留茬高度對陜北采煤沉陷區飼料桑生長特性的影響

關鍵詞：陜北;飼料桑;留茬高度;生物量

陜北地區自然環境脆弱，隨著煤炭資源大規模持續開采，礦區地表及周邊形成沉陷區，導致諸多環境問題[1]。同時，陜北地區是陜西省種養殖業的重點區域，耕地非糧化導致高蛋白飼草短缺，并不斷加劇與生態保護之間的矛盾[2]。此外，飼料主要局限于玉米（Zeamays）和苜蓿（Medicagosativa L.），飼草來源結構單一，嚴重制約了當地畜牧業的多元化健康發展。

桑樹屬于桑科（Moraceae）桑屬（Morus）多年生落葉喬木[3-4]，在我國分布廣泛，種質資源豐富，且種植面積居世界首位[5]。飼料桑根系發達、抗逆性強、耐刈割、可草本化栽培[6]、適時收獲、生物產量大且營養豐富均衡[7]，是畜牧業優質的飼料來源，在畜牧業生產方面具有廣闊的應用前景[8]。圍繞桑的飼用價值[9]、營養特性[10] 以及在養殖中的飼用效果[11-12]，國內外學者進行了大量研究，一致認為飼料桑極具開發價值。植物的營養成分和生物量大小因其刈割方式、生長階段、加工工藝不同而變化[13-14]。因此，迫切需要研究適合畜牧飼料用途的飼料桑及其開發利用技術，提升其生產性能[15]。

合理刈割是實現飼草優質高產的重要農藝措施。學者利用刈割手段，展開留茬高度對苜蓿[16-17]、油莎豆（Cyperusesculentus）[18]、高丹草（Sorghumbicolor×S.sudanense）[19-20]、小葉錦雞兒（CaraganamicrophyllaLam.）[21-22]、大針茅（Stipagrandis）[23-25]等飼用作物的研究。與傳統牧草相比，新型木本飼料作物飼料桑的刈割研究比較粗淺。耿兵等[26]對一年生雜交桑進行了5cm 和10cm 兩種不同高度的平茬試驗，發現留茬5cm 的桑樹葉片數、枝條數、葉片重、桿重和總鮮重高于10cm 組，葉片和枝條含水率低于10cm 組;張鐘強等[27]對榆林市榆陽區沙地桑樸子和黃土丘陵坡地生態桑進行無干式栽培桑條刈割收獲試驗，發現刈割的沙地桑樸子和旱坡地桑全年枝葉總產量提高40.84% 和36.33%。因此，本試驗設置5個留茬高度及對照組，研究留茬高度對陜北采煤沉陷區飼料桑生長特性的影響，明確不同留茬高度下飼料桑生長性狀和生產性能的差異，探索適宜其生產的留茬高度，提升飼料桑的生產潛能，從而為陜北采煤深陷區飼料桑生產實踐提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地位于在榆林市榆陽區金雞灘鎮（海拔1280m，東經109°85'6″，北緯38°56'1″），地處毛烏素沙漠南緣，屬半干旱大陸性季風氣候，光照充足，溫差大，氣候干燥，年平均氣溫8.3℃，無霜期為150d，≥10℃的有效積溫為2800℃，日照時長2880h，雨熱同季，年平均降雨量410mm。土壤質地為沙土，土壤pH值為7.8，土壤容重為1.37g·cm-3，土壤有機質含量為4.25g·kg-1，速效鉀含量為67.4mg·kg-1，有效磷含量為5.8mg·kg-1，堿解氮含量為14.12mg·kg-1，銨態氮含量為5.7mg·kg-1。

1.2 試驗設計

本試驗材料為飼料桑品種‘豐馳2號’，2020年秋季在溫室大棚育苗，2021年5月份選取大小基本一致的桑苗進行人工移栽，種植深度15～18cm，寬窄行種植，寬行80cm，窄行40cm，株距33cm，種植密度為50000株·hm-2。2021年10月20日挑選地勢平坦、飼料桑長勢均勻、雜草少的地塊為試驗地，進行不同高度的留茬處理。試驗采用單因素隨機區組設計，共設5個不同留茬高度分別為5cm（C5），10cm（C10），15cm（C15），20cm（C20），40cm（C40），以及留全株為對照組（CK），3次重復，共18個小區。相鄰小區間保護行為0.6m×20m，試驗小區面積為120m2（6m×20m），各試驗小區飼料桑管理模式與大田管理保持一致。

