許留興， 武 丹， 張建國

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學南方草業(yè)中心/廣東省草業(yè)工程技術(shù)研究中心， 廣東 廣州 510642； 2. 昭通學院農(nóng)學與生命科學學院，云南 昭通 657000)

粗飼料短缺是影響我國草食畜牧業(yè)發(fā)展所面臨的主要問題之一，牧草的進口和長途運輸增加了養(yǎng)殖成本，這并不是解決粗飼料短缺的有效措施。盡管一些小麥秸稈被用做粗飼料使用，但較低的營養(yǎng)成分影響了飼用潛力。在一些國家或地區(qū)，飼用小麥(TriticumaestivumL.)以不同的形式(青貯和放牧)飼喂反芻動物[1]。美國的小麥種植面積超過1.74×107hm2，其中13%種植在俄克拉荷馬州[2]，該地區(qū)大量的冬小麥被用于動物放牧利用，或制成干草和青貯飼料飼喂動物，以冬小麥為主的冬季飼料生產(chǎn)比率超過70%，其中大約49%被用于兩用管理(糧用和飼用)[3]。澳大利亞南部的高降雨地區(qū)(>650 mm)引入了兩用小麥并進行放牧管理，在獲取可觀谷物產(chǎn)量的同時緩解了因飼料季節(jié)性短缺所帶來的問題[4]，畜牧生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益也明顯提高[5]。由于引入飼用小麥到飼料生產(chǎn)系統(tǒng)中，農(nóng)場的經(jīng)濟效益明顯提高，因此小麥已被部分地區(qū)作為主要的飼料作物進行栽培[6]。

華南地區(qū)晚稻收獲后的水田以休耕為主，浪費了大量的土地資源。同時，畜牧業(yè)的發(fā)展受飼料短缺的影響，尤其是冬季作物生長受限，飼料短缺尤為嚴重。充分利用冬閑田種植飼料作物能有效緩解這一問題。傳統(tǒng)冬閑田種植牧草以意大利黑麥草(LoliummultiflorumL.)、紫云英(AstragalussinicusL.)和光葉紫花苕(ViciavillosaL.)為主。黑麥草機械收獲較難和較高的水分含量阻礙了其生產(chǎn)和利用，豆科牧草較高的緩沖能也不利于青貯。全株小麥具有較高的飼用價值[3]，糧用小麥的種植和田間管理以提高籽實產(chǎn)量和品質(zhì)為目標，這些方法顯然不適合對以全株收獲和利用的小麥。不同品種的小麥受育種目的、育種親本特性、生長環(huán)境等因素的影響，產(chǎn)量和營養(yǎng)成分的差異極大。一些糧用小麥的飼用潛力巨大，在國內(nèi)飼用小麥育種技術(shù)不完善或品種較少時，糧用小麥也可被用于飼用生產(chǎn)。本研究的目標是：(1)評估不同小麥品種的飼用潛力；(2)評估全株小麥營養(yǎng)與青貯品質(zhì)的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于華南農(nóng)業(yè)大學增城寧西試驗基地(23°14′ N，113°38′ E)，屬亞熱帶季風氣候，年平均溫21.6℃，最熱為7月，7月平均氣溫29.4℃，極端最高氣溫38.6℃；最冷為 1月，1月平均氣溫13.3℃，極端最低氣溫-1.9℃。全年積溫7 910.9℃，年平均降水量為1 967.8 mm，年平均日照時數(shù)為1 707.2 h。小麥生長季內(nèi)平均氣溫17℃，總降雨量276.2 mm，雨日30 d，日照時數(shù)558 h，最高氣溫29.9℃，最低氣溫2.5℃。氣象數(shù)據(jù)主要來源于廣州市氣象局，氣象站點位于增城區(qū)永寧街。土壤pH 5.65，有機質(zhì)21.96 g·kg-1，堿解氮125.61 mg·kg-1，速效磷13.18 mg·kg-1。試驗地常規(guī)種植模式為“早稻(春播夏收)—晚稻(夏播秋收)—牧草(秋播春次年收)或休耕”，晚稻收獲后留茬5～10 cm。

