动物营养学报 >

2025 , Vol. 37 >Issue 10: 7206 - 7217

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.586

研究论文

叶丛期不同刈割茬次串叶松香草的生物产量及营养价值评价

  • 王硕 , 1 ,
  • 吕静仪 1 ,
  • 钟荣珍 2 ,
  • 张维银 3 ,
  • 刘慧环 3 ,
  • 杜海涛 3 ,
  • 张广宁 1 ,
  • 李洋 1 ,
  • 辛杭书 , 1, *
展开
  • 1 东北农业大学动物科学技术学院,哈尔滨 150030
  • 2 中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林省草地畜牧重点实验室,吉林省饲料加工与草食家畜精准饲养跨区域合作科技创新中心,长春 130102
  • 3 国家奶牛产业技术体系哈尔滨综合试验站,哈尔滨 150020
*辛杭书,教授,博士生导师,E-mail:

王 硕(2000—),男,山东德州人,硕士研究生,研究方向为反刍动物营养。E-mail:

Office editor: 田艳明

收稿日期: 2025-04-29

  网络出版日期: 2025-10-15

基金资助

财政部和农业农村部-国家现代农业产业技术体系资助(CARS-36)

收起

Evaluation of Biomass Yield and Nutritional Value of Silphium perfoliatum L. under Different Cutting Frequencies during Leafy Stage

  • WANG Shuo , 1 ,
  • LYU Jingyi 1 ,
  • ZHONG Rongzhen 2 ,
  • ZHANG Weiyin 3 ,
  • LIU Huihuan 3 ,
  • DU Haitao 3 ,
  • ZHANG Guangning 1 ,
  • LI Yang 1 ,
  • XIN Hangshu , 1, *
Expand
  • 1 College of Animal Science and Technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
  • 2 Jilin Provincial Cross-Regional Cooperative Technology Innovation Center for Feed Processing and Precision Feeding of Herbivorous Livestock, Jilin Provincial Key Laboratory of Grassland Farming and Animal Husbandry, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China
  • 3 Harbin Comprehensive Experiment Station of National Dairy Industry Technology System, Harbin 150020, China
*professor, E-mail:

Received date: 2025-04-29

  Online published: 2025-10-15

Fold

摘要

本试验旨在研究不同刈割茬次对首年种植叶丛期串叶松香草生物产量及营养价值的影响,为其作为反刍动物非常规粗饲料的开发和应用提供参考。试验测定了3个茬次串叶松香草的叶片生物性状及产量,并以苜蓿干草作为对照,采用常规化学分析法、康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系(CNCPS)和尼龙袋法,评价各茬次串叶松香草营养成分及干物质(DM)和中性洗涤纤维(NDF)的瘤胃降解参数。结果表明:1)随着刈割茬次的增加,串叶松香草叶片长和宽以及鲜草产量和干草产量均显著降低(P<0.05),干鲜比无显著差异(P>0.05)。2)串叶松香草NDF、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素和粗蛋白质(CP)含量均显著低于苜蓿干草(P<0.05);其中,随着刈割茬次的增加,CP含量显著降低(P<0.05),可溶性粗蛋白质含量显著提高(P<0.05)。3)在CNCPS组分中,串叶松香草非结构性碳水化合物(NSC)和快速降解碳水化合物(CA)含量均显著高于苜蓿干草(P<0.05),不可利用纤维(CC)含量显著低于苜蓿干草(P<0.05);且NSC、CA和CC含量均以第2茬最高,CC含量以第1茬最低,与其他茬次相比差异显著(P<0.05)。随着刈割茬次的增加,串叶松香草非蛋白氮(PA)和不可利用氮(PC)含量显著提高(P<0.05)。4)串叶松香草DM和NDF潜在可降解部分和有效降解率均显著高于苜蓿干草(P<0.05);第2茬DM有效降解率最高(P<0.05),NDF有效降解率刈割茬次的增加显著降低(P<0.05)。综上所述,首年种植叶丛期内刈割会降低串叶松香草后续茬次生物产量,不同茬次串叶松香草的营养成分和瘤胃降解特性存在差异,但均具有较高的营养价值,可作为优质的粗饲料来源,在应用过程中应根据产量和茬次的营养成分进行合理刈割。

关键词： 串叶松香草; 苜蓿干草; 营养成分; CNCPS; 瘤胃降解率

本文引用格式

王硕 , 吕静仪 , 钟荣珍 , 张维银 , 刘慧环 , 杜海涛 , 张广宁 , 李洋 , 辛杭书 . 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草的生物产量及营养价值评价[J]. 动物营养学报, 2025 , 37(10) : 7206 -7217 . DOI: 10.12418/CJAN2025.586