1.3 樣品采集與測定

刈割后于次年生長期在各個小區隨機選取5株長勢一致的飼料桑并做標記，使用卷尺分別測量第一茬和第二茬的株高、葉長、葉寬，重復測3次。同時根據公式計算單株葉面積，公式為單株葉面積=葉長×葉寬×0.76（校正系數）[28]，結果取平均值，并統計單株枝條數量。使用手持式SPAD-502葉綠素計和便攜式葉綠素熒光儀PAM-2500（WALZ，德國）測定各處理的葉片相對葉綠素含量（Soiland plantanalyzer develotrnent，SPAD）以及葉綠素熒光參數，主要包括PSII的實際光合效率（ActualphotosyntheticefficiencyofPSII，YII），PSII的最大光合效率（MaximumphotosyntheticefficiencyofPSII，Fv/Fm）、光化學熒光淬滅系數（Photochemicalquenchingcoefficient，qL）、非光化淬滅系數（Non-photochemicalquenchingcoefficient，NPQ）。使用LI-6400便攜式光合作用測定儀（LI-COR，Lincoln，USA）測定光合參數，主要包括凈光合速率（Netphotosyntheticrate，Pn）、蒸騰速率（Transpirationrate，Tr）、胞間CO2 濃度（Intercellularcarbondioxideconcentration，Ci）、氣孔導度（Stomatalconductance，Gs）。使用剪刀齊地面剪取地上單株樣品帶回實驗室測定莖、葉鮮重，同時計算莖葉比，莖葉比=莖的重量/葉重量×100%。在65℃條件下烘干至恒重稱取干重，兩茬具體取樣時間分別為2022年7月30日和2022年9月24日，兩茬取樣時平均株高分別為65cm 和70cm;兩茬數據測定后，使用鐵鍬完整挖出單株根系，清水洗凈晾干后稱取根系鮮重，并在65℃條件下烘干至恒重稱取根系干重。

1.4 數據統計與分析

使用Excel2018對數據進行整理和處理;采用SPSS23.0 軟件對數據進行單因素方差分析，用Duncan法分析處理間的差異顯著性，差異顯著水平是0.05;采用Origin21.0軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 不同留茬高度對飼料桑農藝性狀的影響

由表1可知，不同留茬高度對飼料桑兩茬的農藝性狀有不同程度的影響。在第一茬中，C20葉寬、葉長、葉面積、株高等指標均最大，C15次之，但兩者差異不顯著;其中C20的葉長、葉面積、株高均與CK差異顯著（Plt;0.05）。C15枝條數最多，較CK 提高了31.1%，C20次之，差異均顯著（Plt;0.05）;在第二茬中，C15葉長、葉面積最大，C20次之，均與CK差異顯著（Plt;0.05）;C20葉寬、株高等指標最大，C15次之，其中葉寬與CK差異不顯著，株高均與CK差異顯著（Plt;0.05）;同時，C15和C20枝條數相同，較CK 均提高了54.5%，差異顯著（Plt;0.05）。

2.2 不同留茬高度對飼料桑SPAD 值和葉綠素熒光參數的影響

由表2可知，各留茬處理下飼料桑的SPAD值和葉綠素熒光參數均不同。C15 的葉綠素相對含量、實際光合效率、光化學熒光淬滅系數均最大，其中葉綠素相對含量、實際光合效率均與CK 差異顯著（P lt;0.05）。C20 的最大光合效率、非光化淬滅系數最高，但與CK 差異不顯著。

2.3 不同留茬高度對飼料桑光合特性的影響

由表3可知，C5的凈光合速率最高，C40次之，均與CK差異不顯著;C10的胞間CO2 濃度、氣孔導度最高，其中胞間CO2 濃度與CK差異顯著（Plt;0.05），氣孔導度與CK差異不顯著;C15的蒸騰速率最高，較CK提高了30.4%，C10次之，均與CK差異不顯著。

2.4 不同留茬高度對飼料桑生物量的影響

由圖1和圖2可知，留茬高度對飼料桑單株生物量有顯著影響（Plt;0.05），隨著留茬高度的增加，飼料桑的單株鮮干重均呈先增加后降低的變化趨勢，且各處理的單株鮮干重由高到低排序一致為C15gt;C20gt;C10gt;C5gt;C40gt;CK。其中，兩茬葉鮮重排序為C15gt;C10gt;C20gt;C5gt;C40gt;CK，C15與CK差異顯著（Plt;0.05），其他處理與CK不顯著;兩茬葉干重排序為C15gt;C20gt;C10gt;C5gt;C40gt;CK，C15與CK 差異顯著（Plt;0.05），其他處理與CK不顯著;兩茬莖鮮重、根鮮重排序一致為C20gt;C15gt;C10gt;C5gt;CKgt;C40，C20與CK差異顯著（Plt;0.05），其他處理與CK不顯著;兩茬莖干重排序為C15gt;C10gt;C20gt;C5gt;CKgt;C40，各處理差異不顯著;根干重排序為C20gt;C10gt;C15gt;C5gt;CKgt;C40，C10，C15，C20與CK差異顯著（Plt;0.05），其他處理與CK差異不顯著。同時，各處理下飼料桑莖葉比有所變化，年度莖葉比平均值最小的為C15，且C15的總鮮重、總干重較CK分別提高了37.4%和40.2%，生產性能最優;C20兩茬莖鮮重及根干鮮重高于其他處理。

2.5 灰色關聯度分析

由表4可知，通過對不同留茬高度飼料桑生長性狀和生產性能進行灰色關聯度數據分析，得出等權關聯度及加權關聯度的排序均為C15gt;C20gt;C10gt;C40gt;C5gt;CK，表明在留茬高度為離地面15cm 時，飼料桑的綜合生長指標最好。

