袁 波,徐麗君,趙雅茹,聶瑩瑩,楊 敏,薛 瑋,吳欣珈,孟慶全,孟憲文
(1.青島農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院, 山東 青島 266109;2.北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室 / 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 / 內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站, 北京 100081;3.內(nèi)蒙古正時生態(tài)農(nóng)業(yè)(集團)有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000;4.呼倫貝爾農(nóng)墾特泥河農(nóng)牧場有限公司, 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000;5.呼倫貝爾農(nóng)墾謝爾塔拉農(nóng)牧場有限公司, 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)
北方農(nóng)牧交錯區(qū)是我國半干旱生態(tài)過渡帶及半農(nóng)半牧生態(tài)脆弱帶,是種植業(yè)和畜牧業(yè)交織的緩沖帶,生產(chǎn)潛力巨大,在保障糧食安全中發(fā)揮著重要作用。該區(qū)域也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植向畜牧業(yè)過渡的區(qū)域,其草地資源非常豐富,是我國非常重要的畜牧業(yè)基地[1]。由于全球氣候變暖和降水分布不均勻以及降水量減少,造成地表水資源匱乏,影響草原植被生長,導致天然鮮草產(chǎn)量連續(xù)降低,這種趨勢仍在持續(xù)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及人們對畜牧產(chǎn)品的需求不斷增大,過度放牧加劇了草原退化,導致畜牧業(yè)的發(fā)展與草原生態(tài)保護之間存在極大的不平衡[2]。因此,建立栽培草地對促進畜牧業(yè)發(fā)展、減緩天然草地退化具有重要意義。
2015 年中央‘一號文件’提出加快發(fā)展草牧業(yè),農(nóng)業(yè)農(nóng)村部出臺了《關于促進草牧業(yè)發(fā)展的指導意見》,對不同區(qū)域發(fā)展草牧業(yè)進行設計和指導,在我國廣大的農(nóng)區(qū)、農(nóng)牧交錯區(qū)和部分牧區(qū)因地制宜地發(fā)展高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培草地和半栽培草地,可以大幅度提高草地的牧草產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。栽培草地主要建植于中低產(chǎn)田[4]與撂荒地[5]。栽培草地能夠有效防止黑土地水土流失,其原因是植被覆蓋率大,并且根系密集[6]。通常采用草田輪作的方式解決飼草與作物的用地矛盾。草田輪作是當前消減連作障礙在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中成本低、易推廣的措施之一,通過科學的輪作方式既能有效減少連作引起的土壤理化環(huán)境惡化,也能使土壤中微生物多樣性增加、活性增強,對逐步恢復土壤健康具有重要作用[7]。
