Canopy reflectance, stalk sugar and juice yields in specialty corn hybrids as affected by nitrogen management strategies

Citation

Ma, B., Zheng, Z.M. (2020). Canopy reflectance, stalk sugar and juice yields in specialty corn hybrids as affected by nitrogen management strategies. Journal of the Science of Food and Agriculture, [online] 100(3), 1080-1091. http://dx.doi.org/10.1002/jsfa.10113

Plain language summary

La production de maïs d'ensilage (Zea mays L.) est le principal fourrage dans l'industrie laitière nord-américaine. Par convention, on suppose qu'un bon hybride pour la production de grains serait un bon maïs d'ensilage, car la composition des grains domine les valeurs nutritives de l'ensilage. Récemment, un nouveau type de maïs à forte concentration de sucre dans la tige, appelé "sugarcorn" (maïs sucré), mis au point à Agriculture et Agroalimentaire Canada, a montré son potentiel comme ensilage à haute teneur énergétique et comme matières premières destinées à la production de biocarburants. Les hybrides d'ensilage et les hybrides de maïs sucré sont généralement récoltés avant leur maturité physiologique. La corrélation négative communément relevée entre la concentration en sucres labiles (principalement le saccharose ou les glucides non structurels) et l'apport en azote dans les céréales à grain peut ne pas avoir lieu dans le maïs en raison de son déséquilibre source-puits dû à des interférences génétiques (c.-à-d. une forte stérilité de la plante) ou intentionnelles (c.-à-d. l'enlèvement de l'épi avant la pollinisation ou la prévention de la pollinisation). L'objectif principal de cette étude au champ était d'établir des relations quantitatives entre le NDVI et le saccharose dans la tige et d'autres mesures de sucre des hybrides d'ensilage et des hybrides de maïs sucré. Plus précisément, nous avons mené une expérience au champ d’une durée de trois ans pour déterminer 1) les réponses de la biomasse d'ensilage, de la concentration en saccharose dans la tige, des rendements en sucre et en jus d'un hybride de maïs sucré à diverses applications d'azote, en comparaison avec un hybride commercial propre à l'ensilage feuillu; et 2) le lien entre le NDVI et les rendements en ensilage, en saccharose dans la tige et en jus à un stade de croissance précis pour les hybrides propres à l'ensilage feuillu et les hybrides de maïs sucré. Le maïs sucré est une création récente conçue pour un double usage, à savoir comme matières premières potentielles destinées à la production de biocarburants et comme culture d'ensilage à haute teneur énergétique. L'évaluation sur le terrain de ses caractéristiques agronomiques est essentielle pour réussir la sélection des génotypes et la production de sucre et d'ensilage de cette nouvelle mise au point. Notre étude a démontré que le maïs sucré renfermait des concentrations en saccharose plus élevées dans la tige et produisait un rendement en saccharose constamment plus élevé, mais avec des rendements en ensilage et en grains plus faibles, que le maïs à ensilage feuillu. Le rendement en jus au taux d'extraction de 80 % et l'ensilage restant après l'extraction du sucre étaient comparables entre les deux types d'hybrides de maïs, quelle que soit l'année. La dose d'azote modérée (125 kg N ha-1) recommandée pour la production de maïs-grain était également proche de la dose d'azote optimale sur le plan économique pour les hybrides d'ensilage feuillu et les hybrides de maïs sucré à double usage, comme matières premières destinées à la production de biocarburants et comme ensilage à haute teneur énergétique. Les relations établies entre le NDVI et les caractéristiques du sucre semblent indiquer que les mesures de la réflectance du couvert aux stades de croissance V8 à 10 peuvent servir d’indicateur potentiel des rendements en sucre et en ensilage aux stades de croissance tardifs. Par conséquent, l'application pratique de cette technique mérite d'être évaluée plus à fond avec un plus grand nombre de génotypes et dans diverses conditions environnementales.

Abstract

BACKGROUND: The newly developed sugarcorn is conceived for dual-purpose use as a potential biofuel feedstock and a high-energy silage crop. Its agronomic traits are, however, not fully appraised under the umbrella of nitrogen (N) management and with canopy reflectance indicator. A 3-year field study was conducted to examine the responses of silage biomass, stalk sugar concentration, sugar and juice yields to various N applications; and determine the quantitative relationships between canopy reflectance, expressed as the normalized difference vegetation index (NDVI), and stalk sucrose or other sugar measures in a dual-purpose sugarcorn (cv. ‘CO384xC103’), in comparison with a commercial leafy silage-specific hybrid (cv. ‘Pride A5892G3 EDF’). RESULTS: The moderate N rate, 125 kg ha−1, produced similar stalk sucrose, silage and grain yields, compared to the high rate (250 kg N ha−1), regardless of application methods. The NDVI signatures measured at the V8–V10 stage exhibited significant (P < 0.01) and exponential relationships with stalk sucrose concentrations, sucrose and juice yields at the R3 stage, and with silage yield at approximately 65% whole-plant moisture, the optimum silage-harvest window. CONCLUSION: The results indicate that the moderate N rate, 125 kg ha−1, which is recommended for conventional grain corn production in the region, was likely close to the economic optimum N rate for leafy silage-specific and sugarcorn. Canopy reflectance, measured at the early growth stages, can be used as a potential indicator of sugar and silage production, and this quantitative relationship necessitates further evaluation with more genotypes and under wide environmental conditions. © 2019 Her Majesty the Queen in Right of Canada Journal of The Science of Food and Agriculture © 2019 Society of Chemical Industry.

Publication date

2020-02-01

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