王紅林,左艷春,嚴(yán)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(nóng)業(yè)科學(xué)院牧業(yè)研究中心,四川南充637000;2. 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)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(zhì)資源豐富,種植面積居世界首位。桑葉是桑樹最主要的產(chǎn)物,千年以來幾乎只被用于家蠶飼養(yǎng)[1]。近年來,蠶桑產(chǎn)業(yè)不斷謀求多元化發(fā)展,飼料桑就是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向[2]。飼料桑經(jīng)草本化栽培后連枝帶葉收獲,具有生物產(chǎn)量高[3],營養(yǎng)豐富且均衡的特點,是目前我國南方地區(qū)優(yōu)質(zhì)植物蛋白飼料來源之一,其所含豐富的生物活性物質(zhì)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(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味[5]具有重要作用。目前,飼料桑作為畜禽飼料的應(yīng)用發(fā)展迅速,已在多種畜禽養(yǎng)殖中利用且效果顯著[6]。深入開發(fā)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(jīng)濟價值。王雯熙等[7]對29 種桑葉營養(yǎng)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(qū)15 種飼用桑樹不同生長期粗蛋白含量的動態(tài)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?!S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(chǎn)量為67. 81 t·hm?2。趙衛(wèi)國等[10]研究表明,‘豐馳’在40~70 cm 時刈割,鮮草產(chǎn)量高低與采收次數(shù)有關(guān),年刈割5 次時產(chǎn)量最高,為40. 05 t·hm?2,不同處理下蛋白質(zhì)含量為19. 50%~24. 20%。王紅林等[3]研究表明,飼料?!貎?yōu)2 號’(M. albacv.‘teyou No. 2’)在70 cm 左右時刈割鮮草產(chǎn)量和粗蛋白含量與種植密度有關(guān),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(chǎn)量及品質(zhì)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(zhì),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(chǎn)量與施肥密切相關(guān),施肥組產(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì)的差異及刈割高度、施肥量等單因素對飼料桑產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,未考慮刈割高度和施肥量雙因素聯(lián)合作用的影響,且未考慮連續(xù)多年的動態(tài)變化。本研究連續(xù)3 年調(diào)查刈割高度與施氮量雙因素聯(lián)合作用對飼料桑產(chǎn)量、品質(zhì)動態(tài)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(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效栽培提供理論支持。
‘川飼桑1 號’是四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)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(nóng)作物認(rèn)定委員會認(rèn)定,認(rèn)定編號:川認(rèn)桑2020001。試驗地位于四川省南充市順慶區(qū)瀠溪鎮(zhèn)(E 106°12′,N 31°12′),海拔280 m。該區(qū)屬于亞熱帶濕潤性季風(fēng)氣候,年日照時數(shù)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(zhì)42. 8 g·kg?1,全氮(N)5. 2 g·kg?1,硝態(tài)氮178. 8 mg·kg?1,速效鉀(K2O)163. 7 mg·kg?1,有效磷(P2O5)11. 9 mg·kg?1。
采用二因素隨機區(qū)組設(shè)計,刈割高度及施氮量(純N)均設(shè)置3 個水平(表1),具體處理組合見表1。株高長至各設(shè)定高度時連枝帶葉刈割測產(chǎn),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(qū)面積3 m×5 m,隨機排列,3 次重復(fù),小區(qū)間距1 m。
表1 刈割高度及施氮量水平設(shè)置Table 1 Cutting height and nitrogen fertilizer rate level
磷、鉀肥使用量各小區(qū)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。
每個小區(qū)除邊行外隨機掛牌定株5 株作為刈割期調(diào)查及取樣對象,每個處理15 株。每次刈割時統(tǒng)計調(diào)查各處理的掛牌植株高度(主枝高度)、總分枝數(shù)、主枝粗、主枝葉片數(shù)、單株重。干物質(zhì)含量:將每區(qū)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(qū)產(chǎn)量:每小區(qū)除去四周邊行,剩余各株全部刈割稱重,折算為每公頃產(chǎn)量。
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,F(xiàn)airport,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(jié)果以干物質(zhì)為基礎(chǔ)的平均值表示。
采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)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(biāo)的隸屬函數(shù)值,然后求同一處理下不同指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值,數(shù)值越大,說明該處理下的飼用價值越好。隸屬函數(shù)值X1,X2計算公式為:
