5%。平均值顯示，M和H密度的鮮草產(chǎn)量較L顯著提高24.2%和30.9%，干草產(chǎn)量顯著提高25.2%和31.3%。所有處理中HN3處理的干草產(chǎn)量(35.9 t/hm2)最高，與M-N2差異不顯著。

2.4 不同處理對青貯玉米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

如表1，種植密度和施氮對青貯玉米粗蛋白、淀粉、粗脂肪和ADF含量有極顯著影響(P< 0.01)；種植密度對粗灰分含量影響不顯著，施氮對其影響極顯著(P<0.01)；種植密度對NDF含量影響極顯著(P<0.01)，施氮對其影響顯著 (P<0.05)。相同種植密度下N2和N3處理的粗蛋白含量顯著高于N0，N2與N3無顯著差異。相同施氮水平下各密度的粗蛋白含量無顯著差異。

表1 不同處理青貯玉米的營養(yǎng)成分含量Table 1 Nutrient content of silage maize under different treatments

平均值顯示，N1、N2和N3處理的粗蛋白含量較N0顯著提高9.7%、39.8%和53.2%。相同種植密度下各施氮處理的淀粉含量無顯著差異。N3水平下H密度的淀粉含量較L顯著降低 13.8%，其他施氮水平下各密度差異不顯著。平均值顯示，N1、N2和N3處理的淀粉含量較N0顯著降低7.2%、6.0%和7.1%；M和H密度的淀粉含量較L顯著降低6.1%和11.2%。

同一密度下N2和N3的粗脂肪含量顯著高于N0和N1。同一施氮水平下H的粗脂肪含量顯著低于L。平均值顯示，N1、N2和N3處理的粗脂肪含量較N0顯著提高9.7%、39.8%和 53.2%；M和H的粗脂肪含量較L顯著降低 7.8%和20.2%。M密度下N3處理的粗灰分含量顯著高于N0，L和H密度下各施氮處理無顯著差異。相同施氮水平下各密度的粗灰分含量無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3的粗灰分含量較N0顯著提高8.7%、16.9%和18.3%。所有處理中MN3處理的粗灰分含量最高，與MN2無顯著差異。同一密度下各施氮處理的NDF含量無顯著差異。N3水平下H密度的NDF含量顯著高于L，與M無顯著差異。平均值顯示，N3處理的NDF含量顯著低于N1；M和H密度的NDF含量較L顯著提高7.3%和 13.5%。L和H密度下N3處理的ADF含量顯著低于N1，與N2差異不顯著。相同施氮水平下各密度的ADF含量均無顯著差異。平均值顯示，與N0相比，N1的ADF含量提高3.8%，N2和N3顯著降低 8.6%和14.8%。M和H密度的ADF含量較L提高5.3%(P>0.05)和9.9%(P<0.05)。所有處理中HN1處理的ADF含量 (27.31%)最高，較MN2增加14.5%。

如表2所示，種植密度和施氮對青貯玉米干物質(zhì)采食量和相對飼用價值影響極顯著(P< 0.01)，對干物質(zhì)消化率無顯著影響。M和H密度下各施氮處理的干物質(zhì)采食量、干物質(zhì)消化率和相對飼用價值無顯著差異，L密度下N3處理的干物質(zhì)采食量顯著高于N1，相對飼用價值顯著高于N0，與N2無顯著差異。平均值顯示，與N0相比，N1的干物質(zhì)采食量降低2.5%(P> 0.05)，相對飼用價值降低3.5%(P>0.05)；N2和N3的干物質(zhì)采食量提高4.4%(P>0.05)和 8.5%(P<0.05)，相對飼用價值提高7.1%(P> 0.05)和13.4%(P<0.05)。N3水平下H密度的干物質(zhì)采食量顯著低于L，與M差異不顯著。平均值顯示，M和H密度的干物質(zhì)采食量較L顯著降低6.9%和12.0%；N3水平下L密度的相對飼用價值顯著大于M和H。平均值顯示，M和H密度的相對飼用價值較L顯著降低8.4%和14.6%。

表2 不同處理下青貯玉米的飼用價值Table 2 Feeding value of silage maize under different treatments

