夏播飼用谷子農(nóng)藝性狀與品質(zhì)評價

任曉利，崔紀菡，劉猛，趙宇，艾月鵬，劉斐，南春梅，夏雪巖，李順國

(河北省農(nóng)林科學院谷子研究所，國家谷子改良中心，河北省雜糧研究實驗室，河北 石家莊 050035)

谷子(Setariaitalica)是起源于我國的傳統(tǒng)特色作物，具有抗旱耐瘠、水分利用效率高、適應性廣、營養(yǎng)豐富、飼草蛋白含量高等特點，是典型的環(huán)境友好型作物，更是干旱形勢發(fā)展的戰(zhàn)略儲備作物[1-2]。在美洲、澳洲和歐洲，谷子多是作為糧飼作物栽培；“兵馬未動，糧草先行”，我國古代與近代的軍草均是指谷草，可見谷子既是糧食作物，又是糧飼兼用作物，還是重要的飼用作物。目前在華北夏谷區(qū)利用野生大谷莠子作為原始材料，經(jīng)多年多代的系統(tǒng)選育，育成了飼用谷子品種冀草谷1號(S724)[3]。除此之外，飼用谷子主要有飼草4號、飼草5號、青谷1號、青谷2號、衡飼1號、蒙金谷1號、內(nèi)蒙金米和內(nèi)谷4號[4-7]。

提高農(nóng)作物秸稈飼用率對于節(jié)約資源、保護環(huán)境和促進農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[8]。通過對谷子秸稈干草營養(yǎng)成分分析表明，谷草中含有豐富的氨基酸和蛋白質(zhì)，且全株谷子比豆科干草有更多的干物質(zhì)(DM，dry matter)、粗蛋白(CP，crude protein)和更高的中性洗滌纖維(NDF，neutral detergent fiber)降解性，其所含營養(yǎng)成分完全可以滿足牲畜的生長發(fā)育需求，可以成為畜牧業(yè)優(yōu)質(zhì)飼草、飼料的資源，但是目前谷子的飼用生產(chǎn)特性及其品質(zhì)性狀研究滯后,制約了飼用谷子品種選育與栽培[9-10]。本研究通過對夏谷區(qū)17份高蛋白飼用谷子品種灌漿初期的鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、株高、莖葉比等農(nóng)藝性狀進行分析評價，以期為飼用谷子品種選育與栽培提供種質(zhì)資源。

牧草及飼料作物營養(yǎng)品質(zhì)一般包括營養(yǎng)價值、消化率、適口性及有毒有害物質(zhì)等幾個方面，提高粗蛋白質(zhì)含量，降低粗纖維含量是提高牧草及飼料作物營養(yǎng)價值、改善營養(yǎng)品質(zhì)的重要內(nèi)容[11-12]。為高效利用飼草，需對飼草的品質(zhì)進行評價，常見的飼草品質(zhì)的評價指標主要包括概略養(yǎng)分分析法[13-14]、瘤胃降解率法以及評價飼草品質(zhì)的各種指數(shù)[飼料相對值(RFV, relative feed value)[15]、粗飼料相對質(zhì)量(RFQ, relative forage quality)、產(chǎn)奶二千(Milk2000)[16]及飼料分級指數(shù)(GI, grading index)[17]]。

