不同甜高粱品种(系)在甘肃旱作区的产量与营养品质比较

2021-06-18何振富贺春贵

草业科学 2021年5期

何振富，贺春贵，陈平，王斐

（甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃兰州730070）

国内外农业经济的发展实践表明，随着草食畜牧业的发展，特别是集约化、规模化的舍饲养殖业发展，饲草料缺口将进一步加大，利用传统农田，以种植粮食作物的精细方式种植饲草，即“把草当粮来种”，扩大饲草作物种植面积，是解决粗饲料短缺问题的重要或唯一有效途径[1]。我国黄土高原面积约6.4×105km2，跨山西、甘肃、青海、陕西省北部和宁夏回族自治区等省(区)，其沟壑纵横的山旱区占绝大部分，塬区和川区所占比例较少。这一区域的农业也正经历着由旱作农业为主导向以旱作舍饲草食畜牧业为主导的方向发展，加之该区域沟壑纵横，交通运输不便，选择优质、高产的饲草作物，扩大种植面积，可就近就地解决饲草需求，对发展舍饲旱作草食畜牧业意义重大。

甜高粱(sweet sorghum)是栽培高粱(Sorghum bicolor)中茎内多汁、茎内薄壁组织中能积累大量糖分的一个类群[2]。1851年，美国引进中国甜高粱琥珀(Amber)种植并逐渐认识到其作为饲料的价值[3]，先后引进其他甜高粱品种，作为饲用作物应用至今。因甜高粱抗旱、耐贫瘠、耐盐碱、生物产量高、光合能力极高[4]的特性，作为优良的饲料作物，具有营养价值高、适口性好的特点，在美国、印度、澳大利亚等多个国家和地区已被广泛种植[5]。如今，利用现代育种技术，现已培育出茎秆多汁、含糖的不同类型甜高粱，如传统非光敏型品种、光敏型高丹草品种及一些苏丹草品种，通过青贮、干草、青饲和放牧进行利用。我国在甜高粱饲料化应用方面起步较晚，主要针对适应性[6]，耐盐性[7]、海拔高度[8]、除草剂筛选[9]、刈割时期[10]、青贮加工[11]和饲喂价值[12]等方面开展了相关研究。但在以往的研究中多将不同类型的甜高粱放在一起比较研究[6,13]，针对传统非光敏型品种在甘肃山旱地区的研究未见报道。研究表明，品种在农业生产中的贡献率可达30%[14]，然而我国幅员辽阔，因地制宜引进筛选适宜当地气候条件的优良品种[15]，对保证高产优质饲草生产尤为重要。为此，本研究选择15个传统非光敏型甜高粱品种(系)，在甘肃省牛羊大县–东乡族自治县黄土高原山旱区梯田地对其适应性及表现进行研究，以期为优质饲用甜高粱在甘肃山旱区的推广应用提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4月–9月在甘肃省临夏回族自治州东乡族自治县高山乡洒勒村(35º70′46″N，103º54′88″E)进行。试验地处黄土高原丘陵地带，属温带半干旱气候区。全县海拔1 735～2 664 m，平均海拔2 199.5 m，年均气温6.4℃，年均降水量350 mm左右，年蒸发量高达1 387 mm，日照时数2 500 h以上，全年无霜期138 d左右。试验地为梯田，海拔2 078 m，播前0−20 cm土层土壤有机质12.2 g·kg−1,有效磷1.37 mg·kg−1，碱解氮36.4 mg·kg−1，速效钾308 mg·kg−1，pH 8.58，全盐量0.066%。作物生长期内降水量为346.40 mm，全年降水量为459.10 mm；≥ 0℃年积温3 214.4℃·d，≥10℃年积温2 511.3℃·d。

