全 文 ：Vol. 31 , No. 6
pp. 766 - 771 　Jun. , 2005
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 31 卷 第 6 期
2005 年 6 月 　766～771 页
玉米茎剪断力研究
陈玉香1 　周道玮2 , 3 　张玉芬3 　梁存柱2 Ξ
(1 吉林大学生物与农业工程学院 ,吉林长春 130025 ; 2 东北师范大学草地科学研究所 ,吉林长春 130024 ; 3 北京师范大学生命科学学院 ,北京
100875)
摘 　要 :玉米秸秆是东北农牧交错地区冷季重要饲料来源。决定玉米秸秆饲料品质的结构部位是茎 ,茎的剪断力直接反
映其物理特征。本文选择四密 21、农大 3138 和登海 1 号 3 个玉米品种进行试验。将玉米植株叶片、叶鞘及果穗等去除 ,
按 50 cm高度分段 ,研究了玉米茎不同高度处剪断力随时间变化情况。研究结果表明 ,随着时间推进 ,茎的剪断力逐渐
增大 ,茎下部的剪断力大于上部。测定剪断力之后的茎 ,选择登海 1 号进行化学成分测定 ,分析剪断力与茎含水量及酸
性洗涤木质素、半纤维素和纤维素含量的相关性。结果表明 ,随着含水量减小 ,剪断力增大 ,二者具有负相关关系 ;剪断
力随着酸性洗涤木质素、半纤维素和纤维素含量增加而增大 ,呈正相关关系。本文研究证明 ,随着玉米生育期的推进 ,秸
秆用作饲料消化率逐渐下降 ,尤其在生长后期 ,消化率迅速下降。
关键词 :玉米 ; 茎 ; 剪断力
中图分类号 : S513
Shearing Force of Maize Stem
CHEN Yu2Xiang1 , ZHOU Dao2Wei2 , 3 , ZHANG Yu2Fen3 , LIANG Cun2Zhu2
(1 College of Biological and Agricultural Engineering , Jilin University , Changchun 130025 , Jilin ; 2 Institute of Grassland Science , Northeast Normal University ,
Changchun 130024 , Jilin ; 3 College of Life Science , Beijing Normal University , Beijing 100875 , China)
Abstract :Maize stalk is important forage resource in cold season in ecotone between agriculture and animal husbandry1
Quality of stalk forage is determined by physical characteristic of the stem , and shearing force directly indicates physical
characteristic of the stem1 Three maize cultivars were selected for the experiment in order to utilize maize stalk better1
Temporal dynamics of shearing force of maize stem of different height were studied1 The results showed that shearing force
of the stem increased with maize growth and development1 The shearing force of the lower part of stem was larger than that
of the higher one1 Relationship between shearing force and chemical constituents were also studied by using maize cultivar
Denghai 11 Shearing force of maize stem increased with the decrease of moisture content1 There was negative correlation
between shearing force and moisture content in stem1 Shearing force increased with the increase of acid detergent lignin
