金沙江干热河谷区青贮玉米品种农艺性状分析

韩学琴， 邓红山， 普天磊， 罗会英， 赵琼玲， 廖承飞, 薛世明， 范建成， 金 杰*

(1.云南省农业科学院热区生态农业研究所， 云南 元谋 651300； 2.元谋干热河谷植物园， 云南 元谋 651300;3.云南省草地动物科学研究院， 云南 昆明 650212)

青贮玉米(ZeamaysL.)属于特用玉米类型，主要用作青贮饲料，是近年来畜牧产业的一个重要饲料来源。因青贮玉米具有单位面积产量高，营养丰富，利于畜养动物消化吸收等特点，近几年成为研究的热点[1-3]。然而，目前生产上青贮专用玉米品种稀少，粮饲兼用型玉米品种较多。另外，玉米的生物产量受生态环境影响较大，同一个玉米品种在不同的地理和气候条件下都有可能获得差距较大的生物产量，导致不同玉米种植区选择青贮玉米品种具有很大盲目性。云南元谋属于金沙江干热河谷地区，具有独特的气候条件，玉米作物可以一年2熟甚至一年3熟，近几年青贮玉米种植面积不断增加，但由于市面上销售的青贮玉米品种较多，选择青贮玉米品种成为农业种植最大的难题。在云南元谋干热河谷地区开展不同青贮玉米品种的农艺性状评价，将有助于该地区以及相似生态区对青贮玉米品种的选择。

评价青贮玉米品种适应性的主要性状因子数量较多，仅以某些单个性状的方差分析来评价其生产性能的优劣及品种间的适应性差异，往往因割裂了各个性状因子对品种生产性能的综合影响而在一定程度上有失全面[4-6]。本研究应用方差分析、相关性分析及灰色关联度分析方法，结合鲜、干草产量和农艺性状来构建青贮玉米评价体系模型，综合评价干热河谷地区种植的青贮玉米。由于遗传效应、生态环境、水热条件以及栽培管理措施等多种因素对作物的产量和品质都有较大影响，所以在某一特定地区通过田间试验进行优良品种的综合评价和筛选很有必要[7]。为此，本研究开展了25个玉米品种的比较试验，以青贮玉米优良农艺指标为依据，对其24项农艺性状指标进行了综合评价分析，以期筛选出适合在本区域可作青贮玉米的优良品种，为金沙江干热河谷地区乃至滇南低山丘陵“粮改饲”青贮玉米生产及良种培育提供科学指导，也为青贮玉米引种适应性研究鉴定和评价提供可选择的性状指标。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于云南省楚雄州元谋县黄瓜园镇苴林基地(云南省农业科学院热区生态农业研究所苴林科研试验基地)，地理位置为101°49′21.83″ E，25°50′40.77″ N，海拔1 084 m；土壤类型为燥红土，pH为6.41，土壤养分含量为：有机质5.25 g.kg-1，全氮0.039%，速效磷6.55 mg.kg-1，速效钾58.2 mg.kg-1；气候属南亚热带气候类型，但随地形和海拔的变化，各地区气候的垂直变化也较明显。试验地多年气象资料记载为：全年降水量625 mm，年均温21.9℃，最热月均温28℃，最冷月均温13.8℃，极端最高温度40℃，极端最低温度-1℃，无霜期365 d，年有效积温(≥10℃)8 003℃。

1.2 供试材料

本研究选取生产上推广和引种试验示范的25个青贮玉米品种为研究材料，由克劳沃(北京)生态科技有限公司(昆明分公司)提供，详见表1。

表1 供试青贮玉米品种名录[8]Table 1 List of silage maize variety in this study

1.3 试验设计

参试的25个玉米材料于2018年6月5日播种，采用随机区组排列，3次重复，小区面积20 m2(长5 m×宽4 m)，小区间隔50 cm，小区区组间过道1 m。株行距(宽窄行种植)宽行70 cm，窄行40 cm，每小区8行，两长边行距离小区边15 cm起第1行，隔40 cm起第2行，隔70 cm起第3行，株距25 cm，每行20株(穴)。播种方式为人工挖穴点播，行头留12.5 cm开始打穴，行尾剩12.5 cm，每小区一共160穴，每穴2粒种子，播深2～3 cm，成活后在3叶期间苗或定苗，每穴留1株。试验小区所有玉米品种整个生育期实行统一田间管理，播种前施底肥(复合肥)500 kg·hm-2，苗期追施尿素70 kg·hm-2，拔节期追施尿素140 kg·hm-2，灌溉、除杂和病虫害防治措施均一致。

