施氮量对全株大麦生产性能及青贮品质的影响

包文龙,郑成忠,张腾薇,云 颖,韩云鹏,刘志萍,巴 图,徐广祥,王凤梧,孙娟娟*

(1.中国农业科学院草原研究所/内蒙古草业与草原研究院,内蒙古 呼和浩特 010010;2.乌兰察布市农林科学研究所,内蒙古 乌兰察布 012000;3.乌兰察布市科学技术事业发展中心,内蒙古 乌兰察布 012001;4.内蒙古自治区农牧业科学院,内蒙古 呼和浩特 010031;5.内蒙古巴彦淖尔市农牧科学院,内蒙古 临河 015000)

大麦(HordeumvulagareL.)作为早春谷类作物,由于其生长周期短、抗性较强、具有好的生长发育优势,在全球得到了广泛的种植,总产量居全球第4位[1-2]。大麦是粮饲兼用作物,具有较高的饲用价值,国外早已将全株大麦作为饲草料,有关全株大麦在反刍动物中的应用做了很多研究[3-5]。我国的饲草料系统在很大程度上是以玉米为基础的,无论是精饲料的玉米粒还是全株青贮玉米。据报道近些年我国华北地区降水持续偏少、干旱程度有所增加[6],使需水作物玉米的大面积种植更具风险。大麦的生长特点是需水少,不太容易受到干旱缺水的影响。干旱半干旱地区畜牧业的可持续发展需要开发利用其他饲料资源来缓解饲用玉米的压力。因此,开发大麦饲用价值,是解决我国畜牧业粗饲料短缺、替代玉米的有效途径[7]。

大麦青贮饲料因为青绿多汁、适口性强、干物质消化率高、调制过程不受天气影响,在养殖业中得到广泛应用。国外在19世纪40年代开始就有全株大麦青贮的研究报道,全株大麦青贮是加拿大、韩国、法国、日本、沙特等很多国家奶牛养殖场的主要饲料来源[8]。我国从20世纪80年代开始陆续有大麦青贮研究报道[9-10]。关于栽培管理对大麦青贮品质的影响研究主要集中在收获时期、留茬高度、播期等方面。研究认为不同地区适宜大麦青贮调制的收获期不同。全株大麦调制青贮的适宜收获期主要有蜡熟初期和蜡熟期[11-12]。Kim和张腾薇等的研究了刈割高度对大麦青贮品质的影响,认为留茬10 cm以上能够获得高品质全株大麦青贮饲料[8,13]。赵准等[14]认为播期对全株大麦青贮品质的影响因品种而异,播期影响全株大麦青贮的中性洗涤纤维和粗脂肪含量,进而影响青贮pH值和氨态氮含量。

施肥是大麦栽培管理的重要措施,施氮量是大麦高产优质的重要影响因素[15]。目前,我国关于大麦施肥的研究主要集中在以收获籽粒为目的的有关生长性能方面,关于施氮量对大麦青贮品质的影响研究报道较少。本研究通过探究不同施氮肥处理对全株大麦生产性能和青贮品质的影响,为生产优质大麦青贮饲料的施肥措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与试验设计

试验在乌兰察布市农林科学研究所试验田进行,试验田位于内蒙古乌兰察布市察右前旗平地泉镇(113°13′ E,40°94′ N,海拔1 342 m),年平均气温4.5℃,最高气温为39.7℃,最低气温-34.4℃,年均无霜期131 d左右;年均降水量376 mm,且多集中在7—8月上旬。前茬作物是胡麻(Sesamumindicum)。试验田土壤条件见表1。供试材料为内蒙古农牧业科学院自主选育的大麦新品种‘内农科饲用大麦2号’。试验采用随机区组设计。所施氮肥为尿素,设置3个施氮水平,施氮量(纯氮)分别为135,180,225 kg·hm-2,分别记为N135,N180,N225。每个处理3次重复,共计9个小区,小区面积为15 m2(3 m×5 m),行距25 cm,每小区种12行。大麦于2021年4月22日采用小区播种机播种,播种时施种肥磷酸二胺150 kg·hm-2,播种30 d后在大麦2叶1心到3叶1心时浇头水,结合浇头水时按不同梯度施用尿素。5月30号人工除草一次,6月10号拔大草一次。

