施氮量對全株大麥生產(chǎn)性能及青貯品質(zhì)的影響

包文龍,鄭成忠,張騰薇,云 穎,韓云鵬,劉志萍,巴 圖,徐廣祥,王鳳梧,孫娟娟*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所/內(nèi)蒙古草業(yè)與草原研究院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010;2.烏蘭察布市農(nóng)林科學研究所,內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000;3.烏蘭察布市科學技術(shù)事業(yè)發(fā)展中心,內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012001;4.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031;5.內(nèi)蒙古巴彥淖爾市農(nóng)牧科學院,內(nèi)蒙古 臨河 015000)

大麥(HordeumvulagareL.)作為早春谷類作物,由于其生長周期短、抗性較強、具有好的生長發(fā)育優(yōu)勢,在全球得到了廣泛的種植,總產(chǎn)量居全球第4位[1-2]。大麥是糧飼兼用作物,具有較高的飼用價值,國外早已將全株大麥作為飼草料,有關(guān)全株大麥在反芻動物中的應(yīng)用做了很多研究[3-5]。我國的飼草料系統(tǒng)在很大程度上是以玉米為基礎(chǔ)的,無論是精飼料的玉米粒還是全株青貯玉米。據(jù)報道近些年我國華北地區(qū)降水持續(xù)偏少、干旱程度有所增加[6],使需水作物玉米的大面積種植更具風險。大麥的生長特點是需水少,不太容易受到干旱缺水的影響。干旱半干旱地區(qū)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要開發(fā)利用其他飼料資源來緩解飼用玉米的壓力。因此,開發(fā)大麥飼用價值,是解決我國畜牧業(yè)粗飼料短缺、替代玉米的有效途徑[7]。

大麥青貯飼料因為青綠多汁、適口性強、干物質(zhì)消化率高、調(diào)制過程不受天氣影響,在養(yǎng)殖業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。國外在19世紀40年代開始就有全株大麥青貯的研究報道,全株大麥青貯是加拿大、韓國、法國、日本、沙特等很多國家奶牛養(yǎng)殖場的主要飼料來源[8]。我國從20世紀80年代開始陸續(xù)有大麥青貯研究報道[9-10]。關(guān)于栽培管理對大麥青貯品質(zhì)的影響研究主要集中在收獲時期、留茬高度、播期等方面。研究認為不同地區(qū)適宜大麥青貯調(diào)制的收獲期不同。全株大麥調(diào)制青貯的適宜收獲期主要有蠟熟初期和蠟熟期[11-12]。Kim和張騰薇等的研究了刈割高度對大麥青貯品質(zhì)的影響,認為留茬10 cm以上能夠獲得高品質(zhì)全株大麥青貯飼料[8,13]。趙準等[14]認為播期對全株大麥青貯品質(zhì)的影響因品種而異,播期影響全株大麥青貯的中性洗滌纖維和粗脂肪含量,進而影響青貯pH值和氨態(tài)氮含量。

施肥是大麥栽培管理的重要措施,施氮量是大麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要影響因素[15]。目前,我國關(guān)于大麥施肥的研究主要集中在以收獲籽粒為目的的有關(guān)生長性能方面,關(guān)于施氮量對大麥青貯品質(zhì)的影響研究報道較少。本研究通過探究不同施氮肥處理對全株大麥生產(chǎn)性能和青貯品質(zhì)的影響,為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大麥青貯飼料的施肥措施提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與試驗設(shè)計

試驗在烏蘭察布市農(nóng)林科學研究所試驗田進行,試驗田位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市察右前旗平地泉鎮(zhèn)(113°13′ E,40°94′ N,海拔1 342 m),年平均氣溫4.5℃,最高氣溫為39.7℃,最低氣溫-34.4℃,年均無霜期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)。試驗田土壤條件見表1。供試材料為內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院自主選育的大麥新品種‘內(nèi)農(nóng)科飼用大麥2號’。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計。所施氮肥為尿素,設(shè)置3個施氮水平,施氮量(純氮)分別為135,180,225 kg·hm-2,分別記為N135,N180,N225。每個處理3次重復,共計9個小區(qū),小區(qū)面積為15 m2(3 m×5 m),行距25 cm,每小區(qū)種12行。大麥于2021年4月22日采用小區(qū)播種機播種,播種時施種肥磷酸二胺150 kg·hm-2,播種30 d后在大麥2葉1心到3葉1心時澆頭水,結(jié)合澆頭水時按不同梯度施用尿素。5月30號人工除草一次,6月10號拔大草一次。

