種植密度對黃淮海地區(qū)糧飼通用型玉米品種生物產(chǎn)量和品質的影響

孫震，郭勇震，王玉建，鐘妮娜，陳景堂，孫娟，劉蘇萌，熊王丹

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，山東 青島 266109；2. 青島農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山東 青島 266109)

玉米是我國乃至全球的第一大作物。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們對肉蛋奶等的需求不斷增加，畜牧業(yè)及其它輕工產(chǎn)業(yè)的玉米需求也呈不可逆的增長趨勢。在耕地有限條件下，合理密植是提高我國玉米總產(chǎn)量的重要手段[1，2]。合理密植不但可以提高產(chǎn)量、降低成本，而且可以減少不必要的損失和病蟲害的發(fā)生[3]。因此，選育耐密植品種并實施合理密植繼而實現(xiàn)玉米生產(chǎn)效益最大化，是育種者和栽培者的共同愿望。

鮑巨松等[4]研究發(fā)現(xiàn)，緊湊型玉米耐密性好，能提高產(chǎn)量。緊湊型玉米莖稈上的各葉片形狀在空間分布上近似紡錘型，并且CO2同化強度、根系吸收強度高，硝酸還原酶活性比高，植株內(nèi)氮素代謝旺盛[5]。同時研究還發(fā)現(xiàn)，緊湊型玉米品種在適宜高密度下具有較高的群體光合速率，更易獲得高產(chǎn)[6]。王蕊等[7]研究表明，隨著密度增加，玉米株高和穗位高先增加后降低，最終產(chǎn)量呈先上升后下降趨勢，密度7.5 萬株/hm2時產(chǎn)量最高。葉翠玉等[8]研究顯示，隨著密度增加，京農(nóng)科728 產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢；潘廣元等[9]在皖北地區(qū)對夏玉米的研究也得出相似結論。賈夢楊等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨著密度增加，冀西北地區(qū)玉米產(chǎn)量先增加后降低，粗蛋白和粗脂肪含量降低，粗纖維含量上升。楊彩林等[11]研究表明，隨著密度增加，陜西地區(qū)中北青貯410 玉米品種的干物質含量和粗脂肪含量隨之降低，粗蛋白和粗纖維含量先增加后降低。

以上研究均表明，一定范圍內(nèi)隨著種植密度增加，玉米單株的可飼用部分產(chǎn)量顯著降低，但總體鮮物質和干物質產(chǎn)量顯著增加，而且不同品種和不同種植區(qū)域的玉米適宜種植密度也不盡相同[12]。黃淮海地區(qū)作為我國玉米主要產(chǎn)地之一，其年總產(chǎn)量在4 500 萬t 以上，占全國總產(chǎn)量的40%左右[13]，因此研究提高該地區(qū)玉米產(chǎn)量對我國玉米生產(chǎn)以及下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。本試驗選取黃淮海地區(qū)種植的兩個糧飼通用型玉米品種為材料，研究不同密度對其產(chǎn)量、營養(yǎng)品質及全株粗飼料指標(NEL、VDMI、GI2001)的影響，以期確定其合理密度，為黃淮海地區(qū)玉米種植提供理論依據(jù)和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2020年在青島農(nóng)業(yè)大學平度基地進行。該地海拔50 m(36°47′N，119°96′E)，年平均降水量約680 mm，年平均氣溫11.9℃，無霜期195.5 d，年日照時數(shù)約2 700 h。試驗地0～20 cm土層土壤堿解氮含量77.00 mg/kg、有效磷51.04 mg/kg、速效鉀139.09 mg/kg、有機質13.37 g/kg，pH 值為6.74。

1.2 試驗材料與試驗設計

本試驗以兩個糧飼通用緊湊型玉米雜交種(農(nóng)單145 和魯單510)為材料，采用品種與種植密度雙因素設計，每個品種設置4 個種植密度，分別為4.5 萬株/hm2(低密度，A1)、6.75 萬株/hm2(中密度，A2)、9 萬株/hm2(高密度，A3)和11.25萬株/hm2(極高密度，A4)。隨機區(qū)組排列，重復3次，小區(qū)面積15 m2(5 m×3 m)。共24 個小區(qū)。

6月27 日播種，行距60 cm，通過調節(jié)株距設置密度，從低到高4 個種植密度的株距分別為37.05、24.70、18.52、14.82 cm。播前整地耙平，基施復合肥(N－P2O5－K2O＝15－15－15)750 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素120 kg/hm2。其它管理措施與玉米大田生產(chǎn)一致。試驗地周邊種植4 行保護行。玉米籽粒乳線達到1/2～2/3 時收獲。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生物量測定 每小區(qū)收獲中間2 行，從植株地上部15 cm 處全株刈割，立即稱重，計算單株及小區(qū)鮮重，單株烘干后稱干重，再折算出公頃產(chǎn)量。

