第一章 文献综述
1.1 引言
玉米是世界公认的三大作物之一，中国作为农业大国，玉米是中国最主要的粮食作物、最优良的牧业饲料和工业原料[1-6]。其中饲用玉米主要有三类，分别是饲草专用型玉米、粮饲兼用型玉米和粮饲通用型玉米三大类，饲草专用型玉米饲草产量高、品质好通常只适合做青贮；粮饲兼用型玉米指先收获玉米籽粒用作粮食或配合饲料，然后再收获青绿茎叶用做青贮；粮饲通用型玉米指既可做普通玉米收获籽粒,也可做为青贮玉米进行青贮的一类玉米。其中粮饲兼用玉米仅适用于南方，在收完玉米后茎秆仍然青绿，可作为饲料，而饲草专用型玉米和粮饲通用型玉米只适用于北方[7,8]。
早在上世纪 90 年代,发达国家畜牧业生产就非常注重青贮玉米生产，培育出了大量的饲草专用玉米进行全株青贮，并大面积进行推广种植。据统计，在欧洲，专用型青贮玉米种植面积已达到玉米种植面积的 80%左右，约 400 万公顷，其中法国的种植面积为 158 万公顷，德国为 133 万公顷，意大利为 30 万公顷，俄罗斯、匈牙利玉米青贮饲料都约占全部青贮饲料的 85%，荷兰用于种植青贮玉米的土地占各类饲料种植面积总量的 30%以上，加拿大青贮玉米收获面积超过 190 万公顷，奠定了其农牧产业的基础[5-9]。在亚洲，日本奶牛和肉牛饲养业过去主要以青饲料为主,近年来逐渐发展成为常年利用青贮饲料，玉米青贮饲料年产量达 630 万吨，印度人口约为我国的 3/4，粮食产量不到我国的一半，但人均动物性蛋白质摄取量却与我国相差无几，这与印度采用的以作物秸秆为支撑的典型“草食型”畜牧业结构密切相关[10-12]。2016 年农业部开展我国“粮改饲”，我国的青贮玉米种植面积也迅速发展到今天的2000 万亩，可谓增长迅速。在 2019 年我国玉米种植面积达到约 3650 万公顷，因此我国饲草玉米种植约为 255.5-292 万公顷[10-16]。
青贮玉米在玉米生产中占据了重要的位置，施肥技术是国内外作物增产较为有效的方式和提高土壤肥力的主要措施，是实现农业持续发展的重要保证。联合国粮农组织研究表明，施肥可实现发展中国家粮食作物增产 30%～31%，美国作物单产增长中 50%～60%是施用化肥的结果，通过肥料养分的投入还可以起到培肥土壤的作用，化肥有机肥配施与单施化肥相比可显著提高土壤肥力[11,16,17,]。
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1.2 研究背景
雁门关农牧交错带建设近年来受到山西省政府部门的高度重视，2017 年山西省政府《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能实施方案》中着重提出要扎实推进雁门关农牧交错带建设，进一步深化雁门关地区农业结构调整，以养定种、种草养畜，推进草畜一体化发展，打造全国农牧交错带样板区，大力种植饲草作物，2019 年 11 月 29 日山西省第十三届人民代表大会常务委员会第十四次会议通过的《山西省促进雁门关农牧交错带发展条例》中提出雁门关农牧交错带应当调整农牧业结构，合理确定粮食、经济作物、饲草种植比例，扩大优质饲草和特色经济作物种植面积[18,19,20]。放眼全国，2016 年以来已累计调减籽粒玉米种植面积 687 万公顷，以畜牧业发展为依托大力发展青贮玉米、饲草玉米及饲草作物已成为一种趋势，然而，目前在雁门关农牧交错带种植饲用玉米总体产量水平较低，分析产量限制性因素发现，由于雁门关独特的地理位置及气候条件，过去几年，当地农户普遍种植饲草专用型比例较大，近年来由于饲草专用型玉米收获期产量和品质年际间差异较大，饲草产量与收益不稳定使得粮饲通用型玉米的种植面积逐年增加，然而农民在雁门关地区盐碱土壤肥力低下的条件下种植饲用玉米施肥技术落后，化肥投入过量或不足、养分利用率低、一炮轰、投肥不合理等现象导致施肥效益下降和饲用玉米产量不高，同时不合理的施肥方式造成了日益矛盾的资源环境和农民收益问题。
饲草专用型玉米与粮饲通用型玉米生长发育情况、养分需求量以及养分吸收规律各不相同，没有明确各自的最适需肥用量就不能用以指导农民科学施肥，为明确山西省雁门关农牧交错带盐化土饲用玉米的生长发育规律、养分吸收规律和品质形成规律，本研究选择饲草专用型玉米雅玉 8 号和粮饲通用型玉米屯玉 168 两个品种作为研究对象，分别在朔州市应县大黄巍乡颉庄村、应县镇子梁乡东辉耀村和怀仁市毛皂镇毛皂村开展不同类型饲用玉米需肥规律及品质形成规律等内容的多年多点试验，通过探索雁门关地区种植不同类型饲用玉米的科学施肥配方，旨在为该区域大力发展草畜产业提供科学高效、精简化的施肥技术和专用的配方肥产品。
