氮肥用量_时期对墨西哥玉米产量及饲用营养品质的影响.pdf

中国农业科学 2005,38(3):492-497 Scientia Agricultura Sinica 收稿日期：2004-02-02 基金项目：国家自然科学基金资助项目(30100108、30370832)，高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20040434008） ，山东省优秀中青年科学 家奖励基金资助项目（02BS028）和国家“十五”科技攻关项目资助 (2004BA520A12) 作者简介：王永军（1977-） ，男，山东诸城人，硕士研究生，主要从事作物生理生态研究。E-mail：yjwang2004126。王空军为通讯作 者，TelE-mail：kjwang 氮肥用量、时期对墨西哥玉米产量及饲用营养品质的影响 王永军，王空军，董树亭，胡昌浩，张吉旺，刘 鹏 （山东农业大学农学院，泰安 271018） 摘要：采用池栽方法研究了氮肥用量、时期对一年生夏播墨西哥玉米（Zea mexicana）产量和饲用营养品 质的影响，并运用概略养分分析法来评价其饲用营养价值。结果表明，夏播墨西哥玉米生长季内刈割 3 茬，叶 片对产量与品质的形成贡献最大；在中氮（300 kgha-1）和高氮（600 kgha-1）2 种水平下，氮肥用量对第 1 茬 草产量的影响大，底肥肥效仅持续作用到第 2 茬的叶片；第 2 茬的茎鞘及第 3 茬的整个收获部分都表现追肥效 应。增施氮肥提高了粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)的含量，降低了粗灰分(CA)、酸性洗涤纤维(ADF)的含量，氮肥水 平对粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、无氮浸出物(NFE)及总能量(GE)的产量影响程度大于施肥时期，随着刈割茬次的 增加，底肥肥效降低而追肥肥效增加；酸性洗涤纤维的产量随氮肥用量的增加而增加是由于干物质产量提高的 幅度大于含量降低的幅度。在较高氮肥水平下，底肥一次施入有利于提高产量及其饲用营养品质。 关键词：墨西哥玉米；氮肥；施肥；产量；饲用营养品质 Effects of Different Nitrogen Application Strategies on Yield and Forage Nutritive Quality of Zea mexicana WANG Yong-jun，WANG Kong-jun，DONG Shu-ting，HU Chang-hao，ZHANG Ji-wang，LIU Peng (College of Agronomy, Shandong Agricultural University，Taian 271018) Abstract: The effects of different nitrogen application strategies (nitrogen rates and nitrogen application stage) on yield and forage nutritive quality of summer Zea mexicana were studied in an experiment of pool culture. When the natural plant height was 110 cm the plant should be clipped. In the whole growth period, it could be clipped 3 times (H1,H2 and H3 means the first, second and third harvest stage, respectively).To evaluate the forage nutritive value, six items including crude protein (CP), ether extract (EE), nitrogen free extract (NFE), acid detergent fiber (ADF), crude ash (CA), and gross energy (GE) were used. The results showed that the content of CP and EE increased and the content of CA and ADF dereased by two nitrogen rates (High-rate N, 600 kgha-1;Mid-rate N, 300 kgha-1),which also improved the