亞熱帶典型紅壤丘陵地區飼用雜交構樹生長動態

吳照祥，李彥強，劉巧麗，李輝虎，鐘永達，劉 杰，余發新

(江西省科學院生物資源研究所，330096，南昌)

0 引言

構樹屬于蕁麻目桑科的多年生落葉闊葉喬木，自然分布于我國大部分地區和東南亞，是一種典型的鄉土樹種和先鋒植物[1]。構樹有著悠久的開發歷史，是一種多用途資源植物，集綠化、飼料和藥用功能于一身[2]，具有速生、適應性強、分布廣、易繁殖、熱量高、輪伐期短等優良特性，表現出較高的生態、社會和經濟價值[1]。雜交構樹是中國科學院植物研究所沈世華博士在野生構樹的基礎上結合常規育種和現代育種方式獲得的具有極高飼用價值的創新優質樹種。雜交構樹繼承了野生構樹的諸多優良特性，還表現出了超出野生構樹的一些性狀特征，其葉片粗蛋白、粗脂肪以及鈣含量都有顯著的提高。根據《中國飼料成分及營養價值表》數據，雜交構樹葉片多項飼用指標都顯著高于1級苜蓿，具有更高的營養價值，是一種優良的飼料資源[3]。雜交構樹飼料還是一種廣譜性飼料資源，可以應用于如豬、牛、羊等大型牲畜[4]，也可以應用于雞、鴨、兔等小型畜禽，甚至可以應用于龜、鱉、魚等水產養殖[5]。

2014年底，雜交構樹產業扶貧工程在全國扶貧工作會議上獲得批準，成為國家十大精準扶貧工程之一，亦是十大工程唯一的林業類種植項目，該工程在2015年就開始部分省區試點，并逐步推廣到全國各適應地區，因此構樹迎來了歷史上最好的發展機遇，已經形成新興發展的種養殖業。然而雜交構樹種植產業在我國剛剛起步，在種植密度、水肥管理、病蟲害防治以及采收加工等方面都還缺乏有效的科學論證和技術開發。目前，雜交構樹在山東、河北、河南、內蒙古以及安徽北部等平原地區普及推廣，也取得了非常不錯的經濟效益。調研發現，山東地區雜交構樹的種植密度為6 000～9 000 棵/hm2，全部實行機械化收獲，除第一茬生長周期較長外(約60 d)，其他茬期都在40 d左右，每年總共收獲4茬。雜交構樹生物學產量在前2年稍低(60～75 t/hm2)第3年開始基本穩定在90～120 t/hm2[6]。目前，雜交構樹在我國北方平原地區的種植以良田種植為主，存在一定的“與人爭糧”的矛盾，雖然有一定的種植面積是基于不適合主糧生產的邊際土地。我國廣大的南方地區以丘陵地貌居多，尤其像江西、福建和貴州等省份，大面積土地不太適合水稻等主糧作物種植，而該地區諸如年積溫、年降水量、無霜期等水熱條件明顯優于北方，非常適合發展雜交構樹種植產業。另外，由于國際油價的不斷攀升，像飼草一類的泡貨運輸成本較高，直接增加了我國南方養殖業的成本壓力，飼草本地化是解決南方養殖業高成本的唯一出路，所以我國南方丘陵地區雜交構樹高效栽培技術開發成為現階段構樹扶貧項目重要任務之一。目前，雜交構樹對我國南方水熱條件的適應性以及生長狀況都還不甚清楚，有待開展進一步深入研究。