表1 試驗田土壤條件Table 1 Soil conditions of experimental field

1.2 物候期的觀測

播種后有50%的芽鞘露出地面1 cm的日期為出苗期;在葉鞘的葉腋間出現(xiàn)的分枝,葉子露出的長度約為1 cm的時期為抽穗期;50%以上的麥穗抽出葉鞘 1 cm (芒除外) 的日期為抽穗期;田間有50%麥穗小花開裂,黃色花藥外露的時期為開花期;田間50%麥穗中部小穗的籽粒已經(jīng)接近正常大小、籽粒內(nèi)充滿乳液的時期為乳熟期;80%以上植株正常枯黃,籽粒變硬,不能被手指甲掐破的日期為完熟期[16]。

1.3 產(chǎn)量、農(nóng)藝指標測定與青貯調(diào)制方法

大麥于2021年7月7日乳熟期刈割測產(chǎn),每個小區(qū)內(nèi)避開邊際30 cm,隨機選取1個1 m×1 m的樣方進行刈割,留茬高度為5～8 cm,刈割后稱重計算鮮草產(chǎn)量。從中選取1 000 g鮮草,帶回實驗室與65℃烘干至恒重,稱量計算干草產(chǎn)量。

分蘗數(shù)：每個小區(qū)隨機選取10株大麥,測定各株有效分蘗數(shù)。

有效穗數(shù)：每個處理組選取1 m單行,數(shù)出單穗大于5粒的全部穗數(shù),再折算出每公頃的有效穗數(shù)。

1.4 全株大麥青貯飼料的調(diào)制

生育期到達乳熟后期時將刈割全株大麥帶回實驗室,將新鮮的大麥原料使用耐用型不銹鋼圓盤切草機切碎成1 cm左右的小段,混合搖勻后取350 g裝入28 cm×40 cm的聚乙烯真空包裝袋抽真空封口,室溫貯存45天,每個處理3次重復。

1.5 測定項目與方法

青貯開封時將青貯樣品混合均勻,取10 g的青貯料用于青貯發(fā)酵品質(zhì)分析,其余青貯料于65℃烘干48 h,用于測定干物質(zhì)含量以及粉碎后營養(yǎng)價值的測定。將稱取的10 g青貯樣中加入90 mL蒸餾水,用搗碎機攪碎1 min,先經(jīng)4層紗布后經(jīng)定性濾紙過濾,得到浸出液用于測定pH值,經(jīng)過0.22 μm濾膜過濾,用于乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丁酸(Butyric acid,BA)和氨態(tài)氮(Ammonia nitrogen,NH3-N)的測定[17]。有機酸含量采用高效液相色譜法測定,干物質(zhì)(Dry matter,DM)和粗灰分(Crude ash,Ash)含量采用烘干法測定;粗蛋白(Crude protein,CP)含量采用凱氏定氮法測定;可溶性糖(Water soluble carbohydrate,WSC)含量采用蒽酮比色法測定[18];中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber,ADF)含量測定采用范氏纖維測定法[19]。乳酸菌采用MRS瓊脂培養(yǎng)基與37℃厭氧條件下培養(yǎng)48小時計數(shù);霉菌酵母菌的活菌數(shù)量、取樣及測定方法參考參考文獻18[18]。全株大麥青貯采用Kaiser發(fā)酵品質(zhì)評價方法進行評定,評定方法見表2。

表2 Kaiser評分體系Table 2 Evaluation system of Kaiser

1.6 相對飼料價值(RFV)

相對飼料價值(RFV)是一種廣泛使用的粗飼料質(zhì)量評價指數(shù)[20]。RFV根據(jù)ADF(%DM)和NDF(%DM)的估計值計算得出。計算RFV的公式為：

RFV(%)=93×(88.9-0.779×ADF)/NDF

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 365錄入、整理數(shù)據(jù),運用SPSS 26.0軟件進行方差分析,采用LSD0.05法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對大麥生育期的影響

由表3可知,三個施氮處理的大麥于5月2日全部出苗,6月14日均進入抽穗期;N135處理大麥于7月5日進入乳熟期,較施氮N225處理早了10天;與N135處理相比N225處理大麥進入成熟期的時間推遲10天;三個施氮處理組大麥全生育期分別為80天、85天、90天。

表3 不同施氮處理大麥的物候期Table 3 Phenological period of barley under different nitrogen treatments