1.4 测定指标与方法

1.4.1农艺性状的测定 收获前一周对每个小区进行倒伏率、倒折率、空秆率和双穗率调查。倒伏率、倒折率、空秆率和双穗率分别为倒伏株数、倒折株数、空秆株数和双穗株数占该试验小区总株数的百分率，植株倾斜度大于45 °但未折断的植株为倒伏，果穗以下部位折断的植株为倒折，不结果穗或果穗结实20粒以下的植株为空秆，有双穗且第2穗结实20粒以上的植株为双穗[9]。

在籽粒乳熟中期至蜡熟期之间收获。收获时在第Ⅰ重复每个小区随机选取10株生育正常的青贮玉米，从根部整株刈割，留茬高度5 cm，并及时测量其株高、茎粗、穗位高、青叶数、黄叶数、叶长、叶宽、穗长、穗粗、穗秃尖、单株鲜重、穗鲜重、叶鲜重、茎鲜重。株高测取由地表至雄穗顶端的绝对高度，茎粗为植株地表上第3节的茎直径长度，穗位高测取地表至果穗第一着生节处的绝对高度。叶片数测取由地表到雄穗顶端的总叶片，并分别记录青叶片、黄叶片数量。叶部性状选取穗位叶，叶长为叶舌至叶尖长度，叶宽选最宽处测定。穗长测取穗基部至穗顶端的长度，穗粗为果穗中部直径的长度，穗秃尖长为穗顶端无粒区的长度[7,10]。

1.4.2穗、茎、叶比重以及干鲜比测定 随机取样10株，称鲜重，之后将其单株穗、茎、叶分开，用尼龙纱袋装好[7,9]，置于烘箱中，在65℃烘至恒重后分别称干重，取其平均值。

穗(茎、叶)比重(%)=穗(茎、叶)干重/
(穗+茎+叶)干重×100%；

干鲜比(%)=(穗+茎+叶)干重/(单株鲜重)×100%。

1.4.3产量测定 2018年9月4日收获时小区全区刈割测产，3个重复，留茬高度5 cm。刈割后立即称重，得到每小区鲜草产量，根据干鲜比计算出干草产量。

1.5 数据统计与分析

采用Excel，SPSS和SAS统计分析软件进行数据整理分析。依据灰色系统理论中的灰色关联度分析方法，将25个参试青贮玉米品种视为一个灰色系统，各性状视为系统中的一个因素。根据育种目标和生产实际需要，把各参试青贮玉米品种的24个农艺性状的最佳值结合起来，构成一个理想的“参考品种”。以“参考品种”各个性状指标所构成的数列为参考数列，记作X0，以参试品种各个性状指标构成的数列为比较数列，记作Xi(i=1，2，3，…，n)，n为性状指标数[6-8,11-16]，且X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}，Xi={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}，由下列公式(1)计算参试品种与“参考品种”之间的关联系数[10]。

(1)

式中，|X0(k)-Xi(k)|=△i(k)，表示X0数列与Xi数列在第k点的绝对差值。min|△i(k)|是一级最小差，即在绝对差|△i(k)|中按不同k值挑选其中的最小者；min min|△i(k)|是二级最小差，即在min|△i(k)|中按不同i值(比较数列值)挑选其中最小者。同理，max|△i(k)|是一级最大差，max max|△i(k)|是二级最大差，其意义与最小差相似。为分辨系数，用于提高关联系数之间的差异显著性，取值0～1，本文取值=0.5。

由于各性状对青贮玉米品种的重要程度不同，在评价不同品种的优劣时还应根其重要程度赋予不同的权重，并以加权关联度对各青贮玉米品种进行评价[6,8,12-14,16-17]。

(2)

式中，n为样本数。

(3)

(4)

本试验采用灰色关联度分析法综合评价青贮玉米品种的关键是构建“参考品种”性状的选取及各性状权重的确定[8,15]。“参考品种”是根据生产实际需要构建的最优品种，青贮玉米的株高、茎粗、青叶数、叶长、叶宽、穗长、穗粗、穗位、单株重、穗鲜重、叶鲜重、茎鲜重、叶比重、茎比重、穗比重、干鲜比、鲜草产量、干草产量、双穗株率等指标，根据生产实际需要，测定值是“越大越好”，即这19项指标的“参考品种”均选择分别高于供试品种中最大值的5%。而黄叶数、穗秃尖长、倒伏率、倒折率、空杆率等指标，根据生产实际需要，测定值是“越小越好”，即这5项指标的“参考品种”均选择分别低于供试品种中最小值的5%[4,8,18]。之后对25个供试品种和“参考品种”的24项性状均值进行灰色关联度分析。由于各性状指标量纲不同，需对各指标原始数据进行无量纲化处理。采用初值法，将均值压缩在[0,1]的区间内，即所有指标数值被相应的X0值除[4,8,11-12,14,17]。

