冬閑田種植2種燕麥的營養價值及土壤肥力研究

謝昭良，張騰飛，陳鑫珠，張建國

（華南農業大學農學院，廣東 廣州510642）

我國南方的低海拔平原地區及山間盆地，農作物可一年兩熟或三熟，水稻（Oryza sativa）是主要作物。近十幾年來，由于冷季作物的效益日益下滑，加上勞動力向城市轉移，南方水稻產區出現了大量的冬閑田［1］。據不完全統計，我國南方15個省區有冬閑水田2 000多萬公頃，其中廣東冬閑田面積在130萬公頃以上，湖南冬閑田面積至少120萬公頃，廣西全區冬閑田120萬公頃左右，福建冬閑田面積不少于60萬公頃。這些冬閑田在水稻收獲后一般閑置4～6個月，不僅造成經濟上的損失，也造成大量土地資源和能量的浪費［2］。在我國，目前冬閑田主要的利用方式是種植意大利黑麥草（Lolium multiflorum），而對其他飼料作物研究甚少［3］。余土元等［4］在廣州對燕麥（Avena sativa）和意大利黑麥草在冬閑田的種植進行了研究，結果表明燕麥生長迅速，植株高、鮮草產量高且青綠期長，易于機械化收割，可與意大利黑麥草同時作為華南地區冬閑田種植的牧草品種。

燕麥是禾本科燕麥屬一年生草本植物，又稱玉麥、鈴鐺麥，一般分為帶稃型（皮燕麥）和裸粒型（裸燕麥）兩種，廣布于歐洲、亞洲和非洲的溫帶地區，在我國主要分布于東北、華北和西北的高寒地區，是一種優良的飼用麥類作物［5］。在我國，高海拔牧區的高寒氣候使燕麥成為當地不可或缺的主要栽培品種。燕麥由于環境適應性強、易種植栽培、飼用價值優良，已成為高原牧區枯草季節重要的飼草資源［6］，對畜牧業發展和生態建設都具有重要意義［7］。近年來，我國對燕麥的研究主要集中在栽培管理［8，9］、引種［10］和遺傳改良［11］等方面，關于燕麥作為青貯飼料的報道較少。本試驗主要通過利用我國華南地區冬閑田種植燕麥，研究其產草量、營養價值、青貯發酵品質及對冬閑田土壤肥力的影響，為燕麥的青貯加工以及我國華南地區冬閑田的進一步開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地點位于華南農業大學增城寧西實驗基地，N 23°14′，E 113°38′，屬亞熱帶季風氣候。年平均氣溫21.6℃，最熱為7月，月平均氣溫29.4℃，極端最高氣溫38.6℃；最冷為1月，月平均氣溫13.3℃，極端最低氣溫－1.9℃。全年積溫7 910.9℃，年平均降水量為1 967.8mm，年平均太陽輻射值為4 367.2～4 597.3MJ／m2，年平均日照時數為1 707.2h。11月下旬至2月中旬可能出現霜凍。試驗區土壤類型為水稻土，土壤基礎肥力為有機質8.94g／kg，全氮1.03g／kg，全磷0.47g／kg，全鉀12.84g／kg，速效氮49.42mg／kg，速效磷51.94mg／kg，速效鉀60.58mg／kg，pH 值為5.11。

1.2 試驗設計

本試驗選用2種燕麥，分別為鋒利燕麥（A.sativacv.Enterprise，俗稱黑燕麥）和初島燕麥（A.sativacv.Chudao，俗稱黃燕麥），設對照組A（休閑區，不施肥）、對照組B（休閑區，施肥）、黑燕麥組和黃燕麥組4個處理，采用隨機區組設計，3次重復，于2010年12月10日種植，每個種植小區面積為12m2，燕麥播量為180kg／hm2，播種前每個小區（除對照組A外）施用肥料為復合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶6∶8），其中施用N、P2O5和K2O分別為45.0，18.0和24.0kg／hm2；燕麥拔節前期，每個小區（除對照組 A外）共追施 N、P2O5和 K2O分別為67.5，27.0和36.0kg／hm2。燕麥于2011年4月13日早稻插秧前刈割，每個種植小區選取1個1.0m×1.0m的樣方測產，并采集燕麥樣品帶回實驗室以備分析營養成分。在刈割后土壤翻耕前，每個小區采用五點取樣法取0～20 cm土壤，剔除礫石及植物殘茬等雜物，帶回實驗室自然風干后進行常規土壤養分分析。

