引用本文
王红, 关皓, 陈明, 彭安琪, 李小梅, 李昌华, 李小铃, 刘卫国, 方萍, 闫艳红. 收获期对玉米籽粒产量和秸秆青贮品质的影响. 草业科学, 2018,35(6): 1574-1581
Wang Hong, Guan Hao, Chen Ming, Peng An-qi, Li Xiao-mei, Li Chang-hua, Li Xiao-ling, Liu Wei-guo, Fang Ping, Yan Yan-hong. Effect of different harvesting periods on grain yield and stalk silage quality of maize. Pratacultural Science, 2018,35(6): 1574-1581.  
Doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0410
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收获期对玉米籽粒产量和秸秆青贮品质的影响
王红1, 关皓1, 陈明1, 彭安琪1, 李小梅1, 李昌华1, 李小铃1, 刘卫国2, 方萍2, 闫艳红1
1.四川农业大学动物科技学院,四川 成都 611130
2.四川农业大学农学院 农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室,四川 成都 611130
通讯作者:闫艳红(1981-),女,山西交城人,副教授,主要从事牧草栽培生理及加工利用研究。E-mail:[email protected]

第一作者:王红(1991-),女,四川广汉人,在读硕士生,主要从事饲草生产及利用方面的研究。E-mail:[email protected]

收稿日期: 2017-08-13 接受日期: 2017-11-08
资助项目: 四川省科技厅应用基础重点项目(2016JY0031); 国家自然科学基金面上项目(31271668)
摘要

本研究旨在探究不同收获期(CK:蜡熟中期;S1:蜡熟后期,推迟1周;S2:完熟前期,推迟2周;S3:完熟中期,推迟3周;S4完熟后期,推迟4周)对“玉米( Zea mays)-大豆( Glycine max)”套作模式中玉米籽实产量、秸秆营养成分及青贮品质的影响,以确定西南地区玉米综合利用的适宜收获期。结果表明:随着收获时期的推迟,玉米籽粒的产量呈先增加后持平的趋势,其中,S2处理玉米籽粒产量最高,较CK高9.47%( P<0.05);秸秆干物质(DM)含量、酸性洗涤性纤维(ADF)和中性洗涤性纤维(NDF)含量随收获时期延长而升高,其中CK、S1和S2处理的ADF和NDF含量无显著差异( P>0.05),但均显著低于S3和S4处理;可溶性碳水化合物(WSC)含量则随收获期的推迟呈下降趋势( P<0.05),但均在干物质含量的8%以上。秸秆青贮饲料pH随收获期的延迟显著上升,但均低于4.2,乳酸(LA)含量则呈显著降低的趋势( P<0.05),所有处理青贮料中均未检测出丙酸(PA)和丁酸(BA)。各处理氨态氮∶总氮(NH3-N∶TN)随收获时期延长呈上升趋势,但均低于5%。综上,在保证籽粒产量的基础上,同时兼顾秸秆的营养品质,西南地区玉米的适宜收获时期为玉米籽粒的蜡熟后期至完熟前期。

关键词: 套作; 玉米秸秆; 营养成分; 发酵品质; 纤维素; 可溶性碳水化合物; 乳酸
中图分类号:S816.5+3;S513.091 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2018)06-1574-08
Effect of different harvesting periods on grain yield and stalk silage quality of maize
Wang Hong1, Guan Hao1, Chen Ming1, Peng An-qi1, Li Xiao-mei1, Li Chang-hua1, Li Xiao-ling1, Liu Wei-guo2, Fang Ping2, Yan Yan-hong1
1.College of Animal Science and Technology, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, Sichuan, China
2.College of Agronomy, Sichuan Agricultural University; Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System in Southwest China, Ministry of Agriculture, Chengdu 611130, Sichuan, China
Corresponding author: Yan Yan-hong E-mail:[email protected]
Abstract

