趙方媛， 杜文華， 田新會(huì)

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心, 甘肅 蘭州 730070)

農(nóng)作物秸稈通常指成熟農(nóng)作物收獲籽實(shí)后剩余莖葉等部分的總稱，主要有禾本科作物秸稈和豆科作物秸稈[1]。我國作物秸稈資源豐富，年產(chǎn)量已經(jīng)超過9億t，但秸稈的綜合利用率不足1/4[2]。絕大部分秸稈被焚燒，造成資源浪費(fèi)的同時(shí)污染環(huán)境[3-4]。秸稈作為一種豐富的生物資源，有離田產(chǎn)業(yè)化和秸稈還田循環(huán)2種利用方式，前者主要集中在新型能源化利用方面，如秸稈發(fā)電、秸稈沼氣、致密成型燃料、纖維素乙醇等方面，后者包括秸稈直接還田和秸稈養(yǎng)畜過腹還田[5]。發(fā)達(dá)國家對秸稈的利用比較充分，基本杜絕了秸稈廢棄與露天焚燒的問題，歐美各國一般將2/3左右的秸稈用于直接還田，1/5左右的秸稈被用做飼料[6]。

隨著畜牧業(yè)迅速發(fā)展，飼料資源短缺問題逐漸凸顯，秸稈由于來源廣泛及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，使其具有極大開發(fā)潛力，秸稈飼料的合理利用在一定程度上可以緩解飼料資源短缺的壓力。秸稈飼料也是奶牛、肉牛和綿羊日糧中不可缺少的組分[7]。大力推進(jìn)秸稈飼料化，不但可以作為家畜粗飼料的補(bǔ)充，還可以科學(xué)高效地利用資源，減少秸稈焚燒、保護(hù)大氣環(huán)境[8]。然而，目前我國對秸稈的利用普遍重視度不夠、秸稈飼用化專業(yè)程度較低、飼料化利用率較低、營養(yǎng)品質(zhì)較差。因此，對牧草秸稈營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行研究，并開發(fā)優(yōu)質(zhì)的牧草秸稈作為反芻動(dòng)物粗飼料替代品可進(jìn)一步解決秸稈資源浪費(fèi)及飼料短缺等問題。

小黑麥(×TriticosecaleWittmack)是由小麥屬(Triticum)和黑麥屬(Secale)經(jīng)過屬間有性雜交和雜種染色體加倍而形成的新物種[9]。飼料型小黑麥由于籽粒產(chǎn)量高、營養(yǎng)品質(zhì)好，作為家畜精飼料時(shí)具有較高經(jīng)濟(jì)效益[10]。收獲籽粒后的小黑麥秸稈也具有較高營養(yǎng)價(jià)值，可以調(diào)制成干草或草粉飼喂家畜[11]。因此篩選秸稈產(chǎn)量高且營養(yǎng)品質(zhì)好的小黑麥種質(zhì)有助于實(shí)現(xiàn)小黑麥秸稈資源化和高附加值利用。但前人對飼料型小黑麥秸稈產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)方面的研究較少[12-14]。本試驗(yàn)擬通過研究18份飼料型小黑麥品系連續(xù)2年的秸稈產(chǎn)量以及秸稈的粗蛋白(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)和中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)含量，以及干物質(zhì)消化率(dry matter digestibility，DMD)，以篩選產(chǎn)量高、品質(zhì)較好的品系，為拓寬小黑麥秸稈廢棄物利用途徑提供重要的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年(A1)和2016年(A2)在甘肅省臨洮農(nóng)校農(nóng)場(35°37′ N，103°87′ E)進(jìn)行，海拔1 892 m，年降水量562 mm，無霜期 153 d，年平均氣溫 7.0℃，土壤為黑麻土，有灌溉條件，試驗(yàn)地肥力均勻，第1年前茬作物為玉米，第2年為小黑麥連作草地。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)以臨洮農(nóng)校農(nóng)場種子產(chǎn)量品比圃的18份小黑麥品系為材料，編號分別為Z1，Z3，Z5，Z6，Z8，Z9，Z12，Z19，Z21，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55；以甘農(nóng)1號小黑麥(CK1)和新小黑麥5號小黑麥(CK2)作為對照。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。條播，行距0.2 m，播種量按500萬基本苗·hm-2計(jì)算而得，播種深度為4～5 cm，小區(qū)面積6 m2(2 m×3 m)。3次重復(fù)。播種期分別為2014年10月和2015年10月。

