种植密度对玉米产量及青贮品质的影响

冯 鹏，温定英，孙启忠

(1.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081)

影响青贮玉米(Zeamays)品质的因素很多，不同的青贮玉米品种，营养品质差异很大，栽培技术和外界环境(如种植密度、土壤肥力、温度、光照强度、氮肥施用量、播种期以及收获期等)都会影响青贮玉米的品质[1]。因此,选育营养品质优良的青贮玉米杂交种是提高青贮玉米营养品质最有效、最直接的途径；施肥水平和种植密度是青贮玉米高产及提高饲用价值的主要栽培技术。

国外有大量关于青贮和饲用玉米种植密度的报道，但其结果是相互矛盾的[2-5]。Bunting和Wlley[6]在英国试验发现低的种植密度总是导致低的干物质(DM)产量。Greg等[7]研究表明，随着种植密度的增大DM产量递增，茎秆和籽粒增加显著。Chemey等[8]研究表明，较低的种植密度可获得较高的能量水平。也有研究认为[9]，较高的种植密度有利于提高青贮产量，但是高密度种植青贮玉米会降低青贮玉米的品质。Sanderson等[10]报道指出，随着种植密度的增加，玉米全株的酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤木质素(ADL)和纤维素含量增加20%～40%。Hallauer[11]发现，高密度种植导致玉米ADF和NDF增加，粗蛋白(CP)含量下降。文亦芾等[12]研究表明，全株玉米青贮的乳酸含量和总酸含量提高,在密度水平上差异不显著。在研究施氮肥与种植密度耦合效应时得出，同一施肥水平种植密度各处理pH值均小于4，无显著差异，但氨态氮含量差异显著[13]。氮代谢是植株体内最基本的物质代谢之一，对玉米的产量和品质有重要影响[14]。研究表明，玉米籽粒蛋白质含量与氮代谢密切相关，其中硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)是氮素同化的关键酶[15]，氮代谢的变化势必影响植株体内硝酸盐类物质的积累，所以测定全株玉米亚硝酸盐、硝酸盐含量是必要的。

目前国内人畜共粮、粮饲不分矛盾突出，优质专用饲用玉米品种较少，且多为高秆、多蘖、多穗，一般都不耐密植，抗倒伏能力差。关于如何提高青贮玉米饲用营养价值的研究较少[16-18]。本试验旨在研究种植密度对全株青贮玉米产量、发酵品质、饲用营养价值、硝酸盐类物质的影响，以期为青贮玉米的饲用生产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1试验地概况 试验地位于内蒙古赤峰市农牧科学研究院试验地(118.02° N,43.12° E,海拔910 m)。年降水量为370 mm，平均气温 4.8 ℃。土壤类型为栗钙土，有机质含量1.02%(Walkley-Black method)；速效磷含量为50.07 mg/kg，速效钾含量为160.73 mg/kg，pH值为7.2。

1.2试验设计 青贮原料为青贮专用玉米科多8号，2008年5月播种，当年乳熟期收获。种植密度设3个水平，低种植密度(6.80万株/hm2)，中种植密度(8.00万株/hm2)，高种植密度(9.55万株/hm2)。

1.3青贮调制 将青贮原料切短至2 cm左右，混合均匀，称取200 g按设计比例混合，装入聚乙烯袋后，用真空包装机抽真空并封口，重复3 次。室温条件下发酵75 d后开包进行感官鉴定，并取样分析青贮饲料乳酸、挥发性脂肪酸及营养成分。

1.4分析指标

1.4.1田间生产性状分析 株高：随机选取10株健康植株从地面测量至植株顶端；绿叶数：收获时随机选取10株，数取玉米剩余绿叶数；粗蛋白产量=干草产量×粗蛋白含量[19]。

1.4.2发酵品质分析 取青贮样品20 g，加入180 mL蒸馏水，使用九阳料理机搅碎，混匀1 min，先后用4层纱布和定量滤纸过滤，滤液测pH值[20]；滤液取1.5 mL于离心管中采用苯酚-次氯酸比色法进行氨态氮(NH3-N)含量测定[21]；取另一份滤液，0.45 μm滤膜过滤于5 mL的离心管中，使用SHIMADZE-10A型高效液相色谱仪分析滤液中的乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量。色谱条件为色谱柱：Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 30×8 mm；检测器为SPD-M10AVP；流动相为3 mmol/L高氯酸溶液；流速为1 mL/min；柱温50 ℃；检测波长210 nm；进样量10 μL[22]。