fresh and dry harvest biomass of the whole plants at H1 and the leaves at H2. But the stalks at H2 and the whole plants at H3 were affected by additional application of nitrogen fertilizer. The yield of CP, EE, CA, NFE, and GE was affected by nitrogen rates, the ADF yield increased with the increase of fresh and dry harvest biomass. It is concluded that all nitrogen applied as base fertilizer can harvest the higher biomass and improve the forage nutritive quality of summer Zea mexicana. Key words: Zea mexicana；Nitrogen；Application；Yield；Forage nutritive quality 一年生墨西哥玉米（Zea mexicana）又名大刍草 （Zea diploperennis L.），具有高抗病虫、喜高温、分 蘖能力强、刈割后再生性能好、生长迅速、饲用价值 高等特点，其茎叶柔嫩多汁、适口性好，为鱼类和各 种畜禽所喜食，既可刈割鲜饲又可青贮，是极具发展 潜力的人工栽培牧草之一13。 氮素是植物生长发育中 最重要的矿质元素之一，由于禾本科牧草自身不具备 固氮能力，其生长发育所需的氮主要依靠根系从土壤 3 期 王永军等：氮肥用量、时期对墨西哥玉米产量及饲用营养品质的影响 493 中吸收。通常条件下，土壤中可利用的氮往往难以满 足禾本科牧草高产优质的需要4，以施肥的方式补充 土壤氮是牧草优质高产的有效措施之一4。墨西哥玉 米（Zea mexicana）是 1978 年在墨西哥发现的玉米近 缘属大刍草的一个类型5，由于其栽培历史较短且主 要用于种质资源研究68， 因此氮肥用量和施用时期对 墨西哥玉米产量及饲用营养品质影响的研究鲜见报 道。笔者通过探讨不同氮肥处理对墨西哥玉米产量及 其饲用营养品质影响，以期为墨西哥玉米的优质高产 栽培提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 供试材料及设计 试验于 2002 年在山东农业大学玉米科技园进行， 供试材料为一年生墨西哥玉米，夏播，采用池栽，前 茬作物为小麦。土壤基础肥力：有机质含量为 1.02%， 全氮含量为 0.093%，速效磷为 52.7 gg-1，速效钾为 97.3 gg-1。每池面积为 2.5 m2.5 m，密度为 3.84 万 株ha-1，行距 60 m，株距 40 cm，每池留苗 24 株，生 长期间给予良好管理。试验共设 5 个处理（表 1）， 随机排列，3 次重复。从 6 月 11 日播种到 10 月 12 日 整个生长季收获 3 茬 （8 月 11 日第 1 茬， 9 月 11 日第 2 茬， 10 月 12 日第 3 茬） 。 待植株自然高度达 110 cm 时刈割，留茬高度为 25 cm，刈割后当天浇透水 1 次， 表 1 不同处理氮肥用量和施肥时期 Table1 Different nitrogen rates and nitrogen application stages 处理 Treatments 氮肥用量 (kgha-1) Nitrogen rate 施用时期 Nitrogen application stage N0 0 不施氮肥 No nitrogen application N1-3 100+100+100 底肥、 每次刈割后追肥， 平均 3 次施入 （底 肥:追肥=1:2） Nitrogen was applied averagely by three times (Base: Dressing=1:2) N2-3 200+200+200 底肥、 每次刈割后追肥， 平均 3 次施入 （底 肥:追肥=1:2） Nitrogen was applied averagely by three times (Base: Dressing=1:2) N1-1 300 底肥一次施入 Nitrogen was applied one time before planting N2-1 600 底肥一次施入 Nitrogen was applied one time before planting 所有处理磷、 钾肥均作底肥一次施入(P2O5 150kgha-1， K2O 61 kgha-1) Phosphorus and potassium application by one time as basal fertilizer before planting in all treatments (P2O5150 kgha-1，K2O 61 kgha-1) N1-3和 N2-3处理的追肥，于浇水前施入。