Abstract

This experiment aimed to investigate the effects of various cutting frequencies on biomass yield and nutritional value of Silphium perfoliatum L. during leafy stage in the first year, and to provide a reference for its development and application as unconventional roughage for ruminants. In the experiment, the leaf biological traits and biomass yield of Silphium perfoliatum L. across three cuts were measured. Then, alfalfa hay was used as the control forage, and the conventional chemical analysis method, the Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS), and the nylon bag method were adopted to determine the nutrient components, as well as the rumen degradation parameters of dry matter (DM) and neutral detergent fiber (NDF) of Silphium perfoliatum L. under different cutting frequencies. The results showed as follows: 1) with the increase of cutting frequency, the leaf length and width of Silphium perfoliatum L., as well as the fresh yield and dry yield, were all significantly decreased (P<0.05), while there was no significant difference in the dry to fresh ratio (P>0.05). 2) The contents of NDF, acid detergent fiber, acid detergent lignin and crude protein (CP) in Silphium perfoliatum L. were significantly lower than those in alfalfa hay (P<0.05). Among them, with the increase of cutting frequency, the CP content was significantly decreased (P<0.05), and the soluble crude protein content was significantly increased (P<0.05). 3) In the CNCPS components, the contents of non-structural carbohydrates (NSC) and rapidly degradable carbohydrates (CA) in Silphium perfoliatum L. were significantly higher than those in alfalfa hay (P<0.05), while the content of non-utilizable fiber (CC) was significantly lower than that in alfalfa hay (P<0.05). Moreover, the contents of NSC, CA and CC were all the highest in the second cut, and the CC content was the lowest in the first cut, with significant differences compared with the other cuts (P<0.05). With the increase of cutting frequency, the contents of non-protein nitrogen (PA) and non-utilizable nitrogen (PC) in Silphium perfoliatum L. were significantly increased (P<0.05). 4) The potential degradable fractions and effective degradation rates of DM and NDF in Silphium perfoliatum L. were significantly higher than those in alfalfa hay (P<0.05). The effective degradation rate of DM was the highest in the second cut (P<0.05), and the effective degradation rate of NDF was significantly decreased with the increase of cutting frequency (P<0.05). In conclusion, multiple cuttings can reduce the biomass yield of Silphium perfoliatum L., and there are differences in the nutrient components and rumen degradation characteristics of Silphium perfoliatum L. in different cuts. However, the forage in each cut has relatively high nutritional value and can serve as a high-quality source of roughage. Nevertheless, during the application process, it should be rationally utilized according to yield and the nutrient components of different cuts.

Key words： Silphium perfoliatum L.; alfalfa hay; nutrient components; CNCPS; rumen degradation rate

串叶松香草(Silphium perfoliatum L.)属菊科多年生草本植物,原产于北美,具有高产、优良适口性及抗寒、抗旱、耐涝等良好生态适应性[1-3];其富含碳水化合物(CHO)、蛋白质及多种生物活性成分,营养价值高,可作为优质畜禽饲料资源[4-7]。串叶松香草营养成分和瘤胃降解特性随生育期推移而降低,叶丛期粗蛋白质(CP)含量和瘤胃降解率最高[8-9]。现有研究多集中于其开花期及水产利用[10-12],对播种当年不同刈割茬次叶丛期串叶松香草在反刍动物中的饲喂价值研究相对不足。鉴于我国非常规饲料资源丰富,合理开发利用可替代部分常规饲料,降低饲养成本[13-14]。本研究以叶丛期串叶松香草为研究对象,测定不同刈割茬次的生物产量、营养组成及康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系(CNCPS)组分特性,并采用尼龙袋法评价其瘤胃降解规律,同时结合苜蓿干草作为对照,系统评估其在奶牛饲粮中的应用潜力,旨在为其高效开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验于东北农业大学向阳基地(黑龙江省哈尔滨市)进行,试验地点地理坐标为东经126°91'、北纬45°75',海拔约165 m。该地区年平均气温约为2.94 ℃,夏季平均气温为19.93 ℃,冬季平均气温为-16.33 ℃,年均降水量约为550 mm,属于典型的寒温带大陆性季风气候。本试验中研究样地总面积即串叶松香草总种植面积为1 200 m2(100 m×12 m),每个试验小区面积为12 m2(4 m×3 m),共计100个试验小区。所有植株统一在2024年4月栽种,采用条播方式,株行距为30 cm,垄间距为90 cm,分别在8、9和10月进行刈割。为便于对串叶松香草的营养价值进行直观评价,试验选取哈尔滨当地种植的苜蓿,品种为农牧801,在初花期刈割制成干草作为对照,一同进行营养成分的测定和分析。

1.2 叶片生物性状及产量测定

在每个茬次刈割前,随机选择3个试验小区,每个小区从生长健壮且长势一致的植株中随机选取3株作为样本,用卷尺(精度0.1 cm)测量每株样本所有叶片的长和宽。
在每个试验小区内借助1.0 m×1.0 m的样方,随机选取1 m2(1.0 m×1.0 m)正方形区域,在串叶松香草不同的生长期进行刈割,留茬高度为5.0 cm,称量样本鲜重,并计算每亩的鲜草产量。将样品放置在烘箱于105 ℃杀青30 min后65 ℃烘干至恒重[15],称重,计算干草产量和干鲜比。

