李剛, 鄭敏娜, 李蔭藩

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)高寒區(qū)作物研究所，山西 大同 037008)

燕麥(AvenasativaL.)又稱皮燕麥，起源于地中海沿岸，由野紅燕麥演變而來，分布于世界五大洲，集中種植于亞洲、歐洲、北美洲的高緯度地區(qū)，是世界七大栽培作物之一[1]，是牧區(qū)和農(nóng)牧交錯區(qū)廣泛種植的一年生草料兼用作物，具有適應(yīng)性強、營養(yǎng)價值高、耐鹽堿等優(yōu)良特性。據(jù)統(tǒng)計，至2016年，世界燕麥年播種面積約為1 200萬hm2，其中，中國年種植面積約為20萬hm2，在我國華北、西北及西南等地區(qū)均有分布，且主要以燕麥青(干)草、青貯燕麥和燕麥籽實等方式被家畜利用[2]。近年來，隨著國家生態(tài)治理、草原保護等方面的政策及畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，飼用燕麥迎來前所未有的發(fā)展機遇，在農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)中發(fā)揮的作用亦越來越重要。特別是在2016年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部(原農(nóng)業(yè)部)提出的《關(guān)于北方農(nóng)牧交錯帶農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見》中，提出要擴大燕麥草等優(yōu)質(zhì)牧草種植面積，建設(shè)一批專業(yè)化優(yōu)質(zhì)飼草料生產(chǎn)基地[3]，這些產(chǎn)業(yè)政策為飼用燕麥的快速發(fā)展提供了良好的發(fā)展機遇。山西省雁門關(guān)地區(qū)是燕麥的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)區(qū)，亦是草食畜牧業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢區(qū)域，篩選出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的燕麥品種對區(qū)域飼草產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。由于不同燕麥品種對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境適應(yīng)能力不同，若盲目種植必然會帶來不可估量的經(jīng)濟損失[4]，因此，對山西省雁門關(guān)地區(qū)引進的國內(nèi)外品種有必要進行生產(chǎn)性能和營養(yǎng)價值評價。

此外，近年來，在作物的引種評價試驗中，為了更高效、更準(zhǔn)確地獲得評價結(jié)果，學(xué)者們將近紅外光譜(near infrared reflectance spectroscopy，NIRS)技術(shù)運用到試驗中進行營養(yǎng)品質(zhì)快速測定。高燕麗等[5]利用NIRS快速測定了紫花苜蓿酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)等指標(biāo)，為苜蓿粗飼料檢測提供了一種極為有效的方法；薛祝林等[6]應(yīng)用NIRS技術(shù)研究了紫花苜蓿干草的消化率，構(gòu)建了預(yù)測模型；鄭敏娜等[3]利用NIRS測定了不同苜蓿品種的營養(yǎng)成分，并評價了28個苜蓿品種的引種適應(yīng)性。綜上所述，不同學(xué)者對NIRS技術(shù)在牧草領(lǐng)域的應(yīng)用研究為本研究利用NIRS技術(shù)分析不同飼用燕麥品種的營養(yǎng)品質(zhì)奠定了堅實的基礎(chǔ)。因此，本研究選取國內(nèi)外區(qū)域生產(chǎn)表現(xiàn)優(yōu)良的17個飼用燕麥品種，觀測其田間生產(chǎn)性能，并利用NIRS技術(shù)對4個主要營養(yǎng)性狀指標(biāo)進行測定分析，利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法綜合評價了17個燕麥品種的適應(yīng)性和生產(chǎn)性能，旨在篩選出適應(yīng)山西省北部地區(qū)種植的優(yōu)良飼草燕麥品種，為區(qū)域飼用燕麥發(fā)展提供穩(wěn)固的優(yōu)良品種保證和栽培技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地點位于山西省朔州市毛家皂鎮(zhèn)，東經(jīng)112°34′—114°34′，北緯39°03′—40°44′，海拔1 040 m，屬大陸性季風(fēng)氣候，農(nóng)業(yè)區(qū)劃為中溫帶干旱區(qū)。試驗基地土壤類型為輕壤偏沙，耕層平均土壤容重為1.48 g·cm-3，pH 8.48，全氮0.831 g·kg-1，有效磷5.88 mg·kg-1，土壤有機質(zhì)14.71 g·kg-1。

