夏播饲用谷子农艺性状与品质评价

任晓利，崔纪菡，刘猛，赵宇，艾月鹏，刘斐，南春梅，夏雪岩，李顺国

(河北省农林科学院谷子研究所，国家谷子改良中心，河北省杂粮研究实验室，河北 石家庄 050035)

谷子(Setariaitalica)是起源于我国的传统特色作物，具有抗旱耐瘠、水分利用效率高、适应性广、营养丰富、饲草蛋白含量高等特点，是典型的环境友好型作物，更是干旱形势发展的战略储备作物[1-2]。在美洲、澳洲和欧洲，谷子多是作为粮饲作物栽培；“兵马未动，粮草先行”，我国古代与近代的军草均是指谷草，可见谷子既是粮食作物，又是粮饲兼用作物，还是重要的饲用作物。目前在华北夏谷区利用野生大谷莠子作为原始材料，经多年多代的系统选育，育成了饲用谷子品种冀草谷1号(S724)[3]。除此之外，饲用谷子主要有饲草4号、饲草5号、青谷1号、青谷2号、衡饲1号、蒙金谷1号、内蒙金米和内谷4号[4-7]。

提高农作物秸秆饲用率对于节约资源、保护环境和促进农牧业可持续发展具有重要的现实意义[8]。通过对谷子秸秆干草营养成分分析表明，谷草中含有丰富的氨基酸和蛋白质，且全株谷子比豆科干草有更多的干物质(DM，dry matter)、粗蛋白(CP，crude protein)和更高的中性洗涤纤维(NDF，neutral detergent fiber)降解性，其所含营养成分完全可以满足牲畜的生长发育需求，可以成为畜牧业优质饲草、饲料的资源，但是目前谷子的饲用生产特性及其品质性状研究滞后,制约了饲用谷子品种选育与栽培[9-10]。本研究通过对夏谷区17份高蛋白饲用谷子品种灌浆初期的鲜草产量、干草产量、株高、茎叶比等农艺性状进行分析评价，以期为饲用谷子品种选育与栽培提供种质资源。

牧草及饲料作物营养品质一般包括营养价值、消化率、适口性及有毒有害物质等几个方面，提高粗蛋白质含量，降低粗纤维含量是提高牧草及饲料作物营养价值、改善营养品质的重要内容[11-12]。为高效利用饲草，需对饲草的品质进行评价，常见的饲草品质的评价指标主要包括概略养分分析法[13-14]、瘤胃降解率法以及评价饲草品质的各种指数[饲料相对值(RFV, relative feed value)[15]、粗饲料相对质量(RFQ, relative forage quality)、产奶二千(Milk2000)[16]及饲料分级指数(GI, grading index)[17]]。

目前，在牧草、玉米(Zeamays)等饲用作物及灌木上，利用饲料相对值(RFV)进行了营养价值评价；利用GI指数评定了禾本科牧草，并科学配比紫花苜蓿(Medicagosativa)、番茄(Lycopersiconesculentum) 皮渣、玉米秸秆及小麦(Triticumaestivum)秸秆4种饲草，筛选出效果较好的混合饲草[18-23]。利用RFV和GI这两种指标评定牧草营养价值已经成熟，但是在饲用谷子营养价值的评价方面尚少见报道。本研究参考美国制定的豆科与禾本科等级划分标准[24]、饲料相对值(RFV)和饲料分级指数(GI)3个评价指标对17种饲用谷子的营养价值进行了全方位的评价，以期为高品质饲用谷子生产奠定理论基础，同时对日粮饲料配比有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验于2016年在石家庄市藁城区马庄试验站进行。17个饲用谷子品种(品系)，分别为从82份资源中挑选的高蛋白品种(5份)：虎的尾2、金绿谷、K359、郑10及K3970；自育饲草专用品种(10份)：YC264、K2908、K1955、S2014742、S2014907、S20151375、冀草谷1号、M1335草谷、Z281及S2014794；河北省农业科学院旱作所选育的粮饲兼用品种：衡HN201026；中国农业科学院作物研究所选育的饲用品种：饲草4号。其中K3970，K2908，K359及K1955是抗拿捕净除草剂品种，M1335是抗咪唑乙烟酸除草剂品种。

