贵州省主要农作物及其副产物资源调查与饲用价值评价研究
Investigation on Main Crops and Their By-Products in Guizhou and the Evaluation of Feeding Value
Wei Xingdi ,1, Zuo Xiangbing ,1,*, Tian Weirong2, Pei Chengjiang1, Zhang Mingjun2, Lu Min3
摘要
为了充分挖掘贵州省丰富的农作物副产物资源、缓解饲料资源短缺和加快推进农作物副产物综合利用,基于《贵州统计年鉴》（2006-2019年）及实地调查数据,开展贵州主要农作物（稻谷、小麦、玉米、大豆、甘蔗、花生、油菜、薏苡和荞麦）及其副产物资源调查,对收集到的部分农作物副产物的常规营养成分、消化能和相对饲用价值（RFV）进行综合评价。结果表明,在9种贵州主要农作物副产物中,小麦秸秆、薏苡秸秆和花生秸秆具有较高的粗蛋白含量（8.68%、8.52%和8.45%）、较低的酸性洗涤纤维（46.74%、40.63%和37.75%）和中性洗涤纤维含量（51.74%、46.37%和43.16%）,营养成分较好;油菜秸杆、花生秸秆和薏苡秸秆的消化能（分别为10.91、9.25和8.91MJ/kg）均显著优于其他6种农作物副产物;油菜秸秆、花生秸秆和稻草的RFV均显著高于其他6种农作物副产物,且RFV高于100（分别为148.65、110.34和102.68）。说明在贵州地区,油菜秸秆、花生秸秆和薏苡秸秆等农作物副产物相对利用价值较高。
关键词：贵州省;农作物副产物;饲料资源调查;秸秆利用;营养成分;饲用价值
Abstract
In order to fully tap the abundant local crop by-product resources in Guizhou, alleviate the shortage of feeding resources and accelerate the comprehensive utilization of crop by-products. Based on Guizhou Statistical Yearbook (2006-2019) and field survey data, this experiment investigated the by-product resources of main crops (rice, wheat, corn, soybean, sugarcane, peanut, rape, coix and buckwheat) in Guizhou. The conventional nutrient composition, digestible energy and relative feeding value (RFV) of some collected crop by-product samples were comprehensively evaluated. The results showed that, among the nine main crop by-products in Guizhou, wheat straw, coix straw and peanut straw had higher crude protein (8.68%, 8.52%, 8.45%), lower acid detergent fiber (46.74%, 40.63%, 37.75%) and neutral detergent fiber (51.74%, 46.37%, 43.16%), with good nutrient contents. The digestible energy of rape straw, peanut straw and coix straw (10.91, 9.25 and 8.91MJ/kg, respectively) were significant higher than the other six common by-products. The RFV of rape straw, peanut straw and straw were significantly higher than that of the other six by-products, and RFV were higher than 100 (148.65, 110.34 and 102.68, respectively). The results showed that rape straw, peanut straw, and coix straw had higher utilization value in Guizhou.
Keywords：Guizhou province;Crop by-products;Feeding resource survey;Straw utilization;Nutrient component;Feeding value
本文引用格式
韦兴迪, 左相兵, 田维荣, 裴成江, 张明均, 卢敏.
