刈割高度與施氮量對飼料桑全株產量及營養品質的影響

王紅林，左艷春，嚴旭，周曉康，寇晶，楊希智，郭俊英，蒲軍，張浩仁，杜周和，*

（1. 四川省農業科學院牧業研究中心，四川南充637000；2. 四川省農業科學院蠶業研究所，四川南充637000；3. 儀隴縣畜牧站，四川南充637600）

我國桑樹（Morus alba）種質資源豐富，種植面積居世界首位。桑葉是桑樹最主要的產物，千年以來幾乎只被用于家蠶飼養［1］。近年來，蠶桑產業不斷謀求多元化發展，飼料桑就是其產業發展的重要方向［2］。飼料桑經草本化栽培后連枝帶葉收獲，具有生物產量高［3］，營養豐富且均衡的特點，是目前我國南方地區優質植物蛋白飼料來源之一，其所含豐富的生物活性物質對提高動物機體免疫力［4］，減少或免除抗生素的使用，改善畜禽產品的品質和風味［5］具有重要作用。目前，飼料桑作為畜禽飼料的應用發展迅速，已在多種畜禽養殖中利用且效果顯著［6］。深入開發飼料桑飼用價值不僅可以緩解南方高蛋白飼料短缺的問題，還能提高其經濟價值。王雯熙等［7］對29 種桑葉營養價值研究表明，桑葉具有粗蛋白含量高（221. 5～323. 8 g·kg?1）、纖維含量低（213. 6～361. 7 g·kg?1）、富含微量元素等特性，適宜做飼料。周嬋等［8］對重慶地區15 種飼用桑樹不同生長期粗蛋白含量的動態分析表明，飼料桑蛋白含量高，不同生長期粗蛋白含量變幅為13. 44%～22. 41%，隨生長期的延長呈降低趨勢。黃先智等［9］研究表明，飼料桑‘豐馳’（M. albacv.‘fengchi’）在60～80 cm 刈割時粗蛋白含量為16. 50%～17. 00%，全株鮮草總產量為67. 81 t·hm?2。趙衛國等［10］研究表明，‘豐馳’在40～70 cm 時刈割，鮮草產量高低與采收次數有關，年刈割5 次時產量最高，為40. 05 t·hm?2，不同處理下蛋白質含量為19. 50%～24. 20%。王紅林等［3］研究表明，飼料桑‘特優2 號’（M. albacv.‘teyou No. 2’）在70 cm 左右時刈割鮮草產量和粗蛋白含量與種植密度有關，最大值分別為84. 93 t·hm?2和16. 60%；相對飼用價值（relative feed value，RFV）為128. 19～141. 93。氮肥對作物產量及品質均有一定影響［11］。劉剛等［12］研究表明，合理施肥可以有效抵抗桑葉衰老，改善桑葉品質，延長其生長期，且桑樹對氮肥的需求旺盛，氮磷鉀施肥比例約為3∶1∶2 時較為適宜。陳榮強等［13］研究表明，飼料桑產量與施肥密切相關，施肥組產量是不施肥組的3. 47 倍，同時施肥可以加快飼料桑生長速度。前人的研究主要集中在不同飼料桑品種間產量和品質的差異及刈割高度、施肥量等單因素對飼料桑產量和品質的影響，未考慮刈割高度和施肥量雙因素聯合作用的影響，且未考慮連續多年的動態變化。本研究連續3 年調查刈割高度與施氮量雙因素聯合作用對飼料桑產量、品質動態變化的影響，并對不同刈割高度和施氮量處理下飼料桑的飼用價值進行綜合評價，旨在為飼料桑的優質、高產、高效栽培提供理論支持。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料和試驗地概況

‘川飼桑1 號’是四川省農業科學院蠶業研究所選育的適宜海拔2000 m 以下種植的飼料桑新品種，2020 年4月通過四川省非主要農作物認定委員會認定，認定編號：川認桑2020001。試驗地位于四川省南充市順慶區瀠溪鎮（E 106°12′，N 31°12′），海拔280 m。該區屬于亞熱帶濕潤性季風氣候，年日照時數1051 h，全年太陽總輻射量2538 kJ·m?2，年平均氣溫17. 4 ℃，極端最高氣溫41. 2 ℃，極端最低氣溫?2. 6 ℃，≥10 ℃年總積溫5204. 8 ℃，全年無霜期298 d，年均降水量>1000 mm。土壤pH 值7. 0～8. 4。紫色土，0～20 cm 土層pH 7. 5，土壤有機質42. 8 g·kg?1，全氮（N）5. 2 g·kg?1，硝態氮178. 8 mg·kg?1，速效鉀（K2O）163. 7 mg·kg?1，有效磷（P2O5）11. 9 mg·kg?1。

