馮昕煒 王林娜 安志揚 胡 方 許貴善*

(1.塔里木大學動物科學學院，阿拉爾843300；2.新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，阿拉爾843300)

?

棉稈剪切力與營養(yǎng)成分含量之間的相關關系

馮昕煒1,2王林娜1安志揚1胡 方1許貴善1,2*

(1.塔里木大學動物科學學院，阿拉爾843300；2.新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室，阿拉爾843300)

本試驗旨在研究棉稈剪切力與營養(yǎng)成分含量之間的相關關系。將棉稈按照近地面1/3(下1/3)、中部1/3(中1/3)和上部1/3(上1/3)切為3段，測定各段的質量和長度，計算線性密度；測定莖稈和側莖的剪切力及主要營養(yǎng)成分的含量。結果表明：棉稈線性密度及直徑由上至下逐漸升高，3段之間差異顯著(P<0.05)；全株棉稈粗蛋白質含量為8.78%；中性洗滌纖維在莖稈下1/3含量(62.54%)最高，棉葉中含量(35.51%)最低；棉稈莖稈中粗蛋白質及粗灰分含量與剪切力間呈負相關關系(P<0.001)；干物質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維及半纖維素含量與剪切力呈正相關關系(P<0.001)。棉稈不同部位中，剪切力大小主要受其直徑和營養(yǎng)成分含量的影響，棉稈的剪切力與營養(yǎng)成分含量之間具有較強的線性關系。

棉稈；剪切力；營養(yǎng)特性

新疆是我國特大型棉花生產(chǎn)基地，棉稈資源非常豐富。2013年，新疆棉花總產(chǎn)量達340萬t，按照棉花的谷草比2.18計算[1]，僅2013年，新疆可產(chǎn)棉稈741萬t。但由于棉稈可食部分少，蛋白質含量低，纖維素、木質素含量高，限制了其在草食動物生產(chǎn)中的利用。因此，對棉稈不同部位的營養(yǎng)價值進行綜合評定，在此基礎上努力實現(xiàn)棉稈的精準收割，對充分利用棉稈資源，大力發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)具有重要意義。

飼料的營養(yǎng)價值評定是利用飼料資源的基礎。飼料的營養(yǎng)價值評定方法包括化學分析法、康奈爾凈碳水化合物-蛋白質體系(CNCPS)評定法、體外發(fā)酵產(chǎn)氣法、尼龍袋法等。剪切力是指垂直于作物表面，將之切斷所需的力值。研究表明，剪切力技術有望成為一項選育提升牧草質量的測定工具，這項測定不僅能反映出動物的擇食趨向，也可以鑒定飼草營養(yǎng)價值的高低[2-4]。本試驗以新疆豐富的棉稈資源為研究對象，以剪切力指標評價棉稈的營養(yǎng)價值為切入點，結合化學分析法，研究棉稈不同部位剪切力與營養(yǎng)成分含量之間的關系，為剪切力評價棉稈營養(yǎng)價值提供理論依據(jù)，為棉稈資源的高效利用提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇新疆阿拉爾墾區(qū)大面積種植的海島棉人工采摘棉花后的秸稈為試驗材料，對秸稈主要營養(yǎng)器官(莖稈、側莖、葉片、棉殼)的剪切力等物理性狀和營養(yǎng)成分含量進行了測定。

1.2 試驗方法

1.2.1 物理性狀測定

在大田中隨機選取棉花秸稈60株，實驗室風干后分為5個重復，每個重復12株。將棉稈平放于地面，測量株高、株重；摘下全株棉稈上的側莖、棉殼和棉葉后分別稱重；將莖稈按照近地面1/3、中部1/3和上部1/3切為3段，測定各段的質量和長度，計算線性密度[線性密度(g/mm)=質量/長度]；于各樣段中點處用游標卡尺測其直徑，在每一莖段的中點(測量直徑處)垂直切斷莖段，記錄各莖段的剪切力，計算3段測定值的平均值，以每個重復12株棉稈的平均值為統(tǒng)計單位。剪切力測定選用的試驗儀器為肌肉嫩度儀(數(shù)顯，測定范圍為0～2 000 N)。

