Produksi alfalfa dengan lignin rendah di lingkungan dengan keterbatasan air di Central Great Plains, AS

Abstrak
Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa kultivar alfalfa dengan lignin tereduksi (RL) ( Medicago sativa L.) merupakan pilihan pakan ternak yang lebih mudah dicerna dengan pengurangan biomassa yang minimal dibandingkan kultivar alfalfa konvensional pada tahap pertumbuhan yang sama, sehingga memungkinkan fleksibilitas panen. Namun, temuan ini diperoleh dari lingkungan dengan kelembaban yang memadai. Dengan demikian, kinerja RL di lingkungan dengan keterbatasan air, seperti Central Great Plains (CGP) AS, tidak diketahui. Tujuan kami adalah membandingkan biomassa dan nilai gizi sepanjang musim dari kultivar 54HVX41 (RL) dengan tiga kultivar alfalfa referensi (54VR10, DKA44-16RR, dan WL 356 HQ.RR) pada interval panen yang berbeda (yaitu, 28, 35, dan 48 hari) di tiga lokasi selama dua musim di CGP. Di lokasi yang menerima curah hujan tahunan yang memadai (dekat Lahoma, OK), alfalfa RL memiliki biomassa sepanjang musim yang sama atau lebih rendah ( p = 0,02), konsentrasi lignin deterjen asam (ADL) ( p > 0,01), daya cerna serat deterjen netral yang lebih besar 30 jam ( p < 0,01), dan daya cerna bahan kering in vitro 48 jam (IVTDMD 48 jam) daripada kultivar referensi ( p > 0,01). Namun demikian, di lingkungan dengan keterbatasan air (dekat Hutchinson, KS, dan Stillwater, OK), RL memiliki biomassa sepanjang musim, ADL, dan konsentrasi IVTDMD 48 jam yang sama dengan kultivar referensi. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memvalidasi interpretasi kami, karena hanya satu kultivar alfalfa RL yang dievaluasi di lingkungan defisit air.

Ringkasan Bahasa Sederhana
Alfalfa merupakan tanaman hijauan yang populer karena potensi produksinya dan kualitas hijauan yang tinggi. Akan tetapi, saat alfalfa matang, lignin terakumulasi di batang, sehingga mengurangi nilai gizinya bagi ternak. Kultivar alfalfa dengan lignin tereduksi (RL) telah dikembangkan untuk meningkatkan daya cerna, tetapi kinerjanya di lingkungan dengan keterbatasan air perlu diselidiki. Studi ini membandingkan biomassa dan nilai gizi kultivar alfalfa RL dengan tiga kultivar referensi pada interval panen yang berbeda di tiga lokasi Central Great Plains (CGP). Di lokasi dengan curah hujan yang cukup (Lahoma, OK), alfalfa RL menunjukkan biomassa, RL, dan daya cerna yang sama atau lebih rendah dibandingkan dengan kultivar referensi. Akan tetapi, di lingkungan dengan keterbatasan air (Hutchinson, KS, dan Stillwater, OK), alfalfa RL memiliki kinerja yang sama dengan kultivar referensi dalam hal biomassa dan daya cerna. Alfalfa RL menawarkan sedikit manfaat terkait daya cerna dan protein kasar dalam CGP.

Singkatan
ADL
deterjen asam lignin
Bisa1
kanonik 1
Bisa2
kanonik 2
CCOMT
kafein CoA 3-O-metiltransferase
CGP
Dataran Besar Tengah
KOMENTAR
asam kafeat 3-O-metiltransferase
CP
protein kasar
EUntuk
evapotranspirasi
IVTDMD 48 jam
kecernaan bahan kering in vitro 48 jam
NDF
serat deterjen netral
NDFD30
serat deterjen netral daya cerna 30 jam
Informasi lebih lanjut
spektroskopi reflektansi inframerah dekat
Bahasa Inggris
lignin tereduksi
1. PENDAHULUAN
Alfalfa ( Medicago sativa L.) adalah tanaman hijauan yang paling banyak digunakan di dunia dan di Amerika Serikat karena merupakan bahan baku serbaguna berkat potensi produksi hijauan yang tinggi, energi yang dapat dicerna tinggi, dan konsentrasi protein yang tinggi (Barros et al., 2019 ). Legum abadi C3 ini memiliki akar tunggang yang dalam yang memanfaatkan air tanah dalam selama musim kemarau (Haby et al., 1999 ). Saat tegakan alfalfa memasuki tahap reproduksi, hasil panen juga meningkat (Caddel, 2001 ). Namun, saat tegakan mulai berbunga dan mengembangkan polong biji, nilai gizi hijauan secara bersamaan menurun karena lebih banyak lignin terakumulasi di batang saat tanaman dewasa (Casler, 1987 ; Jung, Sheaffer, et al., 1997 ; Reddy et al., 2005 ). Lignin memberikan kekuatan dan kekakuan batang, yang bermanfaat untuk perkembangan tajuk tegak. Sebagai polimer fenolik yang tidak dapat dicerna, lignin mengurangi pencernaan komponen serat alfalfa pada ternak ruminansia (Casler & Vogel, 1999 ; Jung, Mertens, dkk., 1997 ). Oleh karena itu, pengurangan kecil dalam konsentrasi lignin secara signifikan meningkatkan kecernaan bahan kering hijauan dan kinerja hewan sejauh pengurangan lignin sebesar 1% (diwakili oleh lignin deterjen asam [ADL]) dapat meningkatkan kecernaan bahan kering sebesar 7% unit saat mengevaluasi kultivar yang dimodifikasi secara genetik dengan sifat lignin tereduksi (RL) (Sulc dkk., 2016 )

