不同類型飼草高粱生產性能與飼用品質的差異分析

何振富， 賀春貴， 王 斐， 陳 平

(甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所， 甘肅 蘭州 730070)

飼草作物作為舍飼草食家畜的主要飼料來源，在草食畜牧業中占有很重要的位置[1]。飼草高粱(Sorghumbicolor)是飼草作物中的一個重要類群，為一年生禾本科C4作物，具有飼草產量高，適口性好，節水，耐貧瘠、耐干旱等抗逆能力強的生物學特性，在土壤瘠薄、干旱缺水的邊際地塊均可種植[2]。飼草高粱在美國、澳大利亞和印度等地均有大面積的種植，其中印度飼草高粱種植面積達260萬hm2[3]；我國是一個嚴重缺水的國家，干旱和半干旱地區耕地面積7.7億多hm2，占全國總耕地面積的64%，79%的土地為中低產田[4]。隨著我國草食畜牧業規模化、集約化地擴張發展，飼草高粱作為飼草作物在我國的發展空間和潛力很大[5-6]。研究探討不同飼草高粱品種的生產性能和營養品質差異，對飼草高粱的育種和種植利用具有重要意義。不同的品種不僅影響其飼草產量[7-8]，同時也影響其主要營養成分；Thorstesson等[9]研究得出，常規品種飼草高粱的中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)的含量顯著高于褐色中脈型品種；何振富等[10]研究得出，褐色中脈型(Brown midrib genotype，BMR)品種的NDF、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)和糖錘度(Brix，BX)含量整體上低于常規品種，總可消化營養物(Total Digestible Nutrients，TDN)含量高于常規品種；Bean等[11]研究表明，具有BMR基因型的高粱品種具有最低的ADF和NDF含量；李源等[12]研究得出，光周期敏感型品種的粗蛋白(Crude protein，CP)含量高于常規品種。綜上，不同基因型的飼草高粱農藝性狀、生物產量與營養成分具有顯著差異。雖然我國高粱資源豐富[13-14]，但對飼草高粱的研究起步較晚，有關不同基因型的研究主要集中在粒用高粱[15]和甜高粱[16]上，針對不同類型飼草高粱生產性能與品質的差異研究鮮見報道。本研究選取不同類型的飼草高粱為材料，對其鮮草產量、干物質產量及主要營養成分進行比較分析，明確不同類型飼草高粱生物產量和品質的差異，以期為飼草高粱的高效利用及種質創新提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年4—10月在甘肅省慶陽市鎮原縣上肖鄉(35°29′42″N，107°29′36″E)進行(甘肅省農業科學院鎮原試驗站)。試驗地處甘肅東部黃土高原平原旱作區，該地多年平均降雨量540 mm,54%以上集中在7—9月，地下水埋深60～100 m,海拔1 297 m，年平均氣溫8.59℃，年日照時數2 449.2 h，≥0℃年積溫3 435℃，≥10℃年積溫2 722℃，無霜期165 d。土壤為黑壚土，播前0～20 cm土壤有機質18.6 g·kg-1,有效磷19.12 mg·kg-1，堿解氮98 mg·kg-1，速效鉀204 mg·kg-1，pH值7.9，全鹽量0.088%；20～40 cm土壤含有機質14.4 g·kg-1,有效磷11.85 mg·kg-1，堿解氮71 mg·kg-1，速效鉀173 mg·kg-1，pH值8.27，全鹽量0.064%。當年飼草高粱生長期內降水量為279.10 mm，全年降水量為470.90 mm。

1.2 供試材料

試驗選取5類13個飼草高粱品種為試驗材料(表1)，分別為PPS型、PPS+BMR型、MM+BMR型、LM型和LM+BMR型，其中PPS(光周期敏感型)在北方不抽穗或抽穗后在秋霜來臨前僅達開花期；BMR(褐色中脈型)為低木質素型；MM(中熟型)在當地秋霜來臨之前可完全成熟，生育期116—130 d；LM(晚熟型)在當地秋霜來臨之前可完全成熟，生育期131—145 d[17]，試驗材料分別由鄭州華豐草業科技有限公司、北京佰青源畜牧業科技發展有限公司和北京猛犸種業有限公司提供，均為美國引進品種。

