黄河滩区不同刈割期对热研4号王草生产性能和品质的影响

2017-09-13邓红雨白昌军胡华锋邢其银

草地学报 2017年3期

郭孝，邓红雨，白昌军，胡华锋，邢其银，唐军

(1. 河南牧业经济学院，河南郑州 450046；2. 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南儋州 571737)

河南省黄河滩区土壤肥沃、气候宜人，土地平坦辽阔，是我国重要的奶业和肉羊业发展基地，畜牧业的大发展以及滩区的环境保护迫切需要种植一些优质高产，且具有改良环境功能的牧草，既能满足生态环保需要，又能满足蓬勃发展的现代畜牧业对优质牧草的需要[1]。

热研4号王草(Pennisrtumpurpureumxptyphoidevm‘Reyan No.4’)，又名皇草、皇竹草、巨象草、杂交狼尾草等，是由象草(PennisetumpurpureumSchum)和美洲狼尾草(PennisetumtyphoideumRich，又名珍珠粟)杂交而成，属多年生C4草本植物。在气温高于8℃的环境下王草均可用茎秆进行无性繁殖，一般一年可刈割4～5次，在海南种植其干物质产量可达59 670 kg·hm-2，比高产象草增产21.9%左右，是一种新型高效经济作物[2-3]。热研4号王草具有品质好、叶量多、适口性好、种植粗放、须根发达、分蘖快、侵占力强、适应性好等特点，为优质饲料作物，特别适宜牛羊等草食动物的饲喂和利用[4-5]。另外，热研4号王草属禾本科的高大型牧草，根系发达，须根繁茂交织成网状，可牢固锁住水分和土壤，对防止水土流失、防风固沙有很好的作用，是非常适合黄河滩区的优质牧草。本文采用一系列的刈割试验，研究热研4号王草的生长特点，以及不同刈割方式对该草生产性能的影响，从而筛选出适合该地区的刈割时间和刈割次数，获得更高的经济效益，为当地农牧业生产和环保服务。

1 试验地概况

试验地在黄河滩郑州段，地理位置处于E 112°47′～ 114°13′ ，N 34°16′～34°59′，海拔50～70 m，属温带大陆季风性气候，四季分明，年日照时数为2 368.4 h；日平均气温14.3℃，7月份平均气温27℃，最高气温39.5℃；1月份平均气温1℃，最低温度-19.7℃，≥10℃的积温为4 800℃；年平均降水量630 mm，年平均无霜期为220～225 d[6]。土壤为黄河冲积物上发育的潮土，质地为壤土，其理化性状如下：碱解氮66.02 mg·kg-1，速效钾(K)175.16 mg·kg-1，速效磷(P)7.04 mg·kg-1，有机质8.17 g·kg-1，有效铁5.32 mg·kg-1，有效硼0.4 mg·kg-1，有效钼0.07 mg·kg-1，有效锌0.64 mg·kg-1，有效钴0.05 mg·kg-1，有效铜1.35 mg·kg-1，有效锰10.90 mg·kg-1，有效硒0.08 mg·kg-1[7-8]。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料及种植方式

试验材料来自于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，2010年4月20日在郑州北黄河滩种植，试验地地形平坦，水肥条件均匀，阳光充足，符合试验要求，试验期间不施任何肥料。采用茎秆无性繁殖技术种植，具体方法是：选择生长期半年以上的健壮成熟植株，取茎秆中下部分作种茎，每段种茎含3～4节，即2～3个芽。将种茎与地面呈45度角斜插入土内，留1个芽露出地面，每穴1株，覆土5～10 cm，保持土壤湿润[9]。热研4号王草的株行距为50 cm × 40 cm，播深为5～6 cm，茎秆种植量均为300 g·m-2。10月20日收获，生长期180 d，刈割期从6月20日苗高80～100 cm起，到10月20日结束，共120 d。

