大麦是世界上重要的谷类作物之一,因其生长期短暂、抗逆性强、用途多样而在全世界广泛种植。大麦主要分布于欧洲和亚洲,总产量仅次于小麦、水稻和玉米而居于世界第4位^[1]。大麦不仅是啤酒酿造的主要原料,而且还是优质的饲用作物,蛋白质含量较高,粗纤维含量较低,能作为冬季牲畜优质饲料^[2]。青贮大麦是养殖奶牛的上等饲料^[3]。新疆是我国五大牧区之一,历来是我国毛、皮、奶等畜产品的重要产地^[4]。近年来由于饲草需求量增加,天然草场不能满足实际需求,而青贮大麦作为天然牧草的一种补充,发展青贮大麦为解决新疆牧草不足的途径之一。

规范化的高产栽培技术是更好推广青贮大麦产业化的前提,合理的种植密度是影响青贮大麦高产、优质的关键技术。改变种植密度会影响单位面积内的作物数量,调控作物对水分、矿质营养和光照的竞争程度,从而影响作物的产量和品质^[5]。在青贮玉米方面的研究表明,密度对干物质产量和生物产量有着显著的影响^[6,7]。陆海东等^[8]进一步研究表明提高种植密度会提高玉米粗脂肪和粗纤维含量,而降低粗蛋白、粗灰分含量。目前,我国关于大麦饲用的研究主要集中于确定大麦青贮最佳刈割时期^[9,10],但是不同密度对大麦产量和品质的研究却鲜有报道。因此,本研究通过比较不同种植密度对大麦产量、青贮原料和发酵品质的影响,从而对新疆大麦青贮栽培提供技术指导。

参试大麦品种（系）为P14-22、P13-3和垦啤麦13。P14-22和P13-3是新选育的高产新品系,垦啤麦13号是新引进的生物产量高适宜制作青贮饲料的大麦品种。

试验在石河子大学试验站（北纬45°32′、东经86°05′）进行。当地气候属于温带大陆性气候,年降水量150~250mm（主要集中于4-7月）,蒸发量1 500~2 400mm,无霜期约170d,年日照时数约2 860h,年平均气温为7.0℃。前茬作物为小黑麦。土壤类型为灌耕灰漠土,土壤质地为壤土。试验采用两因素随机区组设计。两因素分别为品种（系）和密度。种植密度分别为低（225万株/hm²）、中（375万株/hm²）、高（525万株/hm²）,供试品种（系）为P14-22、P13-3和垦啤麦13。2018年3月18日种植,每个小区4m²,3次重复。人工开沟条播,行距20cm。生长期按当地大麦高产田标准进行管理。

1.3.1 农艺指标 在蜡熟期测定株高和茎叶穗比。株高:每个小区随机抽取10株,量取每株主茎从地面至穗顶（包括芒）的绝对高度。茎叶穗比:将每个小区测量株高的10株大麦分别装入牛皮纸袋中带回实验室,75℃烘干24h后将茎、叶和穗分别称重,叶鞘归为叶的部分;茎比例为茎干重/茎叶穗总干重,叶比例为叶干重/茎叶穗总干重,穗比例为穗干重/茎叶穗总干重。

1.3.2 产量 蜡熟期,在每个小区随机抽取1个1.0m²（1.0m×1.0m）的样方进行测产。大麦鲜草产量在田间刈割后立即称量,随后称量250g有代表性的大麦鲜草,将其放入牛皮纸袋中带回实验室,75℃烘干24h后测定饲草干物质含量。

1.3.3 干草品质分析 将烘干好的全株大麦粉碎后过0.45mm筛备用。采用范氏洗涤纤维分析法^[11]测定中性和酸性洗涤纤维含量;采用凯氏定氮法^[12]测定粗蛋白含量;采用索氏浸提法^[13]测定粗脂肪含量;采用灼烧法测定粗灰分含量;采用蒽酮法^[14]测定可溶性碳水化合物含量。

1.3.4 青贮及品质分析 青贮调制:将田间收割的全株大麦用剪刀剪为2~3cm,称取250g,根据测得干物质含量并以鲜重为基础加入蒸馏水,使大麦水分含量达到70%,放入20cm×25cm的聚乙烯袋中,用真空封口机抽真空后密封避光保存。45d后开封进行青贮品质测定。