1. 2 試驗設計

采用二因素隨機區組設計，刈割高度及施氮量（純N）均設置3 個水平（表1），具體處理組合見表1。株高長至各設定高度時連枝帶葉刈割測產，留茬5～10 cm。2015 年秋季育苗，2016 年3 月選取大小基本一致的植株按株行距33 cm×40 cm 移栽，每hm2栽苗74600 株。小區面積3 m×5 m，隨機排列，3 次重復，小區間距1 m。

表1 刈割高度及施氮量水平設置Table 1 Cutting height and nitrogen fertilizer rate level

磷、鉀肥使用量各小區相同，分別為148 kg P2O5·hm?2和128 kg K2O·hm?2。2016 年H1、H2共刈割3 次，H3刈割2 次，氮肥和鉀肥在每次刈割后第3 天施入，磷肥分兩次施入，分別在不同高度的第1 和最后一次刈割后施入。2017 和2018 年H1、H2均刈割4 次，H3刈割3 次。氮肥和鉀肥在刈割后第3 天施入；磷肥分2 次施入，分別為：刈割4 次的在第2 和4 次刈割后施入；刈割3 次的在第1 和3 次刈割后施入。每次刈割空園后如遇雜草瘋長，及時除草。

1. 3 性狀測定

每個小區除邊行外隨機掛牌定株5 株作為刈割期調查及取樣對象，每個處理15 株。每次刈割時統計調查各處理的掛牌植株高度（主枝高度）、總分枝數、主枝粗、主枝葉片數、單株重。干物質含量：將每區取得的單株樣品枝剪至4～5 cm 長度，與葉分別裝袋稱鮮重，實驗室105 ℃條件下殺青30 min，65 ℃烘干后稱重計算。小區產量：每小區除去四周邊行，剩余各株全部刈割稱重，折算為每公頃產量。

1. 4 品質分析

取2018 年第1 次刈割的各高度植株樣品作為分析對象。范氏法（Ankom 2000i 全自動纖維分析儀，美國）測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）。 凱氏定氮法（海能K9860）測定粗蛋白（crude protein，CP）、索氏法（Ankom XT15i，Fairport，美國）測定粗脂肪（ether extract，EE）、高溫灼燒法（陶瓷纖維馬弗爐TL2012，北京中科奧博科技有限公司）測定粗灰分（crude ash，CA），結果以干物質為基礎的平均值表示。

1. 5 綜合評價

采用模糊數學隸屬函數法對各處理的飼用價值進行綜合評價［14］。先計算出每個飼用價值指標的隸屬函數值，然后求同一處理下不同指標的隸屬函數平均值，數值越大，說明該處理下的飼用價值越好。隸屬函數值X1，X2計算公式為：

式中：Xab表示a處理下b指標的實測值，bmax和bmin分別表示指標中的最大值和最小值。其中，鮮草產量、干草產量、粗蛋白、粗脂肪與飼用價值呈正相關，用X1表示；中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分與飼用價值呈負相關，用X2表示。

1. 6 統計分析

采用Excel 2010 錄入數據并做初步計算和隸屬函數分析；SPSS 20. 0 軟件的一般線性模型進行不同處理的顯著性分析，Duncan 法進行均值多重比較，以P<0. 05 和P<0. 01 作為差異顯著和極顯著性判斷標準。

2 結果與分析

2. 1 不同處理對建植期飼料桑全株生物量的影響

在不同刈割高度和施氮量處理下，建植期（2016 和2017 年）飼料桑全株產量具有極顯著差異（表2）。同一年份內不同處理下的飼料桑鮮草產量存在顯著性差異，建植第1 年飼料桑生長較慢，生物產量較低，各處理下的產量變幅為29. 60～38. 91 t·hm?2，H2N3處理下產量最高，是最低產量（H3N1處理）的1. 31 倍；第2 年各處理產量較第1 年明顯增加，各處理下的產量變幅為48. 73～65. 56 t·hm?2，在H2N3處理下產量最高，是最低處理H1N1的1. 35倍。在刈割高度一致的情況下，產量均隨著施氮量的增加而升高，均表現為N3>N2>N1。在施氮量相同的情況下，鮮草產量隨著刈割高度的增加呈先增加后減少的趨勢，其中，2016 年3 種施氮量下表現為H2>H1>H3。