2.2 试验设计

试验采用完全随机设计，按照热研4号王草的刈割次数，设计4个试验处理B0，B1，B2和B3，分别代表热研4号王草至生长期结束1次性刈割和每隔30 d、40 d、60 d刈割1次，留茬高度15～20 cm，每个处理重复3次，共12个试验小区，小区面积为15 m2(3 m×5 m)[10]。

2.3 测试内容与方法

测试内容主要有茎长、茎粗、茎叶比、鲜干比、单株分蘖数、叶面积指数、生长速度、草产量和倒伏率等。

2.3.1茎长、茎粗的测定茎长是牧草重要的生物学产量指标，是每次刈割后累计的长度，如果1次性刈割，则茎长为最后的植株高度，每个处理选10株，取其平均数。

茎粗用游标卡尺测定植株从地表起1/3处的节间直径，每个处理选10株，取其平均值[11]。

2.3.2茎叶比(S/L ratio)的测定[12]刈割时每个小区随机选取3株将其带回实验室进行人工茎叶分离，经自然风干后分别称取茎、叶的质量，根据茎叶比公式计算茎叶比。茎叶比=风干茎的质量/风干叶的质量

2.3.3鲜干比(F/D ratio)测定鲜干比反映牧草干物质的累积程度及利用价值，该值越小，干物质累积水平越高。具体方法是在小区长势均匀处，随机选取1 m2的区域，刈割距地面15～20 cm以上的牧草，立即称其重量，即为鲜草重量；然后随机称取300 g鲜草，105～120℃杀青，65℃烘干后称干重，然后计算鲜干比。

2.3.4叶面积指数(LAI)的测定[13-14]首先，使用光电面积仪直接测定单株植物的叶面积，而后将叶片放入干燥箱内，在70～80℃下烘干，再用分析天平称重，求出单株植物的平均面积—干重系数(即面积/干重比)，再测定样方内牧草叶片的总干重，然后乘以干重系数即可求出样方内牧草叶片的总面积，计算方法为：叶面积指数=样方内牧草叶片的总面积/样方面积

2.3.5生长速度生长速度是单位时间内植物生长的高度。测定时将植物系上标签，逐日按时将测得的生长速度进行记载。观察点选择10个，当牧草长到一定高度时进行刈割，刈割留茬高度15～20 cm，然后测定其生长速度。生长速度单位为 cm·d-1[15]。

2.3.6草产量测定在小区长势均匀处，随机选取1 m2的测定样方，在样方内距地面15～20 cm处刈割植株，并称其重量，即为1 m2样方的鲜草重量[12,16]，再按照鲜干比换算成样方风干草产量(即样方草产量)，依此为依据分别换算成小区草产量和总草产量，计算公式分别为：

小区草产量(kg)=小区面积 ×样方草产量

草总产量(kg·hm-2)=小区草产量(kg)×10 000/小区面积

观察从6月20日开始，每隔0 d、30 d、40 d、60 d进行刈割。并测量热研4号王草的小区产量和草总产量。

2.3.7倒伏率(dropping rate， DR)测定[17-18]在刈割前调查测定，按照茎秆与地面的夹角来划分倒伏级别，1～3级的夹角依次为90～60.1°，60～30.1°和30～0°，1级不计入实际倒伏率，分别在7月20日、8月20日和10月20日测定倒伏率。

倒伏率(%)= 倒伏株数/小区总株数×100%

2.3.8营养成分的测定每次取样前，在各试验小区内，取鲜样0.5 kg左右，烘干称重，到最后1次刈割取样后汇总，作为混合样品做营养分析，烘干称重后的样品用不锈钢粉碎机粉碎后过1 mm筛，分别测定常规营养成分的含量。粗蛋白质采用浓硫酸-双氧水消化-半微量凯氏定氮法；粗脂肪采用索氏脂肪提取器提取法；粗纤维采用由滤袋技术改进的范氏酸性洗涤纤维法；粗灰分采用干灰化法；无氮浸出物(%)=100%-粗蛋白质%-粗脂肪%-粗纤维%-粗灰分%[19]。

