拔节期干旱胁迫对青贮玉米生育与品质的影响

宋晋辉, 瓮巧云, 吕爱枝, 袁进成, 刘颖慧

(河北北方学院农林科技学院, 河北 张家口 075000)

近年来，我国畜牧业呈快速发展趋势，正在向规模化、产业化方向转变，对各种优质饲料产品的需求量也在迅速增大，而优质饲草料的缺乏限制了畜牧业的快速发展。青贮玉米因其高产、营养丰富、气味芳香、适口性好、消化率高等优点[1-2]，已成为发展畜牧业不可或缺的一种优质饲料。

我国冀西北地区为旱作类型区，水资源短缺，年内降水分布不均，易形成季节性干旱，春玉米是该地区的主栽作物之一，而干旱是限制玉米生产的主要因素。关于不同时期干旱胁迫对籽粒玉米生育、产量与生理抗性等方面的研究报道众多[3-9]，结果均表明，干旱胁迫下，籽粒玉米生长速度减缓，形态指标与生理指标发生改变，干物质分配发生变化，产量下降等。Liu等[10]研究表明，灌溉量会影响籽粒玉米的产量与品质，不同生育时期适当减量灌溉可增加籽粒中蛋白质的含量，而淀粉含量会有所降低。孙旭利[11]研究发现，灌浆结实期水分胁迫会导致糯玉米产量下降，籽粒中蛋白质含量升高，淀粉含量下降。施龙建等[12]和Liu等[13]研究表明，开花期干旱胁迫会导致鲜食糯玉米产量下降，籽粒中淀粉含量增高, 蛋白质含量降低。综上，前人的研究对象主要集中在籽粒玉米和鲜食糯玉米，而关于干旱胁迫对青贮玉米影响的研究很少。本研究以冀西北地区青贮玉米为研究对象，在遮雨棚下进行严格的控水试验，采用根箱种植方式研究拔节期不同水分胁迫程度与不同胁迫历期对青贮玉米生育性状与品质的影响，以揭示其对干旱的响应机制，为该区青贮玉米的节水增产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为粮饲兼用型品种中原单32，由中国农业科学院作物科学研究所提供。

1.2 试验地点

于2018年4～10月在河北张家口河北北方学院南校区农场(40°68′ N，114°93′ E，海拔647 m)进行。土壤为0～20 cm 土层壤土，有机碳含量 8.20 g·kg-1，全氮含量 0.62 g·kg-1。试验采用根箱种植，根箱规格68 cm×48 cm×50 cm，底部打孔，每箱4株，行距40 cm，株距20 cm，折合种植密度为122 550株·hm-2。为避免自然降雨的影响，在电动控制的遮雨棚内进行。

1.3 试验设计

在拔节期对青贮玉米进行干旱胁迫，共设5个处理(表1)，每处理重复3次。T1～T4各处理均在干旱胁迫结束后，复水至适宜土壤含水量(70%±5%)，直至收获(乳线达1/2时收获)。

表1 各干旱处理的控水范围与干旱持续期

1.4 测定项目与方法

1.4.1土壤水分 利用美国Spectrum TDR300土壤水分测定仪测定。

1.4.2生育时期 参照《农业气象观测规范》[14]调查并记载。

1.4.3株高和叶面积 每处理随机选3 株长势一致的玉米进行挂牌，分别于胁迫前、胁迫后20 或30 d、复水后10 和30 d测量其株高与叶面积(采用长宽系数法[9]确定，系数取0.75)。

1.4.4单株鲜重与干物质量的测定 于收获期将挂牌的3株收获，测其鲜重，然后将植株分解为茎秆(茎+叶鞘)、叶片、雌穗与雄穗四部分，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定其干物质量，并计算果穗率[15]与干鲜比。

1.4.5品质的测定 所有样品用植物微型粉样机粉碎后过100目筛，样品送至内蒙古乌兰察布市易马农牧科技有限公司，测其干物质(dry matter, DM)、粗蛋白(crude protein,CP)、淀粉、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)与中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)含量及泌乳净能(net energy for lactating, Nel)等指标。

