新型多年生饲草玉草5号的生长动态及刈割期的研究

李华雄，蒋维明，吴子周，李影正，程明军,4，杨世鹏,5，孙汝龙，严旭,6，张红芬，杨敏，荣廷昭，周树峰，吴元奇，曹墨菊，唐祈林*

(1.四川农业大学玉米研究所，四川 温江611130；2.四川省内江市农业科学院，四川 内江 641000；3.成都农业科技职业学院，四川 温江 611130；4.四川省草原工作总站，四川 成都 610041；5.四川省自贡市农业科学研究所，四川 自贡 643000；6.四川省农业科学院蚕业研究所，四川 南充 637000；7.石林县长湖镇农业综合服务中心，云南 昆明 652203)

饲草生产受到气候、土壤特别是种植密度、施肥和刈割时期等诸多管理制度的影响[1-3]。其中，生长动态研究是对饲草饲用性状增长现象的动态描述[4-5]，通过构建饲草的生长动态，能较好地确定最佳刈割期[5-8]。赵雅姣等[6]对饲草型小黑麦(Secalesylvestre, 2n=56)生长动态研究发现，为获得较高的经济效率，应选择乳熟期刈割；而要得到最佳利用率，应选择抽穗期刈割。刘建宁等[7]对高丹草(Sorghumbybridsudangrass, 2n=20)研究表明，作为青饲料利用时拔节末期收割最佳，加工调制青贮饲料或干草时抽穗期收割最佳。任勇等[8]对饲草玉米(Zeamays, 2n=20，玉草1号)生长动态综合分析表明，要获得较高干物质产量和营养价值，在抽雄始期收割最佳。因此，对新型饲草的生长动态研究，不仅是对其高产和优质的时期、性能等进行了解，更是制定饲草生产管理制度的关键。

玉草5号(Tripsazeacreammaize，2n=58，原名玉淇淋58，MTPP-58)是一种新型的高产优质多年生饲草，是以玉米(Zeamays, 2n=20)及其近缘种属物种指状摩擦禾(Tripsacumdactyloides, 2n=72)和四倍体多年生大刍草(Zeaperennis, 2n=40)为材料，采用多物种杂交与多倍体合成的方法选育而成[9-10]。玉草5号聚合了玉米、大刍草和摩擦禾三亲本的遗传物质[9-10]，在抗逆性和生产性能等多方面均表现出优良特性，具有根系发达、生长繁茂、分蘖多、抗寒性强、品质优良、生产性能优和多年生等优良特征特性[10-12]，这些特性在多年生农业生产中具有极高的应用价值。 但是，前期仅对玉草5号的遗传组成、饲草产量、越冬性、繁殖特性、栽培方法以及刈割高度进行了一些研究[2-4]，缺乏对其饲用性状的生长动态与适宜刈割时期的系统研究。本研究旨在通过对玉草5号的株高、分蘖、饲草产量、茎叶比、水分含量和品质等饲用性状的生长动态进行系统研究并开展多点生产示范，了解其最佳刈割时期和生产潜力，以期为玉草5号大面积种植推广利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料及设计

1.1.1玉草5号生长动态及刈割期 试验地位于四川农业大学温江校区实验农场，地处北纬30°41′、东经103°49′，海拔530 m。历年平均气温15.9 ℃，极端高温37.7 ℃，极端低温-5.1 ℃，平均降水量966.1 mm，无霜期282 d。试验田土壤为砂壤土，土壤含全氮1.63 g·kg-1，全磷0.23 g·kg-1，全钾14.42 g·kg-1，有机质25.41 g·kg-1。玉草5号种苗为2011年安全越冬后返青的分蔸无性小苗，于2012年4月29日种植。

采用随机区组设计，小区面积60 m2，小区长宽为6 m×10 m，单株栽植，株行距为1.0 m×1.2 m，密度为8340 株·hm-2，3次重复。自拔节始期(7月2日)起每隔10 d刈割测产，刈割测产至衰老期。刈割测产同时，每小区随机选取5株分为茎和叶，分别称量鲜重，将称量鲜重后的样品置于105 ℃烘箱中杀青1 h，65 ℃烘干至恒重后称量干重，粉碎过0.425 mm筛供营养成分分析用。