2. 2 不同處理對豐產期飼料桑年全株生物產量的影響

飼料桑建植第3 年（2018 年）進入豐產期，產量較前2 年明顯增加（表2）。刈割高度和施氮量對飼料桑鮮、干草產量均有極顯著影響，刈割高度與施氮量交互作用對飼料桑鮮草產量有極顯著影響，但對其干草產量影響不顯著。在刈割高度一致的情況下，隨著施氮量的增加鮮草產量均表現為N3>N2>N1；干草產量略有差異，在H1處理下為N3>N1>N2，在H2處理下N1與N2之間差異不顯著，在H3處理下，干草產量隨施氮量增加變化不大。在施氮量相同的情況下，N1處理下的鮮草產量略有降低趨勢，但差異不顯著，干草產量表現為H3>H1>H2，但H1與H2差異不顯著。N2處理下鮮、干草產量均表現為H3>H2>H1，且鮮草產量差異不顯著。N3處理下鮮草產量為H2>H1>H3，H1與H3之間差異不顯著，干草產量為H2>H3>H1。不同刈割高度與施氮量處理下鮮、干草產量均以H2N3處理下最高，分別為92. 03 和19. 52 t·hm?2，鮮草產量均值以H2高度下最高，為81. 86 t·hm?2，干草產量均值以H3處理下最高，為18. 12 t·hm?2（表3）。

表2 建植期不同處理下飼料桑年全株生物產量Table 2 Annual whole plant biomass of forage mulberry under different treatments at planting stage（t·hm-2）

表3 刈割高度與施氮量對豐產期飼料桑草產量的影響Table 3 Effects of cutting height and nitrogen application rate on yield of forage mulberry in high yield period（t·hm-2）

2. 3 不同處理對豐產期飼料桑全株植物學性狀的影響

不同刈割高度與施氮量對飼料桑植物學性狀有顯著性影響（表4）。其中，刈割高度是主要影響因素，對主枝粗、主枝葉片數、單株重有顯著影響；施氮量對總分枝數影響顯著，對其余各性狀均無顯著性影響。刈割高度與施氮量互作效應對各性狀影響均不顯著。刈割高度相同時，H1、H3處理下的總分枝數隨著施氮量的增加而增多，H2處理下表現為N1>N3>N2，整體以H2高度下的分枝數最多。隨著施氮量的增加各處理下的主枝粗和主枝葉片數差異不顯著。單株重方面，H1高度下為N3>N2>N1，H2高度下為N1>N2>N3，H3高度下為N3>N1>N2；施氮量相同時，總分枝數在N1、N2下表現為H2>H1>H3，N3下隨著刈割高度的增加而增加。主枝粗均表現為H3>H2>H1。主枝葉片數變化均為H2>H3>H1。不同刈割高度和施氮量處理下總分枝數、主枝粗、主枝葉片數、單株重對應最大值分別為：H2N1（13. 43）、H3N1（0. 85 cm）、H2N3（15. 42）、H2N1（392. 29 g·plant?1）。

表4 刈割高度與施氮量對豐產期飼料桑植物學性狀的影響Table 4 Effects of cutting height and nitrogen application rate on biological characteristics of forage mulberry in high yield period

2. 4 不同處理對豐產期飼料桑全株營養品質的影響

除施氮量顯著影響CP 含量外，刈割高度、施氮量及其交互作用均對飼料桑營養指標有極顯著影響。不同刈割高度與施氮量處理下CP、NDF、ADF、EE、CA 含量分別在H1N2、H3N3、H3N3、H2N2、H1N3處理下最大，其值分別為18. 63%、36. 07%、28. 13%、2. 99%、6. 72%（表5）。

表5 刈割高度與施氮量對豐產期飼料桑營養品質的影響Table 5 Effects of cutting height and nitrogen application rate on nutritional quality of forage mulberry in high yield period（%）