目前，在牧草、玉米(Zeamays)等飼用作物及灌木上，利用飼料相對值(RFV)進行了營養(yǎng)價值評價；利用GI指數(shù)評定了禾本科牧草，并科學配比紫花苜蓿(Medicagosativa)、番茄(Lycopersiconesculentum) 皮渣、玉米秸稈及小麥(Triticumaestivum)秸稈4種飼草，篩選出效果較好的混合飼草[18-23]。利用RFV和GI這兩種指標評定牧草營養(yǎng)價值已經(jīng)成熟，但是在飼用谷子營養(yǎng)價值的評價方面尚少見報道。本研究參考美國制定的豆科與禾本科等級劃分標準[24]、飼料相對值(RFV)和飼料分級指數(shù)(GI)3個評價指標對17種飼用谷子的營養(yǎng)價值進行了全方位的評價，以期為高品質(zhì)飼用谷子生產(chǎn)奠定理論基礎，同時對日糧飼料配比有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗于2016年在石家莊市藁城區(qū)馬莊試驗站進行。17個飼用谷子品種(品系)，分別為從82份資源中挑選的高蛋白品種(5份)：虎的尾2、金綠谷、K359、鄭10及K3970；自育飼草專用品種(10份)：YC264、K2908、K1955、S2014742、S2014907、S20151375、冀草谷1號、M1335草谷、Z281及S2014794；河北省農(nóng)業(yè)科學院旱作所選育的糧飼兼用品種：衡HN201026；中國農(nóng)業(yè)科學院作物研究所選育的飼用品種：飼草4號。其中K3970，K2908，K359及K1955是抗拿捕凈除草劑品種，M1335是抗咪唑乙煙酸除草劑品種。

1.2 試驗方法

1.2.1鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量和莖葉比的測定 試驗小區(qū)按隨機區(qū)組排列，試驗地0～20 cm土壤有機質(zhì)含量為21.630 g·kg-1，全氮含量為1.329 g·kg-1，堿解氮含量為95.900 mg·kg-1，速效磷含量為15.960 mg·kg-1，速效鉀含量為112.988 mg·kg-1。6月26日造墑播種，3次重復，6行區(qū)，行長4 m，行距0.4 m，留苗密度每60萬株·hm-2，播種前施600 kg·hm-2的復合肥為底肥，其中N、P、K的比例為26∶10∶15，整個生育期不澆水。2016年夏播谷子生長季(6-9月)總降水量439 mm。灌漿初期 (EGFP，early grain filling period)(9月10日)和成熟期 (MP, mature period)(10月11日)收割飼草4行，行長1 m，并稱鮮草產(chǎn)量(FF, fresh filed)，取1 kg鮮草(帶穗)烘箱中105 ℃殺青10 min，80 ℃烘干樣品至恒重后折合成干草產(chǎn)量(HY， hay yield)。灌漿初期每個小區(qū)的第1行調(diào)查10株谷子株高(PH, plant height)、穗長(PL, panicle length)和穗粗(ED， ear diameter)。每個小區(qū)取3棵植株測量莖粗(寬)[SDW, stem diameter (wide)]、莖粗(窄)[SDN, stem diameter (narrow)]、旗葉 (FL, flag leaf area)、倒2葉和倒3葉葉面積(SL and TL, the leaf area of the second and third leaf from the top)。葉面積=葉片長×葉片寬×0.73。

成熟期測籽粒產(chǎn)量 (GY, grain yield)。稱量每個小區(qū)10株谷子穗的穗重 (SW, spike weight)和穗粒重 (GW, grain weight)，并計算出谷率 (PGW, percentage of grain weight per spike)。分別在抽穗期 (HP, heading period)(8月27日)、灌漿初期和成熟期，每小區(qū)稱取1 kg植株，將莖(包括花和穗)和葉(包括葉鞘)分離，烘箱中105 ℃殺青10 min，80 ℃烘干至恒重，分別稱量莖干重(SDW, dry weight of stem)和葉干重(LDW, dry weight of leaf)，并計算莖葉比 (S/L, stem/leaf)。

1.2.2粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量的測定 在灌漿初期收獲，將田間采集的全株谷子自然風干，然后用高速粉碎機(QE-100 g，浙江屹立工貿(mào)有限公司)粉碎全株，過40目(0.425 mm)篩，四分法取樣各50 g，裝袋備用。實驗室內(nèi)每一個樣品重復3次。參照中華人民共和國國家標準GBT 20806-2006[25]，NYT1459-2007[25]和文獻[26-27]的方法測定酸性洗滌纖維(ADF， acid detergent fiber)及中性洗滌纖維含量。