1.4.3营养成分分析 采用105 ℃烘干法测定干物质含量[21]；采用杜马斯燃烧法测定粗蛋白质含量[23]；采用滤袋法测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维[24]；采用索氏提取法测定粗脂肪(EE)[24]；采用550 ℃灼烧法测定粗灰分(Ash)[25]。采用蒽酮-硫酸比色法测定可溶性碳水化合物(WSC)含量[26]；采用盐酸、氢氧化钠滴定法测定缓冲能值(BC)[27]。

1.4.4亚硝酸盐、硝酸盐分析 采用离子交换色谱法测定样品硝酸盐和亚硝酸盐含量(EN 12014-4-2005)。

1.5数据分析 采用SAS 8.1 (SAS Institute Inc.,2006) 统计软件，在P<0.05水平对试验结果进行方差分析和Duncan多重比较。所有试验设重复3次。

2 结果与分析

2.1田间生产性状及产量 种植密度不同对植株田间产量性状影响较大，中种植密度分蘖数、绿叶数均显著高于其他处理(P<0.05)；低种植密度单株叶质量、茎质量均高于其他处理，但其鲜草产量、粗蛋白产量最低；粗蛋白由纯蛋白质和非蛋白质含氮物组成，是饲草中最具营养价值的部分，中种植密度粗蛋白产量显著高于其他处理(表1)，为1 135.59 kg/hm2，高、低种植密度粗蛋白产量差异不显著(P>0.05)。

2.2感官评价 感官评价采用德国农业协会(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)评分标准，低、中种植密度芳香气味浓，青贮料茎叶松散软弱，无粘手现象，色泽接近于原料的颜色，呈亮黄色，评定为1级；高种植密度开袋时酸味较轻，芳香气味明显降低，色泽表现一般，评定为2级(表2)。

2.3发酵品质分析 中种植密度pH值显著低于其他处理(P<0.05)，为3.50，乳酸含量最高，乙酸含量最低，且未检出丁酸，说明中种植密度发酵完全，青贮品质好。氨态氮占总氮百分比是衡量蛋白质保存的指标，适宜值为8%～10%，比值过高表明蛋白质被分解，青贮品质降低。本试验中，中种植密度氨态氮含量显著低于其他处理，为8.17%，低、高种植密度氨态氮占总氮百分比接近上限(10%)；高种植密度检出丁酸，占干物质的0.002%(表3)，这可以解释开袋感官评价时有少许霉臭气味，而其他处理没有该气味。

表1 不同种植密度对玉米田间生产性状及产量影响

表2 不同种植密度下青贮玉米饲料感官评价

2.4原料化学成分 优质青贮饲料不仅需要适宜的水分含量，还应有足够的碳水化合物，研究报道[12]，水分含量应控制在60%～75%，适宜的碳水化合物含量应该在8%～10%。本试验中，只有中种植密度水分含量及可溶性碳水化合物含量接近上述范围，低、高种植密度处理与之偏差较大。高种植密度ADF和NDF显著高于其他处理(P<0.05)，说明高种植密度对玉米植株的纤维含量影响较大；中种植密度缓冲能值最低，为190.26 ME/kg(表4)，说明其较其他处理更易于调制优质青贮饲料。

2.5营养成分 中种植密度青贮饲料干物质含量显著高于其他处理(P<0.05)，低、高种植密度干物质百分含量差异不显著(P>0.05)(表5)；各处理原料粗蛋白含量差异不显著(表5)，青贮料中种植密度粗蛋白含量高于其他处理，为5.90%(表5)，说明该处理在青贮过程中蛋白降解最低，为23.37%；各处理青贮料ADF和NDF均低于原料(表4、表5)，说明青贮是提高饲料的消化率有效途径；高种植密度WSC显著低于其他处理。

表3 不同种植密度对发酵品质的影响

表4 不同种植密度原料化学成分

表5 不同种植密度青贮饲料营养成分及可溶性碳水化合物含量 %

2.6亚硝酸盐、硝酸盐含量 青贮料各处理亚硝酸盐、硝酸盐含量均低于原料(P<0.05)，说明青贮可以降低原料的硝酸盐类物质含量；中种植密度原料亚硝酸盐含量显著低于其他处理(图1-Ⅰ)；各处理原料及青贮料硝酸盐含量差异均不显著(图1-Ⅱ)。