1.3.2 營養(yǎng)品質測定 每小區(qū)隨機選取5 株，粉碎后充分混合后取鮮樣1 kg，105℃殺青0.5 h 再65℃烘干至恒重，稱干重。各處理樣品采用凱氏定氮法測定粗蛋白(CP)含量[14]，用殘余法測定粗脂肪含量[15]，用蒽酮比色法測定淀粉含量[16]，用中性洗滌劑法和酸性洗滌劑法分別測定中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量[17]。

玉米全株粗飼料分級指數(shù)(GI)[18]:

GI2001 ＝NEL×VDMI×CP/NDF ；

NEL＝[1.044－(0.0124×ADF)]×9.29 ；

VDMI＝1.2×BW/NDF 。

式中:GI2001 單位為MJ/d；玉米全株粗飼料泌乳凈能值(net energy of lactation，NEL)，單位為MJ/kg；飼草干物質隨意采食量(voluntary dry matter intake，VDMI)，單位為kg/d；奶牛體重(body weight，BW)。本試驗以600 kg 標準奶牛體重計算。

1.4 兩個品種生產(chǎn)性能的綜合評價

運用灰色關聯(lián)度法分別對兩個品種不同密度下的生產(chǎn)性能進行綜合評價。具體方法是:將所有密度視作一個灰色系統(tǒng)，每個密度是其中的一個因素。把每個密度下測定值的最佳值結合起來，組建一個“理想密度”，其值構成參考數(shù)列X0，不同密度下參數(shù)的測定值構成比較數(shù)列Xi(i ＝1，2，…，n)，不同指標用k 表示(k ＝1，2，…，N)，本試驗中n ＝4，N ＝7。不同密度下各個指標與理想密度的關聯(lián)系數(shù)，按照公式(1)計算。加權關聯(lián)度按照公式(2)計算。

式中，ωi為權重系數(shù)，μi為等權關聯(lián)度。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用Microsoft Excel 2013 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用SPSS 22.0 軟件對所測數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和多重比較(LSD 法)。

2 結果與分析

2.1 種植密度對糧飼通用型玉米品種產(chǎn)量的影響

由表1 可見，玉米單株鮮重和干重基本隨種植密度增加而呈降低趨勢。其中，農(nóng)單145 單株鮮重在A1、A2密度處理間差異不顯著，均顯著高于A3和A4處理；魯單510 單株鮮重隨種植密度增加不斷降低。農(nóng)單145 和魯單510 單株干重隨種植密度增加呈現(xiàn)不斷降低趨勢，且低密度A1處理單株干重均顯著高于A4。

表1 不同種植密度對糧飼通用玉米品種產(chǎn)量的影響

兩個玉米品種的鮮草和干草產(chǎn)量都隨種植密度增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。農(nóng)單145 在A3密度下的鮮草和干草產(chǎn)量均達到最大值，分別為79.16、31.55 t/hm2，鮮草產(chǎn)量較其它密度處理增加10.0%～69.0%，顯著高于A1和A4，干草產(chǎn)量較其它密度處理均顯著增加，達20.6%～89.4%。魯單510 在A3密度下的鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量也都達到最大值，分別為70.00 t/hm2和26.29 t/hm2，且顯著高于A1。

2.2 種植密度對糧飼通用型玉米品種營養(yǎng)品質的影響

由表2 可知，種植密度對兩品種玉米中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量影響均不顯著，含量范圍分別為36.34%～39.68%和17.58%～20.13%。隨著種植密度的增加兩品種粗蛋白含量變化不同，農(nóng)單145 在A3密度下粗蛋白含量最高，為7.46%，顯著高于A4；魯單510 在A1密度下粗蛋白含量最高，為8.15%，較高密度增加1.11 個百分點。隨著種植密度增加，農(nóng)單145淀粉含量總體呈現(xiàn)下降趨勢，A2密度下最高，為24.92%，顯著高于A3和A4；不同種植密度下魯單510 淀粉含量差異不顯著。

表2 不同種植密度對糧飼通用玉米品種營養(yǎng)品質的影響(%)

2.3 種植密度對玉米全株粗飼料NEL、VDMI 和GI2001 的影響

由表3 可以看出，種植密度對兩個玉米品種的干物質隨意采食量(VDMI)和泌乳能力(NEL)沒有顯著影響，但對粗飼料分級指數(shù)(GI2001)有顯著影響。隨種植密度增加，農(nóng)單145 的GI2001 呈先增加后下降趨勢，A2密度下最高(27.56 MJ/d)，顯著高于A4；魯單510 的GI2001 隨種植密度增加不斷降低，A1密度下最高(32.28 MJ/d)，A4密度下最低(27.91 MJ/d)。

