陳松鶴，徐開未，白 燕，解 晉，胡 斐，王 妮，劉 明，王文莉，陳遠(yuǎn)學(xué)

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源學(xué)院，四川 成都 611130)

玉米是重要的糧食和飼料作物，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要的地位[1]，是四川省主要糧食作物之一[2]，已成為我國(guó)第一大糧食作物[3]。近年來(lái)玉米持續(xù)增產(chǎn)，產(chǎn)能相對(duì)過(guò)剩，種植業(yè)結(jié)構(gòu)失衡。為解決農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，2016年，農(nóng)業(yè)部發(fā)布《全國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃(2016-2020年)》[4]指出，要調(diào)整優(yōu)化種植業(yè)結(jié)構(gòu)，大力推廣糧改飼，加快構(gòu)建糧-經(jīng)-飼協(xié)調(diào)發(fā)展的三元種植結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)牧草產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模小，優(yōu)質(zhì)牧草和飼料作物匱乏，限制了畜牧業(yè)的發(fā)展[5]。在新時(shí)期緩解飼草料的短缺是提高畜牧業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

四川一直都是國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)大省和畜牧業(yè)大省，農(nóng)區(qū)和畜牧業(yè)主要集中在丘陵地區(qū)[6]。但四川丘陵地區(qū)，全年高溫寡照，且日照主要集中在夏秋兩季，天然草地生產(chǎn)力低，牧草質(zhì)量差，且存在季節(jié)交替性生長(zhǎng)難的問(wèn)題，即使在糧飼復(fù)合種植體系中，第二茬飼草的產(chǎn)量也很低，難以滿足牛、羊等牲畜的需求[7-8]。目前，把秸稈作為草食性牲畜重要的粗飼料組成，利用秸稈養(yǎng)畜是開發(fā)利用秸稈資源、解決畜牧業(yè)飼料不足的有效途徑之一[9]。玉米秸稈位居全國(guó)各類農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量之首，作為飼料用的比例最高[10-11]，但在西南玉米區(qū)也只占到玉米秸稈總量的27.9%[12]。玉米秸稈的不合理利用既造成資源浪費(fèi)又污染環(huán)境[13]。飼糧中中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)水平在很大程度上影響反芻動(dòng)物瘤胃的正常發(fā)酵和胃腸道健康。為此，本試驗(yàn)在保證玉米籽粒產(chǎn)量的同時(shí)，保持玉米秸稈進(jìn)行最大持綠性收獲，主要對(duì)玉米秸稈不同部位進(jìn)行了養(yǎng)分、飼用品質(zhì)的分析研究，為提高玉米秸稈充分利用提供理論參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年3-8月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)地屬常年定點(diǎn)定位試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，玉米季累積降雨量為1 137.7 mm，平均氣溫為21.6 ℃，累積日照時(shí)數(shù)為636.5 h；土壤類型為紫色濕潤(rùn)雛形土，耕種前耕層(0～20 cm)混合土樣的基本理化指標(biāo)為pH值6.3、有效磷47.1 mg/kg、速效鉀83.6 mg/kg、有機(jī)質(zhì)32.6 g/kg、全氮1.99 g/kg、堿解氮192 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為川單428，是當(dāng)?shù)氐挠衩字髟云贩N，由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所選育；試驗(yàn)用肥料為普通尿素(含N 46.4%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)和氯化鉀(含K2O 60%)，均購(gòu)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場(chǎng)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)氮(N)水平，分別為0，90，180，270，360 kg/hm2(分別記為N0、N1、N2、N3、N4)，磷、鉀用量一致，分別為P2O575 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2，30%氮肥和全部磷、鉀肥作為底肥，于移栽時(shí)施于種植窩內(nèi)；另于拔節(jié)期追施30%氮肥，大喇叭口期追施40%氮肥，均兌清水沖施于植株旁，不施氮處理以沖灌等量清水為對(duì)照。

試驗(yàn)采用單因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，5 個(gè)氮水平為大區(qū)，大區(qū)間間隔2 m，大區(qū)內(nèi)設(shè)4次重復(fù)為小區(qū)，小區(qū)間無(wú)間隔，小區(qū)面積18 m2(2 m × 9 m)。玉米行距100 cm，窩距34 cm，每窩栽壯苗2株，密度6.0×104株/hm2，于2016年3月29日育苗，4月9日移栽，8月5日收獲，其他田間管理措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 生物量測(cè)定 在每小區(qū)劃定的采樣帶內(nèi)，選取長(zhǎng)勢(shì)均勻，能代表整個(gè)小區(qū)情況的4株玉米，取其地上部分，按莖、葉、葉鞘、苞葉、芯、籽粒分開，在烘箱中105 ℃下殺青30 min后自然風(fēng)干折算不同部位的生物量，再在75 ℃下烘干至恒重粉碎后測(cè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