Wei Xingdi, Zuo Xiangbing, Tian Weirong, Pei Chengjiang, Zhang Mingjun, Lu Min. Investigation on Main Crops and Their By-Products in Guizhou and the Evaluation of Feeding Value. Crops, 2022, 38(2): 16-21 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.02.003
随着2019年贵州省将生态畜牧（牛羊）产业列为重点发展的十二大产业之一以来,贵州畜牧业整体呈快速发展态势,但天然草地牧草产量低、营养不均衡且草畜配套生产模式相对滞后,使饲料短缺和营养单一成为制约贵州省大部分地区畜牧业发展的重要因素[1]。此外,随着养殖规模和禁牧区域的不断扩大,以及节粮型畜牧业的结构调整,使得市场对优质粗饲料的需求日渐增加[2]。
农作物秸秆作为常规粗饲料资源[3],通常是指农作物在获取主要产物后留在地上部分的茎叶或藤蔓等副产物,约占作物生物量的50%[4]。作物秸秆中含有大量动物生长所需的纤维素、木质素和半纤维素等非淀粉类大分子物质[5],约有65%~80%的干物质能够向动物提供能量,而目前饲料化比例却不高[6]。贵州省作为我国的农业大省,常年作物种植面积约4.5×106hm2,年产秸秆约1500万t,饲料化利用潜力巨大[7]。但长期以来,农作物收获后主要副产物秸秆资源的处理以就地焚烧、直接还田和饲养牲畜等较粗放方式为主,饲料化、基料化和生物质发电资源化等利用方式因缺乏合理技术,难以形成大规模的秸秆处理体系,严重制约贵州经济发展及农田生态系统的建设[8]。目前,针对秸秆饲料化利用方面的研究成果较为丰富,王亚静等[9]运用定性和定量分析方法评价了我国各类秸秆资源的可饲性和可收集利用量;张英俊等[10]基于全国草食家畜饲草料需求量和全国饲料秸秆供给量,估算了我国不同区域秸秆饲料化利用潜力;郭应军等[11]结合贵州省秸秆利用竞争性需求量,分析了全省秸秆全量化利用潜势。此外,也有学者研究了秸秆饲料化利用技术[12⇓-14]和生产工艺[15]。但总体来说,针对贵州喀斯特山区秸秆饲料化利用方面的研究还较为缺乏。因此,了解贵州省农作物秸秆资源现阶段利用状况,对于节约资源和实现农业可持续发展具有重要意义。
目前,畜牧业市场对优质粗饲料的需求日渐增多,本研究通过查阅资料和走访调研等方式,对贵州省主要农作物副产物资源展开调查,针对农作物种植面积、产量以及常见副产物营养特性进行综合分析,充分挖掘本地丰富的农作物副产物资源,解决草地畜牧业生产中饲草饲料不足的问题,为贵州生态畜牧业高效可持续发展提供参考。
1 材料与方法
1.1 贵州主要农作物副产物资源调查
根据《贵州统计年鉴》（2006-2019年）及实地调查,对近几年贵州省播种面积较大的农作物（稻谷、小麦、玉米、大豆、甘蔗、花生、油菜、薏苡和荞麦）资源分布及利用现状进行统计,利用收集到的主要农作物年总产量,根据农作物副产品与主产品之比（即草谷比）估算出各农副产物的年总产量,即农作物副产物的理论年总产量=农作物产量×草谷比[16]。
《贵州统计年鉴》数据来自于贵州省统计局（http://stjj.guizhou.gov.cn/）,表1中的农作物草谷比主要引自《农业技术经济手册（修订本）》[17]及文献[18-19],荞麦秸秆产量为实地走访调研总结数据,按2625kg/hm2计算。
表1 主要农作物副产物与主产品比值
Table 1
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1.2 贵州省主要农作物副产物营养品质分析1.2.1 样品采集与制备
主要农作物副产物由贵州省农业科学院草业研究所收集获得,具体信息见表2。以贵州主要农作物的主栽品种（系）产区为样品采集地点,每个农作物品种（系）3次重复。因参试副产物多为秸秆类,故采样时以作物自茎秆分蘖节以上的秸秆作为样品,随机取样3次,每次1kg,将收集的样品切碎,采用四分法缩减至需要量,放置于烘箱105℃,杀青15min,65℃下烘干48h至恒重。粉碎后过40目筛,装入自封袋置于干燥处密闭保存备用[20]。
表2 参试主要农作物副产物信息和来源
Table 2
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1.2.2 营养成分测定