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第二章 材料与方法
2.1 试验区基础理化性质概况
2017 年分别在三个试验地进行基础土样采集，饲草专用型玉米肥料试验选择在山西省朔州市怀仁市毛皂镇毛皂村展开，品种为雅玉 8 号，该地属于中度苏打盐化土，土壤基本理化性质如表 2.1；粮饲通用型玉米肥料试验选在山西省朔州市应县子梁乡东辉耀村，品种为屯玉 168，该试验地土壤性质属于轻度苏打盐化土，土壤基本理化性质如表 2.2；为进一步探明两类饲草玉米生物学规律、养分需求规律及品质形成规律，2020 年在山西应县大黄巍乡颉庄村同一块长期定位肥效试验田上展开两种玉米饲草玉米肥料试验，性质品种为饲草专用型玉米雅玉 8 号和粮饲通用型玉米屯玉 168，该试验地属于轻度苏打盐化土，土壤基本理化性质如表 2.3
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2.2 试验设计
本试验共设置了 5 个 3414 不完全肥料试验，其中 2018 和 2019 年分别在怀仁市毛皂村和应县东辉耀村连续开展两年试验，2020 年在应县颉庄村将两种玉米放在同一地力水平下开展试验。颉庄试验是课题组 2017 年以来开展的 3414 肥效试验长期定位试验，试验小区对应处理的基础肥力差异稳定，有助于试验结果的准确性和科学性。
2.2.1 试验的施肥量设计
为验证山西省雁门关农牧交错带饲草玉米种植最佳需肥规律，设置 3414 不完全肥料效应田间试验方案。分别布置饲用专用型玉米与粮饲通用玉米氮、磷、钾 3 个因素、4 个水平、11 个处理的试验小区。4 个水平的含义指：0 水平为不施肥，2 水平为当地最佳施肥量的近似值，1 水平=2 水平×0.5，3 水平=2 水平×1.5(该水平为过量施肥水平)，各处理施肥用量如表 2.4 和表 2.5，（本试验中各地各年份所有施肥用量均保持一致）。
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第三章 饲草专用型玉米与粮饲通用型玉米生物学研究结果...........................12
3.1 不同施肥处理对饲草专用型玉米与粮饲通用型玉米干物质累积量的影响................12
3.1.1 饲草专用型玉米的干物质累积量...............................12
3.1.2 粮饲通用型玉米的干物质.........................................14
第四章 饲草专用型玉米与粮饲通用型玉米养分吸收规律研究...........................27
4.1 饲草专用型玉米的养分吸收规律影响..............................27
4.1.1 饲草专用型玉米氮素累积吸收规律............................27
4.1.2 饲草专用型玉米磷素累积吸收规律.....................................29
第五章 饲草专用型玉米与粮饲通用型玉米品质形成规律研究.....................41
5.1 不同施肥处理对饲草专用型玉米品质的影响.................................41
5.1.1 饲草专用型玉米粗蛋白变化规律.....................................41
5.1.2 饲草专用型玉米的中性洗涤纤维含量与累积量.......................42
第六章 两种饲草玉米种植中不同施肥处理对土壤环境的影响
6.1 饲草玉米对土壤环境的影响
6.1.1 饲草玉米对土壤硝态氮含量的影响