1.3 常规营养成分测定

将所有样品和瘘管牛的饲粮进行风干处理,粉碎至1 mm,根据AOAC(1990)[16]方法,测定干物质(DM,方法934.01)、CP(方法968.06)、粗灰分(Ash,方法942.05)和粗脂肪(EE,方法954.05)含量。参照Van Soest等[17]的方法,采用美国Ankom公司生产的Ankom 220纤维分析仪测定中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和酸性洗涤木质素(ADL)含量;非蛋白氮(NPN)、可溶性粗蛋白质(SCP)、中性洗涤不溶粗蛋白质(NDICP)和酸性洗涤不溶粗蛋白质(ADICP)含量的测定参照Licitra等[18]建立的方法进行。淀粉含量采用Megazyme K-TSTA总淀粉检测试剂盒(Megazyme国际爱尔兰有限公司)进行测定。钙(Ca)和磷(P)含量的测定分别参照《饲料中钙的测定》(GB/T 6436—2018)和《饲料中总磷的测定 分光光度法》(GB/T 6437—2018)进行。

1.4 CNCPS蛋白质和CHO组分剖分

根据CNCPS 6.0计算样本蛋白质和CHO组分[19]。根据CNCPS,蛋白质组分划分为非蛋白氮(PA)、快速降解蛋白质(PB1)、中速降解蛋白质(PB2)、慢速降解蛋白质(PB3)和不可利用氮(PC)5类,CHO组分则划分为快速降解碳水化合物(CA)、中速降解碳水化合物(CB1)、慢速降解碳水化合物(CB2)和不可利用纤维(CC)4类,其中CA和CB1共同构成非结构性碳水化合物(NSC)。CNCPS组分含量计算公式如下:

PA(g/kg CP)=NPN(g/kg SCP)×0.001×SCP(g/kg CP);

PB1(g/kg CP)=SCP(g/kg CP)-PA(g/kg CP);

PB2(g/kg CP)=1 000-PA(g/kg CP)-PB1(g/kg CP)-PB3(g/kg CP)-PC(g/kg CP);

PB3(g/kg CP)=NDICP(g/kg CP)-ADICP(g/kg CP);

PC(g/kg CP)=ADICP(g/kg CP);

CHO(g/kg DM)=1 000-CP(g/kg DM)-EE(g/kg DM)-Ash(g/kg DM);

CC(g/kg CHO)=1 000×[NDF(g/kg DM)×0.001×ADL(g/kg NDF)×2.4]/CHO (g/kg DM);

CB2(g/kg CHO)=1 000×[NDF(g/kg DM)-NDICP(g/kg CP)×0.001×CP(g/kg DM)-NDF(g/kg DM)×0.001×ADL(g/kg NDF)×2.4]/CHO(g/kg DM);

NSC(g/kg CHO)=1 000-CB2(g/kg CHO)-CC(g/kg CHO);

CB1(g/kg CHO)=淀粉(g/kg NSC)×[1 000-CB2(g/kg CHO)-CC(g/kg CHO)]/1 000;

CA(g/kg CHO)=[1 000-淀粉(g/kg NSC)]×[1 000-CB2(g/kg CHO)-CC(g/kgCHO)]/1 000。

1.5 瘤胃降解率测定

串叶松香草营养成分瘤胃降解率的测定在东北农业大学阿城科研基地开展。选用4头安装永久性瘤胃瘘管的健康荷斯坦奶牛(平均体重约600 kg)为试验动物,试验期间试验牛单栏饲养,每日06:00和18:00定时饲喂2次,自由饮水。基础饲粮参照NRC(2001)[20]奶牛营养需要配制,其组成及营养水平见表1。泌乳净能(NEL)根据NRC(2001)[20]进行计算。动物试验涉及的伦理规范已通过东北农业大学动物福利和动物试验伦理审核批准(批准编号:NO.NEAUC20240293)。
表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) g/kg DM

项目Items 含量Content
原料Ingredients
甜菜颗粒Beet pellets 82.50
燕麦干草Oat hay 247.40
苜蓿干草Alfalfa hay 247.40
混合精饲料Mixed concentrate feed 422.70
合计Total 1 000.00
营养水平Nutrient levels
泌乳净能NEL/(MJ/kg) 1.82
粗蛋白质CP 162.70
中性洗涤纤维NDF 419.70
酸性洗涤纤维ADF 286.30
钙Ca 5.97
磷P 2.34

泌乳净能为计算值,其余为实测值。

NEL was a calculated value, while the others were measured values.

