亚热带典型红壤丘陵地区饲用杂交构树生长动态

吴照祥，李彦强，刘巧丽，李辉虎，钟永达，刘 杰，余发新

(江西省科学院生物资源研究所，330096，南昌)

0 引言

构树属于荨麻目桑科的多年生落叶阔叶乔木，自然分布于我国大部分地区和东南亚，是一种典型的乡土树种和先锋植物[1]。构树有着悠久的开发历史，是一种多用途资源植物，集绿化、饲料和药用功能于一身[2]，具有速生、适应性强、分布广、易繁殖、热量高、轮伐期短等优良特性，表现出较高的生态、社会和经济价值[1]。杂交构树是中国科学院植物研究所沈世华博士在野生构树的基础上结合常规育种和现代育种方式获得的具有极高饲用价值的创新优质树种。杂交构树继承了野生构树的诸多优良特性，还表现出了超出野生构树的一些性状特征，其叶片粗蛋白、粗脂肪以及钙含量都有显著的提高。根据《中国饲料成分及营养价值表》数据，杂交构树叶片多项饲用指标都显著高于1级苜蓿，具有更高的营养价值，是一种优良的饲料资源[3]。杂交构树饲料还是一种广谱性饲料资源，可以应用于如猪、牛、羊等大型牲畜[4]，也可以应用于鸡、鸭、兔等小型畜禽，甚至可以应用于龟、鳖、鱼等水产养殖[5]。

2014年底，杂交构树产业扶贫工程在全国扶贫工作会议上获得批准，成为国家十大精准扶贫工程之一，亦是十大工程唯一的林业类种植项目，该工程在2015年就开始部分省区试点，并逐步推广到全国各适应地区，因此构树迎来了历史上最好的发展机遇，已经形成新兴发展的种养殖业。然而杂交构树种植产业在我国刚刚起步，在种植密度、水肥管理、病虫害防治以及采收加工等方面都还缺乏有效的科学论证和技术开发。目前，杂交构树在山东、河北、河南、内蒙古以及安徽北部等平原地区普及推广，也取得了非常不错的经济效益。调研发现，山东地区杂交构树的种植密度为6 000～9 000 棵/hm2，全部实行机械化收获，除第一茬生长周期较长外(约60 d)，其他茬期都在40 d左右，每年总共收获4茬。杂交构树生物学产量在前2年稍低(60～75 t/hm2)第3年开始基本稳定在90～120 t/hm2[6]。目前，杂交构树在我国北方平原地区的种植以良田种植为主，存在一定的“与人争粮”的矛盾，虽然有一定的种植面积是基于不适合主粮生产的边际土地。我国广大的南方地区以丘陵地貌居多，尤其像江西、福建和贵州等省份，大面积土地不太适合水稻等主粮作物种植，而该地区诸如年积温、年降水量、无霜期等水热条件明显优于北方，非常适合发展杂交构树种植产业。另外，由于国际油价的不断攀升，像饲草一类的泡货运输成本较高，直接增加了我国南方养殖业的成本压力，饲草本地化是解决南方养殖业高成本的唯一出路，所以我国南方丘陵地区杂交构树高效栽培技术开发成为现阶段构树扶贫项目重要任务之一。目前，杂交构树对我国南方水热条件的适应性以及生长状况都还不甚清楚，有待开展进一步深入研究。

杂交构树作为重要的饲料原料，其应用方式多种多样，可以直接粉碎喂食，也可以烘干粉碎制成颗粒料，而更多的是通过微生物参与的深度发酵进一步提升其营养价值[7]。杂交构树饲用方式跟植物体幼嫩程度、木质素含量、能量密度等紧密相关[8]，另外饲料发酵还受到原料水分以及碳氮比等因素的影响[9]。所以，不同收获期杂交构树各个构件水分含量、碳氮比等问题的深入研究有助于更好的对其开发利用。本研究就是针对典型亚热带红壤丘陵地区，开展杂交构树适应性引种试验，并研究其各个构件不同收获期生物量积累以及水分含量、碳氮比的动态变化，结合能值和灰分含量的测定，掌握杂交构树原料能量水平、灰分含量与其碳氮养分含量间的关系，以期为进一步增强刈割和田间管理措施以及杂交构树原料利用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于江西省南昌市黄马乡江西省科学院试验基地(28°22′N，116°1′E)。该地区位于中亚热带温润季风气候区，常年平均温度17.5℃，年平均日照1 574.1 h，年平均降水量为1 662.5 mm，无霜期275 d。丘陵缓坡地居多，土壤类型以砖红壤为主，其理化性质(0～20 cm表层土壤)为：pH值4.4，电导率0.724 mS/cm，有机质20.43 g/kg，全氮0.89 g/kg，有效磷13.27 mg/kg，速效钾112.01 mg/kg。