饲草专用型玉米雅玉 8 号（颉庄）不同氮处理各时期土壤硝态氮含量变化情况如图 6.1，该小区为多年肥料用量定位试验，因冬季灌水洗盐等原因，各处理播前土壤硝态氮含量与上季氮肥施入量呈正相关关系，表现为 T9＞T8＞T5＞T2；表层土壤硝态氮含量拔节期相较苗期明显下降，且随土壤深度的增加呈现倒“W”型变化，两个最低点分别出现在 50 cm 和 110 cm 深度附近；拔节期后 T5、T8 和 T9 均追施了氮肥，其中 T8、T9 吐丝期 0-100 cm 土壤硝态氮含量明显高于拔节期，而 T5 不增反降，说明 T5 112.5 kg/hm2 施氮量在该时期氮肥用量不足；到饲草收获期，不同氮处理各土层硝态氮含量较前期均有下降，其中 T9 0-100 cm 耕层土壤硝态氮含量维持在3.27-13.48 mg/kg 范围内，该用量在保证饲草玉米整个生育期氮需用量的同时，还能适度培肥土壤和避免氮过量而造成的环境风险，在各氮用量处理中效果最佳。
6.1.2 饲草专用型玉米对土壤有效磷含量的影响
饲草专用型玉米雅玉 8 号在 2020 年颉庄播前和收获时的土壤有效磷含量如图6.2，可以看出播前不同处理各土层有效磷含量受冬季灌水压盐等措施明显小于硝态氮的变化，播前土壤有效磷含量基本呈现 T10＞T8＞T6＞T3，结合前述产量及植株磷吸收量结果，对 T8 进行分析可以看到，播前 T8 在 0-100 cm 随着深度增加土壤有效磷含量逐渐减少，变化在 5.1-13.5 mg/kg 之间，100-200 cm 变化范围在 5.5-15.5mg/kg，通体变化幅度不大；雅玉 8 号饲草收获期土壤有效磷含量基本呈现 T10＞T8＞T6＞T3 的规律，T10 施磷量 112.5 kg/hm2 下各土层有效磷含量与播前比较变化不大，可见该用量在满足饲草专用型玉米需求量的同时，收获后没有对土壤磷贮量造成威胁，实现了本试验原则在提到的磷肥衡量监控的目标，结合前文产量可以推出最佳施肥量应该在 T8 和 T10 施用量间。
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第七章 结果与展望
7.1 结论与讨论
7.1.1 两种饲草玉米的生长发育规律
本研究结果表明，根据不同施肥处理得出在一定范围内增施氮磷钾肥可以显著增加两种饲草玉米干物质量的累积，这和陈曦、赵敏、杨梦雅等的研究结果相一致[51-53]。植株干物质累积量主要与氮肥用量直接相关，缺施磷钾肥会抑制干物质量的增加，这与李正影、张胜、蔡晓妍[21-24]等研究结果一致；饲草玉米不同地区的最佳施肥用量各不相同，本研究通过 2018 年、2019 年在山西怀仁毛皂、应县东辉耀两年的预备试验和 2020 年应县颉庄一年的试验研究，得出饲草专用型玉米的最佳施肥量为 N 284-300 kg/hm2，P2O5 103-120 kg/hm2 ，K2O 60-64 kg/hm2，粮饲通用型玉米的最佳施肥推荐 N 297-325 kg/hm2，P2O5 122-135 kg/hm2 ，K2O 56-66 kg/hm2，合理施肥条件下，饲草专用型玉米饲草收获产量高于粮饲通用型玉米，两种饲草玉米的饲草收获经济效益均可达到每公顷 2 万元以上，这与徐艳霞、景立权[42,54]等的研究结果相类似。
7.1.2 两种饲草玉米的养分需求规律
本研究发现，饲草玉米的氮素、磷素、钾素积累量均随着氮肥施入量的增加而显著增加，磷钾肥缺施会显著抑制氮素、磷素、钾素积累量，但是影响最大的还是氮肥，且饲草玉米对肥料的敏感度为氮肥＞磷肥＞钾肥,这与赵敏、高占、景立权[52,54,55]等研究相一致。千公斤饲草对氮的需求量饲草专用型玉米大于粮饲通用型玉米，而对磷钾需求量粮饲通用型玉米大于饲草专用型玉米。
增施氮肥可以显著提高饲草玉米的养分累积量，氮磷钾缺失会限制玉米的养分积累，过量施入磷钾肥不会显著提高养分积累量，氮磷钾对饲草玉米养分累积速率影响程度表现为氮肥＞磷肥＞钾肥，这与陈远学、董社琴[27,57]的研究结果相一致；两种饲草玉米各生育时期养分吸收量大小为 N＞K2O＞P2O5，以吐丝期为例，雅玉 8 号N：P2O5：K2O 为 14.62 : 1 : 10.56，屯玉 168 N：P2O5：K2O 为 11.39 : 1 : 7.75，以饲草产量作为经济产量时，对氮的需求量饲草专用型玉米大于粮饲通用型玉米，而对磷钾需求量粮饲通用型玉米大于饲草专用型玉米。
参考文献（略）