鲜食玉米采穗后不同植株部位饲用品质的变化及适宜收获方式研究

董臣飞，许能祥，丁成龙，顾洪如，张文洁

(江苏省农业科学院畜牧研究所,农业部种养结合重点实验室，江苏 南京 210014)

鲜食玉米(Zeamays)秸秆饲用品质优良，是良好的青贮饲料资源，但关于鲜食玉米的研究主要集中在果穗的产量及品质等方面，对秸秆饲用的研究多停留在粗放利用阶段，缺少深入细致的研究。鲜食玉米是指在玉米乳熟末期采摘果穗，用于加工或直接食用的玉米。我国是当前全球最大的鲜食玉米种植、生产、加工和消费国，随着人民生活水平的改善和饮食结构的调整，鲜食玉米的需求量还将不断增加。2016年，农业部全国种植业结构调整规划指出适当发展鲜食玉米，适应居民消费升级的需要，扩大鲜食玉米种植面积，为居民提供营养健康的膳食纤维和果蔬。《全国种植业结构调整规划(2016-2020年)》提出，促进玉米结构调整，适当发展鲜食玉米，到2020年种植面积达100万 hm2[1]。因此，鲜食玉米秸秆也是一种数量巨大的饲草资源，其深入研究利用具有广阔前景。

与普通玉米相比，鲜食玉米收获较早，一般在籽粒糖含量最高的乳熟期收获，此时秸秆糖分含量是普通玉米的1.5～3.0倍，营养价值丰富[2]，是饲用价值极高的粗饲料。目前国内外对鲜食玉米秸秆饲用价值的研究主要集中在概略养分分析[3]、动物饲喂效果[4-5]、青贮和微贮[6-7]以及消化率测定[8]等方面。采穗后秸秆收获时间对鲜食玉米秸秆营养价值的作用效果研究较少[9-10]。人们通常都是在鲜穗采摘的同时将秸秆收获饲用，但鲜食玉米秸秆的最优饲用时期以及饲用部位有待进一步研究。秸秆青贮需要具备适宜的水分含量和可溶性糖含量。鲜食玉米秸秆的含糖量显著优于普通玉米秸秆，并且在鲜穗采摘后出现上升[11]。 秸秆含水量高于70%时，不适宜直接调制青贮饲料。因此，研究鲜穗采摘后鲜食玉米秸秆饲用品质的变化及饲用成分在植株不同部位的分布以确定合理的收获时间和收割部位，对科学利用鲜食玉米秸秆具有重要意义。本研究拟利用江苏地区的鲜食玉米品种苏科糯5号，以带穗处理为对照，分析采穗后不同收获时间植株不同节位的叶片、茎秆和叶鞘中饲用品质相关性状的分布及变化规律，为选择鲜食玉米秸秆最优的饲用收获期和饲用部位提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

利用鲜食玉米品种苏科糯5号进行试验。

1.2 试验设计与田间管理

试验于2015年在江苏省农业科学院牧草试验田进行。该地位于长江中下游，北纬32°49′、东经 118°61′；属亚热带季风气候，年平均气温15.3 ℃，年均降水量为1035.1 mm，全年无霜期231 d，≥10 ℃的年积温约5100 ℃；试验区土壤为低山丘陵黄棕壤。4月10日播种。设置带穗(with ear treatment, WE)和采穗(ear harvest treatment, EH)两个处理，每个处理在鲜穗采摘后每隔1周采样1次，共采样3次，分别记为收穗后第1周(1 week after ear harvest, T1)，收穗后第2周(2 weeks after ear harvest, T2)，收穗后第3周(3 weeks after ear harvest, T3)。随机区组设计，3次重复，每小区15行，每行10株，1穴1株，行株距为 50 cm×25 cm，常规肥水管理。

1.3 测定内容及方法

鲜食玉米乳熟后期7月24日采摘鲜穗，同时取样测定不同节位叶片、茎秆和叶鞘的干物质含量和饲用成分含量。每小区采集10株玉米进行分节处理。测定每个节位叶片、叶鞘和茎秆的鲜重及75 ℃烘干至恒重的重量。干草粉碎过1 mm筛，草粉备用。