在相同刈割高度下，CP 含量均隨施氮量的增加先增加后降低，表現為N2>N3>N1，H2、H3高度下N2與N3間差異不顯著；在H1處理下NDF 含量隨著施氮量的增加而增大，表現為N3>N2>N1，在H2水平下表現為N2>N1>N3，在H3水平下表現為N3>N1>N2；ADF 含量在H1水平下，隨著施氮量的增加先降低后升高，表現為N3>N1>N2，在H2、H3水平下隨著施氮量的增加而增大，表現為N3>N2>N1；在H1、H3水平下EE 含量隨著施氮量的增加而降低，表現為N1>N2>N3，在H2水平下為N2>N3>N1；CA 含量在H1、H2水平下隨施氮量的增加先降低后升高，在H3水平下隨著施氮量的增加而增大，趨勢為N3>N2>N1。

在相同施氮量下，CP 含量在N1水平下隨著刈割高度的增加先升高后降低，表現為H2>H3>H1，H3與H1差異不顯著。在N2水平下隨刈割高度的增加逐漸降低，H2與H3間差異不顯著，在N3水平下不同刈割高度間的CP 含量無顯著性差異；NDF 含量在N1水平下隨刈割高度升高而增大，在N2水平下表現為H2>H1>H3，H1、H3間差異不顯著。在N3水平下隨刈割高度升高先減小后增大，表現為H3>H1>H2；ADF 含量在相同施氮量下均隨刈割高度的升高而提高，趨勢為H3>H2>H1；EE 含量在N2、N3水平下隨刈割高度升高先升高后降低，在N1水平下為H1>H3>H2；CA 含量在N1水平下隨刈割高度增加而降低，在N2、N3水平下分別隨刈割高度增加而逐漸增大和先減小后增大。

2. 5 不同處理下飼料桑全株飼用價值綜合評價

利用隸屬函數法（表6），對各處理下飼料桑飼用價值指標進行綜合評價，綜合值越大，說明該處理的飼用價值越高。結果表明，各處理下飼用價值綜合值大小為H2N3>H1N3>H1N1>H1N2>H2N2>H2N1>H3N1>H3N2>H3N3，以H2N3處理（90 cm 刈割，施氮276 kg N·hm?2）下飼用價值最高，H1N3處理（70 cm 刈割，施氮276 kg N·hm?2）次之，H3N3處理（110 cm 刈割，施氮276 kg N·hm?2）下飼用價值最低。

表6 不同刈割高度與施氮量處理下飼料桑飼用價值指標隸屬函數值Table 6 Subordinate function values of forage mulberry value index under in different cutting height and nitrogen application rate

3 討論

桑樹千百年來一直作為家蠶飼料利用，近年來隨著畜牧業的發展及蠶桑產業的轉型，桑葉作為畜禽飼料的應用成為研究熱點，飼料桑的概念也逐漸得到行業認可，這不但是對蠶桑產業鏈的延伸，同時也為產業的增效提供了新的發展途徑。研究表明，飼料桑營養物質豐富，消化率高，全株粗蛋白含量在16% 以上，營養價值與苜蓿（Medicago sativa）相當［3］，氨基酸種類豐富［15］，可直接青飼也可青貯或者調制干草，是我國南方畜牧業發展的優質蛋白飼料來源。目前我國飼料桑品種主要以雜交桑為主，如桂優，特優，豐馳等品種。豐馳桑在三峽庫區第2 年生長期60～80 cm 刈割，產量可達67. 81 t·hm?2，粗蛋白含量16. 5%～17. 0%［9］。桂桑優62 在川東北地區產量為61. 67 t·hm?2［16］。本研究結果表明，在不同刈割高度和施氮量處理下，‘川飼桑1 號’鮮草產量最高為92. 03 t·hm?2，粗蛋白含量為15. 73%～18. 63%，飼用價值較高。