1.4.2 養(yǎng)分測(cè)定 樣品粉碎過(guò)0.25 mm篩，采用H2SO4-H2O2消煮，以蒸餾法測(cè)全氮，分光光度法測(cè)全磷，火焰光度計(jì)法測(cè)全鉀。

1.4.3 品質(zhì)測(cè)定 樣品粉碎過(guò)0.45 mm篩，采用凱氏法測(cè)粗蛋白(CP)，范氏分析法測(cè)中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010軟件匯總計(jì)算和作圖，SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì)分析，LSD法顯著性檢測(cè)(P﹤0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)玉米不同部位生物量的影響

生物量是保證玉米產(chǎn)量的前提，從表1看出，施氮顯著增加了玉米地上部不同部位生物量，總體上，玉米籽粒生物量隨著施氮量的增加有先增加后降低的變化，在N2處理時(shí)達(dá)最大，相比N0處理增加107.3%；玉米苞葉和芯生物量隨著施氮量的增加有增加的趨勢(shì)，在N4處理時(shí)達(dá)最大，相比N0處理分別增加102.1%和69.4%。籽粒產(chǎn)量和整株生物量隨著施氮量的增加先增加后降低，在施氮量達(dá)180 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量和整株生物量達(dá)最大值，但當(dāng)施氮量為180，270 kg/hm2時(shí)，籽粒產(chǎn)量和及整株生物量無(wú)顯著差異。說(shuō)明在一定的氮用量范圍內(nèi)，玉米籽粒產(chǎn)量和整株生物量隨著施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量過(guò)高時(shí)玉米籽粒產(chǎn)量和整株生物量均不再增加，反而有降低的趨勢(shì)。由表1可以看出，籽粒、莖和葉3個(gè)部位生物量大小依次為籽粒﹥莖﹥?nèi)~，三者之間存在顯著差異性；當(dāng)施氮量為270 kg/hm2及以上時(shí)，玉米芯、苞葉和葉鞘三者之間存在顯著性差異，并且生物量大小表現(xiàn)為芯﹥苞葉﹥?nèi)~鞘，說(shuō)明當(dāng)施氮量達(dá)到一定量時(shí)，玉米不同部位之間存在顯著性差異，施氮處理生物量大小表現(xiàn)為籽粒﹥莖﹥?nèi)~﹥芯﹥苞葉﹥?nèi)~鞘。玉米莖、葉、葉鞘和芯所占總生物量的比例隨著施氮量的增加先降低后增加，而玉米籽粒占總生物量的比例隨著施氮量的增加先增加后降低，說(shuō)明適宜的氮肥用量利于籽粒產(chǎn)量積累(表2)。

表1 施氮條件下玉米不同部位生物量變化Tab.1 Changes of biomass in different organs of maize under nitrogen application kg/hm2

注：同列不同小寫字母表示不同氮處理間差異顯著(P﹤0.05)，表2同；同行大寫字母表示不同部位間存在差異顯著(P﹤0.05)。

Note：The lowercase letters in the same column indicate the significantly different between different nitrogen treatments(P<0.05)，the same as Tab.2；The capital letters in the same line indicate that there are significant differences between different organs(P<0.05).

表2 施氮條件下玉米不同部位生物量分配比例變化Tab.2 Distribution of biomass allocation in different parts of maize under nitrogen application %

2.2 施氮對(duì)玉米不同部位養(yǎng)分吸收的影響

2.2.1 施氮對(duì)玉米不同部位氮養(yǎng)分吸收的影響 由表3看出，莖、葉、葉鞘和芯氮含量隨著施氮量的增加而增加，在施氮量達(dá)360 kg/hm2時(shí)達(dá)到最大值，施氮處理與不施氮處理(N0)均存在顯著性差異；而苞葉氮含量在施氮量為270 kg/hm2時(shí)達(dá)到最大值(0.389%)，施氮處理與不施氮處理(N0)均存在顯著性差異。施氮改變了玉米不同部位氮養(yǎng)分的變化規(guī)律。不施氮處理(N0)，玉米葉氮含量最大，葉鞘氮含量最小，莖與芯之間氮含量無(wú)顯著差異；在施氮量為90 kg/hm2時(shí)，玉米不同部位間均存在顯著差異，葉含氮量最大，而玉米芯氮含量最低；當(dāng)施氮量為180 kg/hm2及以上時(shí)，玉米不同部位間均存在顯著差異，且不同部位氮含量大小變化規(guī)律一致，均表現(xiàn)為葉﹥?nèi)~鞘﹥莖﹥苞葉﹥芯。

