董臣飛,許能祥,丁成龍,顧洪如,張文潔
(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所,農(nóng)業(yè)部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210014)
鮮食玉米(Zeamays)秸稈飼用品質(zhì)優(yōu)良,是良好的青貯飼料資源,但關(guān)于鮮食玉米的研究主要集中在果穗的產(chǎn)量及品質(zhì)等方面,對秸稈飼用的研究多停留在粗放利用階段,缺少深入細(xì)致的研究。鮮食玉米是指在玉米乳熟末期采摘果穗,用于加工或直接食用的玉米。我國是當(dāng)前全球最大的鮮食玉米種植、生產(chǎn)、加工和消費(fèi)國,隨著人民生活水平的改善和飲食結(jié)構(gòu)的調(diào)整,鮮食玉米的需求量還將不斷增加。2016年,農(nóng)業(yè)部全國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃指出適當(dāng)發(fā)展鮮食玉米,適應(yīng)居民消費(fèi)升級的需要,擴(kuò)大鮮食玉米種植面積,為居民提供營養(yǎng)健康的膳食纖維和果蔬?!度珖N植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃(2016-2020年)》提出,促進(jìn)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整,適當(dāng)發(fā)展鮮食玉米,到2020年種植面積達(dá)100萬 hm2[1]。因此,鮮食玉米秸稈也是一種數(shù)量巨大的飼草資源,其深入研究利用具有廣闊前景。
與普通玉米相比,鮮食玉米收獲較早,一般在籽粒糖含量最高的乳熟期收獲,此時(shí)秸稈糖分含量是普通玉米的1.5~3.0倍,營養(yǎng)價(jià)值豐富[2],是飼用價(jià)值極高的粗飼料。目前國內(nèi)外對鮮食玉米秸稈飼用價(jià)值的研究主要集中在概略養(yǎng)分分析[3]、動(dòng)物飼喂效果[4-5]、青貯和微貯[6-7]以及消化率測定[8]等方面。采穗后秸稈收獲時(shí)間對鮮食玉米秸稈營養(yǎng)價(jià)值的作用效果研究較少[9-10]。人們通常都是在鮮穗采摘的同時(shí)將秸稈收獲飼用,但鮮食玉米秸稈的最優(yōu)飼用時(shí)期以及飼用部位有待進(jìn)一步研究。秸稈青貯需要具備適宜的水分含量和可溶性糖含量。鮮食玉米秸稈的含糖量顯著優(yōu)于普通玉米秸稈,并且在鮮穗采摘后出現(xiàn)上升[11]。 秸稈含水量高于70%時(shí),不適宜直接調(diào)制青貯飼料。因此,研究鮮穗采摘后鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)的變化及飼用成分在植株不同部位的分布以確定合理的收獲時(shí)間和收割部位,對科學(xué)利用鮮食玉米秸稈具有重要意義。本研究擬利用江蘇地區(qū)的鮮食玉米品種蘇科糯5號,以帶穗處理為對照,分析采穗后不同收獲時(shí)間植株不同節(jié)位的葉片、莖稈和葉鞘中飼用品質(zhì)相關(guān)性狀的分布及變化規(guī)律,為選擇鮮食玉米秸稈最優(yōu)的飼用收獲期和飼用部位提供依據(jù)。
利用鮮食玉米品種蘇科糯5號進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)于2015年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牧草試驗(yàn)田進(jìn)行。該地位于長江中下游,北緯32°49′、東經(jīng) 118°61′;屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫15.3 ℃,年均降水量為1035.1 mm,全年無霜期231 d,≥10 ℃的年積溫約5100 ℃;試驗(yàn)區(qū)土壤為低山丘陵黃棕壤。4月10日播種。設(shè)置帶穗(with ear treatment, WE)和采穗(ear harvest treatment, EH)兩個(gè)處理,每個(gè)處理在鮮穗采摘后每隔1周采樣1次,共采樣3次,分別記為收穗后第1周(1 week after ear harvest, T1),收穗后第2周(2 weeks after ear harvest, T2),收穗后第3周(3 weeks after ear harvest, T3)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),每小區(qū)15行,每行10株,1穴1株,行株距為 50 cm×25 cm,常規(guī)肥水管理。
