河北滨海盐碱地苜蓿营养品质对秋眠等级和茬次的响应*

王士超, 方 栋,2, 李晓林, 韩立朴,2**

(1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室 石家庄 050022; 2.中国科学院大学 北京 100049)

随着我国畜牧业的快速发展, 饲料需求量逐年增加。饲料短缺成为我国畜牧业面临的重大挑战。据预测, 2030年我国饲料需求量将达3.9×10t, 其中蛋白饲料缺口达到4.6×10t。目前, 苜蓿(L.)产业发展已上升到国家战略, 2019年中央一号文件提出合理调整粮经饲结构, 大力发展优质苜蓿饲料生产。紫花苜蓿是半干旱雨养农业区饲草种植的首选优质牧草。然而, 我国苜蓿产量低、品质差、供应量不足, 苜蓿进口量持续增加。我国盐碱土面积为9.9×10hm, 占世界盐碱土总面积的10.4%, 其中河北省盐碱土面积约为6.0×10hm。但是, 该地区土壤盐渍化严重、地下水埋深浅、淡水资源匮乏, 制约了苜蓿产业的发展。河北省滨海盐碱区春季少雨、夏季涝害、秋季干旱、冬季寒冷漫长, 种植紫花苜蓿面临品种耐盐性、出苗、越冬、耐旱、耐涝等问题。

苜蓿产草量和营养品质的提高不仅依赖于施肥、灌溉等田间管理, 还与苜蓿的秋眠性和刈割茬次密切相关。熊军波等在武汉对10个紫花苜蓿品种的粗蛋白含量进行了评价, 发现休眠级6.0～9.5的品种茎叶比低, 牧草品质最高。在海河平原区, 赵海明等和武瑞鑫等分别对35个和14个紫花苜蓿品种饲喂品质开展研究, 认为秋眠级8级以上的苜蓿品种相对饲喂价值较低。王晓龙等在内蒙古呼和浩特选择了5个品种分析了苜蓿饲喂品质, 认为秋眠级1～3级的苜蓿品种粗蛋白含量和相对饲喂价值最高。

尽管已有学者对苜蓿品质和秋眠等级相关性方面做了研究, 取得了良好的试验结果, 但是针对滨海盐碱地区多品种、多茬次的研究相对较少, 评价指标也不统一, 多结合产草量、越冬率和株高等指标进行分析, 弱化了秋眠级与刈割茬次及其互作与苜蓿饲喂品质相互关系的深入剖析。而建立秋眠级与刈割茬次对苜蓿饲喂品质影响的评价指标对苜蓿优质栽培至关重要, 特别是滨海盐碱区秋眠级与刈割茬次对苜蓿品质影响的研究相对较少。本研究在滨海盐碱区引进了秋眠级1～11级的5种秋眠型40个紫花苜蓿品种开展苜蓿饲喂品质评价试验, 为建立优质苜蓿栽培体系提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于河北省黄骅市南大港管理区(117°22′E, 38°28′N, 海拔11.0 m), 属于暖温带半湿润季风气候, 具有春旱、夏涝、秋吊、冬寒的特点。年均气温12.1 ℃, 无霜期为194 d, 年降雨量为590 mm,主要集中在6-8月(图1), 年均蒸发量1980.7 mm,年日照时数为2810 h。土壤类型为滨海盐渍土, 地下水含盐量6～10 g·L。土壤盐分呈明显的季节性变化特征, 即春、秋季返盐, 夏季淋盐, 冬季盐分相对稳定。

图1 试验点2020年月平均气温和降水量Fig. 1 Monthly mean temperature and precipitation in 2020 at the experimental site

1.2 试验设计

选择极秋眠型(1级)、秋眠型(2～3级)、半秋眠型(4～6级)、非 秋 眠 型(7～8级)和 极 非 秋 眠 型(9～11级)的紫花苜蓿品种(表1), 由北京正道生态科技有限公司、北京克劳沃种业有限公司和新余市稻草人农业园提供。播种时间为2019年8月20日, 小区面积16 m(4 m×4 m), 每个苜蓿品种设置3次重复。种植方式采用条播, 播种深度1.5 cm, 行距35 cm, 播种 量 为2.25 g·m。播前 施 底肥 尿 素152.4 kg·hm、磷酸二铵150 kg·hm。试验在雨养条件下进行, 每茬苜蓿刈割10 d后追施磷酸二氢钾22.7 kg·hm, 适时进行人工除草、除虫。分别于2020年5月12日、6月4日、7月4日、7月27日、8月27日 和9月26日苜蓿初花期刈割, 第1～5茬留茬高度为5 cm,第6茬留茬高度为10 cm。