发酵品质分析:取20g青贮样放入250mL锥形瓶中,加入80mL蒸馏水,封口,置于4℃冰箱中浸提24h,期间适当摇晃。浸提液过滤后测定pH、氨态氮含量以及有机酸含量（乳酸、乙酸、丙酸和丁酸）。利用pH计直接测定浸提液pH;利用苯酚-次氯酸钠比色法^[15]测定氨态氮含量。利用高效液相色谱仪测定有机酸含量,色谱柱为Sunfire C18 5μm 4.6mm×150mm,流动相为0.5mmol/L磷酸氢二钾︰甲醇=80︰20,流速1mL/min,柱温45℃,检测波长210nm,进样量10μL。

使用Excel 2010进行数据整理,采用SPSS 19.0的单因素方差分析进行数据分析,利用Duncan法进行多重比较,显著性水平为0.05。

通过分析种植密度对不同品种（系）大麦农艺性状的影响（表1、表2）发现,密度、品种（系）以及密度和品种（系）的相互作用极显著影响大麦的叶比例和穗比例（P<0.01）,对株高和茎比例具有显著或极显著影响（表1）。提高种植密度对P14-22和P13-3的株高无显著影响（P>0.05）,垦啤麦13的株高随种植密度提高而显著降低（P<0.05）（表2）。茎叶穗比例可以在一定程度上反映作物营养成分含量的高低,3个品种（系）茎比例为0.15~0.23,P14-22所有处理下茎比例均高于其他2个品种（系）;3个品种（系）叶比例为0.13~0.24,P14-22在低密度的叶比例最高;3个品种（系）的穗比例在0.53~0.70,垦啤麦13所有处理下叶比例均高于其他2个品系。在本试验中P14-22和P13-3茎和叶比例随种植密度提高而下降,而这2个品系的穗比例变化规律则与之相反。垦啤麦13在不同种植密度下的茎叶穗比例没有显著差异（P>0.05）。这说明了垦啤麦13在225万~525万株/hm²的种植密度下茎叶穗比例反应不敏感。

由表3和表4可知,大麦品种（系）和种植密度对大麦鲜草、干草产量及干物质含量具有极显著的影响（P<0.01）,种植密度和品种（系）的相互作用对鲜草产量具有极显著影响（P<0.01）,对干草产量和干物质含量具有显著影响（P<0.05）（表3）。密度和品种（系）的相互作用以及种植密度对大麦可溶性碳水化合物无显著影响（P>0.05）,但品种（系）对其有极显著的影响（P<0.01）。P14-22和P13-3鲜草产量随着种植密度的增加表现为先上升后下降的趋势（表4）,中密度下鲜草产量显著高于其他种植密度（P<0.05）,中密度下大麦鲜草产量较低密度增产11.47%~21.44%,高密度较中密度减产11.00%~11.47%,对于这2个品系,提高播种密度不仅浪费种子,而且还会使鲜草产量降低,但不同品种（系）降低幅度仍有差异,P13-3产量降低最多,而垦啤麦13鲜草产量在高种植密度下最高,但与中密度鲜草产量无显著差异;3个大麦品种（系）在相同的种植密度下,均为P14-22鲜草产量最高,低、中、高密度下较其他品种（系）分别增产13.93%~18.76%、11.96%~27.12%、0.20%~27.66%。与鲜草产量有所不同,提高种植密度会增加3个大麦品种（系）的干草产量,但中密度和高密度无显著差异;所有处理中,P14-22干草产量最高,为17.74t/hm²,相同种植密度下较垦啤麦13和P13-3分别高出3.68%和19.46%。改变种植密度对可溶性碳水化合物含量无显著影响,3个品种（系）不同处理下,垦啤麦13可溶性碳水化合物含量均显著高于其他2个品系。通过以上分析说明,在新疆地区种植P14-22可以获得较高产量,而垦啤麦13则较适合密植。

