李文龍,李峰,張仲鵑,王殿清,王歡,靳慧卿,特木熱,胡志玲,陶雅*
(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草高效生產(chǎn)模式創(chuàng)新重點實驗室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010;2. 黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司創(chuàng)新中心,北京 100015;3. 呼和浩特市農(nóng)牧技術(shù)推廣中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010;4. 巴彥淖爾市農(nóng)牧局,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000;5. 赤峰市寧城縣農(nóng)牧局,內(nèi)蒙古 赤峰 024200)
燕麥(Avena sativa)是禾本科一年生草本植物,也是重要的糧飼兼用型作物,具有產(chǎn)草量高、適口性好、營養(yǎng)豐富等特點,且其能夠耐寒、耐旱、耐瘠薄、耐鹽堿[1-2],是公認的優(yōu)質(zhì)飼草類型。目前燕麥已成為我國北方地區(qū)建設(shè)栽培草地及南方地區(qū)冬閑田種植的首選飼用草種之一[3-4]。《“十四五”全國飼草產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中指出,截至2020 年,全國利用耕地種植優(yōu)質(zhì)飼草約533 萬hm2,飼草自給率不斷提升,但尚有近5000 萬t 的缺口[5],與此同時,規(guī)劃中明確要增加飼用燕麥供給,建設(shè)優(yōu)質(zhì)飼用燕麥生產(chǎn)基地,并推廣優(yōu)良適宜品種,配套相應(yīng)栽培技術(shù)等手段,以提升飼用燕麥產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)[5]。由此可見,我國燕麥等優(yōu)質(zhì)飼草仍然供不應(yīng)求,飼草產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景向好。一年兩季燕麥種植模式有助于提高土地利用率、促進糧食增產(chǎn)增效,同時也是促進“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略的重要措施,因此探究北方地區(qū)飼草一年兩季種植模式意義重大。有學(xué)者在我國北方地區(qū)創(chuàng)造了“春播燕麥+復(fù)種燕麥”的種植技術(shù),為一季有余、兩季不足的氣候區(qū)解決了青綠飼草不足和土地利用率低下的問題[6];徐龍等[7]在寧夏引黃灌區(qū)不同土壤肥力條件下實現(xiàn)了一年兩季飼用燕麥種植,且2 個供試燕麥品種均可產(chǎn)生十分可觀的經(jīng)濟效益;高欣梅等[8]在興安盟地區(qū)開展了一年種植兩季燕麥試驗,結(jié)果表明兩季都能正常收獲籽粒或飼草,效益良好。鄂爾多斯高原日照時間長、光照充足、有效積溫較高且土壤質(zhì)地良好,具有得天獨厚的燕麥種植優(yōu)勢,因而具備一年兩季種植的潛力。當前鄂爾多斯高原地區(qū)應(yīng)用的燕麥品種繁多,生產(chǎn)性能參差不齊,對于適宜該區(qū)域一年兩季種植的飼用燕麥品種篩選及其生產(chǎn)力、營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價更是鮮有研究。鑒于此,本研究結(jié)合鄂爾多斯高原北部的氣候特點及土壤條件,從生育期、產(chǎn)量性狀、營養(yǎng)品質(zhì)和飼喂價值等多個角度,對6 個國內(nèi)外飼用燕麥品種開展了一年兩季燕麥種植模式(即春播燕麥收獲后復(fù)種燕麥)的適應(yīng)性評價,旨在篩選出適合鄂爾多斯高原北部地區(qū)一年兩季種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼用燕麥品種,優(yōu)化一年兩季燕麥生產(chǎn)模式,助力該地區(qū)飼草增產(chǎn)增效,實現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
