引用本文
杨在宾, 杨立杰, 姜淑贞, 薛峰, 杨春霞. 菊芋生长后期生物产量及营养价值. 草业科学, 2018,35(1): 140-145
Yang Zai-bin, Yang Li-jie, Jiang Shu-zhen, Xue Feng, Yang Chun-xia. Effect of Helianthus tuberosus late growth stage of on biological yield and nutritional value . Pratacultural Science, 2018,35(1): 140-145.  
Doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0118
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菊芋生长后期生物产量及营养价值
杨在宾, 杨立杰, 姜淑贞, 薛峰, 杨春霞
山东农业大学动物科技学院,山东 泰安 271018
通讯作者：杨在宾(1951-),山东章丘人,教授,博士,研究方向为动物营养与饲料。E-mail:[email protected]
收稿日期: 2017-03-17 接受日期: 2017-06-09
资助项目: “双一流”奖补资金
摘要

选择适时种植的当年生菊芋( Helianthus tuberosus)产区,根据不同生长期,于块茎收获期(霜降)前第0、14、28、42、56和70天,分6个时间点取样。每次取样根据大田地形和土质,选择5个不同地块,每个地块选取1 m2,收获地上和地下部分。测定植株地上(下1/3,中1/3和上1/3)和块茎(地下)产量,取样测定营养成分及生物总能。结果表明,菊芋生长后期,新鲜、风干和绝干物质产量的地上不同部位、地上、地下部分、全株以及地上/地下的比例,都随着生长期发生极显著的变化( P<0.01)。整个地上生物粗蛋白产量霜降前两周最高,地下部分霜降最高,全株分析霜降前两周最高( P<0.01)。整个地上生物总能产量霜降前两周最高,地下部分霜降最高,全株分析霜降前两周最高( P<0.05)。菊芋生物蛋白产量为3 206 kg·hm-2,比玉米+小麦总生物蛋白质产量(3 146 kg·hm-2)高2%。菊芋生物总能为8.33×105 MJ·hm-2,比玉米+小麦总生物总能产量(6.06×105 MJ·hm-2)高37%。从饲料产量来看,菊芋块茎收获前两周,生物产量最大,是用作饲料用途的适时收获期。菊芋种植生物产量优于玉米和小麦总生物产量。种植菊芋是解决生物能源紧缺的重要途径之一。

关键词: 菊芋; 饲料; 干物质; 粗蛋白质; 总能; 产量; 生物能源
中图分类号:S816.15 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2018)01-0140-06
Effect of Helianthus tuberosus late growth stage of on biological yield and nutritional value
Yang Zai-bin, Yang Li-jie, Jiang Shu-zhen, Xue Feng, Yang Chun-xia
College of Animal Science and Technology, Shangdong Agricultural University, Tai’an 271018, Shandong, China
Corresponding author: Yang Zai-bin E-mail:[email protected]
Abstract

This study aimed to the right time for harvesting Helianthus tuberosus in an area of 667 hm2. According to the different growth periods, the time of harvest was allocated to six sampling points before tuber harvest (i.e., 10, 8, 6, 4, 2, 0 weeks). Based on the topography and soil texture, five different plots were selected for each sampling, and each plot was selected by 1 m2 to allow harvest of the aboveground and underground parts. Plant aboveground parts (lower one-third, middle one-third, and upper 1/3), tuber yields, nutrient components, and gross energy were measured. The results showed that the yield of fresh, air-dried H. tuberosus and its dry matter content in the late growth stages, the yield of different aboveground parts, and underground parts, and whole plants, and the proportion of aboveground and underground changed significantly ( P<0.01). The crude protein yield of underground parts was the highest ( P<0.01) at the first incidence of frost. The crude protein yield of aboveground parts and whole plant was the highest ( P<0.01) at 2 weeks before the first frost. The gross energy yield of aboveground and whole plant was the highest ( P<0.01) at 2 weeks before the first frost. However, the yield of underground parts was the highest ( P<0.05) at the first frost. The crude protein yield of Helianthus tuberosus was 3 206 kg·ha-1, which was 2% higher than the total protein yield of maize and wheat (3 146 kg·ha-1). The gross energy yield of H. tuberosus was 8.33×105 MJ·ha-1, which was 37% higher than the total protein yield of maize and wheat (6.06×105 MJ·ha-1). Judged from the perspective of feed production, the biological yield of H. tuberosus was the maximum; in addition, the most suitable harvest period for feed was 2 weeks before the first frost. The biological yield of H. tuberosus was better than the total of corn and wheat. H. tuberosus’ cultivation is one of the important ways of mitigating bioenergy shortages.

