刈割时间对成都平原燕麦再生草产量、品质和种子产量的影响

詹 圆,周青平,张 靓,曾洪光,贾志锋,马 祥,严东海,邵雨乔,魏露萍,汪 辉

(1.四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站,四川 成都 610041;2.西南民族大学青藏高原研究院,四川 成都 610041;3.四川省畜牧科学研究院,四川 成都 610066;4.四川省草业技术研究推广中心,四川 成都 610041;5.青海省畜牧兽医科学院,青海 西宁 810000)

燕麦(AvenasativaL.)是禾本科燕麦属的一年生禾谷类粮饲兼用作物,具有抗逆性强、耐贫瘠、产量高、易栽培等优良特点[1].燕麦籽实含有丰富的膳食纤维、β-葡聚糖、赖氨酸、色氨酸等对人类健康有益的营养物质[2].同时,燕麦草具有适口性好、营养价值高、易消化等饲用特点,易调制青干草和青贮料等草产品,是非常重要的畜牧业生产原料.饲喂燕麦青干草可以有效提高家畜采食量,维护家畜健康,提高家畜的生产性能[3-4].随着我国畜牧业的发展以及“粮改饲”“退耕还草”等国家政策对饲草产业的支持,燕麦干草在我国需求量正在快速升高.尽管我国燕麦种植面积在逐年大幅度上升,但仍有大量的燕麦草产品需求依赖于进口,尤其在每年的冬春季,燕麦等饲草的需求量更加旺盛[5-6].因此,探索一种兼顾饲草与燕麦籽实生产的种植模式,对加强冬春季节燕麦干草供应能力尤为重要.

燕麦等麦类作物生长前期均具有生长点低矮并隐藏在叶鞘内部的农艺特点,当达到拔节期时,随着燕麦节间伸长,生长点被举高[7].基于这一特点,科学家们尝试在麦类作物生长前期对地上部分叶片进行刈割或放牧处理,以获得一定青绿饲草或调制青干草,然后对残茬进行追肥、灌溉等养护管理,促使留茬内的生长点继续生长,同时刈割处理可提升残茬的分蘖能力,促进其发挥再生特性[8-12].然而,品种和刈割时间对其再生性具有很大影响,Virgona等[13]在澳大利亚的研究发现,在小麦苗期进行短期(15 d)放牧可增加小麦最终籽粒产量,长期(51 d)放牧会导致小麦籽粒减产.王丹丹等[14]研究发现,在分蘖期对不同成熟期冬小麦品种进行刈割处理,因为生长时间长,晚熟品种有足够多的时间进行补偿生长,更适宜利用其再生特性进行生产利用.田莉华等[15]在陇东地区的研究发现,在小麦具有5～6个分蘖时刈割,不仅能获得优质青绿饲料,而且未造成最终小麦籽粒减产.同样,作为优良的粮饲兼用作物,燕麦的再生性能挖掘也逐渐得到关注.在呼伦贝尔地区,适宜的时间对燕麦进行刈割处理,在获得可观的高品质燕麦草的同时,还可以获得不低于未刈割燕麦的种子产量[9].在陕西杨凌地区,张莹[16]的研究结果表明,春播和秋播的4个燕麦品种表现出不同的首次最佳刈割时间,相比春播秋播可以获得较高的再生草产量.

一般情况下,燕麦在我国北方地区进行春季播种,生育期为90～120 d[2];在南方地区可进行秋季播种,生育期为190～220 d[17].如何根据其在冬春季节较长生长时间的种植规律探索利用其再生特性,提高冬春季节燕麦青绿饲料供应能力有待研究.本研究从成都平原地区引进5个燕麦品种,在不同生长时间进行刈割处理,以期得到较适宜刈割的燕麦品种,并确定较适宜的冬春刈割期.在我国当下畜牧业高速发展阶段,优质饲草产品供应难以保障,冬春季节在麦类作物生长前期进行刈割利用的栽培模式对于我国饲草行业以及畜牧业具有非常积极的影响.本研究结果对成都平原地区燕麦生产寻找新的途径,以提高农业生产总价值输出具有重要参考价值.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于四川省成都市新津区国家草品种区域试验站(东经108°45′,北纬30°28′).2020年9月至2021年7月,降雨量较低,月降雨量在35 mm以下;同时气温较低,平均气温在13.1 ℃以下;7月降雨较高,为242 mm;其余月份降雨量在100 mm左右(图1).

