甘南地区饲用型小黑麦草产量及营养品质研究

2019-05-22代寒凌田新会杜文华吴建平

草原与草坪 2019年2期

代寒凌，田新会，杜文华，吴建平

(1.甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/中-美草地畜牧业可持续研究中心，甘肃兰州 730070； 2.甘肃农业大学植物保护学院，甘肃兰州 730070；3.甘肃省农业科学院，甘肃兰州 730070)

高原畜牧业是该区的特色产业[1-3]，由于过度放牧，该地区面临草畜失衡的严峻形势[2]。建植高产优质人工草地是解决草畜矛盾的有效途径[4]，既可缓解草地放牧压力，又可解决家畜的补饲[5]。目前，甘南草原一年生人工草地建植多以燕麦(Avena)为主[5-6]。黑麦(Secale)具有优越的生产性能，籽粒可以作为家畜的精料[9]，在高寒牧区得到了广泛应用[10]。但随着国内学者对小黑麦研究的深入，发现小黑麦(×TriticaleWittckle)在甘南草原具有广阔的应用前景[11]。小黑麦是由小麦和黑麦经属间杂交，应用染色体加倍和染色体工程育种方法人工育成的第1个新物种，为一年生禾本科植物[10]。由于小黑麦兼有小麦和黑麦的优点，具有生物产量高、营养品质好以及抗病、抗旱、抗寒性强等特点，使其具有较广阔应用前景，而且还被认定是“绿色饲料”[11]。宋谦等[11]研究表明，小黑麦具有优良的抗寒性以及抗病性，在甘南州玛曲县的干草产量达15.62 t/hm2，粗蛋白含量达13.31%，表现出高产和稳产的优势。

确定适宜的刈割期是牧草高效利用的关键，不同学者对禾本科牧草的最佳刈割期持不同观点。据报道燕麦的最佳刈割时期为灌浆期，而吴亚楠等[13]认为坝攸8号燕麦调制青干草的最佳刈割期为抽穗期，在抽穗后期产量虽然有所提高，但NDF含量上升至55%，不适于调制青干草。饲用黑麦的最佳刈割时期为初穗期至抽穗期[15]，刘建宁等[16]报道初花期是黑麦利用的最佳时期，其青饲奶牛，育肥羔羊的经济效应显著。研究表明，小黑麦抽穗期粗蛋白产量最高(2.24 t/hm2)，利用率最高，从抽穗期到蜡熟期小黑麦的干草产量逐渐上升，至乳熟期经济效率最高，但其木质化程度迅速增加，营养价值和适口性显著下降。不同猫尾草品种在不同刈割时期其草产量和营养价值表现均不相同，岷山猫尾草最佳刈割期为乳熟期，而Richmand品种为完熟期[17]。以小黑麦为试验材料，燕麦和黑麦作为对照，通过比较不同刈割时期3种牧草的草产量和营养品质，确定最佳刈割时期，评价小黑麦在该区种植的优劣，为小黑麦在该区示范推广提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘南州合作市兰州大学高寒草甸与湿地生态系统定位研究站。N 34°55′，E 102°53′，海拔2 900 m，年平均气温3.2℃，无霜期48 d，年降水量550～680 mm，年蒸发量1 222 mm，地表径流深200～350 mm。土壤类型为亚高山草甸土，耕作层有机质13%，速效氮24.8 mg/kg，速效磷0.5 mg/kg，速效钾19.8 mg/kg，pH 7.4。试验地前作为天然草地。用旋耕机旋耕后耙地、磨地，然后进行播种。

1.2 供试材料

供试材料为甘肃农业大学利用有性杂交技术及系谱法选育的小黑麦品系C35，对照材料为甘肃农业大学培育的黑麦品系C39和当地大面积种植的燕麦品种岷县燕麦(在文中分别简称为小黑麦、黑麦和燕麦)。小黑麦品系C35和C39种子由甘肃农业大学草业学院提供。

1.3 试验设计

试验为裂区设计，主区为牧草种类，设3个水平，小黑麦，黑麦，燕麦。副区为刈割时期，设4个水平，抽穗期，开花期，灌浆期，乳熟期。条播，行距0.2 m，播种量根据750万基本苗/hm2计算而得。小区面积5 m×4 m，3次重复。播前施羊粪7 500 kg/hm2(有效氮9.25 g/kg)1次，播种时间为2016年5月12日，试验期间及时中耕除草。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 株高各小区随机取10株，测定自然高度，计算平均值。测定方法参照国家草品种审定技术规程GB/T 30395-2013[16]。