粉碎后干樣在石墨消解儀SH220N(濟南海能儀器股份有限公司)消煮，消煮時溫度漸升，170 ℃消煮10 min，270 ℃消煮30 min加10滴30%雙氧水，370 ℃消煮且每30 min滴加10滴雙氧水直至液體變無色透明，消煮液用于全氮含量(TNC, total nitrogen content)測定。采用全自動凱氏定氮儀(K9860，濟南海能儀器股份有限公司)測定全氮含量。

1.3 粗飼料品質(zhì)評定指數(shù)

RFV指相對于盛花期苜蓿為100(通過1.29校正)這一特定標準粗飼料，某種粗飼料可消化干物質(zhì)的采食量,反映的是飼料能量的相對值[17]，由美國飼草和草原理事會下屬的干草市場特別工作組于1978年提出，是目前美國唯一廣泛使用(銷售、庫存及草食家畜的投料等)的飼草質(zhì)量評定指數(shù)[28]。

RFV的基礎是DDM的隨意采食量，其關(guān)系式：RFV=DMI×DDM/1.29。DMI與DDM的預測模型分別為：

DMI=120/NDF

DDM=88.9-0.779ADF

其中：DMI (dry matter intakes)為粗飼料干物質(zhì)的隨意采食量，單位為%BW(以占體重的百分數(shù)表示)；DDM (digestible dry matter) 為可消化的干物質(zhì)，單位為%DM(以占干物質(zhì)的百分數(shù)表示)；NDF為中性洗滌纖維，單位為%DM；ADF為酸性洗滌纖維，單位為%DM。

1.4 粗飼料分級指數(shù)

1.4.1GI指數(shù)定義及計算公式 GI指數(shù)是通過對粗飼料中粗蛋白和中性洗滌纖維的校正，可被反芻家畜采食、利用的有效能量[18]。GI(2001)指數(shù)的計算公式：GI=ME×DMI×CP/NDF,式中：GI為粗飼料分級指數(shù)，單位為MJ；ME(metabolic energy)為粗飼料代謝能，單位為MJ·kg-1；DMI為粗飼料干物質(zhì)隨意采食量，單位為kg·d-1；CP為粗蛋白，單位為%DM。

1.4.2GI指數(shù)參數(shù)估測[29]

乳牛DMI估測：DMI=120/NDF×BW

式中：BW(body weight)為每頭乳牛體重，體重按照600 kg為準。

NEL的估測：禾本科牧草NEL=[1.085-(0.015×ADF)]×9.29

式中：NEL(net energy)為泌乳凈能，單位為MJ·kg-1。

1.5 本研究所參考的等級劃分標準

牧草等級劃分標準見表1，飼料相對值(RFV)及飼草分級指數(shù)(GI)等級劃分標準見表2。

表1 豆科牧草與禾本科牧草等級劃分標準[24]Table 1 The Legume and Gramineous pasture classification (%)

表2 RFV及GI等級劃分標準[18]Table 2 Evaluation indexes of RFV and GI

注：以乳牛體重600 kg為準，未達到上一等級的仍劃分為該等級。

Note: According to the dairy cattle with 600 kg weight, if it did not reach the upper level, then divided into this grade.

1.6 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2016對數(shù)據(jù)進行初步整理，用DPS 14.1對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，變異系數(shù)(CV，coefficient of variation)為標準差(SD，standard deviation)與平均值(mean)之比。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌漿初期與成熟期鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量以及籽粒產(chǎn)量差異

品種間差異極顯著(P<0.01)(表3)。S2014794、S20151375在灌漿初期與成熟期的鮮、干草產(chǎn)量均較高，可用作高產(chǎn)飼用谷子品系資源；虎的尾2、鄭10和Z281的籽粒產(chǎn)量較高，其鮮、干草產(chǎn)量在兩個時期也屬于中上等水平，可用作高產(chǎn)糧飼兼用谷子品系資源。兩個時期鮮干草產(chǎn)量的變異系數(shù)為15.51%～20.61%，籽粒產(chǎn)量的變異系數(shù)較大，為50.40%，可能由于部分品種是飼用品種，籽粒產(chǎn)量偏低，而有些品種是糧飼兼用品種，籽粒產(chǎn)量較高。