1.2 供试材料

选择引进5个加拿大皮燕麦品种作为试验材料,分别为甜燕3号、甜燕60、甜燕70、莫尼卡、摄政王.莫尼卡燕麦种子由北京正道种业有限公司提供,其余品种燕麦种子均由北京佰青源畜牧业科技发展有限公司提供.

1.3 试验设计

试验采用完全随机区组设计,每个品种3个重复,小区面积15.3 m2(3 m×5.1 m),每小区17行,小区间隔0.5 m.试验地基施磷肥为60 kg/hm2P2O5(过磷酸钙含12% P2O5),2020年10月26日播种,行距30 cm,播量75 kg/hm2.分蘖期追施氮肥70 kg/hm2N(尿素含46%N).2020年11月6日出苗,在生长至分蘖后期至拔节后期共设置4个不同刈割时间处理,每次刈割小区中2行条带,留茬10 cm.T1为2021年1月15日(出苗后70 d)刈割,燕麦处于分蘖后期;T2为2月7日(出苗后93 d)刈割,燕麦处于拔节初期;T3为2月18日(出苗后104 d)刈割,燕麦处于拔节期;T4为2月28日(出苗后114 d)刈割,燕麦处于拔节后期.不同时间刈割40 d后,取再生草样品,测定相关指标.

1.4 测定指标及方法

株高:于分蘖后期(出苗后60 d)开始,每隔10 d测1次未刈割燕麦株高,刈割处理后每隔10 d测1次再生草株高,每次测量均在每小区随机选取10株燕麦测量绝对垂直高度.

首茬干草产量:每次刈割处理时,随机选择2个50 cm条带的燕麦鲜草,装入信封袋,再放入烘箱中105 ℃杀青30 min,然后65 ℃烘干至恒重,称干草重量,即为首茬草产量.

再生草产量:在每个刈割处理后40天,选择2个50 cm条带的再生草,刈割后装入信封袋,再放入烘箱中105 ℃杀青30 min,然后65 ℃烘干至恒重,称干草重量,即为再生草产量.

种子产量和收获指数:成熟期每小区取2个50 cm条带,统计枝条数,晒干后脱粒清选,并称种子重和脱粒后秸秆重,计算收获指数.

收获指数=种子重量/秸秆重量.

营养成分测定:将烘干后的样品粉碎后过40目筛,粗蛋白(crude protein,CP)含量使用凯式定氮法测定.酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)测定使用聚酯纤维滤网袋法测定[18].按照以下公式计算相对饲喂价值(relative feed value,RFV)、干物质采食量(dry matter intake,DMI)和消化性干物质(digestible dry matter,DDM)[19].

RFV=(DDM × DMI)/1.29.

(1)

DMI= 120/NDF %.

(2)

DDM= 88.9-(0.779 × ADF %).

(3)

1.5 数据分析

利用Excel软件对原始数据进行基础换算、计算平均值和标准误等处理,利用IBM SPSS Statistics 20软件对所得数据进行方差分析和多重比较,多重比较选择Duncan法进行,利用Origin 2021软件进行作图.

