關鍵詞:飼用芒草;青貯品質;劉割頻次;營養品質;發酵品質;綜合評價中圖分類號: S543+ .904 文獻標志碼:A 文章編號:1002-1302(2025)14-0201-07
隨著我國人民生活水平的不斷提升和居民膳食結構的持續優化,對牛、羊、肉、蛋、奶等畜禽產品的需求量持續增長,推動我國牛、羊等草食家畜養殖業的快速發展,同時導致對優質粗飼料的需求日益迫切[1-2]。在此背景下,黨的二十屆三中全會將飼草飼料確定為基本農作物并寫人第三次全體會議公報;2024年,《國務院辦公廳關于踐行大食物觀構建多元化食物供給體系的意見》也明確提出“大力發展飼草產業,增加草食畜產品供給”,這將有效解決隨著我國草食畜牧業經濟的發展對優質粗飼料的需求日漸增加的突出問題[3]。隨著我國人畜爭糧矛盾日益突出,如何合理利用土地資源已成為重要議題。黃河三角洲位于渤海南部的黃河入海口沿岸地區,鹽堿地資源優勢突出,也是我國重要的后備土地資源。然而,土壤鹽漬化和養分匱乏問題嚴重制約著傳統農業生產[4]。因此,發展鹽堿地草牧業既能解決人畜爭糧矛盾,又能為黃河三角洲地區經濟持續發展提供重要支撐。
芒草(Miscanthusspp.)屬于禾本科黍亞科高梁族甘蔗亞族芒屬,全世界約有17個種,主要包括中國芒(M.sinensis)、五節芒(M.floridulus)、荻(M.sacchariflorus)南獲(M.lutarioriparius)等,主要分布在東亞、東南亞和環太平洋群島等地區,現已擴展到非洲、歐洲和北美地區[5]。因其具有生物量大,環境適應能力強,對土壤、肥料、水分條件要求低以及便于管理等優點,非常適合在我國鹽堿地、半干旱地、貧瘠山坡地等邊際土地推廣種植[6。此前,蕭運峰等對五節芒生物性狀及飼用價值進行研究,發現其具有營養成分豐富、飼用價值高、產量突出等優點,可以作為優良高品質牧草使用[7]。池春梅等也發現,五節芒不僅具有較高的營養價值,而且在山羊瘤胃中表現出較高的降解特性,是一種具有開發潛力的非常規粗飼料[8]。此外,南荻在我國長江中游以南(如湖南省北部的洞庭湖區)已開始規模化種植,其幼莖和葉片被用于飼喂黃牛[9]。筆者所在實驗室成功培育出1個南荻紅稈突變體,與野生型南荻相比,其纖維素含量提高 9.5% ,木質素含量降低 10.2% ,消化率提升 25.6% ,表明該突變體也適用于粗飼料開發[10] 。
然而,鹽堿環境下芒草的栽培管理技術體系尚未完善,尤其是劉割管理對其產量與青貯品質的調控機制仍不明確。劉割作為飼草作物栽培調控的重要農藝措施,在一定范圍內能夠通過調節分蘗動態與養分分配,直接影響飼草的再生能力與營養積累[1]。研究表明,不同的刈割方式不僅影響牧草的產量和品質,還間接影響草食家畜的生長發育及畜產品的生產效率[12-13]。因此,優化刈割管理對實現飼草高產優質、滿足草食畜牧業發展需求具有重要意義。目前,關于刈割頻次對飼用芒草產量和營養品質的影響研究仍較少,且尚未見關于刈割頻次對其青貯營養成分和發酵品質變化影響的相關報道。為此,本研究以飼用芒草為研究對象,通過深入分析不同刈割頻次對飼用芒草鮮草產量、青貯營養成分、發酵品質及微生物數量的影響,并進行綜合評價,旨在為鹽堿地草牧業發展提供理論依據與技術支撐。
1材料與方法
1.1 試驗材料
選取的材料為筆者所在實驗室培育的飼用芒草南荻品系——魯芒1號(M.lutarioriparius),選取在試驗地生長第3年的植株。試驗地位于山東省東營市黃河三角洲農業高新技術產業示范區內的東營青農大鹽堿地高效農業技術產業研究院(37°19′N,118°39′E) ,土壤含鹽量 0.3% 。該區域氣候屬暖溫帶大陸性季風氣候,年平均氣溫12.8‰ ,無霜期206d;年平均降水量 555.9mm ,多集中在夏季,占全年降水量的 65% 。
