4个高丹草品种在江淮地区的生物学及营养学特性比较

李争艳，徐智明，师尚礼，贺春贵

(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/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； 2.安徽省农业科学院畜牧兽医研究所，安徽 合肥 230031)

高丹草(Sorghumbicolor×Sorghumsudanense)是高粱(Sorghumbicolor)与苏丹草(Sorghumsudanense)杂交的一年生禾本科作物，它聚集了高粱与苏丹草的优良特点，分蘖力强、再生性强，高产、营养丰富、抗旱节水、超晚熟、营养生长期长及收割期灵活，因而，具有广阔的饲料开发利用前景[1-2]。在我国高丹草种植及加工广泛，近年来国内外很多学者已经从高丹草的栽培育种、青贮加工、分子遗传等方面进行了相关研究。周亚星等[3]育成蒙农系列多个高丹草新品种，詹秋文等[4]在江淮地区成功选育出皖草系列品种，李团银等[5]选育出晋杂系列。高丹草以其独特优势成为了牧、渔养殖业的优良饲草，除了育成品种，很多学者也从高丹草引种、栽培种植技术、青贮加工等方面进行了相关研究，Ferreira等[6]对高丹草不同收获阶段及成熟阶段的营养价值进行了研究，Edwards等[7]对高丹草不同刈割管理下生长速率及营养价值进行了比较；何振富等[8]、李源等[9]研究了种植密度及留茬高度对高丹草生产性能的影响。近年来由于牧草种植的企业化生产，所需高丹草优质种子量激增，国内育成品种已无法满足需求，但国外优良品种相关的引种及栽培加工技术却有滞后，虽然已有研究表明国外的优良高丹草品种在干旱半干旱地区有很好的适应性[8，10]，但在雨量充沛的江淮地区相关报道较少。

江淮地区不同品种高丹草产量表现，刈割差异及相关营养品质变化情况仍不清楚。我国中部地区拥有丰富的水热资源，有利于高丹草的生长，在选择具有高生产潜力高丹草品种基础上，针对不同的品种制定相适应的生产管理方案及加工措施尤其重要。因此，以4个高丹草品种海牛Monster(HN)、帕卡Pa Kahuna(PK)、大卡Big Kahuna(DK)和高丹草BJ0603(GDC)为研究对象，观测不同品种生育期，利用灰色关联度法分析高丹草不同性状与鲜草产量高低的联系；测定不同生长期粗蛋白(CP)、粗灰分(ASH)、中性洗涤纤维(NDF)及酸性洗涤纤维(ADF)等指标，分析不同生长期营养生长及饲用品质等方面的变化。通过分析高丹草的生长变化规律，旨在为不同品种高丹草的应用推广、丰产栽培提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 材料和样地

1.1.1 试验地概况 2016年4～10月在安徽省五河县朱顶镇，秋实草业公司试验基地进行。基地地理位置E 117°26′～118°04′，N 32°55′～33°20′，海拔16 m，年降水量800～1 000 mm，年平均气温15.1℃，无霜期216 d，土壤类型为当地典型的黄潮土。播种前0～20 cm土层土壤pH 7.59，有机质21.00 g/kg,总氮1.79 g/kg，有效磷7.60 mg/kg，速效钾173.60 mg/kg。2016年试验农场降水与气温分布见图1。

图1 2016年秋实草业降水与气温分布Fig.1 Temperature and precipitation at the experiment station in 2016

1.1.2 供试品种 供试高丹草(Sorghumbicolor×Sorghumsudanense)品种分别为海牛(光敏型，Monster)、大卡[光敏型+褐色中脉brown midrib(BMR)型，Big Kahuna]、高丹草BJ0603(光敏型)，帕卡(光敏型，Pa Kahuna)，草种由百绿(天津)国际草业有限公司提供。