表1 试验田土壤条件Table 1 Soil conditions of experimental field

1.2 物候期的观测

播种后有50%的芽鞘露出地面1 cm的日期为出苗期;在叶鞘的叶腋间出现的分枝,叶子露出的长度约为1 cm的时期为抽穗期;50%以上的麦穗抽出叶鞘 1 cm (芒除外) 的日期为抽穗期;田间有50%麦穗小花开裂,黄色花药外露的时期为开花期;田间50%麦穗中部小穗的籽粒已经接近正常大小、籽粒内充满乳液的时期为乳熟期;80%以上植株正常枯黄,籽粒变硬,不能被手指甲掐破的日期为完熟期[16]。

1.3 产量、农艺指标测定与青贮调制方法

大麦于2021年7月7日乳熟期刈割测产,每个小区内避开边际30 cm,随机选取1个1 m×1 m的样方进行刈割,留茬高度为5～8 cm,刈割后称重计算鲜草产量。从中选取1 000 g鲜草,带回实验室与65℃烘干至恒重,称量计算干草产量。

分蘖数：每个小区随机选取10株大麦,测定各株有效分蘖数。

有效穗数：每个处理组选取1 m单行,数出单穗大于5粒的全部穗数,再折算出每公顷的有效穗数。

1.4 全株大麦青贮饲料的调制

生育期到达乳熟后期时将刈割全株大麦带回实验室,将新鲜的大麦原料使用耐用型不锈钢圆盘切草机切碎成1 cm左右的小段,混合摇匀后取350 g装入28 cm×40 cm的聚乙烯真空包装袋抽真空封口,室温贮存45天,每个处理3次重复。

1.5 测定项目与方法

青贮开封时将青贮样品混合均匀,取10 g的青贮料用于青贮发酵品质分析,其余青贮料于65℃烘干48 h,用于测定干物质含量以及粉碎后营养价值的测定。将称取的10 g青贮样中加入90 mL蒸馏水,用捣碎机搅碎1 min,先经4层纱布后经定性滤纸过滤,得到浸出液用于测定pH值,经过0.22 μm滤膜过滤,用于乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丁酸(Butyric acid,BA)和氨态氮(Ammonia nitrogen,NH3-N)的测定[17]。有机酸含量采用高效液相色谱法测定,干物质(Dry matter,DM)和粗灰分(Crude ash,Ash)含量采用烘干法测定;粗蛋白(Crude protein,CP)含量采用凯氏定氮法测定;可溶性糖(Water soluble carbohydrate,WSC)含量采用蒽酮比色法测定[18];中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber,ADF)含量测定采用范氏纤维测定法[19]。乳酸菌采用MRS琼脂培养基与37℃厌氧条件下培养48小时计数;霉菌酵母菌的活菌数量、取样及测定方法参考参考文献18[18]。全株大麦青贮采用Kaiser发酵品质评价方法进行评定,评定方法见表2。

表2 Kaiser评分体系Table 2 Evaluation system of Kaiser

1.6 相对饲料价值(RFV)

相对饲料价值(RFV)是一种广泛使用的粗饲料质量评价指数[20]。RFV根据ADF(%DM)和NDF(%DM)的估计值计算得出。计算RFV的公式为：

RFV(%)=93×(88.9-0.779×ADF)/NDF

1.7 数据处理与分析

采用Excel 365录入、整理数据,运用SPSS 26.0软件进行方差分析,采用LSD0.05法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 施氮量对大麦生育期的影响

由表3可知,三个施氮处理的大麦于5月2日全部出苗,6月14日均进入抽穗期;N135处理大麦于7月5日进入乳熟期,较施氮N225处理早了10天;与N135处理相比N225处理大麦进入成熟期的时间推迟10天;三个施氮处理组大麦全生育期分别为80天、85天、90天。

表3 不同施氮处理大麦的物候期Table 3 Phenological period of barley under different nitrogen treatments

