種植密度對糜子不同生育時期飼料品質(zhì)的影響

黨 科，呂思明，宮香偉，趙 冠，靳 飛，張裕川，田禮欣，馮佰利

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實驗室/農(nóng)業(yè)部作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制陜西科學(xué)觀測試驗站，陜西楊凌 712100)

糜子(PanicummiliaceumL.)是起源于中國的古老農(nóng)作物，具有耐旱、耐瘠薄、生育期短等特性，是中國長城沿線風(fēng)沙區(qū)主要栽培作物，在作物布局及糧食安全問題上占有重要地位，黃土塬區(qū)較弱的生態(tài)環(huán)境和土壤肥力使糜子具有獨(dú)特的地區(qū)和生產(chǎn)優(yōu)勢[1-2]。籽粒脫殼后稱為黃米或糜米，有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值，莖稈葉穗稱為糜草。近年來，隨著人們生活質(zhì)量的提高和消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，畜產(chǎn)品的需求日益增多，草食畜牧業(yè)發(fā)展迅速，農(nóng)牧結(jié)合生產(chǎn)區(qū)養(yǎng)殖數(shù)量大幅增加[3]。黃土塬區(qū)由于受地形和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式等因素影響，飼草資源一直是草食畜牧業(yè)發(fā)展的主要制約因素，加上近年來封山禁牧，生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度加大，草食畜飼料的開發(fā)和利用已成為目前半農(nóng)半牧經(jīng)濟(jì)區(qū)亟待解決的問題。

糧改飼是在中國畜牧業(yè)迅速發(fā)展背景下提出的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，能夠促進(jìn)糧食、經(jīng)濟(jì)作物、飼草三元種植結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)發(fā)展，在農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革中具有顯著作用，是畜牧業(yè)長期發(fā)展的重要保障，具有廣闊的應(yīng)用前景[4-5]。禾谷類作物大都具備糧飼兼用的特點(diǎn)，是糧改飼的理想作物，根據(jù)不同地區(qū)環(huán)境條件及草食牲畜屬性，因地制宜選擇適宜的青綠飼料是推行糧改飼和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵[6]。糜子是黃土塬區(qū)抗災(zāi)保收的主要作物，農(nóng)戶有將其秸稈作為牲畜飼料的習(xí)慣，因此可作為草食畜的飼料來源。楊天育等[7]、康健等[8]通過對黃土高原丘陵溝壑區(qū)作物秸稈進(jìn)行營養(yǎng)價值評定，表明糜子成熟后的秸稈品質(zhì)優(yōu)于其他當(dāng)?shù)胤N植的其他禾本科和豆科作物，更有利于該地區(qū)農(nóng)畜牧業(yè)發(fā)展。目前，國內(nèi)外對于糜子的研究報道較多，主要集中在遺傳育種[9-10]、栽培種植方式[11-13]、生長發(fā)育和品質(zhì)[14-16]等方面。種植密度通過構(gòu)建不同的群體生長環(huán)境影響作物對光照、溫度、水分及土壤等資源的吸收利用，進(jìn)而影響植株干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成，不同種植地區(qū)、不同栽培措施及不同品種的適宜種植密度不同[17-19]，Subrahmanya等[20]研究表明種植密度對飼用作物的營養(yǎng)品質(zhì)也存在顯著影響，但關(guān)于密度對糜子生長過程中營養(yǎng)品質(zhì)的影響報道較少，因此，本研究從糜子生長過程中較為關(guān)鍵的5個生育時期營養(yǎng)成分變化出發(fā)，分析種植密度對糜子粗飼料產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響，并通過粗飼料品質(zhì)評定指數(shù)飼料相對值(RFV)和粗飼料品質(zhì)分級指數(shù)(GI)進(jìn)行品質(zhì)評定，探討合理的種植密度和適宜的刈割時期，進(jìn)一步提高飼草糜子產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)，以期促進(jìn)糜子資源多功能開發(fā)利用，為黃土塬區(qū)種植密度與畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展相結(jié)合提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