1.2 試驗方法
試驗設計3種劉割處理,處理 1:1 年劉割1次,于2024年10月24日劉割(樣品編號1-1);處理 2:1 年劉割2次,第1茬在2024年6月20日劉割(樣品編號2-1),第2茬在2024年10月24日劉割(樣品編號2-2);處理 3:1 年劉割3次,第1茬在2024年5月28日刈割(樣品編號3-1),第2茬在2024年8月1日刈割(樣品編號3-2),第3茬在2024年10月24日刈割(樣品編號3-3)。每次刈割后留茬高度為 15cm ,以促進分蘗再生。采用完全隨機區組設計,試驗小區面積為 4.2m× 9.1m(38.22m2) ),種植行株距均為 0.7m ,每個處理設置3次重復,共9個試驗小區(3種劉割處理 × 3次重復)。
劉割后的植株經碎草機粉碎至 1cm 左右碎段,然后將青貯專用酶菌復合制劑(北京精準動物營養研究中心)按照 1g 制劑溶于 100mL 水的比例配制成水溶液,均勻噴灑于青貯材料表面。每份樣品分別取 200g 青貯材料真空包裝在封口袋( 20cm× 30cm )中,于室溫避光條件下保存 60d 。
1.3試驗指標測定及方法
1.3.1飼用芒草產量測定收獲時留茬高度為15cm ,去除每個小區的邊行,收割小區中間的材料。將所獲地上部分裝人編織袋稱重,記為鮮草產量,并將產量單位換算為 kg/hm2 O
1.3.2飼用芒草青貯營養價值測定將待測青貯樣品稱重后,在 70% 下烘至恒重,以測定干物質含量[14]。隨后用組織破碎機將樣品研磨成粉末,并過1mm 篩,用于分析粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、可溶性糖含量。利用凱氏定氮法測定粗蛋白含量,在FOSS凱氏定氮儀(KjeltecTM800O)中測定[15];采用van Soest等的方法[16]測定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量;利用乙醇浸提,用蒽酮-硫酸比色法測定可溶性碳水化合物含量[17]。將中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維數據代人公式(1)計算相對飼喂價值[18]:
相對飼喂價值 =(88.9-0.779× 酸性洗滌纖維含量) ×(120/ 中性洗滌纖維含量)/1.29。(1)1.3.3飼用芒草青貯發酵品質測定為了測定芒草 pH 值和有機酸含量,將 3Δg 青貯樣品與 30mL 滅菌水在攪拌器中攪拌 1min ,然后通過 0.22μm 濾膜過濾,過濾后立即用玻璃電極 pH 計測量濾液的pH 值。乳酸、乙酸、丙酸和丁酸濃度在配備有紫外線檢測器( 210nm )和色譜柱(hyposil ODS2 4.6× 250)的高效液相色譜( 1260Prime ,美國安捷倫公司)中測量,根據峰面積計算其含量,流動相為磷酸鹽緩沖液( ΔpH 值3.0)。
1.3.4微生物數量分析在超凈工作臺中打開青貯袋,將 10g 芒草青貯飼料樣品與 90mL 滅菌生理鹽水混合,并用滅菌水進行 10-1~10-6 梯度稀釋。取適量稀釋后的菌液,均勻涂布在MRS瓊脂培養基上,于 37°C 需氧培養 48h ,利用平板計數法統計乳酸菌數量。在孟加拉紅瓊脂培養基上均勻涂布菌液,于 28°C 需氧培養 120h ,利用平板計數法統計霉菌和酵母菌數量。在結晶紫中性紅膽鹽瓊脂培養基上均勻涂布菌液,于 37°C 需氧培養 24h ,同樣利用平板計數法完成計數。菌落計數單位為 CFU/g 。1.3.5綜合價值評價采用模糊數學隸屬函數法對青貯飼料的營養成分和發酵品質進行綜合評價[19]。將青貯飼料各性狀平均值分別帶入隸屬函數公式(2)公式(3)中計算:
U(Xi)=(Xi-Ximin)/(Ximax-Ximin);
U(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)O
式中: U(Xi) 表示測定指標的隸屬函數值; Xi 表示該項指標的測定值; Ximax 表示該項指標的最大值; Ximin 表示該項指標的最小值。其中,鮮草產量(以年鮮草總產量計)、干物質、粗蛋白、可溶性糖、乳酸、乙酸、丙酸含量和乳酸菌群數量與青貯生產性能呈正相關關系,用公式(2)計算;中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、丁酸含量及 ΔpH 值、酵母菌群、霉菌群和大腸桿菌群數量與青貯生產性能呈負相關關系,用公式(3)計算。青貯飼料各性狀的隸屬函數平均值越大,說明該組的青貯飼料綜合價值越高。
1.4數據整理與統計分析
試驗數據采用Excel軟件處理,所有試驗均設3次重復,結果以“平均值 ± 標準差\"表示。通過SPSS軟件(v18.0)進行單因素方差分析(ANOVA),采用Duncan's多重范圍檢驗不同樣本之間的差異。利用Sigmaplot軟件(v12.5)繪圖。
2 結果與分析
2.1劉割頻次對飼用芒草鮮草產量的影響
由表1可知,不同刈割頻次對飼用芒草鮮草產量的影響較大。每茬次鮮草產量從高到低依次為1-1.2-2.3-2.2-1.3-1.3-3 。在東營地區禾本科牧草快速生長期為夏季,上述數據表明經歷夏季生長期的刈割茬次鮮草產量較高,排在前3位。生長時間對鮮草產量的影響較大,1年刈割1次處理的生長時間最長,鮮草產量也最高。在1年刈割3次處理中的第3茬雖然比第1茬生長時間長,但其生長期主要為秋季,氣溫與日照等生長條件不如第1茬,導致鮮草產量比第1茬低。從年鮮草總產量來看,1年刈割3次處理的產量最高,比1年劉割1、2次處理分別提高 41.59% .6.13% 。由此可見,1年多次刈割有利于鮮草產量的提升。
表1不同刈割頻次對飼用芒草鮮草產量的影響
注:同一列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著( Plt; 0.05),表2至表4同。
2.2刈割頻次對飼用芒草青貯品質的影響
由表2可知,不同刈割頻次對飼用芒草青貯后干物質含量的影響較大,各茬次樣品干物質含量從高到低依次為 3-2,3-1,2-2,1-1,2-1,3-3 0其中,1年刈割3次處理中的前2茬干物質含量最高,分別為41. 77% 、47. 29% ,而第3茬最低( 31.13% )。1年劉割1、2次處理的干物質含量在32.50%~39.49% 之間。這說明不同刈割頻次對飼用芒草干物質積累的影響并無明顯規律,推測這可能與東營地區飼用芒草收割前不均衡降水和土壤含水量相關。
在粗蛋白含量方面,各茬次樣品含量從高到低依次為 3-1、3-2、3-3、2-2、2-1、1-1 。在1年劉割3次處理中,每茬次粗蛋白含量均較高,第1茬至第3茬的粗蛋白含量依次降低;1年劉割2次處理的粗蛋白含量次之,而1年劉割1次處理的粗蛋白含量最低。上述結果表明,粗蛋白含量與刈割頻次呈正相關,即刈割越頻繁,粗蛋白含量越高,推測可能與飼用芒草每茬次的生長時間相關,生長時間越短粗蛋白含量越高。
在可溶性糖含量方面,各茬次樣品含量從高到低依次為 1-1,2-2,3-3,3-2,3-1,2-1,1 年劉割2次處理中的第1茬含量最低 (0.67% ),而1年劉割1次處理含量則最高 (3.56% )。此外,還觀察到每年最后1次劉割收獲的飼用芒草青貯發酵后的可溶性糖含量均較高,分別為 3.56% (1-1)3.02% (2-2) .2.02% (3-3)。結合各處理最后1次刈割均在秋季,且都經歷了較長的生長期,推測青貯發酵后可溶性糖含量的高低可能與收獲季節及刈割前生長時間緊密相關。即秋季有利于可溶性糖積累,同時刈割前生長時間越短,可溶性糖含量越低;劉割前生長時間越長,可溶性糖含量越高。這表明飼用芒草生長時間越長越有利于可溶性糖的積累。
