李華雄,蔣維明,吳子周,李影正,程明軍,4,楊世鵬,5,孫汝龍,嚴旭,6,張紅芬,楊敏,榮廷昭,周樹峰,吳元奇,曹墨菊,唐祈林*
(1.四川農(nóng)業(yè)大學玉米研究所,四川 溫江611130;2.四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學院,四川 內(nèi)江 641000;3.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院,四川 溫江 611130;4.四川省草原工作總站,四川 成都 610041;5.四川省自貢市農(nóng)業(yè)科學研究所,四川 自貢 643000;6.四川省農(nóng)業(yè)科學院蠶業(yè)研究所,四川 南充 637000;7.石林縣長湖鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務中心,云南 昆明 652203)
飼草生產(chǎn)受到氣候、土壤特別是種植密度、施肥和刈割時期等諸多管理制度的影響[1-3]。其中,生長動態(tài)研究是對飼草飼用性狀增長現(xiàn)象的動態(tài)描述[4-5],通過構建飼草的生長動態(tài),能較好地確定最佳刈割期[5-8]。趙雅姣等[6]對飼草型小黑麥(Secalesylvestre, 2n=56)生長動態(tài)研究發(fā)現(xiàn),為獲得較高的經(jīng)濟效率,應選擇乳熟期刈割;而要得到最佳利用率,應選擇抽穗期刈割。劉建寧等[7]對高丹草(Sorghumbybridsudangrass, 2n=20)研究表明,作為青飼料利用時拔節(jié)末期收割最佳,加工調(diào)制青貯飼料或干草時抽穗期收割最佳。任勇等[8]對飼草玉米(Zeamays, 2n=20,玉草1號)生長動態(tài)綜合分析表明,要獲得較高干物質(zhì)產(chǎn)量和營養(yǎng)價值,在抽雄始期收割最佳。因此,對新型飼草的生長動態(tài)研究,不僅是對其高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的時期、性能等進行了解,更是制定飼草生產(chǎn)管理制度的關鍵。
玉草5號(Tripsazeacreammaize,2n=58,原名玉淇淋58,MTPP-58)是一種新型的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多年生飼草,是以玉米(Zeamays, 2n=20)及其近緣種屬物種指狀摩擦禾(Tripsacumdactyloides, 2n=72)和四倍體多年生大芻草(Zeaperennis, 2n=40)為材料,采用多物種雜交與多倍體合成的方法選育而成[9-10]。玉草5號聚合了玉米、大芻草和摩擦禾三親本的遺傳物質(zhì)[9-10],在抗逆性和生產(chǎn)性能等多方面均表現(xiàn)出優(yōu)良特性,具有根系發(fā)達、生長繁茂、分蘗多、抗寒性強、品質(zhì)優(yōu)良、生產(chǎn)性能優(yōu)和多年生等優(yōu)良特征特性[10-12],這些特性在多年生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有極高的應用價值。 但是,前期僅對玉草5號的遺傳組成、飼草產(chǎn)量、越冬性、繁殖特性、栽培方法以及刈割高度進行了一些研究[2-4],缺乏對其飼用性狀的生長動態(tài)與適宜刈割時期的系統(tǒng)研究。本研究旨在通過對玉草5號的株高、分蘗、飼草產(chǎn)量、莖葉比、水分含量和品質(zhì)等飼用性狀的生長動態(tài)進行系統(tǒng)研究并開展多點生產(chǎn)示范,了解其最佳刈割時期和生產(chǎn)潛力,以期為玉草5號大面積種植推廣利用提供技術支撐。