1.1.2玉草5号生产示范 生产示范于2013年分别在资阳市乐至县龙门乡、自贡市大安区庙坝镇庙坝村和柑子村进行。用玉草5号越冬存活老蔸分株和茎扦插获得种苗。乐至县点4月22日种植，大安区两点5月3日种植，各点试验面积为0.4 hm2，种植密度为4500 株·hm-2。2013年8月20日对大安区两点进行现场测定鲜草产量，次日测定乐至县点；2014年，继续对柑子村点再生玉草5号刈割3次测定产量，刈割日期依次为5月30日、7月21日和10月21日。

1.2 测定项目及方法

1.2.1物候期记载 种植后调查饲草生育期(分蘖期、拔节期、孕穗期、抽雄始期、吐丝期、散粉期和衰老期)，各生育时期除抽雄始期(10%植株)以外均以50%植株进入该时期为准。

1.2.2植株性状调查 自分蘖期(6月2日)起每隔10 d，随机选取长势一致的植株5株并挂牌，重复3次，测量挂牌植株株高(拉直植株，从植株根部到最高处的垂直高度)和分蘖数(计数出土5 cm以上的分蘖数)，取平均值。

1.2.3营养成分测定 利用Proxima连续流动分析仪测定CP(crude protein, 粗蛋白)含量；AnkomXT15i全自动脂肪分析仪测定EE(ether extrac，脂肪)含量；AnkomA200i半自动纤维仪测定NDF(neutral detergent fiber，碱性洗涤纤维)和ADF(acid detergent fiber, 酸性洗涤纤维)含量；直接灰化法测定CA(crude ash,灰分)含量。

1.3 数据处理

用SAS 9.2进行数据处理，作图采用Excel 2007，建Logistic模型用DPS 7.05，相关显著性检验采用F检验。

2 结果与分析

2.1 玉草5号的物候期

玉草5号物候期见表1。玉草5号在6月上旬开始分蘖，7月中旬拔节，8月中旬孕穗，8月下旬抽雄，9月上旬散粉，9月中旬吐丝，10月上旬进入衰老期。

表1 玉草5号物候期Table 1 The phenological phase of Yucao No.5

2.2 玉草5号的植物学性状变化规律

2.2.1株高及其生长速度变化动态 株高生长规律符合Logistic生长模型(图1a)，其拟合方程为y=355.83/(1+e2.89-0.04x)。式中，y为株高(cm)，x为种植天数(d)，r=0.993**(P<0.01)。由图1可知，在第45天以前增长缓慢；株高日平均增加0.96 cm；第45～65天增长最快，为3.17 cm；第65～75天略有减缓，为1.81 cm；长至第75～125天，株高增长再次加快，为2.98 cm。在种植后的第45天前为成苗期，玉草5号是多年生植株，多年生植物第一年生长前期由于要兼顾强化其根系生长，故前期地上部分生长比较缓慢，这个时期需要加强苗期管护，及时除杂草和少量施肥。在种植后的第45～125天的较长一段时期为营养体快速生长期，是营养体建成的关键时期，分蘖快速、生长较快，需加强高肥水管理。随后，玉草5号由营养生长逐渐向生殖生长过渡，生长速率减慢。至第145天左右株高停止生长，进入生殖器官建成期，即吐丝-散粉期。

2.2.2分蘖生长变化动态 分蘖规律符合Logistic模型(图2a)，拟合方程为y=43.12/(1+e5.85-0.09x)。式中，y为分蘖数，x为种植天数，r=0.987*(P<0.05)。由图2可知，从种植后第35天左右植株开始分蘖，第35～45天分蘖较快，日平均0.59个分蘖。之后10 d分蘖变缓，日平均分蘖数为0.14个。第55～85天分蘖明显加快为分蘖盛期，日平均分蘖0.94个。第85～115天为分蘖末期，分蘖缓慢，日平均增加0.18个；此后分蘖数略有减少，原因在于分蘖增多，群体内的资源竞争加剧影响存活率。因此，在种植后35 d前和分蘖期间分别施1～2次速效肥促进分蘖。

图1 玉草5号株高及其增长速度变化Fig.1 Plant height and daily increase variation of Yucao No.5 a：株高变化动态The dynamics of plant height；b：株高日增长变化动态The dynamics of daily increase of plant height.

