亞熱帶典型紅壤丘陵地區(qū)飼用雜交構(gòu)樹生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)

吳照祥，李彥強(qiáng)，劉巧麗，李輝虎，鐘永達(dá)，劉 杰，余發(fā)新

(江西省科學(xué)院生物資源研究所，330096，南昌)

0 引言

構(gòu)樹屬于蕁麻目桑科的多年生落葉闊葉喬木，自然分布于我國(guó)大部分地區(qū)和東南亞，是一種典型的鄉(xiāng)土樹種和先鋒植物[1]。構(gòu)樹有著悠久的開發(fā)歷史，是一種多用途資源植物，集綠化、飼料和藥用功能于一身[2]，具有速生、適應(yīng)性強(qiáng)、分布廣、易繁殖、熱量高、輪伐期短等優(yōu)良特性，表現(xiàn)出較高的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。雜交構(gòu)樹是中國(guó)科學(xué)院植物研究所沈世華博士在野生構(gòu)樹的基礎(chǔ)上結(jié)合常規(guī)育種和現(xiàn)代育種方式獲得的具有極高飼用價(jià)值的創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)樹種。雜交構(gòu)樹繼承了野生構(gòu)樹的諸多優(yōu)良特性，還表現(xiàn)出了超出野生構(gòu)樹的一些性狀特征，其葉片粗蛋白、粗脂肪以及鈣含量都有顯著的提高。根據(jù)《中國(guó)飼料成分及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值表》數(shù)據(jù)，雜交構(gòu)樹葉片多項(xiàng)飼用指標(biāo)都顯著高于1級(jí)苜蓿，具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是一種優(yōu)良的飼料資源[3]。雜交構(gòu)樹飼料還是一種廣譜性飼料資源，可以應(yīng)用于如豬、牛、羊等大型牲畜[4]，也可以應(yīng)用于雞、鴨、兔等小型畜禽，甚至可以應(yīng)用于龜、鱉、魚等水產(chǎn)養(yǎng)殖[5]。

2014年底，雜交構(gòu)樹產(chǎn)業(yè)扶貧工程在全國(guó)扶貧工作會(huì)議上獲得批準(zhǔn)，成為國(guó)家十大精準(zhǔn)扶貧工程之一，亦是十大工程唯一的林業(yè)類種植項(xiàng)目，該工程在2015年就開始部分省區(qū)試點(diǎn)，并逐步推廣到全國(guó)各適應(yīng)地區(qū)，因此構(gòu)樹迎來(lái)了歷史上最好的發(fā)展機(jī)遇，已經(jīng)形成新興發(fā)展的種養(yǎng)殖業(yè)。然而雜交構(gòu)樹種植產(chǎn)業(yè)在我國(guó)剛剛起步，在種植密度、水肥管理、病蟲害防治以及采收加工等方面都還缺乏有效的科學(xué)論證和技術(shù)開發(fā)。目前，雜交構(gòu)樹在山東、河北、河南、內(nèi)蒙古以及安徽北部等平原地區(qū)普及推廣，也取得了非常不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山東地區(qū)雜交構(gòu)樹的種植密度為6 000～9 000 棵/hm2，全部實(shí)行機(jī)械化收獲，除第一茬生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)外(約60 d)，其他茬期都在40 d左右，每年總共收獲4茬。雜交構(gòu)樹生物學(xué)產(chǎn)量在前2年稍低(60～75 t/hm2)第3年開始基本穩(wěn)定在90～120 t/hm2[6]。目前，雜交構(gòu)樹在我國(guó)北方平原地區(qū)的種植以良田種植為主，存在一定的“與人爭(zhēng)糧”的矛盾，雖然有一定的種植面積是基于不適合主糧生產(chǎn)的邊際土地。我國(guó)廣大的南方地區(qū)以丘陵地貌居多，尤其像江西、福建和貴州等省份，大面積土地不太適合水稻等主糧作物種植，而該地區(qū)諸如年積溫、年降水量、無(wú)霜期等水熱條件明顯優(yōu)于北方，非常適合發(fā)展雜交構(gòu)樹種植產(chǎn)業(yè)。另外，由于國(guó)際油價(jià)的不斷攀升，像飼草一類的泡貨運(yùn)輸成本較高，直接增加了我國(guó)南方養(yǎng)殖業(yè)的成本壓力，飼草本地化是解決南方養(yǎng)殖業(yè)高成本的唯一出路，所以我國(guó)南方丘陵地區(qū)雜交構(gòu)樹高效栽培技術(shù)開發(fā)成為現(xiàn)階段構(gòu)樹扶貧項(xiàng)目重要任務(wù)之一。目前，雜交構(gòu)樹對(duì)我國(guó)南方水熱條件的適應(yīng)性以及生長(zhǎng)狀況都還不甚清楚，有待開展進(jìn)一步深入研究。