1.2 试验材料

试验所用杂交构树母树为中国科学院植物研究所沈世华研究员提供的组培苗，参考“1+5”的育苗策略，即1代组培苗+5代扦插苗保证种苗质量的同时快速提供种苗的生产方式，选择长势较好的1年生半木质化枝条采用扦插的方式获取种苗材料，于开春后选择长势一致的健壮种苗进行移栽，试验所用杂交构树种苗株高和基径分别约为10 cm、1.5 mm。土地翻耕平整后，于2017年4月2日按照70 cm×80 cm的株行距进行种苗移栽，生长过程没有进行任何处理，包括除草、施肥以及喷洒农药，每隔2个月进行一次取样。分别于6月2日、8月2日和10月2日随机收获60株，每20株为一个重复，量取株高后沿地面10 cm处进行收割，将叶片和茎秆分开。经105℃杀青30 min后，置70℃下烘干至恒重，粉碎后用于碳氮含量、能值以及灰分含量等指标的测定。

1.3 测定方法

于每个收获时间节点，收获杂交构树前对其株高、基径进行测定。株高采用钢卷尺进行测量；基径采用电子数显游标卡尺进行测量。样品收获后采用称重法分别测定叶片和茎干含水率。植物叶片和茎干粉碎过0.25 mm孔径筛后采用碳氮自动分析仪(Vario EL III，德国)测定，并根据总碳和总氮含量计算出C、N比值。按照高温灼烧法测定杂交构树叶片和茎干样品灰分含量。

1.4 数据统计分析

应用Excel 2010软件进行数据分析及绘图，借助应用统计分析软件SPSS 18.0进行独立样本t检验，确定各个时间节点样品间各指标差异显著性，并对灰分含量与氮含量以及总能含量与碳含量之间的相关性以及显著性水平进行分析。

2 结果与分析

2.1 杂交构树形态指标

在亚热带典型红壤丘陵地区，4月初移栽的杂交构树在6月初、8月初和10月初其株高分别达到43.21 cm、100.18 cm和131.68 cm，而其基径分别达到4.82 mm、10.62 mm和19.20 mm(图1)。随着生长时间的延长，植株株高和基径都显著增加，其中植株株高增加速度先增加后降低，而基径增加速度呈现持续增加趋势，这表明杂交构树逐步由前期的纵向生长主导向横向生长主导过渡。

图1 不同收获时间杂交构树株高与基径

2.2 杂交构树茎叶生物量积累与含水量

在亚热带典型红壤丘陵地区，杂交构树从4月初到10月初，随着茎干和叶片生物量的逐步增加，其含水率呈现出下降的趋势，其中茎干含水率的下降更加剧烈，叶片的含水率从6月初的72.28%下降到10月初的65.36%，而茎干含水率则从6月初的70.70%下降到10月初的43.35%(图2)。

图2 杂交构树茎叶生物量积累和含水率

2.3 杂交构树茎叶碳、氮含量

针对碳含量而言，随着种植时间的延长，杂交构树不管是叶片、茎干还是全株都是呈现逐步上升的趋势，并且茎干碳含量都显著高于叶片。杂交构树叶片氮含量显著高于茎干，两者随时间的变化规律恰恰相反，叶片含氮量先上升后下降，而茎干是先下降后上升。随着种植时间的增加，杂交构树整株碳含量呈现上升趋势，而氮含量呈现下降的趋势。杂交构树茎干碳C/N显著高于叶片，不管是叶片、茎干还是全株其C/N随时间的变化规律都与其N含量变化规律截然相反(图3)。