2 结果与分析

2.1 不同青贮玉米品种间生产性能比较

25个青贮玉米品种的生物产量差异均显著。由表2可知，7，18和8号品种的鲜草产量明显高于其他品种，这3个品种之间差异不显著，而与其他品种间差异均显著(P<0.05)。7号品种鲜草产量最高，达80.46 t·hm-2，5号品种最低，仅为38.34 t·hm-2，此外，1，2，4号等13个品种的鲜草产量低于平均值53.11 t·hm-2。18号干草产量最高，与其他品种之间差异均显著(P<0.05)，其值为23.62 t·hm-2。其次为14和7号，干草产量分别为20.43和19.79 t·hm-2，2者之间差异不显著，干草产量最低的品种是3号，仅为9.45 t·hm-2，此外，4，5，11号等10个品种的干草产量均低于平均值14.13 t·hm-2。

由表2可知，18，7，2和24号品种的株高显著高于其他品种(P<0.05)，4个品种之间差异不显著。18号品种株高最高，达2.81 m，3号最低为1.80 m。2，7，8，23号品种单株鲜重,显著高于其他品种(P<0.05)。叶比重在24.05%～41.68%范围内，4号品种最高，与其他参试品种间差异均显著(P<0.05)。茎比重在18.75%～32.82%范围内，8号品种最高，与12，24，4号品种间差异不显著，而与其他品种间差异均显著(P<0.05)。穗比重在29.15%～54.03%范围内，6号品种最高。干鲜比在20.33%～42.28%范围内，8号最低，14号最高，14号与其他品种间差异均显著(P<0.05)。

表2 不同青贮玉米品种间生产性能Table 2 Production performance of different silage corn varieties

2.2 不同青贮玉米品种的农艺性状比较

由表3可知，供试材料中茎粗较大的品种是7，2和8号，分别为24.51，22.82和22.46 mm，7号与2号差异不显著，而与其他品种间差异均显著(P<0.05)。每株青叶数最多的品种为7号，为12.8片。每株黄叶数最多的品种为14号，达到4.1片，最少的是21和23号，均为0.3片。叶长最长的品种为7号，达到104.15 cm，7，2和23号品种的叶长明显高于其他品种，这3个品种之间差异不显著，而与其他品种间差异均显著(P<0.05)。叶宽最宽的品种为10号，达到11.37 cm，3号品种的叶长、叶宽都是最小。

穗位较高的品种是18，7，2和12号，3号品种穗位最低。2号品种穗长最长，为47.56 cm，与其他品种间差异均显著(P<0.05)，3号品种穗长最短，为17.10 cm。穗粗最粗的品种为20号，达到53.89 mm。穗秃尖最长的品种为23号，达到6.59 cm，除22，19和20号外，23号与其他品种间差异均显著(P<0.05)，9号品种穗秃尖长为0 cm。

穗鲜重最大的品种为15，20号，均为0.30 kg，15，20号与3，4，6，11，12，13，25号品种间差异显著(P<0.05)，而与其他品种间差异均不显著，4号穗鲜重最小为0.16 kg。叶鲜重最大的品种为7号，达到0.49 kg，除8号外，7号与其他品种间差异均显著(P<0.05)，25号叶鲜重最小为0.19 kg。茎鲜重最大的品种为12号，达到0.50 kg，12和8，23，2，7号品种的茎鲜重明显大于其他品种，这5个品种之间差异不显著，而与其他品种间差异均显著(P<0.05)，3号品种茎鲜重最小为0.22 kg。

倒伏率最高的品种是17号，8，11，15，18，19，20，22，24，25号品种的倒伏率均为0%。倒折率最高的品种是11号，其次是5号，2者显著高于其他品种(P<0.05)，1，3，4，6，9，10，12，14，20，21，22，23号品种的倒折率均低于平均值8.68%。双穗株率最高的品种是4号，达到11.46%，其次是9号为11.04%，15，19，20，21，22，24号品种的双穗株率均为0%。空杆率最高的品种是11号，达到33.54%，其次是5号为29.38%，2者空杆率差异不显著，11号与其他品种间差异均显著(P<0.05)；1，6，8，10，12，14，20，21，23，24号品种的空杆率均低于平均值12.09%。