鮮食玉米乳熟后期7月24日采摘鮮穗,同時(shí)取樣測定不同節(jié)位葉片、莖稈和葉鞘的干物質(zhì)含量和飼用成分含量。每小區(qū)采集10株玉米進(jìn)行分節(jié)處理。測定每個(gè)節(jié)位葉片、葉鞘和莖稈的鮮重及75 ℃烘干至恒重的重量。干草粉碎過1 mm篩,草粉備用。
非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(nonstructural carbohydrates, NSC)的測定參考Yoshida[12]的方法。粗蛋白(crude protein, CP)用蛋白分析儀(KJELTEC 2300, Foss, Denmark)測定。中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)用范氏法測定[13]。干物質(zhì)體外消化率(invitrodry matter digestibility,IVDMD)的測定參考胃蛋白酶-纖維素酶兩步法[14]。
用SPSS 11.5進(jìn)行方差分析,用Excel進(jìn)行作圖。
由表1可知,鮮穗采摘當(dāng)天,10株秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量為793.81 g,采穗處理的秸稈在采穗后1~3周干物質(zhì)質(zhì)量出現(xiàn)上升,其中采穗后2周的產(chǎn)量最高,達(dá)到1170.26 g,采穗后2~3周,干物質(zhì)產(chǎn)量開始下降,但依然顯著高于收穗時(shí)秸稈的產(chǎn)量(P<0.01);帶穗處理的秸稈產(chǎn)量則持續(xù)下降。采穗當(dāng)天秸稈非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)含量為20.78%,采穗處理的秸稈NSC含量在采穗后顯著上升,其中采穗后1周達(dá)到26.77%,至采穗后2周,高達(dá)39.56%,3周時(shí)為29.30%,顯著高于采穗當(dāng)天的含量(P<0.01);帶穗處理的玉米秸稈中NSC含量顯著低于同時(shí)期采穗的秸稈(P<0.01),采穗后2周達(dá)到26.72%,至3周又開始下降。采穗當(dāng)天秸稈的CP含量為8.57%,隨后持續(xù)下降,但采穗和帶穗處理的秸稈在采穗后2和3周CP含量差異不顯著(P>0.05)。NDF含量隨著采樣時(shí)間的推延持續(xù)升高,帶穗處理的秸稈NDF含量高于同時(shí)期采穗處理的秸稈。ADF含量也隨著采樣時(shí)間的推遲而升高,但帶穗秸稈和采穗秸稈的含量差異不顯著(P>0.05)。IVDMD隨著時(shí)間的推遲而下降,帶穗秸稈低于采穗秸稈,但差異不顯著(P>0.05)。
表1 鮮穗采摘后帶穗和采穗的玉米全株秸稈飼用品質(zhì)性狀的變化Table 1 The dynamics of the whole corn stalk feeding quality related traits after corn ear harvest
注:* 和**分別代表在P<0.05 和P<0.01水平差異顯著。同一列不同小寫字母代表P<0.05水平差異顯著。下同。NSC:非結(jié)構(gòu)性碳水化合物;NDF:中性洗滌纖維;ADF:酸性洗滌纖維;CP:粗蛋白;IVDMD:干物質(zhì)體外消化率。
Note: * and ** indicate significant at levelP<0.05 andP<0.01, respectively. Different lowercase letters in the same column mean significantly different atP<0.05 level. The same below. NSC: nonstructural carbohydrates; NDF: neutral detergent fiber; ADF: acid detergent fiber; CP: crude protein;IVDMD:invitrodry matter digestibility.
