我國(guó)青貯玉米組合（品種）的農(nóng)藝性狀、生物產(chǎn)量和品質(zhì)變化

成廣雷 ， 邱軍 ， 王曉光 ， 徐田軍 ， 陳傳永 ，張春原， 夏千千， 吳元奇， 趙久然*， 王榮煥*

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究所，玉米DNA指紋及分子育種北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097；2.北京順鑫農(nóng)科種業(yè)科技有限公司，北京 100097；3.中國(guó)種子協(xié)會(huì)青貯分會(huì)，北京 100026；4.全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100026；5.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所，成都 611130）

按照收獲物及用途可將玉米分為籽粒玉米、青貯玉米和鮮食玉米3類[1-2]，其中青貯玉米是在乳熟末至蠟熟初期收獲全株，經(jīng)切碎發(fā)酵后用于草食牲畜飼料，具有生物產(chǎn)量高、飼用品質(zhì)優(yōu)、消化吸收率好等突出優(yōu)勢(shì)。青貯玉米飼料可長(zhǎng)期保持青綠多汁、芳香適口狀態(tài)，有效保存了飼料養(yǎng)分，是發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和奶業(yè)不可或缺的基礎(chǔ)飼料來(lái)源，是草食牲畜養(yǎng)殖業(yè)的支柱[3-4]。近年來(lái)畜牧業(yè)快速發(fā)展，據(jù)估算，我國(guó)1 000多萬(wàn)頭奶牛需要青貯玉米種植面積超過(guò)200萬(wàn)hm2，肉牛、羊等反芻動(dòng)物需要青貯玉米潛力更大，目前優(yōu)質(zhì)青貯玉米的種植面積還有較大發(fā)展空間[5]。因此，在當(dāng)前新形勢(shì)下，加強(qiáng)對(duì)優(yōu)質(zhì)青貯玉米新品種的選育和推廣迫在眉睫。

我國(guó)自20世紀(jì)60年代開(kāi)始青貯玉米育種研究，1977年從墨西哥國(guó)家玉米改良中心引進(jìn)了適宜在西南種植的墨白1號(hào)，1985年首次審定了青貯玉米品種京多1號(hào)[6]，“七五”期間我國(guó)將青貯玉米育種列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，提出了以多稈多穗、青枝綠葉、莖葉多汁、富含糖分、適口性好和生物產(chǎn)量高為主要育種目標(biāo)。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所選育的科多4號(hào)于1989年通過(guò)審定，遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能研究所選育的遼原1號(hào)于1988年通過(guò)審定，其后太多1號(hào)、科多4號(hào)、龍牧1號(hào)和中原單32等青貯玉米品種陸續(xù)通過(guò)審定[7]。2002年，根據(jù)我國(guó)青貯玉米生產(chǎn)需求和科研育種發(fā)展?fàn)顩r，全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心品種管理處組織開(kāi)展了國(guó)家青貯玉米品種區(qū)域試驗(yàn)，國(guó)審青貯玉米品種由無(wú)到有、由少到多。區(qū)域試驗(yàn)是青貯玉米品種審定和推廣的重要依據(jù)，可以篩選出優(yōu)良品種并明確適宜種植區(qū)域。系統(tǒng)分析國(guó)家區(qū)試青貯玉米品種農(nóng)藝性狀、生物產(chǎn)量及品質(zhì)變化，不僅為預(yù)測(cè)未來(lái)我國(guó)青貯玉米品質(zhì)變化趨勢(shì)提供重要依據(jù)，同時(shí)還可對(duì)青貯玉米品質(zhì)改良育種、品種布局起到重要參考作用。在國(guó)家青貯玉米品種區(qū)域試驗(yàn)中，品質(zhì)指標(biāo)主要有酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、粗蛋白含量等。粗蛋白可提供牲畜所需氨基酸等，其含量越高，青貯玉米品質(zhì)越好[8-9]；中性洗滌纖維含量越低，可消化的物質(zhì)就越多[10]；酸性洗滌纖維是用來(lái)衡量干物質(zhì)消化率的指標(biāo)，其含量越高，干物質(zhì)消化率越低[11-12]。自2014年起，又增加了淀粉含量指標(biāo)，全株淀粉含量高，可為牲畜提供較多的能量。因長(zhǎng)期受種植觀念、扶持政策等多種因素的影響，我國(guó)青貯玉米生產(chǎn)和育種未有突破性進(jìn)展。與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)青貯玉米育種水平還較低。在當(dāng)前新形勢(shì)下，加強(qiáng)青貯玉米種質(zhì)原始創(chuàng)新和培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、多抗廣適、易制種的青貯玉米新品種迫在眉睫。因此，本文對(duì)2003—2019年國(guó)家青貯玉米區(qū)域試驗(yàn)參試組合（品種）的生育期、農(nóng)藝性狀、青貯品質(zhì)及生物產(chǎn)量進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并探討了我國(guó)青貯玉米品種的發(fā)展變化趨勢(shì)，以期為今后青貯玉米育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于2003—2019年國(guó)家玉米品種區(qū)域試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告，指標(biāo)主要包括生育期、農(nóng)藝性狀（株高和穗位高）、生物產(chǎn)量（干重，dry weight,DW)及品質(zhì)性狀（ADF、NDF、粗蛋白和淀粉含量）。