The influence of the harvesting date of maize (CK: mid dough stage, harvesting on traditional date; S1: Late dough stage, harvesting delayed one week; S2: Early full ripening stage, harvesting delayed two weeks; S3: Mid full ripening stage, harvesting delayed three weeks; and S4: Late full ripening stage, harvesting delayed four weeks) on grain yield, and the nutritional value of straw and silage was investigated to determine the optimum harvesting date with a “Maize-Soybean” relay intercropping system in southwestern China. The results showed that the grain yield first increased together with increasing harvesting date until it reached a plateau. Grain yield was the highest at S2 being 9.47% higher than that of CK. The dry matter content (DM), acid detergent fiber (ADF), and neutral detergent fiber (NDF) of straw gradually increased together with the harvesting date. The ADF and NDF of CK, S1, and S2 were not statistically different; however, they were significantly lower than those of S3 and S4. The soluble carbohydrate content significantly decreased with the increasing harvesting date, but it was greater than 8% of that of DM. The pH values of silage significantly increased with the increasing harvesting date but were lower than 4.2, whereas the lactic acid content decreased ( P<0.05). Propionic acid and butyric acid were not detected in all treatments. Ammonia nitrogen/total nitrogen in each treatment increased but was less than 5% of that of DM as harvesting date increased. In conclusion, the optimum harvesting date of corn was at the late dough stage to early full ripening stage in the southwest region, which guaranteed the highest grain yield and nutritional value.

Key words: relay intercropping; corn straw; nutritional value; fermentation quality; cellulose; soluble carbohydrate; lactic acid

玉米(Zea mays)是重要的粮食作物、饲料作物和经济作物, 为人类的生存和发展作出了重要贡献[1-2]。我国是世界玉米生产大国, 玉米生产在我国的农业生产、国民经济中占有十分重要的地位。玉米产量的高低、经济效益的好坏直接影响着我国粮食安全及农业生产的发展[3]。我国西南地区热量丰富, 复种指数高, 适宜间作套种, 特别是近年来作为农业部主推技术的“ 玉米-大豆(Glycine max)” 间套作技术在我国西南地区备受欢迎, 经过10余年的发展, 技术日趋成熟, 并在我国西南地区得到了广泛应用, 提供了丰富的玉米秸秆。

粮饲兼用型玉米产量高、品质好, 其营养价值和利用率由籽粒和茎秆的材料及营养成分含量决定, 与收获时间也有很大关系[4, 5]。有研究表明, 收获期不仅能影响玉米产量的提高和籽粒的品质[6, 7, 8, 9, 10], 还会严重影响玉米养分的降解率[11, 12]。玉米秸秆的品质[13, 14]以及其青贮饲料的品质[7, 10, 11, 12]也会受到收获时期的影响。在生产实践中, 玉米籽粒处于蜡熟期而被提前收获, 造成减产[15]。研究表明, 早收玉米籽粒产量降幅在10%以上[16]。而玉米籽粒延迟收获则会导致秸秆品质的下降, 从而影响秸秆的饲用价值[17], 忽略了粮饲兼用型玉米的籽粒产量与茎秆的综合利用效果。

为权衡粮饲兼用型玉米籽粒产量及秸秆利用的最大化, 本研究在大田“ 玉米-大豆” 间套作种植情况下, 研究了不同收获时间对玉米籽粒产量、秸秆品质和秸秆青贮品质的影响, 以期为四川等西南地区科学利用粮饲兼用型玉米提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 试验地概况

试验地位于四川农业大学雅安校区农学院基地(30° 8' N, 103° 14' E), 海拔600 m, 属亚热带湿润季风气候区。年均气温16.2 ℃, 极端高温37.7 ℃, 极端低温-3 ℃, 年降水量 1 774.3 mm, 年蒸发量1 011.2 mm, 相对湿度79%, 年日照时数1 039.6 h, 年无霜期304 d, ≥ 10 ℃年积温5 231 ℃· d。