1.1.1玉草5號生長動態(tài)及刈割期 試驗地位于四川農(nóng)業(yè)大學溫江校區(qū)實驗農(nóng)場,地處北緯30°41′、東經(jīng)103°49′,海拔530 m。歷年平均氣溫15.9 ℃,極端高溫37.7 ℃,極端低溫-5.1 ℃,平均降水量966.1 mm,無霜期282 d。試驗田土壤為砂壤土,土壤含全氮1.63 g·kg-1,全磷0.23 g·kg-1,全鉀14.42 g·kg-1,有機質(zhì)25.41 g·kg-1。玉草5號種苗為2011年安全越冬后返青的分蔸無性小苗,于2012年4月29日種植。
采用隨機區(qū)組設計,小區(qū)面積60 m2,小區(qū)長寬為6 m×10 m,單株栽植,株行距為1.0 m×1.2 m,密度為8340 株·hm-2,3次重復。自拔節(jié)始期(7月2日)起每隔10 d刈割測產(chǎn),刈割測產(chǎn)至衰老期。刈割測產(chǎn)同時,每小區(qū)隨機選取5株分為莖和葉,分別稱量鮮重,將稱量鮮重后的樣品置于105 ℃烘箱中殺青1 h,65 ℃烘干至恒重后稱量干重,粉碎過0.425 mm篩供營養(yǎng)成分分析用。
1.1.2玉草5號生產(chǎn)示范 生產(chǎn)示范于2013年分別在資陽市樂至縣龍門鄉(xiāng)、自貢市大安區(qū)廟壩鎮(zhèn)廟壩村和柑子村進行。用玉草5號越冬存活老蔸分株和莖扦插獲得種苗。樂至縣點4月22日種植,大安區(qū)兩點5月3日種植,各點試驗面積為0.4 hm2,種植密度為4500 株·hm-2。2013年8月20日對大安區(qū)兩點進行現(xiàn)場測定鮮草產(chǎn)量,次日測定樂至縣點;2014年,繼續(xù)對柑子村點再生玉草5號刈割3次測定產(chǎn)量,刈割日期依次為5月30日、7月21日和10月21日。
1.2.1物候期記載 種植后調(diào)查飼草生育期(分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽雄始期、吐絲期、散粉期和衰老期),各生育時期除抽雄始期(10%植株)以外均以50%植株進入該時期為準。
1.2.2植株性狀調(diào)查 自分蘗期(6月2日)起每隔10 d,隨機選取長勢一致的植株5株并掛牌,重復3次,測量掛牌植株株高(拉直植株,從植株根部到最高處的垂直高度)和分蘗數(shù)(計數(shù)出土5 cm以上的分蘗數(shù)),取平均值。
1.2.3營養(yǎng)成分測定 利用Proxima連續(xù)流動分析儀測定CP(crude protein, 粗蛋白)含量;AnkomXT15i全自動脂肪分析儀測定EE(ether extrac,脂肪)含量;AnkomA200i半自動纖維儀測定NDF(neutral detergent fiber,堿性洗滌纖維)和ADF(acid detergent fiber, 酸性洗滌纖維)含量;直接灰化法測定CA(crude ash,灰分)含量。
用SAS 9.2進行數(shù)據(jù)處理,作圖采用Excel 2007,建Logistic模型用DPS 7.05,相關顯著性檢驗采用F檢驗。
玉草5號物候期見表1。玉草5號在6月上旬開始分蘗,7月中旬拔節(jié),8月中旬孕穗,8月下旬抽雄,9月上旬散粉,9月中旬吐絲,10月上旬進入衰老期。
表1 玉草5號物候期Table 1 The phenological phase of Yucao No.5