(ADL) , hemicellulose and cellulose content1 There was positive correlation between shearing force and acid detergent
lignin , hemicellulose and cellulose content1 It was evident that digestive rate of maize stalk utilized as forage decreased with
maize development , especially in the late of maize development1
Key words :Maize ; Stem; Shearing force
　　随着牧草生长发育成熟 ,作为饲料消化率迅速
下降 ,这是其细胞壁组分日益增多 ,而细胞内容物迅
速减少 ,木质化程度增加的结果[1 ] 。饲草的物理特
征与反刍动物的采食量直接相关 ,是决定动物采食
量的主要因素[2 ] 。Iwaasa[3 ]用茎的剪断力 (剪断茎所
需要的最大的力) 评价牧草茎的物理特性及动物咀
嚼时粉碎的难易程度 ,认为剪断力可以作为评价牧
草物理特性的指标 ,并且能更直接地反映牧草饲用
价值。Inoue[4 ,5 ]研究认为 ,选择黑麦作绵羊饲料时 ,
为保证消耗大量干物质的同时 ,最大程度地提高饲
料利用率 ,应该选择茎剪断力小的黑麦 ,而不选择剪
断力大的。随着植物成熟度增加 ,其物理特性和细
胞壁化学成分的变化将影响其剪断力的大小[6 ] 。多
年生黑麦草 ,剪断力与植物年龄呈线性正相关 ,随着Ξ基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G2000018606) 。
作者简介 : 陈玉香 (1970 - ) ,女 ,蒙古族 ,内蒙古通辽人 ,博士 ,讲师 ,主要从事植物生物化学与恢复生态学研究。3 通讯作者 :周道玮。Tel : 043125268187 ; E2mail : zhoudw @nenu1edu1cn
Received(收稿日期) :2003209222 ,Accepted(接受日期) :20042022301

植株衰老 ,茎剪断力逐渐增大[7 ] 。因此剪断力作为
评价饲草物理特性的指标 ,比使用营养成分指标更
科学 ,茎剪断力与动物采食量的联系更直接。
玉米秸秆 (除去果穗剩余部分)是农牧交错地区
冷季重要饲料补充来源 ,玉米秸秆作为饲料 ,影响动
物采食量和消化率的不是叶片 ,而是茎。关于茎的
剪断力与其生育期、含水量及化学成分关系的研究
较少 ,因此本文探讨玉米随着生育期推进茎剪断力
的变化情况 ,含水量及化学成分对剪断力的影响 ,从
而揭示剪断力与秸秆饲料品质的关系 ,为农牧交错
地区合理利用玉米秸秆提供理论依据。
1 　材料与方法
本试验于 2001 年在吉林省长岭县种马场进行 ,
该地区位于东北农牧交错带东部 , 地理位置
44°30 ′～4°45′N , 123°31′～124°10′E。年降水量 300
～500 mm ,集中在 6～9 月。平均气温 419 ℃,最冷月
(1 月)平均气温 - 20～ - 27 ℃,最热月 (7 月) 平均气
温 22～24 ℃,无霜期 140～160 d。年日照时数 2 800
h。玉米是其主要农作物。玉米品种为四密 21、农
大 3138 和登海 1 号 ,均为当地大田推广品种 ,熟期
一致。
测定剪断力时 ,田间随机取样 ,每个品种玉米选
取 5 株。将玉米茎部的叶片、叶鞘及果穗等去除 ,只
测定茎的剪断力 ,因为茎是决定秸秆饲料饲用价值
的主要结构部位。从 8 月 25 日开始 ,每 5 d 取样 1
次 ,将茎分成 4 段 ,每段长 50 cm ,称重 ,测定每段中
点处的剪断力 ,作为该段剪断力的大小。测定剪断
力时 ,需避开节 ,在节间剪断。剪断力单位采用牛顿
(N) 。简易剪断力测量仪由作者自行设计 ,吉林大
学切削实验室制造 ,测力环标定工作由吉林省环境
监测中心站完成 ,采用日本岛津 AG210TA 自动控制
电子万能试验机标定。
每次测完剪断力的茎 ,选择登海 1 号玉米品种 ,
标记 ,70 ℃烘干至恒重 ,称重 ,测定含水量。粉碎 ,过
40 目筛 ,测定其化学成分含量 ,包括酸性洗涤木质
素 (ADL) 、半纤维素和纤维素[8 ] ,进行化学成分与剪
断力的相关性分析。
统计分析采用 SPSS 1210 分析软件。
2 　结果与分析
211 　玉米茎剪断力时间动态
　　各品种玉米茎剪断力随其生长发育时间的变化
状况见图 1。
图 1 不同品种玉米茎剪断力时间动态
Fig11 Temporal dynamics of stem shearing force of three maize cultivars
