刈割处理对再生稻头季全株生物量、青贮品质和再生季产量的影响

陈元伟, 郑华斌, 王慰亲, 旷娜, 罗友谊, 邹丹, 唐启源

（湖南农业大学农学院, 长沙 410128）

我国逐年增加的草食家畜数量与粗饲料短缺的矛盾日益凸显, 每年粗饲料的短缺量约1.8×107t[1]。但我国是世界稻谷生产的主产区之一, 有着极其丰富的水稻秸秆资源, 每年水稻秸秆生产总量达2.3×108t, 为我国最大生产量的农作物秸秆[2]。目前, 将水稻秸秆作为饲料的占比还很低, 大量稻秸被丢弃或焚烧[3], 这样不仅造成资源浪费, 还会带来严重的环境问题。农作物秸秆青贮饲料化是一种高效利用农业废弃物的科学方法, 不仅可以减少农田秸秆焚烧、保护大气环境, 还可以给牲畜提供充足的粗饲料、保障畜牧业的健康发展[4]。饲料化是作物秸秆主要利用方式之一, 秸秆饲料化具有较高的利用价值[5-6]。加大科研力度, 研发新的秸秆饲料化途径与方法, 为农户提高经济效益, 提高秸秆综合利用效率迫在眉睫。

随着农业生产成本不断上升, 种粮效益相对偏低, 农村人口大量外流, 导致劳动力短缺, 南方部分地区出现“双改单”、甚至抛荒的现象, 水稻播种面积呈下降趋势[7-9]。为稳定南方双季稻区的水稻生产, 解决南方早稻质量差、效益低的问题, 种植省工增产、节本增效的再生稻成为一种理想的种植模式[10]。但再生稻头季成熟期多数为8月中上旬, 灌浆结实期正值高温阶段, 导致头季稻灌浆速度较快、米质较差, 成为制约再生稻发展的因素之一。基于这一问题, 研究不同刈割处理对再生稻头季全株产量、青贮品质和再生季稻谷产量的影响, 构建以头季收获物青贮作为动物饲料、再生季稻米作为优质食粮的栽培模式, 对推动再生稻发展具有重要意义。本研究设置再生稻头季不同刈割时间和留桩高度, 研究不同处理对头季全株的生物量、感官品质、发酵品质、营养成分和再生季稻谷产量的影响, 为再生稻高产高效栽培提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验在湖南省益阳市大通湖区千山红镇（E 112°26′, N 29°08′）进行, 地形为典型的洞庭湖冲积平原, 地势低洼平坦, 属于亚热带向北亚热带过渡的大陆性季风湿润气候区。年平均气温16.5℃, 无霜期264 d, 年均降水1 240.8 mm, 年均日照1 643.3 h, 年均太阳总辐射量105.1 cal·cm—2。土壤成土母质系河湖沉积物。供试品种为湘两优900（XLY900）和甬优4149（YY4149）。

1.2 试验设计

采用裂区试验设计, 以头季齐穗后的刈割时间（P）为主区、留桩高度（H）为裂区。其中, 刈割时间分别为头季齐穗后10（P10）、15（P15）、20（P20）、25（P25）和30 d（P30）；留桩高度分别为10（H10）、20（H20）和30 cm（H30）, 每个处理3次重复。主区与主区之间、裂区与裂区之间做田埂覆膜, 防止窜水窜肥。头季水稻于3月29日播种, 湿润育秧, 于4月29日人工移栽；采取人工刈割的方式。

头季：施纯氮195.0 kg·hm—2, 按基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2分3次施用；磷肥（P2O5）97.5 kg·hm—2全部作基肥施用；钾肥（K2O）195.0 kg·hm—2, 按基肥∶穗肥=5∶5分2次施用。再生季：头季刈割期前10 d施尿素（N, 46.4%）225.0 kg·hm—2作促芽肥, 刈割后2 d施尿素150.0 kg·hm—2、钾肥（K2O, 60%）75.0 kg·hm—2作发苗肥。其余按当地高产栽培技术措施进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生物量 在头季刈割期, 每个小区随机刈割5 m², 测定鲜物质量；然后从中随机取样3 kg, 全株切断为3~4 cm, 于105℃杀青30 min后, 在80℃下烘干至恒重, 记作干物质量；按照以下公式计算干物质率。