常规营养成分指标包括粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分（Ash）、水分以及钙（Ca）和磷（P）含量,各指标重复测定3次,取平均值。常规养分分析参考相应的国家标准,采用凯氏定氮法（GB/T 6432-2018）测定粗蛋白含量;采用石油醚浸提残余法（GB/T 6433-2006）测定粗脂肪含量;采用过滤法（GB/T 6434-2006）测定粗纤维含量;参考GB/T 20806-2006测定中性洗涤纤维（NDF）含量;参考NY/T 1459-2007测定酸性洗涤纤维（ADF）含量;采用高温灼烧法（GB/T 6438-2007）测定粗灰分含量;采用差减法计算无氮浸出物（NFE）含量,NFE（%）=100%-（水分+粗灰分+粗蛋白质+粗脂肪+粗纤维）;采用高锰酸钾滴定法（GB/T 6436-2018）测定钙含量;采用磷钼黄比色法[21]（GB/T 6437-2018）测定磷含量。参考张本瑜等[22]的方法计算相对饲用价值（RFV）,RFV=[DMI（%BW）×DDM（%DM）]/1.29,其中DMI（%BW）=120/[NDF（%DM）],DDM（%DM）=88.9-ADF（%DM）,式中,DMI为干物质随意采食量,DDM为可消化干物质。%BW和%DM为单位。参考郭安国[23]的方法计算消化能,消化能=总能×DCE,其中能量消化率（DCE）=91.6694-91.3359×（ADF%/OM%）;总能（MJ/kg）=17.3+0.0617×CP+0.2193×EE+0.0387×CF-0.1867×Ash+0.19,OM为有机物质。
1.3 数据处理采用Excel 2010软件进行数据整理和图表绘制,采用SPSS 21.0统计软件进行单因素方差分析,结果为平均值±标准差,阈值设为P<0.05。
2 结果与分析
2.1 贵州省主要农作物及其副产物资源概况
从表3可以看出,2006-2019年贵州省主要农作物年均播种面积前3位为玉米、稻谷和油菜,分别为80.921万、69.309万和48.688万hm2,均高于40万hm2。其中玉米播种面积在2014年短暂增长后于2018年下降,波动较大,下降后平均较之前播种面积低33.35%。稻谷和油菜年际间变化幅度较小。小麦和花生在2007年有较小幅度下降后,同其他几种主要农作物一样,播种面积常年处于较平稳的状态,年际间浮动较小。薏苡、荞麦、花生和甘蔗年播种面积较小,均不超过6.7万hm2;同时,通过实地走访调查发现,薏苡在2011-2019年间播种面积不断增大,种植区域主要分布在黔西南州（约75%）和安顺地区（约10%）,年均播种面积在4.5万hm2以上;荞麦在2012-2019年间种植面积呈先增加后减少趋势,种植区域主要集中在毕节（约70%）和六盘水地区（约20%）,年均播种面积保持在3.5万hm2以上,其中苦荞约占70%。
表3 贵州省2006-2019年主要农作物播种面积
Table 3
Year稻谷
Rice小麦
Wheat玉米
Corn大豆
Soybean甘蔗
Sugarcane花生
Peanut油菜
Rape薏苡
Coix荞麦
Buckwheat200671.64640.26273.48712.9251.7944.43351.291––200767.62224.27173.12012.1261.7072.50440.012––200869.11526.24473.46412.5741.7633.35041.277––200969.82426.29375.14912.6631.6433.87646.688––201069.58126.07778.11412.8951.3704.08147.919––201168.15325.76278.78013.2781.1983.89048.8981.870–201268.29525.97677.51513.3822.1714.10249.6962.0703.596201368.44525.17877.83512.8172.7934.35650.6722.9704.974201471.41318.907103.58318.0871.8405.32753.9974.0305.147201571.10718.040103.78019.4851.7205.24153.2256.6674.643201671.42516.919104.16320.9661.2735.12852.0016.4355.291201770.05015.597100.63819.4650.8685.15351.6126.2244.887201867.17814.16260.21219.8901.0745.19349.7695.8996.171201966.47213.72253.05919.1821.0585.02444.5695.7734.098平均Average69.30922.67280.92115.6951.5914.40448.6884.6604.851
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由贵州省2006-2019年度主要农作物产量及其变化情况（图1）可知,2006-2019年在贵州省主要农作物中,稻谷及玉米的产量明显高于其他农作物,除甘蔗产量在2012-2014年超过100万t外,其余7种农作物均处于100万t以下水平,且波动不大。
图1
图1 贵州省2006-2019年主要农作物产量
Fig.1 The yield of main crops in Guizhou province from 2006 to 2019
由贵州省2006-2019年度主要农作物副产物产量估测及其变化情况（图2）可知,2006-2019年在贵州省主要农作物副产物产量变化幅度整体与农作物产量保持一致,稻谷及玉米副产物仍显著高于其他农作物副产物。其中,玉米秸秆产量出现2次大幅度及1次小幅度下降,2017年前整体保持较高产量水平,2017年后明显低于稻草产量。除了油菜秸秆产量基本处于年均100万t水平外,其余6种农作物副产物均处于100万t以下且波动不大。总体来看,稻草和玉米秸秆占比较大,是贵州主要的农作物副产物。
