饲用谷子在环渤海盐碱旱地的生产性能及饲用品质评价

谢 楠，刘振宇，冯 伟，智健飞，李 梦，杜姿璇，刘忠宽 *

(1.河北省农林科学院农业资源环境研究所，河北省肥料技术创新中心，河北 石家庄 050051；2.河北省农林科学院，河北 石家庄 050031)

河北省是我国草食畜牧业大省，平原农区虽然是规模化草食动物养殖的主要区域，但水资源匮乏极大限制了农业的可持续发展。黑龙港地区地下水严重超采，同时，河北省分布有一定面积的盐碱地，占该省总耕地面积的10.4%[1]。有效利用大面积的盐碱地，对于生态环境的改善和国民经济的发展都具有重要的战略意义。筛选、利用优质耐盐作物品种是利用、改良、控制盐碱地的有效途径[2]。从产业结构、资源有效利用、生态区域布局等多角度综合考虑，环渤海盐碱旱地发展草牧业意义重大。优质饲草的种植是推动草牧业健康稳定发展的物质基础，不仅为奶业提供优质饲草料、节约精料用量、缓解我国蛋白饲料的供需矛盾、保障国家粮食安全，还能促进区域农业的可持续发展[3]。

谷子(Setariaitalica)是起源于我国的传统作物，具有抗旱、耐瘠、水分利用率高、抗逆性强、适应性广的特点，是干旱半干旱地区的优势作物[4]。谷子作为专用型饲草在美国已有160多年的历史，在雨养农区更是主要的饲草作物[5]，在美国中西部地区，谷子作为夏季饲草作物栽培，与冬小麦轮作来增加土地的生物产量[6-7]。近年来，谷子作为饲草作物生产优质饲草在我国发展迅速，并成为一个新的产业[8]。饲用谷子营养价值高、适口性好，适于青饲、调制干草、青贮等多种利用形式，作为一种夏季饲草，在雨养农区逐渐受到越来越多种植户的认可，并发展成为主要的饲草作物。

谷子根据利用目的不同，分粮用和饲用两种。作为粮用，立足各生态类型区对不同品种进行的适应性评价、筛选相关报道较多；而作为饲草利用，相关试验研究较少。智慧等[9]在张家口塞北牧区以谷子干草饲用品质性状作为测定指标，对47个谷子品种进行性状分析。任晓利等[10]在石家庄市藁城区对17个饲用谷子品种农艺性状和品质进行评价研究。林在隆等[11]对21份谷子品种在赤峰的试验筛选出了‘九谷11’和‘沁谷三’可作为饲草品种种植。而在环渤海盐碱旱地条件下进行适宜饲用谷子品种的引进筛选研究尚未见报道。环渤海盐碱旱地土地资源相对较多，光热资源丰富，土壤类型多为盐碱和滩涂地，在此发展饲草作物种植，既可以缓解人畜共粮的矛盾，还可以提高中低产田的土地利用效率[3]。针对环渤海盐碱旱地的实际特点，在品种选择上应将抗逆性与高产、优质相结合考虑。有关饲草作物品种的筛选和评价一般从产量和营养成分指标等方面进行，产量也是衡量作物生产性能的重要指标。李波等[12]、穆锋海等[13]、闫亚飞[14]的研究表明，株高、单株绿叶数、叶面积与产量呈正相关关系，茎数和茎叶比与产量密切相关。丁成龙等[15]在研究中指出蛋白质含量和可溶性碳水化合物和消化率为评价饲草品质的重要指标。张郑伟等[16]也指出，品质与粗蛋白和粗脂肪含量正相关，与中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量负相关。而饲用谷子在生产性能和营养成分综合评价上，没有规范的指标体系。因此，本研究在产量、农艺性状、抗倒性、营养成分等各项指标分析的基础上，进行了生产性能及饲用品质综合评价，旨在挖掘该区域条件下品种的生产潜力，为生产上选择综合性能好的品种提供理论依据，也为环渤海盐碱旱地饲用谷子的栽培育种、应用推广提供一定的理论及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试饲用谷子品种共计23个，详见表1。