2.2.1株高及其生長速度變化動態(tài) 株高生長規(guī)律符合Logistic生長模型(圖1a),其擬合方程為y=355.83/(1+e2.89-0.04x)。式中,y為株高(cm),x為種植天數(shù)(d),r=0.993**(P<0.01)。由圖1可知,在第45天以前增長緩慢;株高日平均增加0.96 cm;第45~65天增長最快,為3.17 cm;第65~75天略有減緩,為1.81 cm;長至第75~125天,株高增長再次加快,為2.98 cm。在種植后的第45天前為成苗期,玉草5號是多年生植株,多年生植物第一年生長前期由于要兼顧強化其根系生長,故前期地上部分生長比較緩慢,這個時期需要加強苗期管護,及時除雜草和少量施肥。在種植后的第45~125天的較長一段時期為營養(yǎng)體快速生長期,是營養(yǎng)體建成的關鍵時期,分蘗快速、生長較快,需加強高肥水管理。隨后,玉草5號由營養(yǎng)生長逐漸向生殖生長過渡,生長速率減慢。至第145天左右株高停止生長,進入生殖器官建成期,即吐絲-散粉期。
2.2.2分蘗生長變化動態(tài) 分蘗規(guī)律符合Logistic模型(圖2a),擬合方程為y=43.12/(1+e5.85-0.09x)。式中,y為分蘗數(shù),x為種植天數(shù),r=0.987*(P<0.05)。由圖2可知,從種植后第35天左右植株開始分蘗,第35~45天分蘗較快,日平均0.59個分蘗。之后10 d分蘗變緩,日平均分蘗數(shù)為0.14個。第55~85天分蘗明顯加快為分蘗盛期,日平均分蘗0.94個。第85~115天為分蘗末期,分蘗緩慢,日平均增加0.18個;此后分蘗數(shù)略有減少,原因在于分蘗增多,群體內(nèi)的資源競爭加劇影響存活率。因此,在種植后35 d前和分蘗期間分別施1~2次速效肥促進分蘗。
圖1 玉草5號株高及其增長速度變化Fig.1 Plant height and daily increase variation of Yucao No.5 a:株高變化動態(tài)The dynamics of plant height;b:株高日增長變化動態(tài)The dynamics of daily increase of plant height.
圖2 玉草5號分蘗數(shù)及其增長速度變化Fig.2 Tiller number and daily increase variations of Yucao No.5 a:分蘗數(shù)變化動態(tài)The dynamics of tiller number;b:日均分蘗數(shù)變化動態(tài)The dynamics of daily increase of tiller number.
2.3.1鮮草產(chǎn)量變化動態(tài) 鮮草產(chǎn)量變化規(guī)律符合Logistic生長模型(圖3),其擬合方程為y=96.14/(1+e9.19-0.10x)。式中,y為鮮草產(chǎn)量,x為種植天數(shù),r=0.989*(P<0.05)。隨著生育期延長,玉草5號鮮草產(chǎn)量不斷增加,從播種后第75~115天是鮮草產(chǎn)量的快速增長期,日平均增長量為1.870 t·hm-2·d-1。種植后第135天鮮草產(chǎn)量達到最高,為96.921 t·hm-2。
2.3.2干草產(chǎn)量變化動態(tài) 干草產(chǎn)量變化符合Logistic生長模型(圖4),其擬合方程為y=15.89/(1+e9.33-0.09x)。式中,y為干草產(chǎn)量,x為種植天數(shù),r=0.996**(P<0.01)。隨著生育期延長,玉草5號干草產(chǎn)量不斷增加,種植后第75~125天是干草產(chǎn)量的快速增長期;第105~115天增長最快,日平均增長量為0.331 t·hm-2·d-1;第165天達到最高,為15.748 t·hm-2。玉草5號干草產(chǎn)量比鮮草產(chǎn)量快速增長期滯后10 d,這是因為前期鮮草水分含量較高,導致鮮草產(chǎn)量較高而干草產(chǎn)量并未達到很高水平。
圖3 玉草5號鮮草產(chǎn)量及其組成變化動態(tài)Fig.3 The dynamics of fresh yield in leaf and stem of Yucao No.5