图2
图2 贵州省2006-2019年主要农作物副产物产量估测
Fig.2 Estimated yields of main crop by-products in Guizhou province from 2006 to 2019
2.2 贵州省主要农作物副产物营养品质分析
对收集到的主要农作物副产物进行常规营养成分分析,能较为直观地对其质量优劣做出初步评定,而通过饲用价值可进一步对其品质进行综合评价[24]。
由表4可知,小麦秸秆、花生秸秆、大豆秸秆和薏苡秸秆粗蛋白含量显著高于其他副产物,甘蔗渣粗蛋白含量最低,仅为2.52%;油菜秸秆粗脂肪含量为5.58%,显著高于其他8种副产物,荞麦秸秆粗脂肪含量最低,仅为1.65%;各类副产物粗纤维含量均处于较高水平,其中大豆秸秆最高,为48.91%,显著高于其他8种副产物;大豆秸秆和甘蔗渣的中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量均处于较高水平;甘蔗渣和玉米秸秆粗灰分含量较高,油菜秸秆粗灰分含量最低;油菜秸秆和荞麦秸秆无氮浸出物含量较高,分别为39.96%和38.76%;除花生秸秆Ca含量和油菜秸秆P含量显著高于其他副产物外,副产物Ca和P含量均处于正常水平。
表4 主要农作物副产物常规营养成分分析
Table 4
Sample粗蛋白
Crude protein粗脂肪
Crude fat粗纤维
Crude fiber中性洗涤纤维
NDF酸性洗涤纤维
ADF粗灰分
Ash无氮浸出物
NFECaP稻草Rice straw3.63±0.12c1.82±0.15f37.90±0.31ef44.43±1.18ef39.90±0.97c11.43±0.22c37.24±1.26bc0.52±0.03ef0.28±0.02b小麦秸秆
Wheat straw8.68±0.15a2.23±0.22e43.74±0.43d51.74±1.06cd46.74±0.97b11.53±0.35bc26.30±1.28e0.75±0.06c0.04±0.01f玉米秸秆
Corn straw7.58±0.19b2.01±0.22ef45.47±0.48c54.47±1.11b48.40±0.82b12.11±0.32ab25.75±1.28e0.86±0.03b0.24±0.02b大豆秸秆
Soybean straw8.37±0.22a3.85±0.18c48.91±0.40a57.85±1.08a51.91±1.28a11.57±0.28bc18.14±1.25f0.42±0.03fg0.08±0.01ef甘蔗渣Bagasse2.52±0.15d3.35±0.16d47.58±0.31b56.71±1.12ab50.58±0.99a12.51±0.19a30.81±1.22d0.35±0.03g0.07±0.02f花生秸秆
Peanut straw8.45±0.18a4.67±0.24b35.21±0.38g43.16±1.19f37.75±0.99d10.65±0.28d34.94±1.27c0.96±0.07a0.17±0.04c油菜秸秆
Rape straw7.48±0.27b5.58±0.20a30.78±0.40h35.78±1.12g31.78±0.99f6.63±0.36f39.96±1.29a0.49±0.02e0.43±0.03a薏苡秸秆
Coix straw8.52±0.26a3.47±0.20cd37.48±0.37f46.37±1.20de40.63±0.85c9.33±0.35e35.85±1.26c0.64±0.03d0.16±0.03cd荞麦秸秆
Buckwheat straw3.72±0.16c1.65±0.22f38.47±0.48e48.36±1.09d41.65±0.93c10.58±0.31d38.76±1.28ab0.83±0.04bc0.12±0.02de
同列数据不同小写字母表示差异显著（P < 0.05）,下同
Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P < 0.05), the same below
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由表5可知,9种主要农作物副产物中,油菜秸秆总能最高（19.13MJ/kg）,稻草最低（17.45MJ/kg）,其他副产物总能差异不大（17.59~18.58MJ/kg）;消化能依次为油菜秸秆>花生秸秆>薏苡秸秆>稻草>荞麦秸秆>小麦秸秆>玉米秸秆>甘蔗渣>大豆秸秆;油菜秸秆、花生秸秆和稻草的RFV均高于100（盛花期苜蓿的RFV为100）,属于较优质粗饲料。
表5 主要农作物副产物营养品质分析
Table 5
Sample干物质随意采食量
DMI (%BW)可消化干物质
DDM (%)总能
Total energy (MJ/kg)消化能
Digestive energy (MJ/kg)相对饲用价值
