种植密度对黄淮海地区粮饲通用型玉米品种生物产量和品质的影响

孙震，郭勇震，王玉建，钟妮娜，陈景堂，孙娟，刘苏萌，熊王丹

(1. 青岛农业大学草业学院，山东 青岛 266109；2. 青岛农业大学农学院，山东 青岛 266109)

玉米是我国乃至全球的第一大作物。随着我国经济的发展，人们对肉蛋奶等的需求不断增加，畜牧业及其它轻工产业的玉米需求也呈不可逆的增长趋势。在耕地有限条件下，合理密植是提高我国玉米总产量的重要手段[1，2]。合理密植不但可以提高产量、降低成本，而且可以减少不必要的损失和病虫害的发生[3]。因此，选育耐密植品种并实施合理密植继而实现玉米生产效益最大化，是育种者和栽培者的共同愿望。

鲍巨松等[4]研究发现，紧凑型玉米耐密性好，能提高产量。紧凑型玉米茎秆上的各叶片形状在空间分布上近似纺锤型，并且CO2同化强度、根系吸收强度高，硝酸还原酶活性比高，植株内氮素代谢旺盛[5]。同时研究还发现，紧凑型玉米品种在适宜高密度下具有较高的群体光合速率，更易获得高产[6]。王蕊等[7]研究表明，随着密度增加，玉米株高和穗位高先增加后降低，最终产量呈先上升后下降趋势，密度7.5 万株/hm2时产量最高。叶翠玉等[8]研究显示，随着密度增加，京农科728 产量呈现先增加后降低趋势；潘广元等[9]在皖北地区对夏玉米的研究也得出相似结论。贾梦杨等[10]研究发现，随着密度增加，冀西北地区玉米产量先增加后降低，粗蛋白和粗脂肪含量降低，粗纤维含量上升。杨彩林等[11]研究表明，随着密度增加，陕西地区中北青贮410 玉米品种的干物质含量和粗脂肪含量随之降低，粗蛋白和粗纤维含量先增加后降低。

以上研究均表明，一定范围内随着种植密度增加，玉米单株的可饲用部分产量显著降低，但总体鲜物质和干物质产量显著增加，而且不同品种和不同种植区域的玉米适宜种植密度也不尽相同[12]。黄淮海地区作为我国玉米主要产地之一，其年总产量在4 500 万t 以上，占全国总产量的40%左右[13]，因此研究提高该地区玉米产量对我国玉米生产以及下游产业发展具有重大意义。本试验选取黄淮海地区种植的两个粮饲通用型玉米品种为材料，研究不同密度对其产量、营养品质及全株粗饲料指标(NEL、VDMI、GI2001)的影响，以期确定其合理密度，为黄淮海地区玉米种植提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2020年在青岛农业大学平度基地进行。该地海拔50 m(36°47′N，119°96′E)，年平均降水量约680 mm，年平均气温11.9℃，无霜期195.5 d，年日照时数约2 700 h。试验地0～20 cm土层土壤碱解氮含量77.00 mg/kg、有效磷51.04 mg/kg、速效钾139.09 mg/kg、有机质13.37 g/kg，pH 值为6.74。

1.2 试验材料与试验设计

本试验以两个粮饲通用紧凑型玉米杂交种(农单145 和鲁单510)为材料，采用品种与种植密度双因素设计，每个品种设置4 个种植密度，分别为4.5 万株/hm2(低密度，A1)、6.75 万株/hm2(中密度，A2)、9 万株/hm2(高密度，A3)和11.25万株/hm2(极高密度，A4)。随机区组排列，重复3次，小区面积15 m2(5 m×3 m)。共24 个小区。

6月27 日播种，行距60 cm，通过调节株距设置密度，从低到高4 个种植密度的株距分别为37.05、24.70、18.52、14.82 cm。播前整地耙平，基施复合肥(N－P2O5－K2O＝15－15－15)750 kg/hm2，大喇叭口期追施尿素120 kg/hm2。其它管理措施与玉米大田生产一致。试验地周边种植4 行保护行。玉米籽粒乳线达到1/2～2/3 时收获。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生物量测定 每小区收获中间2 行，从植株地上部15 cm 处全株刈割，立即称重，计算单株及小区鲜重，单株烘干后称干重，再折算出公顷产量。