圖4 玉草5號干草產(chǎn)量及其組成變化動態(tài)Fig.4 The dynamics of dry matter yield in leaf and stem of Yucao No.5
2.3.3莖葉比變化動態(tài) 莖葉比變化符合Logistic模型(圖5),其擬合方程為y=1.65/(1+e5.03-0.04x)。式中:y為莖葉比,x為種植天數(shù),r=0.982*(P<0.05)。玉草5號播種后第125天前,莖葉比小于1,且莖葉比值變化緩慢;種植后第125~135天莖葉比經(jīng)歷了一個快速增長的過程,由0.73增至1.14;此后,莖葉比值在第135~155天緩慢增加,第155~165天又經(jīng)歷了較大的增加,由1.39增至1.73??梢?,在125天以前,葉對玉草5號草產(chǎn)量的貢獻更大;隨著生育期進一步延長(種植后第135天后),莖生長對玉草5號草產(chǎn)量增長的貢獻逐漸大于葉。
2.3.4水分含量變化動態(tài) 玉草5號莖、葉和全株水分含量總體呈現(xiàn)遞減趨勢,莖稈含水量高于同期葉片含水量(圖6)。葉水分含量在種植后第155~165天略有增加,原因在于植株受光周期誘導,莖節(jié)間著生許多鮮嫩的腋芽,又因雌穗敗育,進一步促使腋芽旺盛生長,故此段時期葉水分含量不降反增。全株含水量在75~125 d(抽雄始期)呈現(xiàn)急劇下降趨勢,抽雄始期后趨于穩(wěn)定(83.01%~84.67%)。結合玉草5號的鮮干草產(chǎn)量和營養(yǎng)價值產(chǎn)量,在抽雄始期及其以后刈割有利于青貯。
圖5 玉草5號莖葉比變化動態(tài)Fig.5 The dynamics of stem-leaf ratio of Yucao No.5
圖6 玉草5號水分含量變化動態(tài)Fig.6 The dynamics of moisture content of Yucao No.5
2.3.5玉草5號的營養(yǎng)成分分析 CP含量在整個生育期呈現(xiàn)出“高-低-高-低-高”的變化趨勢(表2)。分蘗期時CP含量最高,為21.42%,衰老期時CP含量也較高,為11.26%。RFV與CP含量呈現(xiàn)出較為吻合的變化趨勢,在分蘗期和衰老期RFV較高,分別為123.22和138.41。在分蘗期,玉草5號莖與葉片鮮嫩多汁,故CP含量與RFV較高;在衰老期,莖上部節(jié)間著生許多鮮嫩的腋芽和敗育的幼嫩雌穗,也使CP含量與RFV較高。EE含量變化較小。CA含量在分蘗期至散粉-吐絲期呈遞減趨勢,在吐絲期至衰老期略有增加。NDF與ADF經(jīng)歷了“低-高-低-高-低”的動態(tài)變化過程,二者在衰老期含量較低。
表 2 玉草5號營養(yǎng)成分含量變化動態(tài)Table 2 The dynamics of nutritive composition of Yucao No.5 (%,DM)
營養(yǎng)成分以干物質(zhì)為基數(shù)。同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。 Different lowercase letters within the same column show significant difference(P<0.05). The content of all nutritive ingredients was based on dry matter of the plant. DM: Dry matter; CP: Crude protein; EE: Ether extract; CA: Crude ash; NDF: Neutral detergent fibre; ADF: Acid detergent fiber; RFV: Relative feed value. The same below.
