刈割时间对黄土高原紫花苜蓿产量与营养品质的影响

胡安，康颖,陈先江,侯扶江

(草地农业生态系统国家重点实验室，农业部草牧业创新重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

刈割时间对黄土高原紫花苜蓿产量与营养品质的影响

胡安，康颖,陈先江,侯扶江*

(草地农业生态系统国家重点实验室，农业部草牧业创新重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

刈割时间是影响紫花苜蓿产量和营养品质的关键因素之一。本研究于2009年和2010年，开展了不同的第1次刈割时间和第2次刈割时间的田间试验，分析刈割时间对紫花苜蓿产草量和营养品质的影响。结果表明，苜蓿产草量与粗蛋白产量均以初花期最高，此后随第1次刈割时间的推迟逐渐下降(P<0.001)，第1次刈割提前会导致产草量和粗蛋白产量下降(P=0.003)。随着第1次刈割与第2次刈割间隔时间的延长，紫花苜蓿的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和粗纤维含量逐渐增加(P<0.001)，粗蛋白含量逐渐下降(P<0.001)；初花期第1次刈割，第2次刈割间隔时间分别为72 d(2009年)和68 d(2010年)时，产草量和粗蛋白产量最高，分别为2275.2和180.2 kg/hm2、2063.6和263.1 kg/hm2。研究区紫花苜蓿适宜刈割时间为初花期(6月中旬)第1次刈割、70 d左右(8月下旬)第2次刈割。

生长时间；粗蛋白；粗纤维；茎叶比；相互关系

紫花苜蓿(Medicagosativa)是全球种植面积最大的多年生作物之一，超过3300万hm2，在所有豆科作物中仅次于大豆(Glycinemax)，也是世界分布最广、栽培历史最悠久的饲草作物之一，目前年干产草量13795万t[1]。紫花苜蓿饲用价值高，适应性强，能生物固氮，常年覆盖地表，在从起源地向全球扩散的历史进程中，促进了草田轮作和农牧耦合，增加了农业系统的多样性和稳定性，改善了人类的膳食结构，确保了区域食物安全与生态安全[2-4]。

长期以来，国内外关于紫花苜蓿产量构成与饲用价值、刈割时间与产量和品质、休眠性与抗逆性、饲用成分与瘤胃微生物的关系等开展了大量的研究工作，对于紫花苜蓿的育种、栽培、收获加工等已有较为成熟的研究[5-10]。适当的刈割时间、频度和留茬高度能发挥牧草的补偿性生长，改变营养物质在牧草植株体内的积累与分配，提高牧草的产量和品质[11-13]。紫花苜蓿植株在分枝初期至现蕾期生长最快，养分吸收量大，植株蛋白质积累速度快，现蕾至初花期干物质和蛋白质积累量达最高，是最佳收获时期[14-15]。初花期刈割的紫花苜蓿粗蛋白含量显著高于盛花期和结实期，粗纤维含量低于盛花期和结实期[16-17]，但是第2次刈割的适宜时间各地差异较大，且尚无定论[18]。紫花苜蓿具有适应多种生境的能力，使得局域的研究结果具有一定的普适性，但普适性的理论与技术应用于某一具体区域不可避免地产生一定偏差，导致生产损失，因而对紫花苜蓿的研究长盛不衰。

黄土高原是我国农业的发祥地之一，也是紫花苜蓿种植历史最悠久的地区之一。目前，紫花苜蓿仍然是陇东黄土高原种植面积最大的多年生饲草作物和豆科作物[19]，雨养条件下一年刈割2次，利用年限10年以上，也有超过25年[20]，一般第5年～第8年产量最高[21-22]。为此，在黄土高原比较不同的第1次刈割和第2次刈割时间对紫花苜蓿产草量和牧草品质的影响，选择适宜的刈割时间组合，力图为改进紫花苜蓿的生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1试验区自然概况