2.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 16.0软件进行数据处理和单因子方差分析。

3 结果分析

3.1 不同刈割处理对热研4号王草茎叶生长特点的影响

由表1可知，随着刈割期的延长，植株叶面积指数和茎长有增加的趋势，而茎粗和单株分蘖数有降低的趋势，其中B3，B0的茎长显著高于B2，B1，而茎粗则显著低于B2，B1；B3，B0的叶面积指数显著高于B1，B2；随着刈割期的延长，植株的单株分蘖数有降低的趋势，表现为B1>B2>B3>B0，4者之间差异显著(P<0.05)，B1，B2和B3分别比B0高34.25%，23.10 %和13.54 %；另外，刈割期对节数没有显著影响。通过以上分析得知，刈割可限制茎长，降低叶面积指数，增加茎粗，促进植株的分蘖。

表1 不同刈割周期对热研4号王草茎叶生长特点的影响Table 1 The effects of different cutting treatments on growth performance of stem and leaf of Pennisrtum purpureumxp typhoidevm ‘Reyan No.4’

注：表中数据为平均值±标准差；同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

Note：Data are average value ± standard division; different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level. The same as below

3.2 不同刈割处理对热研4号王草生产特点的影响

由表2可知，随着刈割期的延长，植株的茎叶比呈增加趋势，而鲜干比呈下降趋势，其中B1，B2的茎叶比显著低于B0，分别降低了13.51%(P<0.05)和8.11%(P<0.05)；B1，B2和B3的鲜干比显著高于B0，分别比B0高14.27%(P<0.05)，8.29%(P<0.05)和6.56%；另外从B1到B3，随着刈割期的延长，生长速度、单株重和草产量呈增加趋势，但从B3到B0，却呈下降趋势。B3与B0相比，生长速度、单株重和草总产量分别增加了6.17%(P<0.05)，8.69%(P<0.05)和13.68%(P<0.05)。

从试验结果可以看出，刈割对热研4号王草茎叶比和鲜干比均有一定影响，随着刈割期的延长，茎叶比呈增加的趋势，而鲜干比呈下降趋势。过频刈割(每隔30 d刈割)不但显著降低生长速度，而且显著降低单株重和草总产量，而适当刈割(每隔60 d刈割1次，留茬15～20 cm ，1年刈割2次)，不但能提高热研4号王草的生长速度，还能提高其单株重和草总产量。

表2 不同刈割处理对热研4号王草生产特点的影响Table 2 The effects of different cutting treament on production performances of Pennisrtum purpureumxp typhoidevm ‘Reyan No.4’

3.3 不同刈割周期对热研4号王草倒伏性状的影响

由表3可知，3个刈割时期热研4号王草倒伏率的动态是相似的，即随着热研4号王草的生长，植株越来越高，倒伏率也越来越高，生长后期倒伏极为明显。从其平均值来看，B0倒伏率最高(5.04%)，其次为B3和 B2，B1(1.69%)最小，4者之间差异均显著，B3，B2和B1分别比B0降低32.95%，54.56%和66.73%。所以，刈割可显著降低该草的倒伏率，刈割越频繁，倒伏率越低。

表3 不同刈割处理对热研4号王草倒伏性状的影响Table 3 The effects of different cutting treatments on dropping rate of Pennisrtum purpureumxp typhoidevm ‘Reyan No.4’ /%

3.4 不同刈割处理对热研4号王草营养成分的影响

由表4可知，随着刈割期的延长，粗蛋白质含量有降低的趋势，其中B1>B2>B3>B0，B1显著高于B0；粗纤维含量有增加的趋势，且B3>B0>B2>B1，其中B3和B0显著高于B2和B1；粗脂肪、粗灰分和无氮浸出物含量没有明显的动态规律。

从试验结果可以看出，刈割对热研4号王草粗蛋白质和粗纤维含量有显著影响，而对粗脂肪、粗灰分和无氮浸出物含量影响不显著。每隔30 d和40 d刈割1次与1年仅刈割1次相比，粗蛋白质含量提高了5.47%(P<0.05)和2.80%，粗纤维含量分别降低6.67%(P<0.05)和5.54%(P<0.05)。每隔60 d刈割1次与仅1年仅刈割1次相比，王草的营养成分没有显著差异。