試驗地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院綜合試驗站內(nèi)。該地經(jīng)緯度為110°06′ E,40°27′ N,海拔高度1080 m,屬溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候,年平均氣溫6.5 ℃,年極端氣溫-25.3~36.4 ℃,年平均降水量為311 mm,年平均無霜期135~150 d,≥10 ℃有效積溫3000~3200 ℃,年平均日照時長約3000 h。試驗地土壤理化性質(zhì)見表1,2021年不同月份氣溫和降水量見圖1。

圖1 2019-2021 年試驗地月平均降水量和月平均氣溫Fig. 1 Mean monthly precipitation and mean monthly temperature in the test site from 2019 to 2021

表1 試驗地土壤理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of the test site soil
供試燕麥品種6 個,其中國內(nèi)品種3 個,國外品種3 個,品種及來源見表2。

表2 供試燕麥品種及來源Table 2 Oat varieties and sources for testing
本試驗前一年,在相同區(qū)域種植了19 個較為優(yōu)良的飼用燕麥品種,并在對其生產(chǎn)性能進行綜合評價的基礎(chǔ)上,篩選出6 個綜合生產(chǎn)性能良好的飼用燕麥品種進一步開展一年兩季燕麥種植模式的生產(chǎn)性能研究。本試驗共分為兩部分,第一部分是春播燕麥品種生產(chǎn)性能評價試驗,第二部分是春播燕麥收獲后復(fù)種燕麥生產(chǎn)性能評價試驗,具體如下:
1)第一季春播試驗:試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,6 個品種,3 次重復(fù),共設(shè)置18 個小區(qū),每個小區(qū)面積為5 m×4 m=20 m2,小區(qū)間距0.5 m,周邊設(shè)1.5 m 寬保護行。2021 年4 月9 日播種,播種量為180 kg·hm-2,播種方式為條播,行距15 cm。播種時未施肥,5 月19日進行第一次灌溉,6 月9 日追施150 kg·hm-2尿素同時進行第二次灌溉。于7 月7 日大部分品種進入乳熟期后進行刈割取樣,留茬高度5~8 cm。
2)第二季復(fù)種試驗:試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,小區(qū)面積及設(shè)置同上。為了適應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)需要,故應(yīng)留出充分的時間用于第一季燕麥收獲和第二季燕麥播前整地,所以第二季播種時間為第一季燕麥收獲后一個月左右(2021 年8 月9 日),播種量、播種方式及行距同上。播種時未施肥,8 月13 日進行第一次灌溉,9 月8 日追施150 kg·hm-2尿素同時進行第二次灌溉。10 月10 日(初霜期后)進行刈割取樣,留茬高度5~8 cm,此時各品種的生育期為孕穗末期-抽穗期。
產(chǎn)量性狀:每小區(qū)避開邊際30 cm,隨機選取10 株燕麥植株,測量絕對高度[9]。每小區(qū)去除兩側(cè)各0.5 m,剩余面積全部刈割稱重,計算每hm2鮮草產(chǎn)量。從中均勻選取1 kg 新鮮樣品,65 ℃烘干至恒重并稱重,計算干鮮比和干草產(chǎn)量。
營養(yǎng)成分:將燕麥干草樣品粉碎過篩(0.425 mm)并混勻后用于燕麥粗蛋白(crude protein,CP)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)及鉀(K)含量的測定[10];相對飼草質(zhì)量(relative feed quality,RFQ)采用下列公式進行計算[10]:
