饲料型小黑麦品系的秸秆产量及其营养品质研究

赵方媛， 杜文华， 田新会

(甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心, 甘肃 兰州 730070)

农作物秸秆通常指成熟农作物收获籽实后剩余茎叶等部分的总称，主要有禾本科作物秸秆和豆科作物秸秆[1]。我国作物秸秆资源丰富，年产量已经超过9亿t，但秸秆的综合利用率不足1/4[2]。绝大部分秸秆被焚烧，造成资源浪费的同时污染环境[3-4]。秸秆作为一种丰富的生物资源，有离田产业化和秸秆还田循环2种利用方式，前者主要集中在新型能源化利用方面，如秸秆发电、秸秆沼气、致密成型燃料、纤维素乙醇等方面，后者包括秸秆直接还田和秸秆养畜过腹还田[5]。发达国家对秸秆的利用比较充分，基本杜绝了秸秆废弃与露天焚烧的问题，欧美各国一般将2/3左右的秸秆用于直接还田，1/5左右的秸秆被用做饲料[6]。

随着畜牧业迅速发展，饲料资源短缺问题逐渐凸显，秸秆由于来源广泛及价格低廉等特点，使其具有极大开发潜力，秸秆饲料的合理利用在一定程度上可以缓解饲料资源短缺的压力。秸秆饲料也是奶牛、肉牛和绵羊日粮中不可缺少的组分[7]。大力推进秸秆饲料化，不但可以作为家畜粗饲料的补充，还可以科学高效地利用资源，减少秸秆焚烧、保护大气环境[8]。然而，目前我国对秸秆的利用普遍重视度不够、秸秆饲用化专业程度较低、饲料化利用率较低、营养品质较差。因此，对牧草秸秆营养价值进行研究，并开发优质的牧草秸秆作为反刍动物粗饲料替代品可进一步解决秸秆资源浪费及饲料短缺等问题。

小黑麦(×TriticosecaleWittmack)是由小麦属(Triticum)和黑麦属(Secale)经过属间有性杂交和杂种染色体加倍而形成的新物种[9]。饲料型小黑麦由于籽粒产量高、营养品质好，作为家畜精饲料时具有较高经济效益[10]。收获籽粒后的小黑麦秸秆也具有较高营养价值，可以调制成干草或草粉饲喂家畜[11]。因此筛选秸秆产量高且营养品质好的小黑麦种质有助于实现小黑麦秸秆资源化和高附加值利用。但前人对饲料型小黑麦秸秆产量及营养品质方面的研究较少[12-14]。本试验拟通过研究18份饲料型小黑麦品系连续2年的秸秆产量以及秸秆的粗蛋白(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)和中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)含量，以及干物质消化率(dry matter digestibility，DMD)，以筛选产量高、品质较好的品系，为拓宽小黑麦秸秆废弃物利用途径提供重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年(A1)和2016年(A2)在甘肃省临洮农校农场(35°37′ N，103°87′ E)进行，海拔1 892 m，年降水量562 mm，无霜期 153 d，年平均气温 7.0℃，土壤为黑麻土，有灌溉条件，试验地肥力均匀，第1年前茬作物为玉米，第2年为小黑麦连作草地。

1.2 试验材料

本试验以临洮农校农场种子产量品比圃的18份小黑麦品系为材料，编号分别为Z1，Z3，Z5，Z6，Z8，Z9，Z12，Z19，Z21，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55；以甘农1号小黑麦(CK1)和新小黑麦5号小黑麦(CK2)作为对照。

1.3 试验设计

随机区组设计。条播，行距0.2 m，播种量按500万基本苗·hm-2计算而得，播种深度为4～5 cm，小区面积6 m2(2 m×3 m)。3次重复。播种期分别为2014年10月和2015年10月。

1.4 测定内容及方法

秸秆产量：完熟期齐地面刈割小区内所有植株的地上部分，田间晾晒，脱粒后获得秸秆，称重。

秸秆的营养品质及消化率：随机选取秸秆200 g，粉碎，过1 mm筛子，将样品混合均匀后，用于测定小黑麦秸秆各营养成分的含量。采用半微量凯氏定氮法测定粗蛋白含量，采用索氏浸提法测定粗脂肪含量，采用滤袋技术改进的范氏酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的方法测定酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量，采用瘤胃尼龙袋法测定小黑麦秸秆有效干物质消化率[15-16]。