1.3 試驗方法

1.3.1 青貯飼料的調制 將刈割的2個燕麥品種分別切短至20～30mm后充分混勻，取一部分樣品作原料化學成分和微生物分析；其他燕麥材料用作青貯處理，每個燕麥品種設對照（不加添加劑）和添加乳酸菌（LAB，添加量為1.0×105cfu／g鮮樣）2個處理，所用乳酸菌為Lactobacillus plantarum，是本實驗室從其他牧草材料分離出來的同型發酵乳酸菌。各處理青貯原料充分混勻后裝入30cm×20cm的聚乙烯青貯袋中，每袋200g，用真空打包機（SINBO Vacuum Sealer）抽真空后密封，置于暗處，室溫貯藏60d。

1.3.2 原料營養成分及微生物分析 干物質（DM）含量采用70℃烘箱干燥48h測定，粗灰分（Ash）含量采用灼燒法測定［12］，粗脂肪（EE）含量采用乙醚提取法測定，粗蛋白（CP）含量采用凱氏定氮法測定，可溶性碳水化合物（WSC）含量采用蒽酮－硫酸法測定［13］，緩沖能采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定［14］，粗纖維（CF）、中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量采用濾袋法測定［15］，乳酸菌、好氣性細菌、酵母菌和霉菌數量分別采用MRS瓊脂培養基（MRS agar medium，MRS）、營養瓊脂培養基（nutrient agar，NA）和馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基（potato dextrose agar，PDA）計數［16］。乳酸菌在厭氧條件下37℃培養2d；好氣性細菌、酵母菌和霉菌在有氧條件下37℃培養2～4d。

1.3.3 青貯發酵品質分析 在青貯袋開封后，取20g混勻的青貯飼料放入聚乙烯塑料封口袋中，加入80mL蒸餾水，置于4℃冰箱里浸泡18h后過濾，用pH計（PHS－3C）測定浸提液pH值。氨態氮（NH3－N）含量用凱氏定氮儀（杭州托普QSY－II）直接蒸餾測定。有機酸含量采用Agilent 1100型高效液相色譜儀測定：浸提液加入少量陽離子交換樹脂，在12 000r／min下離心3min后，0.45μm微孔濾膜過濾后測定乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量。色譜條件：色譜柱（RSpak KC－811昭和電氣），流動相為3mmol／L的高氯酸溶液，流速1mL／min，柱溫60℃，檢測波長210nm。

1.3.4 飼料相對值 飼料相對值（relative feed value，RFV）由下列公式計算得出［17］：

其中，DMI為粗飼料干物質的隨意采食量，單位為%BW（體重）；DDM為可消化的干物質，單位為%DM。DMI與DDM的預測模型分別為：

1.3.5 土壤常規養分及土壤酶活性測定 所采集的土壤樣品均經自然風干后過1mm篩，用塑料袋封裝保存在4℃冰箱中待測。土壤脲酶活性采用比色法（以每g干土24h釋放的氨態氮微克數表示），土壤蔗糖酶活性采用Na2S2O4滴定法（以滴定每g干土消耗的0.1mol／L Na2S2O4毫升數表示），過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法（以滴定每g干土消耗的0.1mol／L KMnO4毫升數表示）［18］；土壤養分的測定采用常規分析方法［19］。

1.4 數據處理

利用Excel 2007和SPSS 17.0軟件對數據進行統計及相關數據分析。利用T檢驗法對2種燕麥農藝性狀和營養化學成分進行分析，采用雙因素方差分析（P＝0.05）對燕麥青貯指標（pH值、有機酸等）進行檢驗，利用單因素方差分析（P＝0.05）對土壤肥力（土壤養分與酶活性）進行檢驗，用Duncan法對平均值進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 2種燕麥的產草量和營養成分

2種燕麥株高、干草產量、粗蛋白產量和飼料相對值間均差異不顯著（P＞0.05）（表1）；品種間粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量均沒有顯著差異 （P＞0.05）（表2）。黑燕麥可溶性碳水化合物含量和本身附著的乳酸菌數量顯著高于黃燕麥（P＜0.05）；2種燕麥本身所附著乳酸菌數量均大于105cfu／g鮮樣，但所含好氣性細菌、酵母等有害微生物也較多，可能影響其青貯發酵品質，且黃燕麥中可溶性碳水化合物含量較低，僅占鮮樣的1.88%，可能是限制其成功青貯的另一因素。

表1 2種燕麥株高、產量和飼料相對值Table 1 Plant height，yields and RFV of two oat varieties

表2 青貯前2種燕麥化學成分和微生物組成Table 2 The chemical and microorganism composition of oats prior to ensiling