2.2.2 施氮對(duì)玉米不同部位磷養(yǎng)分吸收的影響 由表3可以看出，施氮顯著降低了玉米不同部位磷含量。莖的磷含量施氮處理比不施氮處理(N0)分別降低了0.169，0.162，0.169,0.175個(gè)百分點(diǎn)，；葉的該值分別降低了0.017，0.013，0.023,0.022個(gè)百分點(diǎn)；葉鞘的該值分別降低了0.011，0.012，0.015,0.014個(gè)百分點(diǎn)；而苞葉和芯的磷含量不施氮處理(N0)分別比施氮處理高出了0.003～0.009個(gè)百分點(diǎn)和0.002～0.009個(gè)百分點(diǎn)。隨著施氮量的增加，玉米植株不同部位的磷含量分配發(fā)生了變化。在N1～N3處理，磷的含量大小表現(xiàn)為葉>葉鞘和莖>苞葉和芯，葉鞘與莖之間以及苞葉與芯之間差異不顯著；而在N0處理，莖的磷含量顯著高于葉及其他部位；在N4處理，葉的磷含量顯著高于其他部位，且葉鞘顯著高于莖。說(shuō)明施氮改變了磷含量在玉米植株中的分配，在一定的施氮量范圍內(nèi)，玉米不同部位磷含量的分配變化有一致的規(guī)律性，為葉>葉鞘和莖>苞葉和芯。

2.2.3 施氮對(duì)玉米不同部位鉀養(yǎng)分吸收的影響 由表3可以得出，玉米不同部位的鉀含量變化規(guī)律與磷的較為類似，隨著施氮量的增加不同部位鉀含量逐漸降低，施氮處理的鉀含量均顯著低于不施氮處理(N0)。莖的鉀含量N0處理分別是N1～N4處理的1.59，1.64，1.49和1.73倍；葉和葉鞘的鉀含量施氮處理分別比不施氮處理(N0)降低了0.054～0.076個(gè)百分點(diǎn)和0.104～0.198個(gè)百分點(diǎn)；苞葉和芯的該值降低分別為0.090～0.155個(gè)百分點(diǎn)和0.035～0.078個(gè)百分點(diǎn)。不同氮肥用量改變了鉀含量在玉米不同部位的分配：在施氮量為90～270 kg/hm2時(shí)，鉀含量在不同部位的分配規(guī)律為葉>莖>葉鞘>苞葉>芯；而在不施氮處理(N0)，莖的鉀含量顯著高于其他部位；在N4處理，葉和葉鞘的鉀含量顯著高于莖及其他部位。說(shuō)明氮肥用量過(guò)低或過(guò)高，均會(huì)改變鉀含量在玉米不同部位的分配；在一定的施氮范圍內(nèi)，玉米不同部位鉀含量的分配規(guī)律較為一致，為葉>莖>葉鞘>苞葉>芯。

表3 施氮條件下玉米不同部位養(yǎng)分含量變化Tab.3 Changes of nutrient contents in different organs of maize under nitrogen application %

注：同行不同小寫字母表示不同氮處理間差異顯著 (P﹤0.05)；同列不同大寫字母表示同養(yǎng)分部位間差異顯著 (P﹤0.05)。

Note：Different lowercase letters indicate significant difference between different nitrogen treatments(P﹤0.05)；Different capital letters in the same column indicate in the same line significant differences between organs.