1.2 试验方法

1.2.1鲜草产量、干草产量和茎叶比的测定 试验小区按随机区组排列，试验地0～20 cm土壤有机质含量为21.630 g·kg-1，全氮含量为1.329 g·kg-1，碱解氮含量为95.900 mg·kg-1，速效磷含量为15.960 mg·kg-1，速效钾含量为112.988 mg·kg-1。6月26日造墒播种，3次重复，6行区，行长4 m，行距0.4 m，留苗密度每60万株·hm-2，播种前施600 kg·hm-2的复合肥为底肥，其中N、P、K的比例为26∶10∶15，整个生育期不浇水。2016年夏播谷子生长季(6-9月)总降水量439 mm。灌浆初期 (EGFP，early grain filling period)(9月10日)和成熟期 (MP, mature period)(10月11日)收割饲草4行，行长1 m，并称鲜草产量(FF, fresh filed)，取1 kg鲜草(带穗)烘箱中105 ℃杀青10 min，80 ℃烘干样品至恒重后折合成干草产量(HY， hay yield)。灌浆初期每个小区的第1行调查10株谷子株高(PH, plant height)、穗长(PL, panicle length)和穗粗(ED， ear diameter)。每个小区取3棵植株测量茎粗(宽)[SDW, stem diameter (wide)]、茎粗(窄)[SDN, stem diameter (narrow)]、旗叶 (FL, flag leaf area)、倒2叶和倒3叶叶面积(SL and TL, the leaf area of the second and third leaf from the top)。叶面积=叶片长×叶片宽×0.73。

成熟期测籽粒产量 (GY, grain yield)。称量每个小区10株谷子穗的穗重 (SW, spike weight)和穗粒重 (GW, grain weight)，并计算出谷率 (PGW, percentage of grain weight per spike)。分别在抽穗期 (HP, heading period)(8月27日)、灌浆初期和成熟期，每小区称取1 kg植株，将茎(包括花和穗)和叶(包括叶鞘)分离，烘箱中105 ℃杀青10 min，80 ℃烘干至恒重，分别称量茎干重(SDW, dry weight of stem)和叶干重(LDW, dry weight of leaf)，并计算茎叶比 (S/L, stem/leaf)。

1.2.2粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量的测定 在灌浆初期收获，将田间采集的全株谷子自然风干，然后用高速粉碎机(QE-100 g，浙江屹立工贸有限公司)粉碎全株，过40目(0.425 mm)筛，四分法取样各50 g，装袋备用。实验室内每一个样品重复3次。参照中华人民共和国国家标准GBT 20806-2006[25]，NYT1459-2007[25]和文献[26-27]的方法测定酸性洗涤纤维(ADF， acid detergent fiber)及中性洗涤纤维含量。

粉碎后干样在石墨消解仪SH220N(济南海能仪器股份有限公司)消煮，消煮时温度渐升，170 ℃消煮10 min，270 ℃消煮30 min加10滴30%双氧水，370 ℃消煮且每30 min滴加10滴双氧水直至液体变无色透明，消煮液用于全氮含量(TNC, total nitrogen content)测定。采用全自动凯氏定氮仪(K9860，济南海能仪器股份有限公司)测定全氮含量。

1.3 粗饲料品质评定指数

RFV指相对于盛花期苜蓿为100(通过1.29校正)这一特定标准粗饲料，某种粗饲料可消化干物质的采食量,反映的是饲料能量的相对值[17]，由美国饲草和草原理事会下属的干草市场特别工作组于1978年提出，是目前美国唯一广泛使用(销售、库存及草食家畜的投料等)的饲草质量评定指数[28]。

RFV的基础是DDM的随意采食量，其关系式：RFV=DMI×DDM/1.29。DMI与DDM的预测模型分别为：

DMI=120/NDF

DDM=88.9-0.779ADF

其中：DMI (dry matter intakes)为粗饲料干物质的随意采食量，单位为%BW(以占体重的百分数表示)；DDM (digestible dry matter) 为可消化的干物质，单位为%DM(以占干物质的百分数表示)；NDF为中性洗涤纤维，单位为%DM；ADF为酸性洗涤纤维，单位为%DM。