所有待测样品经粉碎后通过2 mm筛网,称取2 g样品,置于预先编号的尼龙袋中(袋体尺寸为10 cm×20 cm,孔径为40 μm),并用橡皮筋扎紧袋口。每个样品在每头牛的每个时间点均设置3个重复,设定瘤胃内降解时间点为0、4、8、12、24、36、48和72 h,采用“分批放入,同时取出”的方法进行瘤胃降解试验。将装有样品的尼龙袋按顺序固定于30 cm×40 cm的网袋中,并置入瘤胃,在每个网袋中均放置固定且相同的配重(2.5 kg)以确保尼龙袋全部沉于瘤胃内容物的固体垫层以下,网袋上端绳索固定于瘤胃瘘管外侧[21]。在到达时间点后取出尼龙袋,立即用冷水冲洗,直至水体澄清,以去除瘤胃内容物残留。将处理后的尼龙袋在55 ℃的鼓风干燥箱中干燥48 h,随后于室温下回潮24 h后分析天平称重。称重后,将尼龙袋中残渣取出,通过1.0 mm筛网,装入自封袋中,置于4 ℃冷藏保存,用于进一步营养成分测定[21]。
按照1.3中描述的测定方法,测定每个时间点样品的DM和NDF含量。参照Ørskov等[22]提出的瘤胃动力学数学模型计算瘤胃降解参数,计算公式如下:
p=a+b(1-e-ct)。
式中:p为待测饲料的营养成分在瘤胃培养时间t内的降解率(g/kg DM);a为快速降解部分(g/kg DM);b为慢速降解部分(g/kg DM);c为慢速降解部分的降解速率(g/kg DM·h-1);t为瘤胃内培养时间(h)。
营养成分有效降解率的计算公式如下:
ED=a+b[c/(c+K)]。
式中:ED为有效降解率(g/kg DM);a为快速降解部分(g/kg DM);b为慢速降解部分(g/kg DM);c为慢速降解部分的降解速率(g/kg DM·h-1);K为外流速度(g/kg DM·h-1),依据各种饲料的特点及奶牛常用的K值,本试验中K值设定为45 g/kg DM·h-1[23]。

1.6 数据统计分析

本研究中测定的所有数据均使用SAS 9.4软件进行分析,采用NLIN程序计算瘤胃降解参数(a、b和c),采用Mixed程序对各处理牧草以及不同茬次串叶松香草的常规营养成分、CHO组分以及瘤胃原位降解特性的数据进行单因素方差分析(one way-ANOVA),采用Tukey-Kramer检验进行组间多重比较,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草叶片生物性状及产量比较

由表2可知,串叶松香草叶片长和宽均随刈割茬次的增加显著降低(P<0.05);串叶松香草鲜草产量和干草产量也呈现同样的变化趋势,即第1茬>第2茬>第3茬,且差异显著(P<0.05);串叶松香草干鲜比随刈割茬次增加在数值上虽有所提高,但差异不显著(P>0.05)。
表2 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草叶片生物性状及产量比较

Table 2 Comparison of leaf biological traits and biomass yield of Silphium perfoliatum L. at different cutting frequencies during leafy stage

项目
Items		 串叶松香草Silphium perfoliatum L. 均值标准误
SEM		 P值
P-value
第1茬
The 1st cut		 第2茬
The 2nd cut		 第3茬
The 3rd cut
生物性状Biological traits/cm
叶片长Leaf length 25.21a 15.43b 10.29c 0.661 <0.001
叶片宽Leaf width 11.43a 7.24b 5.11c 0.467 0.002
生物产量Biomass yield
鲜草产量Fresh yield/(kg/亩) 1 272.06a 965.12b 565.32c 2.345 <0.001
干草产量Dry yield/(kg/亩) 241.75a 214.47b 130.73c 1.354 <0.001
干鲜比Dry to fresh ratio 0.19 0.22 0.23 0.040 0.151

1亩≈666.67 m2 1 mu≈666.67 m2。同行数据肩标相同字母或无字母表示差异不显著(P>0.05),不同字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。In the same row, values with the same letter or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草营养成分比较

由表3可知,叶丛期不同刈割茬次对串叶松香草营养成分含量具有显著影响(P<0.05),其营养成分含量也多与苜蓿干草存在显著差异(P<0.05)。串叶松香草第2茬NDF、ADF和ADL含量在3个茬次中最高,但均显著低于苜蓿干草(P<0.05);串叶松香草淀粉含量随刈割茬次增加显著提高(P<0.05),但均显著低于苜蓿干草(P<0.05);串叶松香草CP含量随刈割茬次增加显著降低(P<0.05),SCP含量随刈割茬次增加显著提高(P<0.05),但均显著低于苜蓿干草(P<0.05);NPN含量以第3茬>第1茬>苜蓿干草>第2茬的趋势显著变化(P<0.05),NDICP含量以第3茬>第1茬>第2茬>苜蓿干草的趋势显著变化(P<0.05);串叶松香草ADICP含量随刈割茬次增加显著提高(P<0.05),第1茬与苜蓿干草无显著差异(P>0.05);Ash含量以第2茬>第1茬>第3茬>苜蓿干草的趋势显著变化(P<0.05);各样品间EE含量无显著差异(P>0.05)。
表3 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草营养成分比较

Table 3 Comparison of nutritional components in Silphium perfoliatum L. under different cutting frequencies during leafy stage