試驗于2019年在位于陜西省榆林市 (37°56′26″N，109°21′46″E，海拔1 120 m)的小雜糧綜合試驗示范站進(jìn)行，試驗地屬于干旱半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量400 mm左右，61%左右的降雨集中分布在7—9月，年平均氣溫為11.0 ℃，最高氣溫36.3 ℃，最低氣溫 -25.7 ℃，無霜期145 d。試驗地屬于典型的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，土壤為黃綿土，地勢平坦、肥力均勻，試驗前耕層(0～20 cm)土壤養(yǎng)分狀況：有機(jī)質(zhì)4.8 g·kg-1，全氮0.31 g·kg-1，速效磷32.7 mg·kg-1，速效鉀72.0 mg·kg-1，pH為8.27。

1.2 試驗設(shè)計

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計試驗，5個密度，4次重復(fù)。在常規(guī)密度60萬株·hm-2(600 k)的基礎(chǔ)上增設(shè)密度，除常規(guī)密度外，其余4個密度分別為90萬株·hm-2(900 k)、120萬株·hm-2(1 200 k)、150萬株·hm-2(1 500 k)和180萬株·hm-2(1 800 k)。糜子行距33 cm，小區(qū)行長5 m，寬 4 m。試驗田撒施N肥120 kg·hm-2、P2O590 kg·hm-2和K2O 75 kg·hm-2作為基肥，后期未進(jìn)行追肥處理。6月10日進(jìn)行播種，采用條播，于三葉期進(jìn)行間苗、定苗，各密度生育時期見表1。種植品種為當(dāng)?shù)刂髟悦幼?PanicummiliaceumL.)品種‘陜糜2號’(Shanmi 2)，按照國家糜子品種區(qū)域試驗要求進(jìn)行田間管理。

表1 不同種植密度下糜子生育時期記載Table 1 Phenological phase of proso millet under different planting densities

1.3 測定項目與方法

1.3.1 干物質(zhì)產(chǎn)量 在糜子拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期和成熟期，各小區(qū)隨機(jī)選取1 m2，全部從莖基部2 cm處割下，并從中選擇生長一致且有代表性的植株10株，將植株置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后于80 ℃烘至恒質(zhì)量，用 1/1 000電子天平稱其干質(zhì)量，計算干物質(zhì)產(chǎn)量，并將植株粉碎過1 mm篩裝袋備用。

1.3.2 營養(yǎng)養(yǎng)分含量 粗蛋白(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、粗纖維(crude fiber，CF)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、粗灰分(crude ash，Ash)、鈣(Ca)和磷(P)含量均參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》進(jìn)行[21]。

1.3.3 品質(zhì)評定指數(shù) 目前常用的粗飼料品質(zhì)評定指數(shù)有飼料相對值(relative feed value，RFV)和粗飼料品質(zhì)分級指數(shù)(grading index，GI)，其計算公式如下：

RFV(%)=DMI(%BW)×DDM(%DM)/1.29

(1)

DMI(%BW)=120/NDF(%DM)

(2)

DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)

(3)

式中：DMI為干物質(zhì)隨意采食量，單位為占體重的百分比即%BW；DDM為可消化干物質(zhì)含量，單位為占干物質(zhì)的百分比即%DM；1.29是盛花期苜蓿(Medicago sativa)的DMI×DDM值，目的是使盛花期苜蓿的 RFV值為100；NDF為中性洗滌纖維含量，單位為%DM；ADF為酸性洗滌纖維含量，單位為%DM。

GI(MJ)=ME×DMI×CP/NDF

(4)

ME=4.2014+0.0236×ADF+0.1794×CP

(5)