表1 供試飼草高粱品種名稱、來源及代號

1.3 試驗設計

本試驗采用隨機區組設計，共13個處理，每個處理設3個重復，共39個小區。小區面積為4.4 m×7.5 m=33 m2，采用半膜平鋪穴播(用120 cm寬的地膜覆蓋，每隔200 cm壓土腰帶，凈膜110 cm，膜間留55 cm的空隙，膜內播種)，行距55 cm，株距20 cm，間苗時每穴留苗1株，不去分蘗，密度9.09萬株·hm-2。播前深翻整地、旋后鋪膜。深翻時一次性施用276 kg·hm-2N(尿素)，1 050 kg·hm-2普通過磷酸鈣，45 000 kg·hm-2農家肥(牛糞)。田間雜草適時人工拔除。試驗過程沒有施用殺蟲劑、除草劑和生長調節劑。于4月23日播種，初霜前(9月18日)取樣刈割(本試驗按當地青貯飼料作物都在9月中下旬收獲的慣例，各品種均在此時段同時收獲，以篩選出符合當地耕作制度需求的品種)，出苗至收獲一共為141 d。

1.4 測定指標及方法

性狀調查：調查每個小區的出苗期、拔節期、孕穗期、抽穗期、開花期和成熟期(指各小區有75%的植株達某一時期的日期)[15]；各處理每個重復依次取10株進行農藝性狀測定，包括株高、莖粗、單株鮮重、節數、葉片數、單株葉重、單株莖重、有效分蘗數[18]。

產草量測定：田間整株取樣稱鮮重后，切斷至10～20 cm，用自封袋密封后送實驗室測定水分及干物質產量(105℃恒重法)。每處理各小區均采用全小區測產，于2015年9月18日，出苗后141 d刈割，留茬高度平均10 cm。

品質指標測定：結合產草量測定，將測定完水分的干樣混勻后，切斷至1 cm，各處理取樣500 g，再次混勻，用旋風磨打碎(40目)處理，裝入自封袋待測。各營養指標測定的計算方法如下：CP參照GB/T 6432-1994[19]，NDF參照GB/T 20806-2006[20]，ADF參照NY/T 1459-2007[21]，TDN由下式計算得出[22]。

計算公式為：TDN =81.38+(CP×0.36)-(ADF×0.77)

式中：TDN(%DM)表示總可消化營養物，以占干物質的百分數表示；

CP(%DM)表示粗蛋白，以占干物質的百分數表示；

ADF(%DM)表示酸性洗滌纖維，以占干物質的百分數表示。

樣本送甘肅省農業科學院農業測試中心實驗室測定。

本文中提出的單位面積某種營養物質產量，為單位面積干物質產量與某營養成分含量(%)之乘積。

1.5 數據處理

采用Excel 2016進行數據統計和計算，用DPS 7.55統計軟件進行方差和相關性分析，數據以“平均值±標準誤”的形式表示，差異顯著者采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同類型飼草高粱生育期的比較

各類型飼草高粱收獲時所處生長階段不同，但均葉片青綠。各類型的出苗期均一致，進入拔節期后，不同類型田間表現出不同的生長進程，特別是從孕穗期開始后各類型生育期的差異較大(表2)。MM+BMR型、LM型和LM+BMR型各生育期均早于PPS型和PPS+BMR型，其中MM+BMR型、LM型和LM+BMR型在收獲時均能達到成熟；PPS型除‘大獎2180’和‘海牛’外，其他各品種均處拔節期；PPS+BMR型均處拔節期。

表2 不同類型飼草高粱的生育期觀察

2.2 不同類型飼草高粱農藝性狀的比較

由表3可知，PPS+BMR型的株高、莖粗、單株鮮重、單株葉重和單株莖重均最高，平均值分別為326.39 cm，18.71 mm，1 695.83 g，363.44 g和1 332.39 g；其中PPS+BMR型株高極顯著高于LM+BMR和MM+BMR型(P<0.01)，莖粗極顯著高于其他類型(P<0.01)，單株鮮重、葉重和莖重均極顯著高于LM，LM+BMR和MM+BMR 3個類型(P<0.01)。節間數和主莖葉片數均以PPS型最高，平均值分別為12.29節和15.24枚，其中PPS型節間數和主莖葉片數均極顯著高于LM，LM+BMR和MM+BMR 3個類型(P<0.01)。分蘗數和全株葉片數均以LM+BMR型最高，平均值分別為3.72個和46.72枚，其中LM+BMR型分蘗數極顯著高于其他類型(P<0.01)，全株葉片數極顯著高于LM和MM+BMR型(P<0.01)。

