雨养区和灌溉区不同青饲玉米品种的生产性能及光合特性

李淑艳，秦伟娜，焦 婷，师尚礼，王正文，赵生国

（甘肃农业大学草业学院, 甘肃 兰州 730070）

玉米(Zea mays)是非常重要的粮食作物与饲料作物，在我国各地广泛种植，面积与总生物量仅次于水稻(Oryza sativa)和小麦(Triticum aestivum)[1]。近年来我国对青贮玉米的需求不断增加，对玉米品种的选育和推广也渐受人们重视[2]。遗传因素、环境条件等多种因素对作物的生物量和品质会产生较大影响，同一个玉米品种在不同地理和气候条件下的生物量也不同，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[3]。玉米品种的优劣主要通过其生物量及品质衡量[4]，优良的品种既要有较强的适应能力，又要有较高的产量[5]。光合性能是影响玉米产量的重要因素[6]，研究光合特性和生物量的动态对玉米品种选育和高产栽培有重要的参考价值[7]。不同品种玉米光合变化受其生长环境的影响，如，黑龙江地区3 个不同青贮玉米品种的光合特性变化结果表明，品种‘龙辐208’生物量高，较适合该地区种植[8]；‘种星青饲1 号’、‘先玉335’以及‘利禾1 号’ 3 个品种可在内蒙古中熟区种植[4]。

甘肃地形复杂，气候条件差异较大。玉米作为甘肃省的第一大粮食作物，在全省粮食生产中占有重要的地位[9]。2015 年全省玉米种植面积101.40 万hm2， 总产量565.6 万t，目前栽培的主要玉米品种有‘陇单10 号’、‘陇单339’、‘金穗3 号’、‘大丰30’和‘吉祥1 号’等[10]。但是甘肃省的玉米产业发展依然存在品种布局不合理、品种类型单一等问题[11]。因此系统研究不同品种玉米在不同地区的光合特性及生物量的差异，可以为甘肃玉米高产高效栽培以及适宜品种的选择提供理论依据及实践指导，解决甘肃玉米产业品种布局不合理、品种类型单一等问题。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

分别选择甘肃省的会宁县(雨养区)和武威市凉州区(灌溉区)作为试验地。

雨养区：白银会宁县位于甘肃省中部，属于温带季风性气候，年蒸发量为1 800 mm 以上，年均降水量为332.6 mm，年均气温7.9 ℃，无霜期在155 d左右。该区域的年降水量远远小于年蒸发量，干旱严重，水资源严重短缺。土壤有机质含量9.90 g·kg−1，速效氮、速效磷和速效钾含量分别为32.10、9.72 和165.80 mg·kg−1。土壤pH 为8.47。

灌溉区：武威凉州区位于甘肃省西北部，属于温带大陆干旱气候，年蒸发量为2 020 mm，年均降水量为225 mm，年平均气温 7.7 ℃，无霜期在150 d左右。该区域主要进行的是灌溉农业。土壤有机质含量10.56 g·kg−1，速效氮、速效磷和速效钾含量分别为57.92、9.52 和128.94 mg·kg−1。土壤pH 为8.66。

1.2 试验材料

供试材料为20 个饲用玉米品种(表1)。

表1 饲用玉米品种Table 1 Varieties of feed corn

1.3 试验设计

采用双因子(品种、地区)试验设计，田间种植采用随机区组排列，共20 个处理，田间种植不设重复，即共20 个小区采用分行种植，每个品种种植3 行，行距为0.4 m，每个小区约100 m2，各小区间距0.6 m。两地区均于2020 年的4 月15 日播种，采用覆膜栽培措施，播种前施用农家肥作基肥，拔节期追施磷肥过磷酸钙24 kg·hm−2(两地所用肥料均相同)。在雨养区不进行灌水处理，灌溉区6 月10 日左右玉米进入拔节期时开始进行第1 次灌水，灌水量为28 m3·hm−2，每隔15 d 左右灌溉1 次，整个生育期灌水6 次，其他管理方式均同大田管理。