式中:DMI為干物質(zhì)采食量(dry matter intake,%BW);DDM為可消化干物質(zhì)(digestible dry matter,%DM);BW為體重(body weight);DM為干物質(zhì)(dry matter)。
運用SPSS Statistic 26 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,不同品種間通過One way ANOVA 分析差異顯著性,利用Tukey法進行多重比較,當P<0.05 視為差異顯著。運用R 語言(版本4.1.2)對產(chǎn)量性狀和營養(yǎng)品質(zhì)各指標進行Pearson 相關(guān)性分析并作圖。
通過灰色關(guān)聯(lián)度法對兩季各燕麥品種進行綜合比較評價[11]:
式中:εi(k)為關(guān)聯(lián)系數(shù),|X0(k)-Xi(k)|代表X0(k)數(shù)列與Xi(k)數(shù)列在k點的絕對值差,minimink|X0(k)-Xi(k)|為二級最小差,maximaxk|X0(k)-Xi(k)|為二級最大差,ρ為分辨系數(shù),本研究中ρ的取值為0.5。
等權(quán)關(guān)聯(lián)度:
權(quán)重系數(shù):
加權(quán)關(guān)聯(lián)度:
式中:n為樣本數(shù);參考數(shù)列X0選取干草產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量、干鮮比、株高、CP、RFQ 的最大值,選取NDF、ADF、K 的最小值。
一年兩季燕麥種植模式下6 個品種的產(chǎn)量性狀差異分析結(jié)果表明(表3),第一季不同燕麥品種的株高為96.77~121.77 cm,其中品種太陽神顯著高于品種領(lǐng)袖(P<0.05);第二季各品種株高為68.73~97.20 cm,青引1 號顯著高于甜燕麥、太陽神和貝勒(P<0.05)。第一季各燕麥品種鮮草產(chǎn)量差異較大,太陽神高達43366.88kg·hm-2,而青燕1 號僅為21133.44 kg·hm-2,且品種間差異顯著(P<0.05);第二季燕麥鮮草產(chǎn)量總體低于第一季,其中品種貝勒為15333.41 kg·hm-2,顯著高于青燕1 號(10833.39 kg·hm-2)和太陽神(12208.39 kg·hm-2)(P<0.05);兩季鮮草總產(chǎn)量為31966.83~55575.27 kg·hm-2,大小依次為太陽神、貝勒、領(lǐng)袖、青引1 號、甜燕麥和青燕1 號。第一季6 個燕麥品種干草產(chǎn)量為8426.38~14287.07 kg·hm-2,其中品種領(lǐng)袖產(chǎn)草量較其他品種高11.05%~69.55%,且差異顯著(除太陽神外,P<0.05);第二季不同品種燕麥干草產(chǎn)量均低于第一季,為4927.07~7082.58 kg·hm-2,其中青引1 號顯著高于其他品種(除甜燕麥外,P<0.05);兩季干草總產(chǎn)量為13833.02~19679.96 kg·hm-2,大小依次為領(lǐng)袖、青引1 號、太陽神、貝勒、甜燕麥和青燕1 號。第一、二季6 個燕麥品種干鮮比分別是0.30~0.40 和0.32~0.54,其中第一季的青燕1 號顯著大于太陽神和貝勒(P<0.05),而第二季青引1 號、青燕1 號和甜燕麥均顯著大于貝勒(P<0.05)。

表3 一年兩季燕麥種植模式下不同品種產(chǎn)量性狀差異Table 3 Differences in yield traits of different varieties under the oat planting mode in two crops a year