1.1.3 试验设计 采用随机区组设计，3次重复，试验小区13 m×6 m，行距40 cm，株距30 cm，深翻整地、穴播种植，密度15万株/hm2，前茬作物为苜蓿，4个品种统一施N 180 kg/hm2，P2O5240 kg/hm2和K2O 300 kg/hm2。刈割2茬的分别于2016年7月20日和9月20日进行，刈割1茬的于2016年9月20日进行，重复3次，留茬高度10 cm。整个试验期均不灌溉，苗期及拔节期各人工除草1次。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 物候期的观测 出苗期、拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、孕穗期、抽穗期、乳熟期、腊熟期以75%的植株达到各生育时期为标准。

1.2.2 农艺性状及草产量测定 各品种取30株进行农艺性状测定。株高取株丛由地面到株丛顶端高度，茎粗用游标卡尺测定，以植株主茎节间大茎为测定点，叶数为植株主茎的叶片数；叶重，植株主茎叶片的总重。测定单位面积(1.0 m×1.0 m)鲜草产量及其水分，计算出公顷标准鲜草(含水量为65%)，干物质产量用105℃烘箱杀青30 min，70℃烘干至恒重后测定地上部分干物质重量。鲜草产量为地上部分所有产量，刈割2次的为2次产量之和，刈割1次的为单次产量。

1.2.3 营养成分 不同品种不同生长阶段营养成分测定时取样为只刈割1茬植株，重复3次，样品取自植株地上部分，切碎混合均匀后进行各营养指标的测定。不同生长阶段在拔节前期，拔节后期及孕穗期，拔节前期选择样本播种后15 d采集，拔节后期选择在样本播种后40 d采集，孕穗期由于4个品种差异较大，因而，帕卡与大卡选择在样本播种后148 d采集，海牛与高丹草BJ0603选择在样本播种后68 d 及61 d采集。ADF、NDF采用改进滤袋法，CP采用凯氏定氮法，ASH采用马福炉灼烧法[11]，各成分由安徽省农业科学院畜牧兽医研究所饲料安全检测中心测定。

1.3 数据处理

试验数据计算与图表绘制采用Excel 2010进行；采用SPSS 15.0统计分析，P<0.05有统计学意义。采用单因素方差分析(ANOVA)和Fisher最小显著差异(LSD)检验进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同高丹草品种物候期

高丹草4个品种在大喇叭口期之前的物侯期表现相似，帕卡和大卡的出苗期要早于海牛和高丹草BJ0603，海牛与高丹草BJ0603小喇叭口期相比帕卡和大卡推迟2 d；到孕穗期4个品种拉开差距，海牛与高丹草BJ0603提前2个月达到孕穗期，而帕卡和大卡都在148 d才达到孕穗期。4个品种都能到达抽穗期，而帕卡和大卡无法成熟，海牛的生长期最长，可以达到腊熟期。4个品种均长势良好(表1)。

表1 不同品种高丹草生育期

注:PK(帕卡Pa Kahuna);HN(海牛Monster);DK(大卡Big Kahuna);GDC(高丹草BJ0603)，下同

2.2 不同品种鲜草产量及农艺性状灰色关联度分析

2.2.1 参试品种数据标准化 用灰色关联度法对4个品种的鲜草产量与农艺性状进行相关性分析，将4个品种的鲜草产量及相关产量性状视为一个整体，即灰色系统，设产量为参考系列X0，选取株高、茎粗、叶片数、叶重与高丹草产量紧密相关的性状，并依次用X1、X2、X3、X4表示，其中，品种名称序号用k表示，4个品种的每个性状组成为一个数列(表2)。

表2 参试品种各性状平均值

注:X1 株高;X2 茎粗;X3 叶数;X4 叶重;X0 鲜草产量，下同

2.2.2 数据无量纲化处理 由于不同性状因素的量纲不同，因而需要原始数据的标准化(性状数据列平均值除以该数据列)即无量纲化。其中，大卡无量纲化的值在序列X1(株高)中较大，大卡和帕卡无量纲化的值在序列X2(茎粗)中较大，海牛和高丹草无量纲化的值在序列X3(叶数)中较大，海牛和大卡无量纲化的值在序列X4(叶重)中较大，通过进一步计算各性状因素与鲜草产量相关性状的关联系数及关联度为了解鲜草产量与相关因素提供依据(表3)。