式中:Xab表示a處理下b指標(biāo)的實測值,bmax和bmin分別表示指標(biāo)中的最大值和最小值。其中,鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、粗蛋白、粗脂肪與飼用價值呈正相關(guān),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(fù)相關(guān),用X2表示。
采用Excel 2010 錄入數(shù)據(jù)并做初步計算和隸屬函數(shù)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(biāo)準(zhǔn)。
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(chǎn)量具有極顯著差異(表2)。同一年份內(nèi)不同處理下的飼料桑鮮草產(chǎn)量存在顯著性差異,建植第1 年飼料桑生長較慢,生物產(chǎn)量較低,各處理下的產(chǎn)量變幅為29. 60~38. 91 t·hm?2,H2N3處理下產(chǎn)量最高,是最低產(chǎn)量(H3N1處理)的1. 31 倍;第2 年各處理產(chǎn)量較第1 年明顯增加,各處理下的產(chǎn)量變幅為48. 73~65. 56 t·hm?2,在H2N3處理下產(chǎn)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(chǎn)量均隨著施氮量的增加而升高,均表現(xiàn)為N3>N2>N1。在施氮量相同的情況下,鮮草產(chǎn)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(xiàn)為H2>H1>H3。
飼料桑建植第3 年(2018 年)進入豐產(chǎn)期,產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量有極顯著影響,但對其干草產(chǎn)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(chǎn)量均表現(xiàn)為N3>N2>N1;干草產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量略有降低趨勢,但差異不顯著,干草產(chǎn)量表現(xiàn)為H3>H1>H2,但H1與H2差異不顯著。N2處理下鮮、干草產(chǎn)量均表現(xiàn)為H3>H2>H1,且鮮草產(chǎn)量差異不顯著。N3處理下鮮草產(chǎn)量為H2>H1>H3,H1與H3之間差異不顯著,干草產(chǎn)量為H2>H3>H1。不同刈割高度與施氮量處理下鮮、干草產(chǎn)量均以H2N3處理下最高,分別為92. 03 和19. 52 t·hm?2,鮮草產(chǎn)量均值以H2高度下最高,為81. 86 t·hm?2,干草產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)期飼料桑草產(chǎn)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)
不同刈割高度與施氮量對飼料桑植物學(xué)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(shù)、單株重有顯著影響;施氮量對總分枝數(shù)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(yīng)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(shù)隨著施氮量的增加而增多,H2處理下表現(xiàn)為N1>N3>N2,整體以H2高度下的分枝數(shù)最多。隨著施氮量的增加各處理下的主枝粗和主枝葉片數(shù)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(shù)在N1、N2下表現(xiàn)為H2>H1>H3,N3下隨著刈割高度的增加而增加。主枝粗均表現(xiàn)為H3>H2>H1。主枝葉片數(shù)變化均為H2>H3>H1。不同刈割高度和施氮量處理下總分枝數(shù)、主枝粗、主枝葉片數(shù)、單株重對應(yīng)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(chǎn)期飼料桑植物學(xué)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
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(yǎng)指標(biāo)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(chǎn)期飼料桑營養(yǎng)品質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)為N3>N2>N1,在H2水平下表現(xiàn)為N2>N1>N3,在H3水平下表現(xiàn)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(xiàn)為N3>N1>N2,在H2、H3水平下隨著施氮量的增加而增大,表現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。
利用隸屬函數(shù)法(表6),對各處理下飼料桑飼用價值指標(biāo)進行綜合評價,綜合值越大,說明該處理的飼用價值越高。結(jié)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(biāo)隸屬函數(shù)值Table 6 Subordinate function values of forage mulberry value index under in different cutting height and nitrogen application rate