Dalam beberapa tahun terakhir, kultivar alfalfa baru yang dipasarkan sebagai RL mulai tersedia secara komersial di Amerika Serikat. Perusahaan komersial menawarkan berbagai kultivar alfalfa RL yang dikombinasikan dengan sifat-sifat lain yang diinginkan seperti hasil panen yang tinggi, tahan terhadap penyakit, dan hama. Sebagian besar kultivar alfalfa tereduksi yang tersedia secara komersial adalah transgenik dan diberi merek HarvXtra (Forage Genetics Int.) dan dikembangkan dengan menurunkan regulasi gen biosintesis lignin caffeic acid 3-O-methyltransferase (COMT) dan caffeoyl CoA 3-O-methyltransferase (CCOMT) (Getachew et al., 2011 ; Sheaffer & Undersander, 2015 ; Undersander et al., 2009 ). HarvXtra memiliki total lignin seluruh tanaman 12%–18% lebih sedikit, dan umumnya dikombinasikan dengan sifat Roundup-Ready (Forage Genetics Int. LLC, 2018 ; Sheaffer & Undersander, 2015 ; Undersander et al., 2009 ). Penelitian terbaru menunjukkan alfalfa RL adalah teknologi yang menjanjikan, karena kultivar ini mungkin (i) meningkatkan nilai gizi hijauan sambil mempertahankan produksi biomassa dari kultivar konvensional yang serupa ketika dipanen pada frekuensi dan tahap pertumbuhan yang sama, atau (ii) meningkatkan produksi biomassa sambil mempertahankan nilai gizi yang sama jika panen ditunda (Arnold et al., 2019 ; Grev et al., 2017 ; Sulc et al., 2017 ).

Satu kesamaan dalam literatur yang tersedia yang mengevaluasi kinerja alfalfa RL adalah bahwa semua studi dilakukan di mana curah hujan tahunan melebihi evapotranspirasi potensial tahunan (ETo) (USGS, 2016 ). Namun, Central Great Plains (CGP) Winter Wheat and Range Region (Land Resource Area H, CGP) adalah wilayah penanaman hijauan penting di mana kultivar alfalfa RL belum dievaluasi. CGP dicirikan oleh iklim transisi sublembab-semi kering, dengan curah hujan tahunan berkisar dari 965 mm di area sumber daya lahan utama seperti Central Rolling Red Prairie (80A) dan Bluestem Hills (76) hingga 381 mm di Southern High Plains (77A) (USDA-NRCS, 2006 ). Menurut USDA-NASS ( 2019 ), total area panen jerami Kansas dan Oklahoma adalah 4,0 juta ha pada tahun 2018, yang mencakup 8% dari total produksi jerami AS (USDA-NASS, 2019 ). Namun, hanya 15% dari area panen jerami Kansas dan Oklahoma adalah alfalfa, yaitu 3400 ha (USDA-NASS, 2019 ). Statistik ini menunjukkan bahwa alfalfa memiliki potensi ekspansi di wilayah tersebut. Salah satu cara potensial untuk meningkatkan produksi alfalfa adalah dengan menunjukkan bahwa alfalfa RL dapat dikelola untuk memberikan manfaat ekonomi dan fleksibilitas yang lebih baik dalam pengambilan keputusan panen dibandingkan dengan kultivar alfalfa konvensional.

Kurangnya informasi tentang kinerja alfalfa RL dan pengelolaan panen dibandingkan dengan kultivar yang lebih umum ditanam dan praktik panen menghambat penerapan teknologi ini di CGP, di mana keseimbangan antara curah hujan dan ETo mendekati nol atau negatif. Mengoptimalkan strategi pengelolaan panen dan menanam kultivar alfalfa yang tahan kekeringan dapat meningkatkan biomassa hijauan, efisiensi penggunaan air, dan nilai gizi hijauan dengan mengatasi periode defisit air tanah yang sering terjadi di bagian CGP yang tadah hujan. Dalam konteks ini, alfalfa RL HarvXtra mungkin memiliki keuntungan berikut ini dibandingkan kultivar alfalfa tradisional bagi produsen: (1) penundaan panen selama 5–10 hari akan menurunkan jumlah panen alfalfa per tahun, dan (2) meningkatkan kuantitas hijauan tanpa mempengaruhi nilai gizi hijauan (Arnold et al., 2019 ; Forage Genetics Int. LLC, 2018 ; Grev et al., 2017 ; Sheaffer & Undersander, 2015 ; Sulc et al., 2017 ; Undersander et al., 2009 ). Dengan demikian, tujuan dari penelitian ini adalah untuk membandingkan biomassa sepanjang musim dan nilai gizi dari kultivar alfalfa RL dengan tiga kultivar referensi pada tiga interval panen di tiga lokasi di seluruh CGP. Seperti yang ditunjukkan dalam penelitian sebelumnya, kultivar alfalfa RL dapat menghasilkan hasil yang sama baiknya dengan kultivar alfalfa konvensional sambil mencapai nilai gizi yang lebih tinggi di lingkungan yang menerima curah hujan tahunan yang memadai. Namun, tidak ada informasi kinerja kultivar alfalfa RL yang tersedia di lingkungan dengan keterbatasan air. Oleh karena itu, kami berhipotesis bahwa meskipun terjadi fluktuasi pasokan air, alfalfa RL yang ditanam di CGP akan menghasilkan ADL dan serat deterjen netral (NDF) yang lebih rendah dan meningkatkan daya cerna sambil mempertahankan protein kasar (CP) dan biomassa sepanjang musim relatif terhadap kultivar konvensional, seperti yang telah terdeteksi dalam penelitian sebelumnya.