1.2 试验材料

供试玉米品种为正红505, 大豆品种为浙鲜豆4号, 种植于四川农业大学雅安校区农学院基地, 种植面积约120 m2, 采用宽窄行带状种植, 带宽2 m, 每带种植两行玉米两行大豆, 玉米行距0.4 m, 大豆行距0.4 m, 玉米与大豆行距0.6 m。大豆种植密度为1.999 5× 105株· hm-2, 穴距10 cm, 间作穴留2 株。玉米种植密度为4.995× 104株· hm-2, 穴距20 cm, 穴留单株。玉米底肥施尿素37.5 kg· hm-2、过磷酸钙600 kg· hm-2、氯化钾150 kg· hm-2, 苗肥施尿素90 kg· hm-2, 拔节期施尿素150 kg· hm-2, 大喇叭口期施碳铵750 kg· hm-2。除草、喷药及施肥等田间管理同大田生产。

1.3 试验设计

玉米采用育苗移栽, 4月30日播种, 5月8日移栽, 分别于蜡熟中期(生产上习惯收获时期, 即CK)、蜡熟后期(S1, 推迟1周)、完熟前期(S2, 推迟2周)、完熟中期(S3, 推迟3周)和完熟后期(S4, 推迟4周)收获。每个收获期分别选取有代表性的植株20株, 取得的植株摘去玉米穗, 用于籽粒产量的测定。剩余鲜秸一部分用于测定秸秆重量以及营养成分, 另一部分用于青贮, 将其铡成2~3 cm长, 混匀后称取400 g装入聚乙烯密封袋中, 用小型真空机抽真空、密封, 每个时期青贮样品重复4次, 置于室温贮藏60 d后开袋测定青贮品质。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 产量测定 将收获的玉米穗装入尼龙网带中晒干脱粒后, 记录穗粒数, 选取1 000粒称重, 重复取样3次, 计算玉米产量, 玉米产量(kg· hm-2)=千粒重(g)× 穗粒数× 种植密度(株· hm-2)/106。秸秆部分收获后称重, 记录鲜秸重量, 计算鲜秸产量, 鲜秸产量(kg· hm-2)=单株鲜秸重量(g)× 种植密度(株· hm-2)/103。将鲜秸切短至2~3 cm、混匀, 取部分样品105 ℃杀青30 min, 在75 ℃烘箱中烘干至恒重, 电子天平称重, 计算出干物质含量, 并换算干物质产量。

1.4.2 青贮发酵品质分析 开封聚乙烯袋后, 将青贮料取出, 充分混匀, 称取20 g青贮料, 加入180 mL去离子水, 封口放置于4 ℃冰箱浸提过夜(> 24 h), 处理后的浸提液用4层纱布过滤, 得到的浸提液-20 ℃保存, 用于测定pH、氨态氮和有机酸含量。pH用雷磁PHS-3C精密pH计测定; 氨态氮含量测定采用苯酚次氯酸钠比色法[18]; 挥发性有机酸(乳酸、乙酸、丙酸和丁酸)含量用SHIMADZE-10A型高效液相色谱仪分析[19], 色谱柱:ShodexRspak KC-811S-DVB gel Column 300× 8 mm, 检测器:SPD-M10AVP, 流动相:3 mmol· L-1高氯酸, 流速:1 mL· min-1, 进样量:5 μ L, 柱温:50 ℃, 检测波长:210 nm。

1.4.3 化学成分分析 分别称取鲜秸秆和青贮饲料200 g, 按照上述方法烘干, 粉碎过0.425 mm筛, 用于测定干物质、粗蛋白、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和可溶性碳水化合物的含量。干物质(dry matter, DM)含量采用烘箱干燥[20]法测定; 粗蛋白(crude protein, CP)含量采用凯氏定氮法[21]测定; 中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量采用范氏法[21]测定; 可溶性碳水化合物含量(water soluble carbohydrate, WSC)采用蒽酮比色法[22]测定。

1.5 数据处理

利用Excel软件对数据进行整理, 采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析, 数据均以平均值± 标准差(Mean± SD)表示, 分别对不同收获时期处理进行单因素方差分析, 并用Duncan法对各测定数据进行多重比较。

