刈割对羊草草甸草原生物量及牧草品质的影响

娜日苏 ，梁庆伟 ，杨秀芳 ，项锴锋 ，郭志忠 ，胡日查 ，张晴晴

（1.赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰 024031；2.赤峰市草原工作站，内蒙古 赤峰 024000；3.内蒙古自治区草原工作站，内蒙古 呼和浩特 010020；4.赤峰市克什克腾旗草原工作站，内蒙古 克什克腾旗 025350）

刈割既是草地利用的主要方式，也是草地管理的主要方式［1-2］。刈割对牧草的生长发育、群落结构、生产力、再生性及草地环境均会产生影响［3］。合理的刈割技术可以通过牧草的补偿性生长作用和均衡生长特性获得高产、优质的牧草。常见的刈割方式主要包括刈割时间和留茬高度2个主要因素［4］。刈割方式不同对牧草的生物量及干草品质影响很大。刈割时间决定了草地单位面积产量、牧草总产量和再生产量的高低［5］，对于不同类型草地和不同种类的牧草来说，最佳刈割时期是不同的［6-10］。刈割留茬高度不同则草地的响应也不同［11］。刈割留茬过高，草地收获量降低；留茬高度过低，影响牧草再生和地下器官营养物质的贮存，降低下一年的产量和品质［12］。

表1 不同刈割时间群落盖度、密度与羊草高度、密度变化

近年来，不合理利用导致科尔沁草原区草地普遍存在严重的退化，造成群落数量减少、密度下降、生产力低下等问题出现，恢复难度较大。为此，该研究以科尔沁草原区羊草草甸草原为研究对象，探讨该类型草地植被特征、地上生物量、地下生物量和干草品质等对不同刈割时间和留茬高度的响应，旨在为科尔沁草原区羊草草甸草原合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地自然概况

试验草地地处大兴安岭南段东麓和科尔沁沙地北缘交汇处，内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗北部巴彦温都苏木，东与通辽市扎鲁特旗相连，西与赤峰市巴林左旗毗邻，北与锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗接壤， 地理位置为 119.531163°E、45.01907°N，海拔950m。属中温带半干旱大陆性季风气候区，冬季漫长寒冷，夏季短促炎热，秋季气温下降快，年平均气温3.8℃，最高气温40.6℃，最低气温-42.0℃，年平均降水量为437.3mm，土壤为黑钙土。该区草原类型属温性草甸草原类，山地草甸草原亚类，优势种为羊草（Leymus chinensis），伴生中华隐子草（Cleistogenes chinensis）、凸脉苔草（Carex lanceolata）、胡枝子 （Lespedezabicolor）、 线叶菊 （Filifoliumsibiricum）、铁杆蒿（Artmisiagmelinii）等优良牧草。该草场常年作为打草场被利用。

1.2 试验设计

选择地势平坦，植被类型基本一致的地块，试验在2016年8—9月进行。试验设刈割时间和留茬高度2个因素，刈割时间设8月1日、8月15日、9月1日，留茬高度设 0、2、5和 8cm，共12个处理，3次重复，小区数36个，随机区组排列，小区面积5m×5m。

1.3 研究方法

每小区随机选择3个面积为1 m×1 m的样方，进行群落特征描述，分别测定群落盖度、密度，羊草高度、密度，将样方内各物种分别装入网袋，带回室内，65℃烘箱烘干至恒重，称干重，各物种干重总和为群落地上生物量（AGB）。利用直径6.5 cm 根钻，采集 0～10 cm、10～20 cm 和 20～30 cm 土壤，清水冲洗泥土，从根系中挑出羊草根茎，分别放置，自然阴干，称干重。地下生物量为剩余根系与羊草根茎之和。将每个小区3个样方的群落地上生物量烘干样品混合为群落样品，根据试验处理在相应的小区取羊草样品600 g，65℃烘箱烘干至恒重，作为羊草样品。样品粉碎过筛后测定其粗蛋白（CP）含量、酸性洗涤纤维（ADF）含量和中性洗涤纤维（NDF）含量。

1.4 数据分析

统计分析采用Microsoft Excel 2007绘图，利用SPSS 11.5软件对数据进行ANOVA方差分析。

2 结果与分析

2.1 刈割时间的效应

2.1.1 群落特征变化：通过不同刈割时间群落盖度、密度和羊草高度、密度的均值变化分析结果显示（见表1），不同刈割时间群落盖度和密度均存在显著差异，且均以8月15日刈割群落盖度和密度显著大于8月1日刈割（P＜0.05），之后逐渐降低，但与9月1日刈割无显著性差异（P＞0.05）；而不同刈割时间处理之间羊草高度和密度无显著变化（P＞0.05）。说明8月1—15日，随着刈割时间的推迟群落盖度和密度趋于显著增加趋势，8月15日以后则出现下降趋势，但变化不显著。