在中性洗滌纖維含量方面,各茬次樣品含量從高到低依次為 2-2,3-3,2-1,1-1,3-2,3-1 。1年刈割2次處理的第2茬中性洗滌纖維含量最高1 57.65% ),而1年刈割3次處理的第1茬含量則最低 (40.49% )。在酸性洗滌纖維含量方面,各茬次樣品含量從高到低依次為 2-2,3-3,3-1,1-1 、2-1、3-2。1年刈割2次處理的第2茬含量最高( 36.86% ),而1年刈割3次處理的第2茬含量則最低 (23.09% )。
表2不同刈割頻次對飼用芒草青貯營養品質的影響
根據中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維含量的數據,計算得到飼用芒草青貯的相對飼喂價值,各茬次樣品得分從高到低依次為3-1、3-2、1-1、2-1、3-3、2-2(圖1)。除1年劉割2次處理第2茬的得分較低(97.12)外,其余各組樣品的得分均高于100,其中1年劉割3次處理第1茬的得分最高,達153.60。通常飼喂價值達到100以上,表明該種牧草整體質量較好[20] 。
圖1不同刈割頻次對飼用芒草青貯后相對飼用價值的影響
2.3劉割頻次對飼用芒草青貯發酵品質的影響
除營養成分外, pH 值以及乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量是評價青貯發酵品質的重要指標。由表3可知,1年刈割1次處理發酵后 ΔpH 值最低(3.71),而1年刈割2次處理中第1茬發酵后的 pH 值較高,達5.11。各茬次樣品 ΔpH 值從低到高依次為1-1、2-2、3-1、3-3、2-1、3-2。這表明各處理最后1茬芒草的發酵青貯 pH 值均較低。
在青貯發酵過程中產生的各種酸類物質是青貯飼料pH值發生變化的主要原因。由表3可知,各茬次樣品中乳酸含量從高到低依次為1-1、2-2,2-1,3-3,3-1,3-2 。結果表明,刈割頻次越低,發酵過程中乳酸含量越高;而劉割頻次越高,乳酸含量則越低。此外,除刈割頻次外,乳酸含量與刈割茬次也相關,不同刈割方式的最后1茬乳酸含量均較高,而1年劉割1次處理的乳酸含量最高,達11. 08% 。各茬次樣品中乙酸含量從高到低依次為:1-1.2-1.2-2.3-1.3-3.3-2 。這表明劉割頻次越低,發酵過程中乙酸含量越高,如1年刈割1次處理發酵青貯的乙酸含量最高,達 5.94% 。相反,劉割頻次越高,發酵過程中乙酸含量越低,如1年刈割3次處理的發酵青貯的乙酸含量最低。這與乳酸含量變化趨勢是一致的。
關于丙酸和丁酸含量的變化,僅在1年劉割1、2次處理的3個樣品中檢測到,而在1年刈割3次處理的各茬次樣品均未檢測到丙酸和丁酸。其中丙酸在各茬次樣品中含量由高至低依次為2-2、1-1、2-1,丁酸在各茬次樣品中含量由高至低依次為 2-1.2-2.1-1 。上述結果表明,飼用芒草刈割頻次越高,發酵青貯的丙酸、丁酸含量則越低
表3不同刈割頻次對飼用芒草青貯發酵品質的影響
注:ND表示未檢出,下同。