通過對兩季不同燕麥品種的營養(yǎng)品質(zhì)進行分析可知(表4),第一季不同品種燕麥的CP 含量為8.19%~9.29% DM,品種間無顯著差異(P>0.05);第二季各品種CP 含量為12.12%~16.34% DM,其中貝勒的CP 含量顯著高于領(lǐng)袖和青燕1 號(P<0.05)。第一季6 個品種燕麥的NDF、ADF 含量分別是51.47%~59.90% DM和30.00%~35.83% DM,且品種間含量大小趨勢基本一致,均以品種太陽神最高,顯著高于其他品種(P<0.05),而第二季燕麥NDF、ADF 含量整體低于第一季,分別為39.60%~46.61% DM、19.49%~24.26% DM,其中太陽神的NDF 含量、青燕1 號的ADF 含量均顯著低于青引1 號(P<0.05),綜合兩季燕麥來看,領(lǐng)袖和青燕1 號的NDF、ADF 含量相對較低。第一季燕麥K 含量為1.23%~1.87%,其中領(lǐng)袖、青引1 號、甜燕麥和青燕1 號均顯著低于太陽神和貝勒(P<0.05),且K 含量都小于1.5%;第二季燕麥K 含量為1.67%~1.94%,青燕1 號顯著低于其他品種(P<0.05)。結(jié)果顯示,第一季6 個燕麥品種的RFQ 為117.88~161.41,其中太陽神最小,較其他品種差異顯著(P<0.05);第二季各品種間RFQ 未達到顯著性差異(P>0.05),為206.09~262.64,從大到小依次為太陽神、領(lǐng)袖、青燕1 號、甜燕麥、貝勒和青引1 號。

表4 一年兩季燕麥種植模式下不同品種營養(yǎng)品質(zhì)差異Table 4 The difference in nutritional quality of different varieties under two oat crops a year planting mode
綜合兩季6 個燕麥品種對其產(chǎn)量性狀和營養(yǎng)品質(zhì)進行相關(guān)性分析(圖2),結(jié)果顯示:燕麥的植株高度、干草產(chǎn)量及鮮草產(chǎn)量彼此間呈極顯著正相關(guān)(P<0.001),且三者均與干鮮比、CP、K、RFQ 呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01 或P<0.001)負相關(guān),與NDF、ADF 呈極顯著正相關(guān)(P<0.001);而干鮮比與NDF、ADF 呈極顯著負相關(guān)(P<0.001),與CP、RFQ 呈極顯著(P<0.01 或P<0.001)正相關(guān)。此外,RFQ 與NDF、ADF 呈極顯著負相關(guān)(P<0.001),與CP 呈極顯著正相關(guān)(P<0.001)。

圖2 產(chǎn)量性狀與營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation analysis between yield traits and nutrient quality
利用灰色關(guān)聯(lián)度法分別對第一季、第二季種植的6 個燕麥品種的9 個指標進行綜合評價(表5 和表6),對不同性狀指標賦予相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)(表5),按照其權(quán)重系數(shù)的大小得出第一季、第二季燕麥各指標在整個評價系統(tǒng)中的排序依次分別為:NDF、RFQ、CP、ADF、干鮮比、株高、K、干草產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量和RFQ、NDF、ADF、K、CP、鮮草產(chǎn)量、干鮮比、干草產(chǎn)量、株高,權(quán)重系數(shù)越大、排序越靠前,說明其越重要。進一步對兩季各燕麥品種進行關(guān)聯(lián)度分析(表6),關(guān)聯(lián)度越高、排序越靠前的品種則更接近理想品種,結(jié)果表明,第一季無論按照等權(quán)關(guān)聯(lián)度還是加權(quán)關(guān)聯(lián)度進行排序,6 個燕麥品種在鄂爾多斯高原北部的綜合生產(chǎn)性能強弱順序均為:領(lǐng)袖>青燕1 號>青引1號>甜燕麥>貝勒>太陽神,而第二季按照等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度進行排序存在差異,各品種綜合生產(chǎn)性能強弱順序分別為:青引1 號>青燕1 號>甜燕麥>領(lǐng)袖>太陽神>貝勒和青燕1 號>青引1 號>領(lǐng)袖>甜燕麥>太陽神>貝勒。