1.2 試驗材料

本試驗選取的17個燕麥品種均為飼用燕麥，具體名稱和來源見表1。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，連續(xù)種植3年(2017—2019年)，分別于2017年5月25日、2018年5月24日、2019年5月28日播種，小區(qū)面積為10 m2(2 m×5 m)，3次重復(fù)，共計51個小區(qū)。播前精細(xì)整地，人工開溝條播，播種量為165 kg·hm-2，行距約25 cm，播種深度為3～6 cm。試驗期間各小區(qū)管理措施一致，試驗小區(qū)四周設(shè)保護行，底肥施化肥(尿素，N：46.4%)施用量為300 kg·hm-2，播前灌溉1次，生育期內(nèi)不定期除草。于2017、2018、2019年對各參試品種在抽穗期、開花期、乳熟期、蠟熟期的各項指標(biāo)取樣、測產(chǎn)。

1.4 測定項目及方法

1.4.1生產(chǎn)性能指標(biāo)測定 ①物候期的測定。2017年自播種后開始記錄各品種的主要生育期，包括孕穗期、抽穗期、乳熟期和完熟期；記錄生育日數(shù)為出苗到完熟的天數(shù)，即生育日數(shù)。

②株高(height length，HI)測定。2017—2019年，在各生育期，測量從植株主莖的地表至穗頂部(不含芒)的高度，取10株的平均值，單位為cm。

③干草產(chǎn)量(dry yield，DY)測定。2017—2019年，分別在抽穗期、開花期、乳熟期進行取樣測產(chǎn)。每個小區(qū)去除小區(qū)兩側(cè)邊行及兩端行頭各50 cm，隨機選擇4個1 m樣段齊地面刈割，稱鮮重，然后于105 ℃烘箱中殺青30 min，65 ℃下烘干至恒重，測干草產(chǎn)量，以kg·m-2為單位計算。

④籽粒性狀測定。2017—2019年，收獲時，每個小區(qū)拔取20株進行室內(nèi)考種，其中，主穗長(main ear length，MEL)：測量從穗基部第一個輪層至頂部小穗的長度；穗鈴數(shù)(ear fluid number，EF)：計數(shù)每個穗子的小穗數(shù)；穗粒數(shù)(spike grain number，SG)：脫粒后計數(shù)籽粒數(shù)；穗粒重(thousand seeds weight，TSW)：脫粒后的籽粒干燥后，用天平逐穗稱重；千粒重：待籽粒自然充分干燥后，稱量1 000粒種子的重量。以上各指標(biāo)均為2017—2019年測定數(shù)據(jù)的平均值。

1.4.2營養(yǎng)成分相關(guān)指標(biāo)測定 應(yīng)用NIRS技術(shù)分析各參試燕麥品種的營養(yǎng)成分。2017—2019年的試驗中，首先，每個參試品種選取500 g樣品進行風(fēng)干、烘干、粉碎后密封保存；然后，取適量樣品進一步粉碎并過1 mm篩，用FOSS 5000近紅外分析儀(丹麥FOSS公司)進行光譜掃描，分別測定參試樣品中的干物質(zhì)(dry matter，DM)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)、可溶性糖(SSC)等指標(biāo)信息，每個樣品重復(fù)掃描3次。以上各指標(biāo)均為2017—2019年測定數(shù)據(jù)的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Microsoft Excel 2009和SPSS22.0軟件，將各指標(biāo)在2017、2018和2019年的平均值進行方差分析。

ξi(k)=

(1)

(2)

(3)

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同飼用燕麥品種生育期比較

在3年種植試驗中，各品種的生育期基本一致，故選取2017年的數(shù)據(jù)進行分析說明。隨著生育期的推進，不同燕麥品種不同生育時期長短不同(表2)。2017年各品種均在5月25日播種，不同來源的飼用燕麥在本生態(tài)區(qū)域的出苗期相差較大，4號和3號參試品種的出苗時間最短，僅為9 d，而5號、7號和9號品種的出苗時間最長，達(dá)到了21 d，苗期生長緩慢。從出苗期至成熟期的生長過程中，在本生態(tài)區(qū)各品種的生長及發(fā)育速度均有一定的差異，11號、3號、4號和12號的生育天數(shù)較短，均在90 d以下，其中，11號的生育天數(shù)僅為86 d；而5號、7號和9號的生育天數(shù)相對較長，均為105 d，與11號品種的生育天數(shù)相差19 d。