2.2 2種燕麥的青貯發酵品質

黑燕麥青貯后DM含量、乳酸和丙酸含量極顯著高于黃燕麥青貯料（P＜0.01），而pH值和丁酸含量則顯著低于黃燕麥青貯料（P＜0.05）（表3）；除DM含量外，添加乳酸菌對燕麥各個青貯指標都有極顯著影響（P＜0.01），添加乳酸菌顯著降低了燕麥青貯料的pH值（＜4.20），同時青貯料中未檢測到丁酸；另外，添加乳酸菌使青貯料中NH3－N含量顯著減少（P＜0.05），黑燕麥和黃燕麥青貯料中NH3－N含量比對照組分別降低了36.72%和20.74%，從而減少了青貯料中蛋白質的水解；同時，添加乳酸菌顯著增加乳酸含量（P＜0.05），其中，青貯黃燕麥中乳酸含量比對照組增加了5.72倍；品種和乳酸菌的交互作用極顯著影響燕麥青貯料的pH值、乳酸和丙酸含量（P＜0.01），顯著影響青貯料乙酸和NH3－N含量（P＜0.05）。不同品種飼草由于營養成分含量與微生物數量不同，從而對青貯發酵品質有一定影響。本試驗中，黑燕麥的干物質含量、可溶性碳水化合物含量及本身乳酸菌數量顯著高于黃燕麥，為乳酸發酵提供更多有利條件；另一方面，通過添加乳酸菌能夠使青貯料中乳酸發酵占據主導地位，使青貯料迅速酸化，降低pH值，同時抑制蛋白質的水解。這在本試驗黑燕麥青貯發酵品質中表現得更為明顯。

表3 2種燕麥的青貯發酵品質Table 3 Fermentation quality of oat silages

2.3 燕麥對冬閑田土壤肥力的影響

利用冬閑田種植燕麥，對土壤pH值沒有顯著影響，但可以顯著增加土壤中有機質、全氮和全鉀的含量，相對于對照組A和對照組B而言，增幅分別達到33.62%～49.53%、8.10%～26.51%和20.20%～63.21%；同時，種植黃燕麥還能顯著提高土壤中速效磷含量（P＜0.05），比對照組A、對照組B和種植黑燕麥分別提高了36.66%、31.75%和18.03%（表4）。冬閑田種植燕麥土壤的脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性有不同程度的提高（表5），其中種植黑燕麥可以顯著提高土壤中蔗糖酶和過氧化氫酶的活性（P＜0.05），相對于對照組A分別提高了15.56%和26.21%，相對于對照組B分別提高了11.83%和14.71%。

3 討論

3.1 燕麥的產量與營養價值

燕麥作為一種糧飼兼用型谷類作物，含有豐富的可溶性碳水化合物，青貯后蛋白質消化率高，營養豐富，適口性好［20］。目前，在我國華南地區，多花黑麥草因其耐濕能力強，同時與糧爭地、爭季節的矛盾較小，種植多花黑麥草已成為冬閑田的主要利用方式［21］。多花黑麥草在一個生長周期內可刈割3～5次，總干草產量可達9.0～15.0 t／hm2，并且具有較高的蛋白質含量［22］。本試驗中燕麥只刈割一次，但由于刈割時水分含量較黑麥草低（約占鮮樣75%～80%），同時燕麥植株高大，莖干粗壯，從而導致其干草產量與黑麥草相近。

表4 燕麥對冬閑田土壤養分的影響Table 4 Effects of oats on soil nutrients of winter fallow fields

飼料相對值［23］是以盛花期紫花苜蓿（Medicago sativa）為100，某種粗飼料可消化干物質的采食量的相對比值。牧草RFV值越大，說明該牧草營養價值越高。周漢林等［24］計算了熱研4號王草（Pennisetum purpureum×P.americanumcv.Reyan No.4）和熱研9號堅尼草（PanicummaximumJacq.cv.Reyan No.9）的RFV值分別為77.65和69.37，本試驗中黑燕麥和黃燕麥的飼料相對值分別為69.87與72.29，其營養價值與它們相近。在江西、新疆等地區的研究結果表明［25，26］，黑燕麥和黃燕麥雖然葉量豐富，干草產量高，但由于其蛋白質含量較低，粗纖維含量較高，從而影響其牧草品質，這可能與這2種燕麥的生育期較長有關，提前刈割影響其營養價值的提高。本試驗中，由于2種燕麥都屬于中晚熟品種，刈割時均未形成籽實，其粗蛋白含量較低，加上燕麥莖稈粗壯，纖維含量較高，從而導致其營養價值不高。因此，利用冬閑田種植燕麥，應適當提前種植或盡量選擇一些早熟燕麥品種。在生長過程中可發現，燕麥前期生長迅速，能夠有效抑制田間雜草的生長，同時燕麥植株較高、直立，相對于易倒伏的多花黑麥草來說，更利于機械化收割。