此外,乳酸菌、酵母菌、霉菌和大腸桿菌等微生物數量被認為是評估青貯發酵充分與否的重要指標。由表4可知,在各茬次樣品中乳酸菌群數量由多到少依次為 3-1,3-3,3-2,2-2,2-1,1-1 。這說明刈割頻次對乳酸菌群數量有顯著影響,如1年刈割3次處理的乳酸菌群數量排在前3位,而1年刈割1次處理的乳酸菌群數量最少。即刈割越頻繁,發酵后乳酸菌群數量越多,推測飼用芒草青貯中的內含物可能更有利于乳酸菌的增殖。在酵母菌群方面,各茬次樣品中菌群數量由多到少依次為3-3、1-1、2-2、3-1,2-1、3-2樣品中未檢測出酵母菌群。酵母菌群數量最多的為1年刈割3次處理的第3茬,1年刈割1次處理和1年刈割2次處理的第2茬次之,再次為1年刈割3次處理的第1茬。前3組均為秋季劉割處理,推測在東營地區進行秋季刈割可增加酵母菌群數量。各茬次樣品中霉菌菌群數量最多的為1-1、2-2,其次為3-1。在1年劉割2次處理的第1茬和1年刈割3次處理的第2、3茬中均未檢測出霉菌。在大腸桿菌菌群方面,只有1年刈割2次處理的第1茬檢測到大腸桿菌菌群,其余各組均未檢出。酵母菌、霉菌與大腸桿菌菌群數量在飼用芒草青貯各組樣品中均很少被檢測到,表明在芒草青貯中乳酸菌群的大量增殖能較好地抑制這3種微生物的生長。
表4不同刈割頻次對飼用芒草青貯后微生物含量的影響
2.4不同刈割頻次對飼用芒草青貯綜合價值的影響
3種刈割處理各茬次刈割樣品的隸屬函數值見表5,各樣品隸屬函數平均值由大到小依次為3-1、3-2,1-1,3-3,2-2,2-1 。根據隸屬函數對各項指標進行綜合評價表明,1年劉割3次模式生產的飼用芒草各茬次樣品制備的青貯品質均較好,綜合評價分別排在第1、2、4位。
表5飼用芒草不同刈割茬次青貯的隸屬函數值
3討論與結論
適宜的刈割是提高牧草生產性能的有效方式,刈割頻次是牧草鮮草產量和營養成分的重要影響因素[20]。鮮草產量是衡量飼草生產和經濟效益的重要指標[21]。適宜的刈割可促進植物再生,提高地上部生物量,改變植物營養物質的分配[22]。本研究中,飼用芒草1年刈割3次的年鮮草產量明顯高于1年刈割1、2次,表明飼用芒草可以對刈割產生一定的補償生長效應。劉震等通過對豆科牧草的刈割研究認為,適宜的刈割能促進牧草的再生和分蘗[23];另有對飼用甜高粱的研究也表明,2次刈割的牧草產量高于1次刈割[24-25],這與本研究結果基本一致。
牧草青貯的營養品質是評價青貯質量的重要指標,影響著畜產品的產量和品質[26]。對于多年生牧草,刈割次數是影響牧草營養價值的主要因素之二[27]。其中,粗蛋白含量是評價飼草營養價值的重要指標之一。本研究中,1年刈割3次處理的飼用芒草的粗蛋白含量顯著高于1年劉割1、2次處理,特別是1年劉割3次處理第1茬的粗蛋白含量最高1 11.59% ),顯著高于1年劉割1次( 4.58% )和2次 (6.41%,7.20% )處理,表明頻繁劉割可以促進飼用芒草的營養物質積累,尤其是粗蛋白的合成。這可能與頻繁刈割縮短了植株的生長周期,減少了營養物質的轉移和消耗有關[1]
相反,1年刈割1次的飼用芒草處理中可溶性糖含量最高 (3.56% ),但1年劉割3次處理中的較低 (0.86%~2.02%) ,表明飼用芒草生長時間越長,可溶性糖積累越多,且劉割頻次越高,可溶性糖含量越低。前人的研究表明,劉割間隔時間過長會使飼用高粱產量降低,而時間過短則莖稈得不到充分生長,導致營養物質難以充分積累,含糖量會顯著降低[25],這與本研究結果一致。
中性洗滌纖維含量的高低會直接影響反芻動物對干物質的采食量,而酸性洗滌纖維含量與飼料的消化率負相關[27]。因此,通常認為牧草的粗蛋白含量越高,中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量越低,則表明牧草的營養價值越高[28]。何振富等的研究表明,甜高梁的粗蛋白含量隨著生育時期推進呈逐漸下降趨勢,中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量隨生育期推進呈上升趨勢,因此,可以根據其生理特性調整刈割時間[29]。相對飼喂價值是目前廣泛使用的粗飼料質量評定指數,反映粗飼料的品質和纖維的含量[30]。本研究中,1年刈割3次處理第1茬的中性洗滌纖維含量最低(為 40.49% ),表明其消化率可能較高。這與Van Soest 等的研究結果[16]一致,即頻繁劉割可以降低纖維含量,提高飼草的消化率。綜合來看,頻繁刈割飼用芒草不僅提高了粗蛋白含量,還改善了飼草的纖維組成,從而提升了其營養價值。