1.4 测定指标及方法

生物量：在乳熟期中期，每个品种样地随机取3 个1 × 1 m 的样方，留茬10 cm 刈割后进行取样测产，计算鲜重，于60 ℃下烘干至恒重，计算干重[12]。

株高：于乳熟期用卷尺测量两地区所有品种从地面到植株顶端的垂直高度，每小区随机选取5 株测定。

茎叶比：茎叶分离后并带回实验室，105 ℃杀青30 min 后于60 ℃下烘干至恒重，测定茎叶比[13]。

枯叶数：完熟期随机选择10 株，从植株基部往上观测每个植株的枯叶数[14]。

1.5 数据处理与分析

用Excel 2010 完成进行数据记录和作图，以“平均值 ± 标准误”表示，采用SPSS 19.0 进行单因素方差分析(ANOVA)，LSD 法进行多重比较(P＜ 0.05)。

2 结果分析

2.1 不同地区不同饲用玉米品种生物量比较

品种、地区和两者的交互作用对玉米鲜干重均存在极显著影响(P＜ 0.01) (表2)。雨养区‘豫青贮23’鲜干重最高，其次为‘陇单10 号’，‘豫青贮23’较‘晋单73’鲜干重分别提高了76.65%和73.28%。灌溉区‘桂青贮1 号’鲜重最高，‘豫玉22’干重最高，‘桂青贮1 号’较‘和盛5288’鲜重提高了138.94%、‘豫玉22’较‘和盛5288’干重提高了86.83% (表3)。

表3 不同地区不同玉米品种生物量Table 3 Yield of different corn varieties in different regions

2.2 不同地区不同饲用玉米品种株高比较

不同地区、品种以及两者交互作用对玉米株高影响极显著(P＜ 0.01) (表2)。雨养区‘屯玉168’、‘金穗715’株高显著高于除‘利单295’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’、‘潞鑫66 号’外的其他玉米品种(P＜0.05)，‘金穗715’、‘屯玉168’分别较‘蜀玉201’提高了20.14%和18.84%。灌溉区‘金穗715’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’株高显著高于除‘TW268’、‘文玉3 号’、‘宁单34 号’、‘桂青贮1 号’、‘禾佳源铁研53’、‘晋单73’外的其他玉米品种(P＜ 0.05)，‘豫青贮23’较‘屯玉168’提高了33.37% (图1)。

图1 不同地区不同玉米品种株高Figure 1 Plant height of different corn varieties in different regions

表2 生产性能及光合特性方差分析(P)Table 2 Analysis of variance for production performance and photosynthetic characteristics (P)

2.3 不同地区不同饲用玉米品种茎叶比比较

不同地区、品种以及两者交互作用对茎叶比影响显著(P＜ 0.05) (表2)。雨养区‘屯玉168’茎叶比显著高于其他玉米品种(P＜ 0.05)，其次为‘豫青贮23’，而‘屯玉168’、‘豫青贮23’分别较‘晋单73’茎叶比提高了110.71%和71.14%。在灌溉区‘金穗715’茎叶比最高，其次为‘晋单73’，而‘金穗715’、‘晋单73’分别较‘陇单339’茎叶比提高了52.73%和50.88% (图2)。

图2 不同地区不同玉米品种茎叶比Figure 2 Stem-leaf ratio of different corn varieties in different regions

2.4 不同地区不同饲用玉米品种枯叶数比较

不同地区、品种以及两者交互作用对完熟期玉米枯叶数影响极显著(P＜ 0.01) (表2)。雨养区与灌溉区均以品种‘延科288’枯叶数最多；雨养区‘桂青贮1 号’枯叶数最少，较‘延科288’相比降低了233.33%。灌溉区‘晋单73’枯叶数最少，其次为‘蜀玉201’，‘晋单73’较‘延科288’相比枯叶数降低了109.23% (图3)。

图3 不同地区不同玉米品种枯叶数Figure 3 Number of dead leaves of different corn varieties in different regions

2.5 不同地区不同饲用玉米品种单株叶面积比较

不同地区对单株叶面积影响不显著(P＞ 0.05)，品种对LAp影响极显著(P＜ 0.01)两者的交互作用对LAp影响显 著 (表2) (P＜ 0.05)。雨养区‘桂青贮1 号’、‘禾佳源铁研53’的LAP显著高于除‘宁单34’、‘潞鑫66 号’、‘屯玉168’外的品种。‘桂青贮1 号’、‘禾佳源铁研53’分别较‘北农青贮208’ 提高了87.45%和84.04%。灌溉区‘禾佳源铁研53’最高，其次是‘潞鑫66 号’，而‘禾佳源铁研53’、‘潞鑫66 号’分别较‘陇单339’提高了99.47%和92.51% (图4)。

图4 不同地区不同玉米品种单株叶面积Figure 4 Leaf area per plant of different corn varieties in different regions