表1 供试苜蓿品种及来源Table 1 Alfalfa cultivars and origin

1.3 苜蓿饲喂品质指标的测定

苜蓿初花期, 各小区随机选取3个70 cm×100 cm长势均匀的苜蓿样段收割苜蓿地上部分, 称苜蓿鲜重后, 随机留取1.5 kg左右鲜草样品, 自然风干。将干草粉碎, 过0.15 mm筛, 测定苜蓿饲喂品质。采用凯氏定氮法测定苜蓿氮素含量, 计算苜蓿粗蛋白含量(%); 采用范氏法测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量, 计算相对饲喂价值。

式中: ADF表示酸性洗涤纤维含量, NDF表示中性洗涤纤维含量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016对原始数据进行汇总和初步整理, 运用SigmaPlot 12.5绘图。运用SAS 8.0进行方差分析检验秋眠型、刈割茬次对各指标的影响, 采用Duncan法进行多重比较。结果用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同秋眠型和刈割茬次苜蓿粗蛋白产量

秋眠型和刈割茬次及其互作显著地影响了苜蓿干草的粗蛋白产量(＜0.05) (图2)。极秋眠型苜蓿年总蛋白产量为6.3 t·hm, 显著高于半秋眠型(＜0.05), 增幅为14.5%。秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型苜蓿年总蛋白产量分别为5.8 t·hm、5.9 t·hm和6.1 t·hm, 与极秋眠型无显著性差异。苜蓿刈割后秋眠型仅对第5茬苜蓿干草的粗蛋白产量有显著影响。第5茬中, 极非秋眠型苜蓿干草粗蛋白产量最高, 达0.9 t·hm, 比半秋眠型提高28.6%。极秋眠型、秋眠型和非秋眠型也较半秋眠型提高了苜蓿粗蛋白产量,但无显著差异。

图2 不同秋眠型苜蓿不同刈割茬次的粗蛋白产量Fig. 2 Yields of crude protein among different fall dormancy types under different harvest times

2.2 不同秋眠型和刈割茬次苜蓿粗蛋白含量

第1茬秋眠型和非秋眠型苜蓿粗蛋白含量最高,均为20.2% (图3); 其次是极秋眠型和半秋眠型苜蓿,分别为19.6%和19.4%; 极非秋眠型苜蓿粗蛋白含量最低, 仅为18.6%。 第2茬非秋眠型苜蓿粗蛋白含量(22.0%)最高, 半秋眠型苜蓿粗蛋白含量最低。第3茬非秋眠型苜蓿粗蛋白含量(21.8%)大于其他秋眠型(20.9%～21.2%)。第4茬极秋眠型苜蓿粗蛋白含量(20.8%)低于其他秋眠型(20.9～21.8%)。第5茬中,极秋眠型和秋眠型苜蓿粗蛋白含量均高于20.0%, 半秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型苜蓿粗蛋白含量仅为19.6%、19.2%和19.7%。第6茬中, 极秋眠型苜蓿粗蛋白含量(21.5%)最高, 显著高于非秋眠型(17.7%)和极非秋眠型(19.8%); 非秋眠型苜蓿粗蛋白含量最低, 显著低于秋眠型(20.6%)和非秋眠型(20.9%)。

图3 不同刈割茬次不同秋眠型苜蓿的粗蛋白含量Fig. 3 Crude protein contents of alfalfa of differen fall dormancy types at different harvest times

刈割茬次对苜蓿粗蛋白含量有显著影响(＜0.05)(图4)。粗蛋白含量随着苜蓿刈割茬次的递增呈先上升后下降的趋势, 即表现为第2茬＞第4茬＞第3茬＞第6茬＞第5茬＞第1茬。第1、5、6茬间苜蓿粗蛋白含量无显著差异。而第2、3、4茬苜蓿粗蛋白含量较高, 显著高于其他刈割茬次(＜0.05)。

图4 不同刈割茬次苜蓿的粗蛋白含量Fig. 4 Crude protein content of alfalfa at different harvest times