1.3.2 营养品质测定 每小区随机选取5 株，粉碎后充分混合后取鲜样1 kg，105℃杀青0.5 h 再65℃烘干至恒重，称干重。各处理样品采用凯氏定氮法测定粗蛋白(CP)含量[14]，用残余法测定粗脂肪含量[15]，用蒽酮比色法测定淀粉含量[16]，用中性洗涤剂法和酸性洗涤剂法分别测定中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量[17]。

玉米全株粗饲料分级指数(GI)[18]:

GI2001 ＝NEL×VDMI×CP/NDF ；

NEL＝[1.044－(0.0124×ADF)]×9.29 ；

VDMI＝1.2×BW/NDF 。

式中:GI2001 单位为MJ/d；玉米全株粗饲料泌乳净能值(net energy of lactation，NEL)，单位为MJ/kg；饲草干物质随意采食量(voluntary dry matter intake，VDMI)，单位为kg/d；奶牛体重(body weight，BW)。本试验以600 kg 标准奶牛体重计算。

1.4 两个品种生产性能的综合评价

运用灰色关联度法分别对两个品种不同密度下的生产性能进行综合评价。具体方法是:将所有密度视作一个灰色系统，每个密度是其中的一个因素。把每个密度下测定值的最佳值结合起来，组建一个“理想密度”，其值构成参考数列X0，不同密度下参数的测定值构成比较数列Xi(i ＝1，2，…，n)，不同指标用k 表示(k ＝1，2，…，N)，本试验中n ＝4，N ＝7。不同密度下各个指标与理想密度的关联系数，按照公式(1)计算。加权关联度按照公式(2)计算。

式中，ωi为权重系数，μi为等权关联度。

1.5 数据统计

用Microsoft Excel 2013 进行数据统计，用SPSS 22.0 软件对所测数据进行单因素方差分析和多重比较(LSD 法)。

2 结果与分析

2.1 种植密度对粮饲通用型玉米品种产量的影响

由表1 可见，玉米单株鲜重和干重基本随种植密度增加而呈降低趋势。其中，农单145 单株鲜重在A1、A2密度处理间差异不显著，均显著高于A3和A4处理；鲁单510 单株鲜重随种植密度增加不断降低。农单145 和鲁单510 单株干重随种植密度增加呈现不断降低趋势，且低密度A1处理单株干重均显著高于A4。

表1 不同种植密度对粮饲通用玉米品种产量的影响

两个玉米品种的鲜草和干草产量都随种植密度增加呈现先上升后下降趋势。农单145 在A3密度下的鲜草和干草产量均达到最大值，分别为79.16、31.55 t/hm2，鲜草产量较其它密度处理增加10.0%～69.0%，显著高于A1和A4，干草产量较其它密度处理均显著增加，达20.6%～89.4%。鲁单510 在A3密度下的鲜草产量和干草产量也都达到最大值，分别为70.00 t/hm2和26.29 t/hm2，且显著高于A1。

2.2 种植密度对粮饲通用型玉米品种营养品质的影响

由表2 可知，种植密度对两品种玉米中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量影响均不显著，含量范围分别为36.34%～39.68%和17.58%～20.13%。随着种植密度的增加两品种粗蛋白含量变化不同，农单145 在A3密度下粗蛋白含量最高，为7.46%，显著高于A4；鲁单510 在A1密度下粗蛋白含量最高，为8.15%，较高密度增加1.11 个百分点。随着种植密度增加，农单145淀粉含量总体呈现下降趋势，A2密度下最高，为24.92%，显著高于A3和A4；不同种植密度下鲁单510 淀粉含量差异不显著。

表2 不同种植密度对粮饲通用玉米品种营养品质的影响(%)

2.3 种植密度对玉米全株粗饲料NEL、VDMI 和GI2001 的影响

由表3 可以看出，种植密度对两个玉米品种的干物质随意采食量(VDMI)和泌乳能力(NEL)没有显著影响，但对粗饲料分级指数(GI2001)有显著影响。随种植密度增加，农单145 的GI2001 呈先增加后下降趋势，A2密度下最高(27.56 MJ/d)，显著高于A4；鲁单510 的GI2001 随种植密度增加不断降低，A1密度下最高(32.28 MJ/d)，A4密度下最低(27.91 MJ/d)。

