玉米×墨西哥大刍草杂种饲草产量及其构成性状对密度和氮肥的响应

冯云超，余志江，霍仕平，张兴端，张 健，晏庆九，向振凡， 张芳魁，邹永翠

(1.重庆三峡农业科学院，重庆 万州 404155； 2.重庆三峡职业学院，重庆 万州 404155)

栽培密度、刈割措施、施肥等是影响饲草产量和品质的重要因素[1-10]；其中种植密度和施氮量对饲草产量和品质影响尤为突出[1-4,8-10]。种植密度过大，每个植株由于占有的空间资源和份额较小，提前进入封行，通风透光性相对较差，影响光合产物的合成与分配，个体生长受阻，产量降低；种植密度较小，植株竞争小，分枝数和叶片数较多，茎秆高大，但群体基数较小，难获得高产[1-4]。氮素是限制禾本科饲草产量和品质的主要因素之一[8]。施氮量不足，则植物生长受阻，难以获得高产；过高，易增加土壤和植株硝态氮含量，引发植株病害，降低品质。适宜的施氮量能促进作物生长，提高产草量和品质，且能提高肥料利用率，降低环境污染[8-10]。因此，适宜的种植密度和施氮量是饲草高产、优质的关键所在。

墨西哥大刍草(Zeamexicana)是玉米(Z.mays)的野生近缘种，一年生。植株直立，高1.5～4.0 m，叶片宽大、肥厚，边缘有皱褶而下垂，具有品质优、抗寒、抗病、耐涝、根系发达、分蘖能力强等优良特性，是选育饲草新品种的重要种质资源[11-12]。然而其光敏反应强，种子生产量少且种子收获困难[11,13]。研究表明，玉米与墨西哥大刍草的杂种F1饲草产量、产量性状具有较强的杂种优势[2,14-16]，四川农业大学利用染色体工程技术与常规育种相结合的方法，成功选育出了高产、优质的玉米×墨西哥大刍草杂种饲草品种(玉草2号)[2]。重庆三峡农业科学院从2005年开始引进了墨西哥大刍草，经过多年研究选育出多分蘖、高产、优质的玉米×墨西哥大刍草杂种。本研究通过分析新选育成的玉米×墨西哥大刍草杂种的饲草产量对密度和施氮量的响应，确定其最适宜的种植密度和施氮量，以期为其合理利用及大面积种植推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1供试材料与田间设计 2011年3-7月在重庆三峡农业科学院梁平试验基地进行了新选玉米×墨西哥大刍草杂种产量及产量性状对密度和氮肥响应研究。供试材料为41P1-3×墨西哥大刍草。

试验采用两因素的裂区试验设计，以密度为主处理，施氮量为副处理，3次重复，5行区，小区面积为2.5 m×4 m。栽培密度设30 000(D1)、40 000(D2)、50 000(D3)、60 000(D4)株·hm-24个水平，行距均为50 cm，株距根据密度确定；施氮量(尿素)设300(N1)、450(N2)、600(N3) kg·hm-23个水平，施氮时间为移栽成活时期、分蘖期和拔节后期3个时期，施氮量分别为总量的20%、40%、40%。3月28日育苗，4月15日移栽。移栽时，每公顷基施有机肥30 000 kg、磷肥(过磷酸钙)750 kg，其他管理措施同大田生产，抽雄始期刈割。

1.2测定指标及方法 抽雄始期(7月6日)，每小区随机选择5株，测定草长(拉直植株，测定从茎基部到最长叶尖的距离)、分蘖数(草长30 cm以上计为一个新分蘖)、主茎粗(测定离基部15 cm处主茎茎秆的周长)、绿叶片数(单株主茎持绿叶片)、叶长(倒4叶)、叶宽及叶面积等植株性状，并分茎秆和叶片称取鲜质量，于105 ℃杀青1 h，70 ℃烘干至质量恒定(两次质量之差小于0.5 g)，称量干质量。每小区刈割中间3行测产，测定单位面积鲜草产量，并估算单位面积干草产量。