图2 玉草5号分蘖数及其增长速度变化Fig.2 Tiller number and daily increase variations of Yucao No.5 a：分蘖数变化动态The dynamics of tiller number；b：日均分蘖数变化动态The dynamics of daily increase of tiller number.

2.3 玉草5号的物质积累及产量组成变化动态

2.3.1鲜草产量变化动态 鲜草产量变化规律符合Logistic生长模型(图3)，其拟合方程为y=96.14/(1+e9.19-0.10x)。式中，y为鲜草产量，x为种植天数，r=0.989*(P<0.05)。随着生育期延长，玉草5号鲜草产量不断增加，从播种后第75～115天是鲜草产量的快速增长期，日平均增长量为1.870 t·hm-2·d-1。种植后第135天鲜草产量达到最高，为96.921 t·hm-2。

2.3.2干草产量变化动态 干草产量变化符合Logistic生长模型(图4)，其拟合方程为y=15.89/(1+e9.33-0.09x)。式中，y为干草产量，x为种植天数，r=0.996**(P<0.01)。随着生育期延长，玉草5号干草产量不断增加，种植后第75～125天是干草产量的快速增长期；第105～115天增长最快，日平均增长量为0.331 t·hm-2·d-1；第165天达到最高，为15.748 t·hm-2。玉草5号干草产量比鲜草产量快速增长期滞后10 d，这是因为前期鲜草水分含量较高，导致鲜草产量较高而干草产量并未达到很高水平。

图3 玉草5号鲜草产量及其组成变化动态Fig.3 The dynamics of fresh yield in leaf and stem of Yucao No.5

图4 玉草5号干草产量及其组成变化动态Fig.4 The dynamics of dry matter yield in leaf and stem of Yucao No.5

2.3.3茎叶比变化动态 茎叶比变化符合Logistic模型(图5)，其拟合方程为y=1.65/(1+e5.03-0.04x)。式中：y为茎叶比，x为种植天数，r=0.982*(P<0.05)。玉草5号播种后第125天前，茎叶比小于1，且茎叶比值变化缓慢；种植后第125～135天茎叶比经历了一个快速增长的过程，由0.73增至1.14；此后，茎叶比值在第135～155天缓慢增加，第155～165天又经历了较大的增加，由1.39增至1.73。可见，在125天以前，叶对玉草5号草产量的贡献更大；随着生育期进一步延长(种植后第135天后)，茎生长对玉草5号草产量增长的贡献逐渐大于叶。

2.3.4水分含量变化动态 玉草5号茎、叶和全株水分含量总体呈现递减趋势，茎秆含水量高于同期叶片含水量(图6)。叶水分含量在种植后第155～165天略有增加，原因在于植株受光周期诱导，茎节间着生许多鲜嫩的腋芽，又因雌穗败育，进一步促使腋芽旺盛生长，故此段时期叶水分含量不降反增。全株含水量在75～125 d(抽雄始期)呈现急剧下降趋势，抽雄始期后趋于稳定(83.01%～84.67%)。结合玉草5号的鲜干草产量和营养价值产量，在抽雄始期及其以后刈割有利于青贮。

图5 玉草5号茎叶比变化动态Fig.5 The dynamics of stem-leaf ratio of Yucao No.5

图6 玉草5号水分含量变化动态Fig.6 The dynamics of moisture content of Yucao No.5

2.3.5玉草5号的营养成分分析 CP含量在整个生育期呈现出“高-低-高-低-高”的变化趋势(表2)。分蘖期时CP含量最高，为21.42%，衰老期时CP含量也较高，为11.26%。RFV与CP含量呈现出较为吻合的变化趋势，在分蘖期和衰老期RFV较高，分别为123.22和138.41。在分蘖期，玉草5号茎与叶片鲜嫩多汁，故CP含量与RFV较高；在衰老期，茎上部节间着生许多鲜嫩的腋芽和败育的幼嫩雌穗，也使CP含量与RFV较高。EE含量变化较小。CA含量在分蘖期至散粉-吐丝期呈递减趋势，在吐丝期至衰老期略有增加。NDF与ADF经历了“低-高-低-高-低”的动态变化过程，二者在衰老期含量较低。