1.2.2 營養(yǎng)成分含量測定

將棉稈莖稈、棉殼、側莖和棉葉風干后用小型粉碎機粉碎，過50目篩，測定主要營養(yǎng)成分的含量。其中干物質、粗蛋白質、粗脂肪、粗灰分、有機物及中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的含量參考《飼料分析及飼料質量檢測技術》[5]進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行初步整理，統(tǒng)計分析采用SAS 9.1.3統(tǒng)計軟件ANOVA進行分析，差異顯著則用Duncan氏法進行多重比較。數(shù)據(jù)采用“平均值±標準差”形式表示。

2 結果與分析

2.1 棉稈形態(tài)學指標及剪切力

棉稈形態(tài)學指標及剪切力見表1?？梢?，當將棉稈平均分為3段時，其質量由上至下逐漸升高,且各段間差異顯著(P<0.05)；線性密度及直徑表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律(P<0.05)。從上、中、下3段上生長的側莖質量來看，上1/3段側莖質量最高，與中1/3段差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于下1/3段(P<0.05)。從剪切力分析，剪斷棉稈莖稈上、中、下各段分別需要157.77、340.80和726.22 N，由上到下逐漸升高，3段間差異顯著(P<0.05)。

表1 棉稈形態(tài)學指標及剪切力

同行數(shù)據(jù)肩標不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Values in the same row with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 棉稈不同部位營養(yǎng)成分含量

棉稈不同部位營養(yǎng)成分含量見表2。干物質含量在全株、棉桃殼、棉葉、側莖及莖稈不同部位間差異不顯著(P>0.05)。從棉稈不同部位粗蛋白質含量看，全株棉稈為8.78%，僅次于棉葉(11.94%)，二者之間差異顯著(P<0.05)；側莖及莖稈上1/3粗蛋白質含量差異不顯著(P>0.05)；棉桃殼及莖稈下1/3的粗蛋白質含量差異不顯著(P>0.05)，但均顯著低于其他部位(P<0.05)。鈣含量最高的為側莖，且顯著高于其他部位(P<0.05)。棉稈不同部位磷含量變化范圍為0.06%～0.11%。從NDF含量分析，莖稈下1/3 NDF含量(62.54%)最高，且顯著高于棉桃殼、棉葉、上1/3側莖及上1/3莖稈(P<0.05)，棉葉中NDF含量(35.51%)最低，與其他部位均差異顯著(P<0.05)。ADF含量的變化規(guī)律為莖稈下1/3>側莖下1/3、側莖下2/3、莖稈中1/3>全株、莖稈上1/3、棉桃殼>棉葉。粗灰分含量在棉葉中最高，且顯著高于其他部位(P<0.05)。

表2 棉稈不同部位營養(yǎng)成分含量

2.3 棉稈莖稈主要營養(yǎng)成分含量與剪切力的回歸關系

棉稈莖稈主要營養(yǎng)成分含量與剪切力的回歸關系見表3。可見，利用棉稈剪切力可以預測其主要營養(yǎng)成分(干物質、粗蛋白質、NDF、ADF、半纖維素、粗灰分)的含量。其中棉稈莖稈中粗蛋白質及粗灰分含量與剪切力間呈負相關關系(P<0.001)；干物質、NDF、ADF及半纖維素含量與剪切力呈正相關關系(P<0.001)。

表3 棉稈莖稈營養(yǎng)成分含量(Y,%)與剪切力(X,N)的回歸關系

2.4 棉稈莖稈不同部位剪切力與直徑間的回歸關系

棉稈莖干莖稈不同部位剪切力與直徑間的回歸關系見表4?？梢姡薅挷煌课慌c其直徑間具有良好的線性回歸關系(r2在0.653～0.709；P<0.001)。由于在生產(chǎn)中剪切力需要專業(yè)的工具進行測量，不易獲得，但可以通過其與棉稈直徑的相互關系求得。