表2 2017年不同飼用燕麥品種的生育期

2.2 不同飼用燕麥品種的株高比較

由表3可知，2017年供試材料中9號品種的株高在3個取樣時期均最高。在抽穗期，參試品種中以9號品種的株高最高，為122.83 cm，與其他參試品種間差異顯著(P<0.05)；參試品種中4號的株高最低，僅為69.38 cm，與其他品種間差異顯著(P<0.05)，其次3號、10號和16號的株高較低，分別為76.76、77.49和77.49 cm，三者間差異不顯著，但與其他品種間差異顯著(P<0.05)。在開花期，仍以9號品種的株高最高，與1號、5號品種間差異不顯著，但與其他品種間差異顯著(P<0.05)；參試品種中4號品種在開花期的株高亦最低，僅為80.68 cm。至乳熟期，參試品種中9號品種的株高達(dá)到了147.00 cm，與其他品種間差異顯著(P<0.05)；參試品種中3號、4號、10號和16號4個品種在乳熟期的株高均在100 cm以下，與其他參試品種間差異顯著(P<0.05)。2018和2019年各品種株高的變化趨勢同2017年基本一致。

表3 不同飼用燕麥品種株高的比較

2.3 不同飼用燕麥品種的干草產(chǎn)量比較

由表4可知，2017年供試材料中，抽穗期，各品種的干草產(chǎn)量分布在3 001.50～5 522.76 kg·hm-2之間，其中，以1號品種的干草產(chǎn)量最高，為5 522.76 kg·hm-2，且3號、4號和11號3個品種的干草產(chǎn)量均在3 500 kg·hm-2；在開花期，各品種的干草產(chǎn)量均有明顯增加，分布在5 804.40～9 385.86 kg·hm-2之間，以13號品種的干草產(chǎn)量最高，3號品種的干草產(chǎn)量最低，二者之間差異顯著(P<0.05)；至乳熟期，以15號品種的干草產(chǎn)量最高，2號、17號品種的干草產(chǎn)量也迅速增加，產(chǎn)量分別達(dá)到了8 271.80和9 365.35 kg·hm-2，與15號品種間差異不顯著，與4號、7號、9號和12號品種間差異顯著(P<0.05)，且這4個品種的干草產(chǎn)量均在7 000 kg·hm-2以下。2018年試驗中，抽穗期各品種的干草產(chǎn)量分布在2 981.49～5 596.13 kg·hm-2之間，其中，以15號品種的干草產(chǎn)量最高；開花期至乳熟期2號品種的干草產(chǎn)量有明顯增加，達(dá)到最大值，分別為6 548.94和9 225.61 kg·hm-2。2019年試驗中，抽穗期10號和15號的產(chǎn)量較高，二者之間差異不顯著；至乳熟期，2號、12號、15號品種，在這一時期產(chǎn)量增加明顯，產(chǎn)量較高，三者之間差異不顯著，但與其他品種間差異顯著(除7號和17號外，P<0.05)。