项目
Items		 串叶松香草Silphium perfoliatum L. 苜蓿干草
Alfalfa hay		 均值
标准误
SEM		 P值P-value
第1茬
The 1st cut		 第2茬
The 2nd cut		 第3茬
The 3rd cut		 P1 P2
中性洗涤纤维NDF/(g/kg DM) 313.00d 333.00b 322.00c 427.50a 0.300 <0.001 0.076
酸性洗涤纤维ADF/(g/kg DM) 137.80b 153.20b 139.30b 322.40a 0.311 <0.001 0.346
酸性洗涤木质素ADL/(g/kg DM) 16.00Bd 40.80Ab 34.10Ac 88.50a 0.658 <0.001 0.018
淀粉Starch/(g/kg DM) 2.60Cd 4.00Bc 5.10Ab 49.50a 0.269 <0.001 <0.001
粗蛋白质CP/(g/kg DM) 144.70b 136.10c 123.10d 167.20a 0.218 <0.001 0.240
中性洗涤不溶粗蛋白质
NDICP/(g/kg CP)		 306.84Bb 219.69Cc 385.62Aa 181.82d 6.516 <0.001 <0.001
酸性洗涤不溶粗蛋白质
ADICP/(g/kg CP)		 32.91Cc 49.05Bb 68.91Aa 34.62c 2.973 0.001 <0.001
非蛋白氮NPN/(g/kg SCP) 901.33Bb 774.56Cd 939.06Aa 882.01c 7.071 <0.001 <0.001
可溶性粗蛋白质SCP/(g/kg CP) 364.29Cd 465.28Bc 519.90Ab 724.88a 6.565 <0.001 <0.001
粗脂肪EE/(g/kg DM) 25.40 27.30 22.90 23.10 0.156 0.804 0.745
粗灰分Ash/(g/kg DM) 173.00Bb 182.20Aa 156.10Cc 99.60d 1.171 <0.001 <0.001

P1表示串叶松香草与苜蓿干草间比较,差异显著性用不同小写肩标字母表示;P2表示串叶松香草不同刈割茬次间比较,差异显著性用不同大写肩标字母表示。下表同。

P1 indicated comparison between Silphium perfoliatum L. and alfalfa hay, and the significance of difference was indicated by different small letter superscripts; P2 indicated comparison of different cutting frequencies of Silphium perfoliatum L., and the significance of the difference was indicated by different capital letter superscripts. The same as below.

2.3 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草CNCPS蛋白质和CHO组分比较

由表4可知,叶丛期不同刈割茬次对串叶松香草CNCPS蛋白质和CHO组分具有显著影响(P<0.05),且均与苜蓿干草存在显著差异(P<0.05)。
表4 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草CNCPS蛋白质和CHO组分比较

Table 4 Comparative analysis of protein and carbohydrate fractions in Silphium perfoliatum L. under different cutting frequencies during leafy stage

项目
Items		 串叶松香草Silphium perfoliatum L. 苜蓿干草
Alfalfa hay		 均值
标准误
SEM		 P值P-value
第1茬
The 1st cut		 第2茬
The 2nd cut		 第3茬
The 3rd cut		 P1 P2
碳水化合物CHO/(g/kg DM) 656.90Bb 654.40Bb 697.9Aa 710.10a 0.668 0.002 0.029
非结构性碳水化合物
NSC/(g/kg CHO)		 591.11Cc 643.80Aa 620.43Bb 440.78d 0.165 <0.001 <0.001
碳水化合物组分CHO components/(g/kg CHO)
快速降解碳水化合物CA 588.77Cc 639.86Aa 615.90Bb 410.06d 0.503 <0.001 <0.001
中速降解碳水化合物CB1 2.34Bc 3.94Ab 4.53Ab 30.73a 0.035 <0.001 <0.001
慢速降解碳水化合物CB2 350.43Aa 206.57Cc 262.30Bb 260.10b 0.262 <0.001 <0.001
不可利用纤维CC 58.46Cd 149.63Ab 117.27Bc 299.11a 0.573 <0.001 <0.001
蛋白质组分Protein components/(g/kg CP)
非蛋白氮PA 328.27Cd 353.42Bc 488.22Ab 639.35a 0.319 <0.001 <0.001
快速降解蛋白质PB1 35.94Bc 102.87Aa 31.68Bd 85.53b 0.242 <0.001 <0.001
中速降解蛋白质PB2 328.96Aa 324.03Bb 97.48Cc 93.30c 0.150 <0.001 <0.001
慢速降解蛋白质PB3 273.93Bb 170.64Cc 313.71Aa 147.20d 0.150 <0.001 <0.001
不可利用氮PC 32.91Cc 49.05Bb 68.91Aa 34.62c 0.252 <0.001 <0.001
在CHO及其组分方面,串叶松香草前2茬间CHO含量无显著差异(P>0.05),均显著低于第3茬和苜蓿干草(P<0.05),且第3茬与苜蓿干草无显著差异(P>0.05);串叶松香草NSC和CA含量以第2茬>第3茬>第1茬的趋势显著变化(P<0.05),且均显著高于苜蓿干草(P<0.05);串叶松香草CB1含量均显著低于苜蓿干草(P<0.05),其中第2茬和第3茬间CB1含量无显著差异(P>0.05),且显著高于第1茬(P<0.05);串叶松香草第3茬CB2含量分别显著低于和高于第1茬和第2茬(P<0.05),但与苜蓿干草无显著差异(P>0.05);苜蓿干草CC含量最高,显著高于3个茬次的串叶松香草(P<0.05),且串叶松香草CC含量以第1茬<第3茬<第2茬的趋势显著变化(P<0.05)。
在蛋白质组分方面,苜蓿干草PA含量显著高于3个茬次的串叶松香草(P<0.05),且串叶松香草PA含量随刈割茬次增加显著提高(P<0.05);PB1含量以第2茬>苜蓿干草>第1茬>第3茬的趋势显著变化(P<0.05);串叶松香草PB2含量随刈割茬次增加显著降低(P<0.05),且第3茬PB2含量与苜蓿干草无显著差异(P>0.05);串叶松香草PB3含量以第3茬>第1茬>第2茬的趋势显著变化(P<0.05),且均显著高于苜蓿干草(P<0.05);串叶松香草PC含量随刈割茬次增加显著提高(P<0.05),且第1茬PC含量与苜蓿干草相似(P>0.05)。