2.3 不同秋眠型和刈割茬次苜蓿中性洗涤纤维(NDF)含量

第1茬紫花苜蓿NDF含量随秋眠级的递增逐渐降低(表2); 极秋眠型苜蓿NDF含量(45.0%)最高,显著高于极非秋眠型(＜0.05), 与秋眠型、半秋眠型和非秋眠型间差异不显著。第2茬中, 非秋眠型苜蓿NDF含量最高, 极非秋眠型最低, 但各秋眠类型间无显著差异。第3茬极非秋眠型苜蓿NDF含量(45.2%)高于其他秋眠型(40.8%～43.4%)。第4茬极秋眠型苜蓿NDF含量最高, 较秋眠型、半秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型分别高3.0%、2.7%、3.9%、4.5%。第5茬极非秋眠型苜蓿NDF含量(38.8%)低于其他秋眠型(40.1%～41.7%)。第6茬非秋眠型苜蓿NDF含量最高(42.2%), 而极秋眠型最低(39.7%)。

表2 秋眠型和刈割茬次对苜蓿中性洗涤纤维(NDF)含量的影响Table 2 Neutral detergent fiber contents of alfalfa of different fall dormancy types at different harvest times %

极秋眠型第1茬苜蓿NDF含量(45.0%)最高, 显著高于第2茬(37.6%)(0.05), 但与第3、4、5、6茬间无显著差异; 秋眠型第3茬苜蓿NDF含量(43.4%)最高, 显著高于第4茬(36.9%), 但与第1、2、5、6茬间无显著差异; 半秋眠型第3茬苜蓿NDF含量高于其他刈割茬次, 但茬次间无显著差异; 非秋眠型第3、5、6茬苜蓿NDF含量较高, 分别为40.8%、41.7%和42.2%, 高于其他刈割茬次, 但茬次间无显著差异; 极非秋眠型第3茬苜蓿NDF含量为45.2%,显著高于其他刈割茬次(35.4%～40.1%)(＜0.05)。

2.4 不同秋眠型和刈割茬次苜蓿酸性洗涤纤维(ADF)含量

由表3可见, 第1茬苜蓿ADF含量随秋眠级递增逐渐降低: 极秋眠型苜蓿ADF含量(33.2%)最高,其次为秋眠型, 最低为极非秋眠型; 第2茬苜蓿ADF含量由高到低依次为半秋眠型＞非秋眠型＞极秋眠型≈秋眠型＞极非秋眠型, 但不同类型间差异均未达显著水平; 第3茬苜蓿ADF含量随秋眠级递增逐渐增加; 第4茬极秋眠型苜蓿ADF含量高于其他秋眠型;第5茬极秋眠型、半秋眠型、非秋眠型和极非秋眠型苜蓿ADF含量均高于秋眠型; 第6茬非秋眠型苜蓿ADF含量为30.0%, 较极秋眠型、秋眠型、半秋眠型和极非秋眠型分别高1.0%、0.2%、0.1%和0.5%, 但差异均未达显著水平。

表3 秋眠型和刈割茬次对苜蓿酸性洗涤纤维(ADF)含量的影响Table 3 Acid detergent fiber contents of alfalfa of different fall dormancy types at different harvest times %

同一秋眠型第1茬苜蓿ADF含量均高于其他刈割茬次, 而第3、4、6茬较低。极秋眠型和秋眠型苜蓿ADF含量茬次间均无显著差异; 半秋眠型第1茬苜蓿ADF含量为32.4%, 显著高于第4茬(28.2%), 但与其他刈割茬次间没有显著差异; 非秋眠型第1、5茬苜蓿ADF含量分别为32.6%和31.9%, 显著高于第4茬(28.2%), 但与其余3个茬次间均无显著差异;极非秋眠型第1、3、5茬苜蓿ADF含量分别为31.9%、31.9%和31.6%, 均显著高于第4茬(28.3%),与第2、6茬次间均无显著差异。

2.5 不同秋眠型和茬次苜蓿相对饲喂价值

秋眠型和刈割茬次及其互作对苜蓿相对饲喂价值有显著影响(图5)。第1茬极非秋眠型苜蓿相对饲喂价值最高, 为165.3, 显著高于极秋眠型(＜0.05),增幅为27.0%, 其他刈割茬次不同秋眠型苜蓿相对饲喂价值无明显差异; 相对饲喂价值随刈割茬次递增呈先上升后下降的趋势。秋眠型第4茬苜蓿相对饲喂价值最高, 为168.8, 显著高于第3茬(＜0.05)。

图5 不同刈割茬次不同秋眠型苜蓿的相对饲喂价值Fig. 5 Relative feeding values of different fall dormancy types at different harvest times