式中：ME為粗飼料代謝能，單位為MJ/kg；CP為粗蛋白含量，單位為g/kg；NDF為中性洗滌纖維含量，單位為%DM；ADF為酸性洗滌纖維含量，單位為%DM。

參照張吉鹍等[22]和其其格等[23]的方法進(jìn)行分級。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)、分析和圖表制作，SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，用最小顯著極差法在P=0.05水平下進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植密度對糜子干物質(zhì)產(chǎn)量的影響

圖1可以看出，隨生育時期推進(jìn)，糜子干物質(zhì)產(chǎn)量逐漸增加，在成熟期達(dá)到最大，但隨種植密度增大，干物質(zhì)產(chǎn)量先增加后降低。拔節(jié)期、抽穗期和開花期，120萬株·hm-2處理下干物質(zhì)產(chǎn)量最高，與60萬株·hm-2差異達(dá)到顯著水平，與150萬株·hm-2處理差異不顯著(P<0.05)；灌漿期和成熟期，90萬株·hm-2處理下干物質(zhì)產(chǎn)量最高，與60萬株·hm-2處理差異顯著，但與120 萬株·hm-2、150萬株·hm-2和180 萬株·hm-2處理差異不顯著(P<0.05)。

2.2 不同種植密度對糜子粗蛋白含量的影響

圖2可以看出，隨生育時期推進(jìn)，60 萬株·hm-2、90萬株·hm-2、120萬株·hm-2和180萬株·hm-2處理下CP含量均表現(xiàn)為降低-升高-降低的趨勢，150萬株·hm-2處理下則在灌漿期到成熟期CP含量又有所升高。種植密度對糜子CP含量存在顯著影響(P<0.05)。各密度處理均在拔節(jié)期CP含量最高，拔節(jié)期CP含量隨種植密度增加而增加，成熟期在150 萬株·hm-2處理下CP含量最高，與其他處理差異顯著(P< 0.05)。

2.3 不同種植密度對糜子粗脂肪含量的影響

圖3可見，各種植密度下，不同生育時期糜子EE含量不同，在60萬株·hm-2、90萬株·hm-2和180萬株·hm-2處理下隨生育時期變化EE含量表現(xiàn)為先降低后升高再降低的趨勢，120萬株·hm-2處理下先降低后升高，150萬 株·hm-2處理下則表現(xiàn)為先降低再升高后降低再升高的趨勢，但同一種植密度下EE含量在均在拔節(jié)期最大，該時期在120萬株·hm-2處理與其他密度處理差異也達(dá)到顯著水平(P< 0.05)。種植密度對各時期EE含量均存在顯著影響(P<0.05)，抽穗期EE含量隨種植密度增加而降低。

2.4 不同種植密度對糜子纖維含量的影響

表2可以看出，從拔節(jié)期到成熟期，90萬 株·hm-2、120萬株·hm-2、180萬株·hm-2處理下CF、NDF和ADF含量均呈升高-降低-升高的趨勢；60萬株·hm-2處理下CF和ADF含量均表現(xiàn)為先升高后降低，NDF含量表現(xiàn)為升高-降低-升高-降低的趨勢；150萬株·hm-2處理下CF和NDF含量表現(xiàn)為升高-降低-升高-降低，ADF含量則表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。種植密度對糜子CF、NDF和ADF含量存在顯著影響(P<0.05)。各密度處理下CF含量均在拔節(jié)期最小，CF含量120萬株·hm-2處理下最小，與90 萬株·hm-2、180萬株·hm-2達(dá)到顯著水平(P<0.05)；ADF含量在150萬株·hm-2處理下拔節(jié)期時最小。抽穗之后CF、NDF和ADF含量有所增加。此外，成熟期150萬株·hm-2處理下CF、NDF和ADF含量均低于其他處理，除了CF含量與60萬株·hm-2處理下差異不顯著外，與其他處理差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

表2 不同種植密度下糜子各生育時期纖維含量Table 2 Fiber of proso millet at phenological phase under different planting densities

