黄土高原模拟轮牧对高糖黑麦草生产性能的影响

杨天辉，成 慧，Eun Joong Ki m，常生华，张 瑜，莫本田，侯扶江

（1．草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州730020；2．Depart ment of Ani mal Science，Kyungpook National University，Sangju，742－711，Sout h Korea；3．贵州省草业研究所，贵州 贵阳550006）

多年生黑麦草（Lolium perenne）是全球种植面积较大的多年生牧草之一，主要用于放牧，在我国长江流域大量栽培［1］，已逐步向黄河流域拓展。高糖黑麦草（High Sugar Ryegrass，HSR）在草地农业发达国家已有多年栽培历史［2］，能改善瘤胃发酵，提高瘤胃丙酸和丁酸比例，减少CH4排放；长期采食HSR 的奶牛的泌乳量增加，品质更优［3－4］，我国北方已开始引种和评价［2］。

放牧是草地最直接、最经济的利用方式之一，也是全球草地最重要的管理方式，合理放牧可以把草地生产力维持在一个较高的水平，增加草地的利用次数［5］。轮牧可以有效地提升草地的生产力［6］，改善牧草品质［7］，适宜的放牧周期促进牧草恢复，提高牧草的耐牧性［8］。刈割与放牧对牧草的作用不尽相同，却是最经济、最迅速和普遍使用的模拟放牧技术［9］，对于轮牧频次较高的草地尤其如此，适用于草种组合单调的栽培草地［10］。

黄土高原是我国农业发源地，也是我国耕地农业向草地农业转型最早的试验区，引草入田，粮草兼顾，发展畜牧，土（环境）、草、畜、人（经济）俱兴［11－12］。为此，在黄土高原种植高糖黑麦草，以定期刈割模拟轮牧，探寻适于当地栽培的优质牧草品种和经济高效的利用方式，为建立可持续的栽培草地放牧系统提供参考。

1 试验材料与方法

1．1 研究区概况

试验区位于兰州大学榆中草地农业实验站，35°946′N，104°137′E，海拔1 400 m，年均气温6．7℃，1月平均气温－8 ℃，7月平均气温19 ℃，年降水量381．8 mm，无霜期120 d，年均蒸发量1 406．8 mm，年均日照2 607．2 h，大陆季风型气候。天然植被属于微温微润草甸草原类［9］，草地农业系统类型主要是作物／天然草地—家畜综合生产系统［13］。

1．2 牧草品种

1．3 试验设计

试验设计为品种间单因素处理，完全随机区组设置，小区面积4 m×10 m，区组间距离2 m，行距40 c m，4次重复。2010年4月下旬播种，播种量30 kg·h m－2，行距40 c m，播深2～3 c m。播种时施肥，N 55 kg·h m－2，P2O555 kg·h m－2，K2O 74 kg·h m－2。每小区均分为两个裂区，一个裂区以刈割的方式模拟轮牧（Simulated grazing，SG），另一个裂区在生长季结束时全株收获干草（Making hay，MH）。模拟轮牧裂区于2010年7月1日首次轮牧，此后每20 d定期刈割，10月22日末次刈割，留茬5～8 c m，共模拟轮牧6次。全株收获干草的裂区于10月22日刈割，黑麦草已进入腊熟期，留茬8 c m。

1．4 试验区管理

播种后，20 d浇灌一次，一般每次刈割后灌溉和施肥，每次灌水量800 m3·h m－2，喷灌10次，共计8 000 m3·h m－2。每次补施尿素50 kg·h m－2。及时除草。

