拔節(jié)期干旱脅迫對青貯玉米生育與品質(zhì)的影響

宋晉輝, 甕巧云, 呂愛枝, 袁進(jìn)成, 劉穎慧

(河北北方學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院, 河北 張家口 075000)

近年來，我國畜牧業(yè)呈快速發(fā)展趨勢，正在向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化方向轉(zhuǎn)變，對各種優(yōu)質(zhì)飼料產(chǎn)品的需求量也在迅速增大，而優(yōu)質(zhì)飼草料的缺乏限制了畜牧業(yè)的快速發(fā)展。青貯玉米因其高產(chǎn)、營養(yǎng)豐富、氣味芳香、適口性好、消化率高等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，已成為發(fā)展畜牧業(yè)不可或缺的一種優(yōu)質(zhì)飼料。

我國冀西北地區(qū)為旱作類型區(qū)，水資源短缺，年內(nèi)降水分布不均，易形成季節(jié)性干旱，春玉米是該地區(qū)的主栽作物之一，而干旱是限制玉米生產(chǎn)的主要因素。關(guān)于不同時(shí)期干旱脅迫對籽粒玉米生育、產(chǎn)量與生理抗性等方面的研究報(bào)道眾多[3-9]，結(jié)果均表明，干旱脅迫下，籽粒玉米生長速度減緩，形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)發(fā)生改變，干物質(zhì)分配發(fā)生變化，產(chǎn)量下降等。Liu等[10]研究表明，灌溉量會影響籽粒玉米的產(chǎn)量與品質(zhì)，不同生育時(shí)期適當(dāng)減量灌溉可增加籽粒中蛋白質(zhì)的含量，而淀粉含量會有所降低。孫旭利[11]研究發(fā)現(xiàn)，灌漿結(jié)實(shí)期水分脅迫會導(dǎo)致糯玉米產(chǎn)量下降，籽粒中蛋白質(zhì)含量升高，淀粉含量下降。施龍建等[12]和Liu等[13]研究表明，開花期干旱脅迫會導(dǎo)致鮮食糯玉米產(chǎn)量下降，籽粒中淀粉含量增高, 蛋白質(zhì)含量降低。綜上，前人的研究對象主要集中在籽粒玉米和鮮食糯玉米，而關(guān)于干旱脅迫對青貯玉米影響的研究很少。本研究以冀西北地區(qū)青貯玉米為研究對象，在遮雨棚下進(jìn)行嚴(yán)格的控水試驗(yàn)，采用根箱種植方式研究拔節(jié)期不同水分脅迫程度與不同脅迫歷期對青貯玉米生育性狀與品質(zhì)的影響，以揭示其對干旱的響應(yīng)機(jī)制，為該區(qū)青貯玉米的節(jié)水增產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為糧飼兼用型品種中原單32，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

于2018年4～10月在河北張家口河北北方學(xué)院南校區(qū)農(nóng)場(40°68′ N，114°93′ E，海拔647 m)進(jìn)行。土壤為0～20 cm 土層壤土，有機(jī)碳含量 8.20 g·kg-1，全氮含量 0.62 g·kg-1。試驗(yàn)采用根箱種植，根箱規(guī)格68 cm×48 cm×50 cm，底部打孔，每箱4株，行距40 cm，株距20 cm，折合種植密度為122 550株·hm-2。為避免自然降雨的影響，在電動控制的遮雨棚內(nèi)進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在拔節(jié)期對青貯玉米進(jìn)行干旱脅迫，共設(shè)5個(gè)處理(表1)，每處理重復(fù)3次。T1～T4各處理均在干旱脅迫結(jié)束后，復(fù)水至適宜土壤含水量(70%±5%)，直至收獲(乳線達(dá)1/2時(shí)收獲)。

表1 各干旱處理的控水范圍與干旱持續(xù)期

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1土壤水分 利用美國Spectrum TDR300土壤水分測定儀測定。

1.4.2生育時(shí)期 參照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[14]調(diào)查并記載。

1.4.3株高和葉面積 每處理隨機(jī)選3 株長勢一致的玉米進(jìn)行掛牌，分別于脅迫前、脅迫后20 或30 d、復(fù)水后10 和30 d測量其株高與葉面積(采用長寬系數(shù)法[9]確定，系數(shù)取0.75)。

1.4.4單株鮮重與干物質(zhì)量的測定 于收獲期將掛牌的3株收獲，測其鮮重，然后將植株分解為莖稈(莖+葉鞘)、葉片、雌穗與雄穗四部分，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定其干物質(zhì)量，并計(jì)算果穗率[15]與干鮮比。