1.4 測定內(nèi)容及方法

秸稈產(chǎn)量：完熟期齊地面刈割小區(qū)內(nèi)所有植株的地上部分，田間晾曬，脫粒后獲得秸稈，稱重。

秸稈的營養(yǎng)品質(zhì)及消化率：隨機(jī)選取秸稈200 g，粉碎，過1 mm篩子，將樣品混合均勻后，用于測定小黑麥秸稈各營養(yǎng)成分的含量。采用半微量凱氏定氮法測定粗蛋白含量，采用索氏浸提法測定粗脂肪含量，采用濾袋技術(shù)改進(jìn)的范氏酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的方法測定酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量，采用瘤胃尼龍袋法測定小黑麥秸稈有效干物質(zhì)消化率[15-16]。

1.5 灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

將參試小黑麥種質(zhì)中各指標(biāo)的最佳值結(jié)合起來，形成一個(gè)“理想品種”[17]，設(shè)“理想品種”各指標(biāo)所構(gòu)成的序列為參考序列，記作X0(k)，以參試小黑麥種質(zhì)各指標(biāo)構(gòu)成的序列為比較序列，記作Xi(k)，i為小黑麥種質(zhì)，k為指標(biāo)。首先采用初值法[17]對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，即所有指標(biāo)數(shù)值除以相應(yīng)的X0，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理的結(jié)果求出X0與對應(yīng)Xi的絕對差值，然后由下列公式計(jì)算出參試小黑麥種質(zhì)與“理想品種”之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，關(guān)聯(lián)系數(shù)由下列公示計(jì)算。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用軟件Microsoft Excel 2010和SPSS19.0對不同小黑麥品系的秸稈產(chǎn)量及其營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行方差分析，具有顯著差異后用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

除年份間小黑麥種質(zhì)的ADF含量無顯著差異外，其余指標(biāo)均有極顯著差異，需進(jìn)行多重比較(表1)。

表1 小黑麥種質(zhì)秸稈產(chǎn)量和秸稈營養(yǎng)品質(zhì)的方差分析Table 1 Variance analysis of straw yield and nutritional quality of different triticale germplasm

注：**表示差異達(dá)極顯著水平(P<0.01)

Note:**indicate significant difference at the 0.01 level

2.1 秸稈產(chǎn)量

2.1.1小黑麥種質(zhì)間秸稈產(chǎn)量的差異 如表2所示，參試小黑麥種質(zhì)中，Z12的平均秸稈產(chǎn)量最高(14.04 t·hm-2)，除與Z21和Z41無顯著差異外，顯著高于其他小黑麥種質(zhì)(P<0.05)；秸稈產(chǎn)量最低的是Z3(8.30 t·hm-2)，除與Z1，Z5，Z6，Z23，Z36，Z49，CK1和CK2無顯著差異外，顯著低于其他小黑麥種質(zhì)(P<0.05)。

表2 小黑麥種質(zhì)間秸稈產(chǎn)量的差異Table 2 Differences of the straw yield among triticale germplasm

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下表同

Note:Different lowercase letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

2.1.2年份間小黑麥秸稈產(chǎn)量的差異 從表1看出，年份間小黑麥種質(zhì)平均秸稈產(chǎn)量的差異較大。2015年小黑麥的平均秸稈產(chǎn)量(11.15t·hm-2)顯著高于2016年(9.89 t·hm-2)(P<0.05)。

2.1.3小黑麥種質(zhì)×年份交互作用間秸稈產(chǎn)量的差異 由圖1可知，在所有處理中，Z12A1的秸稈產(chǎn)量最高，為14.28 t·hm-2，除Z8A1，Z19A1，Z41A1，Z48A1，Z12A2和Z21A2外，顯著高于其他處理(P<0.05)；秸稈產(chǎn)量最低的是Z3A2(6.267 t·hm-2)，除與CK2A1和Z6A2無顯著差異外，顯著低于其他處理(P<0.05)。