Key words: Helianthus tuberosus; feed; dry matter; crude protein; gross energy; yield; bioenergy

菊芋(Helianthus tuberosus)为菊科向日葵属植物[1], 俗称鬼子姜或洋姜。菊芋块茎中含有丰富的菊糖[2, 3], 可用来加工低聚果糖、高果糖等经济价值较高的生物产品[4], 是食品药品领域重要的原材料[5]; 地上茎秆作为一种新型能源植物[6], 可作生物发电燃料, 造纸原料, 动物饲料等[7, 8]。菊芋适应性广, 抗逆性强, 能源化利用方式多样, 且环境友好, 是能够有效解决我国能源物质种植过程中与粮争地、与人争地矛盾的非粮能源植物之一[9]。前人对菊芋块茎部分的研究较多[10, 11, 12], 而对茎秆的价值与利用的研究却鲜有报道。本研究初步评价菊芋生物产量变化规律、适宜收获期, 以期为菊芋饲用价值开发提供参数。

1 材料和方法
1.1 试验材料

选择适时种植的当年生菊芋667 hm2(山东省滨州市沾化区), 3月下旬至4月上旬播种, 采用机械沟播, 播种深度7~10 cm, 播种覆土同时进行, 用种量450~600 kg· hm-2, 播种时控制株距40 cm, 行距80 cm。

1.2 采样时间

根据不同生长期, 分6个时间点取样, 间隔两周。详细采样时间和菊芋生长期如下:

快速生长前期:雨水充足, 块茎收获前10周; 快速生长期:株高基本定型, 花蕾开始出现, 块茎收获前8周; 初花期:大多花蕾已形成, 田间陆续开始出现开花菊芋植株, 块茎收获前6周; 盛花期:菊芋植株全部出现开花, 块茎收获前4周; 霜降前两周:1周后花期结束, 块茎收获前2周; 霜降:地上部分秸秆、叶片枯萎呈半干状态, 进入块茎收获期, 块茎收获周。

1.3 采样方法

根据大田地形和土质, 选择5个不同地块, 每个地块选取1 m2, 收获地上和地下部分。

产量测定:测定密度, 新鲜植株重量、块茎重量, 计算新鲜亩产量。

样本采集:块茎, 去除泥土, 取样; 植株, 分三部分(下1/3, 中1/3和上1/3), 制备3个样本, 取样。

样本分两部分:2 kg, 直接带回实验室; 其余部分, 留现场, 制备风干植株和块茎。

1.4 分析指标

化学评价:6个时期, 5个采样点, 分别测定地上和地下部分的初水分、干物质、粗蛋白、粗脂肪、总能量。

样本营养成分的测定, 干物质(dry matter, DM)采用(105 ℃)烘干法[13], 粗蛋白采用凯氏半微量定氮法[14], 粗脂肪(ether extract, EE)采用索氏乙醚提取法[13], 粗灰分(ash, ASH)采用(550 ℃)灰化法[13]。样本总能(gross energy, GE)的计算参照参考文献[13]。

植株新鲜产量:每个地块选取1 m2, 分别称鲜重。根据种植密度, 计算全株和菊芋植株新鲜产量。

植株风干产量:每个地块选取1 m2, 分别称鲜重后, 将菊芋样本进行标号, 用网兜分装, 置于阳光充足、通风良好的环境中, 自然风干60 d。称风干样本重。根据种植密度, 计算全株和块茎、地上不同部位的风干生物产量。

植株干物质产量:测定植株风干产量的样本, 全部带回实验室, 取自然风干的样本500 g, 粉碎过0.25 mm孔径筛, 测定105 ℃下干物质含量。根据种植密度、干物质含量, 计算全株和块茎、地上不同部位的干物质产量。

粗蛋白质生物产量:上述风干样本, 测定全株和块茎、地上不同部位粗蛋白质(CP)含量。根据风干物质产量、粗蛋白质含量, 计算全株和块茎、地上不同部位的粗蛋白质生物产量。

生物总能产量:上述风干样本, 测定全株和块茎、地上不同部位的干物质(DM, %)、粗蛋白质(CP, %)、粗脂肪(EE, %)、粗灰分(ASH, %)。计算风干物质基础上总能[GE, (KJ· kg-1)], GE=[4 143+(56× EE)+(15× CP)-(44× ASH)]× 4.187。根据干物质产量、GE含量, 计算全株和不同器官部位的粗生物总能产量。

1.5 数据分析

采用SAS 9.2软件进行统计分析, P< 0.05为差异显著。使用One-way ANOVA和Duncan’ s分别进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析
2.1 菊芋和植株产量分析