A : 0 - 50 cm ; B : 50 - 100 cm ; C: 100 - 150 cm ; D : 150 - 200 cm1
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　　从图 12A 可以看出 ,随着玉米生长发育 ,0～50
cm高度茎的剪断力逐渐增大。如四密 21 ,8 月 25
日为 ( 338110 ±0153 ) N , 9 月 30 日时则增加至
(605164 ±26133) N。3 个测试品种中 ,四密 21 茎剪
断力最小。图 12B 为 50～100 cm高度茎的剪断力随
时间变化情况。可以看出 ,随着玉米生育期推进 ,
50～100 cm 高度茎的剪断力逐渐增大 ,四密 21 ,8 月
25 日为 (116162 ±16122) N ,9 月 30 日时则增加至
(231128 ±20113) N。图 12C 为 100～150 cm 高度茎
的剪断力时间动态。随着玉米生育期推进 ,其剪断
力呈上升趋势 ,四密 21 ,8 月 25 日为 (48102 ±2130)
N ,9 月 30 日时则增加至 (70156 ±6195) N。从图 12D
可以看出 ,随着玉米生育期推进 ,150～200 cm 高度
茎的剪断力呈上升趋势 , 四密 21 , 8 月 25 日为
(14170 ±1125) N , 9 月 30 日时则增加至 (34130 ±
0168) N。由以上分析可见 ,随着生长发育期推进 ,茎
同一高度处的剪断力逐渐增大 ,3 个测试玉米品种
的变化趋势相同。
各品种玉米茎不同高度处的剪断力变化情况见
图 2。
图 2 玉米茎不同高度处剪断力动态
Fig12 Temporal dynamics of maize stem shearing force of different height
A : 四密 21 Simi 21 ; B : 农大 3138 Nongda 3138 ; C : 登海 1 号 Denghai 11
　　从图 22A 可以看出 ,在同一时间 ,四密 21 的 0～
50 cm 高度茎剪断力最大 ,150～200 cm 高度茎剪断
力最小 ,如 8 月 25 日 ,0～50 cm、50～100 cm、100～
150 cm 和 150～200 cm 高度茎剪断力分别是 (338110
±0153) N、(116162 ±16122) N、(48102 ±2130) N 和
(14170 ±1125) N ,呈现依次下降趋势。图 22B 和图
22C分别为农大 3138 和登海 1 号茎不同高度处剪断
力动态。这两个品种玉米茎不同高度剪断力动态变
化情况与四密 21 的相似 ,在同一时间 ,0～50 cm 高
度茎剪断力最大 ,150～200 cm 高度茎剪断力最小。
从以上分析可以看出 ,植株由下而上 ,茎剪断力依次
递减。
212 　含水量对茎剪断力影响
以登海 1 号为例 ,测定了茎含水量对剪断力的
影响 (见图 3) 。图 3 中的 A、B、C、D 分别是 0～50
cm、50～100 cm、100～150 cm 和 150～200 cm 高度茎
剪断力与含水量关系。从中可以看出 ,随着含水量
下降 ,剪断力增大 ,两者具有负相关关系 ,相关系数
见表 1。
213 　酸性洗涤木质素含量对茎剪断力的影响
以登海 1 号为例 ,测定酸性洗涤木质素含量对
剪断力的影响 (见图 4) 。图 4 中的A、B、C、D 分别是
0～50 cm、50～100 cm、100～150 cm 和 150～200 cm
高度茎剪断力与酸性洗涤木质素含量关系。从图中
可以看出 ,随着酸性洗涤木质素含量的增加 ,茎剪断
力呈现上升趋势 ,两者具有正相关关系 ,相关系数见
表 1。
表 1 化学成分与剪断力相关系数
Table 1 Correlation coefficient( r) between chemical
constituents and shearing force
项目 Item 高度 Height (cm)0 - 50 50 - 100 100 - 150 150 - 200
含水量
Moisture content - 01815 3 - 01911 3 3 - 01947 3 3 - 01872 3
酸性洗涤木质素
Acid detergent
lignin content
01747 01844 3 01821 3 01928 3 3
半纤维素
Hemicellulose
content
01903 3 3 01787 3 01880 3 3 01927 3 3
纤维素
Cellulose content 01790 3 01636 01628 01865 3