圖1 種質(zhì)×年份交互作用間小黑麥秸稈產(chǎn)量的差異Fig.1 Differences of the straw yield for the interaction of triticale germplasm and years注：不同柱形圖間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters between column charts indicate significant differences of plant height at the 0.05 level

2.2 秸稈的營養(yǎng)品質(zhì)

2.2.1小黑麥種質(zhì)間秸稈營養(yǎng)品質(zhì)的差異 不同小黑麥種質(zhì)的CP、EE、ADF、NDF含量及DMD如表3所示，在參試的小黑麥種質(zhì)中，Z36的CP含量最高(8.43%)，除Z5，Z6，Z9，Z30，Z35，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55和CK1外，顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05)；其次為Z55(8.33%)；Z19的CP含量最低(5.05%)，與Z1，Z3，Z12，Z23和CK2之間差異不顯著，顯著低于其他種質(zhì)(P<0.05)。20份小黑麥種質(zhì)中，EE含量最高的是Z9(2.46%)，與Z1，Z5，Z23和CK1之間無顯著性差異，顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05)；其次為Z5(2.28%)；EE含量最低的是Z35(0.94%)，除與Z30，Z36，Z41，Z49，Z50無顯著差異外，顯著低于其他種質(zhì)(P<0.05)。

由表3可知，參試小黑麥種質(zhì)中，Z6的ADF含量最低(48.89%)，除與Z1，Z30和Z55無顯著差異外，顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05)；ADF含量最高的是Z19(57.75%)，與Z3，Z12，Z23，Z35，Z36和Z41之間無顯著性差異，顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05)。Z8的NDF含量最低(71.96%)，顯著低于Z12，Z19，Z23和Z41，與其他種質(zhì)間均無顯著性差異；NDF含量最高的也是Z19(79.74%)，除與Z23無顯著差異外，顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05)。

就DMD而言，Z8的DMD最高(37.08%)，除與Z1，Z9，Z30，Z41，Z49，Z50和Z55無顯著差異外，顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05)；Z6的DMD最低(26.06%)，顯著低于Z8，Z9和Z49，與其他小黑麥種質(zhì)間均無顯著差異(表3)。

2.2.2年份間小黑麥秸稈營養(yǎng)品質(zhì)的差異 由表4可以看出，2016年的CP含量和NDF含量顯著高于2015年(P<0.05)，但EE含量和DMD顯著低于2015年(P<0.05)。

2.2.3小黑麥種質(zhì)×年份交互作用間秸稈營養(yǎng)品質(zhì)的差異 由表5可看出，CK1A2的CP含量最高(9.67%)，除Z6A2，Z30A2和Z49A2外，均顯著高于其他處理(P<0.05)；CP含量最低的是Z19A2(4.58%)，除與Z23A2無顯著差異外，與其他處理間均有顯著性差異(P<0.05)。EE含量最高的為Z9A1(2.90%)，除與Z6A1無顯著性差異，顯著高于其他處理(P<0.05)；Z35A2的EE含量最低(0.65%)，除與Z49A1無顯著差異外，顯著低于其他各處理(P<0.05)。

Z6A2的ADF含量最低(46.88%)；Z12A1的ADF含量最高(59.47%)；其次為Z19A2(58.68%)。NDF含量最低的是Z8A1(67.02%)，顯著低于其他處理(P<0.05)；Z19A2的NDF含量最高(82.78%)；其次為Z23A2，NDF含量為81.54%。

Z8A1的DMD最高(42.38%)；其次為Z1 A1(41.76%)；Z19A2的DMD最低(22.64%)，除與Z1A2，Z3A2，Z5A2，Z6A2，Z12A2和Z36A2無顯著差異外，顯著低于其他處理(P<0.05)。

表4 不同年份間小黑麥秸稈的營養(yǎng)品質(zhì)及消化率Table 4 Nutritional quality and digestibility of triticale straw in different years

表5 種質(zhì)×年份交互作用間小黑麥秸稈營養(yǎng)品質(zhì)的差異Table 5 Differences of nutrition and digestibility in triticale straw between the interaction of germplasm and years

續(xù)表5

2.3 綜合評價(jià)