1.2 试验材料

试验选用15个甜高粱品种(系)，其中辽甜1号、辽甜3号和辽甜6号由辽宁省农业科学院国家高粱改良中心提供，陇甜高1号和陇甜高2号品系由甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所提供，晋甜杂3号和晋甜1401由山西省农业科学院高粱研究所提供，壮牧0018、壮牧9001、壮牧9006、壮牧79141、壮牧79152由百绿公司提供，2018JT-7由甘肃省农业科学院作物研究所提供，F968由中国科学院遗传与发育生物学研究所提供，能饲2号由河北农林科学院谷子研究所提供，这些品种(系)均为传统非光敏型甜高粱品种。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，以品种(系)为试验因素，共设15个处理，每个处理3次重复，每个小区为1个重复，共45个小区，小区面积为18 m2(6 m ×3 m)。翻耕整地时施肥量为尿素300 kg·hm−2、普通过磷酸钙1 200 kg·hm−2和磷酸二胺150 kg·hm−2，深翻整地、旋后铺膜，采用全膜双垄沟穴播(带宽100 cm，每带起底宽50 cm、高15～20 cm的小垄，两垄中间为播种沟。选用120 cm宽的地膜，边起垄边覆膜，膜与膜之间不留空隙，相接处用土压住地膜，每隔200 cm压土腰带)进行种植。种植密度为5 500株·hm−2(行距50 cm，株距24 cm)，间苗后每穴留苗1株，不去除分蘖，各小区种植6行，试验地四周设保护行。适时进行田间杂草防除，其他田间管理方式同大田生产。试验于4月25日播种，霜降前(9月20日)统一收获测产，按当地青贮饲料作物均在9月中下旬收获的惯例，各品种均在此时段同时收获，以筛选出符合当地耕作制度需求的品种，而没有按每个品种最佳收获期分别收获。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 产草量测定

产草量为单位面积土地上所收获地上部分的全部产量，以干物质重量为产草量指标。田间整株取样称鲜重后，切断至10～20 cm，用自封袋密封后送实验室测定水分及干物质产量(105℃恒重法)[16]。每处理各小区收获时，去掉两侧边行(两侧各1行)，收中间行数计产，留茬高度平均为10 cm。

收获时各品种所处生育阶段不同，其中辽甜1号、辽甜3号、辽甜6号、能饲2号、晋甜1401、壮牧0018、壮牧9006和陇甜1号均处乳熟期，晋甜杂3号、F968、壮牧79141和2018JT-7处开花期，壮牧9011、壮牧79152和陇甜2号处抽穗期。

1.4.2 品质指标测定

对各处理的植株分别进行取样测定分析，全部在收获时取样。结合前述的产草量测定，将测定完水分的干样混匀后，切断至1 cm，再次混匀，用旋风磨打碎(0.425 mm)处理，装入自封袋待测。样本送甘肃省农业科学院农业测试中心实验室测定。各营养指标测定和计算方法如下：粗蛋白(CP)参照GB/T 6432−1994[17]测定，中性洗涤纤维(NDF)参照GB/T 20806−2006[18]测定；酸性洗涤纤维(ADF)参照NY/T 1459−2007[19]测定；可溶性糖(WSC)采用氰化盐法测定[20]；总可消化营养物(TDN)计算得出[21]，计算公式为TDN= 81.38+ (CP×0.36) − (ADF×0.77)。

单位面积某种营养物质产量为计算得出，计算公式为：单位面积某营养物质产量=单位面积干物质产量×某营养成分含量。

1.4.3 综合评价

采用模糊数学隶属函数法对15个甜高粱品种(系)的不同性状指标进行综合分析[22-23]。

当该指标与生产性能正相关时，采用公式：

当该指标与生产性能呈负相关时，采用公式：

式中：Xij表示第i种类j指标的隶属函数值；X表示某一指标某一品种重复的相对值(平均值)；Xjmax和Xjmin表示某一指标15个品种(系)所有重复中的最大值和最小值[24]。最后求出同一甜高粱品种(系)各指标的隶属函数值累加后的平均值，并进行排序。

1.5 数据处理

采用Excel 2016进行数据处理和图表制作，DPS 9.50统计软件统计分析，均值间比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 营养成分含量的比较

各品种CP含量从高到低依次为辽甜3号>壮牧0018>壮牧79152> 壮牧9006>辽甜6号> 辽甜1号> 壮牧79141>壮牧9011 >晋甜1401>F968>2018JT-7>能饲2号> 陇甜高2号> 陇甜高1号> 晋甜杂3号。辽甜3号最高，为7.61%，晋甜杂3号最低，为5.57%，显著(P<0.05)的低于辽甜3号、壮牧0018和壮牧79152；其他各品种间差异均不显著(P>0.05)(表1)。

各品种NDF含量从低到高依次为晋甜杂3号<辽甜1号< 能饲2号< 2018JT-7< 晋甜1401<陇甜高2号< 陇甜高1号<辽甜3号< 壮牧0018<辽甜6号< 壮牧90060.05)(表1)。

表1 各品种营养成分含量的分析Table 1 Analysisof nutrient content in different cultrivars

各品种ADF含量从低到高依次为辽甜1号<晋甜杂3号< 辽甜3号< 陇甜高2号<能饲2号<晋甜1401<陇甜高1号< 壮牧0018< 辽甜6号<壮牧9006 <2018JT-7 0.05)(表1)。