氮素肥料为 尿素。刈获部分分为茎鞘和叶片两部分称鲜重后于 105杀青， 75烘干， 经 40 目筛粉碎供室内分析用。 1.2 测定方法 评价墨西哥玉米饲用营养品质采用概略养分分析 法9,10，并以五大饲用营养成分的产量来综合衡量。 其中，粗蛋白(CP)测定用半微量凯氏定氮法11；粗脂 肪(EE)测定用残余法12；粗灰分(CA)用直接灰化法11； 酸性洗涤纤维（ADF）按照 Van Soest 法11进行；无 氮浸出物(NFE)含量和总能(GE)按照下列公式计算11: NFE100-CP%-EE-CA-ADF GE（4.184106Jkg-1）（CP5.7+EE9.4+ ADF4.2+NFE4.2） /100 2 结果与分析 2.1 不同氮肥用量、时期对收获生物量的影响 2.1.1 鲜物质产量与干物质产量 由图 1 可看 出，不同氮肥用量、时期对三茬鲜物质总产量的影响 表现为 N2-1N2-3、N1-1N1-3，2 种氮肥用量下均说明 底肥 1 次施入能获得较高的收获生物量。第 1 茬鲜物 质产量随着氮肥用量的增加而增加，为 N2-1N1-1 N2-3N1-3N0；第二茬时追肥肥效开始表现，中氮水 平 N1-3比 N1-1增产 605 kgha-1，高氮水平下仍表现为 底肥效应； 第 3 茬时 2 种氮水平下追肥肥效提高， N1-3 比N1-1增产1 487 kgha-1， N2-3比N2-1增产1844 kgha-1。 不同氮肥用量、时期对干物质总产量及不同茬次的影 响与鲜物质表现出相似趋势。 2.1.2 不同茬次产量的组成 不同氮肥处理对每 茬收获的叶片和茎鞘鲜物质产量的影响存在时间上的 差异（图 2）。第 1 茬草叶片和茎鞘的鲜物质产量相 当，第 2 茬和第 3 茬叶片的鲜物质产量高于茎鞘。第 1 茬叶片和茎鞘及第 2 茬叶片受氮肥用量的影响大， 随氮肥水平的提高鲜物质产量显著增加， 与 N0相比较 N2-1处理产量最高， N1-1次之； 第 2 茬两种施肥时期处 理 N2-1与 N2-3、 N1-1与 N1-3之间的鲜草产量差距与第 1 期相比减小，叶片在高氮水平下底肥 1 次施入仍能获 得较高的鲜物质产量而茎鞘产量已经开始表现追肥效 应，为 N2-3N2-1N1-3N1-1N0，这个变化趋势与 第 3 茬的叶片和茎鞘鲜物质产量对氮肥处理的响应一 致。干物质产量组成对氮肥的响应与鲜物质变化趋势 相似，第 1 茬叶片干物质产量较茎鞘大，是因为生育 前期茎鞘含水量较高，追肥对第 3 茬干物质有明显的 增产作用，N1-3和 N2-3处理均提高了叶片和茎鞘的干 物质积累，N1-3比 N1-1高 159 kgha-1，N2-3比 N2-1高 494 中 国 农 业 科 学 38 卷 A. 鲜重；B. 干重；H1.第 1 茬收获期；H2.第 2 茬收获期；H3.第 3 茬收获期具有相同字母的柱体间差异不显著 P=0.05。下同 A means fresh weight, B means dry weight; H1 means the first harvest stage, H2 means the second harvest stage, H3 means the third harvest stage.Bars with the same letter are not significant at 0.05 levels. The same as below 图 1 氮肥处理对夏播墨西哥玉米三茬收获生物量的影响 Fig.1 The effects of nitrogen treatment on fresh weight and dry weight of summer Zea mexcana at three harvest stages 图 2 氮肥处理对夏播墨西哥玉米不同茬次产量组成的影响 Fig. 2 The effects of nitrogen treatment on yield component of summer Zea mexcana at three harvest stages 256 kgha-1， 说明高氮水平下追肥发挥增产效应的时间 较晚，但增产效果比中氮水平显著。 