1.4.2 枝条数在每个小区选取除去边行以及地头两侧(50 cm)有代表性的1 m样段，数取株高高于30 cm的枝条数量。

1.4.3 草产量和鲜干比测定草产量时，将数取过枝条数的1 m样段内所有植株齐地面刈割，称重得到鲜草产量，并从中抽取500 g草样，带回实验室，105℃杀青30 min，70℃烘干，至恒重，得到500 g鲜样的干草重[10,16]。计算鲜干比，并根据鲜干比计算出每个小区的干草产量。之后混合草样，用于测定营养成分。

1.4.4 营养成分参照GB/T 30395-2013，处理草样，分析粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)占草样干物质的百分含量。CP含量用凯氏定氮法，洗涤纤维含量采用改进的尼龙袋范式纤维法。

1.4.5 干物质消化率(DMD) 参照文献[19]方法进行测定，以4头装有永久瘤胃的瘘管羊(瘘管羊为德国美利奴♂×临洮本地羊♀的杂交2 代健康公羊，平均体重53 kg)作为试验动物，样袋采用40 μm孔径的尼龙布袋，测定样品在瘤胃中48 h的体内降解率。

1.5 牧草综合评价方法

灰色关联度分析是一种将灰色系统中各个要素进行综合描述和量化的评价方法，其特点是能对系统关键要素进行全面的、客观的评价，这种评价方法克服了依靠单一性状评价品种优劣的弊端[20]。采用灰色关联度分析法，根据各个指标的重要性给予赋值[16]，确定权重值，分别为Wi(干草产量：CP∶ADF∶NDF∶DMD)=0.40∶0.20∶0.05∶0.05∶0.3。灰色关联度的计算方法参照文献[21]进行。

1.6 数据分析

采用Excel 2010 和SPSS 19.0进行数据整理和分析，新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 物候期

供试牧草整个生育期表现为小黑麦(109 d)>黑麦(97 d)>燕麦(96 d)，整个生育期小黑麦的生长进程慢于燕麦和黑麦，抽穗期之前燕麦和小黑麦的生长进程较为接近，黑麦比其余两个材料早10 d进入抽穗期，开花期之后，燕麦提前进入灌浆期，导致燕麦的整个生育期缩短(表1)。

2.2 株高

方差分析表明，牧草种类间，刈割时期间，以及刈割时期×牧草种类交互作用间的株高均有极显著差异(P<0.01)(表2)，需要进行多重比较。

表2 牧草种类间、刈割时期间和牧草种类×刈割时期互作间株高、草产量和营养价值的方差分析

注：**表示极显著差异(P<0.01)，*表示显著差异(P<0.05)，下同

2.2.1 牧草种类间株高的差异小黑麦的平均株高位于黑麦和燕麦之间，且3者间均存在显著性差异(P<0.05)(表3)。

2.2.2 刈割时期间株高的差异 4个刈割时期的株高有显著差异(P<0.05)，灌浆期最高，与开花期和乳熟期无显著差异；抽穗期最低，显著低于其他3个刈割时期(P<0.05)(表4)。

2.2.3 刈割时期×牧草种类互作效应间株高的差异抽穗期小黑麦和燕麦的株高显著低于黑麦(P<0.05)；开花期小黑麦的株高略低于黑麦，且2者无显著性差异；灌浆期和乳熟期小黑麦和黑麦的株高显著高于燕麦(P<0.05)(表5)。

表3 牧草种类间株高、鲜(干)草产量、鲜干比和营养品质的差异

表4 刈割时期间牧草的株高、干草产量、鲜干比和营养品质Table 4 Plant height,Hay yield,fresh dry ratio and nutrient quality during Cutting date

2.3 草产量

方差分析表明，除刈割时期间鲜草产量无显著差异外，牧草种类间，刈割时期间，以及刈割时期×牧草种类交互作用间的草产量均有极显著差异(P<0.01)，需要进行多重比较。

2.3.1 牧草种类间(鲜)干草产量的差异 3个供试牧草中，小黑麦的鲜草产量位于黑麦和燕麦之间，其中，黑麦的平均鲜草产量最高，燕麦最低；小黑麦的平均干草产量略低于黑麦，无显著性差异，显著高于燕麦(P<0.05)(表3)。

表5 刈割时期×牧草种类互作效应间的株高、(鲜)草产量、鲜干比、和营养品质

2.3.2 刈割时期间(鲜)干草产量的差异乳熟期干草产量最高，且与其他各刈割时期牧草的干草产量存在显著差异(P<0.05)(表4)。

2.3.3 刈割时期×牧草种类互作效应间(鲜)干草产量和的差异抽穗期小黑麦的鲜草产量显著低于黑麦(P<0.05)；开花期小黑麦的鲜草产量高于黑麦，但2者间无显著差异；灌浆期小黑麦的鲜草产量略低于黑麦，但显著高于燕麦(P<0.05)。