2.2.3 求关联系数 根据得出的不同性状因素无量纲化值，进一步求各品种鲜草产量与各性状因素的差值绝对值，即Δi(k)=︱X0(k)-Xi(k)︱(表4)。表4可以得出最小绝对差值minimink|x0(k)-xi(k)|=0.019 0

表3 数据无量纲化处理

minimink|x0(k)-xi(k)|=0.005和最大绝对差值maximaxk|x0(k)-xi(k)|=0.492 1，ρ为分辨系数，取值为0～1(通常取值为0.5)。利用关联系数公式(表5).

ξi(k)=

计算出品种与各形状参数关联系数ξi(k)，试验结果见表5。

表4 产量参考系列X0与各参考系列Xi的绝对差值

注：Δi绝对差值

表5 X0与Xi ( i = 1,…4)在k点上的关联系数

注：ξi关联系数

2.2.4 灰色关联度 将高丹草产量及相关性状视为1个灰色系统，按照灰色理论对关联度比较数列与参考数列进行分析，进行灰色关联度分析计算关联度：

式中：ri为关联度;n为品种数。关联度反映了构成该系统的各性状组成的比较数列和参考数列间的密切程度，关联度大的序列与参考序列的关系最为密切，关联度小的序列与参考序列的关系较远。X1(株高)与产量的关联度最大，为 0.916 5，其次是X4(叶重)的关联度为0.791 2，说明，高丹草株高和叶重是决定产量高低的最为密切的性状(表6)。

表6 产量与各主要性状的关联度

2.3 刈割次数与草产量变化关系

刈割1次不同品种鲜草产量顺序依次为高丹草BJ0603>海牛>帕卡>大卡，高丹草BJ0603显著高于(P<0.05)其他3个品种；标准草产量顺序依次为帕卡>高丹草BJ0603>大卡>海牛，其中，帕卡与高丹草BJ0603显著高于海牛；干物质产量，帕卡与高丹草BJ0603显著高于海牛与大卡(P<0.05)，高丹草与帕卡，海牛与大卡之间差异不显著(P>0.05)。刈割2次鲜草产量变化趋势与刈割1茬相似，不同品种刈割2次的鲜草产量顺序依次为高丹草BJ0603>大卡>海牛>帕卡；刈割2次标准草产量各品种间差异显著(P<0.05)，高丹草BJ0603显著高于其他3个品种(P<0.05)；所不同的是，帕卡鲜草及标准草产量一直较低，而干物质产量却又显著高于海牛及大卡，但与高丹草BJ0603差异不显著(P>0.05)。不同品种高丹草在不同刈割处理时，刈割2次的鲜草产量高于刈割1次处理，而标准草和干物质产量却略低于刈割1次的产量。刈割2次的帕卡鲜草产量虽然不高，但干物质量要优于海牛及大卡(表7)。

表7 不同高丹草品种的草产量

注：同列不同小写字母表示同一指标不同处理差异显著(P<0.05)

2.4 不同品种不同生育期营养成分的变化

2.4.1 ADF含量 在拔节前期依次为帕卡>海牛>大卡>高丹草BJ0603；在拔节后期趋势相同，帕卡与海牛显著高于高丹草BJ0603(P<0.05)，孕穗期差异增大，帕卡>海牛>大卡>高丹草BJ0603，所有品种ADF含量均随着生育期的增加而增加(图2A)。

2.4.2 NDF含量 在拔节前期排列顺序为帕卡>大卡>海牛>高丹草BJ0603；在拔节后期，各品种间差异趋势与拔节前期完全一致；在孕穗期4个品种差异减小，帕卡与大卡显著高于海牛与高丹草BJ0603 (P<0.05)。NDF含量变化趋势也随着生育期的增加而增加(图2B)。