2.2 氮肥处理对墨西哥玉米饲用营养价值的影响 2.2.1 饲用营养品质 CP 是牧草中含氮物质的总 和，其中各种必需氨基酸是决定牧草营养品质的重要 基础；EE 富含热能，是提供能量的重要物质；结构性 碳水化合物构成了 ADF，也是反刍性草食动物的主要 能源物质；NFE 主要包括糖类和淀粉等易消化的非结 构性碳水化合物；CA 是无机物质的总称，在动物机 体活动中发挥重要作用911， 概略养分分析法就是以 5 大营养成分含量高低来综合评价饲料的饲用营养价 值9 ，10。由表 2 可以看出，第 1 茬叶片 CP 含量与施 氮量成正相关， 随着氮肥用量增加的增幅高达 5.71%； 第 2 茬在中氮水平下追肥使 CP 含量比底肥处理高 0.22%，高氮水平下 N2-1仅比 N2-3高 0.09%，二者基本 持平；第 3 茬时 2 种氮肥用量均表现追肥效应。茎鞘 中 CP 含量低于叶片，在各刈获时期氮肥处理对其影 响情况与叶片相同。EE 含量的变化与 CP 一致，与 CA 相反，可能是施氮量增加抑制了植株对某些无机 元素的吸收。 氮肥用量能显著降低 ADF 的含量，这可 3 期 王永军等：氮肥用量、时期对墨西哥玉米产量及饲用营养品质的影响 495 表 2 墨西哥玉米饲用营养成分含量 Table 2 Concentration of forge nutritive matter of summer Zea mexicana (%) 氮肥处理 Nitrogen treatments 营养成分 Nutritive matter 器 官 Organs 收获时期 Harvest stage N0 N1-3 N2-3 N1-1 N2-1 叶片 H1 16.64 18.37 18.56 19.50 20.15 Leaves H2 16.21 19.34 19.58 19.12 19.67 H3 16.04 17.23 17.92 16.37 16.79 茎鞘 H1 13.70 16.94 17.07 17.45 17.71 Stalks H2 13.87 14.91 15.06 17.09 16.97 粗蛋白 CP H3 11.08 12.54 12.86 12.00 13.43 叶片 H1 2.34 2.46 2.55 2.68 2.83 Leaves H2 2.01 2.64 2.92 2.36 2.48 H3 2.13 2.48 2.53 2.23 2.35 茎鞘 H1 1.07 1.17 1.19 1.23 1.35 Stalks H2 1.86 2.27 2.37 2.10 2.43 粗脂肪 EE H3 1.09 1.22 1.27 1.16 1.21 叶片 H1 39.51 39.03 36.81 33.81 33.23 Leaves H2 36.92 33.67 31.65 35.92 35.69 H3 34.11 31.86 29.40 36.61 36.08 茎鞘 H1 31.37 29.34 28.70 24.78 23.1 Stalks H2 30.56 27.07 26.69 30.46 29.75 酸洗纤维 ADF H3 25.19 20.87 19.81 24.14 24.90 叶片 H1 5.10 5.41 5.59 5.37 5.24 Leaves H2 5.27 5.64 5.83 5.52 5.84 H3 5.47 5.88 5.54 6.22 6.02 茎鞘 H1 5.78 6.45 6.48 5.67 5.57 Stalks H2 5.86 6.44 6.24 7.33 7.27 粗灰分 CA H3 5.09 5.21 5.32 4.90 5.13 叶片 H1 36.41 34.73 36.49 38.64 38.55 Leaves H2 39.59 38.71 40.02 37.08 36.32 H3 42.25 42.55 44.61 38.57 38.76 茎鞘 H1 48.08 46.10 46.56 50.87 52.27 Stalks H2 47.85 49.31 49.64 43.02 43.58 无氮浸出物 NFE H3 57.55 60.16 60.74 57.80 55.33 以改善适口性，提高消化率。NFE 含量由底肥处理对 CP、EE、CA、ADF 含量的影响决定，对各氮肥处理 响应程度不大。 2.2.2 饲用营养成分的产量 由图 3 可以看出， CP 的总产量对不同氮肥处理的响应为 N2-1(2 919 kgha-1)N2-3(2 506 kgha-1)N1-1(2 130 kgha-1) N1-3(2 049 kgha-1)N0(1 489 kgha-1)， 氮肥用量对其产 量影响程度大。ADF、CA 产量对各氮肥处理的反应 与 CP 相同，EE 产量 N1-1N2-3可能是第 1 茬产量和 含量都较高的缘故。NFE 的总产量对氮肥处理的响应 信号与 CP、CA 一致；在高氮水平下底肥效应显著高 于追肥效应，在中氮水平下仍表现底肥效应，但差异 不显著。 