2 BAHAN DAN METODE
Sebuah penelitian dilakukan pada musim gugur tahun 2019 dan dilaksanakan selama dua musim tanam alfalfa (April 2020 hingga Oktober 2021) di Stasiun Penelitian Agronomi dekat Stillwater, OK (36°07′02″ LU 97°05′53″ BB), Stasiun Penelitian North Central dekat Lahoma, OK (36°23′23″ LU 98°06′19″ BB), dan Lapangan Percobaan South Central Kansas dekat Hutchinson, KS (37°56′00″ LU, 98°01′48″ BB). Lokasi tanah Stillwater, OK, dan Lahoma, OK, masing-masing dipetakan sebagai lempung Easpur (lempung halus, campuran, superaktif, Fluventic Haplustolls termal), lereng 0%–1%, kadang-kadang tergenang, dan lempung lanau Pond Creek (lempung halus, campuran, superaktif, Pachic Argiustolls termal), lereng 0%–1% (Staf Survei Tanah, 2023 ). Lokasi Hutchinson, KS, dipetakan sebagai lempung Ost (lempung halus, campuran, Udic Argiustolls mesik superaktif), dengan lereng 0%–1% (Staf Survei Tanah, 2023 ). Stillwater, OK, dibiarkan kosong pada tahun 2017 dan ditanami gandum musim dingin ( Triticum aestivum L.) selama musim gugur tahun 2018, yang berakhir pada bulan Mei 2018. Lahoma, OK, dibiarkan kosong selama dua tahun berturut-turut sebelum penelitian ini (2017 dan 2018). Lokasi ladang Hutchinson, KS, telah memproduksi rumput asli beberapa tahun sebelum penelitian ini (2017 dan 2018).

Data suhu dan curah hujan rata-rata harian dan historis diperoleh dari Oklahoma Mesonet untuk stasiun di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK (McPherson et al., 2007 ), dan dari Kansas State Mesonet untuk stasiun Hutchinson, KS (Kansas Mesonet, 2024 ). Semua lokasi lapangan berada dalam radius 1 km dari stasiun Mesonet masing-masing.

Pada bulan Juli 2019, ladang percobaan di Stillwater, OK, Lahoma, OK, dan Hutchinson, KS, disemprot dengan 1,14 kg ha −1 glifosat (Roundup PowerMAX; Monsanto) dan 0,73 kg ha −1 2,4-D (Weedone LV4 Solventless; Nufarm) untuk menghentikan vegetasi yang berdiri. Sampel tanah komposit dikumpulkan hingga kedalaman 15 cm dari setiap lokasi sebelum uji coba dimulai pada tahun 2019. Analisis nutrisi tanah dilakukan untuk setiap lokasi di Laboratorium Analisis Tanah, Air, dan Makanan Ternak Oklahoma State University (H. Zhang & Henderson, 2016 ). Menurut rekomendasi Oklahoma Cooperative Extension Service, hasil analisis tanah menunjukkan kadar pH yang memadai di Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS (pH 6,9), dan pH yang lebih rendah dari optimal untuk produksi alfalfa di Lahoma, OK (H. Zhang & Henderson, 2016 ). Rata-rata pH di Lahoma, OK, adalah 5,7, dan 1,64 Mg ha −1 kapur pelet ECC 100% diaplikasikan sesuai anjuran uji tanah ekstensi Universitas Negeri Oklahoma untuk mencapai target pH 6,5. Analisis tanah juga menentukan bahwa unsur hara makro dan mikro mencukupi di semua lokasi, dan tidak diperlukan perbaikan tanah tambahan.

Semua lokasi ditanami antara 19 September dan 1 Oktober 2019. Berdasarkan rekomendasi untuk produksi alfalfa Oklahoma, 16,8 kg ha −1 benih hidup murni ditanam di semua lokasi untuk mencapai sekitar 450 tanaman m −2 (Caddel, 2001 ). Meskipun praktik pendirian alfalfa musim gugur yang tepat, tegakan di Hutchinson, KS, tidak bertahan sepanjang musim dingin karena suhu rendah yang tak terduga dan kekeringan tidak memungkinkan perkembangan akar alfalfa yang baik sebelum embun beku pertama yang mematikan. Tegakan alfalfa baru berhasil ditanam kembali di Hutchinson, KS, pada 6 Mei 2020, karena tegakan alfalfa umumnya didirikan pada musim gugur dan semi di CGP (Caddel, 2001 ).

Semua uji lapangan disusun dalam rancangan blok lengkap acak dengan pengaturan petak terpisah dan empat kali ulangan. Petak utama (5 m × 20 m) terdiri dari tiga interval panen, setiap 28, 35, dan 42 hari selama musim tanam. Petak utama dibagi menjadi empat subpetak (5 m × 5 m) dari empat kultivar alfalfa Roundup Ready [N-(fosfonometil) glisin], yaitu tiga kultivar referensi, DKA44-16RR, WL 356HQ.RR, dan 54VR10, dan kultivar alfalfa RL 54HVX41. Peringkat dormansi musim gugur kultivar alfalfa masing-masing adalah 4,4, 3,8, 4, dan 4.

Gulma dikendalikan di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK, selama tahun pertama produksi dengan glifosat (N-fosfonometil glisin) sebanyak 1,14 kg ha −1 . Sementara itu, gulma dikendalikan setelah terbentuk di Hutchinson, KS, dengan kletodim, 2,4-D, 3,5-dibromo-4-hidroksibenzonitril, dan asetoklor. Kutu daun kacang tunggak ( Aphis craccivora , Koch) dikendalikan dengan klorpirifos sebanyak 0,52 kg ha −1 di Lahoma, OK, pada tahun pertama dan kedua produksi. Kumbang alfalfa ( Hypera postica , Gyllenhal) dikelola dengan klorpirifos di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK, selama tahun kedua. Kumbang blister ( Epicauta vittate , DeGeer) dikelola dengan karbaril pada 1,00 kg ha −1 di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK, selama kedua tahun penelitian.