非结构性碳水化合物(nonstructural carbohydrates, NSC)的测定参考Yoshida[12]的方法。粗蛋白(crude protein, CP)用蛋白分析仪(KJELTEC 2300, Foss, Denmark)测定。中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)用范氏法测定[13]。干物质体外消化率(invitrodry matter digestibility,IVDMD)的测定参考胃蛋白酶-纤维素酶两步法[14]。

1.4 数据分析

用SPSS 11.5进行方差分析，用Excel进行作图。

2 结果与分析

2.1 鲜穗采摘后不同处理的玉米秸秆全株饲用品质的变化

由表1可知，鲜穗采摘当天，10株秸秆的干物质产量为793.81 g，采穗处理的秸秆在采穗后1～3周干物质质量出现上升，其中采穗后2周的产量最高，达到1170.26 g，采穗后2～3周，干物质产量开始下降，但依然显著高于收穗时秸秆的产量(P<0.01)；带穗处理的秸秆产量则持续下降。采穗当天秸秆非结构性碳水化合物(NSC)含量为20.78%，采穗处理的秸秆NSC含量在采穗后显著上升，其中采穗后1周达到26.77%，至采穗后2周，高达39.56%，3周时为29.30%，显著高于采穗当天的含量(P<0.01)；带穗处理的玉米秸秆中NSC含量显著低于同时期采穗的秸秆(P<0.01)，采穗后2周达到26.72%，至3周又开始下降。采穗当天秸秆的CP含量为8.57%，随后持续下降，但采穗和带穗处理的秸秆在采穗后2和3周CP含量差异不显著(P>0.05)。NDF含量随着采样时间的推延持续升高，带穗处理的秸秆NDF含量高于同时期采穗处理的秸秆。ADF含量也随着采样时间的推迟而升高，但带穗秸秆和采穗秸秆的含量差异不显著(P>0.05)。IVDMD随着时间的推迟而下降，带穗秸秆低于采穗秸秆，但差异不显著(P>0.05)。

表1 鲜穗采摘后带穗和采穗的玉米全株秸秆饲用品质性状的变化Table 1 The dynamics of the whole corn stalk feeding quality related traits after corn ear harvest

注：* 和**分别代表在P<0.05 和P<0.01水平差异显著。同一列不同小写字母代表P<0.05水平差异显著。下同。NSC：非结构性碳水化合物；NDF：中性洗涤纤维；ADF：酸性洗涤纤维；CP：粗蛋白；IVDMD：干物质体外消化率。

Note: * and ** indicate significant at levelP<0.05 andP<0.01， respectively. Different lowercase letters in the same column mean significantly different atP<0.05 level. The same below. NSC: nonstructural carbohydrates; NDF: neutral detergent fiber; ADF: acid detergent fiber; CP: crude protein;IVDMD:invitrodry matter digestibility.

2.2 采穗后不同处理的玉米秸秆不同节位的饲用成分变化规律

由表2可知，收获时间、带穗采穗处理、植株部位、节位以及各因素间的互作均极显著(P<0.01)。采穗后2周的NSC含量为29.05%，显著高于采穗后1周的20.58%和采穗后3周的21.22%(P<0.01)，采穗3和1周后秸秆的NSC含量差异显著(P<0.01)。采穗的秸秆NSC含量为27.29%，显著高于带穗秸秆(P<0.01)；茎秆的NSC含量为35.15%，显著高于叶鞘的18.65%(P<0.01)，叶鞘的含量显著高于叶片的17.05%(P<0.01)。倒4～6节的NSC含量显著高于其他节位(P<0.01)，从倒1～6节，NSC含量逐节上升，后又逐节下降。CP含量随着收获时间的延迟而下降，采穗处理的CP含量高于带穗处理，叶片极显著高于叶鞘和茎秆(P<0.01)，倒1～8节CP含量在5.89%～6.31%，倒9节后显著下降。NDF 随着收获时间的推迟显著升高，带穗处理高于采穗处理，叶鞘含量最高，显著高于叶片(P<0.01)，叶片含量高于茎秆中的含量(P<0.01)，并且均随着节位的降低逐渐升高。ADF含量叶鞘最高，其次是茎秆，叶片最低，其他规律与NDF相同。IVDMD随着收获时间的延长显著降低，采穗处理显著高于带穗处理(P<0.01)，叶片高于茎秆(P<0.01)，茎秆高于叶鞘(P<0.01)，倒1～6节的IVDMD在55%左右，随后随着节位的降低显著下降(P<0.01)。