1.5 灰色关联度的计算

将参试小黑麦种质中各指标的最佳值结合起来，形成一个“理想品种”[17]，设“理想品种”各指标所构成的序列为参考序列，记作X0(k)，以参试小黑麦种质各指标构成的序列为比较序列，记作Xi(k)，i为小黑麦种质，k为指标。首先采用初值法[17]对原始数据进行无量纲化处理，即所有指标数值除以相应的X0，再根据标准化处理的结果求出X0与对应Xi的绝对差值，然后由下列公式计算出参试小黑麦种质与“理想品种”之间的关联系数，关联系数由下列公示计算。

1.6 数据分析

采用软件Microsoft Excel 2010和SPSS19.0对不同小黑麦品系的秸秆产量及其营养品质进行方差分析，具有显著差异后用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

除年份间小黑麦种质的ADF含量无显著差异外，其余指标均有极显著差异，需进行多重比较(表1)。

表1 小黑麦种质秸秆产量和秸秆营养品质的方差分析Table 1 Variance analysis of straw yield and nutritional quality of different triticale germplasm

注：**表示差异达极显著水平(P<0.01)

Note:**indicate significant difference at the 0.01 level

2.1 秸秆产量

2.1.1小黑麦种质间秸秆产量的差异 如表2所示，参试小黑麦种质中，Z12的平均秸秆产量最高(14.04 t·hm-2)，除与Z21和Z41无显著差异外，显著高于其他小黑麦种质(P<0.05)；秸秆产量最低的是Z3(8.30 t·hm-2)，除与Z1，Z5，Z6，Z23，Z36，Z49，CK1和CK2无显著差异外，显著低于其他小黑麦种质(P<0.05)。

表2 小黑麦种质间秸秆产量的差异Table 2 Differences of the straw yield among triticale germplasm

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下表同

Note:Different lowercase letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

2.1.2年份间小黑麦秸秆产量的差异 从表1看出，年份间小黑麦种质平均秸秆产量的差异较大。2015年小黑麦的平均秸秆产量(11.15t·hm-2)显著高于2016年(9.89 t·hm-2)(P<0.05)。

2.1.3小黑麦种质×年份交互作用间秸秆产量的差异 由图1可知，在所有处理中，Z12A1的秸秆产量最高，为14.28 t·hm-2，除Z8A1，Z19A1，Z41A1，Z48A1，Z12A2和Z21A2外，显著高于其他处理(P<0.05)；秸秆产量最低的是Z3A2(6.267 t·hm-2)，除与CK2A1和Z6A2无显著差异外，显著低于其他处理(P<0.05)。

图1 种质×年份交互作用间小黑麦秸秆产量的差异Fig.1 Differences of the straw yield for the interaction of triticale germplasm and years注：不同柱形图间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters between column charts indicate significant differences of plant height at the 0.05 level

2.2 秸秆的营养品质

2.2.1小黑麦种质间秸秆营养品质的差异 不同小黑麦种质的CP、EE、ADF、NDF含量及DMD如表3所示，在参试的小黑麦种质中，Z36的CP含量最高(8.43%)，除Z5，Z6，Z9，Z30，Z35，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55和CK1外，显著高于其他种质(P<0.05)；其次为Z55(8.33%)；Z19的CP含量最低(5.05%)，与Z1，Z3，Z12，Z23和CK2之间差异不显著，显著低于其他种质(P<0.05)。20份小黑麦种质中，EE含量最高的是Z9(2.46%)，与Z1，Z5，Z23和CK1之间无显著性差异，显著高于其他种质(P<0.05)；其次为Z5(2.28%)；EE含量最低的是Z35(0.94%)，除与Z30，Z36，Z41，Z49，Z50无显著差异外，显著低于其他种质(P<0.05)。

由表3可知，参试小黑麦种质中，Z6的ADF含量最低(48.89%)，除与Z1，Z30和Z55无显著差异外，显著高于其他种质(P<0.05)；ADF含量最高的是Z19(57.75%)，与Z3，Z12，Z23，Z35，Z36和Z41之间无显著性差异，显著高于其他种质(P<0.05)。Z8的NDF含量最低(71.96%)，显著低于Z12，Z19，Z23和Z41，与其他种质间均无显著性差异；NDF含量最高的也是Z19(79.74%)，除与Z23无显著差异外，显著高于其他种质(P<0.05)。