参照其其格等[16]和MOORE等[17]方法计算相对饲喂价值(relative forage value, RFV)与粗饲料分级指数(grading index,GI)。

1.5 数据统计与分析

利用Microsoft Excel 2018 进行数据统计，采用 SPSS 21.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对青贮玉米生育进程的影响

由表2可以看出，拔节期干旱胁迫在一定程度上延缓了青贮玉米的生育进程，使拔节期之后的主要物候期的出现时间滞后。其中T1处理的大喇叭口期、抽穗期和吐丝期均较CK晚出现2 d，T2处理分别较CK晚出现3、3和4 d，T3处理分别晚3、4和5 d，T4处理分别晚4、4和6 d。与CK相比，除T1处理外，其他三个处理均导致青贮玉米抽穗和吐丝的间隔时间延长，分别较CK延长1、1和2 d，这对授粉不利；与CK相比，各处理均导致青贮玉米吐丝和成熟的间隔时间缩短，分别较CK缩短1、3、3、4 d，这会导致灌浆时间缩短，对产量形成不利。由表2还可以看出，青贮玉米在拔节期遭遇干旱胁迫后，导致其生育期延长，T1～T4分别较CK延长1、1、2、2 d。

表2 青贮玉米到达各生育时期所需时间

2.2 干旱胁迫对青贮玉米株高的影响

由表3可以看出，不同程度的干旱胁迫处理均显著降低了青贮玉米的株高。其中T1处理胁迫后20 d的株高较CK显著降低18.58%；复水后植株生长速度加快，但仍低于CK，复水后10 和30 d的株高分别较CK降低11.34%和3.89%。T2处理对青贮玉米株高影响更大，胁迫后20 d的株高较CK降低27.19%，复水后10 和30 d的株高分别较CK降低18.83%与6.98%，与对照间均差异极显著。T3、T4处理的株高也明显受到干旱胁迫的抑制，胁迫后30 d分别较CK下降23.94%和31.76%，复水后30 d两个处理的株高仍较CK低5.09%与8.27%。由此可见，干旱胁迫越严重、干旱胁迫时间越长对青贮玉米株高的影响越大；复水后，其株高生长速度得到明显恢复，中度胁迫较重度胁迫后期的补偿效应明显，但仍低于CK。

表3 干旱胁迫对青贮玉米株高的影响

2.3 干旱胁迫对青贮玉米叶面积的影响

由表4可以看出，干旱胁迫对青贮玉米叶面积的增长有一定程度的抑制作用。其中T1、T2处理胁迫后20 d的叶面积分别较CK显著降低10.4%和18.4%，与CK间差异极显著；复水后叶面积增长加快，补偿效应明显，但复水后30 d，T1、T2处理的叶面积仍较CK显著低4.0%和8.5%。T3、T4处理胁迫后30 d，青贮玉米的叶面积分别较CK降低14.1%和20.1%，复水后10 d的叶面积较CK低8.5%和13.7%，复水后30 d，其叶面积仍较CK显著低6.1%和9.2%。上述分析表明，叶面积对干旱胁迫的响应与株高相同，胁迫加剧，对其影响越大，复水可得到部分补偿，但与CK相比不能实现等量补偿。

表4 干旱胁迫对青贮玉米单株叶面积的影响

2.4 干旱胁迫对单株干物质量、果穗率与干鲜比的影响

由表5可以看出，随胁迫程度加剧、胁迫时间延长，各处理的单株干物质量、单株鲜重、干鲜比与果穗率均呈下降趋势。正常供水(CK)情况下，中原单32的单株干物质量为287.0 g，干旱胁迫后，T1、T2、T3、T4处理的单株干物质量分别较CK降低9.79%、33.12%、14.39%、38.19%，与CK差异显著。干旱胁迫后各处理的干鲜比也有所降低，其中T2、T4处理与CK差异显著。果穗率在一定程度上可以反应青贮玉米的产量与品质,分析发现，各处理的果穗率均较CK有所降低，其中T2与T4处理分别较CK显著下降4.91%与6.46%。