1.3.2 感官品质 将头季收获物原料人工切断成2~3 cm混匀, 装进20 cm×30 cm的聚乙烯青贮袋, 每袋600 g, 每个处理3次重复, 用真空包装机将袋中空气抽尽成真空状态, 密封, 于室温贮藏60 d, 然后开封检测感官品质, 参考德国DLG感官青贮评分标准[11]进行感官评定。

1.3.3 发酵品质 在青贮袋开封后取青贮料鲜样20 g, 加 入180 mL蒸 馏 水, 家 用 榨 汁 机（MJPB40E253C, 广东美的生活电器制造有限公司）18 000 r·min—1搅碎1 min, 再用4层纱布和定性滤纸过滤得到浸出液, 用pH计测定浸出液pH；用孔径0.22μm的微孔滤膜过滤后装入15 mL离心管中, 放入—20℃冰箱保存备用, 用以测定乙酸（CH3COOH, acetic acid, AA）、丙酸（CH3CH2COOH, propionic acid, PA）、丁 酸（CH3CH2CH2COOH, butyric acid, BA）及氨态氮（NH3-N）含量。采用日本岛津GC-2010气相色谱仪测定乙酸、丙酸和丁酸含量[12]；采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮（NH3-N）和总氮（total nitrogen, TN）含量[13], 并计算氨态氮与总氮的比值（NH3-N/TN）；采用V-Score评分标准[14]评价发酵品质。

1.3.4 营养成分 将剩余青贮样品于105℃杀青30 min, 再于80℃将其烘干至恒重, 粉碎过40目筛备用。其中, 粗蛋白（crude protein, CP）含量采用凯氏定氮法测定[15]；中性洗涤纤维（neutral detergent fiber, NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber, ADF）含量采用范氏纤维素方法测定[16], 计算相对饲用价值（relative feeding value, RFV）[17]。

1.3.5 再生季稻米产量 在水稻再生季成熟期, 按对角线取样法, 从每小区除边3行外取12穴植株样品, 考察有效穗数后人工脱粒, 用水选法分离实粒和空秕粒, 80℃烘干至恒重, 考察每穗粒数、结实率和千粒重（文中千粒重为烘干之后的恒重）。在每个小区中央选取面积5 m2进行取样测产, 称重记录的同时用自动数字水分仪（DMC-700, Seedburo, Chicago, IL, USA）测定稻谷籽粒含水量, 并按标准计算方法将收割产量换算成14.0%的吸湿水来计算水稻的实际产量, 同时将每小区的穗数进行调查并将其换算为单位面积有效穗数（穗·m—2）。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理和制表, Statistix 8.0软件进行统计分析, 并用LSD法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同刈割处理对头季刈割生物量的影响

刈割时间和留桩高度对头季刈割收获物的鲜重和干重影响极显著, 且两者间互作对头季刈割生物量的鲜重和干重影响显著（表1）。湘两优900（XLY900）在P25H10和P30H10处理下头季鲜重和干重最高, 分别为47.5、15.6和46.5、15.4 t·hm—2, 显著高于其他处理。甬优4149（YY4149）在P15H10、P20H10和P25H10处理下头季鲜重最高, 分别为35.6、35.4和36.0 t·hm—2, 显著高于其他处理；P25H10、P30H10和P30H20处理的干重最高, 分别为13.1、13.5和13.3 t·hm—2, 显著高于其他处理。

表1 不同处理下头季的生物量Table 1 Biomasses of main crop under different treatments 续表Continued

表1 不同处理下头季的生物量Table 1 Biomasses of main crop under different treatments

2.2 不同刈割处理对头季全株青贮感官品质的影响

对于湘两优900, 刈割时间对头季全株的嗅觉品质、色泽品质和总分有极显著影响；留桩高度对头季全株色泽品质和总分有显著影响；两者间互作对头季全株的色泽品质和总分有显著影响（表2）；P15H30、P20H30、P30H30、P25H10、P30H20和P30H30处理头季全株的感官品质中嗅觉评分和色泽评分最高, 总分达17.5分以上, 感官品质优良。对于甬优4149, 刈割时间对头季全株的嗅觉品质、色泽品质和总分有极显著影响, 对色泽品质有显著影响；留桩高度对头季全株的嗅觉品质和色泽品质有极显著影响；两者间互作对头季全株的感官品质无显著影响（表2）；P20H10、P25H30、P30H20和P30H30处理头季全株的感官品质中嗅觉评分和色泽评分最高, 总分达18.5分以上, 感官品质优良。