　　Notes : 3 , 3 3 significant at 0105 and 0101 levels , respectively1
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图 3 含水量对茎剪断力的影响
Fig13 Relationship between moisture content and shearing force
A : 0 - 50 cm ; B : 50 - 100 cm ; C: 100 - 150 cm ; D : 150 - 200 cm1
图 4 酸性洗涤木质素含量对剪断力的影响
Fig14 Relationship between ADL content and shearing force
A : 0 - 50 cm ; B : 50 - 100 cm ; C: 100 - 150 cm ; D : 150 - 200 cm1
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图 5 半纤维素含量对剪断力的影响
Fig15 Relationship between hemicellulose content and shearing force
A : 0 - 50 cm ; B : 50 - 100 cm ; C: 100 - 150 cm ; D : 150 - 200 cm1
图 6 纤维素含量对剪断力的影响
Fig16 Relationship between cellulose content and shearing force
A : 0 - 50 cm ; B : 50 - 100 cm ; C: 100 - 150 cm ; D : 150 - 200 cm1
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214 　半纤维素含量对茎剪断力的影响
以登海 1 号为例 ,测定半纤维素含量对剪断力
的影响 (见图 5) 。图 5 中的 A、B、C、D 分别是 0～50
cm、50～100 cm、100～150 cm 和 150～200 cm 高度茎
剪断力与半纤维素含量关系。从中可以看出 ,随着
半纤维素含量的增加 ,茎剪断力增大 ,两者具有正相
关关系 ,相关系数见表 1。
215 　纤维素含量对剪断力的影响
以登海 1 号为例 ,测定纤维素含量对剪断力的
影响 (见图 6) 。图 6 中的 A、B、C、D 分别是 0～50
cm、50～100 cm、100～150 cm 和 150～200 cm 高度茎
剪断力与纤维素含量关系。从中可以看出 ,随着纤
维素含量的增加 ,茎剪断力呈上升趋势 ,两者具有正
相关关系 ,相关系数见表 1。
3 　讨论
Iwaasa 对苜蓿实验[3 ,6 ] 结果发现 ,茎的直径是影
响其剪断力的最主要因素 ,剪断力随直径的增大而
增大 ,剪断力与直径呈正相关关系。同一玉米植株 ,
茎下部的剪断力大于上部 ,这是由于茎下部直径大
于上部直径。Mowat 和 Volenec 报道[9 ,10 ] ,两个苜蓿
品种中直径较细的茎剪断力反而大 ,因此剪断力的
大小不能完全用直径大小来解释 ,还受细胞壁化学
成分及组织结构的影响[11～14 ] 。Prince[15 ]认为茎的含
水量也影响剪断力的大小 ,剪断力大小对含水量非
常敏感 ,含水量影响纤维的抗拉强度 ,含水量小 ,纤
维抗拉强度大 ,剪断其所需的力就大。随着玉米生
长发育期的推进 ,茎含水量逐渐下降 ,同一高度处的
茎 ,随着含水量下降 ,剪断力呈上升趋势。
通过玉米品种登海 1 号的试验 ,随着玉米生长
发育期的推进 ,茎的酸性洗涤木质素、半纤维素及纤
维素含量逐渐增加 (另见报道) ,导致茎的剪断力逐
渐增大 ,这与 Iwaasa[16 ] 对苜蓿的实验结果一致。说
明酸性洗涤木质素、半纤维素及纤维素含量直接影
响剪断力的大小。同一玉米植株 ,茎下部的剪断力
大于上部 ,除了直径大小不同外 ,茎上部酸性洗涤木
质素、半纤维素及纤维素含量均低于茎下部的含量。
本试验对 3 个玉米品种研究发现 ,随着玉米生
长发育期的推进 ,茎的剪断力逐渐增大 ,其他玉米品
种的变化情况有待进一步研究。剪断力增大 ,秸秆
用作饲料 ,适口性下降 ,牲畜采食量下降 ,并且咀嚼
时粉碎难度大 ,从而导致消化率下降。在农牧交错
地区 ,玉米秸秆用作饲料 ,应该及时收获 ,推迟收获
日期 ,茎的剪断力不断增大。另外 ,由于玉米茎下部
的剪断力大于上部 ,所以应该尽可能选择植株上部
作饲料。
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