2 结果与分析
2.1 不同收获期的玉米产量

收获期对玉米籽粒千粒重、穗粒数、籽粒产量和秸秆产量均有显著影响(P< 0.05)(表1)。随着收获时期的推迟, 籽粒千粒重呈先增加后持平的趋势, S2、S3和S4处理的千粒重无显著差异(P> 0.05), 均显著高于对照和S1处理(P< 0.05), 以S2处理籽粒千粒重最高, 为293 g, 较CK提高了9.33%, CK至S2期间千粒重平均日增加1.74 g。穗粒数随收获期的推迟显著下降(P< 0.05), 由于千粒重和穗粒数的变化从而导致玉米籽粒产量出现先增加后降低的现象, 籽粒产量在S2时最大, 为10 882 kg· hm-2, 比 CK增加了6.74%。鲜、干秸的产量随着收获时期的推迟而下降(P< 0.05)。鲜、干秸的产量CK时最大, 分别为20 779和6 670 kg· hm-2。

表1 不同收获期对玉米产量的影响 Table 1 Effect of different harvesting dates on corn yield
2.2 不同收获期玉米秸秆的化学成分

随着收获时期的推迟, 鲜秸的干物质含量、可溶性碳水化合物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的含量均出现显著变化(表2)。其中, 鲜秸的干物质含量呈现出先增加后持平的趋势, 干物质含量的增加呈“ 快-慢-快” 的积累趋势, S1处理的干物质含量较CK高14.70%, S3处理较S2处理高10.04%, S4处理较CK高30%左右。随着收获期的推迟, 鲜秸S3和S4的可溶性碳水化合物含量较CK, S1和S2呈显著下降趋势(P< 0.05), CK、S1和S2处理的玉米秸秆的可溶性碳水化合物含量无显著性差异, 均高于12%; S3和S4处理的可溶性碳水化合物含量显著低于CK、S1和S2处理(P< 0.05), S4的可溶性碳水化合物含量仅为8.96%。收获前期秸秆中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的含量显著低于收获后期(P< 0.05)。各收获时期玉米秸秆中粗蛋白含量差异不显著(P> 0.05)。

表2 不同收获期对玉米秸秆化学成分的影响 Table 2 Effect of different harvesting dates on chemical composition of corn straw
2.3 不同收获期对玉米秸秆青贮饲料品质的影响

2.3.1 不同收获期玉米秸秆青贮料发酵品质 随着收获时期的推迟, S2、S3和S4处理青贮料的pH显著大于CK和S1处理(P< 0.05)(表3), 但所有收获时期秸秆青贮料的pH均低于4.20。青贮料的pH变化分为两个阶段, 第1阶段是从CK到S1; 第2阶段是从S2到S4, 在同一阶段内的青贮料pH差异不显著(P> 0.05), 阶段间的青贮料pH值差异显著(P< 0.05)。随着收获时期的推迟, 乳酸含量呈显著下降趋势(P< 0.05), 乳酸含量的变化也分为两个阶段, 第1阶段是从CK到S1, 含量在9%以上; 第2阶段是从S2到S4, 含量在6%以下。阶段内的青贮料乳酸含量差异不显著(P> 0.05), 阶段间的乳酸含量差异显著(P< 0.05)。CK处理青贮料中乳酸含量最高, 为10.48%。各时期的青贮料均未检出丙酸和丁酸。各收获时期鲜秸青贮后氨态氮含量、氨态氮∶ 总氮呈上升趋势, 但差异不显著(P> 0.05)。

表3 不同收获期对玉米秸秆青贮饲料发酵品质的影响 Table 3 Effect of different harvesting dates on fermentation quality of corn straw

2.3.2 化学成分 收获期对玉米秸秆青贮料的干物质含量、可溶性碳水化合物及中性洗涤纤维含量影响显著(表4)。随着收获时期的推迟, 玉米秸青贮料的干物质、中性洗涤纤维含量显著增加, 可溶性碳水化合物含量呈显著下降趋势。各收获时期玉米秸青贮后粗蛋白、酸性洗涤纤维含量的差异均不显著, 但酸性洗涤纤维含量总体上随收获时间的推迟而增加。