2.3.6玉草5號的營養(yǎng)成分產(chǎn)量分析 營養(yǎng)成分產(chǎn)量取定于營養(yǎng)成分含量和干物質(zhì)產(chǎn)量。隨著生育期延長,玉草5號的各營養(yǎng)成分產(chǎn)量總體呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(表3),種植后第105~125天增長最快,其中CP、EE產(chǎn)量日平均增長0.044 t·hm-2·d-1、0.011 t·hm-2·d-1,這與干草快速增長期一致,說明飼草干物質(zhì)積累在營養(yǎng)成分產(chǎn)量形成過程中占主導地位。EE產(chǎn)量在抽雄始期最高,為0.425 t·hm-2,然后降低,說明玉草5號在抽雄始期后,植株消耗大量能量以維持抽穗、散粉等生殖生長。CA和NDF產(chǎn)量在吐絲期最高;ADF產(chǎn)量在抽雄-散粉期最高,此后逐漸降低。
表3 玉草5號營養(yǎng)成分產(chǎn)量變化動態(tài)Table 3 The dynamics of nutritive composition yield of Yucao No.5 (t·hm-2)
玉草5號示范種植產(chǎn)量測定見表4。種植當年僅刈割一茬。在龍門鄉(xiāng),種植當年鮮草產(chǎn)量為77.758 t·hm-2;在廟壩村,種植當年鮮草產(chǎn)量為87.485 t·hm-2。連續(xù)兩年在柑子村測產(chǎn)表明,種植當年鮮草產(chǎn)量為89.207 t·hm-2;第二年3次刈割的鮮草產(chǎn)量依次為23.046、77.872和8.492 t·hm-2,合計達109.410 t·hm-2;第二年鮮草總產(chǎn)較第一年提高22.45%。試驗證實,玉草5號種植當年刈割一茬,可實現(xiàn)越冬根系的建成并收獲可觀的產(chǎn)量(≥77.758 t·hm-2),第二年即可實現(xiàn)多次刈割。
表 4 玉草5號生產(chǎn)示范鮮草產(chǎn)量Table 4 Fresh yield of product demonstration for Yucao No.5 in Lezhi and Zigong (density: 4500 plant·hm-2)
飼草生長所處的不同生育期對鮮、干草產(chǎn)量和營養(yǎng)價值影響很大。越幼嫩的飼草營養(yǎng)價值越高,但鮮、干草產(chǎn)量較低;越接近成熟期的飼草鮮、干草產(chǎn)量越高,但營養(yǎng)價值較低[7]。為同時獲得較高的飼草產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì),必須確定好最佳的刈割時期。飼草生產(chǎn)可利用植物的S形曲線生長規(guī)律,在完成快速生長期時刈割可獲得最高生長效率和生產(chǎn)效率[13-14]。本研究表明,玉草5號刈割時間越早,莖葉比越小,CP、EE、CA含量越高,ADF越低,表明營養(yǎng)價值較高,但鮮、干草產(chǎn)量較低;反之,隨著刈割期的推遲,莖葉比不斷增大,CP、EE、CA含量降低,ADF增高,說明其營養(yǎng)價值在下降,但干、鮮物質(zhì)產(chǎn)量增高。在抽雄始期,玉草5號鮮草產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量達到較高值,干草產(chǎn)量也維持較高水平,再結合其再生性能,抽雄始期是玉草5號青飼利用的最佳刈割時期。在吐絲期,玉草5號干草產(chǎn)量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量和相對飼用價值都維持在較高水平,全株水分含量較低,吐絲期是玉草5號青貯利用的最佳刈割時期。
一般地,一年生飼草進入生殖生長階段營養(yǎng)品質(zhì)急速下降,為了獲得營養(yǎng)成分較好的飼草,必須在較短的時間內(nèi)收獲飼草,一旦進入衰老枯萎期或收獲不及時造成產(chǎn)量、營養(yǎng)損失嚴重,這給飼草生產(chǎn)者帶來巨大壓力。玉草5號整個生育期以營養(yǎng)生長為主(進入生殖生長階段也僅有少量的生殖枝),營養(yǎng)生長期的延長以及進入生殖生長期后營養(yǎng)成分變幅不大(CP,8.17%~11.37%;EE,2.02%~2.87%;CA,7.46%~11.00%;DNF,46.89%~54.69%;ADF,24.69%~33.96%)、RFV維持在較恒定的水平,這緩解了短時間內(nèi)刈割帶來的壓力,玉草5號刈割時間的延長對于大規(guī)模飼草生產(chǎn)非常有益。另外,在西南及南方大部分地區(qū),9月至第二年的4月,草食家畜主要利用青貯飼料、干草(外調(diào))和黑麥草作為粗飼料;而玉草5號在栽種當年霜雪來臨前(每年的1月左右),植株可以一直生長,種植第二年從5月到次年的1月,可以一直作為青飼料進行飼喂,不僅適口性好,營養(yǎng)成分優(yōu),還可有效地降低養(yǎng)殖對青貯和干草的依賴,節(jié)約成本。