2.4 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草DM和NDF瘤胃降解率比较

由表5可知,叶丛期不同刈割茬次串叶松香草DM瘤胃降解参数存在显著差异(P<0.05),且普遍与苜蓿干草存在显著差异(P<0.05)。串叶松香草DM有效降解率(523.51~579.42 g/kg DM)以及潜在可降解部分含量(933.11~977.83 g/kg DM)均显著高于苜蓿干草(356.49和910.31 g/kg DM,P<0.05);串叶松香草第2茬DM有效降解率最高,显著高于第1茬和第3茬(P<0.05);串叶松香草DM快速降解部分随刈割茬次增加显著提高(P<0.05),而苜蓿干草DM快速降解部分介于第1茬与第2茬和第3茬之间(P<0.05);串叶松香草DM慢速降解部分以第1茬>第3茬>第2茬的趋势显著变化(P<0.05),且第3茬与苜蓿干草无显著差异(P>0.05);串叶松香草第1茬和第2茬间DM慢速降解部分的降解速率无显著差异(P>0.05),并显著高于第3茬和苜蓿干草(P<0.05);串叶松香草各茬次各时间点的DM降解率均显著高于苜蓿干草(P<0.05)。在3个茬次中,第1茬、第2茬和第3茬DM降解率分别在24、12和48 h最高,显著高于其他茬次(P<0.05);第3茬DM降解率在12和24 h均最低,显著低于其他茬次(P<0.05);第2茬DM降解率在48 h最低,显著低于其他茬次(P<0.05)。
表5 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草DM瘤胃降解率比较

Table 5 Comparison of rumen degradation rate of DM in Silphium perfoliatum L. under different cutting frequencies during leafy stage

项目
Items		 串叶松香草Silphium perfoliatum L. 苜蓿干草
Alfalfa hay		 均值
标准误
SEM		 P值P-value
第1茬
The 1st cut		 第2茬
The 2nd cut		 第3茬
The 3rd cut		 P1 P2
a/(g/kg DM) 122.31Cc 259.42Ba 271.23Aa 212.40b 0.872 <0.001 <0.001
b/(g/kg DM) 849.81Aa 673.69Cc 706.60Bb 697.91b 0.744 <0.001 <0.001
c/(g/kg DM·h-1) 44.69Aa 45.51Aa 35.31Bb 1.43c 0.171 <0.001 0.043
a+b/(g/kg DM) 972.12b 933.11c 977.83a 910.31d 0.585 <0.001 0.100
ED/(g/kg DM) 523.51Cb 579.42Aa 559.51Ba 356.49c 0.901 <0.001 0.021
12 h降解率
Degradation rate at 12 h/(g/kg DM)		 612.44Bb 697.39Aa 564.51Cc 361.30d 0.737 <0.001 <0.001
24 h降解率
Degradation rate at 24 h/(g/kg DM)		 765.62Aa 738.67Bb 655.18Cc 443.42d 0.702 <0.001 <0.001
48 h降解率
Degradation rate at 48 h/(g/kg DM)		 856.40Bb 845.32Cb 870.12Aa 515.28c 0.741 <0.001 0.036

a为快速降解部分,b为慢速降解部分,c为慢速降解部分的降解速率,a+b为潜在可降解部分,ED为有效降解率。表6同。

a was rapidly degradable fraction, b was slowly degradable fraction, c was degradation rate of slowly degradable fraction, a+b was potentially degradable fraction, and ED was effective degradability. The same as Table 6.

由表6可知,叶丛期不同刈割茬次串叶松香草NDF瘤胃降解参数存在显著差异(P<0.05),且均与苜蓿干草存在显著差异(P<0.05)。串叶松香草各茬次NDF瘤胃降解参数均显著高于苜蓿干草(P<0.05);其快速降解部分和有效降解率随刈割茬次增加显著降低(P<0.05)。串叶松香草第1茬NDF慢速降解部分分别显著低于和高于第2茬和第3茬(P<0.05),但NDF慢速降解部分的降解速率最高;前2茬NDF潜在可降解部分无显著差异(P>0.05),均显著高于第3茬(P<0.05)。在各个时间点间,串叶松香草不同茬次NDF降解率均表现出显著差异(P<0.05);第1茬NDF降解率在12和24 h分别最高和最低,且与其他茬次相比差异显著(P<0.05);第2茬NDF降解率在12 h最低,在24和48 h最高,且与其他茬次相比差异显著(P<0.05);第3茬NDF降解率在48 h最低,显著低于其他茬次(P<0.05)。
表6 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草NDF瘤胃降解率比较

Table 6 Comparison of rumen degradation rate of NDF in Silphium perfoliatum L. under different cutting frequencies during leafy stage