各品种TDN含量从高到低依次为辽甜1号>晋甜杂3号> 辽甜3号> 陇甜高2号>能饲2号>晋甜1401>壮牧0018>陇甜高1号> 辽甜6号>壮牧9006 >2018JT-7 >F968>壮牧79141>壮牧9011>壮牧79152，其中辽甜1号为62.50%，极显著(P<0.01)高于2018JT-7、F968、壮牧79141、壮牧9011和壮牧79152，显著(P<0.05)高于晋甜1401、壮牧0018、陇甜高1号、辽甜6号和壮牧9006，与晋甜杂3号、辽甜3号、陇甜高2号和能饲2号间差异不显著(P>0.05)(表1)。

各品种WSC含量从高到低依次为2018 JT-7>陇甜高2号> 晋甜杂3号> 晋甜1401>辽甜3号>壮牧9011>陇甜高1号> F968>壮牧0018>辽甜1号>能饲2号> 壮牧9006>辽甜6号> 壮牧79152> 壮牧79141，其中2018 JT-7为27.77%，显著(P<0.05)高于能饲2号、壮牧9006、辽甜6号、壮牧79152和壮牧79141，与其他品种间差异不显著(P>0.05)(表1)。

2.2 营养物质产量的比较

各品种CP产量从高到低依次为壮牧79141>2018JT-7>辽甜3号>晋甜杂3号> 壮牧79152>壮牧9006>辽甜6号> 壮牧0018>F968>陇甜高2号>辽甜1号> 壮牧9011> 晋甜1401>陇甜高1号>能饲2号，壮牧79141为1.31 t·hm−2，虽然各品种CP产量高低不一，但差异并不显著(P>0.05)(图1)。

各品种TDN产量从高到低依次为晋甜杂3号>2018JT-7>壮牧79141 >辽甜3号>陇甜高2号>辽甜6号>壮牧9006>F968>壮牧79152>辽甜1号> 陇甜高1号 > 能饲2号> 壮牧0018> 晋甜1401>壮牧9011，晋甜杂3号为12.67 t·hm−2，与2018JT-7和壮牧79141差异不显著(P>0.05)，显著(P<0.05)高于辽甜3号、辽甜6号、F968、壮牧9006、壮牧79152、陇甜高1号和陇甜高2号，极显著(P<0.01)高于辽甜1号、能饲2号、晋甜1401、壮牧0018和壮牧9011(图1)。

图1 各品种营养物质产量比较Figure 1 Comparison of nutrient yield of different cultrivars

2.3 产草量比较

干物质产量从高到低依次为晋甜杂3号>2018JT-7>壮牧79141>壮牧79152>辽甜6号>壮牧9006>陇甜高2号>辽甜3号> F968> 陇甜高1号> 壮牧0018> 能饲2号> 辽甜1号> 晋甜1401>壮牧9011，晋甜杂3号干物质产量为20.63 t·hm−2，极显著(P<0.01)高于辽甜1号、能饲2号、晋甜1401、壮牧0018和壮牧9011，显著(P<0.05)高于F968和陇甜高1号，与其他品种差异不显著(P>0.05)(图2)。

图2 各品种产草量比较Figure 2 Comparison of grass yield of different cultrivars

2.4 牧草生产性能综合评价

采用模糊数学的隶属函数法，对供试的15个甜高粱品种(系)的产草量和营养价值进行综合评价，将各品种的CP含量、WSC含量、NDF含量、ADF含量和干物质产量的隶属函数值进行计算，取平均值。其中NDF含量和ADF含量为反隶属函数，其他均为正隶属函数。隶属函数均值越大说明该品种(系)的综合价值越高，综合生产性能越好，并对不同品种(系)的隶属函数均值进行排序。计算结果如表2所列，平均隶属函数值较高的品种(系)为晋甜杂3号、2018NJT-7、辽甜3号，分别为0.669、0.629、0.625，可以大面积在该地区种植；中等品种(系)为辽甜1号、陇甜2号、晋甜1401、壮牧0018、辽甜6号、陇甜1号、能饲2号，分别为0.597、0.592和0.564、0.548、0.516、0.504和0.502，这些品种(系)可在该地区适当种植；较差的品种为壮牧9006、F968、壮牧79141，分别为0.495、0.477和0.421，不建议在该地区种植。表现最差的品种为壮牧79152和壮牧9011，分别为0.391和0.350，不适宜在该地区种植。