研究区位于兰州大学环县草地农业试验站(37.12° N，106.82° E)，地处甘肃省环县甜水镇，平均海拔约1650 m。属典型大陆性季风气候，≥0 ℃的年积温3097 ℃，年均温7 ℃。年均降水量276.2 mm，年均蒸发量1993 mm，其中60%以上的降水集中在7、8、9 月。根据综合顺序分类法，天然草原属微温微干典型草原类[23]。草地农业系统类型为粗放的作物/天然草地—家畜综合生产系统，紫花苜蓿是主要的饲草作物[24]。

1.2试验设计

选择2004年种植的紫花苜蓿，2009年(第5年)和2010年(第6年)产量和品质较为稳定[25]，适宜开展刈割时间的年际间比较试验。所有处理组每年刈割2次，每次刈割留茬高度5 cm；完全随机区组设计，每个小区面积为1 m×2 m，周边有0.5 m的保护带。设置5个第1次刈割时间组，每个组有不同的第2次刈割时间，组成刈割时间组合，5个重复(表1)。试验期间，小区其他管理同当地农户，无灌溉。

2009年6月17日第1次刈割的紫花苜蓿产草量和品质最好，为了探讨第1次刈割时间是否可以提前，在2010年设置提前20 d第1次刈割的处理。

每次在每个小区里刈割苜蓿1 m2，然后105 ℃烘15 min杀青，再放置65 ℃烘干至恒重，分别测定茎、叶重。

茎叶比(stem/leaf，S/L)=茎干重/叶干重

利用半自动纤维分析仪(ANKOM 220i,美国)测定中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗纤维(CF)含量；利用马弗炉(TM—0910P,美国)测定粗灰分(Ash)含量；全自动凯氏定氮仪(DK20+UDK159,意大利)测定粗蛋白(CP)含量；ANKOMA XT10i型脂肪分析仪(美国)测定粗脂肪(EE)含量；GR3500氧弹量热仪(中国)测定能值(GE)。

1.3数据处理与统计分析

用SPSS 17.0统计软件单因素方差模块分析紫花苜蓿的产量与营养品质，用回归分析模块建立预测模型。对2009年和2010年的第2次刈割后产草量与粗蛋白产量的数据整合利用协方差分析，分别比较其斜率和截距均无差异，故将两年的数据合并后拟合。用Microsoft Excel 2013制图。在拟合方程中，第1次刈割的生长时间从返青期开始计算，第2次刈割的生长时间从第1次刈割计算。

2 结果与分析

2.1刈割时间对紫花苜蓿产草量的影响

2009年和2010年，产草量在初花期第1次刈割最高，此后随刈割时间的推迟呈递减趋势；2010年第1次刈割时间较初花期提前20 d，产草量随第1次刈割时间推迟先增加后降低。且初花期前20 d刈割，草产量显著低于初花期的51.3%(P=0.002)(图1和图2)。2009年7月18日第1次刈割，则第2次刈割的时间对产草量无显著影响(P=0.600)；2010年6月16日第1次刈割，第2次刈割的产草量随再生时间延长而递增；7月6日和7月26日第1次刈割，第2次刈割时间对产草量无显著影响(P>0.05)(图1)。第2次刈割的产草量(y)与生长时间(x)可以用方程y=-0.1173x2+16.821x-236.89(R2=0.8228,P=0.007)拟合，理论上再生后的第72天产草量达到最高，为366.14 kg/hm2(图2)。可见，紫花苜蓿初花期第1次刈割，再生长72 d后第2次刈割，全年产草量最高；如果第1次刈割时间过早或过迟，产草量下降，尤其是第2次刈割的产草量(图1)。

