飼料型小黑麥品系的秸稈產量及其營養(yǎng)品質研究

趙方媛， 杜文華， 田新會

(甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心, 甘肅 蘭州 730070)

農作物秸稈通常指成熟農作物收獲籽實后剩余莖葉等部分的總稱，主要有禾本科作物秸稈和豆科作物秸稈[1]。我國作物秸稈資源豐富，年產量已經超過9億t，但秸稈的綜合利用率不足1/4[2]。絕大部分秸稈被焚燒，造成資源浪費的同時污染環(huán)境[3-4]。秸稈作為一種豐富的生物資源，有離田產業(yè)化和秸稈還田循環(huán)2種利用方式，前者主要集中在新型能源化利用方面，如秸稈發(fā)電、秸稈沼氣、致密成型燃料、纖維素乙醇等方面，后者包括秸稈直接還田和秸稈養(yǎng)畜過腹還田[5]。發(fā)達國家對秸稈的利用比較充分，基本杜絕了秸稈廢棄與露天焚燒的問題，歐美各國一般將2/3左右的秸稈用于直接還田，1/5左右的秸稈被用做飼料[6]。

隨著畜牧業(yè)迅速發(fā)展，飼料資源短缺問題逐漸凸顯，秸稈由于來源廣泛及價格低廉等特點，使其具有極大開發(fā)潛力，秸稈飼料的合理利用在一定程度上可以緩解飼料資源短缺的壓力。秸稈飼料也是奶牛、肉牛和綿羊日糧中不可缺少的組分[7]。大力推進秸稈飼料化，不但可以作為家畜粗飼料的補充，還可以科學高效地利用資源，減少秸稈焚燒、保護大氣環(huán)境[8]。然而，目前我國對秸稈的利用普遍重視度不夠、秸稈飼用化專業(yè)程度較低、飼料化利用率較低、營養(yǎng)品質較差。因此，對牧草秸稈營養(yǎng)價值進行研究，并開發(fā)優(yōu)質的牧草秸稈作為反芻動物粗飼料替代品可進一步解決秸稈資源浪費及飼料短缺等問題。

小黑麥(×TriticosecaleWittmack)是由小麥屬(Triticum)和黑麥屬(Secale)經過屬間有性雜交和雜種染色體加倍而形成的新物種[9]。飼料型小黑麥由于籽粒產量高、營養(yǎng)品質好，作為家畜精飼料時具有較高經濟效益[10]。收獲籽粒后的小黑麥秸稈也具有較高營養(yǎng)價值，可以調制成干草或草粉飼喂家畜[11]。因此篩選秸稈產量高且營養(yǎng)品質好的小黑麥種質有助于實現(xiàn)小黑麥秸稈資源化和高附加值利用。但前人對飼料型小黑麥秸稈產量及營養(yǎng)品質方面的研究較少[12-14]。本試驗擬通過研究18份飼料型小黑麥品系連續(xù)2年的秸稈產量以及秸稈的粗蛋白(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)和中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)含量，以及干物質消化率(dry matter digestibility，DMD)，以篩選產量高、品質較好的品系，為拓寬小黑麥秸稈廢棄物利用途徑提供重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年(A1)和2016年(A2)在甘肅省臨洮農校農場(35°37′ N，103°87′ E)進行，海拔1 892 m，年降水量562 mm，無霜期 153 d，年平均氣溫 7.0℃，土壤為黑麻土，有灌溉條件，試驗地肥力均勻，第1年前茬作物為玉米，第2年為小黑麥連作草地。

1.2 試驗材料

本試驗以臨洮農校農場種子產量品比圃的18份小黑麥品系為材料，編號分別為Z1，Z3，Z5，Z6，Z8，Z9，Z12，Z19，Z21，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55；以甘農1號小黑麥(CK1)和新小黑麥5號小黑麥(CK2)作為對照。

1.3 試驗設計

隨機區(qū)組設計。條播，行距0.2 m，播種量按500萬基本苗·hm-2計算而得，播種深度為4～5 cm，小區(qū)面積6 m2(2 m×3 m)。3次重復。播種期分別為2014年10月和2015年10月。

1.4 測定內容及方法

秸稈產量：完熟期齊地面刈割小區(qū)內所有植株的地上部分，田間晾曬，脫粒后獲得秸稈，稱重。

秸稈的營養(yǎng)品質及消化率：隨機選取秸稈200 g，粉碎，過1 mm篩子，將樣品混合均勻后，用于測定小黑麥秸稈各營養(yǎng)成分的含量。采用半微量凱氏定氮法測定粗蛋白含量，采用索氏浸提法測定粗脂肪含量，采用濾袋技術改進的范氏酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的方法測定酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量，采用瘤胃尼龍袋法測定小黑麥秸稈有效干物質消化率[15-16]。