1.2 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，利用SigmaPlot 10.0軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 青貯玉米組合（品種）數(shù)量

2003—2019年參加國(guó)家青貯玉米品種區(qū)域試驗(yàn)的青貯玉米組合（品種）累計(jì)394個(gè)，參試數(shù)量呈先降低后升高趨勢(shì)（圖1）。2003—2005年參試數(shù)量每年40個(gè)以上，之后逐年下降，2011年最少（僅有9個(gè)）。2015年以來(lái)，隨著“鐮刀彎”地區(qū)（包括東北冷涼區(qū)、北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)、西北風(fēng)沙干旱區(qū)、太行山沿線區(qū)及西南石漠化區(qū)，在地形版圖中呈現(xiàn)由東北向華北-西南-西北鐮刀彎狀分布）玉米種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及“糧改飼”進(jìn)程加快，青貯玉米組合（品種）參試數(shù)量急劇增加，2019年達(dá)到33個(gè)。

圖1 2003—2019年參試青貯玉米組合（品種）數(shù)量Fig.1 Number of tested silage maize combinations（varieties）from 2003 to 2019

2.2 不同生態(tài)區(qū)青貯玉米組合（品種）性狀分析

由表1可知，參試青貯玉米組合（品種）的生育期、農(nóng)藝性狀和生物產(chǎn)量在不同生態(tài)區(qū)間存在差異。東華北和西北區(qū)參試組合（品種）的生育期相當(dāng)，且較黃淮海和南方區(qū)長(zhǎng)15 d左右。株高和穗位高總體表現(xiàn)為東華北＞西北＞黃淮海＞南方，生物產(chǎn)量則表現(xiàn)為西北＞東華北＞黃淮海＞南方，而青貯品質(zhì)指標(biāo)在不同生態(tài)區(qū)間相差不大。

表1 不同生態(tài)區(qū)參試青貯玉米組合（品種）的性狀指標(biāo)Table 1 Characteristic index of national silage maize regional test combinations（varieties）in different ecological regions

2.3 參試青貯玉米組合（品種）的生物產(chǎn)量

由圖2可知，2003—2019年394個(gè)參試青貯玉米組合（品種）的生物產(chǎn)量平均為19477.5kgDW·hm-2，變幅為9 706.5～36 690.0 kg DW·hm-2。17年間，參試青貯玉米組合（品種）的生物產(chǎn)量呈先降低后升高趨勢(shì)，其中2009—2011年生物產(chǎn)量均低于18 000.0 kg DW·hm-2，平均為 17 334.0 kg DW·hm-2，其余年份均高于 18 000.0 kg DW·hm-2。2003—2010年參試組合（品種）生物產(chǎn)量平均為18 614.7 kg DW·hm-2，而2011—2019年為19 336.5 kg DW·hm-2，近 10年生物產(chǎn)量增加了 721.8 kg DW·hm-2。2003年參試組合（品種）生物產(chǎn)量平均為 20 991.0 kg DW·hm-2，變幅為 9 706.5～36 690.0 kg DW·hm-2。2019年參試組合（品種）生物產(chǎn)量平均為20 895.0 kg DW·hm-2，變幅為19 065.0～25 530.0 kg DW·hm-2。生物產(chǎn)量呈分散到集中的趨勢(shì)。

圖2 參試青貯玉米組合（品種）的生物產(chǎn)量Fig.2 Biological yieild of silage maize combinations（varieties）

2.4 青貯玉米組合（品種）的生育期

由圖3可知，394個(gè)參試青貯玉米組合（品種）平均生育期為111.8 d，變幅為77.8～142.0 d，其中，春播組合（品種）平均為109.3 d，比夏播組合（品種）（99.6 d）長(zhǎng)9.7 d。17年間，春播青貯玉米組合（品種）生育期呈延長(zhǎng)且相對(duì)集中的趨勢(shì)（y=1.07x-2 042.10），而夏播組合（品種）呈縮短趨勢(shì)（y=0.21x-527.06）。