復種是我國南北方耕作種植方式中被廣泛采用的一種,以提高土地利用率,在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要地位[8]。根據(jù)不同地區(qū)的土地與氣候資源特點,利用復種方式生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼草,能夠提高該區(qū)域飼草的質(zhì)量和數(shù)量,冷季不僅飼草數(shù)量少而且質(zhì)量差,影響經(jīng)濟效益,加之氣候條件和生態(tài)環(huán)境惡劣地區(qū)的多重作用,造成飼草短期充裕、長期不足的情況頻發(fā),而通過復種方式可以有效緩解,能夠為當?shù)匕l(fā)展農(nóng)區(qū)及農(nóng)牧交錯區(qū)畜牧產(chǎn)業(yè)提供大量優(yōu)質(zhì)飼草[9-13]。
燕麥(Avena sativa)為禾本科植物,可作為糧食作物與飼草料[14],燕麥富含膳食纖維,降脂降糖,具有抗寒旱、耐鹽堿、耐瘠薄等優(yōu)點,抵御農(nóng)業(yè)風險系數(shù)高[15-16]。燕麥干草不僅營養(yǎng)價值高而且適口性好,屬于優(yōu)質(zhì)飼草,品質(zhì)顯著優(yōu)于麥秸等,有助于緩解呼倫貝爾地區(qū)飼草短缺供求不平衡等問題,同時也對保障區(qū)域糧食安全具有重要意義[17-18]。飼用燕麥富含水溶性碳水化合物并且中性洗滌纖維含量較低,其干草的適口性更好[19-20],基本能滿足家畜冷季的營養(yǎng)需求。從燕麥的生長習性來看,呼倫貝爾地區(qū)夏季時間短、降水集中,秋季氣溫驟降,霜凍早的氣候條件最適宜燕麥生長。以呼倫貝爾市為代表的農(nóng)牧交錯區(qū),缺少產(chǎn)量高、品質(zhì)好、成熟早的飼草品種,是影響該地區(qū)草畜平衡發(fā)展的主要因素[21]。為解決飼草短缺的問題,篩選復種指數(shù)高、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的牧草燕麥品種具有重要意義。然而關于燕麥復種的研究相對較少[22-23],特別是針對北方寒旱區(qū)冷涼氣候條件。因此,本研究開展篩選適宜于呼倫貝爾地區(qū)復種需求的優(yōu)質(zhì)飼用燕麥品種[24],以期為當?shù)靥峁┻m宜復種的優(yōu)質(zhì)品種,緩解家畜冬季飼草匱乏的草畜矛盾,為保障試驗區(qū)畜牧業(yè)的健康發(fā)展提供參考依據(jù)。
試驗地位于呼倫貝爾市海拉爾區(qū)謝爾塔拉農(nóng)牧場,中國農(nóng)業(yè)科學院呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站(49°23′13″ N,120°02′47″ E),海拔627~635 m。該地區(qū)位于大興安嶺東北區(qū)域,屬于農(nóng)牧交錯帶地區(qū),大陸性氣候顯著,年溫差可達80 ℃,春季干燥風大,夏季時間短且溫度低,秋季降溫快且霜凍早,冬季寒冷漫長。年積溫(1 690 ±110) ℃·d,有效積溫利用率高,無霜期僅占全年三分之一,降水常集中在夏季,年平均降水量約400 mm。
土壤類型為暗栗鈣土,試驗地0-40 cm 土壤pH 6.85,有機質(zhì)含量23.3 g·kg-1,全氮含量2.04 g·kg-1,全磷含量0.50 g·kg-1,全鉀含量14.56 g·kg-1,堿解氮含量144.44 mg·kg-1,速效磷 含量16.98 mg·kg-1,速效鉀含量228.79 mg·kg-1。
‘燕麥品系1’‘燕麥品系2’‘燕麥品系3’‘小燕麥’‘香燕13 號’‘香燕8 號’和‘云南小燕麥’共7 個品種均來源于中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所。
燕麥播種時間6 月26 日,前茬苜蓿(Medicago sativa)作物收割后,對土地進行翻耕,采用隨機區(qū)組設計,試驗區(qū)總面積615 m2,小區(qū)面積15 m2(3 m ×5 m),試驗小區(qū)間留1 m 保護行,播種行距20 cm,播種深度3~5 cm,采取條播后覆土壓實,播種量150 kg·hm-2,4 次重復;該樣地不施肥,不灌溉,燕麥出苗期施用一次除草劑,后續(xù)生育期人工拔除雜草。