2.5 不同種植密度對糜子粗灰分含量的影響

如圖4所示，各種植密度下，拔節(jié)期Ash含量最高，生育中期有所降低，到成熟期，各密度下Ash含量較灌漿期有所增加。不同生育時期隨密度增加Ash含量變化不一致，拔節(jié)期在60 萬株·hm-2處理下含量最低，而抽穗期、開花期、灌漿期和成熟期分別在120萬株·hm-2、150萬株·hm-2、90萬株·hm-2和150萬株·hm-2處理下含量最低，與其他密度差異均顯著(P<0.05)。

2.6 不同種植密度對糜子鈣和磷含量的影響

圖5-A可以看出，各種植密度下，拔節(jié)期鈣含量最高，在生育中期，鈣含量有所降低，但從灌漿期到成熟期又有所升高。種植密度對糜子鈣含量存在顯著影響，拔節(jié)期各密度處理間差異顯著(P<0.05)，120萬株·hm-2處理下鈣含量最大，成熟期180萬株·hm-2處理顯著高于其他處理(P<0.05)。

圖5-B可見，與鈣含量表現(xiàn)相同，各密度處理均在拔節(jié)期磷含量最高。糜子抽穗后，磷含量隨較拔節(jié)期有所降低，但灌漿期到成熟期，除了60萬株·hm-2和150萬株·hm-2處理外，其余各處理均沒有顯著增加(P<0.05)。此外，從拔節(jié)期到開花期，60萬株·hm-2處理下磷含量顯著高于其他密度，但到生殖生長期后，灌漿期90 萬株·hm-2、120萬株·hm-2和180 萬株·hm-2處理下磷含量最大，與其他處理差異顯著(P< 0.05)。成熟期磷含量在150 萬株·hm-2處理下與其他密度處理差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

2.7 不同種植密度下糜子不同生育時期品質(zhì)評價

通過對各種植密度下各生育時期糜子品質(zhì)進(jìn)行RFV和GI品質(zhì)評價(表3)，可以看出拔節(jié)期各密度處理RFV均表現(xiàn)為3級，抽穗期和開花期RFV等級下降，均表現(xiàn)為4級和5級；灌漿期除了60萬株·hm-2表現(xiàn)為5級外，其余各處理均表現(xiàn)為3級；到成熟期，150萬株·hm-2處理下RFV為2級，為各處理最高等級，60萬株·hm-2處理下為3級，90萬株·hm-2、120萬株·hm-2和180萬株·hm-2則為5級。各密度處理GI均在拔節(jié)期最大，且GI分級均為1級，說明該時期糜子品質(zhì)表現(xiàn)最好；從抽穗期到灌漿期各密度處理GI均為12.71～20.39 MJ，GI分級均為2級和3級；到成熟期，各密度處理下150 萬株·hm-2的GI最高，為20.38 MJ，分級為2級，其他處理GI均為6.46～10.12 MJ，GI分級均為4級。

表3 不同種植密度下糜子各生育時期品質(zhì)評價Table 3 Quality evaluation of proso millet at phenological phase under different planting densities

3 討 論

3.1 種植密度對糜子干物質(zhì)產(chǎn)量和各營養(yǎng)養(yǎng)分含量的影響

種植密度、收獲時期等栽培措施對于飼用作物干物質(zhì)產(chǎn)量、營養(yǎng)成分含量和飼料品質(zhì)等均有一定的影響[24-25]。適當(dāng)增加密度可以增加作物單位面積株數(shù)，有利于飼料生產(chǎn)。林志玲等[26]、胡文河等[27]研究表明飼用燕麥(AvenaL.)、玉米(ZeamaysL.)干物質(zhì)產(chǎn)量隨種植密度增加表現(xiàn)為先增加后降低的變化趨勢，Ahmad等[28]研究表明苜蓿在高種植密度處理下的干物質(zhì)產(chǎn)量顯著大于低密度處理。本研究中糜子各生育時期干物質(zhì)產(chǎn)量隨種植密度的變化趨勢與之相似，拔節(jié)期、抽穗期和開花期，120萬株·hm-2處理下干物質(zhì)產(chǎn)量最高；灌漿期和成熟期，90萬株·hm-2處理下干物質(zhì)產(chǎn)量最高，可見，較高的密度有利于糜子干物質(zhì)生產(chǎn)，密度過大干物質(zhì)產(chǎn)量降低，高密度條件下植株個體獲得的水肥等養(yǎng)分供應(yīng)不足，使干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和積累受到一定程度限制[27]，但張吉旺等[29]表明玉米群體干物質(zhì)產(chǎn)量隨種植密度增加而增加，這應(yīng)該與作物本身的耐密性和密度設(shè)置有關(guān)。