1.4.5品質(zhì)的測定 所有樣品用植物微型粉樣機(jī)粉碎后過100目篩，樣品送至內(nèi)蒙古烏蘭察布市易馬農(nóng)牧科技有限公司，測其干物質(zhì)(dry matter, DM)、粗蛋白(crude protein,CP)、淀粉、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)與中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)含量及泌乳凈能(net energy for lactating, Nel)等指標(biāo)。

參照其其格等[16]和MOORE等[17]方法計(jì)算相對飼喂價(jià)值(relative forage value, RFV)與粗飼料分級指數(shù)(grading index,GI)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Microsoft Excel 2018 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用 SPSS 21.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對青貯玉米生育進(jìn)程的影響

由表2可以看出，拔節(jié)期干旱脅迫在一定程度上延緩了青貯玉米的生育進(jìn)程，使拔節(jié)期之后的主要物候期的出現(xiàn)時(shí)間滯后。其中T1處理的大喇叭口期、抽穗期和吐絲期均較CK晚出現(xiàn)2 d，T2處理分別較CK晚出現(xiàn)3、3和4 d，T3處理分別晚3、4和5 d，T4處理分別晚4、4和6 d。與CK相比，除T1處理外，其他三個(gè)處理均導(dǎo)致青貯玉米抽穗和吐絲的間隔時(shí)間延長，分別較CK延長1、1和2 d，這對授粉不利；與CK相比，各處理均導(dǎo)致青貯玉米吐絲和成熟的間隔時(shí)間縮短，分別較CK縮短1、3、3、4 d，這會導(dǎo)致灌漿時(shí)間縮短，對產(chǎn)量形成不利。由表2還可以看出，青貯玉米在拔節(jié)期遭遇干旱脅迫后，導(dǎo)致其生育期延長，T1～T4分別較CK延長1、1、2、2 d。

表2 青貯玉米到達(dá)各生育時(shí)期所需時(shí)間

2.2 干旱脅迫對青貯玉米株高的影響

由表3可以看出，不同程度的干旱脅迫處理均顯著降低了青貯玉米的株高。其中T1處理脅迫后20 d的株高較CK顯著降低18.58%；復(fù)水后植株生長速度加快，但仍低于CK，復(fù)水后10 和30 d的株高分別較CK降低11.34%和3.89%。T2處理對青貯玉米株高影響更大，脅迫后20 d的株高較CK降低27.19%，復(fù)水后10 和30 d的株高分別較CK降低18.83%與6.98%，與對照間均差異極顯著。T3、T4處理的株高也明顯受到干旱脅迫的抑制，脅迫后30 d分別較CK下降23.94%和31.76%，復(fù)水后30 d兩個(gè)處理的株高仍較CK低5.09%與8.27%。由此可見，干旱脅迫越嚴(yán)重、干旱脅迫時(shí)間越長對青貯玉米株高的影響越大；復(fù)水后，其株高生長速度得到明顯恢復(fù)，中度脅迫較重度脅迫后期的補(bǔ)償效應(yīng)明顯，但仍低于CK。

表3 干旱脅迫對青貯玉米株高的影響

2.3 干旱脅迫對青貯玉米葉面積的影響

由表4可以看出，干旱脅迫對青貯玉米葉面積的增長有一定程度的抑制作用。其中T1、T2處理脅迫后20 d的葉面積分別較CK顯著降低10.4%和18.4%，與CK間差異極顯著；復(fù)水后葉面積增長加快，補(bǔ)償效應(yīng)明顯，但復(fù)水后30 d，T1、T2處理的葉面積仍較CK顯著低4.0%和8.5%。T3、T4處理脅迫后30 d，青貯玉米的葉面積分別較CK降低14.1%和20.1%，復(fù)水后10 d的葉面積較CK低8.5%和13.7%，復(fù)水后30 d，其葉面積仍較CK顯著低6.1%和9.2%。上述分析表明，葉面積對干旱脅迫的響應(yīng)與株高相同，脅迫加劇，對其影響越大，復(fù)水可得到部分補(bǔ)償，但與CK相比不能實(shí)現(xiàn)等量補(bǔ)償。

表4 干旱脅迫對青貯玉米單株葉面積的影響

2.4 干旱脅迫對單株干物質(zhì)量、果穗率與干鮮比的影響

由表5可以看出，隨脅迫程度加劇、脅迫時(shí)間延長，各處理的單株干物質(zhì)量、單株鮮重、干鮮比與果穗率均呈下降趨勢。正常供水(CK)情況下，中原單32的單株干物質(zhì)量為287.0 g，干旱脅迫后，T1、T2、T3、T4處理的單株干物質(zhì)量分別較CK降低9.79%、33.12%、14.39%、38.19%，與CK差異顯著。干旱脅迫后各處理的干鮮比也有所降低，其中T2、T4處理與CK差異顯著。果穗率在一定程度上可以反應(yīng)青貯玉米的產(chǎn)量與品質(zhì),分析發(fā)現(xiàn)，各處理的果穗率均較CK有所降低，其中T2與T4處理分別較CK顯著下降4.91%與6.46%。