統(tǒng)計發(fā)芽率、發(fā)芽勢,每個供試材料每日固定觀測一株測定其根長至試驗結(jié)束,計算平均值。計算發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和平均發(fā)芽時間[25-26]。
發(fā)芽率 = (種子總發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)) × 100%;
發(fā)芽勢 = (規(guī)定時間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)) ×100%;
千粒重:在純凈的樣品中挑選顆粒飽滿的種子1 000 粒,用精度為0.001 g 的天平稱量。物候期:觀察并記錄各生育期,記錄標準為50%的植株進入某生育期。形態(tài)特性測定:收獲期各小區(qū)隨機選取10 株燕麥,對其株高、葉長、葉寬、生長速率指標進行測定。產(chǎn)草量:為了避免邊際效應干擾,先去掉小區(qū)側(cè)邊兩行,再將余下的8 行留中間4 m,然后去掉兩頭即為實測小區(qū)面積。刈割測產(chǎn)后,從每個小區(qū)隨機取1 kg 鮮草,編號稱重,將稱取鮮重后的樣品置于105 ℃烘箱中殺青30 min 后,在60~65 ℃烘干至恒重,計算4 次重復干草樣的平均值,通過含水量折算干草總產(chǎn)量。莖葉比:刈割測產(chǎn)后,從每個小區(qū)隨機取約1 kg 的樣品,將莖與葉片分離,然后將樣品莖、葉分別編號稱重,計算莖葉比。生長速率:生長速率(cm·d-1) = 收獲時高度/生長天數(shù)。中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量采用范氏VanSoest 法測定[27]。粗蛋白(CP)含量采用凱氏定氮法測定[28]。
飼料相對值(RFV)[29]:RFV=DMI×DDM/1.29。式 中:DMI= 120/NDF,DDM= 88.9 - 0.779 × ADF。
半纖維素含量(HC):HC = NDF 含量 - ADF 含量。
灰色關聯(lián)度分析:運用灰色關聯(lián)度法對7 份燕麥品種進行綜合評價。選用產(chǎn)量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗蛋白、飼料相對值、半纖維素含量、發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、平均發(fā)芽時間、千粒重、根長,共計13 個指標進行權重綜合評價,利用公式(1)~(4)分別計算關聯(lián)度系數(shù)、等權關聯(lián)度、權重系數(shù)和加權關聯(lián)度[17]。
灰色關聯(lián)度系數(shù)計算公式:
采用Excel 2019 進行數(shù)據(jù)處理,SPSS 19.0 軟件進行方差分析(P< 0.05)。利用Original 2017 制圖。
品種間發(fā)芽率存在差異(表1),其中‘燕麥品系2’與‘燕麥品系3’在85.00%以上,‘小燕麥’‘香燕13 號’‘燕 麥 品 系1’和‘云 南 小 燕 麥’在62.67%~75.33%,‘香燕8 號’不足50%,顯著低于其他品種(P< 0.05)。‘燕麥品系3’發(fā)芽勢最高,可達78.67%,‘香燕8 號’最低,僅為16.67%,‘燕麥品系3’發(fā)芽勢是其他幾個品種的1.30~4.72 倍(表1)。發(fā)芽指數(shù)‘燕麥品系3’最高,達到16.56,‘燕麥品系2’ ‘燕麥品系1’ ‘云南小燕麥’ ‘小燕麥’ ‘香燕13 號’在8.80~13.97,‘香燕8 號’最低(表1)?;盍χ笖?shù)‘燕麥品系3’最高,達到79.45,‘香燕8 號’最低,僅為17.81,其余品種在27.56~53.26,‘燕麥品系3’是其他品種的1.49~4.46 倍。平均發(fā)芽時間‘燕麥品系3’為4.54 d,‘香燕8 號’與‘云南小燕麥’在6.97 d 以上,‘小燕麥’‘香燕13 號’ ‘燕麥品系1’ ‘燕麥品系2’在4.69~6.85 d(表1)。千粒重‘燕麥品系2’最高,達到30.05 g,‘香燕8 號’最低,為16.03 g,其余品種在22.91~28.47 g(表1)。根長‘燕麥品系3’達到4.80 cm,其余品種在3.13~3.76 cm,‘燕 麥 品 系3’根 長 是 其 余 品 種 的1.28~1.53 倍(表1)。