表 2 玉草5号营养成分含量变化动态Table 2 The dynamics of nutritive composition of Yucao No.5 (%，DM)

营养成分以干物质为基数。同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。 Different lowercase letters within the same column show significant difference(P<0.05). The content of all nutritive ingredients was based on dry matter of the plant. DM: Dry matter; CP: Crude protein; EE: Ether extract; CA: Crude ash; NDF: Neutral detergent fibre; ADF: Acid detergent fiber; RFV: Relative feed value. The same below.

2.3.6玉草5号的营养成分产量分析 营养成分产量取定于营养成分含量和干物质产量。随着生育期延长，玉草5号的各营养成分产量总体呈现出不断增加的趋势(表3)，种植后第105～125天增长最快，其中CP、EE产量日平均增长0.044 t·hm-2·d-1、0.011 t·hm-2·d-1，这与干草快速增长期一致，说明饲草干物质积累在营养成分产量形成过程中占主导地位。EE产量在抽雄始期最高，为0.425 t·hm-2，然后降低，说明玉草5号在抽雄始期后，植株消耗大量能量以维持抽穗、散粉等生殖生长。CA和NDF产量在吐丝期最高；ADF产量在抽雄-散粉期最高，此后逐渐降低。

表3 玉草5号营养成分产量变化动态Table 3 The dynamics of nutritive composition yield of Yucao No.5 (t·hm-2)

2.4 玉草5号的生产示范

玉草5号示范种植产量测定见表4。种植当年仅刈割一茬。在龙门乡，种植当年鲜草产量为77.758 t·hm-2；在庙坝村，种植当年鲜草产量为87.485 t·hm-2。连续两年在柑子村测产表明，种植当年鲜草产量为89.207 t·hm-2；第二年3次刈割的鲜草产量依次为23.046、77.872和8.492 t·hm-2，合计达109.410 t·hm-2；第二年鲜草总产较第一年提高22.45%。试验证实，玉草5号种植当年刈割一茬，可实现越冬根系的建成并收获可观的产量(≥77.758 t·hm-2)，第二年即可实现多次刈割。

表 4 玉草5号生产示范鲜草产量Table 4 Fresh yield of product demonstration for Yucao No.5 in Lezhi and Zigong (density: 4500 plant·hm-2)

3 讨论

3.1 玉草5号的最佳刈割期

饲草生长所处的不同生育期对鲜、干草产量和营养价值影响很大。越幼嫩的饲草营养价值越高，但鲜、干草产量较低；越接近成熟期的饲草鲜、干草产量越高，但营养价值较低[7]。为同时获得较高的饲草产量与营养品质，必须确定好最佳的刈割时期。饲草生产可利用植物的S形曲线生长规律，在完成快速生长期时刈割可获得最高生长效率和生产效率[13-14]。本研究表明，玉草5号刈割时间越早，茎叶比越小，CP、EE、CA含量越高，ADF越低，表明营养价值较高，但鲜、干草产量较低；反之，随着刈割期的推迟，茎叶比不断增大，CP、EE、CA含量降低，ADF增高，说明其营养价值在下降，但干、鲜物质产量增高。在抽雄始期，玉草5号鲜草产量和蛋白质产量达到较高值，干草产量也维持较高水平，再结合其再生性能，抽雄始期是玉草5号青饲利用的最佳刈割时期。在吐丝期，玉草5号干草产量、蛋白质产量和相对饲用价值都维持在较高水平，全株水分含量较低，吐丝期是玉草5号青贮利用的最佳刈割时期。