3 討 論

3.1 棉稈不同部位的營養(yǎng)價值

棉稈是新疆、尤其是南疆地區(qū)發(fā)展草食家畜的主要粗飼料之一，但由于其纖維化程度高，可食部分少，粗蛋白質含量低且含有游離棉酚，制約了棉稈的有效利用，也限制了南疆草食家畜養(yǎng)殖的快速發(fā)展。有學者認為，粗飼料營養(yǎng)價值的高低取決于營養(yǎng)成分含量和動物采食量，食物形態(tài)學特性和營養(yǎng)成分直接影響牧草利用率和動物采食[6]。任廣躍等[7]分析了棉稈不同部位的營養(yǎng)成分，從主要營養(yǎng)成分之一的粗蛋白質含量看，莖稈粗蛋白質含量為5.7%，側莖為6.8%。本試驗中，將莖稈平均分為上、中、下3部分，粗蛋白質含量在7.85%～5.88%；側莖上1/3粗蛋白質含量為7.93%，側莖下2/3含量為7.86%，上部側莖略高于下部，但總體測定結果略高于上述學者報道的結果。造成結果之間差異的原因可能與棉花的品種、種植區(qū)域、光照條件、土地肥力和灌溉等因素有關。另外，本試驗結果也顯示，當將棉稈莖稈分為上、中、下3部分時，粗蛋白質含量呈現(xiàn)出從下而上逐漸升高而NDF和ADF含量逐漸降低的規(guī)律，側莖變化規(guī)律相同。從棉稈植株的生長規(guī)律看，上部莖稈較為纖細而下部莖稈較為粗壯，結合剪切力測定結果，可以得到剪切力越大，粗蛋白質含量越低而NDF和ADF含量越高的初步結論。

表4 棉稈莖稈不同部位剪切力(Y,N)與直徑(X,mm)的回歸關系

3.2 剪切力預測棉稈中營養(yǎng)成分含量的可行性分析

剪切力是指垂直于作物表面，將之切斷所需的力值[8]，能較為客觀地反映出飼草的可食性、咀嚼的難易程度及營養(yǎng)價值，也可以作為飼草選擇的依據(jù)。Iwaasa等[9-10]利用剪切力技術研究了作物莖稈的斷裂性能，結果顯示，剪切力與作物的直徑、質量和線性密度密切相關，這些因素比秸稈細胞壁的化學組成更為重要。Hughes等[11]研究了12種臂形草屬的葉片剪切力與其營養(yǎng)成分含量之間的關系，結果表明，剪切力與NDF、ADF及木質素含量之間的r2分別為0.74、0.82和0.80，認為在牧草選擇時選用剪切力指標比營養(yǎng)成分含量更準確快捷。剪切力的大小受諸多因素的影響，如莖的粗細、莖厚、線性密度及營養(yǎng)成分含量，其中植物的營養(yǎng)成分含量和線性密度是重要的影響因素[12]。劉麗等[13]研究了姜苗莖的剪切力與其形態(tài)學指標、營養(yǎng)成分含量和瘤胃降解率之間的關系，得到了剪切力可以作為作物秸稈營養(yǎng)價值估測指標的結論。該學者還研究了盛花期紫花苜蓿與灌漿期冬牧70黑麥草形態(tài)學、營養(yǎng)成分含量和營養(yǎng)成分48 h瘤胃降解率與剪切力之間的關系，結果顯示，2種牧草莖剪切力均受形態(tài)學指標和營養(yǎng)成分含量的影響，在剪切力與瘤胃降解率的關系上，利用剪切力可以估測紫花苜蓿莖營養(yǎng)成分瘤胃降解率，但黑麥草莖剪切力與營養(yǎng)成分瘤胃降解率之間關系不顯著[6]。本試驗中，棉稈莖稈NDF、ADF和半纖維素含量與剪切力之間r2分別為0.893、0.675和0.836，和Hughes等[11]學者的研究結果相似。本試驗對棉稈莖稈中主要營養(yǎng)成分(干物質、粗蛋白質、NDF、ADF等)含量與剪切力進行相關關系分析，結果表明，剪切力與上述營養(yǎng)指標r2變化范圍在0.552～0.974，說明棉稈剪切力與主要營養(yǎng)成分含量間具有較強的線性關系，但是否可以利用剪切力為因子預測棉稈中營養(yǎng)成分的含量需要進一步做深入研究。

4 結 論

棉稈不同部位中，剪切力大小主要受其直徑和營養(yǎng)成分含量的影響，棉稈的剪切力與營養(yǎng)成分含量之間具有較強的線性關系。

[1] 田宜水,孟海波.農(nóng)作物秸稈開發(fā)利用技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009.