多年生農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是一種利用多年生作物的優(yōu)勢,促進氣象因子、土地、作物、家畜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素相互作用,提高第一性生產(chǎn)和第二性生產(chǎn)效率,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新型農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心在于多年生作物的利用。多年生作物的好處非常明顯,一旦種植之后,就不需要翻耕地、長期都可以提供產(chǎn)品收成。相比一年生作物,多年生作物根系更發(fā)達,資源利用效率更高、抗病蟲能力更強、生物產(chǎn)量更優(yōu),對自然生態(tài)環(huán)境也更友好[15-18]。我國西南地區(qū)主要屬于山地立體農(nóng)業(yè),大部分為中低產(chǎn)田和丘陵坡耕地乃至喀斯特地貌,土壤瘠薄,生態(tài)脆弱[19-21],如果不進行規(guī)?;?、系統(tǒng)化地墾殖梯田和整理坡地,大多不適合一年生糧食作物的生長,長期不合理的農(nóng)作系統(tǒng)使它們受到非常嚴重的侵蝕威脅,如水土流失和石漠化。另外,西南山地農(nóng)業(yè)問題的復雜性不僅在其山多坡陡、土地貧瘠、生態(tài)脆弱,而且還在于它的氣候,西南多數(shù)農(nóng)區(qū)陰雨寡照,光照相對不足,不利于作物籽粒生長發(fā)育,產(chǎn)量較低;但與此同時,西南地區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候,其熱量充足、無霜期長、熱量豐富、雨量充沛的生態(tài)條件卻更適宜以利用營養(yǎng)體為主的飼用作物生長??梢?,西南地區(qū)發(fā)展多年生飼用作物農(nóng)業(yè)系統(tǒng)不失為一種重要的選擇,既能夠保護生態(tài)環(huán)境又能獲得足夠的農(nóng)業(yè)效益。
玉草5號是一種多種屬間遠緣雜交創(chuàng)制的多年生高光效新型禾本科飼用作物,具有根系發(fā)達、生長繁茂、分蘗多、再生性好、生產(chǎn)性能優(yōu)、營養(yǎng)價值高、抗寒性強和易無性繁殖等優(yōu)良特性[9-12],是西南及南方發(fā)展多年生農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)選多年生飼用作物。將玉草5號與其他多年生飼用作物間作、套作[鴨茅(Dactylisglomerata)、球莖草蘆],與一年生飼草[燕麥(Avenasativa)、黑麥草(Loliumperenne)等]連作,可實現(xiàn)青綠飼料的終年、長年供應。通過多年生農(nóng)業(yè)系統(tǒng)與草食家畜的復合立體種養(yǎng)模式的建立,可最大限度地減少能量、水、農(nóng)藥、化肥、草種和勞動力的投入。這種接近自然的多年生飼用作物生產(chǎn)系統(tǒng)有利于土壤的修復和保護,有利于生物多樣性穩(wěn)定,有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡。同時,利用西南及南方地區(qū)的荒山、荒坡、河谷、閑田等土地資源大力發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的多年生飼草(如玉草1號、玉草5號等),對解決我國西南及南方因固守于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)而導致的飼料糧短缺問題,促進傳統(tǒng)“糧-經(jīng)”二元結構向引入了多年生飼草的新型“糧-經(jīng)-飼”三元結構轉(zhuǎn)變有著重要的現(xiàn)實意義。
玉草5號生長旺盛,生物產(chǎn)量高,營養(yǎng)成分優(yōu),供草期長;其株高、分蘗、鮮(干)產(chǎn)量、莖葉比動態(tài)變化均符合Logistic模型;作為青飼,抽雄始期收割最佳,作為青貯,吐絲期收割最佳;適宜在西南及南方“種草養(yǎng)畜 ”地區(qū)種植,是發(fā)展多年生農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)選多年生新型飼用作物,具有極大的生產(chǎn)潛力與廣闊的推廣前景。
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