圖3 參試青貯玉米組合（品種）生育期Fig.3 Growing stage of silage maize combinations（varieties）

2.5 青貯玉米組合（品種）的株高和穗位高

由圖4可知，2003—2019年394個(gè)參試青貯玉米組合（品種）的株高和穗位高平均分別為300.5（變幅為204.0～386.5 cm）和132.3 cm（變幅為77.0～216.0 cm）。17年間，參試青貯玉米組合（品種）的株高和穗位高呈升高趨勢(shì)，其中，2003—2010年參試組合（品種）株高和穗位高平均為286.6和130.0 cm、2011—2019年平均為299.1和132.1 cm。由此可見(jiàn)，近10年參試組合（品種）株高增加了12.5 cm，而穗位高僅增加2.1 cm。

圖4 參試青貯玉米組合（品種）株高和穗位高Fig.4 Plant height and ear height of silage maize combinations（varieties）

2.6 青貯玉米組合（品種）的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量

由圖5可知，2003—2019年394個(gè)參試青貯玉米組合（品種）的NDF含量平均為46.7%，變幅為30.5%～64.1%。17年間，參試青貯玉米組合（品種）的NDF含量呈先升高后降低趨勢(shì)，其中2009年最高（平均為53.7%），之后逐年下降，2019年參試組合（品種）NDF含量平均為37.2%（變幅為32.2%～42.4%）。2003—2010年參試組合（品種）NDF含量平均為49.5%，2011—2019年平均為42.7%。由此可見(jiàn)，近10年參試青貯玉米組合（品種）的NDF含量降低了6.8個(gè)百分點(diǎn)。

圖5 參試青貯玉米組合（品種）的NDF和ADF含量Fig.5 NDF and ADF contents of the tested silage maize silage corn combinations（varieties）

394個(gè)參試青貯玉米組合（品種）的酸性洗滌纖維（ADF）含量平均為21.5%，變幅為10.0%～36.9%。17年間，參試青貯玉米組合（品種）的ADF含量呈逐年降低趨勢(shì)，但組合（品種）間差異較大。2019年參試組合（品種）ADF含量平均為18.9%。2003—2010年參試組合（品種）ADF含量平均為23.4%，2011—2019年平均為18.0%。由此可見(jiàn)，近10年參試青貯玉米組合（品種）的ADF含量降低了5.5個(gè)百分點(diǎn)。

2.7 青貯玉米組合（品種）的粗蛋白和淀粉含量

粗蛋白和淀粉含量是評(píng)估青貯玉米飼用價(jià)值的重要指標(biāo)[13]。由圖6可知，394個(gè)參試青貯玉米組合（品種）的粗蛋白含量平均為8.7%，變幅為6.7%～11.5%，但年度間變幅較小，基本維持在8.0%左右。自2014年起，增加了全株淀粉含量指標(biāo)，2014—2019年參試青貯玉米組合（品種）的淀粉含量平均為31.0%，變幅為18.6%～42.9%，其中，2014年平均為28.7%且變幅較大，2019年平均為32.2%且變幅較小?？傮w來(lái)看，6年間參試組合（品種）全株淀粉含量呈逐年升高和集中的趨勢(shì)。

圖6 參試青貯玉米組合（品種）粗蛋白和淀粉含量Fig.6 Crude protein and starch content of silage corn combinations（varieties）

3 討論

近年來(lái)，隨著我國(guó)綜合國(guó)力提升和人民生活水平提高，對(duì)肉、蛋、奶的需求不斷增長(zhǎng)[14]。為滿足人們對(duì)畜產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需要，應(yīng)大力發(fā)展畜牧業(yè)。畜牧業(yè)的發(fā)展必然導(dǎo)致對(duì)飼草料的需求量增加，目前我國(guó)飼草料發(fā)展速度滯后，制約了畜牧業(yè)的快速發(fā)展[15]。玉米是飼料之王，不僅是優(yōu)質(zhì)的高能量精飼料，而且是最佳的青貯飼料，是發(fā)展畜牧業(yè)的重要飼料來(lái)源，在飼料中占有不可替代的重要地位。因此，發(fā)展優(yōu)質(zhì)青貯玉米可為畜牧業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展提供重要保障。