2.2 施氮量对大麦草产量、分蘖数和有效穗数的影响

由表4可知,施氮量对全株大麦鲜草产量和干草产量无影响,对大麦的分蘖数和有效穗数有显著影响(P<0.05)。分蘖数和有效穗数随着施氮量的增加而增大,N225施氮处理大麦分蘖数显著高于N135和N180处理(P<0.05),N225处理有效穗数与N180处理无显著差异且显著高于N135处理(P<0.05)。N225施氮处理大麦分蘖数分别比N135和N180处理提高了35.2%和18.4%,N225处理的有效穗数分别比N135处理提高了26.2%。

2.3 施氮量对全株大麦原料营养成分的影响

施氮量影响全株大麦干物质含量,随着施氮量的增加干物质含量呈增加趋势,N225处理全株大麦干物质含量显著高于其他两个处理,其干物质含量分别比N135和N180处理提高8.3%和6.4%。随施氮量增加全株大麦粗蛋白含量和可溶性碳水化合物呈增加趋势,但各处理间无显著差异。N225处理中性洗涤纤维含量在各处理中为最低,其中性洗涤纤维含量分别比N135和N180处理降低了7.80%和8.16%。粗灰分含量各处理间无显著差异,但随施氮量增加有下降趋势(表5)。

表5 氮肥施用量对全株大麦原料品质的影响Table 5 Effect of nitrogen fertilizer application rate on raw material quality of whole barley

2.4 施氮量对全株大麦青贮饲料营养价值和微生物数量的影响

全株大麦青贮后其干物质含量随着施氮量的增加显著上升,在施肥量在N225时,干物质含量达到最大(P<0.05)(表6),N225处理全株大麦青贮干物质含量分别比N135和N180处理提高了14.8%和9.7%。施氮对全株大麦青贮饲料粗蛋白、可溶性碳水化合物、灰分和粗脂肪均含量无显著影响。随施氮量的增加大麦青贮后中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量显著降低,N225处理全株大麦青贮中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别比N135处理降低4.3%和8.8%。施氮肥影响全株大麦乳酸菌数量但对霉菌数量无显著影响,随施氮量增加全株大麦青贮乳酸菌数量逐渐降低。

2.5 施氮量对全株大麦青贮饲料发酵品质的影响

施氮肥处理对全株大麦青贮的pH值、乳酸含量、氨态氮含量均无显著影响,对乙酸和丁酸含量影响显著(P<0.05)。随施氮量增加乙酸含量呈减少趋势,N225处理全株大麦青贮乙酸含量分别比N135和N180处理降低了24.1%和18.8%;N225处理丁酸含量与N180处理无显著差异,且两个处理的丁酸含量显著高于N135处理,N225处理丁酸含量比N135处理增加38.8%,而N180处理丁酸含量是N135处理的两倍。所有处理的Kaiser发酵品质评价均为1级(表7)。

表6 不同施氮量处理全株大麦青贮饲料的营养成分和微生物数量Table 6 Nutrient content and microbial quantity of whole barley silage treated with different nitrogen application rates

2.6 施氮量对全株大麦青贮饲料相对值(RFV)的影响

青贮前后不同施氮量处理全株大麦青贮饲料相对值的影响见图1。由图1可知,青贮前N225处理全株大麦青贮饲料相对值最高,但与其他两个处理无显著差异;青贮后随施氮量增加全株大麦青贮饲料相对值呈增高趋势,其中N225处理全株大麦青贮饲料相对值显著高于N135处理与N180处理无显著差异。青贮后N225处理比N135处理饲料相对值增加了7.8%。