2 结果与分析

2.1 不同生长时间刈割对再生草株高的影响

T0时,5个燕麦品种表现出相似的生长速率变化趋势,甜燕70的株高显著(P<0.05)高于其余4个品种,出苗后60～125 d,莫尼卡、甜燕60、甜燕3号和摄政王4个品种株高之间差异不显著;出苗后160 d,莫尼卡株高显著(P<0.05)低于甜燕70、甜燕60和甜燕3号,与摄政王之间差异不显著;出苗后210 d,莫尼卡和摄政王株高显著(P<0.05)低于甜燕60和甜燕3号(图2).

图2 燕麦各品种株高变化情况

刈割处理后,燕麦再生草均以不同的生长速率持续生长.在T1和T2处理下,甜燕70再生植株高度在刈割170 d后显著(P<0.05)高于其他4个品种,莫尼卡和摄政王均显著(P<0.05)低于其他3个品种(图3).在T3处理下,甜燕70和甜燕60再生植株高度在刈割210 d后均显著(P<0.05)高于莫尼卡和摄政王.在T4处理下,甜燕3号和甜燕60再生植株高度在刈割210 d后均显著(P<0.05)高于莫尼卡和摄政王.

2.2 不同生长时间刈割对首茬草产量和再生草产量的影响

各品种首茬草产量在T4处理时最大,显著(P<0.05)高于T1和T2处理.甜燕3号在T3处理下再生草产量最大,显著(P<0.05)高于T4处理.摄政王在T2处理下再生草产量最大,显著(P<0.05)高于T4处理.莫尼卡、甜燕60和甜燕70在T1处理下的再生草产量最大,但莫尼卡只显著(P<0.05)高于T4处理,而甜燕60和甜燕70均显著(P<0.05)高于T3和T4处理.

T1处理时,摄政王首茬草产量最高,但各品种之间无显著差异;甜燕60再生草产量最高且显著(P<0.05)高于甜燕3号、莫尼卡和摄政王(图4).在T2处理下,甜燕60首茬草产量最高,且显著高于莫尼卡;甜燕60再生草产量也最高,但与其他品种之间均无显著差异.T3处理时,甜燕60首茬草产量最大,显著(P<0.05)高于甜燕3号;而甜燕3号再生草产量最大,显著(P<0.05)高于莫尼卡.T4处理时,首茬草产量与再生草产量在各品种之间均无显著性差异.

图4 各燕麦品种首茬草产量和再生草产草量

2.3 不同生长时间刈割对再生植株成熟期枝条数、种子产量和收获指数的影响

通过F值检验表明,不同时间刈割处理之后,再生草种子产量、收获指数与T0之间以及各个品种之间均具有显著(P<0.05)差异,种子产量在品种与处理之间有一定的交互作用影响,而收获指数和成熟期枝条数在品种与处理之间无交互作用(表1).

表1 品种和处理交互作用下燕麦生产指标的方差分析(F值)

T0时,甜燕3号成熟期枝条数最少且显著(P<0.05)低于摄政王(表2).T1处理下,莫妮卡和摄政王成熟期枝条数显著(P<0.05)高于甜燕3号和甜燕70.T2处理下,莫妮卡和摄政王成熟期枝条数显著(P<0.05)高于甜燕3号和甜燕60.T3处理下,莫妮卡成熟期枝条数显著(P<0.05)高于甜燕3号.T4处理下,摄政王成熟期枝条数显著(P<0.05)高于甜燕70.甜燕70和甜燕60的成熟期枝条数在T4处理时最小且显著(P<0.05)低于其他刈割处理;甜燕3号和莫妮卡成熟期枝条数在T1处理时最大,且与T0和T2处理之间无显著差异;摄政王的成熟期枝条数在T1处理时最大,且显著(P<0.05)高于其他处理.