利用灰色關(guān)聯(lián)分析的方法研究參試小黑麥品系秸稈產(chǎn)量及其營養(yǎng)品質(zhì)與“理想品種”之間的灰色關(guān)聯(lián)度，以各指標(biāo)的最佳值來構(gòu)成“理想品種”，秸稈產(chǎn)量高反映出較好的生產(chǎn)性能，秸稈中CP和EE含量是決定品質(zhì)的重要因素，NDF和ADF則是決定飼草適口性及消化率的重要因素。本試驗(yàn)中選取秸稈產(chǎn)量、秸稈CP、EE含量和DMD最高，及NDF和ADF含量的最低的小黑麥秸稈種質(zhì)構(gòu)成“理想品種”(X0)，X0的構(gòu)建及各指標(biāo)的權(quán)重見表6。按灰色關(guān)聯(lián)理論要求，將所有參試小黑麥種質(zhì)及其各指標(biāo)視為一個(gè)灰色系統(tǒng)。計(jì)算出參試小黑麥種質(zhì)與X0之間的關(guān)聯(lián)度(表7)，最后根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小來評價(jià)參試小黑麥種質(zhì)優(yōu)劣。由表7可以看出，在參試小黑麥種質(zhì)中CK1處于中間水平，CK2的綜合性狀最差，Z9，Z12，Z55的綜合性狀好，Z3，Z19，Z23的綜合性狀差。

表6 “理想品種”的構(gòu)建及各指標(biāo)的權(quán)重Table 6 Establishment of the ideal variety and the weight of each parameter

表7 參試小黑麥種質(zhì)秸稈產(chǎn)量及其營養(yǎng)品質(zhì)與“理想品種”的關(guān)聯(lián)度Table 7 Correlative degree of straw yield and nutritional quality between tested triticale and “ideal variety”

3 討論

秸稈作為自然界最為豐富的可再生資源之一，利用高品質(zhì)秸稈飼喂家畜可實(shí)現(xiàn)高附加值利用。小黑麥作為一種雜交而成的禾本科牧草，較強(qiáng)的抗逆性以及耐瘠薄能力使其能在環(huán)境較惡劣地區(qū)正常生長，并擁有較高草產(chǎn)量[18-19]。在陜西商洛高寒山區(qū)小黑麥長勢良好，種子產(chǎn)量3 t·hm-2，最高達(dá)6 t·hm-2，是當(dāng)?shù)匦←満秃邴湹?倍[20]。但有關(guān)小黑麥秸稈的研究較少，董衛(wèi)民等[21]報(bào)道，小黑麥秸稈產(chǎn)量可達(dá)10.5～12.0 t·hm-2，為小麥的1.5倍左右。本試驗(yàn)結(jié)果表明，受遺傳效力控制，不同小黑麥種質(zhì)間秸稈產(chǎn)量存在顯著差異，平均秸稈產(chǎn)量的變化范圍為8.30～14.04 t·hm-2，與董衛(wèi)民等[21]研究結(jié)果相近。小黑麥種質(zhì)中Z12的秸稈產(chǎn)量最高，其次為Z41，Z3最低?？v觀兩年的秸稈產(chǎn)量變化，2016年秸稈產(chǎn)量明顯低于2015年，這主要是因?yàn)樵撃攴萁涤昶?，也可能與小黑麥連作有關(guān)[22]。從種質(zhì)和年份交互作用看，2015年Z12的秸稈產(chǎn)量最高，達(dá)到了14.28 t·hm-2，其次為2015年的Z41，2016年Z3的秸稈產(chǎn)量最低，為6.27 t·hm-2。綜合考慮不同年份間小黑麥的秸稈產(chǎn)量，Z12和Z41較為突出。