2.3 氮肥处理对墨西哥玉米总能量的影响 GE 是 CP、EE、ADF 和 NFE 等 4 项养分指标的综 图 3 氮肥处理对饲用营养成分总产量的影响 Fig. 3 The effects of nitrogen treatment on forage nutritive components yield of summer Zea mexcana 496 中 国 农 业 科 学 38 卷 合反映，高氮水平下 N2-1处理的 GE 产量比 N2-3高 76(4.184106)Jha-1， 差异显著， 中氮水平下 N1-1(517 4.184106 Jha-1)与 N1-3(5034.184106 Jha-1)差 异不显著（图 4），这与氮肥处理对收获的各饲用营 养成分产量的影响是对应的，即收获生物量和各饲用 营养成分含量协同作用的结果，产量占主导地位。不 同氮肥处理中叶片占总能量的比例均超过 75%，表明 叶片是构成收获的墨西哥玉米总能量的主体，也说明 对叶片增产效果明显的氮肥处理有利于获得更多的能 量。 图 4 氮肥处理对总能量的影响及不同器官对能量形成的贡献 Fig.4 The effects of nitrogen treatment on GE and GE distribution in different organs in summer Zea mexcana 3 讨论 氮素是牧草产量和品质形成的关键要素之一4,1318。 墨西哥玉米光合产物在地上部分的分配主要在叶片， 其产量受氮肥用量的影响更大(N1-1和 N1-3处理鲜物质 总产量的平均为 80 369 kgha-1，N2-1和 N2-3处理鲜物 质总产量的平均值为 114 846 kgha-1，表现为高氮效 应)， 底肥一次施入有利于获得较高的收获生物量 （N1-1 和 N2-1处理鲜物质总产量的平均为 105 659 kgha-1， N1-3和N2-3处理鲜物质总产量的平均为89 556 kgha-1， 表现为底肥效应）。综合饲用营养成分总产量，CP、 EE、NFE 和 ADF 表现出相同的变化规律，即对氮肥 水平反应敏感，随着收获次数的递增底肥效应降低而 追肥效应增加。而粗灰分的产量在中氮水平为 N1-3 N1-1，表现追肥效应；在高氮水平为 N2-1N2-3，表现 底肥效应。各氮肥处理下，营养成分的产量向叶片的 分配明显高于茎鞘，说明饲用营养品质总产量的形成 也主要是叶片的贡献。 氮肥施用时期对夏播墨西哥玉米产量与饲用营养 品质的影响因氮肥水平和刈割茬次而不同。第 1 茬草 对氮肥用量的反应最为敏感，随着氮肥用量的增加， 收获的生物量明显增加， 此阶段以氮水平效应占主导； 第 2 茬时两种氮肥水平均作底肥的增产效果已不如第 1 茬明显，造成这种结果的原因可能是底肥由于淋失 作用使墨西哥玉米根系有效吸收范围内土壤的氮素供 应量降低，追肥使氮素得到补充，表现出底肥处理和 追肥处理的产量差距逐渐缩小；到第 3 茬时则表现为 氮肥分次施入对收获生物量的提高占主导地位，追肥 效应的表现实质上是植物对生长季土壤中所能提供氮 素的有效利用量所做出的反应，说明氮肥追施可能在 第 3 茬以后才能逐渐发挥作用。干物质产量对氮肥用 量和时期的响应与鲜物质相似，不同之处为第 1 茬茎 鞘干物质与叶片的差距最大，说明生育前期茎鞘含水 量较高，可能有两方面的原因：一是与种的特性有关， 因为墨西哥玉米始祖具有多年生的特性，茎鞘有贮藏 库的作用，在生育后期光合产物会向茎鞘及根部积极 运输；二是由于不断的刈割刺激了留茬或根系中某些 功能基因的开启从而促进了茎鞘对光合产物的调运， 为再次刈割后再生储备更多的营养物质。氮肥使收获 生物量和饲用营养成分含量（CP、EE）协同提高，尽 管施氮降低了 ADF 和 CA 的含量， 但其含量降低的幅 度低于收获生物量增产的幅度， 最终 ADF 和 CA 的产 量是增加的，GE 是 CP、EE、ADF 和 NFE 等 4 项指 标的综合反映，对叶片增产效果明显的氮肥处理有利 于获得更多的能量。 4 结论 本研究发现，墨西哥玉米产量和饲用品质的形成 3 期 王永军等：氮肥用量、时期对墨西哥玉米产量及饲用营养品质的影响 497 主要是叶片的贡献； 同时， 叶片也是总能量产量构成的主体，占单位面积上收获 总能量的 75%。对于在生长季内能收获 3 茬的夏播墨 西哥玉米，高氮水平下（600 kgNha-1）底肥一次性施 入可明显提高夏播墨西哥玉米的产量并改善其饲用营 养品质；若收获的次数多于 3 次时，建议以底肥和追 肥并重较好。 References 1 陈以宁. 墨西哥饲用玉米引种试验总结. 中国草地, 1987, 3:40-42. 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