1.5 灰色關聯(lián)度的計算

將參試小黑麥種質中各指標的最佳值結合起來，形成一個“理想品種”[17]，設“理想品種”各指標所構成的序列為參考序列，記作X0(k)，以參試小黑麥種質各指標構成的序列為比較序列，記作Xi(k)，i為小黑麥種質，k為指標。首先采用初值法[17]對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，即所有指標數(shù)值除以相應的X0，再根據(jù)標準化處理的結果求出X0與對應Xi的絕對差值，然后由下列公式計算出參試小黑麥種質與“理想品種”之間的關聯(lián)系數(shù)，關聯(lián)系數(shù)由下列公示計算。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用軟件Microsoft Excel 2010和SPSS19.0對不同小黑麥品系的秸稈產量及其營養(yǎng)品質進行方差分析，具有顯著差異后用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

除年份間小黑麥種質的ADF含量無顯著差異外，其余指標均有極顯著差異，需進行多重比較(表1)。

表1 小黑麥種質秸稈產量和秸稈營養(yǎng)品質的方差分析Table 1 Variance analysis of straw yield and nutritional quality of different triticale germplasm

注：**表示差異達極顯著水平(P<0.01)

Note:**indicate significant difference at the 0.01 level

2.1 秸稈產量

2.1.1小黑麥種質間秸稈產量的差異 如表2所示，參試小黑麥種質中，Z12的平均秸稈產量最高(14.04 t·hm-2)，除與Z21和Z41無顯著差異外，顯著高于其他小黑麥種質(P<0.05)；秸稈產量最低的是Z3(8.30 t·hm-2)，除與Z1，Z5，Z6，Z23，Z36，Z49，CK1和CK2無顯著差異外，顯著低于其他小黑麥種質(P<0.05)。

表2 小黑麥種質間秸稈產量的差異Table 2 Differences of the straw yield among triticale germplasm

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下表同

Note:Different lowercase letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

2.1.2年份間小黑麥秸稈產量的差異 從表1看出，年份間小黑麥種質平均秸稈產量的差異較大。2015年小黑麥的平均秸稈產量(11.15t·hm-2)顯著高于2016年(9.89 t·hm-2)(P<0.05)。

2.1.3小黑麥種質×年份交互作用間秸稈產量的差異 由圖1可知，在所有處理中，Z12A1的秸稈產量最高，為14.28 t·hm-2，除Z8A1，Z19A1，Z41A1，Z48A1，Z12A2和Z21A2外，顯著高于其他處理(P<0.05)；秸稈產量最低的是Z3A2(6.267 t·hm-2)，除與CK2A1和Z6A2無顯著差異外，顯著低于其他處理(P<0.05)。

圖1 種質×年份交互作用間小黑麥秸稈產量的差異Fig.1 Differences of the straw yield for the interaction of triticale germplasm and years注：不同柱形圖間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters between column charts indicate significant differences of plant height at the 0.05 level

2.2 秸稈的營養(yǎng)品質

2.2.1小黑麥種質間秸稈營養(yǎng)品質的差異 不同小黑麥種質的CP、EE、ADF、NDF含量及DMD如表3所示，在參試的小黑麥種質中，Z36的CP含量最高(8.43%)，除Z5，Z6，Z9，Z30，Z35，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55和CK1外，顯著高于其他種質(P<0.05)；其次為Z55(8.33%)；Z19的CP含量最低(5.05%)，與Z1，Z3，Z12，Z23和CK2之間差異不顯著，顯著低于其他種質(P<0.05)。20份小黑麥種質中，EE含量最高的是Z9(2.46%)，與Z1，Z5，Z23和CK1之間無顯著性差異，顯著高于其他種質(P<0.05)；其次為Z5(2.28%)；EE含量最低的是Z35(0.94%)，除與Z30，Z36，Z41，Z49，Z50無顯著差異外，顯著低于其他種質(P<0.05)。

由表3可知，參試小黑麥種質中，Z6的ADF含量最低(48.89%)，除與Z1，Z30和Z55無顯著差異外，顯著高于其他種質(P<0.05)；ADF含量最高的是Z19(57.75%)，與Z3，Z12，Z23，Z35，Z36和Z41之間無顯著性差異，顯著高于其他種質(P<0.05)。Z8的NDF含量最低(71.96%)，顯著低于Z12，Z19，Z23和Z41，與其他種質間均無顯著性差異；NDF含量最高的也是Z19(79.74%)，除與Z23無顯著差異外，顯著高于其他種質(P<0.05)。

