不同类型饲草高粱生产性能与饲用品质的差异分析

何振富， 贺春贵， 王 斐， 陈 平

(甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所， 甘肃 兰州 730070)

饲草作物作为舍饲草食家畜的主要饲料来源，在草食畜牧业中占有很重要的位置[1]。饲草高粱(Sorghumbicolor)是饲草作物中的一个重要类群，为一年生禾本科C4作物，具有饲草产量高，适口性好，节水，耐贫瘠、耐干旱等抗逆能力强的生物学特性，在土壤瘠薄、干旱缺水的边际地块均可种植[2]。饲草高粱在美国、澳大利亚和印度等地均有大面积的种植，其中印度饲草高粱种植面积达260万hm2[3]；我国是一个严重缺水的国家，干旱和半干旱地区耕地面积7.7亿多hm2，占全国总耕地面积的64%，79%的土地为中低产田[4]。随着我国草食畜牧业规模化、集约化地扩张发展，饲草高粱作为饲草作物在我国的发展空间和潜力很大[5-6]。研究探讨不同饲草高粱品种的生产性能和营养品质差异，对饲草高粱的育种和种植利用具有重要意义。不同的品种不仅影响其饲草产量[7-8]，同时也影响其主要营养成分；Thorstesson等[9]研究得出，常规品种饲草高粱的中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)的含量显著高于褐色中脉型品种；何振富等[10]研究得出，褐色中脉型(Brown midrib genotype，BMR)品种的NDF、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)和糖锤度(Brix，BX)含量整体上低于常规品种，总可消化营养物(Total Digestible Nutrients，TDN)含量高于常规品种；Bean等[11]研究表明，具有BMR基因型的高粱品种具有最低的ADF和NDF含量；李源等[12]研究得出，光周期敏感型品种的粗蛋白(Crude protein，CP)含量高于常规品种。综上，不同基因型的饲草高粱农艺性状、生物产量与营养成分具有显著差异。虽然我国高粱资源丰富[13-14]，但对饲草高粱的研究起步较晚，有关不同基因型的研究主要集中在粒用高粱[15]和甜高粱[16]上，针对不同类型饲草高粱生产性能与品质的差异研究鲜见报道。本研究选取不同类型的饲草高粱为材料，对其鲜草产量、干物质产量及主要营养成分进行比较分析，明确不同类型饲草高粱生物产量和品质的差异，以期为饲草高粱的高效利用及种质创新提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年4—10月在甘肃省庆阳市镇原县上肖乡(35°29′42″N，107°29′36″E)进行(甘肃省农业科学院镇原试验站)。试验地处甘肃东部黄土高原平原旱作区，该地多年平均降雨量540 mm,54%以上集中在7—9月，地下水埋深60～100 m,海拔1 297 m，年平均气温8.59℃，年日照时数2 449.2 h，≥0℃年积温3 435℃，≥10℃年积温2 722℃，无霜期165 d。土壤为黑垆土，播前0～20 cm土壤有机质18.6 g·kg-1,有效磷19.12 mg·kg-1，碱解氮98 mg·kg-1，速效钾204 mg·kg-1，pH值7.9，全盐量0.088%；20～40 cm土壤含有机质14.4 g·kg-1,有效磷11.85 mg·kg-1，碱解氮71 mg·kg-1，速效钾173 mg·kg-1，pH值8.27，全盐量0.064%。当年饲草高粱生长期内降水量为279.10 mm，全年降水量为470.90 mm。

1.2 供试材料

试验选取5类13个饲草高粱品种为试验材料(表1)，分别为PPS型、PPS+BMR型、MM+BMR型、LM型和LM+BMR型，其中PPS(光周期敏感型)在北方不抽穗或抽穗后在秋霜来临前仅达开花期；BMR(褐色中脉型)为低木质素型；MM(中熟型)在当地秋霜来临之前可完全成熟，生育期116—130 d；LM(晚熟型)在当地秋霜来临之前可完全成熟，生育期131—145 d[17]，试验材料分别由郑州华丰草业科技有限公司、北京佰青源畜牧业科技发展有限公司和北京猛犸种业有限公司提供，均为美国引进品种。