由表3可知，種植密度與施氮對青貯玉米粗蛋白、粗灰分、NDF、ADF的產(chǎn)量影響極顯著 (P<0.01)。種植密度對淀粉產(chǎn)量影響顯著，對粗脂肪產(chǎn)量無顯著影響，施氮對二者有極顯著影響 (P<0.01)。同一密度下N2和N3處理的粗蛋白產(chǎn)量顯著高于N0，N2與N3無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3的粗蛋白產(chǎn)量較N0顯著提高48.4%、107.2%和113.1%；同一施氮水平下各密度的粗蛋白產(chǎn)量差異不顯著。平均值表明，M和H的粗蛋白產(chǎn)量顯著高于L，較L提高 23.2%和25.5%。12個處理中HN3的粗蛋白產(chǎn)量最高，但與MN2無顯著差異。L和H密度下各施氮處理的淀粉產(chǎn)量無顯著差異，M密度下N2處理的淀粉產(chǎn)量顯著高于N0。同一施氮水平下各種植密度的淀粉產(chǎn)量無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3處理的淀粉產(chǎn)量較N0顯著提高20.1%、46.6%和43.3%。M和H密度的淀粉產(chǎn)量較L顯著提高17.2%和16.3%。所有處理中MN2的淀粉產(chǎn)量最高，為2.59 t/hm2。

表3 不同處理下青貯玉米的營養(yǎng)成分產(chǎn)量 Table 3 Nutrient component yield of silage maize under different treatments t/hm2

L和M密度下N2和N3處理的粗脂肪產(chǎn)量顯著高于N0和N1， H密度下N2和N3顯著高于N0。相同施氮水平下各密度的粗脂肪產(chǎn)量無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3的粗脂肪產(chǎn)量較N0顯著提高44.7%、118.4%和 139.5%。所有處理中MN3的粗脂肪產(chǎn)量(0.97 t/hm2)最高，但與MN2無顯著差異。相同種植密度下N2和N3處理的粗灰分產(chǎn)量顯著高于N0，N2與N3無顯著差異。相同施氮水平下各密度的粗灰分產(chǎn)量無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3的粗灰分產(chǎn)量較N0提高40.5%、 81.0%和82.3%，差異顯著。所有處理中HN3的粗灰分產(chǎn)量(1.60 t/hm2)最高，與MN2無顯著差異。

L密度下各施氮處理的NDF產(chǎn)量無顯著差異，M密度下N2顯著高于N0，H密度下N2和N3顯著高于N0。平均值顯示，N1、N2和N3的NDF產(chǎn)量較N0顯著提高33.0%、49.6%和 44.2%，而3個施氮處理間差異不顯著。N2和N3水平下，H密度的NDF產(chǎn)量顯著高于L，與M差異不顯著。平均值顯示，M和H的NDF產(chǎn)量較L顯著提高34.78%和49.7%。L和H密度下各施氮處理的ADF產(chǎn)量無顯著差異，M密度下N2顯著高于N0。N3水平下，H密度的ADF產(chǎn)量顯著大于L。平均值顯示，N1、N2和N3的ADF產(chǎn)量較N0顯著提高34.8%、42.7%和32.4%；M和H的ADF產(chǎn)量較L顯著提高32.1%和 44.6%，M與H差異不顯著。

2.5 不同處理對青貯玉米水分利用的影響

如表4所示，種植密度、施氮及兩者的交互作用對播前土壤貯水量影響不顯著，種植密度和交互作用對收獲期土壤貯水量無顯著影響，施氮對其影響極顯著(P<0.01)。種植密度和交互作用對田間耗水量影響不顯著，施氮對其影響顯著，種植密度和施氮對水分利用效率(WUE)影響極顯著(P<0.01)，交互作用對其無顯著影響。所有處理的播前和收獲期土壤貯水量及田間耗水量均無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3處理的收獲期土壤貯水量較N0降低4.9%(P>0.05)、12.5%(P<0.05)和17.6%(P<0.05)，田間耗水量較N0顯著提高5.1%、11.4%和13.6%；各種植密度的播前和收獲期土壤貯水量及田間耗水量無顯著差異。相同種植密度下N2和N3處理的WUE顯著高于N0，N2與N3無顯著差異。N2和N3水平下M和H的WUE顯著高于L，M與H無顯著差異。平均值顯示，N1、N2和N3處理的WUE較N0顯著提高23.1%、40.0%和 36.0%；M和H密度的WUE較L顯著提高 24.7%和25.8%。所有處理中MN2的WUE[84.61 kg/(hm2·mm)]最高。

表4 不同處理下青貯玉米的水分利用狀況Table 4 Water use status of silage maize under different treatments