表3 不同青贮玉米品种农艺性状Table 3 Agronomic traits of different silage corn varieties

续表3

2.3 青贮玉米品种的生物学产量与农艺性状的相关性

青贮玉米品种农艺性状的相关性分析见表4，鲜草产量与株高、茎粗、青叶数、叶长、穗位高、单株鲜重、叶鲜重、茎鲜重呈极显著正相关(P<0.01)，与穗鲜重、茎比重呈显著正相关(P<0.05)，排序为株高(0.729)>穗位高(0.728)>单株鲜重(0.701)>叶鲜重(0.680)>茎鲜重(0.654)>青叶数(0.647)>叶长(0.612)>茎粗(0.573)>穗鲜重(0.456)>茎比重(0.453)。干草产量与株高、叶长、穗位高呈极显著正相关(P<0.01)，与茎粗、穗鲜重、叶鲜重、茎鲜重、干鲜比呈显著正相关(P<0.05)，排序为株高(0.703)>穗位高(0.666)>叶长(0.600)>茎粗(0.498)>干鲜比(0.492)>穗鲜重(0.471)>茎鲜重(0.446)>叶鲜重(0.416)。并且鲜草产量与干草产量呈极显著正相关(P<0.01)。同时，鲜、干草产量与倒折率和空杆率呈极显著负相关(P<0.01)，鲜草产量与穗秃尖长、穗比重、干鲜比、倒伏率呈负相关，且穗比重、倒伏率达到显著水平(P<0.05)；干草产量与穗秃尖长、穗比重、倒伏率呈负相关，但都没有达到显著水平。

2.4 不同青贮玉米品种生产性能的灰色关联度分析

2.4.1求关联系数 首先根据公式|X0(k)-Xi(k)|=△i(k)，求出参考数列与比较数列的绝对差值。25个青贮玉米品种的min min|△i(k)|=0.0368，max max|△i(k)|=0.9983。利用公式(1)计算各点上的关联系数(取0.5)[4,8,12-14,17]。

2.4.2各性状指标的权重及综合评价模型的构建 根据模糊数学方法中的权重决策法，即由公式(2)、公式(3)计算各指标对应的权值，赋予各性状不同权重[4,8,12-14,17]：=0.0492，=0.0493，=0.0516，=0.0325，=0.0511，=0.0551,=0.0343，=0.0553,=0.0253,=0.0444,=0.0453,=0.0496,=0.0393,=0.0422,=0.0425,=0.0471,=0.0511,=0.0394,=0.0412,=0.0385,=0.0317,=0.0288,=0.0284,=0.0269，根据权重值的大小，可判断出每个指标在青贮玉米品种综合评价中的作用大小[8,13,14]，即可构建干热河谷青贮玉米引种综合评价模型为：Zk=0.0492ξ株高+0.0493ξ茎粗+0.0516ξ青叶数+0.0325ξ黄叶数+0.0511ξ叶长+0.0551ξ叶宽+0.0343ξ穗长+0.0553ξ穗粗+0.0253ξ穗秃尖长+0.0444ξ穗位高+0.0453ξ单株鲜重+0.0496ξ穗鲜重+0.0393ξ叶鲜重+0.0422ξ茎鲜重+0.0425ξ叶比重+0.0471ξ茎比重+0.0511ξ穗比重+0.0394ξ干鲜比+0.0412ξ鲜草产量+0.0385ξ干草产量+0.0317ξ双穗株率+0.0288ξ倒伏率+0.0284ξ倒折率+0.0269ξ空杆率,根据加权关联度公式(4)计算各品种的加权关联度值，并进行关联度排序(表5)[8,12,14-17,19]。

表4 农艺性状的相关性分析Table 4 Correlation analysis among agronomic traits

续表4

2.4.3关联分析 根据灰色关联度分析原则，关联度大的数列与参考数列最为接近，值越大说明参试品种与“参考品种”越接近，综合性能越理想，反之则差。由表4的计算结果可知，加权关联度排名第1位的是7号，加权关联度值为0.7970，其次，加权关联度值排序在前10名的青贮玉米品种依次为[8,12,14-17,19]：18号、8号、9号、2号、23号、12号、24号、4号、20号；加权关联度值排序在最后5名的青贮玉米品种依次为：3号、6号、11号、25号、13号(表5)。

表5 各参试品种的加权关联度及其排序Table 5 Weighting association and its order of experimental varieties