表3 17種飼用谷子鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量以及籽粒產(chǎn)量方差分析Table 3 Analysis of variance for fresh and hay yield in early grain filling period and grain yield in mature period for 17 forage millet (t·hm-2)

注：-表示數(shù)據(jù)缺失，同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，下同。

Note: - indicates data missing, the different capital letters in the same column indicate highly significant difference at 0.01 level, the same below.

2.2 17種飼用谷子抽穗期、灌漿初期和成熟期的莖葉比差異

對17份飼用谷子的莖葉比進行分析發(fā)現(xiàn)，品種間莖葉比差異極顯著。莖葉比隨著生育期的推進而升高，成熟期>灌漿期>抽穗期(圖1)，但是S2014794和飼草4號的莖葉比在灌漿初期小于抽穗期。S20151375、K2908在3個時期莖葉比均較低，而S2014907在抽穗期和灌漿初期莖葉比較低，K1955在灌漿初期和成熟期莖葉比較低，以上品種可作為葉量豐富型品種資源。

2.3 17種飼用谷子農(nóng)藝性狀差異

對17種飼用谷子農(nóng)藝性狀進行分析(表4)，株高、莖粗、旗葉面積、倒2葉面積、倒3葉面積、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒重和出谷率品種間差異極顯著。株高是飼用谷子的一個重要性狀，衡HN201026和虎的尾2株高比較高，可作為高桿型品種資源；鄭10和冀草谷1號的莖粗高于其他品種，莖稈粗壯不容易倒伏；而旗葉、倒2葉和倒3葉對谷子干物質(zhì)積累貢獻很大，虎的尾2的旗葉面積、倒2葉面積和倒3葉面積均顯著高于其他品種，其次是Z281和K3970；并且虎的尾2的單穗重，單穗粒重和出谷率都最高，結(jié)合其在灌漿初期和成熟期鮮干草產(chǎn)量以及籽粒產(chǎn)量，因此虎的尾2是一個高產(chǎn)糧飼兼用品種。

圖1 17種飼用谷子抽穗期(a)、灌漿初期(b)和成熟期(c)莖葉比Fig.1 Stem/leaf for 17 forage millet varieties in heading period (a), early grain filling period (b) and mature period (c) 圖中數(shù)據(jù)均為平均值±標準誤差。The data in the Figure are mean±SE, n=3.

2.4 17種飼用谷子CP、NDF和ADF含量差異

NDF即飼草中或日糧中不溶性纖維，能夠較準確地反映纖維的實際含量。它包括木質(zhì)素、纖維素和半纖維素。日糧中充足的NDF是反芻動物唾液分泌、反芻、瘤胃緩沖及瘤胃健康所必需的，但過高的NDF則會對DMI產(chǎn)生負面影響。ADF包括纖維素、木質(zhì)素及殘余礦物質(zhì)(主要為二氧化硅)，不能被草食動物吸收消化，其含量越高表明該飼草的營養(yǎng)價值越低[26,30]。

對17種飼用谷子灌漿期植株的CP、NDF和ADF含量進行分析，結(jié)果表明：品種間CP、NDF和ADF含量差異極顯著。CP含量的變化幅度為7.50%～11.81%，平均值10.30%，變異系數(shù)10.62%，其中S2014907、S2014742的CP含量分別為11.81%，11.63%，均高于其他品種。NDF變化幅度為39.95%～62.05%，平均值50.85%，變異系數(shù)13.83%，其中鄭10和金綠谷的NDF分別為39.95%和40.06%，低于其他品種；ADF變化幅度為14.73%～27.91%，平均值20.71%，變異系數(shù)19.43%，其中飼草4號的ADF含量為14.73%，低于其他品種(表5)。