1．5 测定指标及方法

1．5．1 生长和营养指标 每次模拟轮牧前测定株高和分蘖密度。刈割后将植物样分成两份，一份置于105 ℃下烘48 h 后，测定牧草干物质（kg·h m－2）；一份60 ℃恒温烘48 h，粉碎后备用。牧草粗纤维（CF）用Anko m A200i半自动纤维分析仪测定，粗蛋白（CP）用凯氏定氮法测定，粗脂肪（EE）用Ankom XT15i全自动脂肪分析仪测定，可溶性碳水化合物（WSC）用流动分析仪测定，粗灰分（Ash）用T M－0910P型马弗炉测定［14］。水分利用效率（WUE）的计算同成慧等［7］方法。

1．5．2 牧草总能计算

牧草总能［2］：

式中，GE 为总能（MJ·kg－1），CP 为粗蛋白含量比（%），EE 为 粗 脂 肪（%），CF 为 粗 纤 维 含 量（%），NFE 为无氮浸出物（%）；NDF 为中性洗涤纤维（%），ASH 为粗灰分（%）。

10月上旬，吴丽藻两次邀徐云天见面，他仍用老一套话推托，她不满地说道：“我们从没见过面，让我怎么相信你？”徐云天知道，一味敷衍，势必引起她怀疑和反感。可他几次游说李劲和吴丽藻见面，李劲都不肯帮忙，徐云天不知如何把戏演下去。

1．6 饲用价值综合评价

根据《草业科学研究方法》［7］：

根据成慧等［2］研究，有3点改动：定量，在先前3等级的基础上，精确定量分级；把参数胡萝卜素等级变更为产量，因为产量是饲用的最根本要素；总得分由连乘变为连加，以削弱极大值或极小值的影响。V＝（0，1］，下等草；V＝（1，2］，中等草；V＝（2，3］，上等草。

1．7 数据处理

采用Micr osoft Excel 2003 绘图，运用SPSS 17．0分析参数差异显著性。

2 结果与分析

2．1 牧草生长特性

随轮牧次数的增加，除明星外的其余3个黑麦草品种的株高均呈先升高后降趋势。首次模拟轮牧时，‘明星’的株高最高，为22 c m，分别比‘神奇’和‘阿旺’高12．9%、11．2%（P＜0．05），比‘优质’高5．4%（P＞0．05）（图1）。第2次和第3次轮牧时，‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’的株高分别比‘优质’平均低4．4%、5．6%和6．9%。第5 次和第6 次轮牧时的各黑麦草品种的株高均表现为‘明星’＞‘神奇’＞‘优质’＞‘阿旺’，且分别平均低于第4 次轮牧17．9%、17．2%、20．6%和17．4%。

模拟轮牧区4个黑麦草品种的分蘖密度均差异明显，且随轮牧次数的增加呈先增大后减小的趋势（图2），前3次轮牧，‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’分别比‘优质’平均低9．7%、14．8%和17．9%；后3 次轮牧，‘明星’分别比‘阿旺’、‘神奇’和‘优质’高平均19．2%、10．6%和10．6%。

图1 模拟轮牧下高糖黑麦草株高Fig．1 The plant height of HSR under the sti mulated grazing

图2 模拟轮牧下高糖黑麦草分蘖密度Fig．2 The tiller number of HSR under the stimulated grazing

较一次性全株收获干草，模拟轮牧显著提高各黑麦草品种的草产量（P＜0．05）（图3），‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’分别增加49．6%、19．9%、17．8%和48．3%。模拟轮牧区，‘明星’的累积草产量为3．63 t·h m－2，分别极显著高于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’31．7%、35．8%和16．0%（P＜0．01）；干草收获区，‘明星’、‘优质’和‘阿旺’分别低于‘神奇’7．9%、20．6%（P＜0．05）和3．5%（P＞0．05）。可见，模拟轮牧使高糖黑麦草具有较大的草产量。