表5 不同指標的權(quán)重系數(shù)及排序Table 5 The weight coefficient and ranking of different indicators

表6 一年兩季燕麥種植模式下各品種的灰色關(guān)聯(lián)度及排序Table 6 Gray correlation degree and ranking of each variety under two oat crops a year planting mode
農(nóng)藝性狀是反映作物生產(chǎn)性能的重要參數(shù),而株高、干鮮比以及草產(chǎn)量等都是衡量燕麥生產(chǎn)能力的主要農(nóng)藝性狀指標[11]。本研究中第一季6 個燕麥品種乳熟期平均株高為96.77~121.77 cm,高于新疆旱作地區(qū)同生育期燕麥的平均株高(86.22~109.11 cm)[12],而第二季燕麥由于受到該地區(qū)光照、溫度等氣候因素的影響,生長發(fā)育時間受到限制,當其生長至抽穗期則需收獲,此時各品種的平均株高為68.73~97.20 cm,明顯高于吉林省西部地區(qū)同時期21 個燕麥品種的平均株高(68.11 cm)[13],可見該地區(qū)燕麥的株高整體處于較高水平。李剛等[11]對晉西北農(nóng)牧交錯區(qū)17 個飼用燕麥品種3 年的干草產(chǎn)量觀測結(jié)果顯示,不同飼用燕麥品種在抽穗期和乳熟期的干草產(chǎn)量變化范圍分別是3001.50~6547.47 kg·hm-2和4628.982~9730.860 kg·hm-2,而本試驗中,第一季不同飼用燕麥品種乳熟期的干草產(chǎn)量為8426.38~14287.07 kg·hm-2,第二季各品種抽穗期的干草產(chǎn)量為4927.07~7082.58 kg·hm-2,由此可見鄂爾多斯高原北部不同品種兩季燕麥干草產(chǎn)量整體高于晉西北農(nóng)牧交錯區(qū),從株高和產(chǎn)量的優(yōu)勢可以看出該地區(qū)的土壤和氣候等條件有利于燕麥的生長發(fā)育,具備一年兩季飼用燕麥規(guī)模化生產(chǎn)的潛力;領(lǐng)袖和青引1 號分別為第一、二季6 個飼用燕麥品種中干草產(chǎn)量最高的品種,品種間株高和產(chǎn)量的差異,直觀的體現(xiàn)出了品種的優(yōu)良遺傳特性及對當?shù)丨h(huán)境的良好適應(yīng)性,品種自身特性以及溫度、降水等氣候因素是造成品種間干草產(chǎn)量差異的主要原因[14-16]。此外,各品種兩季干、鮮草總產(chǎn)量分別為13833.02~19679.96 kg·hm-2和31966.83~55575.27 kg·hm-2,產(chǎn)草量最高的分別是領(lǐng)袖和太陽神,故當兩季選用相同品種且只考慮產(chǎn)草量的情況下,可優(yōu)先選用領(lǐng)袖或太陽神。干鮮比反映了飼草的干物質(zhì)累積程度和利用價值,同時也反映了飼草的含水量大小,干鮮比越大表明植株含水量越低,干物質(zhì)積累越多[13,17-18]。本研究結(jié)果顯示,在相同的生長時間內(nèi),第一季青燕1 號的干鮮比顯著大于太陽神和貝勒(P<0.05),而第二季青引1 號、青燕1 號和甜燕麥的干鮮比也顯著大于貝勒(P<0.05),說明在相同生長時間內(nèi)國產(chǎn)品種可以積累更多的干物質(zhì),其利用價值相對更高。
牧草中的營養(yǎng)成分對家畜生長發(fā)育有著非常重要的作用,CP 是家畜所需營養(yǎng)的主要來源,NDF 和ADF 是影響飼草采食量和消化率的主要因素,通常飼草的CP 含量越高,NDF、ADF 含量越低,其營養(yǎng)價值就越高[14,19-20];相對飼喂價值(relative feed value,RFV)和相對飼草質(zhì)量(RFQ)常被用來評價牧草的飼用價值和品質(zhì),而用RFQ 來評價禾本科類牧草的品質(zhì)較RFV 更加準確[21],其數(shù)值越高,飼草的品質(zhì)就越好。