表2 不同处理下头季全株青贮的感官品质Table 2 Sensory qualities of the main crop under different treatments 续表Continued

表2 不同处理下头季全株青贮的感官品质Table 2 Sensory qualities of the main crop under different treatments

2.3 刈割处理对头季全株青贮发酵品质的影响

对于湘两优900, 刈割时间对头季青贮浸出液pH和氨态氮/总氮影响极显著, 对乙酸含量和V-score评分影响显著；留桩高度对头季青贮浸出液pH和氨态氮/总氮影响极显著；两者间互作对头季青贮浸出液pH、丁酸含量、氨态氮/总氮和V-score评分影响显著(表3)；其中, P10H10处理头季青贮浸出液pH最低, 为4.51, 显著低于其他处理；P30H30处理头季全株的乙酸含量最低, 为0.290 0%；P10H30、P20H20和P25H10处理丙酸含量最低, 均为0.010 0%；P30H30处理头季全株的丁酸含量最低, 为0.140 0%；P20H20处理头季全 株 的 氨 态 氮/总 氮 最 低, 为2.35；P10H30、P15H20、P15H30、P20H20、P25H10、P25H30和P30H30处理头季全株的V-score评分最高, 达80以上, 青贮发酵品质较好。对于甬优4149, 刈割时间对头季青贮浸出液pH及乙酸、丙酸、丁酸含量和氨态氮/总氮、V-score评分影响极显著, 留桩高度对头季青贮浸出液pH和氨态氮/总氮影响极显著, 对丙酸、丁酸含量和V-score评分影响显著, 两者间互作对头季青贮浸出液pH及乙酸、丙酸、丁酸含量和V-score评分影响显著（表3）；其中, P10H10和P10H20处理头季青贮浸出液pH最低, 分别为4.40和4.42；P30H20处理头季全株的乙酸含 量 最 低, 为0.193 0%；P10H10、P10H30、P20H30、P25H10、P30H10、P30H20、P30H30处理丙酸含量最低, 均为0.010 0%；P30H20处理头季全株的丁酸含量最低, 为0.070 0%；P10H20、P10H30、P25H10、P30H10、P30H20和P30H30处理头季全株的V-score评分最高, 达90以上, 青贮发酵品质较好。

表3 不同处理下头季全株青贮的发酵品质Table 3 Fermentation qualities of the main crop under different treatments 续表Continued

表3 不同处理下头季全株青贮的发酵品质Table 3 Fermentation qualities of the main crop under different treatments

2.4 刈割处理对头季全株粗蛋白和相对饲用价值的影响

刈割时间对头季全株的粗蛋白含量和相对饲用价值有极显著影响；留桩高度对头季全株的粗蛋白有极显著影响；两者间互作对头季全株粗蛋白和相对饲用价值无显著影响（表4）。湘两优900（XLY900）中,P10H20和P10H30处理头季全株的粗蛋白含量最高, 达12.00%以上, 显著高于其他处理；P20H20、P30H10、P30H20和P30H30处理的相对饲用价值最高, 达202.00以上。对于甬优4149（YY4149）, P15H20、P15H30、P20H10、P20H20、P20H30和P25H20处理头季全株的粗蛋白含量最高, 达10.50%以上；P30H10、P30H20和P30H30处理的相对饲用价值最高, 达220.00以上。

表4 不同处理下头季全株的粗蛋白和相对饲用价值Table 4 Crude proteins and relative feeding values of the main crop under different treatments

2.5 刈割处理对再生季产量及其构成因素的影响

对于湘两优900, 刈割时间对再生季的产量、结实率和千粒重有极显著影响, 留桩高度对再生季的产量及产量构成因素均有极显著影响, 两者间互作对再生季的产量有极显著影响；其中, P10H30处理再生季产量最高, 为6.60 t·hm—2, 显著高于其他处理, 分析该处理的产量构成因素, 结果表明, 该处理的结实率最高, 且有效穗数较多。对于甬优4149, 刈割时间对再生季的产量、穗粒数和结实率有极显著影响, 对有效穗数和千粒重有显著影响；留桩高度对再生季产量、有效穗数和穗粒数有极显著影响；两者间互作对再生季产量有显著影响（表5）；其中, P10H30处理再生季产量最高, 为7.20 t·hm—2, 分析其产量构成因素发现, 该处理有效穗数较多, 且结实率较高。