抽穗期小黑麦的干草产量显著低于黑麦，与燕麦无显著差异；随着刈割时期推移，小黑麦的干草产量增加幅度较大，开花期时略高于黑麦，显著高于燕麦；灌浆期时显著高于黑麦和燕麦；乳熟期时干草产量和黑麦无显著差异。显著高于燕麦。乳熟期小黑麦和黑麦的干草产量显著高于其他处理，抽穗期燕麦的干草产量为最低值(P<0.05)。

2.4 鲜干比

方差分析表明，除牧草种类间鲜干比无显著差异外，刈割时期间，以及刈割时期×牧草种类交互作用间的草产量均有极显著差异(P<0.01)，需要进行多重比较(表2)。

2.4.1 刈割时期间牧草鲜干比的差异抽穗期3种供试牧草的平均鲜干比显著高于其他刈割时期(P<0.05)，乳熟期鲜干比最低，且与其他刈割时期牧草的鲜干比存在显著差异(P<0.05)(表4)。

2.4.2 刈割时期×牧草种类互作效应间鲜干比的差异除灌浆期小黑麦的鲜干比显著低于燕麦和黑麦(P<0.05)外，同一刈割时期小黑麦、黑麦和燕麦的鲜干比均无显著差异(表5)。

2.5 CP含量

方差分析表明，牧草种类间，刈割时期间，以及刈割时期×牧草种类交互作用间的CP含量均有极显著差异(P<0.01)(表4)。

2.5.1 牧草种类间CP含量的差异各参试牧草4个刈割时期的平均CP含量间差异显著(P<0.05)，小黑麦的CP含量显著高于黑麦和燕麦(表3)。

2.5.2 刈割时期间CP含量的差异 4个刈割时期的CP含量均存在显著差异(P<0.05)，其中抽穗期最高，乳熟期最低(表4)。

2.5.3 刈割时期×牧草种类间CP含量的差异小黑麦抽穗期的CP含量(19.72%)显著高于其他处理(P<0.05)；同一刈割时期小黑麦的CP含量均显著高于燕麦和黑麦(P<0.05)，黑麦乳熟期和燕麦乳熟期的CP含量显著低于其他处理(P<0.05)(表5)。

2.6 NDF含量和ADF含量

方差分析表明，牧草种类间，刈割时期间，以及刈割时期×牧草种类交互作用间的NDF含量和ADF含量均有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异(表2)。

2.6.1 牧草种类间NDF含量和ADF含量的差异 3个参试材料中，小黑麦的平均NDF和ADF含量均显著低于燕麦和黑麦(P<0.05)(表3)。

2.6.2 刈割时期间NDF、ADF含量的差异抽穗期ADF含量和NDF含量显著低于其他刈割时期(P<0.05)，开花期、灌浆期和乳熟期的NDF含量均无显著差异，灌浆期的ADF含量最高。除抽穗期外，其他3个刈割时期之间的NDF含量和ADF含量差异较小(表4)。

2.6.3 刈割时期×牧草种类互作效应间NDF含量和ADF含量的差异同一刈割时期小黑麦的NDF和ADF含量均显著或不显著低于黑麦和燕麦。乳熟期小黑麦和燕麦的ADF含量比灌浆期有所降低(表5)。

2.7 DMD

方差分析表明，牧草种类间，刈割时期间，以及刈割时期×牧草种类交互作用间的DMD均有极显著差异(P<0.01)(表2)。

2.7.1 牧草种类间DMD的差异小黑麦的平均DMD显著高于黑麦和燕麦(P<0.05)(表3)。

2.7.2 刈割时期间DMD的差异抽穗期3种牧草的平均DMD显著高于其他刈割时期(P<0.05)，灌浆期显著低于其他刈割时期，开花期和乳熟期的DMD无显著差异(表4)。

2.7.3 刈割时期×牧草种类互作效应间DMD的差异抽穗期小黑麦的DMD显著高于黑麦和燕麦(P<0.05)；开花期和灌浆期小黑麦的DMD与黑麦和燕麦无显著差异；乳熟期显著高于燕麦，与黑麦无显著差异(表5)。

2.8 小黑麦、黑麦和燕麦在不同刈割时期的综合评价

确定牧草的刈割时期要考虑其产量因素和营养因素。随着牧草成熟度增加，干草产量逐渐增加，但营养品质显著降低，即不同刈割时期牧草的营养价值与干草产量之间存在一定矛盾，因此，需要对牧草的草产量和营养品质进行综合评价，以确定刈割时期。结果表明，小黑麦、黑麦和燕麦乳熟期关联度最高，即小黑麦、黑麦和燕麦的最佳刈割时期为乳熟期(表6)。在最佳刈割时期，γi(小黑麦)>γi(黑麦)>γi(燕麦)，从而说明，与黑麦和燕麦相比，小黑麦在甘南地区具有更大优势。

