刈割高度与施氮量对饲料桑全株产量及营养品质的影响

2021-11-22王红林左艳春严旭周晓康寇晶杨希智郭俊英蒲军张浩仁杜周和

草业学报 2021年11期

王红林，左艳春，严旭，周晓康，寇晶，杨希智，郭俊英，蒲军，张浩仁，杜周和，*

（1. 四川省农业科学院牧业研究中心，四川南充637000；2. 四川省农业科学院蚕业研究所，四川南充637000；3. 仪陇县畜牧站，四川南充637600）

我国桑树（Morus alba）种质资源丰富，种植面积居世界首位。桑叶是桑树最主要的产物，千年以来几乎只被用于家蚕饲养［1］。近年来，蚕桑产业不断谋求多元化发展，饲料桑就是其产业发展的重要方向［2］。饲料桑经草本化栽培后连枝带叶收获，具有生物产量高［3］，营养丰富且均衡的特点，是目前我国南方地区优质植物蛋白饲料来源之一，其所含丰富的生物活性物质对提高动物机体免疫力［4］，减少或免除抗生素的使用，改善畜禽产品的品质和风味［5］具有重要作用。目前，饲料桑作为畜禽饲料的应用发展迅速，已在多种畜禽养殖中利用且效果显著［6］。深入开发饲料桑饲用价值不仅可以缓解南方高蛋白饲料短缺的问题，还能提高其经济价值。王雯熙等［7］对29 种桑叶营养价值研究表明，桑叶具有粗蛋白含量高（221. 5～323. 8 g·kg−1）、纤维含量低（213. 6～361. 7 g·kg−1）、富含微量元素等特性，适宜做饲料。周婵等［8］对重庆地区15 种饲用桑树不同生长期粗蛋白含量的动态分析表明，饲料桑蛋白含量高，不同生长期粗蛋白含量变幅为13. 44%～22. 41%，随生长期的延长呈降低趋势。黄先智等［9］研究表明，饲料桑‘丰驰’（M. albacv.‘fengchi’）在60～80 cm 刈割时粗蛋白含量为16. 50%～17. 00%，全株鲜草总产量为67. 81 t·hm−2。赵卫国等［10］研究表明，‘丰驰’在40～70 cm 时刈割，鲜草产量高低与采收次数有关，年刈割5 次时产量最高，为40. 05 t·hm−2，不同处理下蛋白质含量为19. 50%～24. 20%。王红林等［3］研究表明，饲料桑‘特优2 号’（M. albacv.‘teyou No. 2’）在70 cm 左右时刈割鲜草产量和粗蛋白含量与种植密度有关，最大值分别为84. 93 t·hm−2和16. 60%；相对饲用价值（relative feed value，RFV）为128. 19～141. 93。氮肥对作物产量及品质均有一定影响［11］。刘刚等［12］研究表明，合理施肥可以有效抵抗桑叶衰老，改善桑叶品质，延长其生长期，且桑树对氮肥的需求旺盛，氮磷钾施肥比例约为3∶1∶2 时较为适宜。陈荣强等［13］研究表明，饲料桑产量与施肥密切相关，施肥组产量是不施肥组的3. 47 倍，同时施肥可以加快饲料桑生长速度。前人的研究主要集中在不同饲料桑品种间产量和品质的差异及刈割高度、施肥量等单因素对饲料桑产量和品质的影响，未考虑刈割高度和施肥量双因素联合作用的影响，且未考虑连续多年的动态变化。本研究连续3 年调查刈割高度与施氮量双因素联合作用对饲料桑产量、品质动态变化的影响，并对不同刈割高度和施氮量处理下饲料桑的饲用价值进行综合评价，旨在为饲料桑的优质、高产、高效栽培提供理论支持。