表3 不同种植密度下粮饲通用玉米品种的粗饲料泌乳净能值、干物质随意采食量和分级指数

2.4 灰色关联度分析

选取不同种植密度下农单145 的鲜草产量、干草产量、NDF、ADF、粗蛋白、淀粉、粗饲料分级指数共7 个参数的最佳数值组建理想品种，构成X0＝[82.61，33.03，41.13，21.25，7.69，26.43，29.50]。首先进行无量纲化处理。根据公式(1)计算相应的关联系数，结果见表4。加权关联度可以真实地反映不同密度下各指标测定值和理想密度下的差异，关联度越大越接近理想密度。农单145 不同密度的加权关联度排序为A3>A2>A1>A4，鲁单510 不同密度的加权关联度排序为A2>A1>A3>A4(表5)。

表4 各处理密度与理想密度的关联系数

表5 各处理密度与理想密度的关联度及其排序

3 讨论

种植密度是影响玉米产量和品质的重要因素之一[20，21]。合理密植可有效增加玉米地上生物量，但是不同种植区域和品种对密度的要求不同。本研究表明，供试两个品种(农单145 和鲁单150)在黄淮海地区种植，随着密度增加单株干鲜重呈下降趋势，这一结果和Ferreira 等[22]的研究一致。其原因可能是，种植过密，叶片相互遮挡，使单株光合制造的有机物量低于呼吸作用消耗的有机物量。随着种植密度增加，其干草产量和鲜草产量也随之增加，达到一定阈值后，产量随密度增加而逐渐降低，这与前人研究结果一致[22－25]。潘丽艳等[26]认为，较高的密度有利于提高玉米青贮产量，但密度过高会造成产量下降。但是苏亚军等[27]在甘肃的研究表明，同一品种随着种植密度增加，干草和鲜草产量呈上升趋势，与本试验结果不同，其差异原因可能是种植地区不同或者试验设置密度不同所造成。

本研究中，种植密度对玉米不同营养品质指标的影响趋势不一致。其中，玉米粗蛋白含量随着种植密度增加，整体呈现下降趋势，两个品种A1、A2密度下显著高于A4，但张秋芝等[28]的研究结果与之不同(种植密度对粗蛋白含量无显著影响)，而路海东等[29]研究认为，随着密度增加粗蛋白含量随之增加。其原因可能与试验条件、密度梯度和所选品种有关。NDF、ADF 含量各密度处理间差异不显著，这与王晓娟等[30]的研究结果基本一致。Ferreira 等[31]研究表明，增加种植密度对青贮玉米营养品质的影响为零或不显著，这与本试验结果不一致，原因可能与所选玉米品种及种植栽培技术差异有关。底姝霞等[32]的试验结果显示，粗蛋白质含量随着种植密度增加呈下降趋势，ADF 含量呈先升后降趋势，对NDF 含量的影响大于对ADF 含量的影响。这与本研究结果基本一致。庄克章等[33]的研究也表明，随着密度增加，玉米粗蛋白含量和可消化干物质、干物质采食量、相对饲喂价值降低，NDF 和ADF 含量总体呈上升趋势，粗蛋白产量和总能量先减少后增加。文永革[34]的研究表明，玉米植株ADF、NDF 含量在一定密度范围内随着密度的增加而增大。因此，合理的种植密度才能获得较高生物产量和较高饲用营养价值。

4 结论

本试验在研究种植密度对两个玉米品种生物产量、营养品质、粗饲料分级指数的基础上，选取鲜草产量、干草产量、NDF、ADF、粗蛋白、淀粉、GI2001 为参数，利用灰色关联度法对其进行综合评价，表明:黄淮海地区农单145 种植密度以9 万株/hm2为宜，鲁单510 适宜种植密度则为6.75万株/hm2。种植密度和品种对玉米营养品质及产量均有影响，适当增加种植密度和选种优良品种可以提高青饲玉米产量及营养品质，提高经济效益。