项目
Items		 串叶松香草Silphium perfoliatum L. 苜蓿干草
Alfalfa hay		 均值
标准误
SEM		 P值P-value
第1茬
The 1st cut		 第2茬
The 2nd cut		 第3茬
The 3rd cut		 P1 P2
a/(g/kg DM) 65.81Aa 55.73Bb 33.54Cc 14.86d 0.091 <0.001 <0.001
b/(g/kg DM) 848.50Bb 863.45Aa 704.79Cc 440.81d 0.139 <0.001 <0.001
c/(g/kg DM·h-1) 41.51Aa 33.44Bb 38.50ABb 24.72c 0.180 <0.001 0.031
a+b/(g/kg DM) 914.31Aa 919.18Aa 738.33Bb 455.67c 0.383 <0.001 <0.001
ED/(g/kg DM) 434.60Aa 395.51Bb 386.00Cc 366.60d 0.512 <0.001 <0.001
12 h降解率
Degradation rate at 12 h/(g/kg DM)		 397.01Aa 352.33Cc 360.19Bb 147.01d 0.143 <0.001 <0.001
24 h降解率
Degradation rate at 24 h/(g/kg DM)		 493.41Cc 531.32Aa 518.01Bb 206.93d 0.411 <0.001 <0.001
48 h降解率
Degradation rate at 48 h/(g/kg DM)		 761.63Bb 844.34Aa 698.41Cc 322.20d 0.245 <0.001 <0.001

3 讨论

3.1 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草叶片生物性状及产量

串叶松香草的生长特性决定了其在播种当年以莲叶状叶丛状态生长,并且在此阶段其叶片量大、营养丰富,适口性最佳[7,14]。因此,本试验在播种首年对其生物学表现的研究更侧重于对叶片生物性状的分析。相关研究表明,增加刈割频率会缩短植株营养富集的时间,使得叶片形态发育受到抑制,进而影响光合面积和产量[24-25]。与之相似的是,本研究中播种首年多次刈割导致了叶片生物性状参数降低。因此,多次刈割可能会对串叶松香草营养吸收和叶片发育产生不利影响。另外,张丽娟等[26]关于刈割对混播草地根重及翌年产草量的研究中表明,刈割次数和频率影响收割当年及后续的牧草产量,刈割次数增加会加快植株已积累营养成分的消耗并减弱机体的生长恢复能力,进而导致后续茬次的产量下降。本试验中,串叶松香草在种植当年各茬次生物产量会随刈割茬次增加而降低,可能是由于植株生长恢复能力受到刈割因素的制约。干鲜比是评估植株DM积累程度和光合作用效率的重要指标[27],本研究中在播种首年多次刈割未对串叶松香草干鲜比产生影响。总体来说,在串叶松香草播种当年多次刈割缩短了植株的营养富集时间,会制约植株的生长和产量,但并未对DM的积累产生影响。