表4 不同飼用燕麥品種干草產(chǎn)量的比較

2.4 不同飼用燕麥品種的干物質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和可溶性糖含量比較

從表5可以看出，在3個不同生育時期，參試品種的DM含量均在90%以上(除5號乳熟期外)。在抽穗期，各參試品種的DM含量分布在92.80%～94.44%之間，以5號品種的DM含量最高，為94.44%。開花期，10號品種的DM含量最低，為90.81%，與其他品種間差異顯著(P<0.05)。至乳熟期，5號品種的DM含量顯著降低，僅為89.25%，與其他品種間差異顯著(P<0.05)；而2號、4號、8號和13號品種的DM含量則保持在94.00%以上。在不同生育時期，NDF含量變化見表5。抽穗期，各品種的NDF含量分布在42.49%～56.22%之間，以3號品種的NDF含量最高。開花期各品種的NDF含量分布在47.54%～59.62%之間，以8號的NDF含量最高，與3號和4號品種間差異顯著(P<0.05)，與其他品種間差異不顯著。至乳熟期，以9號品種的NDF含量最高，為63.36%，以4號品種的NDF含量最低，為54.63%，二者之間差異顯著。ADF含量在抽穗期和開花期各品種間存在明顯差異。在抽穗期，11號品種的ADF含量最低，為25.15%，3號品種的ADF含量最高，為34.15%，二者之間差異顯著(P<0.05)。在開花期，則以8號品種的ADF含量最高，與14號品種間差異不顯著，與其他品種間差異顯著(P<0.05)。SSC含量在各品種間存在較明顯差異和變化。抽穗期SSC含量分布在8.29%～10.24%范圍內(nèi)，各品種間差異不顯著。開花期SSC含量分布在7.64%～10.40%范圍內(nèi)，其中5號品種的SSC含量最高，與9號、10號、14號、16號和17號品種間差異不顯著，但與其他品種間差異顯著(P<0.05)。乳熟期各品種間差異均不顯著。

表5 不同飼用燕麥品種的干物質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和可溶性糖含量比較

2.5 不同飼用燕麥品種主要經(jīng)濟性狀的比較

成熟時，各品種的主要經(jīng)濟性狀存在不同程度的差異和變化(表6)。17個參試品種中，以9號品種的主穗長最長，為27.93 cm，2號和17號品種的主穗長最短，均為16.19 cm，最長品種較最短品種高出72.51%；各參試品種的穗鈴數(shù)亦有較大差異，16號品種的穗鈴數(shù)達(dá)到83.79個，而15號品種的穗鈴數(shù)僅為35.01個，二者之間差異顯著(P<0.05)。穗粒數(shù)以10號品種的數(shù)量最多，達(dá)到480.12個，與其他品種間差異顯著(P<0.05)，而13號品種的穗粒數(shù)僅為158.69個，這可能與其收獲期落粒嚴(yán)重有關(guān)。穗粒重和千粒重均以13號品種的最低，與其他品種間差異明顯；4號品種的穗粒重最高，為13.45 g，與其他品種間差異顯著(除3號、10號、14號和16號外，P<0.05)；12號品種的千粒重最高，為40.27 g，與其他品種間差異顯著(P<0.05)。

表6 不同飼用燕麥品種主要經(jīng)濟性狀的比較

2.6 不同飼用燕麥品種生產(chǎn)性能的綜合評價

基于灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度分析理論[7-8]，并結(jié)合生產(chǎn)實際，本研究中選用2017—2019年的試驗數(shù)據(jù)的平均值進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，選取的指標(biāo)主要包括抽穗期株高、開花期株高、乳熟期株高、抽穗期干草產(chǎn)量、開花期干草產(chǎn)量、乳熟期干草產(chǎn)量、抽穗期酸性洗滌纖維、開花期酸性洗滌纖維、乳熟期酸性洗滌纖維、抽穗期中性洗滌纖維、開花期中性洗滌纖維、乳熟期中性洗滌纖維、抽穗期干物質(zhì)、開花期干物質(zhì)、乳熟期干物質(zhì)、抽穗期可溶性糖、開花期可溶性糖、乳熟期可溶性糖、主穗長、穗鈴數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重23個性狀指標(biāo)。在灰色關(guān)聯(lián)度分析中，關(guān)聯(lián)度值越大，表明該品種與最優(yōu)指標(biāo)集的相似程度越高，反之則差異越大。本研究中分辨系數(shù)ρ取值為0.5。

在各性狀指標(biāo)具有同等重要性的前提下，計算出的各品種的等權(quán)關(guān)聯(lián)度，可直接用于評價各品種的優(yōu)劣，但是，實際上各性狀特征值的重要性并不相同，需通過進一步計算各參試品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度來進行評判[3,8]。本研究中采用判斷矩陣法確定各評價指標(biāo)的權(quán)重[3]，并根據(jù)公式(3)計算出各指標(biāo)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；最后，利用公式(4)計算各品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表7。15號飼草燕麥品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值為0.792，排名第1；其次，加權(quán)關(guān)聯(lián)度值排序較高的飼草燕麥品種編號依次為：9號、5號、10號、12號，即綜合表現(xiàn)排名前五名的飼草燕麥品種分別為：甜燕二號、定燕2號、林納、魁北克、甜燕麥，這5個品種適宜在本地區(qū)優(yōu)先推廣利用。而綜合表現(xiàn)較差的五個飼草燕麥品種依次為：早熟1號、白燕19號、草莜一號、壩燕1號、Haywire，這些品種有待進一步在本生態(tài)區(qū)域的其他試驗點繼續(xù)種植和觀察。