雜交構(gòu)樹作為重要的飼料原料，其應(yīng)用方式多種多樣，可以直接粉碎喂食，也可以烘干粉碎制成顆粒料，而更多的是通過微生物參與的深度發(fā)酵進(jìn)一步提升其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]。雜交構(gòu)樹飼用方式跟植物體幼嫩程度、木質(zhì)素含量、能量密度等緊密相關(guān)[8]，另外飼料發(fā)酵還受到原料水分以及碳氮比等因素的影響[9]。所以，不同收獲期雜交構(gòu)樹各個(gè)構(gòu)件水分含量、碳氮比等問題的深入研究有助于更好的對(duì)其開發(fā)利用。本研究就是針對(duì)典型亞熱帶紅壤丘陵地區(qū)，開展雜交構(gòu)樹適應(yīng)性引種試驗(yàn)，并研究其各個(gè)構(gòu)件不同收獲期生物量積累以及水分含量、碳氮比的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合能值和灰分含量的測(cè)定，掌握雜交構(gòu)樹原料能量水平、灰分含量與其碳氮養(yǎng)分含量間的關(guān)系，以期為進(jìn)一步增強(qiáng)刈割和田間管理措施以及雜交構(gòu)樹原料利用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于江西省南昌市黃馬鄉(xiāng)江西省科學(xué)院試驗(yàn)基地(28°22′N，116°1′E)。該地區(qū)位于中亞熱帶溫潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，常年平均溫度17.5℃，年平均日照1 574.1 h，年平均降水量為1 662.5 mm，無(wú)霜期275 d。丘陵緩坡地居多，土壤類型以磚紅壤為主，其理化性質(zhì)(0～20 cm表層土壤)為：pH值4.4，電導(dǎo)率0.724 mS/cm，有機(jī)質(zhì)20.43 g/kg，全氮0.89 g/kg，有效磷13.27 mg/kg，速效鉀112.01 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用雜交構(gòu)樹母樹為中國(guó)科學(xué)院植物研究所沈世華研究員提供的組培苗，參考“1+5”的育苗策略，即1代組培苗+5代扦插苗保證種苗質(zhì)量的同時(shí)快速提供種苗的生產(chǎn)方式，選擇長(zhǎng)勢(shì)較好的1年生半木質(zhì)化枝條采用扦插的方式獲取種苗材料，于開春后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的健壯種苗進(jìn)行移栽，試驗(yàn)所用雜交構(gòu)樹種苗株高和基徑分別約為10 cm、1.5 mm。土地翻耕平整后，于2017年4月2日按照70 cm×80 cm的株行距進(jìn)行種苗移栽，生長(zhǎng)過程沒有進(jìn)行任何處理，包括除草、施肥以及噴灑農(nóng)藥，每隔2個(gè)月進(jìn)行一次取樣。分別于6月2日、8月2日和10月2日隨機(jī)收獲60株，每20株為一個(gè)重復(fù)，量取株高后沿地面10 cm處進(jìn)行收割，將葉片和莖稈分開。經(jīng)105℃殺青30 min后，置70℃下烘干至恒重，粉碎后用于碳氮含量、能值以及灰分含量等指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定方法