本研究中第一、二季不同品種燕麥的CP 含量分別為8.19%~9.29% DM 和12.12%~16.34% DM,二者分別與同時期黃土高原西部丘陵區(qū)的8.17%~10.99% DM[22]和吉林省西部區(qū)的15.70% DM 相近[23],該指標可能與品種基因特性有關(guān),但受種植區(qū)域緯度影響較小;綜合來看,兩季燕麥中領(lǐng)袖和青燕1 號的NDF、ADF 含量相對較低,RFQ 相對更大,飼草品質(zhì)更佳,更有利于家畜反芻利用。通常進口燕麥草的K 含量普遍較低(不超過1.5%),主要用于飼喂圍產(chǎn)奶牛,而國內(nèi)燕麥草的K 含量大多超過1.5%,主要用于飼喂干奶牛和泌乳牛,本研究第一季燕麥中領(lǐng)袖、青引1號、甜燕麥和青燕1 號均低于1.5%,因此將來可替代進口燕麥用于飼喂圍產(chǎn)奶牛;綜合來看,兩季燕麥中領(lǐng)袖和青燕1 號的K 含量相對較低,更適合用于生產(chǎn)低鉀燕麥。
研究結(jié)果表明,燕麥的株高、干草產(chǎn)量、鮮草產(chǎn)量與CP、K、RFQ 呈顯著或極顯著負相關(guān),與NDF、ADF 呈極顯著正相關(guān),說明燕麥產(chǎn)量性狀與營養(yǎng)品質(zhì)之間呈負相關(guān)關(guān)系。隨著燕麥生育期的向后推進,盡管產(chǎn)量逐漸增加,但植株CP、K 含量下降而NDF、ADF 含量增加[24],飼草品質(zhì)也隨之降低,K 含量下降可能是由于后期燕麥植株干物質(zhì)積累增加[25],K 在干物質(zhì)中所占比重便會下降。因此,在生產(chǎn)實踐過程中,在追求高產(chǎn)的同時,還要結(jié)合實際需求適時刈割,在保證高產(chǎn)的前提下兼顧飼草品質(zhì),實現(xiàn)綜合效益最大化。
單純地以草產(chǎn)量或幾種營養(yǎng)成分來判斷飼用燕麥的優(yōu)劣不夠準確和全面,本研究對目標品種的生產(chǎn)性能進行綜合評價分析,進而篩選出適宜的品種,而灰色關(guān)聯(lián)度評價法能夠?qū)Σ煌笜诉M行綜合評價,且可以真實地反映出被評價對象的排名,排名越靠前,說明該品種越接近參考品種,綜合表現(xiàn)越好[3,26-27]。本研究選取了燕麥的9個主要指標,分別對6 個燕麥品種每一季的綜合生產(chǎn)性能進行了灰色關(guān)聯(lián)度分析。結(jié)果表明,所有評價指標中,NDF 和RFQ 的權(quán)重位居前兩位,因此在鄂爾多斯高原北部進行燕麥品種篩選時,應(yīng)優(yōu)先選擇纖維含量低、相對飼草質(zhì)量高的品種;第一、二季各燕麥品種加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名第一的分別是領(lǐng)袖和青燕1 號,其綜合生產(chǎn)性能相對更好,由此可見第一季領(lǐng)袖+第二季青燕1 號的種植模式,年干草產(chǎn)量可達19693.71 kg·hm-2,在保證飼草品質(zhì)的前提下,提高了單位面積土地的收益,在鄂爾多斯高原北部以及同類型區(qū)域具有較大應(yīng)用潛力。
通過對鄂爾多斯高原北部一年兩季種植模式下6 個供試燕麥品種的產(chǎn)量性狀和營養(yǎng)指標進行綜合分析發(fā)現(xiàn),不同燕麥品種對鄂爾多斯高原北部生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性存在差異。基于4 個產(chǎn)量性狀和5 個營養(yǎng)品質(zhì)指標分別對第一季、第二季各品種的綜合生產(chǎn)性能進行了評價,結(jié)果表明,兩季9 個指標在綜合評價系統(tǒng)中的權(quán)重大小排名前兩位的均是NDF 和RFQ;最適宜在鄂爾多斯高原北部作為第一季春播生產(chǎn)和第二季復(fù)種的燕麥品種分別為領(lǐng)袖和青燕1 號,二者在各自的生產(chǎn)周期均表現(xiàn)出良好的生產(chǎn)特性和區(qū)域適應(yīng)性,因此,第一季春播領(lǐng)袖+第二季復(fù)種青燕1 號的種植模式可在鄂爾多斯高原北部以及同類型區(qū)域作為主推品種和生產(chǎn)模式種植推廣。此外,相關(guān)性分析表明,在生產(chǎn)實踐過程中要結(jié)合實際需求適時刈割,兼顧產(chǎn)量和品質(zhì),實現(xiàn)綜合效益最大化。