就DMD而言，Z8的DMD最高(37.08%)，除與Z1，Z9，Z30，Z41，Z49，Z50和Z55無顯著差異外，顯著高于其他種質(P<0.05)；Z6的DMD最低(26.06%)，顯著低于Z8，Z9和Z49，與其他小黑麥種質間均無顯著差異(表3)。

2.2.2年份間小黑麥秸稈營養(yǎng)品質的差異 由表4可以看出，2016年的CP含量和NDF含量顯著高于2015年(P<0.05)，但EE含量和DMD顯著低于2015年(P<0.05)。

2.2.3小黑麥種質×年份交互作用間秸稈營養(yǎng)品質的差異 由表5可看出，CK1A2的CP含量最高(9.67%)，除Z6A2，Z30A2和Z49A2外，均顯著高于其他處理(P<0.05)；CP含量最低的是Z19A2(4.58%)，除與Z23A2無顯著差異外，與其他處理間均有顯著性差異(P<0.05)。EE含量最高的為Z9A1(2.90%)，除與Z6A1無顯著性差異，顯著高于其他處理(P<0.05)；Z35A2的EE含量最低(0.65%)，除與Z49A1無顯著差異外，顯著低于其他各處理(P<0.05)。

Z6A2的ADF含量最低(46.88%)；Z12A1的ADF含量最高(59.47%)；其次為Z19A2(58.68%)。NDF含量最低的是Z8A1(67.02%)，顯著低于其他處理(P<0.05)；Z19A2的NDF含量最高(82.78%)；其次為Z23A2，NDF含量為81.54%。

Z8A1的DMD最高(42.38%)；其次為Z1 A1(41.76%)；Z19A2的DMD最低(22.64%)，除與Z1A2，Z3A2，Z5A2，Z6A2，Z12A2和Z36A2無顯著差異外，顯著低于其他處理(P<0.05)。

表4 不同年份間小黑麥秸稈的營養(yǎng)品質及消化率Table 4 Nutritional quality and digestibility of triticale straw in different years

表5 種質×年份交互作用間小黑麥秸稈營養(yǎng)品質的差異Table 5 Differences of nutrition and digestibility in triticale straw between the interaction of germplasm and years

續(xù)表5

2.3 綜合評價

利用灰色關聯(lián)分析的方法研究參試小黑麥品系秸稈產量及其營養(yǎng)品質與“理想品種”之間的灰色關聯(lián)度，以各指標的最佳值來構成“理想品種”，秸稈產量高反映出較好的生產性能，秸稈中CP和EE含量是決定品質的重要因素，NDF和ADF則是決定飼草適口性及消化率的重要因素。本試驗中選取秸稈產量、秸稈CP、EE含量和DMD最高，及NDF和ADF含量的最低的小黑麥秸稈種質構成“理想品種”(X0)，X0的構建及各指標的權重見表6。按灰色關聯(lián)理論要求，將所有參試小黑麥種質及其各指標視為一個灰色系統(tǒng)。計算出參試小黑麥種質與X0之間的關聯(lián)度(表7)，最后根據(jù)關聯(lián)度的大小來評價參試小黑麥種質優(yōu)劣。由表7可以看出，在參試小黑麥種質中CK1處于中間水平，CK2的綜合性狀最差，Z9，Z12，Z55的綜合性狀好，Z3，Z19，Z23的綜合性狀差。

表6 “理想品種”的構建及各指標的權重Table 6 Establishment of the ideal variety and the weight of each parameter

表7 參試小黑麥種質秸稈產量及其營養(yǎng)品質與“理想品種”的關聯(lián)度Table 7 Correlative degree of straw yield and nutritional quality between tested triticale and “ideal variety”

3 討論

秸稈作為自然界最為豐富的可再生資源之一，利用高品質秸稈飼喂家畜可實現(xiàn)高附加值利用。小黑麥作為一種雜交而成的禾本科牧草，較強的抗逆性以及耐瘠薄能力使其能在環(huán)境較惡劣地區(qū)正常生長，并擁有較高草產量[18-19]。在陜西商洛高寒山區(qū)小黑麥長勢良好，種子產量3 t·hm-2，最高達6 t·hm-2，是當?shù)匦←満秃邴湹?倍[20]。但有關小黑麥秸稈的研究較少，董衛(wèi)民等[21]報道，小黑麥秸稈產量可達10.5～12.0 t·hm-2，為小麥的1.5倍左右。本試驗結果表明，受遺傳效力控制，不同小黑麥種質間秸稈產量存在顯著差異，平均秸稈產量的變化范圍為8.30～14.04 t·hm-2，與董衛(wèi)民等[21]研究結果相近。小黑麥種質中Z12的秸稈產量最高，其次為Z41，Z3最低?？v觀兩年的秸稈產量變化，2016年秸稈產量明顯低于2015年，這主要是因為該年份降雨偏少，也可能與小黑麥連作有關[22]。從種質和年份交互作用看，2015年Z12的秸稈產量最高，達到了14.28 t·hm-2，其次為2015年的Z41，2016年Z3的秸稈產量最低，為6.27 t·hm-2。綜合考慮不同年份間小黑麥的秸稈產量，Z12和Z41較為突出。