表1 参试饲用谷子品种Table 1 The information of the tested forage millet varieties

续表1

1.2 研究方法

1.2.1试验地概况 试验于2016年6月～2017年10月分2个生长周期在黄骅市中科村的国家牧草产业技术体系沧州综合试验站(38°29′46.9″ N，117°33′16.9″ E)进行，海拔2.3 m。该地属暖温带大陆性季风气候，因临渤海而略具海洋性气候特征，四季分明，夏季潮湿多雨、冬季寒冷干燥；全年平均降水量567 mm，且65%的降水集中在7～8月。年平均蒸发量1 980.7 mm，年平均气温12.5℃，年平均日照时数2 700 h，无霜期210 d。试验地土壤为潮土，20 cm耕层土壤基础养分含量为有机质15.75 g·kg-1，碱解氮86.10 mg·kg-1，速效磷6.68 mg·kg-1，速效钾297.00 mg·kg-1。土壤含盐量0.3%，pH值8.3。

1.2.2饲用谷子生长期降水量统计 饲用谷子2016年和2017年生长期累积降水量分别530.0 mm和557.5 mm，年际间相差不大(图1)。5月份降水偏少，各年均在50 mm以下，6月份气温升高降水增多，达到100 mm左右，7～8月份降水量显著增多，尤以8月份最多，两年该月降水量均在210 mm以上。饲用谷子生育后期降水极少，2017年9月份出现了干旱无降水情况，10月份降水量在85 mm左右，较上年度明显偏多，异于往年。此外，从多年当地降水分布规律可知，该区域7～8月份是集中降水期，65%的降水集中于此，此时期也正是饲用谷子的营养生长关键期，而两年该时期平均降水量为357.5 mm，与多年统计的368.6 mm相差不大，因此连续开展2年试验基本可消除降水量对试验综合评价结果的影响。

图1 2016-2017年饲用谷子生长期各月降水量Fig.1 Monthly precipitation of the forage millet growth period for 2016-2017 year

1.2.3试验设计 采用随机区组设计，3次重复，小区面积20 m2(行长5 m，宽4 m)，行距25 cm，每小区播种16 行，条播，播量30 kg·hm-2，播深2～3 cm。试验地四周设置2 m宽的保护行。试验在雨养条件下进行，只在2016年播种前施入复合肥(N-P2O5-K2O含量为：20%-26%-8%)750 kg·hm-2。

1.3 测定指标与方法

1.3.1生育期 调查不同品种饲用谷子进入不同生育期的时间生长发育状况，记录抽穗期、开花期、乳熟期、蜡熟期。抽穗期和开花期以50%的植株达到某一生育期为标准，乳熟期和蜡熟期以80%的植株达到某一生育期为标准，在接近某一生育期时需每天进行观测，分别记载。

1.3.2生产性能指标测定方法 草产量：每小区均在开花期收获，收获时选取小区一半面积，去掉边行和两侧各50 cm行头，对剩余面积全部刈割进行测产，之后折算成公顷产量。并通过品种的鲜干比折算干草产量。

株高：每小区随机取10 株，于刈割时分别测量从地面至植株最高部位的高度，计算平均值。

茎叶比：每小区分别随机取鲜草样10 株左右，将其茎、叶分开，穗部包括在叶内，105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重后称重，计算茎叶比(茎质量/叶质量)。

鲜干比：每小区随机取10 株左右鲜草样称重，105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重后称干草样重，之后比较得出鲜干比(干/鲜)。

叶面积：每小区随机选取5株，测量全部植株的绿叶面积，按照叶面积(cm2)=(叶长×叶宽)/1.3的公式计算[17]，之后折算成单株叶面积。

叶片数：调查叶面积的同时，记载5株植株的所有绿叶片数，计算单株绿叶片数。

茎数：每小区刈割测产前，统计测产面积内全部植株茎数。

抗倒性：按照无(0)、轻(25%)、中(30%)、重(50%)的四级调查标准进行。植株倾倒45度以上为倒伏。

1.3.3营养成分指标测定 可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量测定采用蒽酮-硫酸法[18]；粗灰分(Crude Ash)含量测定采用马福炉550℃灰化法测定；粗蛋白质(Crude protein，CP)含量采用凯氏定氮法测定[19]；粗脂肪(Ether extract，EE)含量采用索氏提取法测定[20]；中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)含量和酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)含量采用范式洗涤纤维法测定[21]。