表7 不同飼用燕麥品種的權(quán)重、關(guān)聯(lián)度及排序

3 討論

在同一地點、相同管理措施下，牧草生育期是評價供試牧草品種對試驗區(qū)域環(huán)境適應(yīng)性的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，生育期最長的是5號、7號和9號品種，與生育期最短的11號品種間生育天數(shù)相差19 d。孫建平等[9]、董世魁等[10]對飼用燕麥品種生育期的觀察結(jié)果表明，不同燕麥品種隨著生育期的推進，生育期長短不一致，這與本研究結(jié)果基本一致。在同一地點，造成生育期有較大差異的主要原因是種質(zhì)資源遺傳特性不同，導(dǎo)致試驗結(jié)果差異明顯。

飼用燕麥作為一種糧飼兼用作物，株高和干草產(chǎn)量是評價其生產(chǎn)性能高低的重要指標(biāo)。由于參試各品種之間各自的遺傳特性不同，表現(xiàn)出植株生長高度的差異[3]，本研究中，乳熟期株高和干草產(chǎn)量達(dá)到最大值，且各品種間差異明顯。本研究中鮮草產(chǎn)量及干草產(chǎn)量結(jié)果與孫建平等[9]、李春喜等[11]和周青平等[12]的報道結(jié)果較為一致，品種間干草產(chǎn)量的差異可能是由品種、收獲時期、氣候條件及土壤條件等因素共同引起的。在燕麥飼草生產(chǎn)過程中，干草產(chǎn)量會受到株高、分蘗數(shù)等多因子[11-14]的影響，若在干物質(zhì)積累關(guān)鍵階段，受到外界因素(病害、干旱)較大的干擾，其草產(chǎn)量會大幅度下降。

干物質(zhì)是是衡量植物有機物積累、營養(yǎng)成分多寡的一個重要指標(biāo)[3]，從抽穗期至乳熟期，除5號品種外，各供試品種的干物質(zhì)含量均在90%以上。酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維是評價飼草類物質(zhì)被采食潛力的國際通用指標(biāo)[15]，其中，酸性洗滌纖維含量越低，說明其越易被草食動物消化吸收。本研究中NDF及ADF含量均高于董世魁等[10]的研究結(jié)果，可能與品種、地域、生育期、牧草加工方式等差異有關(guān)，而且本研究中試驗地位于晉北農(nóng)牧交錯區(qū)，具有獨特的氣候及土壤條件，也可能是導(dǎo)致結(jié)果差異的主要原因?？扇苄蕴鞘侵参锓e累的主要能源物質(zhì)[16]，表征植物可溶性碳水化合物的高低。在本研究中，大部分參試品種在3個不同生育時期差異不顯著，因此，若只考慮營養(yǎng)成分指標(biāo)時，3個時期均可進行刈割利用。

飼用燕麥籽實外面帶殼，其谷殼率一般為15%～30%，亦是各類家畜的良好精料[1]。主穗長、穗鈴數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重等指標(biāo)構(gòu)成了燕麥的主要籽粒產(chǎn)量，成熟時，各品種的主要經(jīng)濟性狀存在不同程度的差異和變化。其中，以4號品種的穗粒重最高，為13.45 g。研究表明，造成同一地區(qū)種子產(chǎn)量差異較大的原因，可能主要是由品種、氣候條件等因素引起的[12,17-18]。

此外，本研究中對參試各品種連續(xù)種植3年，其中，在種植的第2年，開花期至乳熟期試驗區(qū)各品種均遭受量不同程度的紅葉病危害，2018年各品種的各項指標(biāo)明顯低于2017年和2019年，因此在灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析中考慮到所選飼用燕麥品種在田間的綜合長勢和表現(xiàn)[3,19-20]，選取了3年田間試驗數(shù)據(jù)的平均值進行了灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價，較大程度地反映了被評價對象的真實生產(chǎn)性能。