3 讨论

3.1 3种牧草的物候期

3种牧草的物候期并不一致，相关研究表明，物候期影响作物的产量和氮素的利用，董桂春等[20]研究表明生育期长的籼稻吸收氮素的能力较强，同时促进干物质的积累，赵世锋等[26]研究表明有机物的积累量与生长日期的关联度较大。试验中，小黑麦由于生长期较长，积累的光合产物和氮素较多，使其产量与品质得到提升[22]。

表6 不同刈割时期小黑麦、黑麦和燕麦的灰色关联度

3.2 刈割时期间牧草株高、草产量和营养含量的差异及原因

试验结果表明，4个刈割时期中乳熟期干草产量最高、鲜干比最低，这与相关研究相吻合。研究表明，随着小黑麦植株生长，光合产物不断积累，干草产量呈现上升趋势，乳熟期达到最高[23]。随着植株生长发育，茎秆和叶片的水分逐渐下降，乳熟期鲜干比最低[24]。试验中发现不同刈割期之间鲜草产量的差异较小，可能是由于在生长前期(抽穗期)植株中水分占比较大，光合产物占比较小，水分对鲜草产量的贡献较大，生育后期虽然水分含量降低，但光合产物的贡献占比上升，因此不同刈割时期的鲜草产量浮动较小。在营养价值方面，3种牧草抽穗期的CP含量较高，乳熟期最低，这与牧草纤维素含量多少有关。抽穗期植株的纤维素含量较低，干物质中CP的比例较高，乳熟期相反。试验表明，开花期后，3种牧草的NDF和ADF含量以及DMD差异均较小。主要是因为，茎叶的纤维素、半纤维素以及木质素含量与植株的成熟度呈正相关[25]，小黑麦茎叶中ADF含量随生育期推进逐渐上升，而穗中ADF含量则逐渐下降[26]。

3.3 不同牧草种类间以及刈割时期×牧草种类互作效应间草产量和营养含量的差异

抽穗期小黑麦的株高、鲜(干)草产量与燕麦较为接近，但其营养价值以及DMD显著优于燕麦，其中CP含量高达19.71%，从而说明小黑麦具有优良的饲用品质[22]；抽穗期小黑麦的株高、鲜(干)草产量虽低于黑麦，但营养品质显著优于黑麦。开花期、灌浆期和乳熟期小黑麦的干草产量和营养品质均显著高于燕麦；虽然干草产量和DMD与黑麦无显著差异，但其CP含量显著高于黑麦，NDF和ADF含量显著低于黑麦，说明小黑麦营养价值高、适口性好。从而说明小黑麦的综合品质优于黑麦和燕麦。这主要是因为小黑麦叶量丰富，籽粒产量高，灌浆期以后随着籽粒形成、增大，在全株生物量中叶片与籽粒的占比高，而叶片和籽粒的CP含量高，ADF和NDF含量低[27]，因此，灌浆期和乳熟期小黑麦的NDF含量和ADF含量低于燕麦和黑麦，DMD高于二者[27]。Oba[28]研究表明，家畜对牧草的利用率和牧草的消化率显著正相关，体内消化率是评价牧草品质最重要的指标之一。试验研究表明，最佳刈割时期(乳熟期)小黑麦的DMD显著高于燕麦和黑麦，比燕麦和黑麦提高3%～7%，说明反刍动物对小黑麦的利用率高于黑麦和燕麦。

3.4 综合评价

在确定评级指标的选择方面，由于不同刈割时期牧草的含水量不同，因此，选择干草产量作为综合评价的指标更为合理。从不同刈割时期的综合评价分析看出，在甘南地区小黑麦的最佳刈割时期为乳熟期，这与马春晖[29]的研究结果一致。但有研究得出，小黑麦抽穗期综合评价的结果与乳熟期相近，最佳刈割时期为抽穗期。研究区域属于半干旱灌区，抽穗期水分充足株高较高，草产量也较高，而试验无灌溉条件，抽穗期小黑麦株高偏低，草产量较低，综合评价结果也较低。因此，小黑麦的刈割期与立地条件有很大关系。宫旭胤等[30]研究表明，饲用小黑麦品种在祁连山地区的产草量是当地种植加拿大燕麦的2倍，其消化率和适口性也优于加拿大燕麦，表现出优良的生产性能。周卫星[31]研究表明秋播小黑麦NSHW11、中饲237、NTH1048的草产量明显高于冬牧70和4R 507黑麦，冬春季节生长旺盛，品质优良。这与试验研究结果一致。