1 材料与方法

1. 1 试验材料和试验地概况

‘川饲桑1 号’是四川省农业科学院蚕业研究所选育的适宜海拔2000 m 以下种植的饲料桑新品种，2020 年4月通过四川省非主要农作物认定委员会认定，认定编号：川认桑2020001。试验地位于四川省南充市顺庆区潆溪镇（E 106°12′，N 31°12′），海拔280 m。该区属于亚热带湿润性季风气候，年日照时数1051 h，全年太阳总辐射量2538 kJ·m−2，年平均气温17. 4 ℃，极端最高气温41. 2 ℃，极端最低气温−2. 6 ℃，≥10 ℃年总积温5204. 8 ℃，全年无霜期298 d，年均降水量>1000 mm。土壤pH 值7. 0～8. 4。紫色土，0～20 cm 土层pH 7. 5，土壤有机质42. 8 g·kg−1，全氮（N）5. 2 g·kg−1，硝态氮178. 8 mg·kg−1，速效钾（K2O）163. 7 mg·kg−1，有效磷（P2O5）11. 9 mg·kg−1。

1. 2 试验设计

采用二因素随机区组设计，刈割高度及施氮量（纯N）均设置3 个水平（表1），具体处理组合见表1。株高长至各设定高度时连枝带叶刈割测产，留茬5～10 cm。2015 年秋季育苗，2016 年3 月选取大小基本一致的植株按株行距33 cm×40 cm 移栽，每hm2栽苗74600 株。小区面积3 m×5 m，随机排列，3 次重复，小区间距1 m。

表1 刈割高度及施氮量水平设置Table 1 Cutting height and nitrogen fertilizer rate level

磷、钾肥使用量各小区相同，分别为148 kg P2O5·hm−2和128 kg K2O·hm−2。2016 年H1、H2共刈割3 次，H3刈割2 次，氮肥和钾肥在每次刈割后第3 天施入，磷肥分两次施入，分别在不同高度的第1 和最后一次刈割后施入。2017 和2018 年H1、H2均刈割4 次，H3刈割3 次。氮肥和钾肥在刈割后第3 天施入；磷肥分2 次施入，分别为：刈割4 次的在第2 和4 次刈割后施入；刈割3 次的在第1 和3 次刈割后施入。每次刈割空园后如遇杂草疯长，及时除草。

1. 3 性状测定

每个小区除边行外随机挂牌定株5 株作为刈割期调查及取样对象，每个处理15 株。每次刈割时统计调查各处理的挂牌植株高度（主枝高度）、总分枝数、主枝粗、主枝叶片数、单株重。干物质含量：将每区取得的单株样品枝剪至4～5 cm 长度，与叶分别装袋称鲜重，实验室105 ℃条件下杀青30 min，65 ℃烘干后称重计算。小区产量：每小区除去四周边行，剩余各株全部刈割称重，折算为每公顷产量。

1. 4 品质分析

取2018 年第1 次刈割的各高度植株样品作为分析对象。范氏法（Ankom 2000i 全自动纤维分析仪，美国）测定中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）。凯氏定氮法（海能K9860）测定粗蛋白（crude protein，CP）、索氏法（Ankom XT15i，Fairport，美国）测定粗脂肪（ether extract，EE）、高温灼烧法（陶瓷纤维马弗炉TL2012，北京中科奥博科技有限公司）测定粗灰分（crude ash，CA），结果以干物质为基础的平均值表示。

1. 5 综合评价

采用模糊数学隶属函数法对各处理的饲用价值进行综合评价［14］。先计算出每个饲用价值指标的隶属函数值，然后求同一处理下不同指标的隶属函数平均值，数值越大，说明该处理下的饲用价值越好。隶属函数值X1，X2计算公式为：

式中：Xab表示a处理下b指标的实测值，bmax和bmin分别表示指标中的最大值和最小值。其中，鲜草产量、干草产量、粗蛋白、粗脂肪与饲用价值呈正相关，用X1表示；中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分与饲用价值呈负相关，用X2表示。

1. 6 统计分析

采用Excel 2010 录入数据并做初步计算和隶属函数分析；SPSS 20. 0 软件的一般线性模型进行不同处理的显著性分析，Duncan 法进行均值多重比较，以P<0. 05 和P<0. 01 作为差异显著和极显著性判断标准。