表3 不同類型飼草高粱農藝性狀

續表3

2.3 不同類型飼草高粱產草量的比較

由表4可知，鮮草和干物質產量整體上PPS型高于其他類型，其中以PPS+BMR型最高，平均值分別達130.29 t·hm-2和36.04 t·hm-2，鮮草產量平均依次為：PPS+BMR>PPS>LM+BMR>LM>MM+BMR，干物質產量平均依次為：PPS+BMR>PPS>LM>LM+BMR>MM+BMR。PPS+BMR型鮮草和干物質產量均顯著高于PPS型(P<0.05)，極顯著高于其他3類型(P<0.01)。

表4 不同類型飼草高粱產草量

2.4 不同類型飼草高粱營養成分含量的比較

CP含量：如表5所示，平均值依次為MM+BMR>LM>LM+BMR>PPS+BMR>PPS，MM+BMR型CP含量平均值為6.34%，顯著高于PPS+BMR型和PPS型(P<0.05)。

NDF含量：如表5所示，平均值依次為MM+BMR

ADF含量：如表5所示，平均值依次為MM+BMR

如表5所示TDN含量，平均值依次為MM+BMR>LM+BMR>LM>PPS+BMR>PPS，MM+BMR型TDN含量平均達59.76%，且極顯著高于其他類型(P<0.01)；LM+BMR型極顯著高于PPS+BMR型和PPS型(P<0.01)；LM型極顯著高于PPS型(P<0.01)，顯著高于PPS+BMR型(P<0.05)；PPS+BMR型極顯著高于PPS型(P<0.01)。

表5 不同類型飼草高粱營養成分含量

2.5 不同類型飼草高粱粗蛋白與總消化養分產量比較

CP產量如表6所示，平均值依次為PPS+BMR>LM>PPS>LM+BMR>MM+BMR，PPS+BMR型平均達2.00 t·hm-2，顯著高于PPS，LM+BMR和MM+BMR 3類型(P<0.05)。

TDN產量如表6所示，平均值依次為PPS+BMR>LM>PPS>LM+BMR>MM+BMR，其中PPS+BMR型平均達18.99 t·hm-2，且極顯著的高于其他類型(P<0.01)。

表6 各品種營養成分產量的分析

2.6 干物質產量和營養成分含量與營養成分產量的相關性

選取不同類型飼草高粱的干物質產量、CP含量、TDN含量、CP產量和TDN產量5個性狀進行相關性分析(表7)。各類型的干物質產量與CP和TDN產量均呈正相關關系，其中PPS型、PPS+BMR型和LM型的干物質產量均與CP和TDN產量呈極顯著正相關(P<0.01)；MM+BMR型和LM+BMR型的干物質產量均與TDN產量呈極顯著正相關(P<0.01)。各類型CP含量與CP產量均為正相關關系，其中PPS+BMR型的CP含量與產量呈極顯著正相關(P<0.01)，LM型的CP含量與產量呈顯著正相關(P<0.05)；PPS+BMR型和LM型的CP含量與TDN產量呈正相關，PPS型的CP含量與TDN產量呈顯著負相關(P<0.05)，MM+BMR型和LM+BMR型的CP含量與TDN產量呈負相關。MM型的TDN含量與CP和TDN產量呈負相關關系，其他各類型的TND含量與CP和TDN產量均呈正相關。說明不同基因型飼草高粱營養物質的產量主要取決于干物質產量。

表7 干物質產量、營養成分含量與營養成分產量的相關性分析

3 討論

飼草高粱農藝性狀受遺傳背景、生長環境和刈割高度的影響，所以遺傳背景不同的飼草高粱農藝性狀會表現出差異，進而影響飼草產量和品質性狀，綜合評價農藝性狀、飼草產量與品質性狀，才能篩選出適合特定生長環境的優質飼草[23]。

3.1 不同類型飼草高粱生育期及農藝性狀的比較

高粱的生育時期受到光照、溫度、水分、土壤狀況以及自身遺傳性狀等因素的影響[24]。本研究中5類13個不同品種的飼用型高粱在甘肅慶陽地區只有MM型、LM型和LM+BMR型可以達到成熟，LM型相同品種較寧夏引黃灌區晚成熟13—19 d[24]；而PPS型和PPS+BMR型不能完全成熟，且大部分至收獲時還處于拔節期，這與何振富等[25]之前在同一地區和張薈薈等[26]在北疆平原荒漠區種植的同類型品種結果相一致，但整體上同類型品種較寧夏引黃灌區成熟晚，這與梁丹妮等[24]人的研究結果一致。