玉米秸稈作為秸稈飼料的主要原料，中國通過加工處理或者直接用作飼料的秸稈還不到秸稈總量的10%。為了提升秸稈的飼用價(jià)值采取了許多加工處理方法，包括物理處理(切碎、高壓蒸煮和膨化等)、化學(xué)處理(堿處理、氨化和氧化劑處理等)、生物處理(青貯、微貯和酶解等)等[23]，但這些方法存在處理過程復(fù)雜、產(chǎn)物污染環(huán)境、成本高或技術(shù)尚不成熟等缺點(diǎn)，都會(huì)限制秸稈飼料化進(jìn)程。秸稈作為家畜重要的粗飼料，其營養(yǎng)價(jià)值和消化率等對家畜具有重要影響。因此，選擇產(chǎn)量高，品質(zhì)好的秸稈有利于提高秸稈利用率[24]。研究發(fā)現(xiàn)，成熟期收獲飼用型小黑麥地上部并除去籽粒(用作精飼料)后，秸稈的蛋白質(zhì)含量仍高于小麥、黑麥和部分燕麥青干草，可以制成干草或干草粉，進(jìn)一步有效利用[25]。小黑麥作為新型飼料作物，不僅在秸稈產(chǎn)量方面研究較少，對秸稈營養(yǎng)品質(zhì)的研究更少。佟桂芝等[11]認(rèn)為，飼料型小黑麥不但秸稈產(chǎn)量高于小麥，收獲籽實(shí)后秸稈的營養(yǎng)價(jià)值也高于小麥，飼用小黑麥80-177收獲籽實(shí)后秸稈的粗蛋白含量為4.61%，脂肪含量為2.24%，粗纖維含量為33.46%。本試驗(yàn)表明，不同小黑麥種質(zhì)秸稈的營養(yǎng)價(jià)值有較大差異，Z36的粗蛋白含量最高，達(dá)到了8.43%，Z19最低，為5.05%；Z9的粗脂肪含量最高，為2.46%，最低的是Z35(0.94%)；ADF含量的變化范圍為48.89%～57.75%，其中含量最低的是Z6，含量最高的是Z19；NDF含量的變化范圍為71.96%～79.74%，其中含量最低的是Z8，含量最高的也是Z19；在參試的小黑麥種質(zhì)中，Z8的干物質(zhì)消化率最高，為37.08%，Z6最低，為26.06%。相比佟桂芝等[11]的研究結(jié)果，本試驗(yàn)參試小黑麥種質(zhì)的粗蛋白和脂肪含量較高，但NDF和ADF含量也較高，飼料中纖維性物質(zhì)含量高意味著該飼料更不容易消化[26]，因此導(dǎo)致參試小黑麥的消化率較低。陶蓮等[27]研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈中的NDF和ADF含量分別為63.32%和36.98%，將酶菌復(fù)合添加劑噴灑到秸稈中進(jìn)行青貯發(fā)酵后纖維顯著降低，因此在篩選出粗蛋白、脂肪等含量較高的品系后，可利用青貯等科學(xué)高效的方法降低纖維含量，改善飼料品質(zhì)，提高營養(yǎng)物質(zhì)的保存量及反芻動(dòng)物瘤胃對秸稈營養(yǎng)物質(zhì)的降解率。由于不同年份小黑麥生長期間降雨量和溫度等差異較大，所以不同小黑麥種質(zhì)的營養(yǎng)品質(zhì)存在差異。2016年小黑麥秸稈的粗蛋白、粗脂肪及NDF含量均高于2015年，但干物質(zhì)消化率則低于2015年，這可能與試驗(yàn)羊的體質(zhì)有關(guān)。從小黑麥種質(zhì)與年份的交互作用看，2016年Z6的粗蛋白含量最高，ADF含量最低；2015年Z9的粗脂肪含量最高，Z8的NDF含量最低，干物質(zhì)消化率最高。

灰色關(guān)聯(lián)分析是對系統(tǒng)變化發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行定量描述和比較的方法，可較為真實(shí)和全面地反映人們對客觀系統(tǒng)的實(shí)際認(rèn)識程度[28]。本試驗(yàn)利用灰色關(guān)聯(lián)度法對18個(gè)小黑麥品系進(jìn)行綜合評價(jià)，表明Z9，Z12，Z55的秸稈產(chǎn)量高，品質(zhì)較好，可以用作草食家畜粗飼料，以提高秸稈綜合利用率。

4 結(jié)論

參試小黑麥種質(zhì)間、年份間、種質(zhì)與年份的交互作用間的秸稈產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)均存在差異。綜合考慮小黑麥的秸稈產(chǎn)量及其營養(yǎng)品質(zhì)，參試小黑麥品系中Z9，Z12，Z55產(chǎn)量較高且品質(zhì)較好，綜合表現(xiàn)表現(xiàn)較佳，可作為草食家畜的粗飼料，以有效利用秸稈，并減少環(huán)境污染。