表2 采穗后不同处理的玉米秸秆饲用品质性状方差分析Table 2 The variance analysis of the feeding quality related traits of corn stalk after ear harvest (%)

收获时间(harvest time, T),带穗处理(with ear treatment, W)，采穗处理 ( ear harvest treatment, E)，植株部位 (plant parts, P)，节位 (nodes, N)，及T*W，T*P，T*N，W*P，W*N，P*N，T*W*P，T*P*N，T*W*N，W*P*N和T*W*P*N的互作都极显著(the interaction is very significant)(P<0.01).

由图1可知，带穗处理的玉米秸秆中的NSC含量随着收获时间的推迟先上升后下降，采穗后1～2周，叶片、茎秆和叶鞘中的NSC显著上升(P<0.01)，到采穗后3周，茎秆和叶鞘中的NSC含量下降显著(P<0.01)。采穗处理的秸秆中NSC含量在采穗后1～2周，叶片、叶鞘和茎秆中的NSC显著上升(P<0.01)，采穗后2～3周，则显著下降(P<0.01)，但是采穗后2周叶片、叶鞘和茎秆中的NSC含量显著高于采穗后1周(P<0.01)。与带穗处理相比，采穗后的玉米秸秆在采穗后1、2、3周，叶片、茎秆和叶鞘中NSC含量显著高于带穗处理(P<0.01)。

图1 采穗后NSC在不同节位茎叶鞘中含量的变化Fig.1 Dynamics of NSC content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

图2 采穗后CP在不同节位茎叶鞘中含量的变化Fig.2 Dynamics of CP content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

由图2可知，带穗处理的鲜食玉米秸秆CP含量以叶片最高，显著高于茎秆和叶鞘中的含量(P<0.01)，茎秆和叶鞘差异不显著(P>0.05)。随着收获时间的推迟，叶片中的CP含量显著下降。茎秆和叶鞘中的CP含量也有所下降。倒1～8节叶片中的CP含量显著高于其他节位(P<0.01)。叶鞘和茎秆中的CP含量不同节位间差异不显著(P>0.05)。采穗处理的叶片CP含量随着收获时间的延迟也持续下降，同时低于同时期的带穗处理(P<0.01)。但采穗后2～3周茎秆和叶鞘中的CP含量显著高于带穗处理(P<0.01)。

由图3和图4可知，带穗和采穗处理的秸秆叶鞘中的NDF、ADF含量显著高于叶片和茎秆(P<0.01)，茎秆中的NDF含量最低，同节位叶片和茎秆中的ADF含量差异不显著(P>0.05)。叶片、叶鞘和茎秆中NDF和ADF含量均随着节位的降低和收获时间的推迟而升高，倒10节以后升高幅度增大。带穗和采穗处理间差异不显著(P>0.05)。

图3 采穗后NDF在不同节位茎叶鞘中含量的变化Fig.3 Dynamics of NDF content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

由图5可知，同节位的叶片、茎秆和叶鞘的IVDMD差异不显著(P>0.05)，但均随着节位的降低而降低，倒10节以下下降显著。采穗处理的秸秆不同节位的叶片、叶鞘和茎秆的IVDMD高于带穗处理(P<0.01)。

由图6可知，不同植株部位、不同节位、不同取样时间玉米秸秆中的WSC含量均显著高于淀粉(P<0.01)。不同采样时间茎秆中的WSC含量显著高于叶片和叶鞘(P<0.01)，叶鞘中的WSC高于叶片(P<0.01)。茎秆中的WSC主要集中在基部茎节，叶片中的WSC在上部和中部的茎节，基部茎节，尤其是倒11～12节，显著下降。叶鞘中WSC的分布规律与叶片类似。在采穗后1～3周，叶片及茎秆中的WSC上升显著，但叶鞘中的WSC含量从采穗后1～2周，显著上升，从采穗后2～3周则显著下降。带穗处理的秸秆中WSC在不同取样时间均显著低于采穗处理(P<0.01)。带穗处理秸秆的叶片、茎秆和叶鞘中的淀粉含量随着取样时间的推延持续下降，采穗处理的秸秆叶片、茎秆和叶鞘中的淀粉含量从采穗后1～2周显著上升，但从采穗后2～3周则显著下降。采穗处理的秸秆淀粉含量高于带穗处理(P<0.01)。