表1 供试饲草高粱品种名称、来源及代号

1.3 试验设计

本试验采用随机区组设计，共13个处理，每个处理设3个重复，共39个小区。小区面积为4.4 m×7.5 m=33 m2，采用半膜平铺穴播(用120 cm宽的地膜覆盖，每隔200 cm压土腰带，净膜110 cm，膜间留55 cm的空隙，膜内播种)，行距55 cm，株距20 cm，间苗时每穴留苗1株，不去分蘖，密度9.09万株·hm-2。播前深翻整地、旋后铺膜。深翻时一次性施用276 kg·hm-2N(尿素)，1 050 kg·hm-2普通过磷酸钙，45 000 kg·hm-2农家肥(牛粪)。田间杂草适时人工拔除。试验过程没有施用杀虫剂、除草剂和生长调节剂。于4月23日播种，初霜前(9月18日)取样刈割(本试验按当地青贮饲料作物都在9月中下旬收获的惯例，各品种均在此时段同时收获，以筛选出符合当地耕作制度需求的品种)，出苗至收获一共为141 d。

1.4 测定指标及方法

性状调查：调查每个小区的出苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和成熟期(指各小区有75%的植株达某一时期的日期)[15]；各处理每个重复依次取10株进行农艺性状测定，包括株高、茎粗、单株鲜重、节数、叶片数、单株叶重、单株茎重、有效分蘖数[18]。

产草量测定：田间整株取样称鲜重后，切断至10～20 cm，用自封袋密封后送实验室测定水分及干物质产量(105℃恒重法)。每处理各小区均采用全小区测产，于2015年9月18日，出苗后141 d刈割，留茬高度平均10 cm。

品质指标测定：结合产草量测定，将测定完水分的干样混匀后，切断至1 cm，各处理取样500 g，再次混匀，用旋风磨打碎(40目)处理，装入自封袋待测。各营养指标测定的计算方法如下：CP参照GB/T 6432-1994[19]，NDF参照GB/T 20806-2006[20]，ADF参照NY/T 1459-2007[21]，TDN由下式计算得出[22]。

计算公式为：TDN =81.38+(CP×0.36)-(ADF×0.77)

式中：TDN(%DM)表示总可消化营养物，以占干物质的百分数表示；

CP(%DM)表示粗蛋白，以占干物质的百分数表示；

ADF(%DM)表示酸性洗涤纤维，以占干物质的百分数表示。

样本送甘肃省农业科学院农业测试中心实验室测定。

本文中提出的单位面积某种营养物质产量，为单位面积干物质产量与某营养成分含量(%)之乘积。

1.5 数据处理

采用Excel 2016进行数据统计和计算，用DPS 7.55统计软件进行方差和相关性分析，数据以“平均值±标准误”的形式表示，差异显著者采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同类型饲草高粱生育期的比较

各类型饲草高粱收获时所处生长阶段不同，但均叶片青绿。各类型的出苗期均一致，进入拔节期后，不同类型田间表现出不同的生长进程，特别是从孕穗期开始后各类型生育期的差异较大(表2)。MM+BMR型、LM型和LM+BMR型各生育期均早于PPS型和PPS+BMR型，其中MM+BMR型、LM型和LM+BMR型在收获时均能达到成熟；PPS型除‘大奖2180’和‘海牛’外，其他各品种均处拔节期；PPS+BMR型均处拔节期。

表2 不同类型饲草高粱的生育期观察

2.2 不同类型饲草高粱农艺性状的比较

由表3可知，PPS+BMR型的株高、茎粗、单株鲜重、单株叶重和单株茎重均最高，平均值分别为326.39 cm，18.71 mm，1 695.83 g，363.44 g和1 332.39 g；其中PPS+BMR型株高极显著高于LM+BMR和MM+BMR型(P<0.01)，茎粗极显著高于其他类型(P<0.01)，单株鲜重、叶重和茎重均极显著高于LM，LM+BMR和MM+BMR 3个类型(P<0.01)。节间数和主茎叶片数均以PPS型最高，平均值分别为12.29节和15.24枚，其中PPS型节间数和主茎叶片数均极显著高于LM，LM+BMR和MM+BMR 3个类型(P<0.01)。分蘖数和全株叶片数均以LM+BMR型最高，平均值分别为3.72个和46.72枚，其中LM+BMR型分蘖数极显著高于其他类型(P<0.01)，全株叶片数极显著高于LM和MM+BMR型(P<0.01)。