通过分析不同种植密度对大麦青贮原料品质的影响（表5、表6）发现,大麦品种（系）对粗蛋白、粗灰分含量具有极显著的影响（P<0.01）,对粗脂肪含量具有显著性影响（P<0.05）。品种（系）和密度的互作效应对粗蛋白含量具有极显著的影响（P<0.01）,对酸性洗涤纤维和粗脂肪含量具有显著性影响（P<0.05）。种植密度对中性洗涤纤维含量具有显著性影响,对酸性洗涤纤维、粗蛋白和粗灰分含量具有极显著影响。P14-22中性洗涤纤维含量随种植密度增加先提高后降低,P13-3各密度间无显著差异,P14-22低密度下的中性洗涤纤维含量显著低于中密度（P<0.05）;不同处理下,中密度P14-22的中性洗涤纤维含量最高,为65.66%。大麦酸性洗涤纤维对种植密度的响应因品种（系）差异而不同,P14-22的酸性洗涤纤维含量随种植密度的增加而先降低后提高,垦啤麦13和P13-3的酸性洗涤纤维含量因种植密度的增加而上升,垦啤麦13和P13-3高密度下的酸性洗涤纤维含量较低密度分别增加28.59%和23.20%。不同品种（系）粗蛋白含量对种植密度的响应不一致,P13-3粗蛋白含量随着种植密度的提高而显著降低,P14-22各处理粗蛋白含量无显著差异;不同处理下均为垦啤麦13粗蛋白含量最低,P13-3粗蛋白含量最高,P13-3较其他品种（系）在低、中、高密度下分别高43.63%~62.20%、22.61%~41.78%、5.47%~20.20%。P14-22各处理下粗脂肪含量无显著差异,垦啤麦13和P13-3粗脂肪含量随种植密度增加先升高后降低,P13-3高密度下粗脂肪含量显著低于中密度粗脂肪含量（P<0.05）。P13-3粗灰分含量随着种植密度的增加而显著降低（P<0.05）,垦啤麦13各处理下粗灰分含量无显著差异（P>0.05）。

通过分析不同种植密度对大麦青贮品质的影响（表7、表8）发现,大麦品种（系）对青贮大麦的pH、氨态氮、乳酸和乙酸含量有显著差异（P<0.05）,对丙酸含量有着极显著的差异（P<0.01）。种植密度对青贮大麦的氨态氮含量有显著影响（P<0.05）,但对于pH、乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量均无显著影响（P>0.05）。密度和品种（系）之间交互作用对大麦青贮品质无显著影响（P>0.05）。3个青贮大麦品种（系）的pH在3.99~4.77,其中P14-22在低密度下的pH最小,为3.99,不同处理对大麦pH无显著影响（P>0.05）。不同品种（系）的氨态氮含量在2.18%~3.57%,除垦啤麦13在中密度下氨态氮含量显著低于其他密度外（P<0.05）,其他品种（系）不同处理下无显著差异（P>0.05）。3个青贮大麦品种（系）乳酸、乙酸和丙酸含量分别在3.99%~4.77%、0.27%~0.53%、0.09%~0.28%。不同处理青贮大麦均无丁酸产生。

大量研究表明,种植密度对饲料作物的产量有着重要的影响,但这种影响受到地理位置、栽培品种以及生态条件的综合作用^[16,17]。本研究表明,随着大麦种植密度的增加,P14-22和P13-3的鲜草产量先增加后降低,这与甘辉林等^[18]在青贮玉米的研究结果相一致,而与王晓娟等^[17]在青贮玉米上的研究结果不同（鲜草产量随着种植密度的增加而增加）。这种结果可能与2种作物的耐密性不同有关,大麦的分蘖能力较强,在较低的种植密度下会产生大量分蘖,能有效地利用光、温、水等资源,而在较高的栽培密度下,大麦的分蘖产生较少,并且由于种植密度过高而导致单株竞争加剧,生物产量下降。与鲜草产量不同,本试验表明大麦干草产量随种植密度的增加而显著增加,这可能是由于在相同的灌水条件下,过高的种植密度导致大麦单株获得水分较少并使干物质含量增加造成的,所有处理中,P14-22中密度干草产量最高,为17.74t/hm²。茎叶穗所占总干物质比例对反映饲草可消化性物质的含量具有一定参考意义^[19]。本研究表明P13-3和P14-22的茎、叶比例随种植密度的增加而降低,穗比例与之相反,而垦啤麦13的茎叶穗比例并未受到显著影响,说明提高种植密度对P13-3和P14-22植株构成影响较大,而对垦啤麦13影响较小。