1.4 粗饲料分级指数

1.4.1GI指数定义及计算公式 GI指数是通过对粗饲料中粗蛋白和中性洗涤纤维的校正，可被反刍家畜采食、利用的有效能量[18]。GI(2001)指数的计算公式：GI=ME×DMI×CP/NDF,式中：GI为粗饲料分级指数，单位为MJ；ME(metabolic energy)为粗饲料代谢能，单位为MJ·kg-1；DMI为粗饲料干物质随意采食量，单位为kg·d-1；CP为粗蛋白，单位为%DM。

1.4.2GI指数参数估测[29]

乳牛DMI估测：DMI=120/NDF×BW

式中：BW(body weight)为每头乳牛体重，体重按照600 kg为准。

NEL的估测：禾本科牧草NEL=[1.085-(0.015×ADF)]×9.29

式中：NEL(net energy)为泌乳净能，单位为MJ·kg-1。

1.5 本研究所参考的等级划分标准

牧草等级划分标准见表1，饲料相对值(RFV)及饲草分级指数(GI)等级划分标准见表2。

表1 豆科牧草与禾本科牧草等级划分标准[24]Table 1 The Legume and Gramineous pasture classification (%)

表2 RFV及GI等级划分标准[18]Table 2 Evaluation indexes of RFV and GI

注：以乳牛体重600 kg为准，未达到上一等级的仍划分为该等级。

Note: According to the dairy cattle with 600 kg weight, if it did not reach the upper level, then divided into this grade.

1.6 数据分析

用Excel 2016对数据进行初步整理，用DPS 14.1对数据进行统计分析，变异系数(CV，coefficient of variation)为标准差(SD，standard deviation)与平均值(mean)之比。

2 结果与分析

2.1 灌浆初期与成熟期鲜草产量、干草产量以及籽粒产量差异

品种间差异极显著(P<0.01)(表3)。S2014794、S20151375在灌浆初期与成熟期的鲜、干草产量均较高，可用作高产饲用谷子品系资源；虎的尾2、郑10和Z281的籽粒产量较高，其鲜、干草产量在两个时期也属于中上等水平，可用作高产粮饲兼用谷子品系资源。两个时期鲜干草产量的变异系数为15.51%～20.61%，籽粒产量的变异系数较大，为50.40%，可能由于部分品种是饲用品种，籽粒产量偏低，而有些品种是粮饲兼用品种，籽粒产量较高。

表3 17种饲用谷子鲜草产量、干草产量以及籽粒产量方差分析Table 3 Analysis of variance for fresh and hay yield in early grain filling period and grain yield in mature period for 17 forage millet (t·hm-2)

注：-表示数据缺失，同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)，下同。

Note: - indicates data missing, the different capital letters in the same column indicate highly significant difference at 0.01 level, the same below.

2.2 17种饲用谷子抽穗期、灌浆初期和成熟期的茎叶比差异

对17份饲用谷子的茎叶比进行分析发现，品种间茎叶比差异极显著。茎叶比随着生育期的推进而升高，成熟期>灌浆期>抽穗期(图1)，但是S2014794和饲草4号的茎叶比在灌浆初期小于抽穗期。S20151375、K2908在3个时期茎叶比均较低，而S2014907在抽穗期和灌浆初期茎叶比较低，K1955在灌浆初期和成熟期茎叶比较低，以上品种可作为叶量丰富型品种资源。

2.3 17种饲用谷子农艺性状差异

对17种饲用谷子农艺性状进行分析(表4)，株高、茎粗、旗叶面积、倒2叶面积、倒3叶面积、穗长、穗粗、单穗重、单穗粒重和出谷率品种间差异极显著。株高是饲用谷子的一个重要性状，衡HN201026和虎的尾2株高比较高，可作为高杆型品种资源；郑10和冀草谷1号的茎粗高于其他品种，茎秆粗壮不容易倒伏；而旗叶、倒2叶和倒3叶对谷子干物质积累贡献很大，虎的尾2的旗叶面积、倒2叶面积和倒3叶面积均显著高于其他品种，其次是Z281和K3970；并且虎的尾2的单穗重，单穗粒重和出谷率都最高，结合其在灌浆初期和成熟期鲜干草产量以及籽粒产量，因此虎的尾2是一个高产粮饲兼用品种。

图1 17种饲用谷子抽穗期(a)、灌浆初期(b)和成熟期(c)茎叶比Fig.1 Stem/leaf for 17 forage millet varieties in heading period (a), early grain filling period (b) and mature period (c) 图中数据均为平均值±标准误差。The data in the Figure are mean±SE, n=3.