于每個(gè)收獲時(shí)間節(jié)點(diǎn)，收獲雜交構(gòu)樹前對(duì)其株高、基徑進(jìn)行測(cè)定。株高采用鋼卷尺進(jìn)行測(cè)量；基徑采用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量。樣品收獲后采用稱重法分別測(cè)定葉片和莖干含水率。植物葉片和莖干粉碎過0.25 mm孔徑篩后采用碳氮自動(dòng)分析儀(Vario EL III，德國(guó))測(cè)定，并根據(jù)總碳和總氮含量計(jì)算出C、N比值。按照高溫灼燒法測(cè)定雜交構(gòu)樹葉片和莖干樣品灰分含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及繪圖，借助應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 18.0進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，確定各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)樣品間各指標(biāo)差異顯著性，并對(duì)灰分含量與氮含量以及總能含量與碳含量之間的相關(guān)性以及顯著性水平進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交構(gòu)樹形態(tài)指標(biāo)

在亞熱帶典型紅壤丘陵地區(qū)，4月初移栽的雜交構(gòu)樹在6月初、8月初和10月初其株高分別達(dá)到43.21 cm、100.18 cm和131.68 cm，而其基徑分別達(dá)到4.82 mm、10.62 mm和19.20 mm(圖1)。隨著生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，植株株高和基徑都顯著增加，其中植株株高增加速度先增加后降低，而基徑增加速度呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì)，這表明雜交構(gòu)樹逐步由前期的縱向生長(zhǎng)主導(dǎo)向橫向生長(zhǎng)主導(dǎo)過渡。

圖1 不同收獲時(shí)間雜交構(gòu)樹株高與基徑

2.2 雜交構(gòu)樹莖葉生物量積累與含水量

在亞熱帶典型紅壤丘陵地區(qū)，雜交構(gòu)樹從4月初到10月初，隨著莖干和葉片生物量的逐步增加，其含水率呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，其中莖干含水率的下降更加劇烈，葉片的含水率從6月初的72.28%下降到10月初的65.36%，而莖干含水率則從6月初的70.70%下降到10月初的43.35%(圖2)。

圖2 雜交構(gòu)樹莖葉生物量積累和含水率

2.3 雜交構(gòu)樹莖葉碳、氮含量

針對(duì)碳含量而言，隨著種植時(shí)間的延長(zhǎng)，雜交構(gòu)樹不管是葉片、莖干還是全株都是呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，并且莖干碳含量都顯著高于葉片。雜交構(gòu)樹葉片氮含量顯著高于莖干，兩者隨時(shí)間的變化規(guī)律恰恰相反，葉片含氮量先上升后下降，而莖干是先下降后上升。隨著種植時(shí)間的增加，雜交構(gòu)樹整株碳含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而氮含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。雜交構(gòu)樹莖干碳C/N顯著高于葉片，不管是葉片、莖干還是全株其C/N隨時(shí)間的變化規(guī)律都與其N含量變化規(guī)律截然相反(圖3)。

2.4 雜交構(gòu)樹莖葉總能含量以及總能量

在不同收獲時(shí)間點(diǎn)，雜交構(gòu)樹莖干總能含量顯著高于葉片，其中莖干總能含量隨時(shí)間增加逐步上升，而葉片變化不明顯。雜交構(gòu)樹全株總能含量是早期增加較快，后期趨于穩(wěn)定。雜交構(gòu)樹全株總能量逐步增加，從6月初的161.24 kJ/株增加到10月初的2 561.12 kJ/株(圖4)。