Tiga interval panen, termasuk 28, 35, dan 42 hari pertumbuhan kembali, didasarkan pada rekomendasi untuk produksi alfalfa di CGP (Tabel 1 ) (Caddel, 2001 ). Menurut Caddel ( 2001 ), interval panen 28, 35, dan 42 hari dapat menghasilkan maksimal enam, lima, dan empat panen per musim, masing-masing, pada suhu dan kondisi curah hujan yang optimal (Tabel 1 ). Lebih jauh lagi, untuk memastikan bahwa tegakan alfalfa bertahan hidup sepanjang musim dingin, panen dilakukan paling lambat tanggal 30 September untuk memungkinkan setidaknya 15 cm pertumbuhan kembali sebelum embun beku pertama yang mematikan (pertengahan November di sebagian besar tahun). Periode pertumbuhan kembali memungkinkan tanaman untuk menyimpan cukup energi di tajuk dan akar untuk menahan musim dingin dan tumbuh kembali selama musim semi berikutnya (Rocateli, 2020 ). Meskipun demikian, tahun produksi pertama (2020) tidak mengikuti jadwal panen yang dijelaskan di Hutchinson, KS. Seperti disebutkan di atas, pendirian perkebunan alfalfa terjadi selama musim semi tahun 2020, sehingga membatasi panen alfalfa di lokasi ini. Oleh karena itu, di Hutchinson, KS, biomassa untuk jadwal panen individu (28, 35, dan 42 hari) hanya dilaporkan untuk musim 2021.

a Pada tahun 2020, tanggal panen di Hutchinson, KS, tidak mengikuti interval yang ditetapkan. Kultivar ditanam pada musim semi tahun 2020; dengan demikian, semua unit percobaan dipotong pada waktu yang sama untuk pendirian tempat bergaransi.

Pada tanggal panen terjadwal (Tabel 1 ), kuadrat 1 m 2 ditempatkan di tengah setiap subplot. Semua herba alfalfa di dalam kuadrat dipotong pada ketinggian tunggul 7,5 cm untuk menghindari kerusakan tajuk menggunakan gunting genggam. Setelah pengambilan sampel subplot, plot utama dipanen secara mekanis menggunakan pemanen hijauan Carter yang dimodifikasi, meninggalkan tunggul 7,5 cm (Carter Manufacturing Company Inc.). Sebagian acak dari area yang diambil sampelnya digunakan untuk menentukan tahap morfologi alfalfa yang dipanen. Tahap morfologi ditentukan menggunakan penilaian visual seperti yang dijelaskan oleh Kalu dan Fick ( 1981 ) dan ditampilkan dalam Tabel S1 . Sampel herba dikeringkan dalam oven udara paksa pada 55°C hingga mencapai berat konstan (minimal 7 hari). Sampel herba kering ditimbang, dan massa hijauan (kg ha −1 ) dihitung. Biomassa dari panen berulang dijumlahkan untuk menyediakan biomassa sepanjang musim untuk setiap unit percobaan.

Sampel kering digiling melalui saringan 2 mm dengan penggiling Wiley (Thomas Scientific), diikuti dengan penggilingan siklon (CT 293 Cyclotech; FOSS Amerika Utara) untuk lolos saringan 1 mm. Sampel dianalisis di Laboratorium Nutrisi Ruminansia Universitas Negeri Oklahoma menggunakan spektroskopi reflektansi inframerah dekat (NIRS DS2500 F; FOSS Amerika Utara). Data spektrum NIRS dianalisis menggunakan kalibrasi legum NIRS Forage and Feed Testing Consortium (NIRSC) 2021 dan 2022 untuk jerami alfalfa. Kalibrasi ini menghitung konsentrasi CP, NDF, ADL, kecernaan serat deterjen netral 30 jam (NDFD30), dan kecernaan bahan kering sejati in vitro 48 jam (IVTDMD 48 jam). Prosedur pemindaian dan metode validasi diterapkan menurut McIntosh et al. (2022).

2.1 Analisis Statistik
Biomassa sepanjang musim, CP, NDF, ADL, NDFD30, dan IVTDMD 48 jam adalah variabel respons yang diukur dalam rancangan blok lengkap acak dengan pengaturan plot terpisah dengan empat replikasi di mana interval panen adalah faktor plot utama, dan kultivar adalah faktor subplot. Biomassa sepanjang musim dijumlahkan berdasarkan subplot, sedangkan indikator nilai nutrisi (yaitu, CP, NDF, ADL, NDFD30, dan IVTDMD 48 jam) dirata-ratakan per subplot. Data ini dianalisis dengan metode model campuran linier menggunakan prosedur GLIMMIX dan memisahkan rata-rata dengan metode Tukey–Kramer (SAS 9.4, SAS Institute). Interval panen, kultivar, dan interaksi adalah efek tetap, sedangkan replikasi bersifat acak. Semua residual model memenuhi asumsi kenormalan dan kesetaraan varians. Variabel respons ini diselidiki lebih lanjut menggunakan analisis diskriminan kanonik pada rata-rata kombinasi interval panen/kultivar setiap lokasi. Semua uji signifikansi dilakukan pada tingkat nominal 0,05.