3 讨论

3.1 施氮肥对全株大麦产量构成因子及生育期的影响

施氮和作物产量之间不是简单的线性关系,不合理的施用反而会造成肥料浪费和环境污染[21-22]。Gous等人[23]认为在水分充足的情况下,大麦的籽粒产量与施氮量呈正相关,而也有研究认为当分蘖时气温较低施氮量显著影响大麦籽粒产量,当分蘖时气温较高施氮量对大麦籽粒产量影响不显著[24]。本研究发现,施氮处理对整株大麦产量无显著影响,可能与本试验在旱作条件下,大麦对水分敏感时期水分相对缺乏使得氮肥肥效没有充分发挥有关。王晨阳等[25]对小麦的研究发现施氮有助于增加分蘖和有效穗数,与本研究结果一致,随施氮量增加大麦的分蘖数和有效穗数增加。施氮可影响作物的生育期,Stark等[26]指出施氮过量会导致大麦群体过大而使得作物贪青晚熟,生育期延长。本研究发现随施氮量的增加大麦生育期延长,该结果与前人对大麦的研究结果一致[27]。

3.2 施氮量对全株大麦原料营养成分的影响

饲草所含的营养成分对家畜的生长和发育至关重要,饲草作物原料的营养成分显著影响饲草青贮发酵后的品质,施氮可影响植物的化学成分的含量,高氮肥可提高饲草叶茎比导致干物质含量降低[27]。本研究中N225处理干物质含量显著高于其他两个处理,可能与全株大麦在乳熟后期籽粒干物质含量较多有关。随施氮量增加全株大麦原料粗蛋白增加,这与前人研究结果一致[28]。关于施氮对饲草原料可溶性碳水化合物含量的影响,不同的研究结果不同,Glamoclija等[29]的研究表明增施氮肥能够增加青贮原料WSC含量,与本试验一致;可能由于全株大麦的大麦籽粒占比较大,乳熟期后籽粒中占有较高比例的WSC有关。无论全株大麦原料还是青贮饲料,N225处理的NDF和ADF含量均最低,应与高氮肥处理导致大麦生育期延迟有关,虽然收获时三个处理的大麦均处于乳熟期,但成熟的程度不同,高氮肥处理的大麦成熟度相较于其他两个处理成熟度更低。韩世洁等[30]对白羊草的研究发现相同结果,认为增施氮肥能有效降低白羊草中NDF和ADF含量。RFV是评价粗饲料品质的一种重要指标,是对饲草中所含NDF和ADF的系统反映,其值越大,表示饲草的品质越好[31]。本实验中全株大麦青贮后RFV随着施氮量的增加而增大,参照美国紫花苜蓿草产品分级标准[20]三个处理的RFV值都处于125～151之间,均达到1级水平。

3.3 施氮肥对全株大麦青贮发酵品质的影响

青贮是乳酸菌在厌氧条件下以可溶性碳水化合物作为发酵底物,产生以乳酸为主的有机酸降低饲草pH值的过程。一般的青贮原料WSC占鲜样的2.5%以上即可满足调制优质青贮饲料的要求,按照本实验全株大麦干物质换算,大麦原料可溶性碳水化合物含量达到8.41%DM～9.12%DM即可满足乳酸菌发酵的要求,本实验WSC含量均在9.36%DM以上,因此WSC含量并非影响大麦青贮品质的限制因素。虽然本实验中N135处理大麦原料的WSC最低,但青贮后该处理pH最低、LAB含量最高,可能与该处理大麦原料粗蛋白含量低导致缓冲能值低更容易发酵有关。在小麦[32]和甜高粱[33]的研究中发现相似结果,认为青贮饲料的pH值随着施氮量增加而增加、乳酸含量随施氮量的增加而减少。氨态氮含量是反映青贮发酵过程中蛋白质的分解、判断发酵品质优劣的重要指标,本实验发现不同施氮处理对氨态氮含量无显著影响,这与白春生等[34]对高丹草的研究结果一致。也有研究显示施氮量增加,氨态氮含量增加,发酵品质有下降趋势[35]。

4 结论

施氮量对全株大麦生物量和蛋白质含量影响效果不明显,随着施氮量增加没有显著增加,但施氮量为225 kg·hm-2时降低了中性洗涤纤维含量。在青贮过后,发酵品质也没有显著提升,说明施氮对全株大麦生产性能和青贮发酵品质的影响较小。综合分析营养价值和发酵品质,推荐乌兰察布地区大麦青贮原料生产没有必要增施氮肥来提升栽培成本。