表5 不同干旱脅迫處理對青貯玉米收獲期性狀的影響

2.5 干旱脅迫對青貯玉米品質(zhì)的影響

通過分析(表6)發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下，青貯玉米的CP、ADF與NDF含量較CK有所上升，干物質(zhì)、淀粉與泌乳凈能較CK有所下降；除T1處理外，其他處理與CK差異顯著。鑒于單項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)并不能全面評價(jià)全株青貯玉米的營養(yǎng)價(jià)值，故采用相對飼喂價(jià)值(RFV)與粗飼料分級指數(shù)(GI)對其品質(zhì)進(jìn)行綜合評定。由表6可以看出，盡管干旱脅迫后，中原單32的粗蛋白含量有所上升，但其綜合評價(jià)指標(biāo)RFV與GI 均隨脅迫加重而降低。綜上可知，干旱脅迫會引起青貯玉米品質(zhì)下降，并且隨著脅迫的加劇，相對飼喂價(jià)值和粗飼料分級指數(shù)下降顯著。

表6 干旱脅迫下中原單32全株玉米的品質(zhì)性狀

3 討論

本研究結(jié)果表明，青貯玉米拔節(jié)期經(jīng)中度和重度干旱脅迫處理后，其生育進(jìn)程呈推遲趨勢，推遲的天數(shù)主要集中在“拔節(jié)-大喇叭口”階段與“抽穗-吐絲”階段，分別較CK推遲2、3、3、4 d與0、1、1、2 d；而吐絲至成熟的間隔時(shí)間分別較CK縮短1、3、3、4 d，這與袁淑芬等[18]、張淑杰等[19]研究結(jié)果一致。袁淑芬等[18]研究中指出，抽穗與吐絲間隔時(shí)間延長對玉米授粉不利，使其結(jié)實(shí)率降低；吐絲與成熟間隔時(shí)間的縮短，會導(dǎo)致玉米灌漿期天數(shù)的減少，進(jìn)而影響玉米籽粒的產(chǎn)量，這也是導(dǎo)致干旱脅迫處理后的青貯玉米果穗率低的原因之一。

青貯玉米在遭遇拔節(jié)期干旱脅迫后，其株高與葉面積生長受到抑制，進(jìn)而顯著降低其單株鮮重與干物質(zhì)量。這與前人對籽粒玉米的研究結(jié)果[8,20-23]一致。脅迫后再復(fù)水可顯著加快植株的生長速度，使株高與葉面積得到部分補(bǔ)償，但其單株干物質(zhì)量仍顯著低于CK。重度干旱脅迫還會導(dǎo)致青貯玉米的干鮮比與果穗率顯著下降。因果穗中粗蛋白、粗脂肪、淀粉等含量高于秸稈，而牲畜難以消化的粗纖維主要分布在秸稈中，故果穗率較大的品種青貯后易被牲畜消化[24-25]。張文芝等[15]研究表明，高果穗率有利于青貯玉米發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的改善。本試驗(yàn)中，干旱脅迫后，青貯玉米果穗率降低，這也是導(dǎo)致其營養(yǎng)品質(zhì)降低的一個(gè)原因。

粗蛋白(CP)含量越高，飼草品質(zhì)越好；高的中性洗滌纖維(NDF)含量會影響牲畜對飼草的采食量；酸性洗滌纖維(ADF)、干物質(zhì)(DM)和淀粉含量可以衡量飼草的消化率，ADF含量低、DM和淀粉含量高的飼草，其消化率也較高，飼用價(jià)值也越大[26-28]。本研究表明，干旱脅迫可導(dǎo)致青貯玉米淀粉含量下降，粗蛋白含量增加。這與對籽粒玉米與糯玉米[10-11]的研究及對紫花苜蓿[29-31]的研究結(jié)果均一致，但與施龍建等[12]研究結(jié)果不同，這可能與脅迫時(shí)期和收獲時(shí)期不同有關(guān)。干旱脅迫雖有利于青貯玉米蛋白質(zhì)的積累，但會導(dǎo)致其淀粉和干物質(zhì)含量下降，ADF和 NDF含量提高，綜合評定指標(biāo)RFV和GI下降(表6)，即品質(zhì)下降。綜合青貯玉米對拔節(jié)期干旱脅迫的響應(yīng)可知，T1處理雖可導(dǎo)致玉米單株干物質(zhì)量較CK顯著下降9.79%，但其果穗率、干鮮比及各項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)(酸性洗滌纖維除外)均與CK差異不顯著。故在水資源有限的地區(qū)，可在拔節(jié)期適當(dāng)干旱，將有限的水資源用在大喇叭口期，以期獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。