2.6 不同地区不同饲用玉米品种光合特性比较

2.6.1 不同地区不同饲用玉米品种叶绿素含量比较

不同地区、品种以及两者交互作用对叶绿素含量无显著影响(P＞ 0.05) (表2)。雨养区‘北农青贮208’、‘金凯3 号’叶绿素含量显著高于‘宁单34 号’(P＜ 0.05)，其余品种之间叶绿素含量无显著差异。在灌溉区‘宁单34 号’叶绿素含量显著高于‘晋单73’、‘桂青贮1 号’、‘利农368’，其余品种之间叶绿素含量差异不显著(图5)。

图5 不同地区不同玉米品种叶绿素含量Figure 5 Chlorophyll content of different corn varieties in different regions

2.6.2 不同地区不同饲用玉米品种蒸腾速率比较

不同地区、品种以及两者交互作用对Tr影响极显著(P＜ 0.01) (表2)。雨养区‘TW268’显著高于除‘陇 单10 号’、‘北 农青贮208’外的品 种(P＜ 0.05)，‘TW268’、‘陇单10 号’分别较‘晋单73’提高了123.96%和120.02%。灌溉区‘桂青贮1 号’与‘豫玉22’、‘陇单10 号’较高，显著高于其他品种(P＜ 0.05) (图6)。

图6 不同地区不同玉米品种蒸腾速率Figure 6 Transpiration rate of different corn varieties in different regions

2.6.3 不同地区饲用玉米品种净光合速率比较

不同地区、品种以及两者交互作用对Pn影响极显著(P＜ 0.01) (表2)。雨养区‘北农青贮208’与‘TW208’、‘豫青贮23’、‘陇单10 号’之间差异不显著(P＞ 0.05)，但显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘北农青贮208’较‘潞鑫66 号’相比Pn提高了141.11%。灌溉区‘陇单10 号’的Pn与‘桂青贮1 号’之间无显著差异(P ＞0.05)，但显著高于其他品种(P＜ 0.05)，且‘陇单10 号’较‘和盛5288’相比提高了96.15%(图7)。

图7 雨养区不同玉米品种净光合速率Figure 7 Photosynthetic rate of different corn varieties in different regions

2.6.4 不同地区不同饲用玉米品种气孔导度比较

不同地区对Gs影响显著(P＜ 0.05)，品种及两者的交互作用对Gs影响极显著(P＜ 0.01) (表4)。雨养区‘北农青贮208’ Gs显著高于除‘金凯3 号’、‘豫青贮23’、‘陇单10 号’外的其他品种(P＜ 0.05)，‘北农青贮208’较‘潞鑫66 号’相比提高了123.26%。灌溉区‘豫玉22’ Gs显著高于‘利单295’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’、‘宁单34 号’、‘延科288’、‘利农368’，‘豫玉22’较‘利农368’提高了87.79% (图8)。

图8 不同地区不同玉米品种气孔导度Figure 8 Stomatal conductance of different corn varieties in different regions

表4 灰色关联度分析Table 4 Grey relational analysis

2.6.5 不同地区不同饲用玉米品种胞间CO2浓度

不同地区、品种以及两者交互作用对Ci影响极显著(P＜ 0.01) (表4)。雨养区‘TW268’ Ci最高，其次为‘金凯3 号’，分别较‘宁单34 号’相比Ci提高了292.64%和276.71%。灌溉区‘和盛5288’ Ci与‘屯玉168’、‘TW268’、‘北农青贮208’、‘豫青贮23’、‘金凯3 号’、‘禾佳源铁研53’之间相比无显著差异(P ＞0.05)，与其他品种之间差异显著(P＜ 0.05)，‘和盛5288’较‘桂青贮1 号’提高了271.21% (图9)。

图9 不同地区不同玉米品种胞间CO2 浓度Figure 9 Intercellular CO2 concentration of different corn varieties in different regions

2.7 生物量及光合性能的灰色关联度分析

根据灰色关联度分析原理，关联度越大，品种各指标越接近参考数列。由灰色关联度分析(表4)可以看出，雨养区‘桂青贮1 号’参考数列的关联值最大，其次为‘北农青贮208’、‘豫青贮23’、‘禾佳源铁研53’、‘屯玉168’；灌溉区‘蜀玉201’参考数列的关联值最大，其次为‘陇单10 号’、‘宁单34 号’、‘晋单73’、‘桂青贮1 号’。