2.2刈割时间对苜蓿营养品质的影响

表1 刈割时间组合Table 1 Combination of two cutting time

2.2.1刈割对紫花苜蓿粗蛋白产量的影响 随第1次刈割时间的推迟，2009年粗蛋白产量逐渐下降，因2010年比2009年提前20 d刈割，因此2010年粗蛋白产量先增加后降低(图3)，在初花期(6月中旬左右)粗蛋白产量达到最高。同样在初花期提前20 d刈割，其粗蛋白产量显著低于初花期(P=0.018),且初花期的粗蛋白产量高于其他时期(图3)。2009年和2010年，第1次刈割时间为6月17日和5月27日时，第2次刈割的粗蛋白产量随再生时间的延长先上升后下降，2009年，7月18日第1次刈割，第2次刈割的时间对粗蛋白产量无显著影响(P=0.725)。2010年，如果6月16日第1次刈割，其第2次刈割的粗蛋白产量随再生时间延长而递增；但是，7月6日和7月26日第1次刈割，第2次刈割的粗蛋白产量无显著差异(P>0.05)(图3)。总体，第2次的粗蛋白产量(y)随再生时间(x)延长呈先增加再下降趋势，可以用方程y=-0.0191x2+2.5696x-38.552(R2=0.8656,P=0.045)拟合，理论上再生后第68天时粗蛋白产量最高，为48 kg/hm2。可见，紫花苜蓿在初花期第1次刈割，在68 d第2次刈割，全年两次刈割的粗蛋白产量最高(图3和图4)。

图1 2009年与2010年不同组合的产草量Fig.1 The yield of forage in different treatment combination in 2009 and 2010 负误差棒是第1次刈割，正误差棒是第2次刈割，不同字母表示0.05水平上差异显著。下同。First time cutting use negative error bar, second cutting is the positive error bar, different letters mean significant difference at 0.05 level. The same below.

图2 2009年和2010年产草量与生长时间的关系Fig.2 The relationship between hay yield and growth time in 2009 and 2010

图3 2009年与2010年不同组合的粗蛋白产量Fig.3 The yield of CP in different treatment combination in 2009 and 2010

2.2.2刈割对营养品质含量的影响 两年中第1次、第2次刈割，紫花苜蓿的NDF、ADF、CF含量均随生长天数增加呈对数上升，分别在150 d左右达到稳定状态，分别为50.3%，35.2%和28.5%，不再增加或增幅甚小；而CP含量均随生长天数增加呈指数下降(图5)。第2次刈割，紫花苜蓿的NDF、ADF、CF含量比第1次刈割最高下降44.2%，50.0%和55.0%，CP含量最高增加53.0%；且随着再生时间的延长NDF、ADF、CF含量均显著增加(P<0.05)，CP含量显著下降(P<0.05)(表2)。2009年和2010年两次刈割的EE含量随生长天数的增加呈下降趋势，但与返青天数无显著相关性(P>0.05)；两年两次刈割的紫花苜蓿Ash含量随返青天数增加而下降，且与生长天数显著相关(P<0.05)；两年两次刈割后紫花苜蓿GE含量与生长天数相关不显著，且变化不大(表2)。

图4 2009年与2010年粗蛋白产量与生长时间的关系Fig.4 The relationship between yield of crude protein and growth time in 2009 and 2010

图5 牧草饲用成分与生长时间的关系Fig.5 The relationship between nutrition and growth time

2.3茎叶比对苜蓿营养品质和产量的影响

CP含量随茎叶比的增加而下降，CF、NDF、ADF的含量以及log(草产量)均随着茎叶比的增加而增加，且都在茎叶比增加到1.5左右时，各指标的增加或减小趋势变缓(图6)，说明茎叶比在0～1.5期间，各指标都变化得很快，因此要对紫花苜蓿及时的收获，才能获得最佳品质和产量。

2.4茎叶比与生长时间的关系

图6 茎叶比与营养品质和草产量的关系Fig.6 The relationship between stem/leaf and nutritional quality or hay yield

图7 茎叶比与生长时间的关系Fig.7 The relationship between stem/leaf and growth time

紫花苜蓿的茎叶比随生长时间的增加呈指数上升(图7)，在25～100 d变化幅度不大，斜率从0.01增加到0.06，茎叶比从0.25增加到2.50，保持较小的茎叶比，在初花期(6月初)第1次刈割，在70 d后(8月中旬)第2次刈割的草产量和蛋白产量均高于其他时期(图1和图3)，且第2次刈割后的紫花苜蓿茎叶比明显下降(图7)。因此，第1次刈割在初花期，第2次刈割在茎叶比为1.26(8月中旬)，同样可以确保紫花苜蓿较高的产量和营养品质。