2.3 施氮對(duì)玉米飼用品質(zhì)的影響

2.3.1 施氮對(duì)玉米不同部位粗蛋白(CP)含量變化的影響 由圖1可以看出，玉米莖和葉粗蛋白質(zhì)含量隨著施氮量的增加而增加，當(dāng)施氮量為180 kg/hm2或以上時(shí)，莖的粗蛋白含量無(wú)顯著性差異，施氮量為180 kg/hm2及以上時(shí)，葉的粗蛋白含量無(wú)顯著差異；葉鞘和芯蛋白質(zhì)含量總體上隨著施氮量的增加而增加；苞葉蛋白質(zhì)含量隨著施氮量的增加有先增加再降低的趨勢(shì)。從圖1可以看出，施氮改變了玉米不同部位粗蛋白含量的變化規(guī)律。在不施氮處理(N0)，葉粗蛋白含量最高，其次是苞葉，莖與芯之間粗蛋白含量無(wú)顯著差異，莖和葉鞘二者之間粗蛋白含量無(wú)顯著差異；當(dāng)施氮量達(dá)90 kg/hm2及以上時(shí)，施氮處理內(nèi)玉米不同部位粗蛋白含量變化規(guī)律一致，不同部位間均存在顯著性差異，蛋白質(zhì)含量大小依次為葉﹥?nèi)~鞘﹥莖﹥苞葉﹥芯。本試驗(yàn)表明，在一定的施氮范圍內(nèi)，玉米不同部位蛋白質(zhì)含量變化規(guī)律一致。

2.3.2 施氮對(duì)玉米不同部位NDF和ADF的含量變化的影響 中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)水平在很大程度上影響反芻動(dòng)物瘤胃的正常發(fā)酵和胃腸道健康。由圖2可以看出，玉米莖、葉和芯NDF含量均隨著施氮量的增加先降低后增加，在施氮量180 kg/hm2時(shí)，NDF含量最小，與不施氮處理(N0)相比，施氮處理均存在顯著性差異；苞葉和葉鞘NDF含量隨著施氮量的增加而降低。玉米莖、葉、苞葉和芯ADF含量均隨著施氮量的增加先降低后增加，而葉鞘ADF含量隨著施氮量的增加而降低。說(shuō)明施氮量不足或過(guò)高均會(huì)導(dǎo)致玉米不同部位飼用品質(zhì)下降，適宜的施氮量宜于提高玉米秸稈品質(zhì)。由圖2還可看出，在同一施氮處理內(nèi)，不施氮處理(N0)莖與葉NDF含量無(wú)顯著性差異，其余部位NDF含量均存在顯著性差異；在施氮量為180 kg/hm2處理內(nèi)，芯與苞葉NDF含量無(wú)顯著性差異，其余部位均存在顯著性差異。總體而言，不同施氮處理內(nèi)，NDF含量均是芯、苞葉顯著高于葉鞘、莖和葉。不同施氮處理間，玉米不同部位ADF含量變化略微有差異，施氮量為0，360 kg/hm2時(shí)，莖與芯ADF含量無(wú)顯著差異；施氮量為90 kg/hm2時(shí)，莖ADF含量高于芯；而施氮量為180，270 kg/hm2時(shí)，芯ADF含量顯著高于莖；說(shuō)明施氮量過(guò)低或過(guò)高，對(duì)莖和芯的飼用品質(zhì)影響較大。但總體而言，芯ADF含量較高，其次是莖、葉鞘和苞葉，葉ADF含量最低；由此可以看出，葉、葉鞘和苞葉飼用品質(zhì)優(yōu)于莖和芯。

不同小寫字母表示同部位不同氮處理間差異顯著(P﹤0.05)；不同大寫字母表示同氮處理內(nèi)不同部位差異顯著(P﹤0.05)。圖2同。Different lowercase letters indicate the same organ has significant difference between different nitrogen treatments(P<0.05)；Different uppercase letters indicate significant difference in different organs under the same nitrogen treatments(P<0.05).The same as Fig.2.

圖2 施氮條件下玉米不同部位NDF和ADF含量Fig.2 NDF and ADF contents in different organs of maize under nitrogen application

3 討論與結(jié)論

3.1 施氮對(duì)玉米生物量的影響

玉米生物產(chǎn)量是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的基礎(chǔ)。玉米生物產(chǎn)量較高，在三大糧食作物秸稈中，玉米秸稈作為牲畜飼料食用的比例最高[10]。玉米干物質(zhì)量及干物質(zhì)在玉米不同部位的分配是由其生理特性決定的，但通過(guò)施肥可以改變玉米不同部位干物質(zhì)量的大小及其相互間的差異性。前人研究表明，玉米產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，當(dāng)施氮量達(dá)到一定量后，則產(chǎn)量不隨氮肥用量的增加而增加，反而有所降低，本試驗(yàn)也得到了相同的結(jié)論[14-16]。本研究表明，高氮用量條件下，玉米生物量和產(chǎn)量增長(zhǎng)的同時(shí)，不同部位間干物質(zhì)量存在顯著性差異，干物質(zhì)量大小依次表現(xiàn)為籽粒﹥莖﹥?nèi)~﹥芯﹥苞葉﹥?nèi)~鞘，這與王婷等[17]研究結(jié)果基本一致。