表5 不同处理下再生季的产量及其构成因素Table 5 Yields and its compositions of ratooning rice in regeneration season

3 讨论

本研究从再生稻头季齐穗后10 d开始刈割, 每隔5 d刈割一次, 一直到齐穗后30 d(完熟期), 每个刈割时间分别留桩10、20、30 cm, 结果发现, 刈割时间越晚, 头季全株生物量越大；留桩高度越低, 生物量越大；其中, 齐穗后25 d（蜡熟期-完熟期）、留桩高度10 cm进行刈割, 生物产量最大。张佩华[18]对饲料稻设置4个不同成熟阶段收割发现, 饲料稻在蜡熟期刈割, 刈割生物量较大；彭廷等[19]分别在水稻抽穗期、灌浆期、蜡熟期进行刈割, 发现蜡熟期生物量最大。再生稻头季齐穗后25~30 d（蜡熟期~完熟期）, 生物量较大, 由于水稻花后干物质积累速率是先增加后下降的趋势, 不同类型品种花后干物质积累速率均在蜡熟期开始下降[20], 因此, 水稻干重随水稻齐穗后天数的增加而增加, 鲜重随水稻齐穗后天数的增加先增加后下降。邢虎成等[21]以大麦为材料, 研究留桩高度对大麦鲜草产量及饲用品质的影响发现, 大麦在环洞庭湖区域种植整株收获做饲草利用时, 适宜留桩高度为5~10 cm, 其中, 5 cm留桩高度可以获得更高的产量；留桩高度10~20 cm, 生物量较大, 由于留桩高度越高, 将留下更多的稻桩在大田, 所以刈割收获的全株生物量越低。

除生物量外, 本研究还发现, 齐穗后25~30 d、留桩高度10~30 cm（蜡熟期~完熟期）刈割, 头季青贮感官品质优良, V-score评分均在80分以上, 发酵品质良好, 相对饲用价值较高。苗树军等[22]分别对蜡熟期、乳熟前期和乳熟期全株玉米进行调制青贮, 研究发现蜡熟期收割, 将全株玉米调制青贮, 其营养价值对奶牛最高。Bal等[23]和Filya[24]研究表明, 籽粒在乳线距顶部2/3时, 全株玉米收割调制成的青贮有利于提高奶牛产奶量和牛奶乳蛋白含量。霍成君等[25]研究表明新麦草低留桩时青贮品质较优。邢虎成等[21]以大麦为材料, 研究留桩高度对大麦鲜草产量及饲用品质的影响发现, 大麦在环洞庭湖区域种植整株收获做饲草利用时, 青贮品质与留桩高度无明显规律。

进一步研究不同刈割处理再生季稻米产量表明, 齐穗后10 d、留桩30 cm刈割, 再生季产量最高。头季的刈割时间和留桩高度是决定再生季穗数的重要因素。研究表明, 再生稻头季不同时期刈割不仅会影响头季产量, 对再生季的穗数和产量等均有一定影响[1]。本研究发现, 再生季产量随刈割时间的推延, 产量降低, 与前人研究结果相一致；其中, 以齐穗后10~15 d刈割最佳, 分析产量构成因素表明, 再生季产量随刈割时间的推迟而降低的主要原因可能是有效穗数和穗粒数的减少。高桩再生稻可保留较多休眠芽, 再生季发苗早、快、多, 成苗数多；低桩再生稻则与高桩再生稻相反。本研究发现, 再生季产量随留桩高度的增加而增加, 留桩20~30 cm处理的产量较高, 显著高于留桩10 cm处理, 与付蓉[1]研究结果一致；Bond等[26]研究表明留桩高度与产量呈负相关。从产量构成因素分析, 再生季产量随留桩高度的增加而增加的主要原因可能是有效穗数较高。

综上所述, 以收获全株青贮饲料为主要目的时, 头季宜采用齐穗后25~30 d、留桩10~20 cm的刈割处理, 此时生物量高, 感官品质、发酵品质和营养品质较好, 其中, 齐穗后25 d、留桩10 cm最佳；以收获再生季稻谷为主要目的时, 头季宜采用齐穗后10~15 d、留桩20~30 cm的刈割处理, 再生季产量较高, 其中, 齐穗后10 d、留桩30 cm最佳, 再生季产量最高。