3 讨论

茎叶比是苜蓿干草生产过程中重要指标之一，也能较好地反映干草品质与产量[26]。茎叶比在营养期最小，随着生长发育的进行逐渐变大，结实期达到最大[27]，第1次刈割时间会影响茎叶比的大小，刈割时间越迟茎叶比则越大[28]。它影响着全株营养成分含量及叶粉产量，且两者和草产量共同决定着苜蓿的适宜刈割期[29]。随刈割次数的增加，S/L逐渐下降，即多次刈割有利于获得较高的营养品质和产量[30]。

不同刈割时间对苜蓿产量和品质的影响各异。黄土高原紫花苜蓿首次刈割时间在现蕾到初花期[31]，产量最高，中性洗涤纤维的含量由初花期到盛花期含量增加最多，且与生育阶段呈一次线性、二次曲线关系[32]，粗纤维含量由“分枝期—盛花期—结荚期”，呈先增加后下降的趋势[33]。本研究中，第1次的刈割时间不同，苜蓿的产量、品质之间存在显著差异(P<0.01)(表2和图1)，第1次刈割，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和粗纤维含量随着收获时间的推移，都不同程度的增加；作为植株矿物质含量标准的粗灰分以及粗蛋白均呈下降趋势。第2次刈割后植株各种营养成分变化明显，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗纤维含量均有不同程度的降低，粗灰分和粗蛋白含量增加；但随着再生时间间隔的延长，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗纤维含量呈增加趋势，粗灰分和粗蛋白含量减少。

营养物质含量是衡量饲料作物优劣的基本指标[34]，其中粗纤维含量和粗蛋白含量较为常用且重要，本研究表明采取适当的刈割次数及其合适的时间间隔可以有效地降低苜蓿干草的粗纤维含量，提高牧草粗蛋白的含量(图1和图2)，从而改善牧草品质，提高牧草产量。

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EffectsofcuttingtimeontheyieldandnutritivevalueofalfalfaontheLoessPlateau

HU An, KANG Ying, CHEN Xian-Jiang, HOU Fu-Jiang*

StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,KeyLaboratoryofGrasslandLivestockIndustryInnovation,MinistryofAgriculture,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,Lanzhou730020,China

Cutting time is one of the key factors affecting the yield and quality of alfalfa. In these experiments, we evaluated the effects of different cutting times in 2009 and 2010 on the yield and quality of alfalfa hay. The hay yield and crude protein yield of alfalfa were highest at the early flowering stage (P<0.001). Cutting before the early flowering stage resulted in significantly decreased hay yield and crude protein yield (P=0.003). As the interval between the first and second cutting times increased, the contents of neutral detergent fiber, acid detergent fiber, and crude fiber increased (P<0.001), and the crude protein content decreased (P<0.001). With the first cutting at early flowering, an interval of 72 days (2009) and 68 days (2010) resulted in the highest yield and crude protein production (2275.2 kg/ha and 180.2 kg/ha, respectively, in 2009; 2063.6 kg/ha and 263.1 kg/ha, respectively, in 2010). These results indicate that the appropriate time for the first cutting of alfalfa on the Loess Plateau is at the early flowering stage in mid-June, and that of the second cutting is approximately 70 days later in late August.

growth time; crude protein; crude fiber; stem leaf ratio; relationship

10.11686/cyxb2016487

http://cyxb.lzu.edu.cn

胡安, 康颖, 陈先江, 侯扶江. 刈割时间对黄土高原紫花苜蓿产量与营养品质的影响. 草业学报, 2017, 26(9): 57-65.

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2016-12-26；改回日期：2017-03-13

甘肃省2016年草牧业试验试点和草业技术创新联盟科技支撑(GCLM2016001)，国家自然科学基金(31672472)，农业部公益性行业计划(201403071-6)和教育部创新团队(IRT17R50)资助。

胡安(1991-)，男，安徽明光人，在读博士。E-mail:hua09@lzu.edu.cn*通信作者Corresponding author. E-mail：cyhoufj@lzu.edu.cn