图3 高糖黑麦草的干草产量Fig．3 Hay yield of HSR under t wo types of utilizations

2．2 牧草营养特性

较一次性收获干草，模拟轮牧明显提高各黑麦草品种的粗蛋白含量、粗脂肪含量和粗灰分的含量（P＜0．05）（图4），CP 含量‘明星’、‘神奇’分别增加23%、20．1%（P＜0．05），‘阿旺’和‘优质’分别增加13．9% 和3．7%（P＞0．05）；EE 含量‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’分别增加10．4%、8．7%、6．7%（P＜0．05）。‘优质’增加3．5%（P＞0．05）；Ash含量‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’分别增加9．3%、14．8%、12．8%和7．5%；而其粗纤维含量和可溶性糖含量模拟轮牧则显著低于收获干草（P＜0．05），CF含量‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’分别降低35．9%、20．4%、20．5%和21．3%（P＜0．05）；WSC含量‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’分别降低22．7%、17．5%、16．6%和19．4%（P＜0．05）。说明，模拟轮牧使高糖黑麦草较收获干草有较高的营养品质。

模拟轮牧区，‘明星’的CP 含量分别高于‘神奇’和‘阿旺’3．7%和3．3%（P＞0．05），且三者间差异不显著（P＞0．05），三者分别高于对照‘优质’15．5%、12．2%和12．6%；‘阿旺’和‘明星’的EE含量高于‘神奇’9．7%和9．0%，高于‘优质’6．3%和7．1%（P＜0．05），‘阿旺’和‘明星’之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’的CF 含量分别低于‘神奇’和‘阿旺’8．1%和10．5% （P＞0．05），‘神奇’和‘阿旺’之间差异不显著（P＞0．05），对照组‘优质’分别高于‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’17．4%、10．4%和7．9%；‘阿旺’的Ash 含量分别高于‘明星’、‘神奇’和‘优质’2．4%、2．2%和2．3%（P＞0．05），且4个品种均差异不显著（P＞0．05）；‘明星’的WSC含量分别低于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’25．2%、11．3%（P＜0．05）和6．8%。

干草收获区，‘明星’和‘神奇’的CP 含量低于‘阿旺’7．4%和7．5%，低于‘优质’5．3%和5．4%（P＜0．05），‘阿旺’和‘优质’之间差异不显著（P＞0．05）；‘神奇’的EE 含量分别低于‘明星’、‘阿旺’和‘优质’7．3%、11．6%和8．1%（P＜0．05），且后三者之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’和‘优质’的CF含量高于‘神奇’12．4%和9．9%，高于‘阿旺’11．4%和8．9%（P＜0．05），‘明星’和‘优质’之间差异不显著（P＞0．05）；对照‘优质’的Ash含量分别高于‘明星’、‘阿旺’和‘神奇’9．9%、15．2%和11．3%，‘明 星’和‘阿 旺’之 间 差 异 不 显 著（P ＞0．05）；‘神奇’的WSC 含量分别高于‘明星’、‘阿旺’和‘优质’20．2%、16．5%和17．8%（P＜0．05），且后三者之间差异不显著（P＞0．05）。

2．3 牧草养分产量

图4 不同利用方式下高糖黑麦草各品种平均营养成分Fig．4 The average chemical composition of HSR by different utilizations

表1 高糖黑麦草的养分产量Table 1 Nutrition yield of HSR under t wo types of utilizations

相对于一次性收获干草，模拟轮牧显著提高各黑麦草品种的粗蛋白产量、粗脂肪产量和粗灰产量（P＜0．05）（表1），CP产量‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’分别增加61．2%、36．0%、29．3%和50．2%（P＜0．05），4个黑麦草品种EE 产量分别增加54．9%、26．9%、23．3%和50．1%（P＜0．05），Ash产量分别增加54．3%、31．8%、28．4%和48．0%（P＜0．05）。模拟轮牧后‘明星’和‘优质’的CF、WSC 和GE产量分别增加了21．4%、31．3%，34．8%、35．9%和39．6%、8．3%（P＜0．05）；而‘神奇’和‘阿旺’两种利用方式之间差异不显著（P＞0．05）。可见，合理的轮牧，可使HSR 具有更高的养分产量。