3.2 玉草5号收获与利用的优势

一般地，一年生饲草进入生殖生长阶段营养品质急速下降，为了获得营养成分较好的饲草，必须在较短的时间内收获饲草，一旦进入衰老枯萎期或收获不及时造成产量、营养损失严重，这给饲草生产者带来巨大压力。玉草5号整个生育期以营养生长为主(进入生殖生长阶段也仅有少量的生殖枝)，营养生长期的延长以及进入生殖生长期后营养成分变幅不大(CP，8.17%～11.37%；EE，2.02%～2.87%；CA，7.46%～11.00%；DNF，46.89%～54.69%；ADF，24.69%～33.96%)、RFV维持在较恒定的水平，这缓解了短时间内刈割带来的压力，玉草5号刈割时间的延长对于大规模饲草生产非常有益。另外，在西南及南方大部分地区，9月至第二年的4月，草食家畜主要利用青贮饲料、干草(外调)和黑麦草作为粗饲料；而玉草5号在栽种当年霜雪来临前(每年的1月左右)，植株可以一直生长，种植第二年从5月到次年的1月，可以一直作为青饲料进行饲喂，不仅适口性好，营养成分优，还可有效地降低养殖对青贮和干草的依赖，节约成本。

3.3 利用玉草5号发展西南及南方多年生农业系统的优势

多年生农业系统是一种利用多年生作物的优势，促进气象因子、土地、作物、家畜等农业生产要素相互作用，提高第一性生产和第二性生产效率，实现可持续发展的新型农业系统。该系统的核心在于多年生作物的利用。多年生作物的好处非常明显，一旦种植之后，就不需要翻耕地、长期都可以提供产品收成。相比一年生作物，多年生作物根系更发达，资源利用效率更高、抗病虫能力更强、生物产量更优，对自然生态环境也更友好[15-18]。我国西南地区主要属于山地立体农业，大部分为中低产田和丘陵坡耕地乃至喀斯特地貌，土壤瘠薄，生态脆弱[19-21]，如果不进行规模化、系统化地垦殖梯田和整理坡地，大多不适合一年生粮食作物的生长，长期不合理的农作系统使它们受到非常严重的侵蚀威胁，如水土流失和石漠化。另外，西南山地农业问题的复杂性不仅在其山多坡陡、土地贫瘠、生态脆弱，而且还在于它的气候，西南多数农区阴雨寡照，光照相对不足，不利于作物籽粒生长发育，产量较低；但与此同时，西南地区属亚热带湿润气候，其热量充足、无霜期长、热量丰富、雨量充沛的生态条件却更适宜以利用营养体为主的饲用作物生长。可见，西南地区发展多年生饲用作物农业系统不失为一种重要的选择，既能够保护生态环境又能获得足够的农业效益。

玉草5号是一种多种属间远缘杂交创制的多年生高光效新型禾本科饲用作物，具有根系发达、生长繁茂、分蘖多、再生性好、生产性能优、营养价值高、抗寒性强和易无性繁殖等优良特性[9-12]，是西南及南方发展多年生农业系统的优选多年生饲用作物。将玉草5号与其他多年生饲用作物间作、套作[鸭茅(Dactylisglomerata)、球茎草芦]，与一年生饲草[燕麦(Avenasativa)、黑麦草(Loliumperenne)等]连作，可实现青绿饲料的终年、长年供应。通过多年生农业系统与草食家畜的复合立体种养模式的建立，可最大限度地减少能量、水、农药、化肥、草种和劳动力的投入。这种接近自然的多年生饲用作物生产系统有利于土壤的修复和保护，有利于生物多样性稳定，有利于农业生态系统平衡。同时，利用西南及南方地区的荒山、荒坡、河谷、闲田等土地资源大力发展高产优质的多年生饲草(如玉草1号、玉草5号等)，对解决我国西南及南方因固守于传统农业系统而导致的饲料粮短缺问题，促进传统“粮-经”二元结构向引入了多年生饲草的新型“粮-经-饲”三元结构转变有着重要的现实意义。

4 结论

玉草5号生长旺盛，生物产量高，营养成分优，供草期长；其株高、分蘖、鲜(干)产量、茎叶比动态变化均符合Logistic模型；作为青饲，抽雄始期收割最佳，作为青贮，吐丝期收割最佳；适宜在西南及南方“种草养畜 ”地区种植，是发展多年生农业系统的优选多年生新型饲用作物，具有极大的生产潜力与广阔的推广前景。

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