3 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pola cuaca
Distribusi total curah hujan dan suhu rata-rata untuk musim tanam alfalfa, yaitu, 1 Maret-31 Oktober, dari tahun 1994 hingga 2021, digambarkan dalam Gambar 1 dan 2 untuk semua lokasi. Kotak plot mengungkapkan bahwa nilai median dan rata-rata curah hujan serupa di dalam lokasi. Rentang interkuartil untuk Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS, lebih besar daripada rentang Lahoma, OK. Di semua lokasi dan tahun, lokasi percobaan mengalami curah hujan yang lebih rendah dari rata-rata dan menunjukkan gejala stres kekeringan pada bulan Juni, Juli, dan Agustus (Gambar 1 ). Yang menarik, baik Hutchinson, KS, dan Lahoma, OK, memiliki distribusi curah hujan yang lebih seragam, sementara Stillwater, OK, memiliki kejadian curah hujan yang besar dan tidak teratur. Suhu rata-rata harian di Stillwater, OK, pada tahun 2020 sedikit di bawah rata-rata, mempertahankan suhu harian rata-rata pada tahun 2021 (Gambar 2 ). Sebaliknya, pada tahun 2020, suhu rata-rata di Lahoma, OK 1°C lebih tinggi dari suhu rata-rata historis tetapi mempertahankan suhu harian rata-rata pada tahun 2021 (Gambar 2 ). Pada tahun 2020 dan 2021, Hutchinson, KS, mengalami suhu di atas rata-rata yang masing-masing 1 dan 2°C lebih tinggi dari suhu historis.

Bahasa Indonesia: Dikombinasikan dengan distribusi curah hujan yang buruk dan curah hujan yang lebih sedikit, pada tahun 2020 dan 2021, Stillwater, OK, menerima sejumlah besar hujan setelah periode panjang tanpa curah hujan. Peristiwa curah hujan ini mengakibatkan genangan air, yang, dikombinasikan dengan suhu tinggi, menyebabkan alfalfa melepuh. Meskipun curah hujan terdistribusi dengan baik di Lahoma, OK, dan Hutchinson, KS, jumlah total curah hujan dianggap rendah pada tahun 2020 dan 2021. Karena curah hujan yang tidak memadai dan acara yang tidak tepat waktu, pertumbuhan maksimum alfalfa mungkin terbatas. Curah hujan tahunan kumulatif untuk tahun produksi dengan rata-rata historis masing-masing untuk Lahoma, OK, Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS, masing-masing disajikan dalam Tabel S2–S4 . Suhu harian rata-rata untuk kedua tahun produksi dengan rata-rata historis masing-masing untuk Lahoma, OK, Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS, masing-masing disajikan dalam Tabel S5–S7 .

3.1.1 Analisis diskriminan kanonik
Hasil analisis diskriminan kanonik (Gambar 3 ) berdasarkan lokasi menyingkapkan pemisahan visual kultivar alfalfa RL dari kultivar referensi di Lahoma, OK, saja (Gambar 3B ). Pemisahan visual ini diikuti oleh variabel kanonik 1 (Can1) dan kanonik 2 (Can2) yang signifikan merupakan bukti yang cukup untuk menolak hipotesis nol, yaitu, kultivar alfalfa RL tidak berbeda dari kultivar referensi dalam biomassa sepanjang musim, nilai gizi, dan daya cerna. Di Lahoma, OK, kultivar alfalfa RL memiliki biomassa sepanjang musim yang lebih sedikit daripada kultivar referensi, seperti yang ditunjukkan oleh korelasi fenotipik negatif dari variabel ‘biomassa’ dengan variat kanonik pertama (Can1) (Gambar 3B ). Selain itu, korelasi fenotipik negatif dari variabel CP dan IVTDMD 48 jam dengan variabel kanonik kedua menunjukkan, dalam kasus ini, kultivar alfalfa RL memiliki nilai IVTDMD 48 jam dan CP yang lebih besar. Di lokasi lain, kedua variabel kanonik tidak signifikan (Gambar 3A,C ). Dengan demikian, hipotesis nol tidak ditolak, dan semua kultivar dianggap serupa dalam biomassa sepanjang musim, nilai gizi, dan daya cerna. Temuan ini menggarisbawahi pentingnya mempertimbangkan efek lokasi dalam penelitian ini, seperti yang dibahas lebih lanjut di bawah ini.

3.2 Biomassa sepanjang musim
Tidak ada pengaruh interval panen x kultivar yang diamati pada setiap kejadian lokasi-tahun; dengan demikian, hasil ditampilkan dan dibahas dalam pengaruh utama, yaitu interval panen dan kultivar.

3.2.1 Respon interval panen
Interval panen tidak memiliki perbedaan dalam interval panen biomassa sepanjang musim di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK, selama tahun 2020 ( p = 0,52 dan 0,32, berturut-turut) (Tabel 2 ). Karena penanaman musim semi di Hutchinson, KS, pada tahun 2020, tanggal panen tidak mengikuti interval yang diberlakukan; dengan demikian, tidak ada hasil yang dilaporkan (Tabel 2 ). Pada tahun 2021, interval panen 28 dan 35 hari serupa dalam biomassa sepanjang musim di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK, dengan 22,4 dan 24,7 dan 15,3 dan 18,6 Mg ha −1 di setiap lokasi dan interval panen (Tabel 2 ). Selama tahun 2021, interval panen 28 dan 35 hari menghasilkan jumlah biomassa sepanjang musim yang lebih besar daripada tegakan alfalfa yang ditetapkan pada interval panen 42 hari dengan rata-rata 2,6 Mg ha −1 lebih banyak ketika mempertimbangkan Lahoma, OK, Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS ( masing-masing p = 0,04, 0,02, dan 0,03) (Tabel 2 ). Di Hutchinson, KS, 2021, tegakan alfalfa menghasilkan lebih banyak biomassa sepanjang musim ketika interval panen terpendek ( p = 0,03) (Tabel 2 ).

Catatan : Rata-rata dalam kolom tanpa huruf yang sama berbeda pada nilai - p yang dicantumkan.
a Pada tahun 2020, tanggal panen di Hutchinson, KS, tidak mengikuti interval yang ditetapkan. Kultivar ditanam pada musim semi tahun 2020; dengan demikian, semua unit percobaan dipotong pada interval yang sama untuk mendapatkan tempat bergaransi.
* Signifikan pada interval kepercayaan 95%.