表5 不同干旱胁迫处理对青贮玉米收获期性状的影响

2.5 干旱胁迫对青贮玉米品质的影响

通过分析(表6)发现，在干旱胁迫下，青贮玉米的CP、ADF与NDF含量较CK有所上升，干物质、淀粉与泌乳净能较CK有所下降；除T1处理外，其他处理与CK差异显著。鉴于单项营养指标并不能全面评价全株青贮玉米的营养价值，故采用相对饲喂价值(RFV)与粗饲料分级指数(GI)对其品质进行综合评定。由表6可以看出，尽管干旱胁迫后，中原单32的粗蛋白含量有所上升，但其综合评价指标RFV与GI 均随胁迫加重而降低。综上可知，干旱胁迫会引起青贮玉米品质下降，并且随着胁迫的加剧，相对饲喂价值和粗饲料分级指数下降显著。

表6 干旱胁迫下中原单32全株玉米的品质性状

3 讨论

本研究结果表明，青贮玉米拔节期经中度和重度干旱胁迫处理后，其生育进程呈推迟趋势，推迟的天数主要集中在“拔节-大喇叭口”阶段与“抽穗-吐丝”阶段，分别较CK推迟2、3、3、4 d与0、1、1、2 d；而吐丝至成熟的间隔时间分别较CK缩短1、3、3、4 d，这与袁淑芬等[18]、张淑杰等[19]研究结果一致。袁淑芬等[18]研究中指出，抽穗与吐丝间隔时间延长对玉米授粉不利，使其结实率降低；吐丝与成熟间隔时间的缩短，会导致玉米灌浆期天数的减少，进而影响玉米籽粒的产量，这也是导致干旱胁迫处理后的青贮玉米果穗率低的原因之一。

青贮玉米在遭遇拔节期干旱胁迫后，其株高与叶面积生长受到抑制，进而显著降低其单株鲜重与干物质量。这与前人对籽粒玉米的研究结果[8,20-23]一致。胁迫后再复水可显著加快植株的生长速度，使株高与叶面积得到部分补偿，但其单株干物质量仍显著低于CK。重度干旱胁迫还会导致青贮玉米的干鲜比与果穗率显著下降。因果穗中粗蛋白、粗脂肪、淀粉等含量高于秸秆，而牲畜难以消化的粗纤维主要分布在秸秆中，故果穗率较大的品种青贮后易被牲畜消化[24-25]。张文芝等[15]研究表明，高果穗率有利于青贮玉米发酵品质和营养品质的改善。本试验中，干旱胁迫后，青贮玉米果穗率降低，这也是导致其营养品质降低的一个原因。

粗蛋白(CP)含量越高，饲草品质越好；高的中性洗涤纤维(NDF)含量会影响牲畜对饲草的采食量；酸性洗涤纤维(ADF)、干物质(DM)和淀粉含量可以衡量饲草的消化率，ADF含量低、DM和淀粉含量高的饲草，其消化率也较高，饲用价值也越大[26-28]。本研究表明，干旱胁迫可导致青贮玉米淀粉含量下降，粗蛋白含量增加。这与对籽粒玉米与糯玉米[10-11]的研究及对紫花苜蓿[29-31]的研究结果均一致，但与施龙建等[12]研究结果不同，这可能与胁迫时期和收获时期不同有关。干旱胁迫虽有利于青贮玉米蛋白质的积累，但会导致其淀粉和干物质含量下降，ADF和 NDF含量提高，综合评定指标RFV和GI下降(表6)，即品质下降。综合青贮玉米对拔节期干旱胁迫的响应可知，T1处理虽可导致玉米单株干物质量较CK显著下降9.79%，但其果穗率、干鲜比及各项营养指标(酸性洗涤纤维除外)均与CK差异不显著。故在水资源有限的地区，可在拔节期适当干旱，将有限的水资源用在大喇叭口期，以期获得最大的经济效益。