菊芋植株不同收获期的新鲜植株、风干植株和绝干植株产量的地上不同部位(上1/3, 中1/3和下1/3)、整个地上、地下部分、全株以及地上/地下的比例, 都随着生长期发生极显著或显著的变化(P< 0.01, P< 0.05)(表1-3)。由此说明, 菊芋植株产量随着生长期各器官和部位都在发生巨大变化。

表1 菊芋植株不同部位(地上和地下)新鲜产量比较 Table 1 Comparison of fresh yield of different parts (underground and aboveground) of Helianthus tuberosus
表2 菊芋植株不同部位(地上和地下)风干产量比较 Table 2 Comparison of air-dried yield of differnet parts (underground and aboveground) of Helianthus tuberosus
表3 菊芋植株不同部位(地上和地下)干物质产量 Table 3 Comparison of dry yield of different parts (underground and aboveground) of dried Helianthus tuberosus
2.2 菊芋和植株生物粗蛋白质产量分析

整个地上生物粗蛋白质产量霜降前两周最高, 地下部分霜降期最高, 全株分析霜降前两周最高(P< 0.01)(表4)。由此说明, 菊芋植株粗蛋白质产量随着生长期各器官和部位都在发生巨大变化, 从饲料蛋白质供应来讲, 霜降前两周左右, 是菊芋地下和地上全部用于饲料粗蛋白质供应的最适宜时期, 如果地下用作加工生产低聚果糖、高果糖等经济价值较高的生物产品, 充分发挥其功能用途的同时, 地上作饲料, 需要平衡两种用途的价值再做更细致的收获评估。

表4 菊芋植株不同部位(地上和地下)粗蛋白和总能产量 Table 4 Comparison of crude protein yield of different parts (underground and aboveground) of Helianthus tuberosus
2.3 菊芋和植株生物能量产量分析

整个地上生物总能产量霜降前两周最高, 地下部分霜降期最高, 全株分析霜降前两周最高(P< 0.05)(表4)。由此说明, 菊芋植株生物总能产量随着生长期各器官和部位都在发生巨大变化, 从饲料生物能量供应来讲, 霜降前两周左右, 是菊芋地下和地上全部用于饲料能源供应的最适宜时期, 如果地下用作加工生产低聚果糖、高果糖等经济价值较高的生物产品, 充分发挥其功能用途的同时, 地上作饲料, 需要平衡两种用途的价值再做更细致的收获评估。

3 讨论

就DM产量展开分析, 地上部分和全株产量霜降前两周最高, 地下部分霜降前两周和霜降时虽有数值差别, 但是显著性分析并不显著。由此证明, 从饲料产量来讲, 霜降前两周左右, 也就是菊芋块茎收获前两周, 产量最大, 是作饲料用途的适时收获期。

菊芋生物蛋白质单产为3 206 kg· hm-2, 玉米(Zea mays)和小麦(Triticum aestivum)分别为1 946和1 200 kg· hm-2。如果按每年小麦和玉米轮播计算, 每年玉米+小麦总生物蛋白质产量为3 146 kg· hm-2。种植菊芋的生物蛋白质产量高于玉米和小麦生物蛋白质总产量。以每年玉米+小麦生物蛋白质产量为100%, 种植菊芋的生物蛋白质产量高出玉米和小麦生物蛋白质产量总和的2%。

菊芋生物总能单产为。8.33× 105 MJ· hm-2, 玉米和小麦分别为4.04× 105和2.02× 105 MJ· hm-2。如果按每年小麦和玉米轮播, 每年玉米+小麦总生物总能产量为6.06× 105 MJ· hm-2。种植菊芋的生物总能产量高于玉米+小麦总产量。以每年玉米+小麦生物总能产量为100%, 种植菊芋的生物总能产量为137%。菊芋生物总能产量高37%。

玉米和小麦是我国最大的粮食作物, 是为人类和动物提供生物蛋白质和能源的主要来源[14, 15]。但是, 两大作物的秸秆和籽实差异很大, 几乎所有秸秆都废弃掉, 在当前我国的农业产业结构中, 秸秆处理成为政府和农民的重大难题, 不但不能综合利用, 反而造成环境污染和经济巨大浪费[16, 17]。对于动物, 菊芋的地上地下都可以作为饲料[18, 19]。与两大作物综合产量比较, 菊芋一个生长季节的生物产量, 可以超过玉米和小麦两个季节的累积产量之和。在生物蛋白质产量与两大作物综合产量持平的基础上, 生物能量产量高出两种作物生物能量产量之和的37%。由此证明, 种植菊芋是解决生物能源紧缺的重要途径。

4 结论

菊芋种植生物产量优于玉米和小麦, 种植菊芋是解决生物能源紧缺的重要途径之一。

(责任编辑 苟燕妮)

The authors have declared that no competing interests exist.

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