青貯發酵品質主要取決于 pH 值和有機酸(乳酸、乙酸、丙酸和丁酸)含量。本研究顯示,1年劉割1次處理的pH值最低(3.71),乳酸含量最高(11.08% ),表明其發酵品質較好。然而,1年劉割3次處理雖然 ΔpH 值較高 (4.11~5.76 ),但其乳酸菌數量明顯高于其他處理,特別是第1次刈割的乳酸菌數量在所有處理中最高。產生這一現象的原因可能是由于1年1次劉割和2次劉割處理的飼用芒草干物質含量較低,不利于乳酸菌的生長,同時在青貯期間其他微生物與乳酸菌的競爭加劇,進一步影響了乳酸菌的增殖[31]。糖分是乳酸菌發酵的底物,只有保證充足的底物含量,才能使乳酸菌產生大量的乳酸[32]。1年3次刈割處理的飼用芒草可溶性糖含量較低,不利于乳酸的產生,這可能是1年3次刈割的飼用芒草中乳酸含量較低的原因。
優質的青貯含有較高的乳酸及少量的乙酸和丙酸,幾乎不含丁酸[33],因為飼料中的丁酸不利于牛的消化吸收[34],因此丁酸發酵的程度是鑒定牛用青貯飼料品質的重要標志。即丁酸含量越高,青貯飼料品質越低[35]。本研究中,乙酸、丙酸、丁酸含量在1年刈割1次或2次的處理中較高,而在1年刈割3次的處理中較低,甚至未檢出。這可能是由于3次刈割的飼用芒草中可溶性糖含量較低,無法為有機酸的產生提供足夠的原料。丙酸、丁酸在1年劉割3次的處理中也未檢出,表明其在發酵過程較為穩定,未發生不良發酵。總體而言,瀕繁劉割雖然在一定程度上降低了乳酸含量,但通過促進乳酸菌增殖,減少了其他有機酸的產生,仍然能夠維持較好的發酵品質。
乳酸菌是青貯發酵過程中的主要有益微生物,其數量直接影響青貯的發酵品質。本研究中,1年刈割3次處理的乳酸菌數量明顯高于其他處理,大腸桿菌的數量在1年刈割3次的處理中均未被檢出,酵母菌、霉菌的種群數量則在3種劉割方式中均有檢出。這說明除1年劉割3次模式中的第2茬能較好地抑制其他微生物,其他各處理的有害微生物均沒有得到充分控制。
本研究結果表明,劉割頻次對飼用芒草鮮草產量、青貯的營養價值和發酵品質均具有顯著影響。1年劉割3次處理的飼用芒草鮮草產量最高,且在粗蛋白含量和相對飼用價值上表現最優,特別是粗蛋白含量顯著高于其他處理,且前2茬的相對飼用價值也顯著高于其他組。此外,刈割頻次與乳酸菌數量呈正相關,1年刈割3次處理的乳酸菌數量最高,表明頻繁刈割有利于乳酸菌的增殖,進而改善青貯發酵品質。綜合隸屬函數評價結果表明,1年劉割3次處理各茬次樣品的綜合價值較高,表明該模式在提高飼用芒草青貯營養價值和發酵品質方面具有顯著優勢。因此,在實際生產中采用1年劉割3次模式可以有效提升飼用芒草產量和青貯的綜合品質,且具有較好的應用潛力。
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(1.國家鹽堿地綜合利用技術創新中心,山東東營257345;2.山東省青島市黃島區靈山衛街道辦事處,山東青島 266400;3.山東省耐鹽堿草木種質創新重點實驗室,山東青島 266109;4.青島農業大學園林與林學院,山東青島 266109;5.東營青農大鹽堿地高效農業技術產業研究院,山東東營257345;6.青島農業大學資源與環境學院,山東青島 266109;7.青島農業大學農學院,山東青島266109)