2.2 施氮量對大麥草產(chǎn)量、分蘗數(shù)和有效穗數(shù)的影響

由表4可知,施氮量對全株大麥鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量無影響,對大麥的分蘗數(shù)和有效穗數(shù)有顯著影響(P<0.05)。分蘗數(shù)和有效穗數(shù)隨著施氮量的增加而增大,N225施氮處理大麥分蘗數(shù)顯著高于N135和N180處理(P<0.05),N225處理有效穗數(shù)與N180處理無顯著差異且顯著高于N135處理(P<0.05)。N225施氮處理大麥分蘗數(shù)分別比N135和N180處理提高了35.2%和18.4%,N225處理的有效穗數(shù)分別比N135處理提高了26.2%。

2.3 施氮量對全株大麥原料營養(yǎng)成分的影響

施氮量影響全株大麥干物質(zhì)含量,隨著施氮量的增加干物質(zhì)含量呈增加趨勢,N225處理全株大麥干物質(zhì)含量顯著高于其他兩個處理,其干物質(zhì)含量分別比N135和N180處理提高8.3%和6.4%。隨施氮量增加全株大麥粗蛋白含量和可溶性碳水化合物呈增加趨勢,但各處理間無顯著差異。N225處理中性洗滌纖維含量在各處理中為最低,其中性洗滌纖維含量分別比N135和N180處理降低了7.80%和8.16%。粗灰分含量各處理間無顯著差異,但隨施氮量增加有下降趨勢(表5)。

表5 氮肥施用量對全株大麥原料品質(zhì)的影響Table 5 Effect of nitrogen fertilizer application rate on raw material quality of whole barley

2.4 施氮量對全株大麥青貯飼料營養(yǎng)價值和微生物數(shù)量的影響

全株大麥青貯后其干物質(zhì)含量隨著施氮量的增加顯著上升,在施肥量在N225時,干物質(zhì)含量達到最大(P<0.05)(表6),N225處理全株大麥青貯干物質(zhì)含量分別比N135和N180處理提高了14.8%和9.7%。施氮對全株大麥青貯飼料粗蛋白、可溶性碳水化合物、灰分和粗脂肪均含量無顯著影響。隨施氮量的增加大麥青貯后中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量顯著降低,N225處理全株大麥青貯中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量分別比N135處理降低4.3%和8.8%。施氮肥影響全株大麥乳酸菌數(shù)量但對霉菌數(shù)量無顯著影響,隨施氮量增加全株大麥青貯乳酸菌數(shù)量逐漸降低。

2.5 施氮量對全株大麥青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

施氮肥處理對全株大麥青貯的pH值、乳酸含量、氨態(tài)氮含量均無顯著影響,對乙酸和丁酸含量影響顯著(P<0.05)。隨施氮量增加乙酸含量呈減少趨勢,N225處理全株大麥青貯乙酸含量分別比N135和N180處理降低了24.1%和18.8%;N225處理丁酸含量與N180處理無顯著差異,且兩個處理的丁酸含量顯著高于N135處理,N225處理丁酸含量比N135處理增加38.8%,而N180處理丁酸含量是N135處理的兩倍。所有處理的Kaiser發(fā)酵品質(zhì)評價均為1級(表7)。

表6 不同施氮量處理全株大麥青貯飼料的營養(yǎng)成分和微生物數(shù)量Table 6 Nutrient content and microbial quantity of whole barley silage treated with different nitrogen application rates

2.6 施氮量對全株大麥青貯飼料相對值(RFV)的影響

青貯前后不同施氮量處理全株大麥青貯飼料相對值的影響見圖1。由圖1可知,青貯前N225處理全株大麥青貯飼料相對值最高,但與其他兩個處理無顯著差異;青貯后隨施氮量增加全株大麥青貯飼料相對值呈增高趨勢,其中N225處理全株大麥青貯飼料相對值顯著高于N135處理與N180處理無顯著差異。青貯后N225處理比N135處理飼料相對值增加了7.8%。

3 討論

3.1 施氮肥對全株大麥產(chǎn)量構(gòu)成因子及生育期的影響

施氮和作物產(chǎn)量之間不是簡單的線性關(guān)系,不合理的施用反而會造成肥料浪費和環(huán)境污染[21-22]。Gous等人[23]認為在水分充足的情況下,大麥的籽粒產(chǎn)量與施氮量呈正相關(guān),而也有研究認為當分蘗時氣溫較低施氮量顯著影響大麥籽粒產(chǎn)量,當分蘗時氣溫較高施氮量對大麥籽粒產(chǎn)量影響不顯著[24]。本研究發(fā)現(xiàn),施氮處理對整株大麥產(chǎn)量無顯著影響,可能與本試驗在旱作條件下,大麥對水分敏感時期水分相對缺乏使得氮肥肥效沒有充分發(fā)揮有關(guān)。王晨陽等[25]對小麥的研究發(fā)現(xiàn)施氮有助于增加分蘗和有效穗數(shù),與本研究結(jié)果一致,隨施氮量增加大麥的分蘗數(shù)和有效穗數(shù)增加。施氮可影響作物的生育期,Stark等[26]指出施氮過量會導致大麥群體過大而使得作物貪青晚熟,生育期延長。本研究發(fā)現(xiàn)隨施氮量的增加大麥生育期延長,該結(jié)果與前人對大麥的研究結(jié)果一致[27]。