刈割是草地利用和管理的主要方式，刈割對牧草產量和品質均有一定影響［17］。合理的刈割管理是保持草地長久高效利用的關鍵措施［18］。研究表明，飼料桑產量隨刈割高度的增加顯著升高［19］。白玉超等［14］研究了氮肥用量、刈割高度對飼用苧麻（Boehmeria nivea）產量及營養品質的影響，結果表明，在相同氮水平下，粗蛋白、鈣和磷含量隨刈割高度的增加而降低，生物產量和粗纖維含量隨刈割高度的增加而增加，最佳刈割高度為70～100 cm。另據報道，隨著刈割高度的增加飼用苧麻干物質產量增加，莖內粗纖維含量增加，但莖葉內粗蛋白含量下降［20］。本研究得出，在施氮量相同的情況下，N1處理下干草產量表現為H3>H1>H2，但H1與H2差異不顯著，N2處理下鮮、干草產量均表現為H3>H2>H1，H3與H2鮮草產量差異不顯著，表明在中低氮水平下隨著刈割高度的增加草產量呈增加趨勢。N3處理下鮮草產量為H2>H1>H3，H1與H3之間差異不顯著，干草產量為H2>H3>H1，說明高度與施氮量互作效應對產量影響顯著。刈割對生物性狀影響顯著，隨刈割高度增加主枝粗顯著增大，H2高度下葉片數整體最多，H3高度下單株重量最大。隨著刈割高度增加中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量升高，因此，消化率也降低。粗蛋白、粗灰分含量整體在H2高度下最高，粗脂肪含量大部分隨刈割高度的增加呈先升高后降低趨勢。因此，飼料桑刈割高度太低不利于形成產量；刈割高度太高飼料桑枝條莖粗增大木質化程度增高，同時下部葉片黃化掉落，導致飼用品質降低；合理的刈割高度（90 cm）使飼料桑具有較高的生物產量和較好的營養品質。

氮素是植物體內氨基酸、蛋白質以及光合作用葉綠素的主要組成部分［21］，施氮量對作物產量及營養品質均具有一定影響。許楠等［22］研究表明不同供氮水平對桑樹幼苗生長及生理特性有顯著影響，適宜的供氮量可以增強桑樹葉綠體光化學活性和光合能力，并且促進桑樹的生長，桑樹幼苗株高、地徑、葉片數量、葉面積、根長、生物量等均隨施氮量增加而呈先升高后降低的趨勢，最適供氮水平為每株15. 0 mg。殷浩等［23］研究指出，少施或過量施氮（尿素形式）都會降低桑葉產量及桑葉中營養活性物質的含量，施氮量為240 kg·hm?2時桑葉營養活性物質的含量顯著提高；施氮360 kg·hm?2能顯著提高桑葉產量及營養活性物質含量。本研究得出，在刈割高度一致的情況下，隨著施氮量的增加鮮草產量均表現為N3>N2>N1，干草產量略有差異但大體表現為隨施氮量增加而升高。H1、H3處理下的總分枝數隨著施氮量的增加而增多，施氮量對其余生物學性狀無顯著影響。在相同刈割高度下增加施氮量可顯著增加粗蛋白含量，繼續增加施氮量不能使粗蛋白含量繼續增大，H2、H3高度下N2與N3間粗蛋白含量差異不顯著。本研究結果與前人研究結果略有差異，原因可能是前人研究是基于傳統的葉用桑園栽培模式，種植密度低，而本研究種植密度高，單位面積上的植株增加對養分的需求也急劇增加，因此對氮肥需求較大。同時，在本研究中N3效應下未見施氮量對產量和營養品質造成明顯抑制效應，可見，施氮量還可進一步提高。但考慮到氮污染和生產成本，在實際生產中可減少純氮使用量，利用飼料桑強大的肥料消納能力將畜禽廢棄物還田再利用，在保護環境的同時還可取得高產，真正做到種養循環。

目前，生產上對于飼料桑的認可有很大提升，已有規模化種植、加工企業成立。然而，以往的研究多集中于對桑葉營養成分分析及其在畜禽養殖方面的利用，對于刈割高度與施氮量對飼料桑全株收獲物產量及營養成分影響的研究并不多，尚未形成成熟的飼料桑高效栽培模式。在評價某一作物的飼用價值時單一指標過于片面無法準確評價其優劣，本研究利用隸屬函數分析法通過產量、生物學性狀及營養品質等方面對飼料桑的飼用價值進行綜合評價，避免了單一指標的片面性，使結果更加客觀準確。結果顯示，在不同刈割高度和施氮量處理下，‘川飼桑1 號’飼用價值以H2N3處理下最高，H1N3次之。

4 結論

不同刈割高度與施氮量顯著影響飼料桑的產量和營養品質，但對飼料桑大部分生物學性狀影響不顯著。主枝葉片數、粗蛋白含量整體在H2（90 cm）處理下最高。飼料桑產量隨施氮量的增加而增加，粗蛋白含量隨施氮量增加而先增加后降低。最優處理組合是：刈割高度為90 cm，施氮量為276 kg N·hm?2。