表2 不同品种(系)隶属函数值Table 2 Membership function values of different cultrivars

3 讨论

3.1 主要营养成分含量和产量的比较

根据牧草质量标准，CP含量高、NDF和ADF含量相对越低的牧草其营养价值越高。相反，CP含量越低、NDF和ADF含量越高的牧草其营养价值越低[25]。本研究得出，各品种间主要营养物质含量差异明显，除ADF与TDN含量在各品种间的排序基本一致外，其余营养物质含量在各品种间的排序无规律，由于TDN含量是由CP和ADF含量两者计算得出，因此当CP含量数值差距较小时，TDN含量受ADF含量的影响更加明显，从而使各品种间的TDN与ADF含量排序基本一致。造成营养品质差异显著除了品种间的因素外，还应与各品种的生育期不同有关，何振富等[26]研究得出，同品种光敏型高丹草(Sorghum-sudangrass hybrid)的CP、ADF、NDF和TDN含量均随着生育期的不同而变化，刘建宁等[27]在高丹草的研究中也得出了相同的结论。本研究得出辽甜1号和辽甜3号CP含量明显高于同品种在新疆奇台县和玛纳斯县的研究结果[28]；本研究得出晋甜杂3号CP和WSC含量明显高于2012年全国高粱品种区域试验结果[29]；可以看出不同区域对同一甜高粱品种的营养成分也有很大的影响。甜高粱WSC主要贮存于茎秆中，茎秆的含糖量是衡量其品质的重要参数，这对于生产乙醇和青贮饲料至关重要[30]，含糖量是影响高粱青贮品质和适口性的一个重要因素[31]，对适口性和有机质消化率是否有影响还有待考究[32]，在营养成分TDN分析中，并没有考虑甜高粱含糖量较高这一事实，因此，本研究得出WSC含量较高的2018JT-7等品种(系)可作为青贮加工利用的优先选择。牧草单位面积的营养成分产量取决于其营养成分含量和干物质产量的共同作用，本研究得出，供试各品种CP和TDN的产量与其含量、干物质产量的排序均不一致，这是由于当两个品种某一指标数值相差不大，而另一指标数值反相相差较大时所至。这与何振富等[33]关于光敏型高丹草CP和TDN产量与干物质产量变化趋势一致的结果不一致，可能是品种类型不同或是地域不同所致，还需要进一步研究探讨。

从营养物质含量和营养物质产量上可以看出，甜高粱品质存在品种差异性和地域差异性[28]，因此发展甜高粱种植需因地制宜，将某一品种播在适宜的生长环境中是获取高质量甜高粱饲草的重要保证。

3.2 产草量的比较

不同品种的农作物遗传潜力不同，自然环境通过影响农作物遗传潜力的表达来影响作物的生长发育，最终影响作物的产量及品质[33]，本研究得出，在本试验种植条件下，供试各品种间的干物质产量存在显著性差异，郝正刚和魏玉清[34]研究也表明，同一地区的不同基因型之间产量存在差异。本研究得出的辽甜1号和辽甜3号产草量明显低于同品种冯斗等[35]在南宁的试验结果，明显高于再吐尼古丽·库尔班等[28]在新疆奇台县和玛纳斯县的研究结果，本研究得出晋甜杂3号的产草量与其在2012年全国高粱品种区域试验结果基本一致[29]，说明不同区域对同一甜高粱品种的生物产量影响明显。

3.3 综合评价结果探讨

综合试验结果来看，产草量和营养品质在各品种(系)间的表现并不一致，说明以单一某个指标评价其生产性能具有一定的局限性和片面性[36]，因而本研究基于各品种的产草量和养分含量指标，对不同品种(系)采用了隶属函数法进行评价。隶属函数法(subordinate function values analysis)[37-38]是一种较为常用的综合评价方法，可以对作物产量、品质等多个相关指标同时进行综合而全面的评价，可以系统、直观地对供试牧草品种做出评价，具有较好的说服力。本研究运用隶属函数法较为客观地评价了供试15个甜高粱品种(系)的生产性能。结果显示，晋甜杂3号、2018JT-7和辽甜3号的得分较高，各项指标和性状较好，适合试验地区或气候条件相近的地区种植。值得注意的是，通过隶属函数计算比较发现，虽然品种壮牧79141和壮牧79152的干物质产量表现较好，但其酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维在所有供试材料中表现最差，可溶性糖含量表现最低，综合分析后其隶属函数值也较低，说明运用隶属函数法对不同品种牧草进行综合评价是切实可行的[39]。