表3 不同类型饲草高粱农艺性状

续表3

2.3 不同类型饲草高粱产草量的比较

由表4可知，鲜草和干物质产量整体上PPS型高于其他类型，其中以PPS+BMR型最高，平均值分别达130.29 t·hm-2和36.04 t·hm-2，鲜草产量平均依次为：PPS+BMR>PPS>LM+BMR>LM>MM+BMR，干物质产量平均依次为：PPS+BMR>PPS>LM>LM+BMR>MM+BMR。PPS+BMR型鲜草和干物质产量均显著高于PPS型(P<0.05)，极显著高于其他3类型(P<0.01)。

表4 不同类型饲草高粱产草量

2.4 不同类型饲草高粱营养成分含量的比较

CP含量：如表5所示，平均值依次为MM+BMR>LM>LM+BMR>PPS+BMR>PPS，MM+BMR型CP含量平均值为6.34%，显著高于PPS+BMR型和PPS型(P<0.05)。

NDF含量：如表5所示，平均值依次为MM+BMR

ADF含量：如表5所示，平均值依次为MM+BMR

如表5所示TDN含量，平均值依次为MM+BMR>LM+BMR>LM>PPS+BMR>PPS，MM+BMR型TDN含量平均达59.76%，且极显著高于其他类型(P<0.01)；LM+BMR型极显著高于PPS+BMR型和PPS型(P<0.01)；LM型极显著高于PPS型(P<0.01)，显著高于PPS+BMR型(P<0.05)；PPS+BMR型极显著高于PPS型(P<0.01)。

表5 不同类型饲草高粱营养成分含量

2.5 不同类型饲草高粱粗蛋白与总消化养分产量比较

CP产量如表6所示，平均值依次为PPS+BMR>LM>PPS>LM+BMR>MM+BMR，PPS+BMR型平均达2.00 t·hm-2，显著高于PPS，LM+BMR和MM+BMR 3类型(P<0.05)。

TDN产量如表6所示，平均值依次为PPS+BMR>LM>PPS>LM+BMR>MM+BMR，其中PPS+BMR型平均达18.99 t·hm-2，且极显著的高于其他类型(P<0.01)。

表6 各品种营养成分产量的分析

2.6 干物质产量和营养成分含量与营养成分产量的相关性

选取不同类型饲草高粱的干物质产量、CP含量、TDN含量、CP产量和TDN产量5个性状进行相关性分析(表7)。各类型的干物质产量与CP和TDN产量均呈正相关关系，其中PPS型、PPS+BMR型和LM型的干物质产量均与CP和TDN产量呈极显著正相关(P<0.01)；MM+BMR型和LM+BMR型的干物质产量均与TDN产量呈极显著正相关(P<0.01)。各类型CP含量与CP产量均为正相关关系，其中PPS+BMR型的CP含量与产量呈极显著正相关(P<0.01)，LM型的CP含量与产量呈显著正相关(P<0.05)；PPS+BMR型和LM型的CP含量与TDN产量呈正相关，PPS型的CP含量与TDN产量呈显著负相关(P<0.05)，MM+BMR型和LM+BMR型的CP含量与TDN产量呈负相关。MM型的TDN含量与CP和TDN产量呈负相关关系，其他各类型的TND含量与CP和TDN产量均呈正相关。说明不同基因型饲草高粱营养物质的产量主要取决于干物质产量。

表7 干物质产量、营养成分含量与营养成分产量的相关性分析

3 讨论

饲草高粱农艺性状受遗传背景、生长环境和刈割高度的影响，所以遗传背景不同的饲草高粱农艺性状会表现出差异，进而影响饲草产量和品质性状，综合评价农艺性状、饲草产量与品质性状，才能筛选出适合特定生长环境的优质饲草[23]。

3.1 不同类型饲草高粱生育期及农艺性状的比较

高粱的生育时期受到光照、温度、水分、土壤状况以及自身遗传性状等因素的影响[24]。本研究中5类13个不同品种的饲用型高粱在甘肃庆阳地区只有MM型、LM型和LM+BMR型可以达到成熟，LM型相同品种较宁夏引黄灌区晚成熟13—19 d[24]；而PPS型和PPS+BMR型不能完全成熟，且大部分至收获时还处于拔节期，这与何振富等[25]之前在同一地区和张荟荟等[26]在北疆平原荒漠区种植的同类型品种结果相一致，但整体上同类型品种较宁夏引黄灌区成熟晚，这与梁丹妮等[24]人的研究结果一致。