表1 燕麥種子萌發(fā)指標Table 1 Oat seed germination indices
7 個燕麥品種同時到達出苗期,‘香燕8 號’分蘗期、拔節(jié)期與孕穗期分別比其余品種推遲19~20、24 和16~19 d。復種燕麥9 月5 日收割,‘燕麥品系1’與‘香燕8 號’處于孕穗期—抽穗期,其余品種均處于孕穗期(表2)。
表2 燕麥各品種生育期時間Table 2 Growth period time of oat varieties
收獲時不同燕麥品種生育期均處于孕穗期。品種間株高存在差異,其中‘香燕13 號’高達71.79 cm,‘香燕8 號’最低,僅為31.93 cm,顯著低于其他品 種(P< 0.05),‘香 燕13 號’是 其 他 品 種 的1.10~2.25 倍(表3)?!?麥 品 系2’與‘小 燕 麥’葉 片 較 長,在40.00 cm 以上,‘香燕13 號’‘香燕8 號’‘燕麥品系1’與‘云南小燕麥’在33.88~38.33 cm,‘燕麥品系3’最低,僅為33.49 cm。 ‘小燕麥’‘香燕13 號’‘燕麥品系1’葉片較寬,可達1.80 cm,‘燕麥品系2’‘燕麥品系3’‘云南小燕麥’在1.39~1.62 cm,‘香燕8 號’最低,僅為0.94 cm (表3)。
表3 收獲時不同燕麥品種株高及葉片形態(tài)特征Table 3 Plant height and leaf morphological traits of different oat varieties at harvest
2.4.1 生長速率
品種間生長速率存在差異,‘小燕麥’和‘香燕13 號’生長較快,‘燕麥品系1’‘燕麥品系2’‘云南小燕 麥’在1.09~1.27 cm·d-1,‘燕 麥 品 系3’與‘香 燕8 號’較慢,僅為0.68~0.91 cm·d-1。
2.4.2 產(chǎn)量
‘小燕麥’鮮草產(chǎn)量最高,達到25 959.18 kg·hm-2,‘香燕8 號’最低,僅為13 894.56 kg·hm-2,‘小燕麥’是其他品種的1.15~1.87 倍?!阊?3 號’干草產(chǎn)量最高,達到4 614.17 kg·hm-2,‘香燕8 號’最低,僅為2 161.88 kg·hm-2,‘香燕13 號’是其余品種的1.01~2.13 倍(圖1)。
圖1 各品種鮮草及干草產(chǎn)量與干鮮比Figure 1 Fresh grass and hay yield and dry/fresh ratio of different oat varieties
2.4.3 干鮮比
7 個品種間干鮮比差異均不顯著(P> 0.05),其中‘香燕13 號’最高,達到0.196,‘燕麥品系2’‘燕麥品 系3’‘小 燕 麥’‘香 燕8 號’與‘燕 麥 品 系1’在0.165~0.189,‘云南小燕麥’最低,僅為0.157 (圖1)。
品種間鮮莖重與鮮葉重存在明顯差異,其中‘云南小燕麥’鮮莖重最高,達到0.58 kg,‘香燕8 號’鮮葉重最高,達到0.72 kg,‘燕麥品系2’‘燕麥品系3’‘香 燕13 號’鮮 莖 重 在0.50~0.54 kg,鮮 葉 重 在0.46~0.50 kg,‘香燕8 號’鮮莖重最低,僅為0.28 kg,‘云南小燕麥’鮮葉重最低,僅為0.42 kg。品種間莖葉比存在差異,‘小燕麥’與‘云南小燕麥’較高,達到1.38,‘燕麥品系1’‘燕麥品系2’‘燕麥品系3’‘香燕13 號’在1.03~1.31,‘香燕8 號’最低,僅為0.39,說明其葉量豐富(表4)。