Musim tanam alfalfa 2020 dan 2021 dicirikan oleh curah hujan di bawah rata-rata dan di bawah median di semua lokasi, sehingga kondisi air yang terbatas hadir selama penelitian (Gambar 1 ). Selain itu, hasil menunjukkan bahwa distribusi curah hujan yang seragam selama musim tanam alfalfa lebih bermanfaat bagi biomassa sepanjang musim daripada total curah hujan musiman. Curah hujan yang terdistribusi dengan baik di Lahoma, OK, selama musim tanam dan tanah yang dikeringkan dengan baik memenuhi prasyarat untuk pertumbuhan alfalfa yang optimal. Sebaliknya, dengan tanah yang rentan terhadap banjir, lokasi Stillwater, OK, mengalami peristiwa curah hujan yang tidak terdistribusi dengan baik, intensitas tinggi, dan interval pendek selama musim panas, yang dianggap khas CGP (White et al., 2001 ). Peristiwa curah hujan spesifik ini berpuncak pada alfalfa yang melepuh, sehingga mengurangi biomassa sepanjang musim.

Tidak ada perbedaan biomassa sepanjang musim antara interval panen yang terdeteksi di Lahoma, OK, 2020, dan Stillwater, OK, 2020 (Tabel 2 ). Namun, kedua lokasi mengikuti tren yang sama: semakin panjang interval panen, semakin besar biomassa sepanjang musim. Penelitian yang dilakukan sebelumnya juga melaporkan bahwa peningkatan interval panen menyebabkan biomassa sepanjang musim yang lebih besar (Arnold et al., 2019 ; Brink & Marten, 1989 ; Grev et al., 2017 ; Kallenbach et al., 2002 ; Min, 2016 ; Probst & Smith, 2011 ; Putnam et al., 2005 ). Di ketiga lokasi selama tahun 2021, interval panen 42 hari memiliki biomassa sepanjang musim paling sedikit (Tabel 2 ). Hasil yang kontras pada tahun 2021 ini terjadi karena, pada interval panen 42 hari, alfalfa melampaui tahap pembungaan 100% (data tidak ditampilkan). Seperti yang dilaporkan sebelumnya oleh Min ( 2016 ), panen yang tertunda setelah pembungaan awal mengurangi biomassa karena daun yang patah di tajuk bagian bawah.

3.2.2 Respon kultivar
Tidak ada perbedaan antara kultivar dalam biomassa sepanjang musim selama tahun 2020 yang terdeteksi di lokasi mana pun ( p = 0,27, 0,30, 0,75) (Tabel 2 ). Kultivar alfalfa di Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS, 2021 tidak menunjukkan perbedaan dalam biomassa sepanjang musim ( masing-masing p = 0,56, 0,91) (Tabel 2 ). Namun, pada musim produksi 2021 di Lahoma, OK, WL356HQ.RR memiliki biomassa sepanjang musim yang lebih besar daripada kultivar alfalfa RL ( p = 0,02) (Tabel 2 ). Kultivar DKA44-16RR dan 54VR10 menunjukkan biomassa yang serupa dengan semua kultivar lain di Lahoma, OK (Tabel 2 ). Kultivar 54HVX41 (22,0 Mg ha −1 ) dan WL 365HQ.RR (23,6 Mg ha −1 ) berbeda dalam produksi biomassa di Lahoma, OK, selama tahun produksi 2021, karena WL 365HQ.RR menghasilkan 1,6 Mg ha −1 lebih banyak dari 54HVX41 (Tabel 2 ).

Dalam studi serupa yang mencakup empat lokasi berbeda di Minnesota, Grev et al. ( 2017 ) melaporkan hasil spesifik lokasi-tahun. Bergantung pada kejadian lokasi-tahun, kultivar alfalfa HarvXtra RL mengakumulasi biomassa yang sama atau kurang dari kultivar referensi. Namun, kultivar alfalfa RL memiliki biomassa yang lebih rendah daripada kultivar alfalfa referensi selama tahun pendirian. Sebaliknya, Arnold et al. ( 2019 ) melaporkan secara konsisten lebih sedikit biomassa sepanjang musim kultivar alfalfa HarvXtra RL daripada kultivar alfalfa referensi dalam studi serupa lainnya di seluruh Amerika Serikat, termasuk California, Kansas, Michigan, Ohio, Pennsylvania, dan Wisconsin. Selain itu, dua kultivar lain yang mengalami penurunan regulasi gen lignin COMT/CCOMT, yaitu RRLM04 dan RLM20, menghasilkan biomassa sepanjang musim yang serupa dan lebih sedikit daripada kultivar referensi pada interval panen 28 dan 35 hari, masing-masing (interaksi interval panen x kultivar yang signifikan) di dekat Madison, WI (Getachew et al., 2018 ). Dalam sebagian besar referensi yang dikutip sebelumnya, biomassa sepanjang musim kultivar alfalfa RL berkinerja lebih buruk dibandingkan dengan kultivar referensi, sementara hasil kami sebagian besar menunjukkan nilai yang serupa (Tabel 2 ). Dua faktor potensial mungkin terkait dengan temuan yang kontras ini.

Pertama, literatur terkini tentang kinerja alfalfa RL terutama difokuskan pada wilayah Utara AS, dengan curah hujan tahunan melebihi ETo, yang meningkatkan kemungkinan neraca air positif untuk memaksimalkan pertumbuhan alfalfa. Sebaliknya, CGP menunjukkan iklim transisi sublembab-semi kering dengan defisit air yang sering berkepanjangan selama musim panas yang dapat membatasi pertumbuhan alfalfa. Oleh karena itu, kami menyarankan bahwa kondisi air yang terbatas mungkin telah mempengaruhi biomassa sepanjang musim dari kultivar referensi dengan tingkat keparahan yang lebih besar daripada kultivar alfalfa RL, sehingga semua kultivar memiliki hasil yang sama. Khususnya, Lahoma, OK 2020, tahun lokasi dengan kondisi pertumbuhan terbaik karena jumlah dan distribusi curah hujan yang baik, menunjukkan setidaknya satu kultivar referensi dengan biomassa yang jauh lebih besar daripada kultivar alfalfa RL (Tabel 2 ).