2.4 17种饲用谷子CP、NDF和ADF含量差异

NDF即饲草中或日粮中不溶性纤维，能够较准确地反映纤维的实际含量。它包括木质素、纤维素和半纤维素。日粮中充足的NDF是反刍动物唾液分泌、反刍、瘤胃缓冲及瘤胃健康所必需的，但过高的NDF则会对DMI产生负面影响。ADF包括纤维素、木质素及残余矿物质(主要为二氧化硅)，不能被草食动物吸收消化，其含量越高表明该饲草的营养价值越低[26,30]。

对17种饲用谷子灌浆期植株的CP、NDF和ADF含量进行分析，结果表明：品种间CP、NDF和ADF含量差异极显著。CP含量的变化幅度为7.50%～11.81%，平均值10.30%，变异系数10.62%，其中S2014907、S2014742的CP含量分别为11.81%，11.63%，均高于其他品种。NDF变化幅度为39.95%～62.05%，平均值50.85%，变异系数13.83%，其中郑10和金绿谷的NDF分别为39.95%和40.06%，低于其他品种；ADF变化幅度为14.73%～27.91%，平均值20.71%，变异系数19.43%，其中饲草4号的ADF含量为14.73%，低于其他品种(表5)。

表4 17种饲用谷子的农艺性状Table 4 Agronomic characters for 17 forage millet

表5 17种饲用谷子CP、NDF和ADF含量、方差分析及等级划分Table 5 Analysis of variance for CP, NDF, ADF and the rank of 17 forage millet

2.5 饲用价值评价

2.5.1参考美国制定的豆科与禾本科牧草等级划分标准 参考美国制定的豆科与禾本科牧草等级划分标准(表1)，对17种饲用谷子进行等级划分(表5)，饲用谷子的品质为中上等水平，是较好的饲草品种。按照CP单一指标等级划分，其平均水平为中等，其中S2014742、S2014907、K3970为优质，S20151375为低质，其他13个品种为中等；按照ADF划分，其全是优质；按照NDF划分，其平均水平为优质，其中K2908，冀草谷1号，金绿谷，郑10，K3970，虎的尾2，K359，衡HN201026，饲草4号，YC264 10个品种为优质，其他7个品种为中等；综合粗蛋白、NDF和ADF三个指标，K3970为优质饲用谷子。

2.5.2不同饲用谷子品种的饲料相对值(RFV) 根据RFV值(表2和表6)，17种饲用谷子的RFV均高于100，RFV平均值为137.05，归属一级，变化幅度为101.35%～178.25%，变异系数为7.73%。结果为特级：郑10、金绿谷、K3970、饲草4号、K359；一级：K2908、衡HN201026、YC264、虎的尾2、冀草谷1号；二级：S2014742、K1955、S2014907、S20151375、M1335、Z281；三级：S2014794。

2.5.3不同饲用谷子品种的粗饲料分级指数(GI) 利用粗饲料分级指数GI值对17种饲用谷子进行评价(表2和表7)，GI平均值为22.97，归属二级，变化幅度为10.69%～38.18%，变异系数为17.68%，比RFV变异幅度大，其中郑10、K3970、金绿谷为一级，饲草4号、K359、K2908、YC264、冀草谷1号、S2014742、S2014907、虎的尾2、衡HN201026为二级，K1955、M1335、Z281为三级，S20151375、S2014794为四级。

表6 17种饲用谷子的DMI、DDM、RFV及等级划分Table 6 The DMI, DDM, RFV and the rank of RFV for 17 forage millet

表7 17种饲用谷子的DMI、NEL、GI及等级划分Table 7 The DMI, NEL, GI and the rank of GI for 17 forage millet