3 讨论

3.1 秋眠型对苜蓿营养品质的影响

粗蛋白含量、酸性洗涤纤维(ADF)含量、中性洗涤纤维(NDF)含量和相对饲喂价值等是反映苜蓿营养价值的关键指标。以往研究表明, 秋眠性可作为苜蓿营养品质预测的依据, 秋眠级每降低一个级别, 苜蓿粗蛋白、NDF和ADF含量变化约0.6%。苜蓿秋眠级与粗蛋白含量呈负相关, 与粗纤维呈正相关。在新疆石河子地区对3个秋眠级紫花苜蓿营养品质的试验表明, 半秋眠型苜蓿粗蛋白含量较高。王晓龙等对国内外不同秋眠级紫花苜蓿品种的营养品质进行了研究, 发现秋眠型苜蓿粗蛋白含量和RFV值最高、NDF和ADF含量最低。在武汉市江夏区对10个不同秋眠级苜蓿营养品质评价中, 秋眠级6～9.5级粗蛋白含量较高。本研究发现,极秋眠型苜蓿年总粗蛋白产量最高(图2)。赵忠祥等、刘志英研究表明秋眠型苜蓿品种产量和品质均高于非秋眠型苜蓿品种。可见不同地区引种苜蓿时, 应根据当地的土壤和气候条件选择适宜该区域秋眠级的苜蓿品种。

茎叶比是评价苜蓿营养品质的主要指标之一,在苜蓿高产条件下, 高粗蛋白含量、低粗纤维含量和低茎叶比的紫花苜蓿有望获得更高的粗蛋白产量。其原因是苜蓿叶片粗蛋白含量较高, 高秋眠级苜蓿品种, 茎叶比也高。此外, 本研究也发现不同秋眠型末茬苜蓿粗蛋白含量差异显著, 这是由于末次收获在9月底, 温度较低。不同秋眠型苜蓿对冷光信号的敏感程度不同, 而低秋眠型苜蓿会在秋末储存更多的营养物质。除了气候适宜性差异, 与苜蓿品种对盐碱胁迫、水分胁迫、土壤养分胁迫等的响应程度密切相关。可见, 在研究区域, 低秋眠型苜蓿的优势更为突出。

3.2 刈割茬次对苜蓿营养品质的影响

苜蓿干草品质受刈割茬次的影响较大。苜蓿粗蛋白产量以第1茬最高, 但粗蛋白含量以第2、3、4茬最高(图2, 图3), 与前人的研究结果一致。苜蓿粗蛋白含量和产量的差异与其生长期内的气温和降雨量的变化密切相关。然而, 第2、3、4茬苜蓿粗蛋白含量显著高于第1、5、6茬(图3)。赵海明等在河北省深州市对22个紫花苜蓿品种的试验结果与之相似。河北滨海盐碱区的降雨主要集中于6-8月。降雨量相对较多且光照充足, 苜蓿长势好,产量高。第1茬苜蓿多集中在5月份刈割, 可能由于雨量不足, 温度较低, 虽然产量最高, 但苜蓿粗蛋白含量相对较低。另外, 茬次间高温(＞30 ℃)天数增加亦会导致苜蓿营养品质变劣, 由于高温高湿导致苜蓿净光合速率、水分利用效率和气孔导度下降。因此, 苜蓿营养品质与刈割时期内温度和降雨量等气候因子有关。在生产实践中, 抓好高温季节遮阴和旱季保墒是获得优质苜蓿的关键。

4 结论

紫花苜蓿的营养品质不仅受秋眠型的影响, 还受刈割茬次的影响。苜蓿年总粗蛋白产量随秋眠级的递增呈先降低后增加的趋势, 以极秋眠型苜蓿年总粗蛋白产量最高。苜蓿粗蛋白含量随刈割茬次递增呈先增加后下降趋势。不同秋眠型间末茬苜蓿粗蛋白产量、粗蛋白含量差异显著。综合来看, 在滨海盐碱区选择秋眠级较低的品种可以实现苜蓿优质。同时发现, 末茬苜蓿营养品质对秋眠型的响应程度较高, 第1茬和最后两茬营养品质较差, 建议生产中结合温湿度等气象条件, 采用增湿降温的牧草田间配置模式。综合考虑苜蓿粗蛋白产量和相对饲喂价值, 高秋眠等级的苜蓿品种具有较高的饲用潜力, 特别是第2～4茬苜蓿。