1.4 生产性能评价

隶属函数法和标准差系数赋予权重法利用不同品种各单项指标的平均值进行综合评价。

1.4.1数据标准化 运用隶属函数对各指标进行标准化处理，公式如下：

(1)

公式(1)中：Xj表示第j个综合指标值；Xmin表示第j个综合指标的最小值；Xmax表示第j个综合指标的最大值。根据公式(1)计算每个品种不同指标的隶属函数值。

1.4.2权重确定 采用标准差系数法(S)，用公式(2)计算标准差系数Vj，公式(3)归一化后得到各指标的权重系数Wj。

(2)

(3)

公式(2)中：n表示品种个数；Xij表示某个品种的第j个综合指标值。

1.4.3综合评价值 用公式(4)计算各品种的综合评价值D。

(4)

1.5 粗饲料品质评定指数

粗饲料分级指数(Grading index，GI2009)采用GI(MJ·d-1)[22]以奶牛为饲养对象，计算公式：

GI=NEL×VDMI×CP/NDF；

VDMI=1.2×BW/NDF；

NEL(禾本科牧草)=[1.085-(0.0124×ADF)]×9.29。

式中，VDMI(kg·d-1)为饲草干物质随意采食量；NDF(%)为中性洗涤纤维含量；NEL(MJ·kg-1)为产乳净能值；CP(%)为粗蛋白含量；ADF(%)为酸性洗涤纤维含量；CP,NDF,ADF含量以干物质为基础；BW以奶牛体重600 kg计。

1.6 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2007进行数据处理及作图，运用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同饲用谷子的生育进程比较

2016年‘赤谷16’、‘HG001’、‘衡谷15号’、‘大同37号’、‘豫谷18号’和‘张杂谷13号’等6个品种在6月10日播种，其余17个品种均在6月2日播种，2017年供试各品种均在5月25日播种，同期播种的各品种生育进程相差较大(表2)。‘张杂谷13号’、‘张杂谷16号’和‘张杂谷10号’生育进程相对较快，抽穗期较‘武安莠谷杂交-1-1’和‘邯郸莠谷-11’品种提前20天之多。各品种抽穗期至开花期大约需要7天左右。因品种本身特性差异，生育进程不同品种间和同一品种不同年际间均差异较大，以‘赤谷16’为例，开花至乳熟时间两年度相差13天，年季间的差异与当年的气温变化有一定关系。‘大同37号’、‘张杂谷13号’、‘张杂谷16号’、‘张杂谷10号’、‘豫谷18号’、‘承03-992’和‘衡谷15号’等7个品种生育进程快，9月20日之前就已成熟，属早熟品种。‘武安莠谷杂交-1-1’、‘邯郸莠谷-11’、‘印90-39’、‘长治早熟2号’、‘古川粟’和‘安矮096’等6个品种10月7日左右相继成熟。各品种两年度的生长期相差较大，因品种而异，大约相差10天。‘武安莠谷杂交-1-1’、‘邯郸莠谷-11’和‘长治早熟2号’品种生长期长，需要130天以上，属晚熟品种。

表2 不同饲用谷子生育进程的比较(月-日)Table 2 Comparison of growth period among different forage millet (Month-Day)

续表2

2.2 不同饲用谷子的产草量及其相关性状指标的比较

在植株生长的开花期分别进行了饲草产量及其相关性状指标的测定(表3)。

各品种在鲜、干草产量指标下均呈显著差异(P<0.05)，‘武安莠谷杂交-1-1’鲜、干草产量最高，分别达到了50 025.50 kg·hm-2和12 174.92 kg·hm-2，‘印90-39’、‘HG001’、‘古川粟’、‘印度0907’、‘邯郸莠谷-11’的鲜、干草产量均相对较高；‘张杂谷16号’、‘张杂谷13号’和‘张杂谷10号’低于其他供试品种，产量表现相对较差。