表3 不同種植密度下糧飼通用玉米品種的粗飼料泌乳凈能值、干物質隨意采食量和分級指數(shù)

2.4 灰色關聯(lián)度分析

選取不同種植密度下農(nóng)單145 的鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、NDF、ADF、粗蛋白、淀粉、粗飼料分級指數(shù)共7 個參數(shù)的最佳數(shù)值組建理想品種，構成X0＝[82.61，33.03，41.13，21.25，7.69，26.43，29.50]。首先進行無量綱化處理。根據(jù)公式(1)計算相應的關聯(lián)系數(shù)，結果見表4。加權關聯(lián)度可以真實地反映不同密度下各指標測定值和理想密度下的差異，關聯(lián)度越大越接近理想密度。農(nóng)單145 不同密度的加權關聯(lián)度排序為A3>A2>A1>A4，魯單510 不同密度的加權關聯(lián)度排序為A2>A1>A3>A4(表5)。

表4 各處理密度與理想密度的關聯(lián)系數(shù)

表5 各處理密度與理想密度的關聯(lián)度及其排序

3 討論

種植密度是影響玉米產(chǎn)量和品質的重要因素之一[20，21]。合理密植可有效增加玉米地上生物量，但是不同種植區(qū)域和品種對密度的要求不同。本研究表明，供試兩個品種(農(nóng)單145 和魯單150)在黃淮海地區(qū)種植，隨著密度增加單株干鮮重呈下降趨勢，這一結果和Ferreira 等[22]的研究一致。其原因可能是，種植過密，葉片相互遮擋，使單株光合制造的有機物量低于呼吸作用消耗的有機物量。隨著種植密度增加，其干草產(chǎn)量和鮮草產(chǎn)量也隨之增加，達到一定閾值后，產(chǎn)量隨密度增加而逐漸降低，這與前人研究結果一致[22－25]。潘麗艷等[26]認為，較高的密度有利于提高玉米青貯產(chǎn)量，但密度過高會造成產(chǎn)量下降。但是蘇亞軍等[27]在甘肅的研究表明，同一品種隨著種植密度增加，干草和鮮草產(chǎn)量呈上升趨勢，與本試驗結果不同，其差異原因可能是種植地區(qū)不同或者試驗設置密度不同所造成。

本研究中，種植密度對玉米不同營養(yǎng)品質指標的影響趨勢不一致。其中，玉米粗蛋白含量隨著種植密度增加，整體呈現(xiàn)下降趨勢，兩個品種A1、A2密度下顯著高于A4，但張秋芝等[28]的研究結果與之不同(種植密度對粗蛋白含量無顯著影響)，而路海東等[29]研究認為，隨著密度增加粗蛋白含量隨之增加。其原因可能與試驗條件、密度梯度和所選品種有關。NDF、ADF 含量各密度處理間差異不顯著，這與王曉娟等[30]的研究結果基本一致。Ferreira 等[31]研究表明，增加種植密度對青貯玉米營養(yǎng)品質的影響為零或不顯著，這與本試驗結果不一致，原因可能與所選玉米品種及種植栽培技術差異有關。底姝霞等[32]的試驗結果顯示，粗蛋白質含量隨著種植密度增加呈下降趨勢，ADF 含量呈先升后降趨勢，對NDF 含量的影響大于對ADF 含量的影響。這與本研究結果基本一致。莊克章等[33]的研究也表明，隨著密度增加，玉米粗蛋白含量和可消化干物質、干物質采食量、相對飼喂價值降低，NDF 和ADF 含量總體呈上升趨勢，粗蛋白產(chǎn)量和總能量先減少后增加。文永革[34]的研究表明，玉米植株ADF、NDF 含量在一定密度范圍內(nèi)隨著密度的增加而增大。因此，合理的種植密度才能獲得較高生物產(chǎn)量和較高飼用營養(yǎng)價值。

4 結論

本試驗在研究種植密度對兩個玉米品種生物產(chǎn)量、營養(yǎng)品質、粗飼料分級指數(shù)的基礎上，選取鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、NDF、ADF、粗蛋白、淀粉、GI2001 為參數(shù)，利用灰色關聯(lián)度法對其進行綜合評價，表明:黃淮海地區(qū)農(nóng)單145 種植密度以9 萬株/hm2為宜，魯單510 適宜種植密度則為6.75萬株/hm2。種植密度和品種對玉米營養(yǎng)品質及產(chǎn)量均有影響，適當增加種植密度和選種優(yōu)良品種可以提高青飼玉米產(chǎn)量及營養(yǎng)品質，提高經(jīng)濟效益。