由表2可知,收獲時(shí)間、帶穗采穗處理、植株部位、節(jié)位以及各因素間的互作均極顯著(P<0.01)。采穗后2周的NSC含量為29.05%,顯著高于采穗后1周的20.58%和采穗后3周的21.22%(P<0.01),采穗3和1周后秸稈的NSC含量差異顯著(P<0.01)。采穗的秸稈NSC含量為27.29%,顯著高于帶穗秸稈(P<0.01);莖稈的NSC含量為35.15%,顯著高于葉鞘的18.65%(P<0.01),葉鞘的含量顯著高于葉片的17.05%(P<0.01)。倒4~6節(jié)的NSC含量顯著高于其他節(jié)位(P<0.01),從倒1~6節(jié),NSC含量逐節(jié)上升,后又逐節(jié)下降。CP含量隨著收獲時(shí)間的延遲而下降,采穗處理的CP含量高于帶穗處理,葉片極顯著高于葉鞘和莖稈(P<0.01),倒1~8節(jié)CP含量在5.89%~6.31%,倒9節(jié)后顯著下降。NDF 隨著收獲時(shí)間的推遲顯著升高,帶穗處理高于采穗處理,葉鞘含量最高,顯著高于葉片(P<0.01),葉片含量高于莖稈中的含量(P<0.01),并且均隨著節(jié)位的降低逐漸升高。ADF含量葉鞘最高,其次是莖稈,葉片最低,其他規(guī)律與NDF相同。IVDMD隨著收獲時(shí)間的延長顯著降低,采穗處理顯著高于帶穗處理(P<0.01),葉片高于莖稈(P<0.01),莖稈高于葉鞘(P<0.01),倒1~6節(jié)的IVDMD在55%左右,隨后隨著節(jié)位的降低顯著下降(P<0.01)。
表2 采穗后不同處理的玉米秸稈飼用品質(zhì)性狀方差分析Table 2 The variance analysis of the feeding quality related traits of corn stalk after ear harvest (%)
收獲時(shí)間(harvest time, T),帶穗處理(with ear treatment, W),采穗處理 ( ear harvest treatment, E),植株部位 (plant parts, P),節(jié)位 (nodes, N),及T*W,T*P,T*N,W*P,W*N,P*N,T*W*P,T*P*N,T*W*N,W*P*N和T*W*P*N的互作都極顯著(the interaction is very significant)(P<0.01).
由圖1可知,帶穗處理的玉米秸稈中的NSC含量隨著收獲時(shí)間的推遲先上升后下降,采穗后1~2周,葉片、莖稈和葉鞘中的NSC顯著上升(P<0.01),到采穗后3周,莖稈和葉鞘中的NSC含量下降顯著(P<0.01)。采穗處理的秸稈中NSC含量在采穗后1~2周,葉片、葉鞘和莖稈中的NSC顯著上升(P<0.01),采穗后2~3周,則顯著下降(P<0.01),但是采穗后2周葉片、葉鞘和莖稈中的NSC含量顯著高于采穗后1周(P<0.01)。與帶穗處理相比,采穗后的玉米秸稈在采穗后1、2、3周,葉片、莖稈和葉鞘中NSC含量顯著高于帶穗處理(P<0.01)。
圖1 采穗后NSC在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.1 Dynamics of NSC content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest
圖2 采穗后CP在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.2 Dynamics of CP content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest
由圖2可知,帶穗處理的鮮食玉米秸稈CP含量以葉片最高,顯著高于莖稈和葉鞘中的含量(P<0.01),莖稈和葉鞘差異不顯著(P>0.05)。隨著收獲時(shí)間的推遲,葉片中的CP含量顯著下降。莖稈和葉鞘中的CP含量也有所下降。倒1~8節(jié)葉片中的CP含量顯著高于其他節(jié)位(P<0.01)。葉鞘和莖稈中的CP含量不同節(jié)位間差異不顯著(P>0.05)。采穗處理的葉片CP含量隨著收獲時(shí)間的延遲也持續(xù)下降,同時(shí)低于同時(shí)期的帶穗處理(P<0.01)。但采穗后2~3周莖稈和葉鞘中的CP含量顯著高于帶穗處理(P<0.01)。
由圖3和圖4可知,帶穗和采穗處理的秸稈葉鞘中的NDF、ADF含量顯著高于葉片和莖稈(P<0.01),莖稈中的NDF含量最低,同節(jié)位葉片和莖稈中的ADF含量差異不顯著(P>0.05)。葉片、葉鞘和莖稈中NDF和ADF含量均隨著節(jié)位的降低和收獲時(shí)間的推遲而升高,倒10節(jié)以后升高幅度增大。帶穗和采穗處理間差異不顯著(P>0.05)。
圖3 采穗后NDF在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.3 Dynamics of NDF content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest
由圖5可知,同節(jié)位的葉片、莖稈和葉鞘的IVDMD差異不顯著(P>0.05),但均隨著節(jié)位的降低而降低,倒10節(jié)以下下降顯著。采穗處理的秸稈不同節(jié)位的葉片、葉鞘和莖稈的IVDMD高于帶穗處理(P<0.01)。
由圖6可知,不同植株部位、不同節(jié)位、不同取樣時(shí)間玉米秸稈中的WSC含量均顯著高于淀粉(P<0.01)。不同采樣時(shí)間莖稈中的WSC含量顯著高于葉片和葉鞘(P<0.01),葉鞘中的WSC高于葉片(P<0.01)。莖稈中的WSC主要集中在基部莖節(jié),葉片中的WSC在上部和中部的莖節(jié),基部莖節(jié),尤其是倒11~12節(jié),顯著下降。葉鞘中WSC的分布規(guī)律與葉片類似。在采穗后1~3周,葉片及莖稈中的WSC上升顯著,但葉鞘中的WSC含量從采穗后1~2周,顯著上升,從采穗后2~3周則顯著下降。帶穗處理的秸稈中WSC在不同取樣時(shí)間均顯著低于采穗處理(P<0.01)。帶穗處理秸稈的葉片、莖稈和葉鞘中的淀粉含量隨著取樣時(shí)間的推延持續(xù)下降,采穗處理的秸稈葉片、莖稈和葉鞘中的淀粉含量從采穗后1~2周顯著上升,但從采穗后2~3周則顯著下降。采穗處理的秸稈淀粉含量高于帶穗處理(P<0.01)。
圖4 采穗后ADF在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.4 Dynamics of ADF content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest
圖5 采穗后IVDMD在不同節(jié)位莖葉鞘中含量的變化Fig.5 The dynamics of IVDMD content in different leaves, stems and sheathes after ear harvest