供试品种在不同农艺性状指标下均呈显著差异(P<0.05)(表3)。株高是影响饲用谷子产量的一个重要性状，植株茎秆相对较高更便于产量的提升。在23个饲用谷子比较试验中，有6个品种的株高均高于145 cm，这6个品种中，‘印90-39’、‘HG001’和‘邯郸莠谷-11’饲草产量也较高，不同品种间最高(‘太选2号’)较最低(‘张杂谷13号’)品种高出49.3%，相差较大。

单株叶面积和单株绿叶片数是与饲草作物产量直接相关的重要指标，‘印90-39’单株叶面积较大，高于其他品种，其单株绿叶数也较多。‘武安莠谷杂交-1-1’、‘安矮096’、‘K3201’这3个品种单株叶面积和单株绿叶数均相对较高，且品种间差异不显著。‘大同37号’单株叶面积最低，为393.60 cm2，未达到最高品种的1/2，仅与‘印度0907’和‘晋汾02’差异不显著，与其他各品种差异均达显著水平(P<0.05)。一般单株叶面积高的品种，鲜草产量也相对较高。

不同品种茎叶比品种间变化幅度在0.99～1.77之间。‘赤谷16’、‘太选2号’和‘HG001’茎叶比较高，均达到了1.70以上，且3品种间差异不显著。茎叶比高茎秆干重远大于叶干重。‘张杂谷16号’和‘张杂谷13号’茎叶比较低，接近于1，茎秆量与叶片量相当。

‘晋汾02’鲜干比最高(0.28)，其后的‘HG001’和‘邯郸莠谷-11’鲜干比为0.27，且2个品种间差异不显著。‘张杂谷10号’、‘张杂谷13号’、‘张杂谷16号’和‘安矮096’鲜干比则较低。鲜干比高的品种干物质含量相对较多，鲜干比低，鲜草含水量高。

在盐碱旱地种植，不同品种的茎数变化幅度在96.00～231.59 万个·hm-2之间，品种间相差较大。‘衡谷15号’和‘赤谷16’的茎数相对较高，能达到224 万个·hm-2以上，‘C264’最低，‘印90-39’和‘安矮096’的茎数也相对较低，不足最高品种的1/2。

对品种的抗倒性在植株生长期间进行了多次的田间调查，结果(表3)显示，受天气影响，2016年‘赤谷16’、‘印90-39’和‘安矮096’有重度倒伏，‘HG001’、‘大同37号’和‘印度0907’中度倒伏，‘邯郸莠谷-11’、‘长生06’和‘古川粟’轻度倒伏，其他各品种抗倒性较好；2017年各品种均无倒伏现象发生。抗倒性对于高杆饲用作物来说至关重要，茎秆直立抗性好更便于产量、品质的提升和田间机械化作业。

2.3 不同饲用谷子的营养成分分析

对盐碱旱地种植的23个饲用谷子品种进行了营养成分指标测定。不同品种饲用谷子可溶性碳水化合物(WSC)含量、粗脂肪(EE)含量、中性洗涤纤维(NDF)含量、酸性洗涤纤维(ADF)含量、粗蛋白(CP)含量、粗灰分(Ash)含量差异均达到了显著水平(P<0.05)(图2)，品种间变化幅度相差较大。同一品种在不同单项指标下的变化趋势无明显的规律性。

表3 不同饲用谷子的产量性状、农艺性状、抗倒性比较Table 3 Comparison of yield traits，agronomic traits and stress resistance different forage millet

图2 不同饲用谷子品种营养成分指标的比较Fig.2 Comparison of the nutrient composition index different forage millet varieties

2.4 不同饲用谷子的生产性能及饲用品质评价

为避免单一指标的片面性，本试验将产量性状与农艺性状指标相结合，采用标准差系数赋予权重法，综合评价了供试品种的生产性能。结果(表4)显示，供试品种的综合评价值顺序为：‘HG001’>‘赤谷16’>‘邯郸莠谷-11’>‘武安莠谷杂交-1-1’>‘印90-39’>‘印度0906’>‘安矮096’>‘太选2号’>‘印度0907’>‘长生06’>‘晋汾02’>‘衡谷15号’>‘古川粟’>‘K3201’>‘饲草4号-4’>‘长治早熟2号’>‘大同37号’>‘C264’>‘豫谷18号’>‘承03-992’>‘张杂谷13号’>‘张杂谷10号’>‘张杂谷16号’。评价值越高，表明该品种的生产性能越好。