1.2 試驗設(shè)計和田間管理

在2017—2018年，對24個小麥品種進行篩選試驗?！畵P麥15’、‘揚輻麥4號’、‘揚麥23號’、‘揚麥20號’和‘揚麥22’由江蘇金土地種業(yè)有限公司提供；‘揚麥25’由來安大豐種業(yè)有限公司提供；‘明麥1號’和‘淮麥33’由江蘇明天種業(yè)科技股份有限公司提供；‘川麥107’和‘川麥42’由四川天宇種業(yè)有限責任公司提供；‘川麥62’和‘川麥91’由四川省綠丹種業(yè)有限責任公司提供；‘寧麥13號’和‘華麥7號’由來安大豐種業(yè)科技有限公司提供；‘綿麥26’由中種集團綿陽水稻種業(yè)有限公司提供；‘川麥104’由四川仲幫種業(yè)有限公司提供；‘衡觀35號’由河北蘭德澤農(nóng)種業(yè)有限公司提供；‘川麥61’由四川省農(nóng)科院作物研究所提供；‘運旱618’由河南圣源種業(yè)有限公司提供；‘西農(nóng)979’和‘西農(nóng)585’由河南新大農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供；‘黔麥18’由重慶金穗種業(yè)有限公司提供；‘靖麥18’號由曲靖市農(nóng)科院提供；‘石麥1號’由云南省石豐種業(yè)有限公司提供。

所有小麥統(tǒng)一在2017年11月25日進行播種，2018年3月27日收獲。播種密度設(shè)置為330萬株·hm-2，每個小麥品種3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，每個重復(fù)的小區(qū)面積為12 m2(3 m×4 m)，小區(qū)間距50 cm，采用人工撒播的方式播種。每個小區(qū)施用肥料為復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶8)，其中施用N，P2O5和K2O分別為90.0，36.0和48.0 kg·hm-2，分基肥和拔節(jié)肥，按照6∶4施入。土壤翻耕深度為30 cm，采用人工除雜草，試驗期間沒有使用任何殺蟲劑和殺菌劑，小麥生長期間未經(jīng)灌溉。

1.3 試驗方法

1.3.1農(nóng)藝性狀的調(diào)查和產(chǎn)量測定 在次年早稻播種前，在一天內(nèi)統(tǒng)一采樣分析(既播種時間和收獲時間一致)。收獲時對小麥的株高和有效分蘗數(shù)(穗子結(jié)實)進行測定。每個小區(qū)隨機選取1個面積大小為1.0 m × 1.0 m的樣方測定全株小麥的生物量，并計算干物質(zhì)(Dry matter，DM)產(chǎn)量。

1.3.2樣品處理 在收獲時，將全株小麥材料帶回實驗室，采用鍘草刀切短至20～30 mm，混勻后取200 g左右樣品裝入信封袋，在70℃烘箱中烘48 h后測定DM含量，之后粉碎過40目篩備用。其余裝入20 cm × 30 cm的聚乙烯青貯袋中，每袋約200 g(每個田間小區(qū)對應(yīng)一袋)，用真空封口機(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封，置于暗處貯藏60 d，開封后用于青貯發(fā)酵品質(zhì)的測定。

1.3.3分析方法 粗蛋白(Crude protein，CP)含量采用凱氏定氮法(KN680，濟南阿爾瓦儀器有限公司)測定，粗脂肪含量采用乙醚提取法測定(SLF-06，杭州托普儀器有限公司)，粗灰分含量采用灼燒法測定[7]，可溶性碳水化合物(Water-soluble carbohydrates，WSC)含量采用蒽酮-硫酸法測定[8]，緩沖能采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定[9]，粗纖維、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)含量采用濾袋法測定(ANKOM A-200i，北京安科博瑞科技有限公司)[10]。根據(jù)ADF和NDF計算相對飼用價值(Relative feed value，RFV)[11]。

在青貯袋開封后，取20 g混勻的青貯飼料放入聚乙烯塑料封口袋中，加入80 mL蒸餾水封口，置于冰箱中4℃下浸泡18 h后過濾[12]，用pH計(雷磁PHS-3E，上海儀電科學儀器有限公司)測定浸提液pH值。NH3-N含量用凱氏定氮儀直接蒸餾測定。有機酸含量采用島津高效液相色譜儀測定[12]：浸提液加入少量陽離子交換樹脂，在12 000 r·min-1下離心3 min后，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾后測定乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量。色譜條件：色譜柱(RSpak KC-811昭和電氣)，流動相為3 mmol·L-1的高氯酸溶液，流速1 mL·min-1，柱溫為室溫40℃，檢測波長210 nm。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2007對試驗數(shù)據(jù)進行整理，通過SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，利用Origin 2021b作圖。采用單因素方差分析對飼草產(chǎn)量、營養(yǎng)成分和青貯發(fā)酵品質(zhì)等指標進行分析，利用主成分對適宜華南地區(qū)的小麥品種進行綜合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀

品種對小麥的株高、有效分蘗數(shù)、產(chǎn)量和相對飼用價值有顯著影響(P<0.05)(表1)。在所有的小麥品種中，‘黔麥18’的株高顯著高于其他小麥品種(P<0.05)；‘揚麥20’、‘揚麥23’、‘運旱618’和‘西農(nóng)979’的有效分蘗數(shù)均超過3，其中‘揚麥20’的有效分蘗數(shù)最高。供試小麥的DM產(chǎn)量變化范圍為5.20～9.81 t·hm-2，‘石麥1號’、‘川麥61’和‘衡觀35號’的產(chǎn)量都超過9.00 t·hm-2，有11個小麥品種的DM產(chǎn)量大于平均值(即7.13 t·hm-2)，‘西農(nóng)979’的DM產(chǎn)量最低，僅為DM平均值的76.3%；供試小麥的CP產(chǎn)量變化范圍為0.40～0.87 t·hm-2，其中石麥1號的CP產(chǎn)量最高，有10個小麥品種的CP產(chǎn)量大于大于平均值(即0.62 t·hm-2)，淮麥33的CP產(chǎn)量僅為CP平均值的64.5%。所有小麥品種的相對飼用價值均在90以上，‘石麥1號’的相對飼用價值最高，超過相對飼用價值的平均值的小麥品種占33.3%?！?1’、‘川麥62’、‘綿麥26’和‘石麥1號’的種子千粒重顯著高于其他小麥種子(P<0.05)。

表1 不同小麥的農(nóng)藝性狀和相對飼用價值Table 1 Agronomic characters and relative feed value of different wheat varieties

續(xù)表1

2.2 營養(yǎng)成分

不同小麥品種間的DM、CP、NDF、ADF、WSC含量的變化范圍分別為28.51～45.67，7.01～11.34，55.96～68.41，19.50～31.69，3.21～10.18% DM。在24個小麥品種中，高于和低于平均DM含量的小麥品種各占50%，其中‘靖麥18號’的DM含量最高，高出平均值16.8%，‘揚麥23’的DM含量最低且僅為平均值的72.9%。12個小麥品種的CP含量高于平均值，其中‘揚麥23’的CP含量最高，‘華麥7號’的CP含量僅為平均值的81.9%。各品種間的NDF和ADF含量的差異較小(除‘揚麥23’外)?！?號’和‘華麥7號’的WSC含量均超過9.00% DM，其中37.5%的小麥品種高于WSC平均值，‘西農(nóng)979’的WSC含量最低，僅為5.06% DM(表2)。

表2 品種對飼用全株小麥青貯前化學成分、pH和緩沖能的影響Table 2 Effects of varieties on chemical composition,pH and buffering capacity of forage whole-plant wheat prior to ensiling

2.3 青貯發(fā)酵品質(zhì)

品種對全株青貯飼料的pH、乙酸、丙酸、丁酸和氨態(tài)氮含量有顯著影響(P<0.05)，但對乳酸含量影響不顯著(P>0.05)(表3)?！?2’、‘川麥62’、‘川麥91’、‘華麥7號’和‘淮麥33’的pH都在4.0以下。盡管品種對乳酸含量沒有顯著影響，但‘揚麥20’的乳酸含量高達5.43% DM，而‘寧麥13’僅有1.28% DM，平均乳酸含量2.71% DM。41.7%的品種的丁酸含量高于平均值(0.95% DM)，‘揚麥22’的丁酸含量最高，為2.03% DM。41.7%的品種的NH3-N含量高于平均值(26.7% TN)，其中‘靖麥18號’的NH3-N含量最低(14.0% TN)，‘揚輻麥4號’的氨態(tài)氮含量最高(48.4% TN)。

表3 品種對飼用全株小麥青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 3 Effects of varieties on the fermentation quality of forage whole-plant wheat silage

續(xù)表3

2.4 相關(guān)性和主成分分析

種子千粒重與干物質(zhì)產(chǎn)量顯著正相關(guān)(P<0.05)；有效分蘗數(shù)與株高顯著負相關(guān)(P<0.01)；ADF與相對飼用價值呈顯著負相關(guān)(P<0.01)；除了CP與CP產(chǎn)量顯著相關(guān)外，產(chǎn)量與營養(yǎng)和青貯發(fā)酵品質(zhì)之間并未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。緩沖能與丁酸含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；DM含量與CP、CF、ADF、乳酸和丁酸含量呈顯著負相關(guān)(P<0.05)；CP含量與NDF含量呈負相關(guān)(P<0.01)，但CP含量與乙酸、丁酸含量和緩沖能呈正相關(guān)(P<0.01)；NDF含量與乙酸和丁酸含量呈顯著負相關(guān)(P<0.05)；WSC含量與青貯飼料的pH值呈顯著負相關(guān)(P<0.01)(表4)。