1.3数据处理 采用SPSS 19.0对数据进行方差分析[17]和相关分析，多重比较采用Duncan新复极差法，通径分析按《高级生物统计》[18]的方法计算。

2 结果与分析

2.1种植密度和施氮量对饲草产量及产量构成性状差异分析

2.1.1饲草产量差异分析 分析表明，不同密度处理对玉米×墨西哥大刍草杂种的饲草鲜草产量影响差异不显著(P>0.05)。干草产量以D2处理最高(表1)，为11 176.99 kg·hm-2，显著高于其他处理；其次为D3(9 943.35 kg·hm-2)和D4处理(9 810.25 kg·hm-2)，二者之间差异不显著(P>0.05)；D1处理干草产量最低，为8 902.42 kg·hm-2，显著低于D3和D4。可见，在一定范围内提高种植密度能增加鲜、干草产量，但密度过高饲草鲜、干草产量反而降低。说明该玉米×墨西哥大刍草杂种最适宜的种植密度为40 000株·hm-2(表1)。

施氮量对玉米×墨西哥大刍草杂种的鲜、干草产量都存在显著影响(P<0.05)。其中，处理N3的鲜草产量最高，为52 541.93 kg·hm-2，处理N2的鲜草产量为51 069.70 kg·hm-2，N3与N2间差异不显著(P>0.05)，但二者均显著高于N1(47 805.80 kg·hm-2)(P<0.05)。不同处理干草产量的变化趋势与鲜草产量相同，由大到小依次为N3(10 643.74 kg·hm-2)、N2(9 923.60 kg·hm-2)、N1(9 307.42 kg·hm-2)，且N3显著高于N2和N1(P<0.05)。可见，玉米×墨西哥大刍草杂种在施氮600 kg·hm-2下可获得较高的鲜、干草产量(表1)。

表1 不同密度和施氮处理下的饲草产量Table 1 Forage yields under different densities and nitrogen application treatments

密度与施氮处理的互作效应对饲草鲜、干草产量均有显著影响(P<0.05)。说明在获得最高饲草产量的种植密度和施氮水平下，玉米×墨西哥大刍草杂种不一定能获得最高的鲜、干草产量。进一步分析可知(表2)，玉米×墨西哥大刍草杂种的鲜、干草产量最高的处理分别为D2N2(59 444.74 kg·hm-2)和D2N3(12 374.39 kg·hm-2)(表2)。

2.1.2产量组成性状差异分析 密度处理除绿叶片数和叶长外，其余各性状差异显著(P<0.05)； 施氮处理除主茎粗、绿叶片数、叶长、叶面积外，其余各性状间差异显著；密度与施氮量的互作效应除对分蘖、单株鲜产量差异显著外，其余性状差异不显著(P>0.05)(表3)。说明，密度和施氮量显著影响玉米×墨西哥大刍草杂种的产量构成性状。

表2 不同密度×施氮处理下饲草产量比较Table 2 Comparison of forage yields under different densities and nitrogen application treatments

2.2饲草产量相关性分析 饲草产量与绿叶片数、叶长、叶面积呈负相关，与密度、施氮量、主茎粗、分蘖数、叶宽、单株鲜质量呈正相关，与草长呈显著正相关(P<0.05)；单株鲜质量与密度、草长、主茎粗、分蘖数、叶宽、叶面积相关显著(P<0.05)。其中，草长与饲草产量和单株鲜质量的相关性均显著(P<0.05)(表4)。说明，草长对玉米×墨西哥大刍草杂种饲草产量影响较大。

在影响饲草产量的其他9个因素中，任意两个之间的相关系数有35(密度和施氮量无相关性)个。双尾检验表明，有24个相关系数为正值，达到显著水平的相关系数有14个。此外，有11个相关系数为负值，达到显著水平的个数为7个。统计还表明，有14个相关系数未达到0.05显著水平，说明在考察的区间内，部分性状之间尚不存在确定的相互影响。