表4 不同收获期对玉米秸秆青贮饲料化学成分的影响 Table 4 Effect of different harvesting dates on chemical composition of corn straw silage
3 讨论
3.1 收获时期对玉米产量影响

玉米产量包括籽粒产量和秸秆产量两部分。玉米籽粒需要经过籽粒形成期、乳熟期、蜡熟期及完熟期4个阶段才能达到成熟, 在此过程中籽粒产量不断积累[23]。玉米秸秆随生育期的推进, 从旺盛的营养生长转入生殖生长, 植株体逐渐衰老枯黄, 产量下降[23]。这说明收获期是影响玉米产量的重要因素。本研究表明, 与蜡熟中期收获相比, 适当地将玉米收获时期推迟两周, 籽粒产量增加9%左右, 这与路海东等[24]的研究结果相似。玉米籽粒随收获时间推迟而增产的主要原因是延长了灌浆期。一般研究认为, 授粉后25 d左右玉米籽粒体积迅速扩大并形成乳线, 授粉后45 d左右(乳线形成50%左右), 此时千粒重达到最大值的90%左右, 授粉后54 d左右, 乳线形成接近100%, 粒重才达到最高[25]。有研究认为[26], 摘穗后的甜玉米秸秆在夏季时随着收割时间推迟, 秸秆鲜物质产量下降明显, 秸秆干物质产量呈先增高后降低的趋势; 在冬季随着收割时间推迟, 甜玉米秸秆鲜物质产量明显降低, 而不同时间的干物质产量差异不显著。在本研究中玉米秸秆产量随收获时间的推迟而降低, 这与刘吉利等[27]的研究一致。这可能是由于本研究中供试材料从蜡熟期至完熟期, 籽粒灌浆行为仍然明显, 干物质从秸秆向籽粒转移所致[28]。

3.2 收获时期对玉米秸秆品质的影响

秸秆等饲料原料所含有效成分的种类及数量决定其营养价值的高低, 是评价其作为饲料优良与否的重要指标[29]。随着植物成熟度的增强, 玉米秸秆中的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素含量上升, 粗蛋白、可溶性碳水化合物含量下降[30]。在本研究中, 玉米秸秆随收获时间推迟, 干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量显著升高, 可溶性碳水化合物含量显著下降, 这与王洋[17]的研究结果一致。

3.3 收获期对玉米秸秆青贮饲料品质的影响

青贮主要是乳酸菌利用青贮原料中的可溶性碳水化合物产生乳酸, 从而降低饲料pH, 达到长期储存饲料的一种调制方式。Wilkinson等[31]认为, 在不使用添加剂时, 青贮原料中要含8%~10%的可溶性碳水化合物才能调制成功。原料中的水分含量也是制作成功青贮的关键, 禾本科饲草青贮适宜含水量为65%~75%[32]。本研究中玉米秸秆的可溶性碳水化合物含量为8.96%~12.93 %, 含水量为58.21%~67.9%, 水分略微偏低, 但基本能够满足玉米秸秆青贮的要求。

pH是反映青贮饲料品质优劣的一个重要指标, 常规成功青贮要求的pH应低于4.2[33]。在本研究中, 随着收获时期的推迟, 青贮饲料的pH呈上升趋势且差异显著, 但均低于4.2, 这可能与青贮原料中的可溶性碳水化合物含量有关。本研究中, 各收获时期的玉米秸秆的可溶性碳水化合物含量较高(8.96%~12.93%), 为乳酸菌发酵提供了大量营养物质, 促进乳酸菌活动, 产生大量的乳酸来降低pH。

4 结论

综上所述, 收获时期对玉米的籽粒产量、鲜秸秆产量、鲜秸化学成分以及秸秆青贮饲料品质均会产生不同的影响。选择合适的收获时期既能获得较高的玉米籽实产量, 又能保证较好的秸秆青贮品质, 提高玉米的综合利用效率。因此, 在保证籽粒产量的前提下, 兼顾秸秆营养价值与其青贮品质, 在西南地区玉米的适宜收获时期应为玉米籽粒的蜡熟后期至完熟前期。

The authors have declared that no competing interests exist.

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