表4 全株小麥產(chǎn)量、營養(yǎng)組成和青貯發(fā)酵品質(zhì)間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis among yield,nutrient composition and silage fermentation quality of whole-plant wheat

根據(jù)主成分分析結(jié)果可知，與產(chǎn)量和青貯發(fā)酵品質(zhì)相關(guān)的指標多集中于第一象限，但小麥品種在該象限內(nèi)的分布較少(圖1)。即使經(jīng)濟產(chǎn)量較高，但川麥61因飼用價值遠低于平均值而導(dǎo)致負面影響較大。

圖1 小麥品種與指標主成分圖Fig.1 Principal components diagram of whole-plant wheat varieties and indicators注：DM：干物質(zhì)；CP：粗蛋白；CF：粗纖維；NDF：中性洗滌纖維；ADF：酸性洗滌纖維；WSC：水溶性碳水化合物Note:DM,dry matter;CP,crude protein;CF,crude fiber;NDF,neutral detergent fiber;ADF,acid detergent fiber;WSC,water-soluble carbohydrate

3 討論

3.1 品種與產(chǎn)量

全株小麥的飼用潛力較高，國內(nèi)外對其利用也較多[6]，尋找高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小麥品種(系)是飼用小麥育種和篩選計劃的主要目標，為特定環(huán)境使用適宜的品種(系)，對于最大限度減少飼料供應(yīng)短缺和低質(zhì)量飼料造成的損害非常重要[2]。來源于不同地區(qū)的種質(zhì)存在較大的遺傳變異，包括可以提高飼草產(chǎn)量的基因或QTL和對逆境環(huán)境的抗脅迫能力。在本研究中，僅有石麥1號和川麥61同時保持較高的DM產(chǎn)量和CP產(chǎn)量，主要原因是灌漿和結(jié)實早，華南地區(qū)冬閑田期間的溫度能滿足這2個品種的生長。其他小麥品種生育期整體較長。伴隨3月底4月初的華南地區(qū)具有明顯的高溫高濕特征，易造成DM產(chǎn)量下降[12]。

小麥千粒重對DM產(chǎn)量的影響較大，這與Bockus和Sgroyer[13]首次揭露大種子對小麥DM產(chǎn)量具有積極作用的研究結(jié)果一致。原因是大種子對增加胚芽鞘長度、葉片大小和幼苗的干重產(chǎn)生了積極影響[14]，在溫室條件下，較大的種子發(fā)芽和出苗更快[15]。在長期干旱期間，大種子的相對生長率低于小種子[16]，這很可能是大種子對干旱脅迫的一種響應(yīng)。在大多數(shù)情況下，大種子產(chǎn)生的幼苗具有更高的生物量，Elliott等[17]在種子大小對油菜生長的研究中也揭示了這一點。

與其他小麥品種相比，盡管衡觀35的株高和有效分蘗數(shù)都較低，但依然具有較高的DM產(chǎn)量(表1)，主要原因是該品種主要分布在云南和貴州溫度較高的地區(qū)，相比其他品種更能耐高溫(春季溫度較高)，因此較適合在廣州冬季種植，較高的灌漿率和結(jié)實率為全株DM產(chǎn)量的提高提供了積極作用。石麥1號株高高于平均值，但分蘗數(shù)也較低(表1)，主要種植于云南曲靖南部地區(qū)，氣候條件與華南中部和北部地區(qū)接近，這也為較高的DM積累率提供了條件。這兩個品種主要在臘熟期收獲，既不影響4月早稻的種植，也能獲取較高的飼草產(chǎn)量，緩解了當?shù)氐娘暡莨?yīng)壓力。受傳統(tǒng)種植制度和作物類型的影響，多數(shù)生產(chǎn)者對全株谷類作物的接受度不高，主要原因是缺乏具體的營養(yǎng)參數(shù)和種植技術(shù)支撐，全株小麥具有較高的產(chǎn)量和相對飼用價值，這對生產(chǎn)者的生產(chǎn)利用具有較大的吸引力。

3.2 品種與營養(yǎng)成分

本研究中的小麥CP含量大部分高于8.00% DM(表2)，比一些已報到的全株玉米的CP含量高[18]，尤其是‘揚麥23’的CP含量更是高達11.13% DM。此外，小麥的CF含量大都低于27% DM(表2)，達到了上等牧草CF含量的要求。小麥在收獲時因籽實在全株中比例較高，從而降低了植物細胞壁組分的相對含量。隨著淀粉含量的提高，NDF和ADF含量降低，這有助于提高動物的消化率[19]。