表3 产量构成性状方差分析Table 3 Variance (ANOVA) of the yield component traits

2.3饲草产量通径分析 饲草产量与密度、施氮量、草长、主茎粗、分蘖数、绿叶片数、叶长、叶宽、叶面积、单株鲜质量间显著线性关系(P<0.05)，用这7个性状预测杂种F1单株产量可靠程度为87.69%(表5)。可见，密度、施氮量、草长、主茎粗、分蘖数、绿叶片数、叶长、叶宽、叶面积、单株鲜质量是影响饲草产量的主要因素。

密度、施氮量、草长、主茎粗、分蘖数、绿叶片数、叶长、叶宽、叶面积和单株鲜质量对饲草产量的直接作用分别为1.731、0.069、0.204、-0.134、0.008、0.183、-1.819、-1.460、2. 379和1.862。其中，草长在0.1水平上对饲草产量直接作用显著，密度和单株鲜质量对饲草产量直接作用在0.05水平上显著(表5)。表明密度、单株鲜质量、草长是影响饲草产量的重要因素。

表4 饲草产量与产量影响因素的相关分析Table 4 Correlation analyses of single yield and composition factors

表5 直接作用和间接作用分析Table 5 Analyses of direct and indirect actions

密度、叶长、叶宽、叶面积和单株鲜质量对饲草产量的直接作用较大，但通过其他产量影响因素对饲草产量的间接作用也较大，且直接作用和间接作用效应相反，表现出与饲草产量相关不显著(P>0.1)；草长对饲草产量的直接作用为正效应，且在0.1水平上达显著水平，其间接作用也为正效应；施氮量、主茎粗、绿叶片数、分蘖数对饲草产量直接作用绝对值小于间接作用，主要通过间接作用影响饲草产量。

3 讨论与结论

饲草产量是受多种因素影响的重要经济性状[1]，研究饲草单株产量与产量构成性状的关系，找出影响饲草产量的重要因素，有利于饲草品种的选育和推广。本研究表明，饲草产量与绿叶片数、叶长、叶面积呈负相关，与密度、施氮量、主茎粗、分蘖数、叶宽、单株鲜质量呈正相关，与草长呈显著正相关；单株鲜质量与密度、草长、主茎粗、分蘖数、叶宽、叶面积相关显著。这与Patel等[19]的结果不尽一致，其原因可能与研究所用试验材料不同有关，Patel等所用材料包括了玉米与几种大刍草杂种F1及其亲本(大刍草和玉米)，它们的形态类型差异较大(玉米不具有分蘖)。

要充分揭示产量因素对单株产量作用的实质，只进行相关分析是不够的，还必须通过通径分析[20]。陈柔屹等[1]通过对玉草1号产量性状进行通径分析，认为，密度和分蘖是影响饲草产量的主要因素，提出密度可以调控玉草1号分蘖，影响饲草产量；也有学者[21]通过对玉米与全套大刍草的杂种F1单株产量与产量性状分析，提出草长对单株产量的直接作用最大，是影响玉米×大刍草杂种F1单株产量的重要性状；本研究结果显示，密度、单株鲜质量、草长对饲草产量直接作用达到显著水平，是影响饲草产量的重要因素。因而，适宜的种植密度是确保玉米×墨西哥大刍草杂种高产的重要因素。有关研究[2]表明，玉米×墨西哥大刍草杂种(玉草2号、川单14×墨西哥大刍草)的最适宜种植密度为75 000株·hm-2，而本研究中玉米×墨西哥大刍草杂种新组合最适宜种植密度为40 000株·hm-2。究其原因，有可能是玉米×墨西哥大刍草杂种新组合分蘖数多于玉草2号和川单14×墨西哥大刍草，其最适宜密度降低，说明玉米×墨西哥大刍草杂种可以通过个体间对生态因子的竞争与协调自动调节群体大小，最后达到动态平衡。另外，草长与单株鲜质量呈显著正相关。因此，利用草长较高的玉米与墨西哥大刍草杂交有望选育高产的饲草品种。

本研究中，饲草鲜、干草产量最大时的种植密度均为40 000株·hm-2，施氮量分别为450、600 kg·hm-2，从高产和利用方式综合考虑，种植密度均应选择40 000株·hm-2，施氮量以鲜饲为目的时应选择450 kg·hm-2，收获干草应选择600 kg·hm-2。

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