CP和EE是飼料品質(zhì)的重要組成部分，是反映其營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)[8]。前人研究表明全株玉米CP含量隨種植密度增加變化不顯著，EE含量有所降低[29]。王紅林等[30]發(fā)現(xiàn)，飼料桑(MorusalbaL.)隨種植密度增加其CP和EE含量先升高后降低。何振富等[31]表明，光敏型高丹草(Sorghumbicolor×S.sudanense)CP含量隨種植密度和生育期延長呈逐漸下降的趨勢，不同試驗材料CP和EE含量對密度變化的響應(yīng)趨勢并不一致。本研究結(jié)果表明，隨生育期延長，糜子CP 含量基本呈下降趨勢，這與何振富等[31]的研究結(jié)果相似，EE含量整體表現(xiàn)為先降低后升高的趨勢，但隨種植密度增加，不同生育時期糜子CP和EE含量均存在差異，除了拔節(jié)期CP含量隨種植密度增加而增加和抽穗期EE含量隨種植密度增加而降低以外，其他生育時期CP和EE含量并不表現(xiàn)出與種植密度相同或相反的趨勢，這可能是由于不同密度和不同生育時期下作物群體生長環(huán)境不同，對于光、溫、水等資源的利用存在差異，導(dǎo)致體內(nèi)蛋白和脂肪的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)不同[32-33]。飼料中CF和Ash含量會影響適口性，還會影響牲畜的采食和消化，NDF和ADF含量也是評價飼料品質(zhì)的重要指標(biāo)，其含量越高，品質(zhì)越差[8,34]。研究表明青貯玉米NDF和ADF含量隨密度增加而增加[35]，全株玉米成熟期Ash含量顯著降低[29]，飼料桑在豐產(chǎn)期NDF、ADF和Ash含量均隨種植密度呈顯著增加的趨勢[30]。本研究中，各生育時期糜子CF、NDF和ADF含量隨密度增加變化表現(xiàn)不一致，但各密度處理下CF含量均在拔節(jié)期最小，抽穗之后CF、NDF和ADF含量有所增加，分析原因主要是隨糜子成熟，結(jié)構(gòu)性碳水化合物和木質(zhì)素含量增加，木質(zhì)化程度增加[36]；Ash含量在拔節(jié)期和開花期表現(xiàn)出升高-降低-升高的趨勢，這與前人在其他作物上的研究存在差異[27,35]，可能與試驗材料和密度設(shè)計有關(guān)。此外，種植密度對各生育時期鈣和磷含量均有顯著影響，各密度處理均在拔節(jié)期含量最高，隨密度增加表現(xiàn)為先降低后升高再降低的趨勢，鈣磷含量的增加有利于牲畜骨骼的生長[37]，可見，適宜增加密度可增加生育前期鈣磷含量。綜合各營養(yǎng)養(yǎng)分指標(biāo)來看，各密度處理均在拔節(jié)期營養(yǎng)品質(zhì)最好，且適宜增加密度有利于該時期CP、EE、鈣含量的增加和CF、NDF、ADF含量的減少，該時期120萬株·hm-2和150萬株·hm-2處理下品質(zhì)相對較好，說明該種植密度下飼料糜子的適口性增加，從而促進(jìn)食草畜對其的采食和消化。總體來看，適宜增加糜子種植密度對植株營養(yǎng)養(yǎng)分的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)有一定的促進(jìn)作用，有助于品質(zhì)提高，這與胡文河等[27]和喬雪峰等[38]在青貯玉米上的研究相似，但密度過大容易導(dǎo)致冠層郁閉，光合速率降低，根系氮素的吸收和同化受到限制，使產(chǎn)量和品質(zhì)降低[39-40]。