表4 17種飼用谷子的農(nóng)藝性狀Table 4 Agronomic characters for 17 forage millet

表5 17種飼用谷子CP、NDF和ADF含量、方差分析及等級劃分Table 5 Analysis of variance for CP, NDF, ADF and the rank of 17 forage millet

2.5 飼用價值評價

2.5.1參考美國制定的豆科與禾本科牧草等級劃分標準 參考美國制定的豆科與禾本科牧草等級劃分標準(表1)，對17種飼用谷子進行等級劃分(表5)，飼用谷子的品質(zhì)為中上等水平，是較好的飼草品種。按照CP單一指標等級劃分，其平均水平為中等，其中S2014742、S2014907、K3970為優(yōu)質(zhì)，S20151375為低質(zhì)，其他13個品種為中等；按照ADF劃分，其全是優(yōu)質(zhì)；按照NDF劃分，其平均水平為優(yōu)質(zhì)，其中K2908，冀草谷1號，金綠谷，鄭10，K3970，虎的尾2，K359，衡HN201026，飼草4號，YC264 10個品種為優(yōu)質(zhì)，其他7個品種為中等；綜合粗蛋白、NDF和ADF三個指標，K3970為優(yōu)質(zhì)飼用谷子。

2.5.2不同飼用谷子品種的飼料相對值(RFV) 根據(jù)RFV值(表2和表6)，17種飼用谷子的RFV均高于100，RFV平均值為137.05，歸屬一級，變化幅度為101.35%～178.25%，變異系數(shù)為7.73%。結(jié)果為特級：鄭10、金綠谷、K3970、飼草4號、K359；一級：K2908、衡HN201026、YC264、虎的尾2、冀草谷1號；二級：S2014742、K1955、S2014907、S20151375、M1335、Z281；三級：S2014794。

2.5.3不同飼用谷子品種的粗飼料分級指數(shù)(GI) 利用粗飼料分級指數(shù)GI值對17種飼用谷子進行評價(表2和表7)，GI平均值為22.97，歸屬二級，變化幅度為10.69%～38.18%，變異系數(shù)為17.68%，比RFV變異幅度大，其中鄭10、K3970、金綠谷為一級，飼草4號、K359、K2908、YC264、冀草谷1號、S2014742、S2014907、虎的尾2、衡HN201026為二級，K1955、M1335、Z281為三級，S20151375、S2014794為四級。

表6 17種飼用谷子的DMI、DDM、RFV及等級劃分Table 6 The DMI, DDM, RFV and the rank of RFV for 17 forage millet

表7 17種飼用谷子的DMI、NEL、GI及等級劃分Table 7 The DMI, NEL, GI and the rank of GI for 17 forage millet

3 討論

本研究中谷草在灌漿初期的17份品種中有8份品種鮮草產(chǎn)量≥30 t·hm-2，S20151375的鮮草產(chǎn)量最高為39.07 t·hm-2，S2014794干草產(chǎn)量最高15.04 t·hm-2，成熟期有3份品種鮮草產(chǎn)量≥30 t·hm-2，7份品種干草產(chǎn)量≥15 t·hm-2，灌漿初期鮮草產(chǎn)量除衡HN201026之外，其他品種普遍高于成熟期(幅度-2.93～9.62 t·hm-2)，成熟期干草產(chǎn)量除K1955、K2908、飼草4號以外其他品種普遍高于灌漿初期(幅度-0.98～4.00 t·hm-2)。原因可能是在成熟期K1955、K2908、飼草4號發(fā)生線蟲病比較厲害，影響了其籽粒與秸稈干物質(zhì)積累。

莖葉比能夠較好的反映牧草的適口性與品質(zhì)，一般粗蛋白葉中比莖中高1.0～2.5倍，粗纖維葉中比莖中少50%～100%，可消化物質(zhì)葉中比莖中高40%[31]。本研究17種飼用谷子開花期、灌漿初期和成熟期的莖葉比，隨著生育期的推進逐漸升高，與姜慧敏等[32]的研究一致。