模拟轮牧区，‘明星’的CP 产量分别高于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’34．3%、37．7%和29．0%（P＜0．05），‘阿旺’和‘优质’之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’的EE产量分别高于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’37．3%、35．3%和21．3%（P＜0．05），‘神奇’和‘阿旺’之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’的Ash产量分别高于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’31．5%、34．2%和15．9%（P＜0．05），‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’的CF产量分别低于对照‘优质’2．0%（P＞0．05）、27．2%和29．6%（P＜0．05），‘神奇’和‘阿旺’之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’的WSC 产量分别高于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’8．7%、27．6%和9．8%，‘神奇’和‘优质’之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’的GE产量分别高于‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’29．8%、35．7%和32．2%（P＜0．05）。

收获干草区，‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’的CP产量分别高于对照‘优质’8．97%、16．1%和19．6%（P＜0．05），‘神奇’和‘阿旺’两者之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’EE 产量分别高于对 照‘优质’13．0%、13．6%和20．9%（P＜0．05），‘明星’、‘神奇’两者之间差异不显著（P＞0．05）；明星’、‘神奇’和‘阿旺’的Ash产量分别高于对照‘优质’4．4%、6．4%和7．3%（P＞0．05）；‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’的CF 产量和WSC 产量分别高于对照‘优质’8．97%、16．1%、19．6%和11．3%、34．8%、19．0%；‘神 奇’的GE 产 量 分 别 高 于‘明星’、‘阿旺’和‘优质’14．9%、8．8%和13．7%。可见，模拟轮牧使高糖黑麦草获得更多的粗蛋白、粗脂肪和粗灰分，且‘明星’的粗纤维、可溶性糖和总能优势明显。显然，模拟轮牧使‘明星’具有较高的养分产量，且优于其他品种。

2．4 水分利用效率

模拟轮牧显著提高各黑麦草品种的水分利用效率（P＜0．05）（图5），‘明星’、‘神奇’、‘阿旺’和‘优质’分别增加98．5%、24．9%、21．7%和50．1%（P＜0．05）。模拟轮牧区，‘明星’的WUE 分别极显著高于‘神奇’和‘阿旺’46．4%和55．7%（P＜0．01），‘神奇’和‘阿旺’之间差异不显著（P＞0．05）；‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’分别高于对照‘优质’88．0%、28．4%和20．7%（P＜0．05）。收获干草区，‘明星’、‘神奇’和‘阿旺’的WUE 分别高于‘优质’42．2%、54．3%和48．9%（P＜0．05）。可见，模拟轮牧使高糖黑麦草具有较高的WUE。

图5 高糖黑麦草水分利用效率Fig．5 The WUE of HSR under t wo types of utilizations

2．5 饲用价值分级

总体而言，4 个黑麦草品种在两种利用方式下，均为中等或上等品质牧草（表2），模拟轮牧使各品种的饲用价值较干草收获更加稳定；模拟轮牧下‘明星’的饲用价值，除7 月12 日，均高于干草收获区；‘优质’干草收获的饲用价值，均高于模拟轮牧区，且除10 月20 日，均为上等品质；‘神奇’，‘阿旺’在两种利用方式下，饲用价值相似，均为中等品质牧草。

若饲用价值评级不包括草产量指标时，4 个黑麦草品种模拟轮牧下均为上等品质牧草（表3），且均较干草收获下饲草品质稳定；各品种干草收获区饲用价值，均随牧草发育成熟而降低。

可见，模拟轮牧使高糖黑麦草各品种，具有稳定优质的饲用价值，且‘明星’的饲用价值高于其他品种，与各饲用成分的分析结果一致。

表2 高糖黑麦草的饲用价值评价Table 2 Feed evaluation of HSR

表3 只计粗蛋白和粗纤维的高糖黑麦草的饲用价值评级Table 3 Feed evaluation of HSR based on cr ude protein and cr ude fiber