对供试品种的饲用品质采用粗饲料分级指数(GI)进行评价并排序(表4)。各品种的粗饲料分级指数(GI)之间存在显著差异(P<0.05)，‘承03-992’、‘饲草4号-4’品种GI值高于14；‘衡谷15号’、‘豫谷18号’、‘大同37号’、‘邯郸莠谷-11’、‘K3201’GI值相对较高，变化幅度在12.49～13.72之间，且品种间无显著差异；‘安矮096’、‘印度0907’、‘张杂谷16号’和‘张杂谷10号’的GI值相对较低，仅是最高品种的1/2，尤以‘武安莠谷杂交-1-1’最低。一般粗饲料分级指数(GI)越大，品质越高[22]。

综合各饲用谷子的生产性能及饲用品质，以‘邯郸莠谷-11’、‘衡谷15号’、‘印度0906’、‘太选2号’表现较好。

表4 不同饲用谷子的生产性能及饲用品质综合评价Table 4 Evaluation of the production performance and forage quality different forage millet

3 讨论

试验研究得出，环渤海盐碱旱地区域种植饲用谷子具有较高的产量和品质，然而，饲用谷子在该地区的发展空间问题决定了其是否具有一定推广性。该地区粮食作物有冬小麦、饲草作物饲用小黑麦、绿肥作物毛叶苕子，这3类不同作物的播种时间为9月中下旬[23]，适宜收获时期一般为次年5月中下旬[24]或6月初；而本研究通过对饲用谷子生育进程的调查表明，饲用谷子5月下旬至6月上旬均可播种，因品种而异，最晚刈割期可在9月中旬。饲用谷子的生长季节正好可与当地粮食作物冬小麦、饲草作物饲用小黑麦、绿肥作物毛叶苕子等在时间、空间上达到合理搭配，形成饲用谷子-冬小麦、饲用谷子-饲用小黑麦、饲用谷子-毛叶苕子等不同复种模式，既解决了饲用谷子的发展空间问题，又可提高中低产田土地利用效率。因此，从生育进程来说，饲用谷子在该地区具有一定的推广潜力。

产量是饲草生产中的重要指标，也是饲草作物生产潜力评价最有效的方法。本研究结果表明，供试23个饲用谷子的鲜草产量及干草产量分别介于27 821.78～50 025.50 kg·hm-2和6 124.13～12 174.92 kg·hm-2之间，其中‘武安莠谷杂交-1-1’、‘印90-39’、‘HG001’等11个品种的鲜草产量高于任晓利等[10]关于饲用谷子研究的报道结果(19.81～39.07 t·hm-2)，23个饲用谷子中超过1/2的品种干草产量高于牛振刚等[25]对饲用谷子在开花期刈割的产量报道结果(8.51 t·hm-2)，可能与所选择的品种、刈割期、外界环境及土壤条件差异有关。株高是植物生长发育状况和产量潜力的重要指标[26]，是反映牧草生产性能的主要指标之一[27]。本研究中，各饲用谷子的株高介于105.70～157.77 cm之间，多数品种的株高低于杨秀芳等[28]的研究结果(1.52～2.00 m)，可能与品种和生境条件有关。叶片是植株进行光合作用和营养物质积累的重要器官，叶产量很大程度上决定了饲草的营养物质含量和适口性[29]，因此，茎叶比、单株绿叶数、单株叶面积均可作为衡量饲草经济性状的重要指标。供试品种中，‘印90-39’、‘K3201’、‘衡谷15号’茎叶比较低，单株绿叶数和单株叶面积较大，茎叶比的变化范围与任晓利等[10]的研究结果相近。茎数对饲用谷子的生产性能提高具有一定的作用，也是植株分蘖能力的反映。供试品种中，‘赤谷16’、‘HG001’、‘邯郸莠谷-11’茎数较高，草产量也相对较高，这与闫天芳等[30]的研究结果一致，但是‘武安莠谷杂交-1-1’、‘印90-39’品种茎数相对较低，而草产量较高，可能与株高和其他性状指标有关，因此对品种的客观评价需进行综合指标的分析。