不同飼草高粱類型的各農藝性狀在其各自群體內部表現出較大的變幅，本研究表明，PPS型和PPS+BMR型的株高、莖粗、節間數、主莖葉片數、單株鮮重、單株葉重和單株莖重均整體上顯著高于MM型、LM型和LM+BMR型，這符合光敏型飼草高粱營養生長期長、產草量高的特點[27]，由于其在北方整個生長季基本處在營養生長期，因此其上述的各性狀相應的較中熟和晚熟類型的高。LM+BMR型的分蘗數高于其他各類型，相應的全株葉片數也高于其他類型。

3.2 不同類型飼草高粱產草量及營養物質產量的比較

由于光敏型品種可以推遲開花能夠延長植物的營養生長，有效提高了植物的生物產量[28]，本研究表明，PPS型的產草量高于非PPS型，柳發財等[29]人在甘肅平涼地區得出，光敏褐色中脈型的鮮草產量高于中熟和晚熟型的結果，這與本研究結果相一致。與傳統的白色中脈品種相比，褐色中脈品種具有木質素含量低、可消化率高的優點，但它本身還伴隨著影響產草量和抗蟲性差的缺點；本研究同樣得出，LM+BMR型的鮮草產量與LM型相近，而干物質產量LM型的高于LM+BMR型；Casler等[30]研究表明，相比于正常品系，褐色中脈品系飼草產量要降低15%；而本研究得出，PPS+BMR型的鮮草產量和干物質產量均高于PPS型，這與何振富等[31]在同地區的2年試驗結果一致，可能是由于光敏型的產量很高，因此可以有效地抵消褐色中脈對于產量的不利影響[32]；MM+BMR型的鮮草和干物質產量為最低。

由于牧草的利用目的與農作物不同，主要以收獲地上部分營養體為目的，不需要完整的生育期，其營養成分的產量越高越好[33]。本研究結果表明，單位面積粗蛋白和總可消化營養物產量從高到低依次為PPS+BMR>LM>PPS>LM+BMR>MM+BMR，雖然營養物產量是干物質產量和營養物質含量共同作用的結果，但排序與干物質產量和營養物質含量均不一致。

3.3 不同類型飼草高粱主要營養成分含量的比較

根據牧草質量標準，CP含量高，NDF和ADF含量相對較低的牧草其營養價值越高[34]。本研究表明，MM型、LM型和LM+BMR型的飼用品質均優于PPS型和PPS+BMR型，柳發財等[29]人在甘肅平涼地區對同類型相同品種的研究中，同樣得出中熟型和晚熟型的粗蛋白、酸性洗滌纖維優于光敏型；但中熟型和晚熟型的中性洗滌纖維和總可消化營養物較光敏型的差，這與本研究結果不一致，可能與收割時期和氣候環境等因素有關，還需要進一步的研究探索。本研究表明，PPS+BMR型的CP,NDF,ADF和TDN含量均優于PPS型，LM+BMR型的ADF和TDN含量優于LM型，雖然CP和NDF含量較LM型的略差，但差異不顯著；TDN是采用粗飼料對動物有用的部分來評定粗飼料的營養價值，可以反映粗飼料的消化率和動物的消化能力[35]。因此綜合考慮得出，BMR型的飼用品質優于非BMR，這與前人研究的結果一致[36-37]。

3.4 不同類型飼草高粱的相關性比較

相關性表達了性狀間是否相關、相關性質及密切程度[38]。營養物質產量應受干物質產量和營養物質含量的共同影響，本研究表明，各類型干物質產量對營養物質產量的影響最大，且比較一致；CP含量和TDN含量對營養物質產量的影響較小。可見，在以單位面積營養物質產量最高為生產目標時，應選擇干物質產量高的飼草高粱品種。

4 結論

供試5類13個飼草高粱品種在甘肅慶陽地區生長狀況良好，中熟和晚熟型可以成熟，光周期敏感型不能成熟。分蘗數和全株葉片數以晚熟褐色中脈型最高，株高、莖粗、節間數、主莖葉片數、單株鮮重、單株葉重和單株莖重整體上均以光周期敏感型較高。光敏型產草量高于非光敏型，光敏褐色中脈型產草量高于光敏非褐色中脈型，晚熟非褐色中脈型產草量高于晚熟褐色中脈型。中熟型和晚熟型的飼用品質高于光敏型，單位面積營養物質產量以光敏褐色中脈型最高，高的干物質產量是飼草高粱營養物質產量高的前提。