青貯玉米作為重要的粗飼料，其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的評(píng)定對(duì)于青貯玉米在生產(chǎn)及反芻家畜日糧配比中有著重要意義[16]。整株干物質(zhì)產(chǎn)量是青貯飼料玉米的重要性狀,當(dāng)青貯玉米干物質(zhì)產(chǎn)量低于20%時(shí)，青貯玉米發(fā)酵效果不佳，進(jìn)而影響了牲畜對(duì)飼料的消化和吸收[17]。Coppock[18]認(rèn)為，玉米青貯飼料的能量?jī)r(jià)值主要由干物質(zhì)含量決定，而不是由籽粒含量決定。NDF是青貯飼料的主要成分，可為動(dòng)物提供能量，是反映纖維質(zhì)量好壞的最有效指標(biāo)。青貯飼料中一定含量的NDF有利于草畜牲畜瘤胃正常的發(fā)酵功能，但NDF含量過(guò)高則會(huì)對(duì)干物質(zhì)采食量造成負(fù)效應(yīng)[19]。ADF是衡量飼草能量的關(guān)鍵指標(biāo)，包括純纖維素和酸性纖維素兩部分[20]，其含量高低與動(dòng)物的消化率有關(guān)，含量越低、飼草的消化率越高，飼用價(jià)值越大[21]。優(yōu)質(zhì)青貯玉米應(yīng)具有較高的粗蛋白質(zhì)和總糖含量、適宜的粗纖維和整株含水率[22]。青貯玉米品質(zhì)因品種而異，并影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化特性。選擇合適的青貯玉米品種是提高玉米秸稈產(chǎn)量和青貯品質(zhì)的關(guān)鍵[23]，淀粉、粗蛋白、ADF和NDF是決定玉米青貯飼用品質(zhì)好壞的主要因素[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)，2003—2019年394個(gè)參試青貯玉米品種的生物產(chǎn)量、NDF、ADF、粗蛋白和淀粉含量平均為19 477.5 kg DW·hm-2、46.7%、21.5%、8.7%和31.0%。其中，參試品種生物干重產(chǎn)量呈先降低后升高趨勢(shì)，2011—2019年較2003—2010年僅增加了721.8 kg·hm-2；2003—2017年，生物產(chǎn)量在年際間變幅較大，但隨育種水平的提高，變幅逐漸降低，2019年參試品種生物干重變幅最小（CV=6.9%）。農(nóng)藝性狀變化在一定程度上決定品種的抗性和生物產(chǎn)量，參試品種株高增幅較大，生物產(chǎn)量可能增加，而穗位高度保持穩(wěn)定，說(shuō)明參試組合（品種）株型趨向合理，抗倒伏能力得以保持或提升。在優(yōu)質(zhì)青貯玉米品種選育方面，育種家越來(lái)越注重生物干重和品質(zhì)性狀的篩選與選擇，NDF和ADF含量均大幅降低，而淀粉含量提升。2014—2019年參試青貯玉米組合（品種）的全株淀粉含量平均為31.0%，其中，2014年參試組合（品種）淀粉含量平均28.7%且變幅較大，2019年參試組合（品種）淀粉含量平均為32.2%且變幅較小，這說(shuō)明育種家在青貯品種選育過(guò)程中對(duì)青貯玉米全株淀粉含量的重視程度不斷提高。2003—2019年參試青貯玉米品種的粗蛋白含量保持基本穩(wěn)定（8.0%左右），這可能與我國(guó)玉米生產(chǎn)所用自交系仍然集中在Reid、Lancaster、塘四平頭和旅大紅骨等優(yōu)勢(shì)類群，遺傳基礎(chǔ)較狹窄，種質(zhì)同質(zhì)化嚴(yán)重有關(guān)。因此，當(dāng)前形勢(shì)下，應(yīng)加快創(chuàng)制突破性新種質(zhì)、構(gòu)建高效育種技術(shù)平臺(tái)、開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，加快培育適合我國(guó)國(guó)情的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、綠色高效、宜機(jī)宜飼、可滿足多元需求的優(yōu)質(zhì)青貯玉米新品種。

連續(xù)17年國(guó)家青貯玉米品種區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果分析表明，青貯玉米組合（品種）春播生育期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)、夏播則逐步縮短；株高增加，但穗位高變化不大；品質(zhì)改良取得顯著成效，NDF和ADF含量顯著降低，淀粉含量明顯提升，粗蛋白含量保持穩(wěn)定；生物產(chǎn)量整體有所提升。未來(lái)青貯玉米新品種的選育，應(yīng)針對(duì)不同生態(tài)區(qū)域的特點(diǎn)及需求，創(chuàng)制優(yōu)良青貯玉米新種質(zhì)，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)褐色葉中脈基因型（bm）、高花青素、高油、高賴氨酸玉米的研究和利用，培育出生物產(chǎn)量高、青貯品質(zhì)優(yōu)、抗病抗倒、持綠性好、活稈成熟、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的專用型或糧飼通用型青貯玉米新品種。