图2 不同品种不同生长期的营养成分Fig.2 Comparison of nutrients in different cultivars at different growth stages (mean±SE,n=3)

2.4.3 CP含量 在拔节前期，4个品种差异显著(P<0.05)，排列顺序为高丹草BJ0603>海牛>大卡>帕卡；随着生育期的增加，到达拔节后期，4个品种CP含量无显著差异(P>0.05)；孕穗期，CP含量达到峰值，海牛与高丹草BJ0603含量最高；CP含量在各生育期变化趋势不一致，帕卡、海牛、大卡随着生长期的延长，含量增加，高丹草BJ0603的CP含量先降低后增高，因此，在利用高丹草时，可根据不同品种CP的变化来确定其最佳收获期，以便得到CP含量较高的饲草(图2C)。

2.4.4 Ash含量 在拔节前期大卡显著高于其他3个品种(P<0.05)；在拔节后期，4个品种排列顺序为大卡>帕卡>高丹草BJ0603>海牛；到孕穗期，大卡显著高于帕卡与高丹草BJ0603，海牛显著低于其他3个品种(P<0.05)。不同品种茎秆中ASH的含量在同一生育期有差异，随着生长期的延长变化比较规律，从拔节前期到孕穗期呈下降趋势(图2)。

3 讨论

3.1 不同品种间生育期比较

江淮地区拥有丰富的水热资源，对种植饲料作物有巨大的潜力，而且江淮中部奶业发展呈现出产业化及规模化效应，选育营养价值高的牧草品种作为江淮地区饲料作物尤其重要。牧草的生育期受到内外很多因素的影响。高丹草的引种在我国北方地区，如甘肃陇东地区[12]，宁夏固原[13]等地，10月均处于营养生长期，在收获期仍然没有抽穗，整个生育期无法达到生殖生长，甘肃武威地区，在霜冻前，高丹草仍处于营养生长期[14]，王保全等[15]发现西南地区的高丹草引种也无法完成生殖生长，三峡库区甜高粱为晚熟品种，较少开花。与前人的研究相似，研究发现除了海牛之外，其他3个品种高丹草在江淮地区也无法完成生殖生长，符合高丹草特性，而海牛具有较长的生长期也与前人研究相似[16]，在北方海牛的生长期较长，但只能进入开花期，无法达到孕穗期，而在江淮地区却能达到腊熟期，这可能由于地区差异引起。总之，引进的4个高丹草品种在当地春季播种均能正常生长，除海牛外均不能完全成熟。

3.2 不同品种间农艺性状与鲜草产量的关系研究

很多影响因素都制约着高丹草的产量，如品种的株高、叶长、叶宽、茎粗、叶重、分蘖数、单株重、栽培密度等。为了克服单一性状评价品种优劣的弊端，近年来灰色关联度分析法广泛应用于农业研究[17-18]。研究用灰色关联度法分析了高丹草产量与主要农艺性状的关系，结果表明影响高丹草产量的主要因素是株高和叶重，而何振富等[16]的研究报道，产量受株高影响较小，主要受到叶片及单秆重的影响，这可能是由于饲草产量受多种农艺性影响[12]，像种植密度、栽培方式、留茬高度等对高丹草生长发育与产量都有影响[8，19-20]。研究表明影响鲜草产量的主要因素是株高和叶重，因此，在江淮地区，要提高高丹草品种产量，关键在于制定合理的水肥管理，提高株高和叶重，而其他反映品种的产量和品质优劣的参数还有待进一步的研究。

3.3 草产量对品种及刈割次数的响应

高丹草产量在很大程度上受到品种的影响[21]，因而选择合适的品种增加产量尤为重要。4个品种中，高丹草BJ0603的鲜草产量、标准草产量、总干重均最高，而帕卡鲜草产量并不突出，但标准草产量及干物质产量显著高于海牛和大卡，且标准草产量及干物质产量帕卡与高丹草BJ0603差异不显著(P>0.05)。4个品种的鲜草产量、标准草产量和干物质产量均差异显著(P<0.05)，鲜草产量顺序为高丹草BJ0603>大卡>海牛>帕卡。