表5 燕麥對冬閑田土壤酶的影響Table 5 Effects of oats on soil enzymes of winter fallow fields

3.2 燕麥青貯發酵品質

利用冬閑田種植多花黑麥草并用之喂養動物已在華南地區逐步推廣，但由于其水分含量較高（占鮮樣90%左右），大量飼喂高水分的黑麥草易引起動物腸道不適，降低消化吸收；同時，黑麥草因水分含量高，較難青貯成功。因此，利用冬閑田種植其他水分含量較低、營養價值較高且容易貯藏加工的飼草顯得十分必要。在國外，燕麥已經成為一種重要的青貯原料［27］。本試驗中2個燕麥品種未到結實期，水分含量也較高，青貯過程中有丁酸產生，發酵品質不夠理想，可以通過添加乳酸菌使青貯料pH值和NH3－N含量顯著降低，同時顯著增加乳酸含量，從而獲得優質青貯料，這與他人在其他材料上的結果一致［28］。孫小凡［29］對冬種燕麥的研究表明，最佳青刈期為抽穗后30～40d，此時燕麥干物質產量和粗蛋白含量較高，同時可以調制成品質優良的青貯料，而本試驗中由于種植較晚且2種燕麥生育期較長，刈割時2種燕麥都未達到這一時期。

3.3 種植燕麥對冬閑田土壤肥力的影響

我國南方自“黑麥草－水稻”草田輪作系統構建以來，種草輪作區與休閑區相比，種植多花黑麥草一年后土壤有機質增加27.0%～66.0%，全氮增加4.0%～26.0%，全鉀增加3.0%～14.1%，速效氮增加11.0%～67.0%，速效磷增加26.0%～33.1%，速效鉀增加10.0%～57.0%［30，31］。本試驗利用冬閑田種植燕麥，土壤有機質含量增幅達33.62%～49.53%，與黑麥草改善土壤有機質的效果相當；土壤中全氮和全鉀含量，比休閑區分別增加了8.10%～26.51%和20.20%～63.21%。利用冬閑田種植黑麥、燕麥等麥類作物可以增加土壤養分特別是速效養分的含量［32］，本試驗種植燕麥土壤中速效氮、磷和鉀含量比休閑區分別增加了14.54%～62.69%、11.63%～36.66%和3.20%～27.01%，其效果與種植黑麥草相當，說明種植燕麥土壤養分很容易被植物根系吸收，這可能是由于冬種燕麥的大量根系深入土層中，有效改善土壤的團粒結構，增加土壤透氣性和保水性，加上燕麥根系分泌的活性物質如有機酸等，進一步提高土壤養分的轉化效率，從而刺激土壤養分的供給。

土壤中的一切生理生化反應都要依賴土壤酶的催化才能進行，土壤酶活性大小是土壤肥力的重要標志，利用冬閑田種植牧草可以不同程度地提高土壤酶活性［33，34］。脲酶是催化尿素水解的酶，直接參與土壤中含氮有機化合物的轉化，其活性的高低在一定程度上反映了土壤供氮水平狀況［35］，種植燕麥對土壤脲酶活性沒有顯著影響，可能是由于種植區土壤pH值太低而抑制了脲酶的活性。土壤蔗糖酶可以反映出土壤中碳的轉化和呼吸強度，是土壤肥力水平和腐熟程度的量度［36］。過氧化氫酶是一種重要的氧化還原酶，參與物質和能量轉化，其活性與土壤有機質及土壤理化狀況密切相關［36］。種植燕麥能夠提高冬閑田土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性，分別達5.38%～15.56%和10.00%～26.21%，說明燕麥生長過程中大量植物殘茬的腐解和養分的積累，有利于土壤中碳的轉化，從而使土壤的熟化程度和肥力水平逐漸提高。但相對于黑麥草而言，種植燕麥對于冬閑田土壤酶活性的提高幅度較小，這可能是由于黑麥草具有大量須根，廣泛分布于土壤表面，為土壤微生物的生存創造了良好的生境。

4 結論

利用冬閑田種植燕麥生產潛力巨大，但應盡量選用一些早熟品種，從而能夠在刈割時期獲得較高的干草產量和營養價值，而且不影響早稻種植。

利用燕麥作為青貯原料要選擇適當刈割時期，過早刈割會影響其營養價值和青貯發酵品質，通過添加乳酸菌能顯著增加乳酸含量，降低青貯料pH值、丁酸和氨態氮含量，顯著提高燕麥發酵品質。

種植燕麥能在一定程度上促使冬閑田土壤常規養分和酶活性的提高，其改善土壤肥力的效果并不亞于多花黑麥草，對裸露閑田的土壤生態環境具有重要作用。

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