3 讨论

本研究中谷草在灌浆初期的17份品种中有8份品种鲜草产量≥30 t·hm-2，S20151375的鲜草产量最高为39.07 t·hm-2，S2014794干草产量最高15.04 t·hm-2，成熟期有3份品种鲜草产量≥30 t·hm-2，7份品种干草产量≥15 t·hm-2，灌浆初期鲜草产量除衡HN201026之外，其他品种普遍高于成熟期(幅度-2.93～9.62 t·hm-2)，成熟期干草产量除K1955、K2908、饲草4号以外其他品种普遍高于灌浆初期(幅度-0.98～4.00 t·hm-2)。原因可能是在成熟期K1955、K2908、饲草4号发生线虫病比较厉害，影响了其籽粒与秸秆干物质积累。

茎叶比能够较好的反映牧草的适口性与品质，一般粗蛋白叶中比茎中高1.0～2.5倍，粗纤维叶中比茎中少50%～100%，可消化物质叶中比茎中高40%[31]。本研究17种饲用谷子开花期、灌浆初期和成熟期的茎叶比，随着生育期的推进逐渐升高，与姜慧敏等[32]的研究一致。

参考美国制定的豆科与禾本科牧草等级划分标准，饲用谷子等级划分根据不同的营养指标其结果不同，说明单一营养指标划分饲草品质时，其归属性不便区分，单一的营养指标不能够作为衡量一种饲草品质的标准。

RFV是一种比较简便实用的经验模型，只需在实验室中测定粗饲料的NDF、ADF以及DM，即可计算出某粗饲料的RFV值[33]。RFV评定指数根据能量来评定饲草营养价值，其所采用的预测模型简单实用，可提供粗饲料饲用价值的相对估计值，从而对不同批次或种类的粗饲料饲用价值进行比对[28]。RFV值越大，表明该种牧草的营养价值越高，但RFV只对粗饲料进行了简单的分级，没有考虑到粗饲料中粗蛋白含量对其营养价值的影响，而不包含蛋白质指标的粗饲料评定指数是不够准确的。RFV可以用于比较不同粗饲料之间品质优劣，但无法用于粗饲料的科学搭配。

GI(2001)使用了目前通用的NEL或ME来描述粗饲料能值，并且将能量与蛋白质指标统一起来，可以优化粗饲料的搭配。利用GI和RFV划分的饲草等级结果不同，但总体趋势一致，此与其其格等[18]的研究结果基本一致。利用GI划分的饲草等级比利用RFV划分的等级普遍降一级，可见GI划分比RFV更加细致和严格。利用RFV划分的饲草4号、K359是特级，但利用GI划分的是二级，同样利用RFV划分的S20151375是二级，但利用GI划分的是四级，相当于降两级，其中饲草4号和S20151375的GI值接近于但小于上一级的最低值且大于本级的最高值，但按照未达到上一等级的仍划分为该等级的原则，只能划分在本级；而利用RFV与GI划分的S2014742与S2014907都归属于二级，其RFV值接近二级数值范围的上限，而GI值接近二级数值范围的下限。

4 结论

通过对河北省17种饲用谷子进行鲜草产量、干草产量、茎叶比等农艺性状以及各营养指标测定分析，结果表明鲜草产量、干草产量、茎叶比、株高、茎粗、旗叶叶面积、倒2叶叶面积和倒3叶叶面积、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维品种间差异极显著；S2014794、S20151375和S2014742可用作高产饲用谷子品系资源；而虎的尾2、郑10和Z281可用作高产粮饲兼用谷子品系资源；S2014907、S20151375、Z281、K2908和K1955可作为叶量丰富型品系资源；衡HN201026和虎的尾2可作为高杆型品种资源；综合美国制定的豆科与禾本科等级划分标准、饲料相对值(RFV)和饲料分级指数(GI)3种评价指标，郑10、K3970、金绿谷、饲草4号、K359、K2908、YC264、冀草谷1号饲用价值比较好，可作为高营养价值品系资源。

虽然RFV和GI评价体系可以较为准确的评定粗饲料的综合品质，尤其是GI体系能较全面地反映出粗饲料的营养价值，并在国内广泛的使用，但这些体系依然侧重于测定粗饲料自身的常规营养成分含量，指标比较单一，忽视了反刍动物的粗饲料转化率问题；因此将粗饲料营养价值评定体系和反刍动物的生理阶段与消化利用率有机结合起来，将能更加精确地评价粗饲料营养价值。