2 结果与分析

2. 1 不同处理对建植期饲料桑全株生物量的影响

在不同刈割高度和施氮量处理下，建植期（2016 和2017 年）饲料桑全株产量具有极显著差异（表2）。同一年份内不同处理下的饲料桑鲜草产量存在显著性差异，建植第1 年饲料桑生长较慢，生物产量较低，各处理下的产量变幅为29. 60～38. 91 t·hm−2，H2N3处理下产量最高，是最低产量（H3N1处理）的1. 31 倍；第2 年各处理产量较第1 年明显增加，各处理下的产量变幅为48. 73～65. 56 t·hm−2，在H2N3处理下产量最高，是最低处理H1N1的1. 35倍。在刈割高度一致的情况下，产量均随着施氮量的增加而升高，均表现为N3>N2>N1。在施氮量相同的情况下，鲜草产量随着刈割高度的增加呈先增加后减少的趋势，其中，2016 年3 种施氮量下表现为H2>H1>H3。

2. 2 不同处理对丰产期饲料桑年全株生物产量的影响

饲料桑建植第3 年（2018 年）进入丰产期，产量较前2 年明显增加（表2）。刈割高度和施氮量对饲料桑鲜、干草产量均有极显著影响，刈割高度与施氮量交互作用对饲料桑鲜草产量有极显著影响，但对其干草产量影响不显著。在刈割高度一致的情况下，随着施氮量的增加鲜草产量均表现为N3>N2>N1；干草产量略有差异，在H1处理下为N3>N1>N2，在H2处理下N1与N2之间差异不显著，在H3处理下，干草产量随施氮量增加变化不大。在施氮量相同的情况下，N1处理下的鲜草产量略有降低趋势，但差异不显著，干草产量表现为H3>H1>H2，但H1与H2差异不显著。N2处理下鲜、干草产量均表现为H3>H2>H1，且鲜草产量差异不显著。N3处理下鲜草产量为H2>H1>H3，H1与H3之间差异不显著，干草产量为H2>H3>H1。不同刈割高度与施氮量处理下鲜、干草产量均以H2N3处理下最高，分别为92. 03 和19. 52 t·hm−2，鲜草产量均值以H2高度下最高，为81. 86 t·hm−2，干草产量均值以H3处理下最高，为18. 12 t·hm−2（表3）。

表2 建植期不同处理下饲料桑年全株生物产量Table 2 Annual whole plant biomass of forage mulberry under different treatments at planting stage（t·hm-2）

表3 刈割高度与施氮量对丰产期饲料桑草产量的影响Table 3 Effects of cutting height and nitrogen application rate on yield of forage mulberry in high yield period（t·hm-2）

2. 3 不同处理对丰产期饲料桑全株植物学性状的影响

不同刈割高度与施氮量对饲料桑植物学性状有显著性影响（表4）。其中，刈割高度是主要影响因素，对主枝粗、主枝叶片数、单株重有显著影响；施氮量对总分枝数影响显著，对其余各性状均无显著性影响。刈割高度与施氮量互作效应对各性状影响均不显著。刈割高度相同时，H1、H3处理下的总分枝数随着施氮量的增加而增多，H2处理下表现为N1>N3>N2，整体以H2高度下的分枝数最多。随着施氮量的增加各处理下的主枝粗和主枝叶片数差异不显著。单株重方面，H1高度下为N3>N2>N1，H2高度下为N1>N2>N3，H3高度下为N3>N1>N2；施氮量相同时，总分枝数在N1、N2下表现为H2>H1>H3，N3下随着刈割高度的增加而增加。主枝粗均表现为H3>H2>H1。主枝叶片数变化均为H2>H3>H1。不同刈割高度和施氮量处理下总分枝数、主枝粗、主枝叶片数、单株重对应最大值分别为：H2N1（13. 43）、H3N1（0. 85 cm）、H2N3（15. 42）、H2N1（392. 29 g·plant−1）。

表4 刈割高度与施氮量对丰产期饲料桑植物学性状的影响Table 4 Effects of cutting height and nitrogen application rate on biological characteristics of forage mulberry in high yield period

2. 4 不同处理对丰产期饲料桑全株营养品质的影响

除施氮量显著影响CP 含量外，刈割高度、施氮量及其交互作用均对饲料桑营养指标有极显著影响。不同刈割高度与施氮量处理下CP、NDF、ADF、EE、CA 含量分别在H1N2、H3N3、H3N3、H2N2、H1N3处理下最大，其值分别为18. 63%、36. 07%、28. 13%、2. 99%、6. 72%（表5）。