Kedua, dalam studi sebelumnya, alfalfa ditanam di musim semi dan dipanen di musim yang sama; dengan demikian, kumpulan data tahun 1 dari studi ini berasal dari tahun pendirian. Dalam studi kami, semua lokasi ditanam di musim gugur; namun, Hutchinson, KS gagal dan ditanami kembali di musim semi. Di Lahoma, OK, dan Stillwater, OK, kumpulan data tahun 1 tidak dikumpulkan pada tahun pendirian. Sebaliknya, data tersebut dikumpulkan dari tegakan yang berkembang penuh, selaras dengan kondisi pertumbuhan tanaman awal dari kumpulan data tahun 2 dari studi yang dikutip sebelumnya. Dengan demikian, fakta bahwa studi kami memiliki lokasi penanaman dan panen musim semi yang minimal mungkin tidak memungkinkan pengamatan biomassa musiman kultivar alfalfa RL yang lebih sedikit karena, seperti yang dinyatakan oleh Grev et al. ( 2017 ), biomassa musiman RL yang lebih sedikit diamati sebagian besar pada tahun pendirian. Temuan ini menggarisbawahi perlunya mempertimbangkan jumlah curah hujan, distribusi, dan umur tegakan alfalfa saat mengevaluasi efektivitas biomassa musiman kultivar alfalfa RL.

3.3 Nilai gizi pakan ternak
3.3.1 Konsentrasi protein kasar
3.3.1.1 Respon interval panen
Di Lahoma, OK, 2020, dan Stillwater, OK, 2021, semua perlakuan interval panen berbeda—semakin besar interval panen, semakin rendah konsentrasi CP ( masing-masing p < 0,01 dan 0,01) (Tabel 3 ). Di Lahoma, OK, 2021, dan Stillwater, OK, 2020, interval panen 28 hari memiliki konsentrasi CP yang lebih besar daripada perlakuan interval panen lainnya ( masing-masing p < 0,01 dan = 0,02) (Tabel 3 ). Tidak ada perbedaan dalam konsentrasi CP yang diamati di Hutchinson, KS, pada tahun 2021 ( p = 0,06) (Tabel 3 ).

Catatan : Rata-rata dalam kolom dan tahun tanpa huruf yang sama berbeda pada nilai - p yang tercantum untuk efek interval panen.
* Signifikan pada interval kepercayaan 95%.

3.3.1.2 Respon kultivar
Selain itu, kultivar alfalfa RL di Lahoma, OK, menunjukkan konsentrasi CP yang jauh lebih besar daripada WL 356HQ.RR dan DKA44-16RR pada tahun 2020 ( p < 0,01) dan 54VR10 pada tahun 2021 ( p = 0,02) (Tabel 4 ). Kultivar alfalfa RL, 54HVX41, mengandung konsentrasi CP sebesar 219 dan 213 g kg −1 pada tahun masing-masing. Sementara WL 356HQ.RR dan DKA44-16RR hanya menghasilkan 208 dan 212 g kg −1 dalam konsentrasi CP pada tahun 2020 dan 54VR10 menghasilkan 208 g kg −1 dalam konsentrasi CP pada tahun 2021. Tidak ada perbedaan dalam konsentrasi CP antara kultivar yang terdeteksi di Stillwater, OK, dan Hutchinson, KS, di kedua tahun tersebut (Tabel 4 ).

Catatan : Rata-rata dalam kolom tanpa huruf yang sama berbeda pada nilai - p yang dicantumkan.
* Signifikan pada interval kepercayaan 95%.

3.3.2 Konsentrasi serat deterjen
3.3.2.1 Respon interval panen
Di Lahoma, OK, 2020, interval panen yang lebih panjang memiliki konsentrasi NDF dan ADL yang lebih besar ( p < 0,01) (Tabel 3 ). Di Lahoma, OK, interval panen 42 hari (masing-masing 389 dan 76 g kg −1 NDF dan ADL) dan 35 hari (masing-masing 370 dan 70 g kg −1 NDF dan ADL) menunjukkan konsentrasi NDF dan ADL yang lebih besar daripada konsentrasi 28 hari (masing-masing 331 dan 63 g kg −1 NDF dan ADL) (Tabel 3 ). Di Stillwater, OK, 2020 dan 2021, konsentrasi NDF serupa untuk interval panen 35 dan 42 hari, sementara hanya interval 42 hari yang lebih besar daripada interval 28 hari (Tabel 3 ). Menariknya, konsentrasi ADL Stillwater, OK, 2020 untuk interval 42 hari lebih besar daripada interval panen 28 dan 35 hari (Tabel 3 ). Namun, di Stillwater, OK, 2021, konsentrasi ADL untuk interval 35 dan 42 hari lebih besar daripada konsentrasi interval 28 hari (Tabel 3 ). Perkebunan alfalfa Hutchinson, KS, tidak memiliki perbedaan dalam konsentrasi NDF dan ADL pada tahun 2021 (Tabel 3 ).

Respon kultivar
Semua kultivar di Hutchinson, KS, dan Stillwater, OK, memiliki konsentrasi NDF dan ADL yang serupa untuk kedua tahun tersebut (Tabel 4 ). Selama tahun 2020, kultivar alfalfa RL memiliki konsentrasi NDF yang lebih rendah daripada 54VR10 sekaligus memiliki konsentrasi ADL yang lebih rendah daripada semua kultivar referensi di Lahoma, OK ( p < 0,01) (Tabel 4 ). Namun, di Lahoma, OK, pada tahun 2021, kultivar alfalfa RL memiliki konsentrasi NDF dan ADF yang lebih rendah daripada 54VR10 ( p < 0,01, > 0,01, berturut-turut) (Tabel 4 ).