表4 燕麥莖葉產(chǎn)量及比值Table 4 Oat stem and leaf yields and stem-to-leaf ratio
品種間中性洗滌纖維含量存在明顯差異,其中‘小燕麥’和‘香燕13 號’在49.80%以上,‘燕麥品系2’‘燕 麥 品 系1’‘燕 麥 品 系3’‘云 南 小 燕 麥’在45.13%~47.18%,‘香燕8 號’最低,僅為43.39% (表5)。酸性洗滌纖維含量以‘燕麥品系1’最高,達到23.55%,‘燕麥品系2’最低,僅為20.79%,‘燕麥品系1’是其他品種的1.04~1.13 倍(表5)。粗蛋白含量以‘香燕8 號’最高,達到18.43%,‘香燕13 號’最低,僅為12.24% (表5)。飼料相對飼喂值以‘香燕8 號’最高,達到154.93,‘香燕13 號’最低,僅為133.34 (表5)。半纖維素含量‘小燕麥’與‘香燕13 號’在27.00%以上,‘燕麥品系2’‘燕麥品系3’‘燕麥品系1’‘云南小燕 麥’在23.30%~25.73%,‘香 燕8 號’最 低,僅 為21.75% (表5)。
表5 不同燕麥品種飼用價值比較Table 5 Comparison of the feeding value of different oat varieties
對品質(zhì)與生產(chǎn)性能共計13 項指標進行灰色關聯(lián)度綜合分析,7 個燕麥品種的綜合排名依次為‘燕麥品系3’ > ‘燕麥品系2’ > ‘小燕麥’ > ‘香燕13 號’ >‘燕麥品系1’ > ‘云南小燕麥’ > ‘香燕8 號’,‘燕麥品系3’綜合表現(xiàn)最好(表6)。
表6 燕麥各指標關聯(lián)度結(jié)果Table 6 Results of correlation analysis of different indicators of oat
燕麥在呼倫貝爾地區(qū)的優(yōu)劣適應性,生育周期可以作為評價指標之一,而氣候條件與播種期以及作物自身遺傳因素等均對生育期有影響[30]。由于可供復種植物生長的時間短促,因此合適的播種時間不僅能保證種子及時萌發(fā),而且出苗環(huán)節(jié)的管理是保證苗齊苗壯的關鍵,這也是評價品種高產(chǎn)高效的基礎[8]。有研究表明在降水和溫度條件適宜的情況下,燕麥播種后一周左右即可出苗[31-32],而貯藏會通過各種生理生化反應致使種子老化、劣變,影響種子活力[24],但種子本身的質(zhì)量好壞對試驗結(jié)果的影響大于儲存年限的影響[33]。參試的7 個燕麥品種從播種到出苗時間為15 d,主要是試驗播種時間為6 月26 日,受當?shù)貢円箿夭畲蟆⒔邓俚母蓴_,不適宜燕麥種子萌發(fā),導致燕麥出苗期略有推遲,這與徐長林[31]、楊發(fā)林和胡自治[34]的研究報道一致,在貯藏條件下多長時間能保持燕麥種的出苗率和燕麥生長勢有待了解。生育期是評價燕麥品種對區(qū)域適應性的直觀表現(xiàn)之一[35]。這主要與品種遺傳特性的差異有關[36-39],本研究發(fā)現(xiàn),7 個燕麥品種到達孕穗期‘香燕8 號’用時最長,為71 d,‘香燕13 號’用時最短,僅為52 d,其余燕麥品種用時居中,均為55 d,而且‘小燕麥’與‘香燕13 號’生長最快,二者的干草產(chǎn)量也最高,所以在復種中這兩個品種具有良好的競爭優(yōu)勢與推廣優(yōu)勢。