饲草的营养价值主要由粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分等指标来表示，这些营养物质的含量直接关系到饲草品质的优劣[31]。本研究对饲用谷子的CP含量、NDF含量、ADF含量、EE含量、Ash含量、WSC含量进行测定，发现供试品种各指标间均有显著差异。本研究中供试饲用谷子CP含量介于6.20%～10.05%，NDF含量及ADF含量分别介于48.50%～65.04%和35.11～50.68%，其中CP含量略低于，NDF含量及ADF含量均高于任晓利等[10]报道的灌浆初期饲用谷子(CP含量:7.50%～11.81%；NDF含量39.95%～62.05%；ADF含量14.73%～27.91%)，不同指标变化幅度的差异可能与品种、刈割期、外界环境有关，且任晓利等[10]研究中不同品种CP，NDF和ADF含量差异也呈极显著。供试饲用谷子EE含量的变化幅度在0.91%～4.24%之间，均小于5%，从而不会对反刍动物的消化功能产生影响[29]。饲用谷子Ash含量介于9.53～15.38%，与智慧等的[9]研究结果基本一致(8.5%～15.6%)，高于成熟期的饲用谷子(6.98%～8.34%)[28]，这可能与不同刈割期有直接关系。WSC含量可以促进饲草中营养物质的合成和积累，供试饲用谷子WSC含量介于1.5%～7.03%之间，‘长生06’最高，‘太选2号’最低，两者相差5.53%。本研究供试品种各指标间的差异可能与自身遗传特性有关[30]。

正确评价各品种的生产性能对于饲草的育种及推广工作至关重要。利用标准差系数赋予权重的综合评价方法在饲草抗逆性评价[32-33]、苜蓿生产性能评定[34]等已有应用，但在饲用谷子多个品种的综合评价方面未见报道。通过本研究结果可以看出，该方法通过权重处理，得出D值，根据D值大小进行综合评价，方法合理、简便可行，适用于较多品种的综合评价，能比较全面的反映出品种生产性能优劣，其结果与品种试验表现相一致。由此表明，标准差系数赋予权重法可为以后饲用谷子生产性能综合评价及相关研究提供借鉴。

本研究中某些品种在生产性能和饲用品质的排序结果差异较大，‘武安莠谷杂交-1-1’、‘安矮096’、‘印度0907’生产性能好而饲用品质差；‘承03-992’、‘饲草4号-4’、‘豫谷18号’、‘大同37号’和‘张杂谷13号’则反之。可将这些品种应用于种质资源选择上，利用不同品种的优异特性，作为高产、优质饲用谷子育种的种质中间材料。同时，本研究中同一品种在不同种植年份其抗倒性差异较大，除与当年外界气候环境条件有关外，还与品种本身的抗倒伏特性有关，对于品种之间所表现出的抗倒性差异及其倒伏程度对产量的影响，也需在以后的试验中做进一步的研究。此外，由于本研究重点讨论的是降水量对不同品种综合评价试验结果的影响，因此未分析降水量对单个品种或某个性状指标的影响，有关因降水量差异对单个品种或某个性状指标的影响需要在以后的试验中进行深入分析。

饲用谷子首次在环渤海盐碱旱地区域种植，并未与当地当季其他饲草的种植效益相对比，在以后的试验中，需进一步挖掘不同年份气候背景下饲用谷子的生产潜力，使种植效益最大化。

4 结论

在环渤海盐碱旱地通过生产性能、抗倒性及饲用品质的综合评价，结果表明：饲用谷子在环渤海盐碱旱地种植具有可行性，筛选出的‘邯郸莠谷-11’、‘衡谷15号’、‘印度0906’、‘太选2号’综合评价较好，更适宜在该区域种植、推广、利用。研究结果可为优化该区域饲草品种选择，多元化种植结构及草牧业的发展提供技术支撑。