與普通玉米及飼用玉米秸稈相比,鮮食玉米釆穗后的秸稈飼用品質(zhì)優(yōu)良[15]。王空軍等[16]對50個(gè)北方玉米主栽品種的秸稈粗蛋白含量進(jìn)行測定,秸稈粗蛋白(CP)平均含量5.48%;而趙益強(qiáng)[17]研究發(fā)現(xiàn)糯玉米秸稈CP含量在5.65%~8.32%。本研究中不同時(shí)間收獲的鮮食玉米秸稈CP含量均高于5%,其中鮮穗采摘當(dāng)天CP含量為8.57%(表1)。另外,不同播期的鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)均表現(xiàn)優(yōu)異。春播蠟熟期甜玉米秸稈的品質(zhì)要優(yōu)于青貯玉米秸稈和高油玉米秸稈;秋播乳熟期4個(gè)特用玉米品種的秸稈飼用品質(zhì)優(yōu)于普通玉米秸稈,其中以糯玉米秸稈的品質(zhì)最優(yōu),高油玉米秸稈和甜玉米秸稈次之;秋播蠟熟期糯玉米秸稈除CP含量略低于普通玉米外,其他營養(yǎng)成分均優(yōu)于普通玉米秸稈[15]。用采穗后的江南花糯鮮食玉米秸稈代替醋糟飼喂3月齡獺兔,表現(xiàn)出了較為理想的生產(chǎn)性能[18]。
本研究表明鮮食玉米秸稈的NSC主要集中在基部莖稈,CP主要集中在上部和中部的葉片,而NDF和ADF隨著節(jié)位的下降升高,IVDMD則隨著節(jié)位的下降而下降(表2,圖5)。在稻草、小麥秸、大麥秸等秸稈上也有類似規(guī)律[19-21],如Dong 等[22]研究了不同水稻品種的稻草飼用品質(zhì)性狀在植株不同部位的分布情況:倒3節(jié)莖稈中的NSC含量顯著高于倒2和3節(jié)(P<0.05),也高于同節(jié)位的葉片和葉鞘;葉片中的CP含量顯著高于莖稈和葉鞘(P<0.05);葉片和葉鞘中的半纖維素含量高于莖稈,葉鞘中的ADF含量高于葉片和莖稈,但差異不顯著(P>0.05);莖稈的消化率高于葉片和葉鞘。其他種類玉米秸稈中飼用成分的分布也有相關(guān)規(guī)律:同一玉米植株莖、葉中 CP 含量都是上部高于下部,粗脂肪(EE)含量變化趨勢與 CP 相似,幼嫩部位粗脂肪含量較高[23-27];而莖稈中淀粉和可溶性糖的含量顯著大于葉片(P<0.05)[26,28-29],莖節(jié)、莖皮中總糖含量高達(dá)20.7%和19.3%[26]。這表明禾本科牧草或作物飼用成分在植株內(nèi)呈現(xiàn)有規(guī)律的分布:NSC主要集中在基部莖稈,基部莖節(jié)的纖維素和木質(zhì)素含量顯著高于上部節(jié)位,CP主要集中在上中部葉片。飼料中NDF 和ADF含量高,飼草的適口性差,牲畜采食量低[25,30-31],因此選擇適宜的收割高度從而降低飼草中的NDF和ADF含量有助于改善飼草品質(zhì)。綜合本研究中鮮食玉米秸稈飼用品質(zhì)各性狀在不同部位間的分布情況,倒10節(jié)以下NDF和ADF含量升高幅度增大,而IVDMD下降幅度也增大,因此收割高度可控制在倒10節(jié)以上。
玉米獲得籽粒產(chǎn)量和秸稈營養(yǎng)成分含量最佳的收獲時(shí)間不同[32-35]。不同玉米品種隨著籽粒成熟度的提高,秸稈飼用品質(zhì)的變化規(guī)律不同:隨著籽粒成熟度的提高,高油玉米秸稈的WSC、淀粉、粗脂肪含量呈線性提高,而NDF、ADF和木質(zhì)素含量則呈線性降低;普通玉米品種秸稈的WSC、淀粉和CP含量直線下降,而NDF、ADF含量直線上升[26,36-40],從而降低秸稈的消化率[41]。隨著玉米植株成熟度的延長,秸稈的莖/葉上升[42],這也是影響秸稈品質(zhì)的一個(gè)重要因素。因此,生長期對全株玉米以及玉米秸稈的飼用品質(zhì)有直接影響。Jung等[43]認(rèn)為,飼草品質(zhì)的變化規(guī)律主要由兩個(gè)原因引起:一方面,隨著成熟度的增加,干物質(zhì)積累也增加,而干物質(zhì)積累則以莖稈的干物質(zhì)積累為主;另一方面,莖稈比葉片含有更多的細(xì)胞壁和木質(zhì)素。本研究中采穗后鮮食玉米秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量、NSC含量在2周內(nèi)出現(xiàn)上升趨勢,但到了第3周,CP和NSC含量則下降,而NDF和ADF含量則隨著收獲時(shí)間的推遲持續(xù)上升,IVDMD持續(xù)下降(表1~2)。結(jié)合可消化的飼用成分如NSC和CP以及難以消化利用的ADF等含量的變化,鮮食玉米秸稈在采穗后2周收獲較為適宜。