表5 刈割高度与施氮量对丰产期饲料桑营养品质的影响Table 5 Effects of cutting height and nitrogen application rate on nutritional quality of forage mulberry in high yield period（%）

在相同刈割高度下，CP 含量均随施氮量的增加先增加后降低，表现为N2>N3>N1，H2、H3高度下N2与N3间差异不显著；在H1处理下NDF 含量随着施氮量的增加而增大，表现为N3>N2>N1，在H2水平下表现为N2>N1>N3，在H3水平下表现为N3>N1>N2；ADF 含量在H1水平下，随着施氮量的增加先降低后升高，表现为N3>N1>N2，在H2、H3水平下随着施氮量的增加而增大，表现为N3>N2>N1；在H1、H3水平下EE 含量随着施氮量的增加而降低，表现为N1>N2>N3，在H2水平下为N2>N3>N1；CA 含量在H1、H2水平下随施氮量的增加先降低后升高，在H3水平下随着施氮量的增加而增大，趋势为N3>N2>N1。

在相同施氮量下，CP 含量在N1水平下随着刈割高度的增加先升高后降低，表现为H2>H3>H1，H3与H1差异不显著。在N2水平下随刈割高度的增加逐渐降低，H2与H3间差异不显著，在N3水平下不同刈割高度间的CP 含量无显著性差异；NDF 含量在N1水平下随刈割高度升高而增大，在N2水平下表现为H2>H1>H3，H1、H3间差异不显著。在N3水平下随刈割高度升高先减小后增大，表现为H3>H1>H2；ADF 含量在相同施氮量下均随刈割高度的升高而提高，趋势为H3>H2>H1；EE 含量在N2、N3水平下随刈割高度升高先升高后降低，在N1水平下为H1>H3>H2；CA 含量在N1水平下随刈割高度增加而降低，在N2、N3水平下分别随刈割高度增加而逐渐增大和先减小后增大。

2. 5 不同处理下饲料桑全株饲用价值综合评价

利用隶属函数法（表6），对各处理下饲料桑饲用价值指标进行综合评价，综合值越大，说明该处理的饲用价值越高。结果表明，各处理下饲用价值综合值大小为H2N3>H1N3>H1N1>H1N2>H2N2>H2N1>H3N1>H3N2>H3N3，以H2N3处理（90 cm 刈割，施氮276 kg N·hm−2）下饲用价值最高，H1N3处理（70 cm 刈割，施氮276 kg N·hm−2）次之，H3N3处理（110 cm 刈割，施氮276 kg N·hm−2）下饲用价值最低。

表6 不同刈割高度与施氮量处理下饲料桑饲用价值指标隶属函数值Table 6 Subordinate function values of forage mulberry value index under in different cutting height and nitrogen application rate

3 讨论

桑树千百年来一直作为家蚕饲料利用，近年来随着畜牧业的发展及蚕桑产业的转型，桑叶作为畜禽饲料的应用成为研究热点，饲料桑的概念也逐渐得到行业认可，这不但是对蚕桑产业链的延伸，同时也为产业的增效提供了新的发展途径。研究表明，饲料桑营养物质丰富，消化率高，全株粗蛋白含量在16% 以上，营养价值与苜蓿（Medicago sativa）相当［3］，氨基酸种类丰富［15］，可直接青饲也可青贮或者调制干草，是我国南方畜牧业发展的优质蛋白饲料来源。目前我国饲料桑品种主要以杂交桑为主，如桂优，特优，丰驰等品种。丰驰桑在三峡库区第2 年生长期60～80 cm 刈割，产量可达67. 81 t·hm−2，粗蛋白含量16. 5%～17. 0%［9］。桂桑优62 在川东北地区产量为61. 67 t·hm−2［16］。本研究结果表明，在不同刈割高度和施氮量处理下，‘川饲桑1 号’鲜草产量最高为92. 03 t·hm−2，粗蛋白含量为15. 73%～18. 63%，饲用价值较高。