高丹草产量与收获茬次有很大关系[7]，不同品种高丹草全年刈割2次的鲜草产量高于刈割1次，但标准草产量及干物质产量刈割2茬反而要小于刈割1茬，这与何振富等[16]的报道相一致。陆景标等[22]比较了5个高丹草品种的生物学及产量水平，发现不同品种的草产量差异主要发生在地2、3次刈割后。试验从收获期和高丹草的生物量分析，收获2茬的草产量要低于1茬，这与徐怀中等[13]在固原的试验结果一致。可能是由于江淮地区7～8月份该地区气温最高时期，而且降水量很高，第2茬高丹草生长时容易造成高丹草的高温热害及渍害，进而影响高丹草的产量与品质，2016年当地8月与10月雨量均超过同期均值，受到雨量影响，很多株高丹草出现倒伏现象，草产量及品质受到影响，同时也说明几个品种耐涝能力不强。因而，从产量分析，江淮地区高丹草的种植适合收获1茬。

3.4 不同品种不同生育期营养成分的变化趋势

高丹草各品种从拔节前期到孕穗期，茎秆中ADF，NDF和CP的含量呈上升趋势；ASH 的含量总体上呈直线下降的趋势。其中CP、NDF的含量变化趋势与李源等[9]的研究结果一致。何振富等[16，23]等研究结果表明，随着高丹草生长期推进，其CP含量降低，NDF逐渐增加；Ferreira等评估了4个不同成熟阶段收获的高丹草营养价值发现，随着成熟度的增加，干物质含量呈线性增加，CP含量呈二次型变化，最大值估计为55.8 d，杂交品种br800、brs810(bmr)和brs802的成熟期越长，其NDF含量的二次效应越明显，最大值分别为播种后62.0，61.7和60.4 d[6]；不同生育时期饲草的营养价值和干物质产量之间存在较大差异，越幼嫩的饲草适口性越好，营养价值高，但干物质产量较低；与其他的研究结果不同的是，江淮地区几个高丹草品种CP含量随生育期的推进而增加，到孕穗期达到最大值，是因为江淮地区进入4月后气温最高、降雨量骤然升高，容易造成高丹草的高温热害及渍害，因而不利于CP的积累，所以CP含量峰值错后。接近成熟期饲草的干物质产量较高，但营养价值较低[6]，因而需要根据不同生长期营养的动态变化选择合适的收获时间。通常，随着饲草生育天数的增加，饲草干物质积累量逐渐增加，而粗蛋白含量却逐渐下降[24]。因此，只有在某一特定生育时期，干物质积累量和粗蛋白含量之积，即蛋白质产量达最大时进行刈割收获，才能获得较高的营养价值和饲草产量，而这一时期也就是牧草的最佳刈割时期[25]。帕卡和大卡成熟较早，海牛和高丹草BJ0603品种较晚，在孕穗期CP含量较高，这与何振富等[16]的研究结果不同，是由于地区差异引起的，海牛与高丹草BJ0603在江淮地区能够进入成熟期，因而后期植株营养成分要高于过早结束生育期的帕卡与大卡。因而，为获得较高的营养价值和饲草产量，江淮地区海牛和高丹草BJ0603收获期应选择在孕穗期，而帕卡与大卡可以提前收获。

4 结论

引进的4个高丹草品种均能在江淮地区种植且长势较好，营养生长周期长，是适合青饲或青贮的优质牧草资源；影响鲜草产量的主要因素是株高和叶重，因此，在江淮地区，要提高高丹草的产量，关键在于制定合理的水肥管理，提高株高和叶重；高丹草的品种不同对全株的产量、干物质含量、营养成分等都有显著影响；综合产量、营养含量等因素，江淮地区种植高丹草，适合刈割1茬，海牛和高丹草BJ0603收获期应选择在孕穗期，而帕卡与大卡可以提前收获。