桑樹千百年來一直作為家蠶飼料利用,近年來隨著畜牧業(yè)的發(fā)展及蠶桑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型,桑葉作為畜禽飼料的應(yīng)用成為研究熱點,飼料桑的概念也逐漸得到行業(yè)認(rèn)可,這不但是對蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈的延伸,同時也為產(chǎn)業(yè)的增效提供了新的發(fā)展途徑。研究表明,飼料桑營養(yǎng)物質(zhì)豐富,消化率高,全株粗蛋白含量在16% 以上,營養(yǎng)價值與苜蓿(Medicago sativa)相當(dāng)[3],氨基酸種類豐富[15],可直接青飼也可青貯或者調(diào)制干草,是我國南方畜牧業(yè)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)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(yōu),特優(yōu),豐馳等品種。豐馳桑在三峽庫區(qū)第2 年生長期60~80 cm 刈割,產(chǎn)量可達(dá)67. 81 t·hm?2,粗蛋白含量16. 5%~17. 0%[9]。桂桑優(yōu)62 在川東北地區(qū)產(chǎn)量為61. 67 t·hm?2[16]。本研究結(jié)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(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì)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(guān)鍵措施[18]。研究表明,飼料桑產(chǎn)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(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)的影響,結(jié)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(chǎn)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(jù)報道,隨著刈割高度的增加飼用苧麻干物質(zhì)產(chǎn)量增加,莖內(nèi)粗纖維含量增加,但莖葉內(nèi)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(chǎn)量表現(xiàn)為H3>H1>H2,但H1與H2差異不顯著,N2處理下鮮、干草產(chǎn)量均表現(xiàn)為H3>H2>H1,H3與H2鮮草產(chǎn)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(chǎn)量呈增加趨勢。N3處理下鮮草產(chǎn)量為H2>H1>H3,H1與H3之間差異不顯著,干草產(chǎn)量為H2>H3>H1,說明高度與施氮量互作效應(yīng)對產(chǎn)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(shù)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(chǎn)量;刈割高度太高飼料桑枝條莖粗增大木質(zhì)化程度增高,同時下部葉片黃化掉落,導(dǎo)致飼用品質(zhì)降低;合理的刈割高度(90 cm)使飼料桑具有較高的生物產(chǎn)量和較好的營養(yǎng)品質(zhì)。
氮素是植物體內(nèi)氨基酸、蛋白質(zhì)以及光合作用葉綠素的主要組成部分[21],施氮量對作物產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)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(xué)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(shù)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(chǎn)量及桑葉中營養(yǎng)活性物質(zhì)的含量,施氮量為240 kg·hm?2時桑葉營養(yǎng)活性物質(zhì)的含量顯著提高;施氮360 kg·hm?2能顯著提高桑葉產(chǎn)量及營養(yǎng)活性物質(zhì)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(chǎn)量均表現(xiàn)為N3>N2>N1,干草產(chǎn)量略有差異但大體表現(xiàn)為隨施氮量增加而升高。H1、H3處理下的總分枝數(shù)隨著施氮量的增加而增多,施氮量對其余生物學(xué)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(xù)增加施氮量不能使粗蛋白含量繼續(xù)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(jié)果與前人研究結(jié)果略有差異,原因可能是前人研究是基于傳統(tǒng)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(yǎng)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(yīng)下未見施氮量對產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)造成明顯抑制效應(yīng),可見,施氮量還可進一步提高。但考慮到氮污染和生產(chǎn)成本,在實際生產(chǎn)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(huán)境的同時還可取得高產(chǎn),真正做到種養(yǎng)循環(huán)。
目前,生產(chǎn)上對于飼料桑的認(rèn)可有很大提升,已有規(guī)?;N植、加工企業(yè)成立。然而,以往的研究多集中于對桑葉營養(yǎng)成分分析及其在畜禽養(yǎng)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(chǎn)量及營養(yǎng)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(biāo)過于片面無法準(zhǔn)確評價其優(yōu)劣,本研究利用隸屬函數(shù)分析法通過產(chǎn)量、生物學(xué)性狀及營養(yǎng)品質(zhì)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(biāo)的片面性,使結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確。結(jié)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。
不同刈割高度與施氮量顯著影響飼料桑的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì),但對飼料桑大部分生物學(xué)性狀影響不顯著。主枝葉片數(shù)、粗蛋白含量整體在H2(90 cm)處理下最高。飼料桑產(chǎn)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(yōu)處理組合是:刈割高度為90 cm,施氮量為276 kg N·hm?2。