雜交構樹作為重要的飼料原料，其應用方式多種多樣，可以直接粉碎喂食，也可以烘干粉碎制成顆粒料，而更多的是通過微生物參與的深度發酵進一步提升其營養價值[7]。雜交構樹飼用方式跟植物體幼嫩程度、木質素含量、能量密度等緊密相關[8]，另外飼料發酵還受到原料水分以及碳氮比等因素的影響[9]。所以，不同收獲期雜交構樹各個構件水分含量、碳氮比等問題的深入研究有助于更好的對其開發利用。本研究就是針對典型亞熱帶紅壤丘陵地區，開展雜交構樹適應性引種試驗，并研究其各個構件不同收獲期生物量積累以及水分含量、碳氮比的動態變化，結合能值和灰分含量的測定，掌握雜交構樹原料能量水平、灰分含量與其碳氮養分含量間的關系，以期為進一步增強刈割和田間管理措施以及雜交構樹原料利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于江西省南昌市黃馬鄉江西省科學院試驗基地(28°22′N，116°1′E)。該地區位于中亞熱帶溫潤季風氣候區，常年平均溫度17.5℃，年平均日照1 574.1 h，年平均降水量為1 662.5 mm，無霜期275 d。丘陵緩坡地居多，土壤類型以磚紅壤為主，其理化性質(0～20 cm表層土壤)為：pH值4.4，電導率0.724 mS/cm，有機質20.43 g/kg，全氮0.89 g/kg，有效磷13.27 mg/kg，速效鉀112.01 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗所用雜交構樹母樹為中國科學院植物研究所沈世華研究員提供的組培苗，參考“1+5”的育苗策略，即1代組培苗+5代扦插苗保證種苗質量的同時快速提供種苗的生產方式，選擇長勢較好的1年生半木質化枝條采用扦插的方式獲取種苗材料，于開春后選擇長勢一致的健壯種苗進行移栽，試驗所用雜交構樹種苗株高和基徑分別約為10 cm、1.5 mm。土地翻耕平整后，于2017年4月2日按照70 cm×80 cm的株行距進行種苗移栽，生長過程沒有進行任何處理，包括除草、施肥以及噴灑農藥，每隔2個月進行一次取樣。分別于6月2日、8月2日和10月2日隨機收獲60株，每20株為一個重復，量取株高后沿地面10 cm處進行收割，將葉片和莖稈分開。經105℃殺青30 min后，置70℃下烘干至恒重，粉碎后用于碳氮含量、能值以及灰分含量等指標的測定。

1.3 測定方法

于每個收獲時間節點，收獲雜交構樹前對其株高、基徑進行測定。株高采用鋼卷尺進行測量；基徑采用電子數顯游標卡尺進行測量。樣品收獲后采用稱重法分別測定葉片和莖干含水率。植物葉片和莖干粉碎過0.25 mm孔徑篩后采用碳氮自動分析儀(Vario EL III，德國)測定，并根據總碳和總氮含量計算出C、N比值。按照高溫灼燒法測定雜交構樹葉片和莖干樣品灰分含量。

1.4 數據統計分析

應用Excel 2010軟件進行數據分析及繪圖，借助應用統計分析軟件SPSS 18.0進行獨立樣本t檢驗，確定各個時間節點樣品間各指標差異顯著性，并對灰分含量與氮含量以及總能含量與碳含量之間的相關性以及顯著性水平進行分析。

2 結果與分析

2.1 雜交構樹形態指標

在亞熱帶典型紅壤丘陵地區，4月初移栽的雜交構樹在6月初、8月初和10月初其株高分別達到43.21 cm、100.18 cm和131.68 cm，而其基徑分別達到4.82 mm、10.62 mm和19.20 mm(圖1)。隨著生長時間的延長，植株株高和基徑都顯著增加，其中植株株高增加速度先增加后降低，而基徑增加速度呈現持續增加趨勢，這表明雜交構樹逐步由前期的縱向生長主導向橫向生長主導過渡。

圖1 不同收獲時間雜交構樹株高與基徑

2.2 雜交構樹莖葉生物量積累與含水量

在亞熱帶典型紅壤丘陵地區，雜交構樹從4月初到10月初，隨著莖干和葉片生物量的逐步增加，其含水率呈現出下降的趨勢，其中莖干含水率的下降更加劇烈，葉片的含水率從6月初的72.28%下降到10月初的65.36%，而莖干含水率則從6月初的70.70%下降到10月初的43.35%(圖2)。

圖2 雜交構樹莖葉生物量積累和含水率

2.3 雜交構樹莖葉碳、氮含量

針對碳含量而言，隨著種植時間的延長，雜交構樹不管是葉片、莖干還是全株都是呈現逐步上升的趨勢，并且莖干碳含量都顯著高于葉片。雜交構樹葉片氮含量顯著高于莖干，兩者隨時間的變化規律恰恰相反，葉片含氮量先上升后下降，而莖干是先下降后上升。隨著種植時間的增加，雜交構樹整株碳含量呈現上升趨勢，而氮含量呈現下降的趨勢。雜交構樹莖干碳C/N顯著高于葉片，不管是葉片、莖干還是全株其C/N隨時間的變化規律都與其N含量變化規律截然相反(圖3)。