3.3.3 Pengukuran daya cerna
Respon interval panen
NDFD30 dan IVTDMD 48 jam menurun pada interval panen yang lebih panjang pada tahun 2020 (Tabel 3 ). Di Lahoma, OK, 2020, Stillwater, OK, 2020, dan Lahoma, OK, 2021, konsentrasi NDFD30 berbeda di semua interval panen ( p < 0,01 untuk semua lokasi) (Tabel 3 ). Sementara di Stillwater, OK, 2021 dan Hutchinson, KS, 2020, tidak ada perbedaan antara konsentrasi NDFD30 interval panen 35 dan 42 hari (Tabel 3 ). Konsentrasi IVTDMD 48 jam menurun ketika panen diperpanjang dari 28 menjadi 42 hari di semua lokasi. Namun, konsentrasi IVTDMD 48 jam pada 35 hari berfluktuasi dan tidak konsisten di seluruh tahun lokasi (Tabel 3 ).

Respon kultivar
Evaluasi kultivar di Lahoma, OK, menunjukkan bahwa kultivar alfalfa RL memiliki NDFD30 terbesar di kedua tahun ( p < 0,01 untuk kedua tahun) (Tabel 4 ). Namun, di Stillwater, OK, 2020, kultivar alfalfa RL (448 g kg −1 ) hanya berbeda dari 54VR10 (418 g kg −1 ) di NDFD30 (Tabel 4 ). Selama musim tanam Lahoma, OK, 2020, kultivar alfalfa RL berbeda dari semua kultivar referensi dalam konsentrasi IVTDMD 48 jam ( p > 0,01), namun di Stillwater, OK, dan Lahoma, OK, 2021, hanya berbeda dari 54VR10 ( p > 0,01) (Tabel 4 ).

Karena nilai gizi hijauan sangat erat kaitannya dengan manajemen panen, tidak mengherankan bahwa ketika interval panen yang lebih panjang diberlakukan, konsentrasi CP, NDFD30, dan IVTDMD 48 jam menurun, sementara konsentrasi NDF dan ADL meningkat. Temuan-temuan ini sesuai dengan literatur yang ada yang mengevaluasi nilai gizi hijauan alfalfa pada interval panen yang berbeda, yang menyimpulkan bahwa semakin panjang interval panen, konsentrasi CP dan IVTDMD 48 jam menurun sementara konsentrasi NDF dan ADL meningkat (Arnold et al., 2019 ; Brink et al., 2010 ; Grev et al., 2017 ; Hall et al., 2000 ; Kallenbach et al., 2002 ; Nordkvist & Åman, 1986 ; Palmonari et al., 2014 ; Sulc et al., 2017 ; Weir et al., 1960 ).

Pada semua kejadian tahun-situs, kultivar alfalfa RL tidak secara konsisten mempertahankan kecernaan yang lebih besar daripada semua kultivar referensi (diwakili oleh NDFD30 dan IVTDMD 48 jam). Namun, kultivar alfalfa RL mempertahankan kecernaan yang lebih besar daripada satu kultivar referensi (54VR10) selama tiga dari enam tahun situs (Lahoma, OK, 2020 dan 2021, dan Stillwater, OK, 2021). Nilai ADL kultivar alfalfa RL mungkin menjelaskan hasil kecernaan yang lebih baik ini. Meskipun perbedaan ADL ini minimal (perbedaan yang diamati di Lahoma, OK, saja), mereka mungkin memainkan peran penting dalam meningkatkan CP (efek konsentrasi-dilusi) secara proporsional dan meningkatkan kecernaan serat dinding sel dengan mengurangi efek lignin yang membandel (yaitu, lignin secara fisik menghalangi aksesibilitas enzim untuk mencerna serat dinding sel) (Y. Zhang et al., 2019 ). Lebih jauh, seperti yang dinyatakan oleh Casler ( 1987 ), pengurangan 1% unit dalam lignin (diwakili oleh ADL) dapat meningkatkan 7% unit dalam kecernaan (diwakili oleh IVTDMD 48 jam). Hasil dari Arnold et al. ( 2019 ), Getachew et al. ( 2018 ), dan Grev et al. ( 2017 ) melaporkan bahwa, secara umum, kultivar alfalfa RL yang dipanen pada jadwal yang sama mengandung ADL yang lebih rendah daripada kultivar referensi, yang mendukung temuan kami. Meskipun demikian, perbedaan mereka dalam ADL lebih besar daripada temuan kami dan signifikan secara statistik dalam banyak kasus.

4 KESIMPULAN
Hasil kami mendukung hasil yang serupa dengan penelitian sebelumnya di Lahoma, OK, hanya pada tahun 2020, di mana biomassa dan ADL sepanjang musim yang sedikit lebih rendah hingga serupa dan daya cerna yang lebih tinggi diamati pada kultivar alfalfa RL jika dibandingkan dengan tiga kultivar referensi. Namun demikian, tidak seperti penelitian sebelumnya, kultivar alfalfa RL tidak berbeda dari kultivar alfalfa referensi di Hutchinson, KS, dan Stillwater, OK. Mungkin pola curah hujan yang tidak menentu yang dialami di dua lokasi terakhir menyebabkan hasil yang berbeda ini. Kekeringan parah terjadi di kedua lokasi selama beberapa periode, dan alfalfa melepuh terjadi di Stillwater, OK. Hasil kami menunjukkan bagaimana satu alfalfa RL terkadang memberikan peningkatan konsentrasi CP dan meningkatkan daya cerna di lokasi Lahoma, OK. Namun, kultivar RL yang dievaluasi berkinerja serupa di semua tahun lokasi dengan tiga kultivar referensi.