表2 不同刈割时间对5个燕麦品种再生植株枝条数、种子产量和收获指数的影响

T0时,甜燕3号的种子产量显著(P<0.05)低于其他品种,而在T1处理下,甜燕60种子产量显著(P<0.05)高于其他品种;甜燕3号种子产量显著(P<0.05)低于其他品种.在T2和T3处理下,甜燕60种子产量均最高,且显著(P<0.05)高于甜燕3号.在T4处理下,莫尼卡和摄政王的种子产量显著(P<0.05)高于甜燕70和甜燕3号.甜燕70、甜燕60、摄政王的种子产量均在T1处理下与T0无显著差异且显著(P<0.05)高于其他处理,但只有甜燕60在T1处理下的种子产量大于T0(表2).甜燕3号种子产量在T2处理下与T0无显著差异并且显著(P<0.05)高于其他处理.莫尼卡种子产量在T0时显著(P<0.05)高于T2、T3和T4处理,在T1处理下显著(P<0.05)高于T3和T4处理.

莫尼卡、甜燕60和摄政王的收获指数在各处理下均无显著差异;甜燕3号收获指数最大值出现在T2处理,显著高于其他处理而与T0无显著差异;甜燕70在T1和T2处理的收获指数与T0无显著差异且显著高于T3和T4处理(表2).

2.4 不同生长时间刈割对干草品质和再生植株干草品质的影响

通过双因素方差分析的F检验表明,不同时期刈割处理得到的燕麦首茬草和再生燕麦草的营养品质均有显著(P<0.05)差异,而同一刈割处理下的不同品种之间,只有首茬草的CP和再生草的NDF具有显著性(P<0.05)差异,且各品种首茬草CP两两比较显著性差异只出现在T4处理,其他均无显著性差异,并且所有营养品质指标均不受燕麦品种和处理间的交互作用影响(表3).

表3 品种和处理交互作用下燕麦干草营养品质方差分析(F值)

随着刈割期的推迟,各品种首茬草的CP、RFV显著(P<0.05)降低,T1处理首茬草的CP含量均大于30%,T2处理的CP蛋白在17%～21%之间;5个品种燕麦刈割处理首茬草RFV最大值均出现在T1与T2处理内,且这两个处理之间无显著性差异;各品种首茬草的NDF与ADF的变化随刈割期的推迟而显著(P<0.05)升高(表4).

表4 不同刈割时间对5个燕麦品种首茬草营养成分的影响

对于各品种的再生草营养品质而言,甜燕3号和摄政王在T1处理下再生草CP最大,莫尼卡、甜燕70、甜燕60在T4处理下最大,4个处理再生草CP含量均在T3处理下最低.4个刈割处理之后,再生草干草ADF含量随处理时间推后而升高;NDF含量最大值出现在T2处理,T3、T4依次降低,T1处理下再生草干草NDF含量最低(表5).

表5 不同刈割时间对5个燕麦品种再生草干草营养成分的影响

3 讨论

3.1 不同生长时间刈割对燕麦干草产量的影响

燕麦等麦类作物具有叶片狭长、拔节期前生长点低矮等植物学特征,在燕麦的茎顶端分生组织还未随着拔节期被拔高之前对燕麦的地上部分进行一定留茬高度的刈割处理,在不损害燕麦的茎顶端分生组织情况下,燕麦的茎顶端分生组织会不断的分裂分化,持续进行着营养生长[10,19-20],并且这样的刈割处理还可促进燕麦分蘖[21],本研究也证实了燕麦具有以上再生特性(表2).本研究中,4个不同刈割时间处于燕麦分蘖后期到拔节后期[22],随着刈割期的推后,再生燕麦草的株高和生长速率均逐渐降低(图3),可能是由于再生草生长时间的缩短以及生长环境的改变导致的,这与杨景宁[23]的研究结果一致.随着刈割期的推迟,燕麦各品种首茬草产量均显著升高(图4),再生草产量却显著降低,这与刈割处理时燕麦生长点的高度有较大关系[24].如果刈割处理时燕麦的生长点低于留茬高度,处理后燕麦留茬除了继续生长,还可产生新分蘖芽[22],这有助于提升再生草产量(图4).当刈割处理时生长点高于留茬高度,处理后燕麦留茬中顶端分生组织受损将不能继续生长或生长缓慢,以新分蘖芽生长为主[25].再生草产量与燕麦的分蘖性紧密相关,如受气温、降雨等气候因素的影响,新生分蘖的生长条件不理想,再生草产量较为低下,如本试验的T4处理.因此,刈割处理时燕麦生长点的高低与留茬高度之间的关系为首要考虑条件,需保障刈割处理不破坏生长点.