參考美國制定的豆科與禾本科牧草等級劃分標準，飼用谷子等級劃分根據(jù)不同的營養(yǎng)指標其結(jié)果不同，說明單一營養(yǎng)指標劃分飼草品質(zhì)時，其歸屬性不便區(qū)分，單一的營養(yǎng)指標不能夠作為衡量一種飼草品質(zhì)的標準。

RFV是一種比較簡便實用的經(jīng)驗模型，只需在實驗室中測定粗飼料的NDF、ADF以及DM，即可計算出某粗飼料的RFV值[33]。RFV評定指數(shù)根據(jù)能量來評定飼草營養(yǎng)價值，其所采用的預測模型簡單實用，可提供粗飼料飼用價值的相對估計值，從而對不同批次或種類的粗飼料飼用價值進行比對[28]。RFV值越大，表明該種牧草的營養(yǎng)價值越高，但RFV只對粗飼料進行了簡單的分級，沒有考慮到粗飼料中粗蛋白含量對其營養(yǎng)價值的影響，而不包含蛋白質(zhì)指標的粗飼料評定指數(shù)是不夠準確的。RFV可以用于比較不同粗飼料之間品質(zhì)優(yōu)劣，但無法用于粗飼料的科學搭配。

GI(2001)使用了目前通用的NEL或ME來描述粗飼料能值，并且將能量與蛋白質(zhì)指標統(tǒng)一起來，可以優(yōu)化粗飼料的搭配。利用GI和RFV劃分的飼草等級結(jié)果不同，但總體趨勢一致，此與其其格等[18]的研究結(jié)果基本一致。利用GI劃分的飼草等級比利用RFV劃分的等級普遍降一級，可見GI劃分比RFV更加細致和嚴格。利用RFV劃分的飼草4號、K359是特級，但利用GI劃分的是二級，同樣利用RFV劃分的S20151375是二級，但利用GI劃分的是四級，相當于降兩級，其中飼草4號和S20151375的GI值接近于但小于上一級的最低值且大于本級的最高值，但按照未達到上一等級的仍劃分為該等級的原則，只能劃分在本級；而利用RFV與GI劃分的S2014742與S2014907都歸屬于二級，其RFV值接近二級數(shù)值范圍的上限，而GI值接近二級數(shù)值范圍的下限。

4 結(jié)論

通過對河北省17種飼用谷子進行鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、莖葉比等農(nóng)藝性狀以及各營養(yǎng)指標測定分析，結(jié)果表明鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、莖葉比、株高、莖粗、旗葉葉面積、倒2葉葉面積和倒3葉葉面積、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維品種間差異極顯著；S2014794、S20151375和S2014742可用作高產(chǎn)飼用谷子品系資源；而虎的尾2、鄭10和Z281可用作高產(chǎn)糧飼兼用谷子品系資源；S2014907、S20151375、Z281、K2908和K1955可作為葉量豐富型品系資源；衡HN201026和虎的尾2可作為高桿型品種資源；綜合美國制定的豆科與禾本科等級劃分標準、飼料相對值(RFV)和飼料分級指數(shù)(GI)3種評價指標，鄭10、K3970、金綠谷、飼草4號、K359、K2908、YC264、冀草谷1號飼用價值比較好，可作為高營養(yǎng)價值品系資源。

雖然RFV和GI評價體系可以較為準確的評定粗飼料的綜合品質(zhì)，尤其是GI體系能較全面地反映出粗飼料的營養(yǎng)價值，并在國內(nèi)廣泛的使用，但這些體系依然側(cè)重于測定粗飼料自身的常規(guī)營養(yǎng)成分含量，指標比較單一，忽視了反芻動物的粗飼料轉(zhuǎn)化率問題；因此將粗飼料營養(yǎng)價值評定體系和反芻動物的生理階段與消化利用率有機結(jié)合起來，將能更加精確地評價粗飼料營養(yǎng)價值。