[2] 王兆鳳,楊在賓,楊維仁,等.玉米植株剪切力與其飼料特性變化規(guī)律和相互關系的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2012,45(3):509-521.

[3] 郭穎杰,胡曉麗,劉慶福.不同收獲期玉米秸稈剪切力學性能的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2013,41(21):9133-9135.

[4] 張慧,侯加林,郎需強,等.便攜式農(nóng)作物莖稈剪切力測試儀的設計與試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(5):131-135.

[5] 張麗英.飼料分析及飼料質量檢測技術[M].3版.北京:中國農(nóng)業(yè)大學出版社,2003.

[6] 劉麗,楊在賓,楊維仁,等.紫花苜蓿和黑麥草莖形態(tài)學、化學組成和養(yǎng)分瘤胃降解率與剪切力的相互關系[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2009,42(9):3374-3380.

[7] 任廣躍,朱文學,張仲欣,等.棉稈營養(yǎng)價值及其飼用模式分析[J].糧食與飼料工業(yè),2009(10):28-30.

[8] 王兆鳳,楊在賓,楊維仁,等.不同收獲期玉米植株剪切力及其飼料營養(yǎng)特性的研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2012,42(1):38-42.

[9] IWAASA A D,BEAUCHEMIN K A,BUCHANAN-SMITH J G,et al.A shearing technique measuring resistance properties of plant stems[J].Animal Feed Science and Technology,1996,57(3):225-237.

[10] IWAASA A D,BEAUCHEMIN K A,ACHARYA S N,et al.Shearing force of alfalfa stems as affected by seeding rate[J].Canadian Journal of Plant Science,1998,78(2):273-280.

[11] HUGHES N R G,DO VALLE C B,SABATEL V,et al.Shearing strength as an additional selection criterion for quality inBrachiariaecotypes[J].The Journal of Agricultural Science,2000,135(2):123-130.

[12] 崔秀梅.作物秸稈剪切力與其飼料營養(yǎng)特性變化規(guī)律及相互關系的研究[D].碩士學位論文.泰安:山東農(nóng)業(yè)大學,2012.

[13] 劉麗,楊在賓,楊維仁,等.姜苗莖剪切力研究[J].草業(yè)科學,2009,26(11):118-124.

*Corresponding author, associate professor, E-mail： guishanxu@126.com

(責任編輯 王智航)

Correlations between Shearing Force and Nutrient Contents of Cotton Stem

FENG Xinwei1,2WANG Linna1AN Zhiyang1HU Fang1XU Guishan1,2*

(1. College of Animal Science, Tarim University, Alar 843300, China; 2. Key Laboratory of Tarim Animal Husbandry Science and Technology, Xinjiang Production & Construction Group, Alar 843300, China)

This experiment was conducted to study the correlations between shearing force and nutrient contents of cotton stem. Cotton stems were cut into three parts at 1/3 from bottom (bottom 1/3), 1/3 in the middle (middle 1/3) and 1/3 from top (top 1/3), respectively. The mass and length of different parts were tested, and the linear density was calculated; the shearing force and main nutrient contents of stem and lateral branch were determined. The results showed as follows: the linear density and diameter increased from top to bottom, and the differences among three parts were significant (P<0.05); crude protein content of whole cotton stem was 8.78%; neutral detergent fibre content in stem bottom 1/3 was the highest (62.54%), while that in cotton leaves was the lowest (35.51%); crude protein and ash contents had negative correlations with shearing force (P<0.001); dry matter, neutral detergent fibre, acid detergent fibre and hemicellulose had positively correlations with shearing force (P<0.001). In conclusion, in different parts of cotton stem, shearing force is mainly affected by diameter and nutrient contents, and strong linear relationships exist between shearing force and nutrient contents.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2016, 28(11)：3585-3589]

cotton stem; shearing force; nutrition characteristic

2016-05-23

新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室開放課題重點項目(HS201301)

馮昕煒(1977—)，女，甘肅金昌人，副教授，碩士，研究方向為飼料資源開發(fā)與利用。E-mail: fxwdky@126.com

*通信作者：許貴善，副教授，碩士生導師，E-mail： guishanxu@126.com

10.3969/j.issn.1006-267x.2016.11.027

S816.5

A

1006-267X(2016)11-3585-05