3.2 不同生长时间刈割对燕麦干草品质的影响

在整个生长阶段,牧草营养品质随着生长时期的推后而逐渐降低[26-27].本试验的4个不同刈割时间处于燕麦的分蘖后期到拔节后期,随着刈割时间的推迟,燕麦首茬草CP和RFV含量均逐渐降低(表4),这与游永亮等[28]和张莹等[16]研究结果一致.按照已发布的燕麦干草质量分级标准[30],T1、T2处理的燕麦干草质量均远超特级燕麦青干草标准;T3处理中,甜燕70为一级草,其余品种均为特级草;T4处理中,甜燕3号为特级草,其余品种均为一级草.试验的燕麦干草品质较好,是因为刈割处理的燕麦生长时期均处于营养生长期,此时期燕麦鲜嫩多汁,营养价值较高.以往研究表明,综合考虑干草产量和品质,燕麦生产调制青干草的适宜生育时期为开花期[2].

本研究中,刈割处理后40d的再生草RFV均为第1次刈割后显著最高(表5),可能是由于第1次刈割后,燕麦留茬继续生长,而后面刈割后燕麦部分或全部留茬生长点可能高于留茬高度,导致留茬不再继续生长,测产时取样为齐地刈割,因不再生长的残茬储存的营养物质已转移至可继续生长的留茬或者新分蘖的植株中[29],最终导致干草纤维素含量较高,品质较低.此外,本研究中燕麦品种再生草品质对刈割处理的响应存在差异,可能是由于燕麦生育期等农艺性状差异造成的[10].本研究中,各品种再生草干草的质量分级均在一级草和二级草之间.

3.3 不同生长时间刈割对燕麦种子产量的影响

我国麦类作物的再生性评价与利用相关研究主要在北方地区开展,试验为春播[9,10,30],而本研究地点为位于西南地区的成都平原,燕麦为秋播,秋播后较长时间的生长季节能够满足收获饲草后再收获籽实的生产需求.本研究4个不同刈割时间处理后再生草均在生长后期完成结实.与未刈割相比,除甜燕3号以外,其余4个品种T2、T3和T4的种子产量均显著降低,而这4个品种T1的种子产量与未刈割处理之间差异不显著(表2),这与Moore[31]研究结果一致.随着刈割期的延后,刈割处理导致燕麦植株受损失去了更多的营养物质,新分蘖或再生植株生长至生殖生长阶段,积累营养物质的时间较短,导致籽实中贮藏的营养物质减少[22,32],并且导致种子结实较少[33],最终造成种子产量的降低.然而,在燕麦生长早期,燕麦植株生长点低矮,刈割对燕麦植株再生的抑制较小[9,10],例如本研究的T1处理.且本研究参试品种T1的枝条数最高,除甜燕60和甜燕70外显著高于T0.刈割处理促进了燕麦的新分蘖的产生[12],降低再生植株高度有效减少倒伏和病虫害发生[34-35],有利于种子生产.

4 结论

通过在成都平原地区秋播5个燕麦品种,评价了其不同生长时间刈割对首茬草和再生草的株高、干草产量、干草品质和种子产量的影响,研究结果表明,在燕麦营养生长期内,尤其是分蘖晚期进行刈割处理,植株留茬可继续生长至种子成熟,可获得1次优质饲草,且不影响种子生产.甜燕60在成都平原种植表现了较强的再生特性,可在出苗后70 d刈割收获1次饲草,再收获种子;也可以在出苗后90～105 d刈割,收获2次饲草.