3 讨论

3.1 不同地区对青饲玉米品种生物量的影响

有研究指出玉米生物量受遗传因素、生态环境条件等多种因素的共同影响[18]，本研究结果表明品种、地区和两者的交互作用对玉米鲜干重均存在着极显著的影响(P＜ 0.01)。水热等资源在一定程度上决定了某一区域品种的产量潜力[19]，雨养区与灌溉区两个地区水热资源差异显著，在这两个地方进行田间试验，结果表明，雨养区种植的品种‘豫青贮23’鲜干重最高，其次为品种‘陇单10 号’；种植在灌溉区的品种‘桂青贮1 号’、‘豫玉22’鲜干重最高。同一地区不同的玉米品种对环境的适应能力不同，导致不同玉米品种的生物量也不同[20]。雨养区水资源严重短缺，杨瑞晗等[21]研究表明，干旱是造成作物减产的主要因素，品种‘豫青贮23’、‘陇单10 号’在雨养区表现出较高的生物量，表明这两个品种的抗旱性较好。灌溉区水资源充足，品种‘桂青贮1 号’、‘豫玉22’在灌溉区表现出较高的生物量， 表明这两个品种在水资源充足的地区表现更好。

3.2 不同地区对青饲玉米品种农艺性状的影响

株高对玉米植株的生长势很重要，较高的植株高度具有较强的植株生长势，对饲草品种而言，其株高与生物学产量呈正比[22]。在本研究中雨养区品种‘屯玉168’ 、‘豫青贮23’株高较高；灌溉区品种‘桂青贮1 号’、‘豫玉22’株高也较高。茎叶比指的是植物叶量在生物总量中所占比例的大小，是用来评价不同玉米品种草质的主要参考指标，茎叶比比例越低，叶量越大，叶的纤维素含量低，营养物质含量多，适口性强，牧草的品质也就越好[23-24]。本研究中，雨养区‘桂青贮1 号’茎叶比较低；灌溉区品种‘蜀玉201’、‘陇单10 号’茎叶比较低。叶片衰老是作物在生长发育过程中细胞程序化死亡结果[25]，有研究发现，延缓叶片的衰老进程，增加叶片的功能期，能显著提高作物的生物产量[26]。研究结果表明玉米持绿性受遗传因素与环境影响较大，不同品种在不同生态条件下表现不尽相同[27]，在本研究中，雨养区品种桂‘青贮1 号’枯叶数最少，灌溉区品种‘晋单73’枯叶数最低，其次为‘蜀玉201’。

3.3 不同地区对青饲玉米品种光合特性的影响

光合作用是影响作物生长发育及生物量形成的重要因素之一，单株叶面积、叶绿素含量、净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度以及蒸腾速率等是反应作物光合能力的重要指标[28]。叶绿素是植物体内非常重要的一类光合色素，是光合作用进行的物质基础[29]。本研究结果表明，不同地区、品种以及两者交互作用对SPAD 无显著影响(P＞ 0.05)，这与刘军[30]在研究中指出的轻度的水分胁迫与充分灌溉的植株叶绿素含量无显著差异相一致。在本研究中，不同地区对LAp影响不显著(P＞ 0.05)，品种对LAp影响极显著(P＜ 0.01)，两者的交互作用对LAp影响显著(P＜ 0.05)；不同品种对Gs影响显著(P＜0.05)，地区及两者的交互作用Gs对影响极显著(P＜0.01)；不同地区、品种以及两者交互作用对Tr、Pn、Ci影响均达到极显著(P＜ 0.01)，这与前人研究结果一致，作物生长的生态环境与其遗传特性共同影响作物进行光合作用能力的高低[31]。在本研究中，雨养区品种‘豫青贮23’表现出了较高的净光合速率、气孔导度，且蒸腾速率较低，灌溉区品种‘延科288’、‘蜀玉201’、‘陇单10 号’净光合速率高。王坤等[32]也在研究中表明，在相同环境条件下，植株不同品种间的光合生理特性也不尽相同。

4 结论

就生物量、株高、枯叶数、叶绿素含量、叶面积以及光合气体参数等综合来看，不同青饲玉米品种对不同地区的适应性不同，雨养区适宜种植的青饲玉米品种有‘桂青贮1 号’、‘北农青贮208’和‘豫青贮23’；较适宜在灌溉区种植的品种有‘蜀玉201’和‘陇单10 号’。