刈割是草地利用和管理的主要方式，刈割对牧草产量和品质均有一定影响［17］。合理的刈割管理是保持草地长久高效利用的关键措施［18］。研究表明，饲料桑产量随刈割高度的增加显著升高［19］。白玉超等［14］研究了氮肥用量、刈割高度对饲用苎麻（Boehmeria nivea）产量及营养品质的影响，结果表明，在相同氮水平下，粗蛋白、钙和磷含量随刈割高度的增加而降低，生物产量和粗纤维含量随刈割高度的增加而增加，最佳刈割高度为70～100 cm。另据报道，随着刈割高度的增加饲用苎麻干物质产量增加，茎内粗纤维含量增加，但茎叶内粗蛋白含量下降［20］。本研究得出，在施氮量相同的情况下，N1处理下干草产量表现为H3>H1>H2，但H1与H2差异不显著，N2处理下鲜、干草产量均表现为H3>H2>H1，H3与H2鲜草产量差异不显著，表明在中低氮水平下随着刈割高度的增加草产量呈增加趋势。N3处理下鲜草产量为H2>H1>H3，H1与H3之间差异不显著，干草产量为H2>H3>H1，说明高度与施氮量互作效应对产量影响显著。刈割对生物性状影响显著，随刈割高度增加主枝粗显著增大，H2高度下叶片数整体最多，H3高度下单株重量最大。随着刈割高度增加中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量升高，因此，消化率也降低。粗蛋白、粗灰分含量整体在H2高度下最高，粗脂肪含量大部分随刈割高度的增加呈先升高后降低趋势。因此，饲料桑刈割高度太低不利于形成产量；刈割高度太高饲料桑枝条茎粗增大木质化程度增高，同时下部叶片黄化掉落，导致饲用品质降低；合理的刈割高度（90 cm）使饲料桑具有较高的生物产量和较好的营养品质。

氮素是植物体内氨基酸、蛋白质以及光合作用叶绿素的主要组成部分［21］，施氮量对作物产量及营养品质均具有一定影响。许楠等［22］研究表明不同供氮水平对桑树幼苗生长及生理特性有显著影响，适宜的供氮量可以增强桑树叶绿体光化学活性和光合能力，并且促进桑树的生长，桑树幼苗株高、地径、叶片数量、叶面积、根长、生物量等均随施氮量增加而呈先升高后降低的趋势，最适供氮水平为每株15. 0 mg。殷浩等［23］研究指出，少施或过量施氮（尿素形式）都会降低桑叶产量及桑叶中营养活性物质的含量，施氮量为240 kg·hm−2时桑叶营养活性物质的含量显著提高；施氮360 kg·hm−2能显著提高桑叶产量及营养活性物质含量。本研究得出，在刈割高度一致的情况下，随着施氮量的增加鲜草产量均表现为N3>N2>N1，干草产量略有差异但大体表现为随施氮量增加而升高。H1、H3处理下的总分枝数随着施氮量的增加而增多，施氮量对其余生物学性状无显著影响。在相同刈割高度下增加施氮量可显著增加粗蛋白含量，继续增加施氮量不能使粗蛋白含量继续增大，H2、H3高度下N2与N3间粗蛋白含量差异不显著。本研究结果与前人研究结果略有差异，原因可能是前人研究是基于传统的叶用桑园栽培模式，种植密度低，而本研究种植密度高，单位面积上的植株增加对养分的需求也急剧增加，因此对氮肥需求较大。同时，在本研究中N3效应下未见施氮量对产量和营养品质造成明显抑制效应，可见，施氮量还可进一步提高。但考虑到氮污染和生产成本，在实际生产中可减少纯氮使用量，利用饲料桑强大的肥料消纳能力将畜禽废弃物还田再利用，在保护环境的同时还可取得高产，真正做到种养循环。

目前，生产上对于饲料桑的认可有很大提升，已有规模化种植、加工企业成立。然而，以往的研究多集中于对桑叶营养成分分析及其在畜禽养殖方面的利用，对于刈割高度与施氮量对饲料桑全株收获物产量及营养成分影响的研究并不多，尚未形成成熟的饲料桑高效栽培模式。在评价某一作物的饲用价值时单一指标过于片面无法准确评价其优劣，本研究利用隶属函数分析法通过产量、生物学性状及营养品质等方面对饲料桑的饲用价值进行综合评价，避免了单一指标的片面性，使结果更加客观准确。结果显示，在不同刈割高度和施氮量处理下，‘川饲桑1 号’饲用价值以H2N3处理下最高，H1N3次之。