3.2 施氮對(duì)玉米養(yǎng)分吸收的影響

籽粒是吸氮和吸磷的主體，秸稈是吸鉀的主體[18]。胡強(qiáng)等[19]研究表明，隨著氮肥施用量的增加各處理植株的全氮含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，而各處理植株的全磷含量，隨著氮肥施用量的增加呈逐漸下降的趨勢(shì)，除N0和N2處理外，植株全鉀含量隨氮肥使用量的增加變化不明顯；陳遠(yuǎn)學(xué)等[20]研究表明，飼草玉米收獲期氮含量隨著施氮量的增加而增加，磷含量從N0的0.16%增加到N180的0.20%，鉀含量從N0的1.23%降到N180的1.00%。本試驗(yàn)研究表明，玉米不同部位氮含量施氮處理顯著高于不施氮處理(N0)，莖、葉、葉鞘和苞葉的磷含量均是不施氮處理(N0)顯著高于施氮處理，隨著施氮量的增加不同部位磷、鉀含量有降低的趨勢(shì)，表明玉米在極度缺乏某種養(yǎng)分時(shí)，其他供應(yīng)充足的營(yíng)養(yǎng)元素在玉米體內(nèi)增加了占比。安江勇等[21]研究表明，2個(gè)玉米品種各個(gè)部位氮含量表現(xiàn)為葉﹥籽粒﹥秸稈﹥芯，磷含量表現(xiàn)為籽粒﹥秸稈﹥?nèi)~片﹥芯，鉀含量表現(xiàn)為秸稈﹥?nèi)~片﹥芯﹥籽粒。本試驗(yàn)主要針對(duì)玉米不同部位(籽粒除外)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)施氮處理總體上氮含量大小表現(xiàn)為葉﹥?nèi)~鞘﹥莖﹥苞葉﹥芯；磷含量在不同施氮處理?xiàng)l件下發(fā)生了變化，總體上葉的磷含量最高，其次是葉鞘和莖，苞葉和芯磷含量最低；鉀含量總體上表現(xiàn)為葉>莖>葉鞘>苞葉>芯。

3.3 施氮對(duì)玉米品質(zhì)的影響

粗蛋白是飼料中含氮物質(zhì)的總稱，是決定玉米飼用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要基礎(chǔ)[22]。王春虎等[15]研究表明，玉米秸稈隨著施氮量的增加，玉米粗蛋白含量有增加的趨勢(shì)。李婧等[23]等研究表明，玉米葉片、葉鞘和莖稈NDF和ADF含量隨著施氮量的增加而降低，相同施氮量處理下的葉片中DNF和ADF含量在不同時(shí)期均低于葉鞘。本試驗(yàn)研究表明，總體而言，玉米莖、葉、葉鞘和芯粗蛋白含量隨著施氮量的增加而增加，而苞葉隨著施氮量的增加先增加后降低；莖、葉和芯NDF含量隨著施氮量的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，葉鞘和苞葉NDF含量隨著施氮量的增加而降低；葉鞘ADF含量隨著施氮量的增加而降低，莖、葉、苞葉和芯ADF含量隨著施氮量的增加呈現(xiàn)出先降低后升高的變化。本試驗(yàn)研究結(jié)果還表明，在施氮處理內(nèi)，粗蛋白含量大小依次為葉﹥?nèi)~鞘﹥莖﹥苞葉﹥芯；總體而言，NDF含量均是芯、苞葉顯著高于葉鞘、莖和葉；芯ADF含量較高，其次是莖、葉鞘和苞葉，葉ADF含量最低。

合理施用氮肥能增加玉米生物量，提高玉米對(duì)氮素的積累量，促進(jìn)各養(yǎng)分元素在玉米植株中的分配、轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于植株生長(zhǎng)，提高玉米產(chǎn)量。同時(shí)，適宜的施氮量能顯著增加粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量，改善玉米飼用品質(zhì)。綜合考慮植株生長(zhǎng)、玉米產(chǎn)量、不同部位飼用品質(zhì)及種植效益等因素，川單428在雅安當(dāng)?shù)氐耐扑]施氮量為180 kg/hm2。

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