玉米秸稈作為秸稈飼料的主要原料，中國通過加工處理或者直接用作飼料的秸稈還不到秸稈總量的10%。為了提升秸稈的飼用價值采取了許多加工處理方法，包括物理處理(切碎、高壓蒸煮和膨化等)、化學處理(堿處理、氨化和氧化劑處理等)、生物處理(青貯、微貯和酶解等)等[23]，但這些方法存在處理過程復雜、產物污染環(huán)境、成本高或技術尚不成熟等缺點，都會限制秸稈飼料化進程。秸稈作為家畜重要的粗飼料，其營養(yǎng)價值和消化率等對家畜具有重要影響。因此，選擇產量高，品質好的秸稈有利于提高秸稈利用率[24]。研究發(fā)現(xiàn)，成熟期收獲飼用型小黑麥地上部并除去籽粒(用作精飼料)后，秸稈的蛋白質含量仍高于小麥、黑麥和部分燕麥青干草，可以制成干草或干草粉，進一步有效利用[25]。小黑麥作為新型飼料作物，不僅在秸稈產量方面研究較少，對秸稈營養(yǎng)品質的研究更少。佟桂芝等[11]認為，飼料型小黑麥不但秸稈產量高于小麥，收獲籽實后秸稈的營養(yǎng)價值也高于小麥，飼用小黑麥80-177收獲籽實后秸稈的粗蛋白含量為4.61%，脂肪含量為2.24%，粗纖維含量為33.46%。本試驗表明，不同小黑麥種質秸稈的營養(yǎng)價值有較大差異，Z36的粗蛋白含量最高，達到了8.43%，Z19最低，為5.05%；Z9的粗脂肪含量最高，為2.46%，最低的是Z35(0.94%)；ADF含量的變化范圍為48.89%～57.75%，其中含量最低的是Z6，含量最高的是Z19；NDF含量的變化范圍為71.96%～79.74%，其中含量最低的是Z8，含量最高的也是Z19；在參試的小黑麥種質中，Z8的干物質消化率最高，為37.08%，Z6最低，為26.06%。相比佟桂芝等[11]的研究結果，本試驗參試小黑麥種質的粗蛋白和脂肪含量較高，但NDF和ADF含量也較高，飼料中纖維性物質含量高意味著該飼料更不容易消化[26]，因此導致參試小黑麥的消化率較低。陶蓮等[27]研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈中的NDF和ADF含量分別為63.32%和36.98%，將酶菌復合添加劑噴灑到秸稈中進行青貯發(fā)酵后纖維顯著降低，因此在篩選出粗蛋白、脂肪等含量較高的品系后，可利用青貯等科學高效的方法降低纖維含量，改善飼料品質，提高營養(yǎng)物質的保存量及反芻動物瘤胃對秸稈營養(yǎng)物質的降解率。由于不同年份小黑麥生長期間降雨量和溫度等差異較大，所以不同小黑麥種質的營養(yǎng)品質存在差異。2016年小黑麥秸稈的粗蛋白、粗脂肪及NDF含量均高于2015年，但干物質消化率則低于2015年，這可能與試驗羊的體質有關。從小黑麥種質與年份的交互作用看，2016年Z6的粗蛋白含量最高，ADF含量最低；2015年Z9的粗脂肪含量最高，Z8的NDF含量最低，干物質消化率最高。

灰色關聯(lián)分析是對系統(tǒng)變化發(fā)展態(tài)勢進行定量描述和比較的方法，可較為真實和全面地反映人們對客觀系統(tǒng)的實際認識程度[28]。本試驗利用灰色關聯(lián)度法對18個小黑麥品系進行綜合評價，表明Z9，Z12，Z55的秸稈產量高，品質較好，可以用作草食家畜粗飼料，以提高秸稈綜合利用率。

4 結論

參試小黑麥種質間、年份間、種質與年份的交互作用間的秸稈產量和營養(yǎng)品質均存在差異。綜合考慮小黑麥的秸稈產量及其營養(yǎng)品質，參試小黑麥品系中Z9，Z12，Z55產量較高且品質較好，綜合表現(xiàn)表現(xiàn)較佳，可作為草食家畜的粗飼料，以有效利用秸稈，并減少環(huán)境污染。