產(chǎn)量是生產(chǎn)者追求的最終目標,也是判斷作物生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的主要指標[37-40]。充分了解不同地理來源飼草燕麥品種在特定生長環(huán)境中的適應性表現(xiàn),是準確判斷某一品種生產(chǎn)性能和利用價值的前提[41]。燕麥的適應性不僅受遺傳特點,還受氣候條件以及栽培措施等因素的影響[36],因此適宜的生長環(huán)境及科學的栽培措施是能夠讓品種遺傳特性得以充分表達的重要條件,進而達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的[42]。燕麥飼草產(chǎn)量受植株高度、葉片長度、莖葉比和干鮮比等因子綜合作用的影響[37]。鮑根生等[43]研究表明,植株越高大產(chǎn)量則越高,說明植株高度與產(chǎn)量正相關[44-45]。牧草營養(yǎng)價值受多指標影響,莖葉比是重要指標之一,有研究表明莖葉比與粗蛋白含量負相關,與纖維素含量正相關[46]。本研究中,7 個供試燕麥品種中‘香燕13 號’的株高最高,‘小燕麥’次之,干草產(chǎn)量也是‘香燕13 號’最高,其次是‘小燕麥’。由此可見,燕麥植株高度與產(chǎn)量正相關,本研究結(jié)果表明較高的植株有相對較高的生產(chǎn)潛力,這與柴繼寬等[47]的研究結(jié)果一致。有研究表明植物的光合作用與呼吸作用主要在葉片中進行,同時能夠為自己制造食物,儲存營養(yǎng)物質(zhì),滿足生長需求[48],燕麥不同器官中的營養(yǎng)價值不同,按營養(yǎng)價值由高到低依次為葉片、籽粒、莖稈[49]。研究發(fā)現(xiàn)‘香燕8 號’的莖葉比顯著低于其他品種(P <0.05),而牧草的營養(yǎng)物質(zhì)主要在葉片中,因此莖葉比與飼草中的營養(yǎng)物質(zhì)含量負相關,這與研究結(jié)果中‘香燕8 號’粗蛋白含量和RFV 值最高的結(jié)論一致,也與徐長林[31]、王桃等[50]的研究結(jié)果一致。
評價牧草優(yōu)劣性的最好方法是檢測其營養(yǎng)價值的高低[51]。測定粗蛋白是為了解飼料中必需氨基酸的營養(yǎng)含量,因為牲畜體內(nèi)不能合成必需氨基酸或合成速度較慢,所以必須從飼料中獲取[52]。本研究對7 個燕麥品種的粗蛋白含量、纖維素含量等5 個營養(yǎng)成分進行測定發(fā)現(xiàn),7 個供試燕麥除酸性洗滌纖維外,其余4 項指標間存在差異,粗蛋白含量介于12.24%~18.43%,其中‘香燕8 號’的最高,為18.43%。相對飼喂價值差異較明顯,最高的品種為‘香燕8 號’,最低的為‘香燕13 號’,這與林偉靜等[53]不同品種燕麥對其營養(yǎng)品質(zhì)影響的研究結(jié)果一致。中性洗滌纖維影響飼草的采食率,酸性洗滌纖維影響飼草的消化率[54]。相對飼喂價值是體現(xiàn)家畜能從牧草中獲得多少營養(yǎng)的指標,其值越高,說明該飼草的營養(yǎng)價值越高[55-56],本研究中,‘香燕8 號’最高,飼用價值最高,‘香燕13 號’最低,飼用價值最差。
灰色關聯(lián)度是對各品種多個性狀的綜合評價,使評價結(jié)果更全面可靠,為避免單一指標判斷的片面性,本研究將13 個指標進行權重分析,根據(jù)分析結(jié)果綜合判別7 種燕麥材料的生產(chǎn)性能,為篩選出適宜該地區(qū)種植和推廣的品種提供可靠依據(jù)[57-58]。本研究結(jié)果中,按綜合評價排名依次為‘燕麥品系3’ > ‘燕麥品系2’ > ‘小燕麥’ > ‘香燕13 號’ > ‘燕麥品系1’ > ‘云南小燕麥’ > ‘香燕8 號’,綜合評價值依 次 為0.956、0.939、0.929、0.924、0.910、0.887 和0.828。雖然‘香燕8 號’粗蛋白含量與相對飼喂價值最高,但是其生長速率最慢,草產(chǎn)量最低,綜合評價排名最差,因此不能作為最優(yōu)品種在北方農(nóng)牧交錯區(qū)復種推廣。
在呼倫貝爾地區(qū),綜合評價了7 個燕麥品種在燕麥復種試驗中的表現(xiàn),部分參試品種表現(xiàn)良好,在未完成整個生育期的情況下,‘香燕13 號’的株高與干草產(chǎn)量最高,適宜種植。如果在飼草產(chǎn)量的基礎上兼顧品質(zhì),則‘燕麥品系3’‘燕麥品系2’‘小燕麥’‘香燕13 號’和‘燕麥品系1’綜合表現(xiàn)較好,也適宜在試驗區(qū)推廣種植。