3 討論

3.1 不同留茬高度對飼料桑農藝性狀的影響

牧草的葉寬、葉長、葉面積、株高、枝條數、葉鮮重和莖鮮重等農藝性狀指標可直觀反映植物生長情況，有效衡量植物體生長適應性[29]。不同留茬高度對植物的農藝性狀會產生不同程度的影響。本研究發現，當留茬高度為15cm和20cm時，飼料桑的生長性狀優于其它留茬高度，說明適宜的留茬高度會對飼料桑農藝性狀產生顯著影響（Plt;0.05），輕度刈割時有助于促進飼料桑生長發育，這與王小萍等[30]研究結果相似。此外，本研究發現隨著飼料桑生長指標的提高，其枝葉產量也隨之提高，唐燕梅等[31]針對桑樹的農藝性狀與產葉量的相關性分析，發現隨著農藝性狀指標值的提高，產葉量亦增加，這與本研究結論一致。

3.2 不同留茬高度對飼料桑SPAD 值和葉綠素熒光參數的影響

植物葉片營養元素狀況與光譜特性密切相關[32]，植物通過光合作用實現物質的能量轉化，葉片是植物進行光合作用的重要器官，葉綠素含量能客觀反映植物體的光合能力，有效鑒別植物體生長狀況[33-34]。葉綠素相對含量（SPAD）表征植物葉片綠色程度，與葉綠素含量呈顯著正相關相關[35]。本研究發現C15的SPAD值最高，與邱長玉等[36]認為SPAD值可作為桑樹葉質評價和良種選育的參考指標的結論一致。

3.3 不同留茬高度對飼料桑光合特性的影響

植物生長代謝的基礎是進行光合作用，刈割后的植物能夠通過光合作用再次積累有機物質，從而促進植物再生生長[37]。有關不同留茬高度對沙冬青（Ammopiptanthusmongolicus）[38]和四合木（Tetraenamongolica）[39]生長以及生理特性影響的研究結果表明：適宜的留茬高度對提高光合速率和水分利用效率有明顯作用，還能提高潛在生產力。楊丹怡等[40]發現，隨著留茬高度的降低，鳳丹（PaeoniaostiiT.Hongamp;J.X.Zhang）葉片的光合作用參數均呈逐漸增加的趨勢，且明顯高于對照未平茬處理組。本研究中也發現各處理的光合速率較對照組處理均有不同程度的增加，不同留茬處理均能影響飼料桑光合系統的運行。

3.4 不同留茬高度對飼料桑生產性能的影響

植物的生產性能是刈割后植物生長情況的直觀體現，同時也是反映植物抗逆性和修復能力的重要指標[41]。張鐘強等[27]對榆林市榆陽區沙地桑樸子和生態桑進行刈割試驗，發現刈割的沙地桑樸子和旱坡地桑全年枝葉總產量提高40.84%，36.33%。由此可見，適宜的留茬高度可以提高其產量。本研究發現，飼料桑產量大小隨留茬高度上升呈先增加后減少的變化趨勢。C15單株鮮干重CK 分別提高37.4%和40.2%，飼料桑長勢較好，生產性能優于其他處理。C40地上產量未受到明顯影響，但地下生物量相較于CK 卻出現較小的下降趨勢，其原因可能是在C40處理下，物質生產和積累等代謝機能比較旺盛，地上資源卻減少，使留茬飼料桑葉片光合速率減弱，因此，植物整體儲存的營養物質會增加對地上的分配比率，逐漸提高光合器官的生物量[42]。相關研究表明，植物根系生長也會一定程度上受到植物葉片光合作用的限制，當刈割高度降低時，植物基部葉片被除去，降低了其總光合作用，從而影響了地下部分營養積累和再生[43]，而且刈割高度越低，植株的再生能力會越弱，牧草向地下分配的資源會增加[44]。本研究發現15cm 為最佳，隨著留茬高度的降低，地上生物量減小，這與前人研究一致;但并不是留茬越低的地下生物量越大，可能是植物生長的差異或采樣誤差造成，有待進一步研究。

4 結論

不同留茬高度對飼料桑的葉寬、葉長、葉面積、株高和枝條數等農藝性狀均有不同程度的影響，總體表現為隨著留茬高度的增加，飼料桑的單株鮮干重均呈先促進后抑制的特征;留茬高度對飼料桑的SPAD值和葉綠素熒光參數以及桑葉片光合特性均不同;留茬高度對飼料桑單株生物量有顯著影響，隨著留茬高度的增加，飼料桑的單株鮮干重均呈先增加后降低的變化趨勢，且各處理的單株鮮干重由高到低排序一致為C15gt;C20gt;C10gt;C5gt;C40gt;CK。結果表明陜北采煤沉陷區飼料桑留茬高度10～20cm，綜合生產性能較好，其中15cm為最佳，推薦為最適留茬高度。