图1 不同种植密度对亚硝酸盐和硝酸盐含量的影响

3 讨论与结论

种植密度对青贮玉米形态指标的影响主要通过对植株生长发育的影响来表现。黄勇[28]研究结果表明，随着种植密度的变化，玉米群体株高、穗位高、茎粗也会发生相应规律性变化。低密度可使个体生物性状得到改善，有利于单株生产力的发挥。群体产量随密度的增加而增加，达到一定程度后，产量逐渐下降[29]，因为密度增加超过一定阈值，破坏了群体和个体发育的平衡关系，而且获得最大的籽粒产量的种植密度低于获得最大生物产量的种植密度。本研究，中、低种植密度植株高度、单株叶质量、茎质量均高于高种植密度处理，产量却最低；高种植密度植株高度、单株叶质量、茎质量均低于其他处理，但其产量与低种植密度差异不显著，谭德水[30]也得出相同结果。Rutger和Crowder[31]设置种植密度4万、5万、6万、7万、8万株/hm2，在高密度下，穗位变高，茎秆直径变细，8万株/hm2下获得最高的生物产量，但比7万株/hm2高出不太多，后者获得较高的籽粒产量。Thomson和Rogers[32]研究表明，密度为 21.5万株/hm2的玉米总干物质产量是10.8万株/hm2的147%。杨耿斌等[33]的研究表明，密度为9万株/hm2时，生物产量水平最高。本研究结果表明，密度为8万株/hm2青贮玉米鲜草产量和粗蛋白产量最高。

青贮玉米的pH 值与青贮时原料本身的含水量有关，本试验中青贮原料低、中和高种植密度的含水量分别为76.82%、72.06%和82.17%，只有中种植密度含水量处于适宜含水量范围(60%～75%)之内；植物本身的缓冲性能对青贮pH值变化的影响较大，缓冲能越高pH值越高[34]，本试验中高种植密度缓冲能最高，达到348.14 ME/kg，其pH值也最高，为4.01；氨态氮与总氮的比值被广泛用于衡量青贮好坏的重要指标，比值越大，说明氨基酸和蛋白质分解越多，青贮质量越差。Kaiser等[35]、万里强等[36]指出，青贮中氨态氮含量不仅与青贮发酵过程有关，还受牧草种类及牧草化学成分含量的影响。发酵品质好的鲜草青贮料pH值低于4.2，若低于4.5则为中等，高于4.8则发酵品质差，丁酸含量应低于0.1%，氨态氮占总氮的比例应低于10%。本试验中，中种植密度氨态氮占总氮比和pH值最低，且未检出丁酸，发酵品质最好。

赵勇[37]的研究表明，全株粗纤维和粗脂肪含量均随密度的增加而提高，高密度显著高于中密度和低密度。增加密度降低了全株粗蛋白和无氮浸出物的含量。陆海东等[38]认为随着密度的增加，粗蛋白含量呈下降的趋势，在密度小于6.9万株/hm2时，各密度间无明显差异，当密度增加到7.95万株/hm2时，含量显著下降。随着密度的增加粗蛋白产量显著增加，当密度大于6.9万株/hm2时，粗蛋白产量又开始显著下降，这与本研究结果相一致。Rutger 和Crowder[3]研究表明，较高的种植密度可用于生产饲料，而不能用于生产籽粒。在某一生产环境中，如果随着种植密度增加饲草量继续增加，而消化率又不明显下降，另外，不受倒伏等其他因素的影响，那么较高的种植密度是必要的。本研究结果表明，青贮饲料饲用营养成分随密度变化不一致，随着种植密度的增加，玉米鲜草产量和干物质产量呈单峰曲线，高密度种植不能获得较高的产量。高种植密度对酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和可溶性碳水化合物含量有显著影响，青贮玉米的饲用营养价值低于中种植密度。因此，合理的种植密度才获得较高的饲用物质产量，从而提高玉米的饲用营养价值。

饲料中的硝酸盐本身对动物无毒害作用，只有转化为亚硝酸盐才有害。据报道[39]，亚硝酸盐对牛、羊、猪、兔、狗等家畜的致死量为6～34 mg/kg体质量。于炎湖等[40]在对饲料中亚硝酸盐允许量的研究中建议将青贮饲料中亚硝酸盐含量的安全范围规定为10 mg/kg。韩立英和玉柱[41]研究报道，青贮降低了原料的硝酸盐和亚硝酸盐含量，与本试验结果相一致。本次试验中所测得的亚硝酸盐含量均低于安全剂量，不会对家畜造成危害。

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