小麥營養(yǎng)器官中暫貯的WSC是維系其生長和產(chǎn)量形成的重要代謝物質(zhì)，能有效通過滲透調(diào)節(jié)來緩解逆境脅迫對小麥的傷害[20]，同時也是小麥籽粒灌漿所需的重要碳源[21]。在高溫條件下，小麥的WSC作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可通過改變其含量來調(diào)控植株的代謝活動，以減小高溫對其生長發(fā)育的傷害[20]，但會降低地上生物量[22]。在本研究中，有58%的小麥WSC含量低于6% DM，但這58%的品種中又有86%的品種CP含量高于8%，除受遺傳因素影響外，很可能是由于小麥在籽粒灌漿階段遇高溫天氣，導(dǎo)致CP含量較高和WSC含量較低的現(xiàn)象同時出現(xiàn)，這與李春江[12]的研究結(jié)果一致。此外，在未完全成熟而進入蠟熟期可能導(dǎo)致地上生物量降低的風險增加，這得到Dreccer等[22]研究結(jié)論的支持。值得注意的是，盡管衡觀35號的NDF和ADF與平均值差異較小，但較低的CP含量影響了其飼用潛力，原因可能是在臘熟晚期收獲，導(dǎo)致CP含量較低。‘石麥1號’的CP和WSC含量都較高，這可能是收獲時生育期較早的原因。

3.3 青貯發(fā)酵品質(zhì)

產(chǎn)量和營養(yǎng)常被用于評價牧草的飼用潛力[23]，但受利用方式的影響，同種飼料作物的利用潛力也具有明顯差異(如放牧、兩用、干草和青貯)。全株小麥的WSC含量高，這對提高青貯發(fā)酵品質(zhì)具有積極作用[24]，原因是青貯原料中的WSC能為乳酸菌繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)[25]。在本研究中，原料WSC與pH負相關(guān)是因為乳酸菌消耗WSC產(chǎn)生乳酸，對青貯飼料pH的快速降低具有積極意義，這與Filya[26]的研究結(jié)果一致。影響青貯發(fā)酵品質(zhì)的另一關(guān)鍵因素是青貯原料的DM含量，一般青貯飼料適宜的含水量在65%～75%，較低的含水量導(dǎo)致青貯飼料的滲透壓高，青貯過程所有微生物都受到抑制，小麥發(fā)酵程度較低也證明了這點。在所有小麥品種中，小麥青貯飼料的pH主要分布在4.2左右(表3)，有少數(shù)品種的乳酸和乙酸含量相近，這與Wang和Nishino[27]的研究結(jié)果相似。石麥1號氨態(tài)氮含量較高，但同時具有較高的乳酸，這與植物蛋白酶和乳酸菌的代謝活動有關(guān)。在本研究中，NH3-N含量均超過14% TN，這主要是較高的DM含量導(dǎo)致青貯過程中的滲透壓較強，不利于乳酸發(fā)酵和pH的快速降低，因此植物蛋白酶發(fā)生水解。此外，青貯發(fā)酵后期一些微生物蛋白酶將氨基酸脫氨基生成NH3-N，導(dǎo)致蛋白降解嚴重[28]，通過接種乳酸菌能顯著改善全株小麥的青貯發(fā)酵品質(zhì)[29-30]。在本研究中，‘黔麥18’的丙酸含量較高，這與pH值較高有關(guān)，‘黔麥18’的緩沖能和DM含量較高，WSC含量較低，青貯過程中的pH值下降較慢，導(dǎo)致丙酸、丁酸和氨態(tài)氮含量較高，這與李春江[12]在全株小麥篩選品種中的部分品種類似，截止目前，并不清楚丙酸含量為何如此高。盡管‘衡觀35號’的乳酸含量低于平均值，但在青貯過程中的蛋白降解率也較低。為保證‘石麥1號’具有較高的青貯發(fā)酵品質(zhì)，在青貯前可添加乳酸菌以改善青貯發(fā)酵效果。

4 結(jié)論

不同小麥品種間的產(chǎn)量和相對飼用價值差異較大，‘石麥1號’、‘川麥61’和‘衡觀35’的干物質(zhì)產(chǎn)量均高于9 t·hm-2，其中‘石麥1號’的相對飼用價值最高。相關(guān)性分析表明，DM含量與CP、CF、ADF、乳酸和丁酸含量呈顯著負相關(guān)。以產(chǎn)量、營養(yǎng)成分和青貯發(fā)酵品質(zhì)等相關(guān)參數(shù)為基礎(chǔ)，綜合評估后認為石麥1號和衡觀35號在廣東冬閑田適合種植。