3.2 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草营养成分和CNCPS组分

饲料中的营养成分含量是评定其营养价值的重要指标[25]。饲料中CHO是反刍动物主要的能量来源,本研究中串叶松香草的CHO含量较高,尤其以NSC为主,可作为优质的快速能量来源[28]。但串叶松香草淀粉含量不足1% DM,NSC绝大部分由CA提供。CA主要由可溶性碳水化合物(WSC)构成,但已发表的文献中少见针对串叶松香草植株WSC进行的研究。另外,研究认为植株中多糖的累积与其越冬特性有关[29],伏兵哲等[30]测得串叶松香草地下根茎WSC含量在10%~35% DM,并且WSC是其耐寒越冬的最主要影响因素。近年来,有欧洲学者测定开花期串叶松香草植株中的WSC含量接近27% DM[31]。而在本研究中,处于叶丛期的串叶松香草显然具有更高的多糖水平。此外,串叶松香草与苜蓿干草在CHO组分的比例上略有差距,但除CA外两者的可降解部分绝大部分集中于CB2。CB2取决于牧草中纤维素和半纤维素的含量,且纤维素比例的上升会降低CB2的降解速率[32]。虽然串叶松香草的NDF和ADF含量均低于苜蓿干草,但其含有更高水平的半纤维素。并且,本试验中串叶松香草的NDF和ADF含量并未受到刈割次数的影响,测定结果均在以往研究结果[8-9,33]的变化区间内,数值上有一定浮动或许与其种植地区不同的地理位置、生态环境以及收割时间有关。因此,第2次刈割开始串叶松香草CB2含量的降低是由于ADL含量升高的同时降低了纤维素的含量,导致了CC含量的升高。对反刍动物来说,牧草的纤维含量和木质化程度不仅影响其采食量,也会对瘤胃健康和功能产生不同程度的影响,尤其是ADL含量可以直接影响饲料的消化率[28,34]。而在此方面,串叶松香草显然较苜蓿干草更有优势。本试验结果表明,尽管串叶松香草ADL含量整体处于较低水平,但在种植当年,串叶松香草的木质化程度仍随生长期延长呈显著上升,且与现有研究中ADL的变化规律[35]一致。由此可以推测,随着刈割茬次的增加,虽可加快潜在可降解CHO的消化速率,但可能对植株整体的消化率产生一定负面影响。
蛋白质是饲料中主要的氨基酸来源,是饲粮中成本较高的营养成分[36]。在山西晋中和河南郑州进行的2项研究显示,当地串叶松香草叶丛期的CP含量分别为306.8和224.9 g/kg DM[8-9],远高于本试验中的测定结果(123.10~144.70 g/kg DM)。作物的生长和营养成分的积累往往受到地理位置和气候条件的影响[33],本试验串叶松香草种植地区与晋中、郑州两地地理位置差距较大,且年平均气温相差近10 ℃,可能是导致CP含量差异的主要原因。而串叶松香草CP含量在DM基础上与苜蓿干草差距2~4个百分点,先前的研究也发现种植当年或多年的串叶松香草青贮CP含量均低于苜蓿青贮[37],这与本试验结果一致。此外,串叶松香草SCP含量与苜蓿干草差距较大,这也直接决定了2类牧草PB1和PA含量即NPN含量的差距,即可被快速利用的优质蛋白质含量的不同[38]。PC主要由ADICP构成,它含有与木质素、单宁等成分结合的蛋白质部分或是其他高度抵抗微生物和酶类分解的成分,是降低饲料蛋白质品质和利用率的关键因素[19]。串叶松香草PC含量整体处于较低水平,第1茬与苜蓿干草相近,在第2茬有所上升但整体低于7.0%,这与其木质化程度有关,但普遍低于包括构树、油菜杆在内的多种非常规饲料,整体具有良好的蛋白质品质[39-40]。串叶松香草SCP含量随刈割茬次的增加而提高,这一定程度上促进了PA含量的提升,但第2茬NPN含量降低使植株中真蛋白质含量即PB1含量得到提升。PB2和PB3由于其降解速率低导致其有一部分会作为过瘤胃蛋白进入后肠道,尤其是PB3[41]。根据本试验结果,可以认为串叶松香草中可降解蛋白质部分潜在的瘤胃内利用率在第2茬具有更大的优势,而第3茬PA含量提高的同时也提升了PB3含量,可能会降低降解速率的同时促进CP流向后肠道。
本试验中,种植首年串叶松香草Ash含量较高,接近于苜蓿干草2倍,与董宽虎等[8]测得的结果相似。牧草Ash是构成矿物元素的重要组成成分,但含量过高会降低饲料品质和消化率[42]。串叶松香草也被报道含有丰富的矿物质,其中钙和磷含量从叶丛期到开花期均持续较高,并且高于紫花苜蓿[9,43]。因此在对串叶松香草利用过程中也需要将Ash纳入综合考虑的范畴。

3.3 叶丛期不同刈割茬次串叶松香草瘤胃降解率

通过对串叶松香草的营养成分进行分析后发现,种植当年其CHO具有良好的可利用潜能,可作为反刍动物优质的粗饲料来源。本研究中,串叶松香草在奶牛瘤胃内的DM和NDF降解率远高于苜蓿干草。此前,Han等[44]通过体外试验对NDF含量相近的的串叶松香草和苜蓿的消化率进行对比后发现,串叶松香草具有更高的DM和NDF消化率,这与本研究结果相似。纤维素是影响牧草DM和NDF消化率的重要因素[32]。当牧草快速降解部分含量较低时,NDF的有效降解率主要取决于慢速降解部分含量及其降解速率[45]。本试验结果显示,苜蓿干草和串叶松香草NDF的快速降解部分均较低,且苜蓿干草的慢速降解部分、慢速降解部分的降解速率以及有效降解率均显著低于串叶松香草,结果与既往研究趋势一致。对叶丛期串叶松香草在奶牛瘤胃中降解特性的研究当前仍处于初期阶段,早年仅有的几项在肉羊瘤胃内进行的研究表明,串叶松香草叶丛期DM和NDF瘤胃降解率最高,并随生长期延长逐渐降低,其中NDF瘤胃降解率下降速度更快[8-9]。本试验中,串叶松香草NDF有效降解率也呈现出随生长期延长逐渐降低的情况,DM有效降解率在第2茬和第3茬均有升高,符合现有研究中描述的变化趋势。尤其是前2茬串叶松香草在12和24 h的DM降解率更高,表明其更易消化,同时第3茬仍有大部分在24~48 h内降解;而NDF在前2茬有更高的有效降解率,并且第1茬具有更高的降解速率。由此可以推测,奶牛对前2茬串叶松香草采食量和消化率会优于第3茬。

4 结论

① 随着刈割茬次的增加,叶丛期串叶松香草的叶片生物性状发生改变,单茬生物产量降低,但干鲜比无显著变化;同时,营养成分以及CNCPS蛋白质和CHO组分在不同茬次间存在差异,但CHO中NSC和CC等成分含量均优于苜蓿干草。
② 叶丛期不同刈割茬次间串叶松香草DM和NDF瘤胃降解特性存在差异,但整体的DM和NDF可降解部分以及有效降解率等瘤胃降解参数均优于苜蓿干草;其中,DM有效降解率和降解速率以第2茬较优,NDF有效降解率以前2茬较优。

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