图4 采穗后ADF在不同节位茎叶鞘中含量的变化Fig.4 Dynamics of ADF content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

图5 采穗后IVDMD在不同节位茎叶鞘中含量的变化Fig.5 The dynamics of IVDMD content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest

3 讨论

3.1 鲜食玉米秸秆与其他种类玉米秸秆饲用品质比较

与普通玉米及饲用玉米秸秆相比，鲜食玉米釆穗后的秸秆饲用品质优良[15]。王空军等[16]对50个北方玉米主栽品种的秸秆粗蛋白含量进行测定，秸秆粗蛋白(CP)平均含量5.48%；而赵益强[17]研究发现糯玉米秸秆CP含量在5.65%～8.32%。本研究中不同时间收获的鲜食玉米秸秆CP含量均高于5%，其中鲜穗采摘当天CP含量为8.57%(表1)。另外，不同播期的鲜食玉米秸秆饲用品质均表现优异。春播蜡熟期甜玉米秸秆的品质要优于青贮玉米秸秆和高油玉米秸秆；秋播乳熟期4个特用玉米品种的秸秆饲用品质优于普通玉米秸秆，其中以糯玉米秸秆的品质最优，高油玉米秸秆和甜玉米秸秆次之；秋播蜡熟期糯玉米秸秆除CP含量略低于普通玉米外，其他营养成分均优于普通玉米秸秆[15]。用采穗后的江南花糯鲜食玉米秸秆代替醋糟饲喂3月龄獭兔，表现出了较为理想的生产性能[18]。

3.2 鲜食玉米秸秆饲用成分在植株不同部位的分布

本研究表明鲜食玉米秸秆的NSC主要集中在基部茎秆，CP主要集中在上部和中部的叶片，而NDF和ADF随着节位的下降升高，IVDMD则随着节位的下降而下降(表2，图5)。在稻草、小麦秸、大麦秸等秸秆上也有类似规律[19-21]，如Dong 等[22]研究了不同水稻品种的稻草饲用品质性状在植株不同部位的分布情况：倒3节茎秆中的NSC含量显著高于倒2和3节(P<0.05)，也高于同节位的叶片和叶鞘；叶片中的CP含量显著高于茎秆和叶鞘(P<0.05)；叶片和叶鞘中的半纤维素含量高于茎秆，叶鞘中的ADF含量高于叶片和茎秆，但差异不显著(P>0.05)；茎秆的消化率高于叶片和叶鞘。其他种类玉米秸秆中饲用成分的分布也有相关规律：同一玉米植株茎、叶中 CP 含量都是上部高于下部，粗脂肪(EE)含量变化趋势与 CP 相似，幼嫩部位粗脂肪含量较高[23-27]；而茎秆中淀粉和可溶性糖的含量显著大于叶片(P<0.05)[26,28-29]，茎节、茎皮中总糖含量高达20.7%和19.3%[26]。这表明禾本科牧草或作物饲用成分在植株内呈现有规律的分布：NSC主要集中在基部茎秆，基部茎节的纤维素和木质素含量显著高于上部节位，CP主要集中在上中部叶片。饲料中NDF 和ADF含量高，饲草的适口性差，牲畜采食量低[25,30-31]，因此选择适宜的收割高度从而降低饲草中的NDF和ADF含量有助于改善饲草品质。综合本研究中鲜食玉米秸秆饲用品质各性状在不同部位间的分布情况，倒10节以下NDF和ADF含量升高幅度增大，而IVDMD下降幅度也增大，因此收割高度可控制在倒10节以上。