3 讨论

可溶性碳水化合物为多年生牧草返青及随后生长提供物质基础［15］，适当的放牧可以使草地生产力维持在一个较高的水平［5］，全年内多次刈割会改变牧草养分的分配，影响牧草生长后期养分积累，进而影响牧草的越冬率以及翌年的生长［16－17］。随着放牧强度的增大，牧草叶片可溶性糖含量逐渐增加［18－19］，生育期也对可溶性糖含量产生影响［20］。模拟轮牧区4个黑麦草品种的可溶性糖含量显著低于干草收获区（P＜0．05），可能是秋季收获干草时，牧草开始贮藏能量，而轮牧区仍处在生长期。

栽培草地第1 次放牧的高度以25～30 c m 为宜［2］，模 拟 轮 牧 提 高 各 黑 麦 草 品 种 草 产 量（P ＜0．05），可能与轮牧促进牧草分蘖、且首次轮牧留茬高度较为适宜有关。另外，适时轮牧减少牧草凋落、枯死等损失，同时，夏季也正是牧草的良好生长阶段，光照充足，有利于牧草快速生长。

模拟轮牧区，引种3个高糖黑麦草品种，除‘明星’外，阿旺’和‘神奇’的草产量和营养品质，尚不及对照‘优质’；这可能与引种牧草的生境适宜度较差有关，本试验区域的灌溉量均显著低于高糖黑麦草原产地的降水量，这可能是造成生境适应度差的原因之一。灌溉能够改善生境适宜度［21］，合理灌溉量，还需要通过后续试验来确认。

牧草总能除‘明星’和‘优质’外，两种利用方式之间差异不显著（P＞0．05）；可能的原因是，模拟轮牧虽使牧草粗纤维含量较干草收获区降低（P＜0．05），但粗蛋白、粗脂肪、粗灰分含量较干草收获区均显著增加（P＜0．05），导致作用相抵，含量相近。

粗蛋白、粗纤维和草产量，作为饲用价值评价指标，均能反映各个属性对饲用成分的贡献；粗蛋白是正效应，粗纤维一定程度上是负效应，而草产量是中性指标；如果饲用价值评级不包含饲草量，则主要差异为，模拟放牧下的各品种饲用价值，较干草收获有更大的优势，且干草收获区各品种饲草品质，随发育成熟而呈逐渐下降趋势；草产量因素平衡了这两点差异，体现出饲草数量一定范围内可以弥补饲草质量的现实［7］，本试验中品种‘优质’即为最好例证。

黄土高原地区水土流失严重，雨热同期，适时、适量施肥与轮牧、刈割相结合，可提高牧草产量［21］；对于高糖黑麦草栽培草地而言，较传统的干草收获利用，采用定期轮牧的措施，可使牧草品质和产量均得到改善，利用方式更为合理高效，适宜于在当地推广。

此外，通过模拟轮牧使各品种可溶性糖含量均下降且显著低于仅收获干草（P＞0．05），轮牧频率可能是造成这一现象的原因之一，还需通过后续试验来确认较为合理的模拟频率，同时各品种抗性研究也急需探索，这将对黄土高原区引种高糖黑麦草起到决定性的作用。

采用定期刈割的方式模拟轮牧，使引种3个高糖黑麦草品种草产量、粗蛋白和粗脂肪产量增加，粗纤维含量降低，初步表明，引进各品种具有良好的耐刈性、较高的产量和营养水平。4个黑麦草品种的分蘖、株高、草产量和可溶性碳水化合物含量均随模拟轮牧次数的增加而增加。‘明星’的年草产量、粗蛋白产量、粗脂肪产量和水分利用效率最高，分别为3．63 t·h m－2、581．4、160．7 kg·h m－2·mm－1和3．88 t·hm－2·mm－1，适于在黄土高原区推广种植。

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