2.4 雜交構樹莖葉總能含量以及總能量

在不同收獲時間點，雜交構樹莖干總能含量顯著高于葉片，其中莖干總能含量隨時間增加逐步上升，而葉片變化不明顯。雜交構樹全株總能含量是早期增加較快，后期趨于穩定。雜交構樹全株總能量逐步增加，從6月初的161.24 kJ/株增加到10月初的2 561.12 kJ/株(圖4)。

2.5 雜交構樹莖葉灰分含量

從6月初到8月初，葉片的灰分含量從8.75%顯著增加到12.60%，而莖干則從7.76%顯著降低到3.34%(圖5)。雜交構樹全株灰分含量變化規律跟莖干較為一致。不管是葉片、莖干還是全株，從8月初到10月初其灰分含量都沒有發生明顯的變化。

3 結論與討論

本試驗針對亞熱帶典型紅壤丘陵地區，開展雜交構樹引種栽培試驗，并觀察雜交構樹各個構件生物量積累，研究其水分、碳素、氮素等含量的動態變化，分析雜交構樹飼料原料能量和灰分與其碳氮元素含量之間的相互關系。為了更好地檢驗雜交構樹對這一區域水熱條件的適應性，試驗所選地塊土壤較為貧瘠，并且試驗過程中沒有進行任何的肥料和農藥施用措施，故在生產力表現上遠不如前人報道[10]。雜交構樹種植前2年生物學產量普遍偏低[6,11]，這也是本試驗雜交構樹生物學產量偏低的重要原因，株高和基徑的表現跟生物學產量一致。然而，10月份樹高能夠達到150 cm，并且2個月的生長樹高也能達到50 cm左右(圖1)，從植株形態表現來看雜交構樹對試驗區域的水熱條件具有較好的適應性。雜交構樹莖葉氮素含量動態變化分析表明，試驗地區水熱條件下該樹種對土壤養分元素特別是氮素的需求隨季節的不同而變現出較大的變化(圖3)，8月份植物氮素含量達到最大值，特別是葉片的氮素含量達到3.48%，這預示雜交構樹生長旺盛期需要適當補充氮肥以滿足其養分需求。本試驗僅僅分析了雜交構樹氮素的動態變化，沒有對其他養分元素開展研究，需要進一步設計實驗探索雜交構樹對磷、鉀和其他微量元素的需求規律，為其高效栽培田間管理尤其是肥料施用提供理論支持。

圖3 雜交構樹莖葉碳、氮含量

圖4 雜交構樹莖葉總能

圖5 雜交構樹莖葉灰分含量

構樹葉的植物粗蛋白含量、營養價值較高，反芻動物與草食性魚類直接飼喂新鮮構樹葉效果較好，但是單胃動物及家禽對其營養物質的利用率較低[12]，大量養分隨糞便排出，制約了構樹飼料的進一步開發利用。構樹葉利用率與粗纖維含量、蛋白質結構以及抗營養因子含量有關，可以通過深度發酵將結構復雜的蛋白質分解成可利用的氨基酸等，且產生的大量芳香族化合物，能夠增加其適口性[13]。原料水分含量以及碳氮比是影響飼料發酵過程的重要因子[14]，本試驗中雜交構樹全株碳氮比穩定30左右(圖3)，非常適合發酵過程的進行，有利于減少養分的損失，因此雜交構樹可以直接鮮料投喂也可以進行發酵后飼用，是一種優良的廣譜型飼料原料。

作為一種廣譜飼料原料，雜交構樹的能量和灰分含量也是衡量其營養水平的關鍵指標，本試驗發現雜交構樹總灰分與氮素含量以及總能含量與碳素含量之間呈現顯著的線性正相關關系(圖6，P<0.05)，表明隨著雜交構樹能量含量隨著碳水化合物積累逐漸增加，而粗灰分含量也隨著氮素含量增加而增加。因此，為了獲得較高的氮素含量必然引起粗灰分的增加，所以需要根據相應行業標準對其進行最優選擇。

圖6 粗灰分與氮含量以及總能含量與碳含量之間的相關性

通過引種栽培試驗發現，雜交構樹對亞熱帶典型紅壤丘陵地區水熱條件具有較好的適應性，若能結合有效田間管理將取得較好的經濟效益。在考慮總灰分和氮素含量的基礎上，還要進一步結合合理密植、高效施肥、適時收獲等田間管理措施，更好地發揮雜交構樹自身生長規律和土地生產能力，攫取最優社會、經濟效益，助力扶貧項目順利實施。