就DMD而言，Z8的DMD最高(37.08%)，除与Z1，Z9，Z30，Z41，Z49，Z50和Z55无显著差异外，显著高于其他种质(P<0.05)；Z6的DMD最低(26.06%)，显著低于Z8，Z9和Z49，与其他小黑麦种质间均无显著差异(表3)。

2.2.2年份间小黑麦秸秆营养品质的差异 由表4可以看出，2016年的CP含量和NDF含量显著高于2015年(P<0.05)，但EE含量和DMD显著低于2015年(P<0.05)。

2.2.3小黑麦种质×年份交互作用间秸秆营养品质的差异 由表5可看出，CK1A2的CP含量最高(9.67%)，除Z6A2，Z30A2和Z49A2外，均显著高于其他处理(P<0.05)；CP含量最低的是Z19A2(4.58%)，除与Z23A2无显著差异外，与其他处理间均有显著性差异(P<0.05)。EE含量最高的为Z9A1(2.90%)，除与Z6A1无显著性差异，显著高于其他处理(P<0.05)；Z35A2的EE含量最低(0.65%)，除与Z49A1无显著差异外，显著低于其他各处理(P<0.05)。

Z6A2的ADF含量最低(46.88%)；Z12A1的ADF含量最高(59.47%)；其次为Z19A2(58.68%)。NDF含量最低的是Z8A1(67.02%)，显著低于其他处理(P<0.05)；Z19A2的NDF含量最高(82.78%)；其次为Z23A2，NDF含量为81.54%。

Z8A1的DMD最高(42.38%)；其次为Z1 A1(41.76%)；Z19A2的DMD最低(22.64%)，除与Z1A2，Z3A2，Z5A2，Z6A2，Z12A2和Z36A2无显著差异外，显著低于其他处理(P<0.05)。

表4 不同年份间小黑麦秸秆的营养品质及消化率Table 4 Nutritional quality and digestibility of triticale straw in different years

表5 种质×年份交互作用间小黑麦秸秆营养品质的差异Table 5 Differences of nutrition and digestibility in triticale straw between the interaction of germplasm and years

续表5

2.3 综合评价

利用灰色关联分析的方法研究参试小黑麦品系秸秆产量及其营养品质与“理想品种”之间的灰色关联度，以各指标的最佳值来构成“理想品种”，秸秆产量高反映出较好的生产性能，秸秆中CP和EE含量是决定品质的重要因素，NDF和ADF则是决定饲草适口性及消化率的重要因素。本试验中选取秸秆产量、秸秆CP、EE含量和DMD最高，及NDF和ADF含量的最低的小黑麦秸秆种质构成“理想品种”(X0)，X0的构建及各指标的权重见表6。按灰色关联理论要求，将所有参试小黑麦种质及其各指标视为一个灰色系统。计算出参试小黑麦种质与X0之间的关联度(表7)，最后根据关联度的大小来评价参试小黑麦种质优劣。由表7可以看出，在参试小黑麦种质中CK1处于中间水平，CK2的综合性状最差，Z9，Z12，Z55的综合性状好，Z3，Z19，Z23的综合性状差。

表6 “理想品种”的构建及各指标的权重Table 6 Establishment of the ideal variety and the weight of each parameter

表7 参试小黑麦种质秸秆产量及其营养品质与“理想品种”的关联度Table 7 Correlative degree of straw yield and nutritional quality between tested triticale and “ideal variety”

3 讨论

秸秆作为自然界最为丰富的可再生资源之一，利用高品质秸秆饲喂家畜可实现高附加值利用。小黑麦作为一种杂交而成的禾本科牧草，较强的抗逆性以及耐瘠薄能力使其能在环境较恶劣地区正常生长，并拥有较高草产量[18-19]。在陕西商洛高寒山区小黑麦长势良好，种子产量3 t·hm-2，最高达6 t·hm-2，是当地小麦和黑麦的2倍[20]。但有关小黑麦秸秆的研究较少，董卫民等[21]报道，小黑麦秸秆产量可达10.5～12.0 t·hm-2，为小麦的1.5倍左右。本试验结果表明，受遗传效力控制，不同小黑麦种质间秸秆产量存在显著差异，平均秸秆产量的变化范围为8.30～14.04 t·hm-2，与董卫民等[21]研究结果相近。小黑麦种质中Z12的秸秆产量最高，其次为Z41，Z3最低。纵观两年的秸秆产量变化，2016年秸秆产量明显低于2015年，这主要是因为该年份降雨偏少，也可能与小黑麦连作有关[22]。从种质和年份交互作用看，2015年Z12的秸秆产量最高，达到了14.28 t·hm-2，其次为2015年的Z41，2016年Z3的秸秆产量最低，为6.27 t·hm-2。综合考虑不同年份间小黑麦的秸秆产量，Z12和Z41较为突出。