青贮大麦原料的品质与中性和酸性洗涤纤维含量呈负相关关系,而与粗蛋白、粗脂肪以及粗灰分含量呈正相关关系^[10]。冯鹏等^[20]在研究不同种植密度对青贮玉米的品质时发现,随着种植密度的提高,玉米中的中性和酸性洗涤纤维含量随之提高,粗蛋白含量随之降低。陆海东等^[8]发现随着密度的提高,玉米粗纤维含量增加,粗蛋白和粗脂肪含量也增加。本研究表明,随着种植密度的提高,P14-22中性洗涤纤维含量随种植密度增加先提高后降低,P13-3无显著差异,垦啤麦13和P13-3的酸性洗涤纤维含量显著增高;不同品种（系）蛋白质含量对种植密度的响应不同,P14-22各处理粗蛋白含量无显著差异,P13-3粗蛋白含量随种植密度的增加而显著降低;垦啤麦13和P13-3粗脂肪含量随种植密度增加先增加后降低,P13-3粗灰分含量随种植密度增加而显著降低。本研究结果与冯鹏等^[20]研究结果部分相似,这可能由于本研究所设品种（系）较多有关（相对于冯鹏的1个品种）,与陆海东等^[8]的结果有所不同,这种差异可能和试验区域气候特点以及密度设置不同有关。本研究认为在较低密度条件下,大麦青贮原料的品质较好,可能由于在较低的密度下,大麦单株所获得的水、肥、光照较多,通风条件好,光合作用能力较强。

常规青贮需要原材料含水量为63%~75%,但由于新疆地区6月份气温较高,且干热风严重,本研究的3个大麦品种（系）蜡熟期含水量普遍为43%~49%,个别含水量甚至只有35%,不利于青贮发酵。因此,本试验在青贮之前对大麦进行青贮调制,使大麦含水量达到70%左右,以满足青贮所需要的水分条件。青贮原料除了要满足水分要求外,还需要含有一定水平的可溶性碳水化合物,Seale等^[21]研究表明,青贮原料中可溶性碳水化合物水平的高低是影响青贮能否成功的关键性因素,碳水化合物含量高的原料可以加速乳酸菌的繁殖,使pH迅速降低,从而抑制杂菌的生长。秦梦臻等^[22]也发现青贮原料中的碳水化合物水平与青贮发酵品质呈现显著的正相关关系。本研究中各大麦品种（系）的可溶性碳水化合物含量在1.73%~4.52%,提高种植密度虽然会使大麦的碳水化合物含量有所下降,但不同种植密度间并没有显著差异,而不同品种（系）间的碳水化合物含量存在着极显著的差异。方差分析表明,种植密度虽然会对氨态氮含量有显著影响,但对其他的青贮品质指标均无显著影响,而品种（系）对不同青贮品质指标（pH、氨态氮、乳酸、乙酸和丙酸）均有显著影响,故本研究认为大麦青贮原料中的可溶性碳水化合物含量与青贮发酵品质之间存在联系。田静等^[10]研究表明随着生育期的延长,大麦干物质含量显著提高,蜡熟期大麦含水量为70%,适宜青贮;秦梦臻等^[22]在小麦中也发现了这种现象。本研究表明,新疆地区大麦蜡熟期的水分含量普遍为43%~49%,并不能满足青贮需求,需要提前进行刈割或者对大麦进行青贮调制后才能进行青贮。

本研究结果认为,大麦干草产量（除P14-22）和干物质含量均随着种植密度的增加而增加。不同品种（系）的农艺性状对种植密度的响应不同,提高种植密度可以提高P13-3和P14-22的穗比例,降低茎和叶比例,但对垦啤麦13则无显著影响。随着种植密度的提高,P14-22中性洗涤纤维含量随种植密度增加先提高后降低,P13-3无显著变化,垦啤麦13和P13-3的酸性洗涤纤维含量显著性增加,不同品种（系）蛋白质含量对种植密度的响应不同,P14-22各处理粗蛋白含量无显著差异,P13-3的粗蛋白含量随种植密度的升高而显著降低;垦啤麦13和P13-3粗脂肪含量随种植密度升高先增加后下降,P13-3粗灰分含量随种植密度增加而显著降低。增加种植密度不会对大麦可溶性碳水化合物含量造成影响,但不同大麦品种（系）间的可溶性碳水化合物含量有着极显著的差异。品种（系）对大麦的青贮品质有着显著的影响,但种植密度对青贮大麦的乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量没有显著影响。本研究认为在较低的种植密度下,大麦青贮原料品质较好,但干草、鲜草产量较低,综合大麦产量和品质两方面因素,新疆北部地区青贮大麦采用375万株/hm²（中密度）的种植密度较为适宜,营养品质和产量较高。