2.4 杂交构树茎叶总能含量以及总能量

在不同收获时间点，杂交构树茎干总能含量显著高于叶片，其中茎干总能含量随时间增加逐步上升，而叶片变化不明显。杂交构树全株总能含量是早期增加较快，后期趋于稳定。杂交构树全株总能量逐步增加，从6月初的161.24 kJ/株增加到10月初的2 561.12 kJ/株(图4)。

2.5 杂交构树茎叶灰分含量

从6月初到8月初，叶片的灰分含量从8.75%显著增加到12.60%，而茎干则从7.76%显著降低到3.34%(图5)。杂交构树全株灰分含量变化规律跟茎干较为一致。不管是叶片、茎干还是全株，从8月初到10月初其灰分含量都没有发生明显的变化。

3 结论与讨论

本试验针对亚热带典型红壤丘陵地区，开展杂交构树引种栽培试验，并观察杂交构树各个构件生物量积累，研究其水分、碳素、氮素等含量的动态变化，分析杂交构树饲料原料能量和灰分与其碳氮元素含量之间的相互关系。为了更好地检验杂交构树对这一区域水热条件的适应性，试验所选地块土壤较为贫瘠，并且试验过程中没有进行任何的肥料和农药施用措施，故在生产力表现上远不如前人报道[10]。杂交构树种植前2年生物学产量普遍偏低[6,11]，这也是本试验杂交构树生物学产量偏低的重要原因，株高和基径的表现跟生物学产量一致。然而，10月份树高能够达到150 cm，并且2个月的生长树高也能达到50 cm左右(图1)，从植株形态表现来看杂交构树对试验区域的水热条件具有较好的适应性。杂交构树茎叶氮素含量动态变化分析表明，试验地区水热条件下该树种对土壤养分元素特别是氮素的需求随季节的不同而变现出较大的变化(图3)，8月份植物氮素含量达到最大值，特别是叶片的氮素含量达到3.48%，这预示杂交构树生长旺盛期需要适当补充氮肥以满足其养分需求。本试验仅仅分析了杂交构树氮素的动态变化，没有对其他养分元素开展研究，需要进一步设计实验探索杂交构树对磷、钾和其他微量元素的需求规律，为其高效栽培田间管理尤其是肥料施用提供理论支持。

图3 杂交构树茎叶碳、氮含量

图4 杂交构树茎叶总能

图5 杂交构树茎叶灰分含量

构树叶的植物粗蛋白含量、营养价值较高，反刍动物与草食性鱼类直接饲喂新鲜构树叶效果较好，但是单胃动物及家禽对其营养物质的利用率较低[12]，大量养分随粪便排出，制约了构树饲料的进一步开发利用。构树叶利用率与粗纤维含量、蛋白质结构以及抗营养因子含量有关，可以通过深度发酵将结构复杂的蛋白质分解成可利用的氨基酸等，且产生的大量芳香族化合物，能够增加其适口性[13]。原料水分含量以及碳氮比是影响饲料发酵过程的重要因子[14]，本试验中杂交构树全株碳氮比稳定30左右(图3)，非常适合发酵过程的进行，有利于减少养分的损失，因此杂交构树可以直接鲜料投喂也可以进行发酵后饲用，是一种优良的广谱型饲料原料。

作为一种广谱饲料原料，杂交构树的能量和灰分含量也是衡量其营养水平的关键指标，本试验发现杂交构树总灰分与氮素含量以及总能含量与碳素含量之间呈现显著的线性正相关关系(图6，P<0.05)，表明随着杂交构树能量含量随着碳水化合物积累逐渐增加，而粗灰分含量也随着氮素含量增加而增加。因此，为了获得较高的氮素含量必然引起粗灰分的增加，所以需要根据相应行业标准对其进行最优选择。

图6 粗灰分与氮含量以及总能含量与碳含量之间的相关性

通过引种栽培试验发现，杂交构树对亚热带典型红壤丘陵地区水热条件具有较好的适应性，若能结合有效田间管理将取得较好的经济效益。在考虑总灰分和氮素含量的基础上，还要进一步结合合理密植、高效施肥、适时收获等田间管理措施，更好地发挥杂交构树自身生长规律和土地生产能力，攫取最优社会、经济效益，助力扶贫项目顺利实施。