2.5 雜交構(gòu)樹莖葉灰分含量

從6月初到8月初，葉片的灰分含量從8.75%顯著增加到12.60%，而莖干則從7.76%顯著降低到3.34%(圖5)。雜交構(gòu)樹全株灰分含量變化規(guī)律跟莖干較為一致。不管是葉片、莖干還是全株，從8月初到10月初其灰分含量都沒有發(fā)生明顯的變化。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)針對(duì)亞熱帶典型紅壤丘陵地區(qū)，開展雜交構(gòu)樹引種栽培試驗(yàn)，并觀察雜交構(gòu)樹各個(gè)構(gòu)件生物量積累，研究其水分、碳素、氮素等含量的動(dòng)態(tài)變化，分析雜交構(gòu)樹飼料原料能量和灰分與其碳氮元素含量之間的相互關(guān)系。為了更好地檢驗(yàn)雜交構(gòu)樹對(duì)這一區(qū)域水熱條件的適應(yīng)性，試驗(yàn)所選地塊土壤較為貧瘠，并且試驗(yàn)過程中沒有進(jìn)行任何的肥料和農(nóng)藥施用措施，故在生產(chǎn)力表現(xiàn)上遠(yuǎn)不如前人報(bào)道[10]。雜交構(gòu)樹種植前2年生物學(xué)產(chǎn)量普遍偏低[6,11]，這也是本試驗(yàn)雜交構(gòu)樹生物學(xué)產(chǎn)量偏低的重要原因，株高和基徑的表現(xiàn)跟生物學(xué)產(chǎn)量一致。然而，10月份樹高能夠達(dá)到150 cm，并且2個(gè)月的生長(zhǎng)樹高也能達(dá)到50 cm左右(圖1)，從植株形態(tài)表現(xiàn)來(lái)看雜交構(gòu)樹對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的水熱條件具有較好的適應(yīng)性。雜交構(gòu)樹莖葉氮素含量動(dòng)態(tài)變化分析表明，試驗(yàn)地區(qū)水熱條件下該樹種對(duì)土壤養(yǎng)分元素特別是氮素的需求隨季節(jié)的不同而變現(xiàn)出較大的變化(圖3)，8月份植物氮素含量達(dá)到最大值，特別是葉片的氮素含量達(dá)到3.48%，這預(yù)示雜交構(gòu)樹生長(zhǎng)旺盛期需要適當(dāng)補(bǔ)充氮肥以滿足其養(yǎng)分需求。本試驗(yàn)僅僅分析了雜交構(gòu)樹氮素的動(dòng)態(tài)變化，沒有對(duì)其他養(yǎng)分元素開展研究，需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索雜交構(gòu)樹對(duì)磷、鉀和其他微量元素的需求規(guī)律，為其高效栽培田間管理尤其是肥料施用提供理論支持。

圖3 雜交構(gòu)樹莖葉碳、氮含量

圖4 雜交構(gòu)樹莖葉總能

圖5 雜交構(gòu)樹莖葉灰分含量

構(gòu)樹葉的植物粗蛋白含量、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，反芻動(dòng)物與草食性魚類直接飼喂新鮮構(gòu)樹葉效果較好，但是單胃動(dòng)物及家禽對(duì)其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率較低[12]，大量養(yǎng)分隨糞便排出，制約了構(gòu)樹飼料的進(jìn)一步開發(fā)利用。構(gòu)樹葉利用率與粗纖維含量、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及抗?fàn)I養(yǎng)因子含量有關(guān)，可以通過深度發(fā)酵將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)分解成可利用的氨基酸等，且產(chǎn)生的大量芳香族化合物，能夠增加其適口性[13]。原料水分含量以及碳氮比是影響飼料發(fā)酵過程的重要因子[14]，本試驗(yàn)中雜交構(gòu)樹全株碳氮比穩(wěn)定30左右(圖3)，非常適合發(fā)酵過程的進(jìn)行，有利于減少養(yǎng)分的損失，因此雜交構(gòu)樹可以直接鮮料投喂也可以進(jìn)行發(fā)酵后飼用，是一種優(yōu)良的廣譜型飼料原料。

作為一種廣譜飼料原料，雜交構(gòu)樹的能量和灰分含量也是衡量其營(yíng)養(yǎng)水平的關(guān)鍵指標(biāo)，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雜交構(gòu)樹總灰分與氮素含量以及總能含量與碳素含量之間呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(圖6，P<0.05)，表明隨著雜交構(gòu)樹能量含量隨著碳水化合物積累逐漸增加，而粗灰分含量也隨著氮素含量增加而增加。因此，為了獲得較高的氮素含量必然引起粗灰分的增加，所以需要根據(jù)相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行最優(yōu)選擇。

圖6 粗灰分與氮含量以及總能含量與碳含量之間的相關(guān)性

通過引種栽培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雜交構(gòu)樹對(duì)亞熱帶典型紅壤丘陵地區(qū)水熱條件具有較好的適應(yīng)性，若能結(jié)合有效田間管理將取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。在考慮總灰分和氮素含量的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)一步結(jié)合合理密植、高效施肥、適時(shí)收獲等田間管理措施，更好地發(fā)揮雜交構(gòu)樹自身生長(zhǎng)規(guī)律和土地生產(chǎn)能力，攫取最優(yōu)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，助力扶貧項(xiàng)目順利實(shí)施。