3.3 采穗后鲜食玉米秸秆饲用品质在不同收获时间的变化规律

玉米获得籽粒产量和秸秆营养成分含量最佳的收获时间不同[32-35]。不同玉米品种随着籽粒成熟度的提高，秸秆饲用品质的变化规律不同：随着籽粒成熟度的提高，高油玉米秸秆的WSC、淀粉、粗脂肪含量呈线性提高，而NDF、ADF和木质素含量则呈线性降低；普通玉米品种秸秆的WSC、淀粉和CP含量直线下降，而NDF、ADF含量直线上升[26,36-40]，从而降低秸秆的消化率[41]。随着玉米植株成熟度的延长，秸秆的茎/叶上升[42]，这也是影响秸秆品质的一个重要因素。因此，生长期对全株玉米以及玉米秸秆的饲用品质有直接影响。Jung等[43]认为，饲草品质的变化规律主要由两个原因引起：一方面，随着成熟度的增加，干物质积累也增加，而干物质积累则以茎秆的干物质积累为主；另一方面，茎秆比叶片含有更多的细胞壁和木质素。本研究中采穗后鲜食玉米秸秆的干物质产量、NSC含量在2周内出现上升趋势，但到了第3周，CP和NSC含量则下降，而NDF和ADF含量则随着收获时间的推迟持续上升，IVDMD持续下降(表1～2)。结合可消化的饲用成分如NSC和CP以及难以消化利用的ADF等含量的变化，鲜食玉米秸秆在采穗后2周收获较为适宜。

3.4 采穗对鲜食玉米秸秆NSC含量的影响

鲜食玉米茎秆含糖量高，如糯玉米秸秆的总糖含量在20%左右[9,44]，榨出的汁液可被用作发酵生产乙醇[45]。本研究发现鲜食玉米秸秆中NSC的主要成分是WSC，其在植株不同部位和不同收获时间的含量均显著高于淀粉(图6)。WSC可被直接利用为青贮发酵底物，与秸秆青贮品质显著正相关，对改善秸秆青贮品质具有重要意义[46]。鲜食玉米果穗采摘时叶片鲜绿，依然保持有较高的光合能力。采穗后，光合作用所形成的过剩营养物质保留在秸秆中，导致WSC和淀粉等在茎叶中积累，并降低其他营养成分的百分比例，从而改善秸秆饲用品质。甘洁[15]研究发现甜玉米秸秆在果穗采收后第5天含糖量可达14%，是普通玉米的2～3倍 (同期普通玉米秸秆含糖量为4%～5%) 。闫贵龙等[44]研究发现甜玉米秸秆从摘穗当天收获到摘穗7 d 后收获，随收获时间的延迟，WSC和NSC含量都呈增加趋势；受粉后20和26 d摘穗当天收获的秸秆相比，随收获时间推迟，WSC和NSC都呈减少趋势。但该研究没有发现采穗处理的茎秆中NSC含量何时出现下降。崔卫东等[9]发现夏季甜玉米收穗后6、9和12 d的秸秆WSC含量差异不显著，冬季甜玉米秸秆中的WSC含量在摘穗当天至第9天持续下降，到摘穗后第12天则有出现回升，呈现V字形的变化趋势。植株进入生长末期，摘穗也将诱导植株提前衰老，导致植株含水量下降[47]。当叶片中糖分积累过多，也将抑制光合作用[48]。本研究与前人研究的不同之处在于发现采穗处理的秸秆各部位NSC含量均高于带穗处理的秸秆(图1～6)，采穗后鲜食玉米秸秆的干物质产量、NSC含量在2周内上升，但到了第3周，NSC含量则下降(表1～2)，这表明鲜穗采摘后秸秆不要立即收获，而是保留植株在田间继续生长2周，此时秸秆的NSC含量和干物质产量达到最优；继续推后则将降低秸秆饲用品质；但采穗与否对玉米秸秆中NSC含量的积累具有根本性影响；并明确了采穗后鲜食玉米秸秆中NSC积累的转折点，以及适宜收获期。

4 结论

鲜食玉米采穗后秸秆应保留在田间继续生长，其干物质产量和NSC含量在采穗2周后达到最高，且NSC主要集中在穗位的倒6节及以下节位，WSC是NSC的主要成分；NDF和ADF含量则随着秸秆收获时间的推迟而升高，主要集中在基部节位；CP含量随着采穗后时间的延长持续下降，上部和中部的叶片CP含量高于基部叶片。因此，在生产中鲜食玉米秸秆的适宜收获期为鲜穗采摘后2周，收割高度可控制在倒10节以上。