玉米秸秆作为秸秆饲料的主要原料，中国通过加工处理或者直接用作饲料的秸秆还不到秸秆总量的10%。为了提升秸秆的饲用价值采取了许多加工处理方法，包括物理处理(切碎、高压蒸煮和膨化等)、化学处理(碱处理、氨化和氧化剂处理等)、生物处理(青贮、微贮和酶解等)等[23]，但这些方法存在处理过程复杂、产物污染环境、成本高或技术尚不成熟等缺点，都会限制秸秆饲料化进程。秸秆作为家畜重要的粗饲料，其营养价值和消化率等对家畜具有重要影响。因此，选择产量高，品质好的秸秆有利于提高秸秆利用率[24]。研究发现，成熟期收获饲用型小黑麦地上部并除去籽粒(用作精饲料)后，秸秆的蛋白质含量仍高于小麦、黑麦和部分燕麦青干草，可以制成干草或干草粉，进一步有效利用[25]。小黑麦作为新型饲料作物，不仅在秸秆产量方面研究较少，对秸秆营养品质的研究更少。佟桂芝等[11]认为，饲料型小黑麦不但秸秆产量高于小麦，收获籽实后秸秆的营养价值也高于小麦，饲用小黑麦80-177收获籽实后秸秆的粗蛋白含量为4.61%，脂肪含量为2.24%，粗纤维含量为33.46%。本试验表明，不同小黑麦种质秸秆的营养价值有较大差异，Z36的粗蛋白含量最高，达到了8.43%，Z19最低，为5.05%；Z9的粗脂肪含量最高，为2.46%，最低的是Z35(0.94%)；ADF含量的变化范围为48.89%～57.75%，其中含量最低的是Z6，含量最高的是Z19；NDF含量的变化范围为71.96%～79.74%，其中含量最低的是Z8，含量最高的也是Z19；在参试的小黑麦种质中，Z8的干物质消化率最高，为37.08%，Z6最低，为26.06%。相比佟桂芝等[11]的研究结果，本试验参试小黑麦种质的粗蛋白和脂肪含量较高，但NDF和ADF含量也较高，饲料中纤维性物质含量高意味着该饲料更不容易消化[26]，因此导致参试小黑麦的消化率较低。陶莲等[27]研究发现玉米秸秆中的NDF和ADF含量分别为63.32%和36.98%，将酶菌复合添加剂喷洒到秸秆中进行青贮发酵后纤维显著降低，因此在筛选出粗蛋白、脂肪等含量较高的品系后，可利用青贮等科学高效的方法降低纤维含量，改善饲料品质，提高营养物质的保存量及反刍动物瘤胃对秸秆营养物质的降解率。由于不同年份小黑麦生长期间降雨量和温度等差异较大，所以不同小黑麦种质的营养品质存在差异。2016年小黑麦秸秆的粗蛋白、粗脂肪及NDF含量均高于2015年，但干物质消化率则低于2015年，这可能与试验羊的体质有关。从小黑麦种质与年份的交互作用看，2016年Z6的粗蛋白含量最高，ADF含量最低；2015年Z9的粗脂肪含量最高，Z8的NDF含量最低，干物质消化率最高。

灰色关联分析是对系统变化发展态势进行定量描述和比较的方法，可较为真实和全面地反映人们对客观系统的实际认识程度[28]。本试验利用灰色关联度法对18个小黑麦品系进行综合评价，表明Z9，Z12，Z55的秸秆产量高，品质较好，可以用作草食家畜粗饲料，以提高秸秆综合利用率。

4 结论

参试小黑麦种质间、年份间、种质与年份的交互作用间的秸秆产量和营养品质均存在差异。综合考虑小黑麦的秸秆产量及其营养品质，参试小黑麦品系中Z9，Z12，Z55产量较高且品质较好，综合表现表现较佳，可作为草食家畜的粗饲料，以有效利用秸秆，并减少环境污染。