3 討 論

3.1 種植密度與施氮對青貯玉米生長和產(chǎn)量的影響

有研究表明，在玉米生育前期各密度的葉面積指數(shù)差異較小，而在生育后期差異增大[32-33]。本試驗結(jié)果與上述相似，6葉期各密度的葉面積指數(shù)無顯著差異，而生育后期中、高密度的LAI顯著高于低密度。賈倩民[34]認為，在吐絲期和灌漿期，低密度下玉米葉片的相對葉綠素含量顯著大于高密度。王廣福[35]研究也發(fā)現(xiàn)，玉米葉片的相對葉綠素含量與種植密度呈負相關(guān)。本研究結(jié)果與以上相似，在灌漿期和收獲期，低密度下青貯玉米的相對葉綠素含量顯著大于高密度。本試驗還發(fā)現(xiàn)，6葉期青貯玉米的株高隨種植密度的增大而增加，而生育中后期各種植密度的株高無顯著差異，但高密度種植顯著降低莖粗。大量研究表明，施氮不足或過量會降低玉米的葉面積指數(shù)和地上干物質(zhì)量[19-21]。杜斌等[36]報道，當施氮量低于240 kg/hm2時，玉米的地上干物質(zhì)量與施氮量呈正相關(guān)關(guān)系，繼續(xù)增施氮肥后其干物質(zhì)積累增加不顯著。本試驗中，在生長后期240 kg/hm2和360 kg/hm2施氮處理較不施氮顯著提高青貯玉米的株高、莖粗、相對葉綠素含量、葉面積指數(shù)和鮮干草產(chǎn)量，但施氮360 kg/hm2與240 kg/hm2無顯著差異。

3.2 種植密度與施氮對青貯玉米營養(yǎng)品質(zhì)的影響

青貯玉米的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量隨種植密度的增大而減小，酸性和中性洗滌纖維含量隨種植密度的增大而增加[37-38]。本試驗中，粗蛋白、淀粉和粗脂肪含量隨種植密度的增加而降低，但酸性和中性洗滌纖維含量隨密度的增加而升高，這與王曉娟等[37]的研究結(jié)果一致。Dado和Allen[39]指出，適當降低飼料的中性洗滌纖維含量可以提高奶牛的干物質(zhì)采食量。筆者研究發(fā)現(xiàn)，玉米的中性洗滌纖維含量隨種植密度的增加而提高，干物質(zhì)采食量和相對飼用價值隨密度的增加而降低。Oikeh等[40]發(fā)現(xiàn)，在一定施氮量范圍內(nèi)，玉米籽粒的粗蛋白含量隨施氮量的增加而增加。劉恩科等[41]研究表明，施氮可以提高玉米籽粒的蛋白質(zhì)、總氨基酸、粗脂肪和粗灰分的含量，但是淀粉含量與施氮量呈負相關(guān)。王爽等[22]和李建奇等[42]認為，粗蛋白含量與施氮量呈正相關(guān)，而淀粉、中性和酸性洗滌纖維含量隨施氮量的增加逐漸降低。本試驗結(jié)果與上述相似，施氮較不施氮顯著提高了玉米的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量，顯著降低淀粉含量。

3.3 種植密度與施氮對青貯玉米水分利用的 影響

有研究表明，無論平水年還是豐水年，增加種植密度顯著增大生長前期的田間耗水量[42]。本試驗中種植密度對土壤貯水量和田間耗水量無顯著影響，可能是研究區(qū)潛在蒸發(fā)量較高，低密度下葉面積指數(shù)較低，到達地表的太陽輻射較多，土壤水分主要以蒸發(fā)為主，高密度種植下雖然植株蒸騰耗水較多，但群體結(jié)構(gòu)緊湊，可形成一定的“遮陰效益”[43]，減少了土壤蒸發(fā)，從而使田間耗水量較低密度無顯著差異。有研究表明，玉米產(chǎn)量和WUE隨植密度的增加而增高[44]。本研究結(jié)果與以上相似，中、高密度較低密度顯著提高玉米的干草產(chǎn)量，但并未顯著增加田間耗水量，因此提高了WUE。Li等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在相同的種植模式下，當施氮量增大至200 kg/hm2，土壤貯水量顯著提高，當施氮達300 kg/hm2時，土壤貯水量和蒸散速率顯著降低。本研究發(fā)現(xiàn)，中、高施氮處理較不施氮顯著降低收獲期土壤貯水量，顯著提高田間耗水量和WUE。翟丙年和李生秀[46]認為，夏玉米的WUE與施氮時期相關(guān)，苗期和拔節(jié)期施氮對其影響較大。不同施氮處理下玉米的WUE存在顯著差異，這也可能與施肥時期有關(guān)。因此，需進一步研究施氮水平和時期對青貯玉米水分利用的影響及其調(diào)控機制。

4 結(jié) 論

增大種植密度和提高施氮量主要在生育后期促進玉米的生長和干物質(zhì)積累，實現(xiàn)對青貯玉米群體指標的良好促進。合理的種植密度和施氮量(MN2)顯著提高青貯玉米的粗蛋白產(chǎn)量和鮮干草產(chǎn)量，降低酸性和中性洗滌纖維含量，提高相對飼用價值，改善青貯玉米的營養(yǎng)品質(zhì)，同時提高水分利用效率。因此，82 500 株/hm2的種植密度結(jié)合240 kg/hm2的施氮量是一種適宜中國河西灌區(qū)青貯玉米生產(chǎn)的栽培措施。