RFV稻草Rice straw2.70±0.07bc49.00±0.97c17.45±0.02h8.10±0.25c102.68±4.76bc小麦秸秆Wheat straw2.32±0.05e42.16±0.97e18.05±0.01e7.03±0.25d75.85±3.30e玉米秸秆Corn straw2.20±0.05ef40.50±0.82e17.90±0.02f6.62±0.21d69.20±2.81ef大豆秸秆Soybean straw2.07±0.04g36.99±1.28f18.58±0.02b5.92±0.33e59.52±3.17g甘蔗渣Bagasse2.12±0.04fg38.32±0.99f17.89±0.02f6.59±0.26d62.90±2.87fg花生秸秆Peanut straw2.78±0.08b51.15±0.99b18.41±0.03d9.25±0.23b110.34±5.18b油菜秸秆Rape straw3.35±0.11a57.12±0.99a19.13±0.01a10.91±0.24a148.65±7.23a薏苡秸秆Coix straw2.59±0.07cd48.27±0.85c18.49±0.01c8.91±0.21b96.91±4.22cd荞麦秸秆Buckwheat straw2.48±0.06d47.25±0.93c17.59±0.02g8.03±0.22c90.95±3.84d
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3 讨论
贵州省地处云贵高原东部大斜坡地带,是南方喀斯特地貌的核心区域,全省山地多、平地少,喀斯特地貌面积为1.10×106km2,占全省土地面积的62.20%[25]。草地畜牧业作为解决喀斯特石漠化地区生态和经济问题的重要途径之一,在农业产业结构中占有较为重要的地位,然而贵州省总畜草产量无法满足生态畜牧（牛羊）产业的需求,合理开发利用牧草和秸秆等非粮饲料,对促进农牧业产业结构调整和推进节粮型畜牧业发展有重要意义[26]。
本课题组在对贵州地区主要农作物及其副产物资源调查中发现,随着农作物单位面积产量的提高,农作物副产物产量也随之增加,农作物副产物资源丰富,全省以玉米秸秆、稻草和油菜秸秆产量最高。其中,玉米秸秆产量近年来由于政策原因有所下降,稻草和油菜秸秆产量较稳定。说明可将玉米秸秆、稻草和油菜秸秆等农作物副产物资源作为贵州发展节粮型畜牧业非粮饲料的综合利用首选材料。贵州省大部分地区存在利用结构单一、收储难度大和利用率低等问题。如产量较高的稻草和玉米秸秆均未得到充分利用,其中稻草由于蛋白含量低、适口性差,所以重视程度不高;玉米秸秆则由于地区气候潮湿和易发霉变质等问题未得到有效利用;薏苡籽粒收获后,大量薏苡秸秆被浪费,利用程度同样不高。这说明贵州地区农作物副产物可利用空间大。通过对收集到的主要农作物副产物营养品质测定发现,小麦秸秆、薏苡秸秆和花生秸秆具有较高的粗蛋白（8.68%、8.52%、8.45%）、较低的ADF（46.74%、40.63%、37.75%）和NDF（51.74%、46.37%、43.16%）,是9种副产物中较为优质的粗饲料。油菜秸秆、花生秸秆和稻草的DMI、DDM和RFV均显著高于其他大部分副产物,且RFV高于100,分别为148.65、110.34和102.68,整体营养价值较高。油菜秸秆、花生秸秆和薏苡秸秆的消化能优于其他6种常见副产物,分别为10.91、9.25和8.91MJ/kg。然而贵州目前用作饲料的农作物副产物主要为玉米秸秆和稻草,且多以直接饲喂牲畜为主,利用过程中由于处理不当,导致畜禽采食量和消化率低。说明贵州农作物副产物饲料化开发潜力大。
农作物副产物饲料化是指改变单纯依靠谷物等常规饲料,将农作物副产物资源制成饲料供草食牲畜食用,通过在动物体内转化成供人们需要的畜产品,其核心是能量和物质的转化。饲料营养价值以及动物对其消化利用能力2个方面共同决定着转化效率的高低[27]。通过对收集到的主要农作物副产物进行常规营养成分、相对饲用价值及消化能测定,在贵州地区油菜秸杆、花生秸秆和薏苡秸秆等农作物副产物相对利用价值较高,可作为饲料化利用的首选材料,通过青贮、微贮、氨化和揉搓等优质饲草饲料的调制、加工、利用方法来进一步提升饲用价值[28-29]。青贮多是针对青绿植物材料的保存,适于青贮的农作物副产物主要是玉米秸秆;微贮主要是针对含水量低的麦秸、稻草及不宜青贮的秸秆类副产物;氨化主要是通过氨解反应形成铵盐,为牛、羊等反刍动物瘤胃内微生物提供氮源,同时氨溶于水后,通过碱化作用能使秸秆变得柔软,更易于动物消化吸收;揉搓则主要是通过物理方法改善适口性不好的农作物副产物,提高采食量及消化率。
4 结论
在贵州地区,油菜秸秆、花生秸秆和薏苡秸秆等农作物副产物RFV较高,可作为饲料化利用的首选材料。但在实际生产过程中,除合理利用和开发现有资源丰富、成本较低的农作物副产物外,还应重视品种选择、刈割时间和刈割高度等对饲料原料营养成分的影响,结合生物产量及养殖动物,加强对饲用价值和饲喂效果的研究。这不仅能解决当前畜牧业发展过程中饲草饲料紧缺问题,还有利于推动地区草地生态畜牧业可持续发展。
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