3.2 施氮量對全株大麥原料營養(yǎng)成分的影響

飼草所含的營養(yǎng)成分對家畜的生長和發(fā)育至關(guān)重要,飼草作物原料的營養(yǎng)成分顯著影響飼草青貯發(fā)酵后的品質(zhì),施氮可影響植物的化學成分的含量,高氮肥可提高飼草葉莖比導致干物質(zhì)含量降低[27]。本研究中N225處理干物質(zhì)含量顯著高于其他兩個處理,可能與全株大麥在乳熟后期籽粒干物質(zhì)含量較多有關(guān)。隨施氮量增加全株大麥原料粗蛋白增加,這與前人研究結(jié)果一致[28]。關(guān)于施氮對飼草原料可溶性碳水化合物含量的影響,不同的研究結(jié)果不同,Glamoclija等[29]的研究表明增施氮肥能夠增加青貯原料WSC含量,與本試驗一致;可能由于全株大麥的大麥籽粒占比較大,乳熟期后籽粒中占有較高比例的WSC有關(guān)。無論全株大麥原料還是青貯飼料,N225處理的NDF和ADF含量均最低,應(yīng)與高氮肥處理導致大麥生育期延遲有關(guān),雖然收獲時三個處理的大麥均處于乳熟期,但成熟的程度不同,高氮肥處理的大麥成熟度相較于其他兩個處理成熟度更低。韓世潔等[30]對白羊草的研究發(fā)現(xiàn)相同結(jié)果,認為增施氮肥能有效降低白羊草中NDF和ADF含量。RFV是評價粗飼料品質(zhì)的一種重要指標,是對飼草中所含NDF和ADF的系統(tǒng)反映,其值越大,表示飼草的品質(zhì)越好[31]。本實驗中全株大麥青貯后RFV隨著施氮量的增加而增大,參照美國紫花苜蓿草產(chǎn)品分級標準[20]三個處理的RFV值都處于125～151之間,均達到1級水平。

3.3 施氮肥對全株大麥青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

青貯是乳酸菌在厭氧條件下以可溶性碳水化合物作為發(fā)酵底物,產(chǎn)生以乳酸為主的有機酸降低飼草pH值的過程。一般的青貯原料WSC占鮮樣的2.5%以上即可滿足調(diào)制優(yōu)質(zhì)青貯飼料的要求,按照本實驗全株大麥干物質(zhì)換算,大麥原料可溶性碳水化合物含量達到8.41%DM～9.12%DM即可滿足乳酸菌發(fā)酵的要求,本實驗WSC含量均在9.36%DM以上,因此WSC含量并非影響大麥青貯品質(zhì)的限制因素。雖然本實驗中N135處理大麥原料的WSC最低,但青貯后該處理pH最低、LAB含量最高,可能與該處理大麥原料粗蛋白含量低導致緩沖能值低更容易發(fā)酵有關(guān)。在小麥[32]和甜高粱[33]的研究中發(fā)現(xiàn)相似結(jié)果,認為青貯飼料的pH值隨著施氮量增加而增加、乳酸含量隨施氮量的增加而減少。氨態(tài)氮含量是反映青貯發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)的分解、判斷發(fā)酵品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標,本實驗發(fā)現(xiàn)不同施氮處理對氨態(tài)氮含量無顯著影響,這與白春生等[34]對高丹草的研究結(jié)果一致。也有研究顯示施氮量增加,氨態(tài)氮含量增加,發(fā)酵品質(zhì)有下降趨勢[35]。

4 結(jié)論

施氮量對全株大麥生物量和蛋白質(zhì)含量影響效果不明顯,隨著施氮量增加沒有顯著增加,但施氮量為225 kg·hm-2時降低了中性洗滌纖維含量。在青貯過后,發(fā)酵品質(zhì)也沒有顯著提升,說明施氮對全株大麥生產(chǎn)性能和青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響較小。綜合分析營養(yǎng)價值和發(fā)酵品質(zhì),推薦烏蘭察布地區(qū)大麥青貯原料生產(chǎn)沒有必要增施氮肥來提升栽培成本。