鮮食玉米莖稈含糖量高,如糯玉米秸稈的總糖含量在20%左右[9,44],榨出的汁液可被用作發(fā)酵生產(chǎn)乙醇[45]。本研究發(fā)現(xiàn)鮮食玉米秸稈中NSC的主要成分是WSC,其在植株不同部位和不同收獲時(shí)間的含量均顯著高于淀粉(圖6)。WSC可被直接利用為青貯發(fā)酵底物,與秸稈青貯品質(zhì)顯著正相關(guān),對改善秸稈青貯品質(zhì)具有重要意義[46]。鮮食玉米果穗采摘時(shí)葉片鮮綠,依然保持有較高的光合能力。采穗后,光合作用所形成的過剩營養(yǎng)物質(zhì)保留在秸稈中,導(dǎo)致WSC和淀粉等在莖葉中積累,并降低其他營養(yǎng)成分的百分比例,從而改善秸稈飼用品質(zhì)。甘潔[15]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米秸稈在果穗采收后第5天含糖量可達(dá)14%,是普通玉米的2~3倍 (同期普通玉米秸稈含糖量為4%~5%) 。閆貴龍等[44]研究發(fā)現(xiàn)甜玉米秸稈從摘穗當(dāng)天收獲到摘穗7 d 后收獲,隨收獲時(shí)間的延遲,WSC和NSC含量都呈增加趨勢;受粉后20和26 d摘穗當(dāng)天收獲的秸稈相比,隨收獲時(shí)間推遲,WSC和NSC都呈減少趨勢。但該研究沒有發(fā)現(xiàn)采穗處理的莖稈中NSC含量何時(shí)出現(xiàn)下降。崔衛(wèi)東等[9]發(fā)現(xiàn)夏季甜玉米收穗后6、9和12 d的秸稈WSC含量差異不顯著,冬季甜玉米秸稈中的WSC含量在摘穗當(dāng)天至第9天持續(xù)下降,到摘穗后第12天則有出現(xiàn)回升,呈現(xiàn)V字形的變化趨勢。植株進(jìn)入生長末期,摘穗也將誘導(dǎo)植株提前衰老,導(dǎo)致植株含水量下降[47]。當(dāng)葉片中糖分積累過多,也將抑制光合作用[48]。本研究與前人研究的不同之處在于發(fā)現(xiàn)采穗處理的秸稈各部位NSC含量均高于帶穗處理的秸稈(圖1~6),采穗后鮮食玉米秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量、NSC含量在2周內(nèi)上升,但到了第3周,NSC含量則下降(表1~2),這表明鮮穗采摘后秸稈不要立即收獲,而是保留植株在田間繼續(xù)生長2周,此時(shí)秸稈的NSC含量和干物質(zhì)產(chǎn)量達(dá)到最優(yōu);繼續(xù)推后則將降低秸稈飼用品質(zhì);但采穗與否對玉米秸稈中NSC含量的積累具有根本性影響;并明確了采穗后鮮食玉米秸稈中NSC積累的轉(zhuǎn)折點(diǎn),以及適宜收獲期。
鮮食玉米采穗后秸稈應(yīng)保留在田間繼續(xù)生長,其干物質(zhì)產(chǎn)量和NSC含量在采穗2周后達(dá)到最高,且NSC主要集中在穗位的倒6節(jié)及以下節(jié)位,WSC是NSC的主要成分;NDF和ADF含量則隨著秸稈收獲時(shí)間的推遲而升高,主要集中在基部節(jié)位;CP含量隨著采穗后時(shí)間的延長持續(xù)下降,上部和中部的葉片CP含量高于基部葉片。因此,在生產(chǎn)中鮮食玉米秸稈的適宜收獲期為鮮穗采摘后2周,收割高度可控制在倒10節(jié)以上。