表4 不同刈割处理对热研4号王草营养成分的影响Table4 Effects of different cutting treatments on nutrients of Pennisrtum purpureumxp typhoidevm ‘Reyan No.4’ /%

3.5 热研4号王草各生长与生产指标之间的相关性

通过相关性分析可知(表5)，与热研4号王草产量显著相关的指标有茎叶比、单株分蘖数；极显著相关的指标有叶面积指数和单株生物量；与倒伏率显著相关的指标有茎叶比、鲜干比和单株分蘖数，其中茎叶比和单株分蘖数为正相关，鲜干比为负相关；极显著相关的指标有单株生物量和小区产草量。这充分说明热研4号王草生长和生产各指标之间存在一定的相关性，需要从系统和综合措施协调各指标，才能做到高产稳产。

表5 热研4号王草各生长与生产指标之间的相关性Table 5 Correlation coefficients among production index and growth index under different treatments

注： *，** 分别表示显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)相关，下同

Note： *， ** indicate significant correlation at the 0.05 and 0.01 level, respectively. The same below

通过营养相关性分析可知(表6)，热研4号王草饲草粗蛋白质含量与粗灰分呈正相关，而与粗纤维和干物质含量呈极显著和显著负相关；粗脂肪含量与无氮浸出物呈显著正相关；粗纤维含量与干物质含量呈极显著正相关，灰分与干物质含量呈显著负相关。这充分说明不同刈割处理下，热研4号王草饲草中各营养成分之间也存在密切的相关性。

表6 热研4号王草各营养指标之间的相关性Table 6 Correlation coefficients among different nutrition index under different treatments

4 讨论

4.1 刈割对热研4号王草生长的影响

该研究证明，刈割频率可显著影响热研4号王草的生长，刈割既能降低茎叶比、叶面积指数和牧草的倒伏率，又能增加茎粗和提高抗倒伏能力，可谓有利有弊；适当的刈割有利于提高鲜干比和单株分蘖数，提高饲草利用率，但过频刈割会降低热研4号王草的生长速度，不利于饲草生产，其中每30 d刈割1次王草的生长速度低于每40 d刈割1次，每40 d刈割1次低于每60 d刈割1次。刘震等[20]通过对牧草的刈割研究也认为适宜的刈割能促进牧草的再生和分蘖；张德强等[21]通过研究刈割时间和频率对牧草产量和品质的影响，也认为刈割次数影响牧草的茎叶比，刈割次数少的茎叶比大于刈割次数多的，增加刈割次数，可增加叶在产量中的比例，降低茎叶比，有利于提高牧草质量，但频繁的刈割使地上植株生活力下降，缩短牧草寿命，这与本研究结果基本一致。李德明[22]研究表明，不同刈割频率对热研4号王草的分蘖数和生长速度都有显著影响，适度刈割可增加分蘖数，而过度刈割其分蘖数则有减少的趋势，这与本试验研究结果相似。另外，热研4号王草是光合能力极强的C4植物，种植出苗后，生长速度呈单峰曲线，最快在6，7月份，快速生长后极易导致倒伏率增加，造成收获困难和草质降低，刈割可显著降低该草的倒伏率，刈割频率越高，倒伏率越低。