不同饲草高粱类型的各农艺性状在其各自群体内部表现出较大的变幅，本研究表明，PPS型和PPS+BMR型的株高、茎粗、节间数、主茎叶片数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重均整体上显著高于MM型、LM型和LM+BMR型，这符合光敏型饲草高粱营养生长期长、产草量高的特点[27]，由于其在北方整个生长季基本处在营养生长期，因此其上述的各性状相应的较中熟和晚熟类型的高。LM+BMR型的分蘖数高于其他各类型，相应的全株叶片数也高于其他类型。

3.2 不同类型饲草高粱产草量及营养物质产量的比较

由于光敏型品种可以推迟开花能够延长植物的营养生长，有效提高了植物的生物产量[28]，本研究表明，PPS型的产草量高于非PPS型，柳发财等[29]人在甘肃平凉地区得出，光敏褐色中脉型的鲜草产量高于中熟和晚熟型的结果，这与本研究结果相一致。与传统的白色中脉品种相比，褐色中脉品种具有木质素含量低、可消化率高的优点，但它本身还伴随着影响产草量和抗虫性差的缺点；本研究同样得出，LM+BMR型的鲜草产量与LM型相近，而干物质产量LM型的高于LM+BMR型；Casler等[30]研究表明，相比于正常品系，褐色中脉品系饲草产量要降低15%；而本研究得出，PPS+BMR型的鲜草产量和干物质产量均高于PPS型，这与何振富等[31]在同地区的2年试验结果一致，可能是由于光敏型的产量很高，因此可以有效地抵消褐色中脉对于产量的不利影响[32]；MM+BMR型的鲜草和干物质产量为最低。

由于牧草的利用目的与农作物不同，主要以收获地上部分营养体为目的，不需要完整的生育期，其营养成分的产量越高越好[33]。本研究结果表明，单位面积粗蛋白和总可消化营养物产量从高到低依次为PPS+BMR>LM>PPS>LM+BMR>MM+BMR，虽然营养物产量是干物质产量和营养物质含量共同作用的结果，但排序与干物质产量和营养物质含量均不一致。

3.3 不同类型饲草高粱主要营养成分含量的比较

根据牧草质量标准，CP含量高，NDF和ADF含量相对较低的牧草其营养价值越高[34]。本研究表明，MM型、LM型和LM+BMR型的饲用品质均优于PPS型和PPS+BMR型，柳发财等[29]人在甘肃平凉地区对同类型相同品种的研究中，同样得出中熟型和晚熟型的粗蛋白、酸性洗涤纤维优于光敏型；但中熟型和晚熟型的中性洗涤纤维和总可消化营养物较光敏型的差，这与本研究结果不一致，可能与收割时期和气候环境等因素有关，还需要进一步的研究探索。本研究表明，PPS+BMR型的CP,NDF,ADF和TDN含量均优于PPS型，LM+BMR型的ADF和TDN含量优于LM型，虽然CP和NDF含量较LM型的略差，但差异不显著；TDN是采用粗饲料对动物有用的部分来评定粗饲料的营养价值，可以反映粗饲料的消化率和动物的消化能力[35]。因此综合考虑得出，BMR型的饲用品质优于非BMR，这与前人研究的结果一致[36-37]。

3.4 不同类型饲草高粱的相关性比较

相关性表达了性状间是否相关、相关性质及密切程度[38]。营养物质产量应受干物质产量和营养物质含量的共同影响，本研究表明，各类型干物质产量对营养物质产量的影响最大，且比较一致；CP含量和TDN含量对营养物质产量的影响较小。可见，在以单位面积营养物质产量最高为生产目标时，应选择干物质产量高的饲草高粱品种。

4 结论

供试5类13个饲草高粱品种在甘肃庆阳地区生长状况良好，中熟和晚熟型可以成熟，光周期敏感型不能成熟。分蘖数和全株叶片数以晚熟褐色中脉型最高，株高、茎粗、节间数、主茎叶片数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重整体上均以光周期敏感型较高。光敏型产草量高于非光敏型，光敏褐色中脉型产草量高于光敏非褐色中脉型，晚熟非褐色中脉型产草量高于晚熟褐色中脉型。中熟型和晚熟型的饲用品质高于光敏型，单位面积营养物质产量以光敏褐色中脉型最高，高的干物质产量是饲草高粱营养物质产量高的前提。