3.2 不同種植密度下糜子粗飼料不同生育時期品質(zhì)評定

RFV指相對一特定標(biāo)準(zhǔn)粗飼料(盛花期苜蓿)，某種粗飼料可消化干物質(zhì)的采食量。RFV值越高，說明飼料營養(yǎng)價值越高，其值大于100，整體營養(yǎng)價值較好[22,41]。GI是在RFV評定的基礎(chǔ)上，引入了CP，其值含量越高，飼料品質(zhì)越好，其值可以確定牧草的最佳刈割時期[42]。飼草用途不同，刈割時期也不同，王增遠(yuǎn)等[43]研究表明小黑麥(TriticosecaleWittmack)用于加工優(yōu)質(zhì)草粉或者直接飼喂牛羊，可在拔節(jié)期進(jìn)行多次收割，而生育后期干物質(zhì)產(chǎn)量較大，籽?？杉Z用或者曬制干草作為精飼料。本研究中綜合RFV和GI值以及對應(yīng)的分級來看，拔節(jié)期各密度處理RFV均表現(xiàn)為3級，GI均表現(xiàn)為1級，可見該時期飼料糜子品質(zhì)最好，因此糜子飼草最佳刈割期為拔節(jié)期，可進(jìn)行多次刈割直接飼喂或者作為優(yōu)質(zhì)草粉的加工原料，結(jié)合營養(yǎng)養(yǎng)分含量，120 萬株·hm-2和150萬株·hm-2處理下各營養(yǎng)養(yǎng)分表現(xiàn)較好，且RFV和GI值分別為97.38%、 99.85%和44.12 MJ、44.70 MJ，說明該密度下整體營養(yǎng)價值較好，適合作為高品質(zhì)糜子飼草的種植密度。若作干草飼料，產(chǎn)量和品質(zhì)綜合考慮，150萬株·hm-2處理下成熟期RFV和GI值較高，NDF和ADF顯著低于其他處理，可作為干草飼料糜子適宜種植密度。成熟期180 萬株·hm-2等處理下RFV和GI分級分別為5級和4級，營養(yǎng)養(yǎng)分含量也相對較低，說明密度過高群體內(nèi)競爭較大，環(huán)境資源分配不均，且容易造成倒伏，使品質(zhì)變差[26,30]。此外，不同年際間溫度、降雨量等環(huán)境條件存在差異，年際間的重復(fù)試驗有待于進(jìn)一步探討。飼料品質(zhì)的高低不能單獨(dú)以某一種營養(yǎng)成分的含量來確定，應(yīng)通過多種營養(yǎng)養(yǎng)分含量的測定，結(jié)合RFV和GI等評價指數(shù)，從而確定飼料糜子較為適宜的種植密度。

4 結(jié) 論

拔節(jié)期CP、EE、鈣和磷含量均高于其他生育時期，CF、NDF和ADF含量較低，RFV和GI分級高，是高品質(zhì)糜子飼草最佳的刈割時期，該時期120萬～150萬株·hm-2密度處理營養(yǎng)品質(zhì)和干物質(zhì)產(chǎn)量表現(xiàn)相對較好，為適宜種植密度；綜合考慮產(chǎn)量與品質(zhì)因素，成熟期150萬株·hm-2處理下CP、EE和磷含量顯著高于其他密度處理，NDF、ADF和Ash含量顯著低于其他密度處理，RFV和GI分級均為2級，且可獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量，是糜子干草飼料適宜種植密度。