4.2 刈割对热研4号王草产草量的影响

产草量是衡量牧草生产力的重要指标，其高低对牧草经济效益有十分重要的作用。研究表明，过频刈割会降低热研4号王草的生长速度，不利于饲草生产，适度刈割有利于其生长和生产，其中每60 d刈割1次王草的产草量高于全年1次性刈割，全年1次性刈割又高于每40 d刈割1次，每40 d刈割1次王草的产草量高于每30 d刈割1次，当热研4号王草在每隔60 d刈割1次，一年刈割2次，留茬15～20 cm时增产效果突出。刘景辉等[23]通过类似研究，也认为刈割次数对牧草产量的影响较明显，年刈割2次鲜草产量最高。许岳飞等[9]认为刈割间隔时间是影响热研4号王草产量的主要原因，产量随刈割间隔时间的延长而显著提高，他通过试验后认为每75 d刈割1次和每45 d刈割1次的产量均显著高于每30 d刈割1次的产量，每75 d刈割1次的又显著高于每45 d刈割1次的产量。当刈割频率为60 ～90 d，留茬高度在15 cm刈割时，牧草产量高、适口性好、再生速度快，最适宜作为青饲料和青贮饲料。韦家少等[24-25]通过研究也认为，王草的最佳刈割时期为生长期63 d，此时刈割，既可获得最高的鲜草产量，又可获得最高的营养价值，在生产上达到了最大的利用效益，这与本研究的结果稍有出入，原因可能与两地的气候条件和利用目的差异有关。

适度刈割(适宜刈割期和留茬高度)能够促进王草的再生与分蘖，增加产草量，改善营养价值，而过度刈割则会损害王草正常的生长发育，降低产草量，缩短寿命。因此确定合理的刈割次数、留茬高度对充分发挥热研4号王草生产潜力，保证牧草的稳产高产至关重要。

4.3 刈割对热研4号王草营养成分的影响

刈割对热研4号王草营养成分含量有一定影响，刈割间隔时间的延长使牧草粗纤维含量增加，粗蛋白含量下降。张德强等[21]对热研4号王草的研究认为刈割次数对牧草主要营养成分，如蛋白质、粗纤维等有显著影响，刈割间隔时间的延长使牧草粗纤维含量显著增加，粗蛋白、粗灰分、磷、钾等的含量显著下降，其中钾下降的幅度最大，其次是粗灰分、粗蛋白和磷等。刈割时间对粗脂肪、钙、镁含量影响不大，其结果与本研究相似。刘震等[20]也认为刈割对牧草的营养有较大影响，适宜的刈割不但能提高产量，而且还能提升牧草的营养价值。另外刈割对其他禾本科牧草营养水平也有相似的结论，如刘景辉等[23]认为刈割次数对苏丹草(Sorghumsudanense(Piper)Stapf. )粗蛋白质含量影响较明显，随着刈割次数的增加，粗蛋白质含量有增加的趋势，年刈割2次的头茬和2茬粗蛋白质含量均高于年刈割1次。许能祥[11]通过对9个饲用高粱(Sorghumbicolor(L.)Moench.) 品种的刈割试验证明，年刈割1次的粗蛋白质含量显著低于年刈割2次的各茬次。

4.4 生长、产量和营养的相关性

王草饲草中各营养成分之间存在密切的相关性，如粗蛋白质与粗纤维，粗蛋白质与粗灰分，粗脂肪与无氮浸出物都有密切的关系。这充分说明不同刈割处理下，要充分考虑热研4号王草生长、生产和营养各指标的相关性，从系统和综合措施协调各指标，才能做到高产、稳产。如多次刈割虽然能提高饲草中粗蛋白质和粗脂肪的含量，降低粗纤维的含量，却显著地降低热研4号王草的产量，所以粗蛋白总产量不高；适当减少刈割次数，虽然粗蛋白含量低，但由于草总产量提高了，所以粗蛋白总产量也提高了，这在生产上要平衡利用。韦家少等[24-25]也认为，生长28 d刈割的王草粗蛋白含量最高(10.12%)，但由于此时鲜草产量低，因此,绝对干物质含量也很低，所以粗蛋白的产量也就较低，说明生长期为28 d的王草还未达到最佳利用时期,而生长期为63 d的王草粗蛋白含量虽然低于生长期为28 d的王草，但此时的鲜草产量最高，绝对干物质相应也较高，所以，此时才是最好的利用期。

河南省是我国农业与畜牧业大省，也是我国最重要的农畜产品生产基地之一，畜牧业飞速发展导致草畜矛盾比较突出，找到热研4号王草在温带地区的优质化栽培与利用技术，对于缓解草畜矛盾，发展当地优质高效的草食动物业有重大作用。