3 讨论与结论

生物产量是青贮玉米生产中最重要的指标，不同产草量可以反映不同品种的生产性能及适应性[7]。本试验中，25个参试青贮玉米品种的鲜、干草产量差异均明显。鲜草产量在前3位的是7，18和9号，分别为80.46 t·hm-2，80.34 t·hm-2和72.40 t·hm-2；干草产量在前3位的是18，14和7号，分别为23.62 t·hm-2，20.43 t·hm-2，19.79 t·hm-2。干鲜比是反映干物质积累的程度，根据干草产量=鲜草产量×干鲜比(%)计算，因此干鲜比越高，干草产量越高。本试验中，9号虽鲜草产量、单株鲜重较高，但干鲜比最小，因此它的干草产量相对低。而14号虽鲜草产量、株高、单株鲜重较低，但干鲜比最大，所以它的干草产量比较高。因18号的干鲜比大于7号，所以18号的干草产量要比7号高。

全株玉米的鲜草产量、干物质产量、籽粒产量均与株高、叶长成正相关。较高的植株高度具有较强的植株生长势，对饲草品种而言，其生物学产量较高[20-22]。从本试验结果可以看出植株越高，叶子越长，生物产量越高。本试验中，株高、叶长、穗位高和茎粗的排名基本达到高度统一性，7号、18号和9号品种的株高、叶长、穗位高和茎粗都代表最好或较好。再结合相关性的分析，青贮玉米的鲜、干草产量主要与株高、叶长和穗位高存在极显著的正相关性，这意味着青贮玉米的植株高大、叶片长、穗位高较高、茎杆粗壮，青贮玉米的单位产量就越大，就越有可能获得高产，此结论与雷志刚等[23]吴忠海等[24]研究是相同的。

青贮玉米产量与农艺性状之间有着紧密的关系，研究其中的关系对筛选适宜在金沙江干热河谷地区种植的高产青贮玉米品种有重要的指导意义。研究表明，青贮玉米的生物产量与株高、穗位高、茎粗、绿叶数等重要农艺性状显著正相关[25]。本研究中，鲜、干草产量与株高、穗位高相关系数均排列在第1和第2，它们之间存在着极显著正相关性，表明本试验中株高、穗位高是影响鲜、干草产量的第1，2个重要因素。在其它性状相对稳定时，植株越高、穗位提高则有利于生物产量的提高。同时，鲜、干草产量还与青叶数、叶长、茎粗、单株鲜重、穗鲜重、叶鲜重、茎鲜重呈极显著或显著正相关，与倒折率、倒伏率和空杆率呈显著负相关。所以青贮玉米表现为植株高大、穗位高较高、茎杆粗壮、叶片长，收获期青叶数较多、单株比较重，且倒伏率、倒折率和空杆率都比较低，其生物产量也相对较高，该结果与前人研究[25-27]一致。青叶数及叶鲜重与鲜草产量呈极显著正相关，说明青叶数和叶鲜重是影响青贮玉米的产量和品质的主要性状，青叶数越多、叶重越重的品种青贮产量和品质越好，其适口性也较好，此结论与李波等[28]、郭耿伟等[29]研究相一致。

倒伏、倒折和空杆会降低青贮玉米的产量、品质，增加收获困难程度。在本试验中，7号、18号和9号的倒伏率、倒折率、空杆率都是最低或较低，结合相关性分析，鲜、干草产量与倒折率、倒伏率和空杆率呈显著负相关，鲜、干草产量越大，倒伏率、倒折率、空杆率越低。作为优良的青贮玉米品种，应该同时兼顾较高的生物产量和优良的品质[30]。但是，本试验仅分析了25个青贮玉米品种的24项农艺性状，并未对青贮玉米的品质性状即粗脂肪、粗蛋白、粗纤维、粗灰分、水分等营养成分进行测定研究，有待进一步完善。本研究中，青贮玉米的株高、穗位高和茎粗与鲜、干草产量的相关性被验证，因此青贮玉米在金沙江干热河谷地区种植推广过程中，如果主推产量，更适宜推广那些植株高大、叶片长、穗位高较高、茎杆粗壮的品种，且倒伏率、倒折率和空杆率都比较低。

综上所述，本试验采用灰色关联度法对在金沙江干热河谷地区引种的25个青贮玉米品种的24项农艺性状进行了综合评价，得出如下结果：在金沙江干热河谷地区以‘正大808’、‘云瑞10号’、曲晨9号’3个品种各项性状表现较好，综合排名前3名，适宜在该区进行推广种植；而‘靑饲2号’由于其各项性状表现较差，综合排名最后1名，综合生产性能也最差，这与试验田间观察结果相一致。