2.1.2 群落地上生物量和羊草地上生物量变化：不同刈割时间对群落地上生物量和羊草地上生物量变化有显著影响（见图1），且均以8月15日刈割最高，分别为411.32 g/m2和129.00 g/m2，较8月1日刈割提高12.19%和31.42%。其次为9月1日刈割，群落地上生物量和羊草地上生物量分别为395.59 g/m2和126.53 g/m2，较8月1日刈割分别提高了7.9%和28%。8月15日—9月1日，群落地上生物量和羊草地上生物量缓慢下降，群落地上生物量降低了3.82%，羊草地上生物量降低了2.60%，群落地上生物量下降速度略大于羊草地上生物量下降速度。说明该地区羊草草甸草原8月15日左右群落地上生物量和羊草地上生物量均可达到最高值，随后出现逐渐下降趋势。因此，从该地区羊草草甸草原地上生物量角度考虑，8月15日左右为最佳刈割时间。

图1 不同刈割时间群落和羊草地上生物量变化

2.1.3 群落和羊草营养成分变化：不同刈割时间群落和羊草营养成分变化结果显示（见表2），8月1日刈割的群落和羊草CP含量显著高于8月15日刈割和9月1日刈割 （P＜0.05），8月15日刈割的CP含量高于9月1日刈割，但二者无显著差异（P＞0.05）；8月1日刈割的群落ADF含量显著低于9月1日刈割（P＜0.05），与8月 15日刈割无显著差异（P＞0.05），而8月15日刈割与9月1日刈割之间无显著性差异（P＞0.05）；8月1日刈割的群落NDF含量显著低于8月15日刈割和9月1日刈割 （P＜0.05），8月15日刈割与9月1日刈割间无显著差异（P＞0.05）；羊草ADF含量和NDF含量随着刈割时间的推迟呈增加趋势，但各处理间均无显著差异（P＞0.05）。表明随着刈割时间的推迟，群落和羊草的CP含量均呈下降趋势，且8月15日以后刈割的CP含量显著低于8月1日刈割的CP含量；群落ADF含量和NDF含量呈逐渐增加趋势，且8月15日以后刈割的ADF含量和NDF含量显著高于8月1日刈割的ADF含量和NDF含量，也就是说随着刈割时间的推迟牧草的品质逐渐下降，且试验期内群落营养成分的变化为8月初到8月中旬下降幅度较大。

2.1.4 群落地下生物量和羊草根茎生物量变化：不同刈割时间群落地下生物量和羊草根茎生物量均值变化分析结果显示（见表3），随着刈割时间的推迟，群落地下生物量在 0～10cm、10～20cm、20～30cm 土层均呈递增趋势，但各处理之间无显著差异 （P＞0.05）；羊草根茎生物量在 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm土层呈现降低趋势，0～10cm土层中，不同刈割时间的羊草根茎生物量无显著差异（P＜0.05），10～20 cm、20～30cm土层中，羊草根茎生物量8月1日刈割显著高于8月15日刈割和9月1日刈割，8月15日刈割与9月1日刈割差异不显著（P＞0.05）。说明不同刈割时间群落地下生物量与羊草根茎生物量在0～10cm、10～20cm 和 20～30cm 土层分布规律不同，随着刈割时间的推迟群落地下生物量呈逐渐增加趋势，而羊草根茎生物量呈逐渐降低趋势。

2.2 留茬高度的效应

2.2.1 群落地上生物量和羊草地上生物量变化：不同留茬高度间群落地上生物量和羊草地上生物量平均值分析表明（见图2），群落地上生物量随着留茬高度的增加而显著下降（P＜0.05）。留茬高度0 cm处理的群落地上生物量为438.92 g/m2，显著高于留茬高度5 cm和8 cm处理（P＜0.05），与留茬高度2 cm处理间无显著性差异（P＞0.05）；留茬高度2 cm处理的群落地上生物量为420.08 g/m2，显著高于留茬高度8 cm处理（P＜0.05），与留茬高度5 cm之间无显著性差异（P＞0.05）；留茬高度5 cm处理和留茬高度8 cm处理间无显著性差异（P＞0.05）。留茬高度与群落地上生物量之间的相关关系有一定的规律性，随着留茬高度的增加群落地上生物量呈线性下降，相关系数R2=0.9769。羊草地上生物量的变化趋势与群落地上生物量变化趋势基本一致，留茬高度0 cm处理的羊草地上生物量为180.19 g/m2，留茬高度2 cm处理的羊草地上生物量为154.34 g/m2，二者显著高于留茬高度5 cm和8 cm处理（P＜0.05）；留茬高度 5 cm处理的羊草地上生物量为113.97 g/m2，显著高于留茬高度8 cm处理（P＜0.05）。羊草地上生物量与留茬高度也存在线性相关关系，相关系数R2=0.9884。该结果与仲延凯等［13］的研究结果一致。群落地上生物量在留茬2 cm与留茬5 cm之间下降速度较快，可能是因为草地群落中的星毛委陵菜、中华隐子草等低矮草种随着留茬高度的提高收割不起来或者仅收割到很少的部分有关。在不同留茬高度间，羊草地上生物量下降幅度大于群落，说明羊草对不同留茬高度的响应较群落反应迅速。

表2 不同刈割时间群落和羊草营养成分变化

表3 不同刈割时间群落地下生物量和羊草根茎生物量变化

表4 不同留茬高度群落和羊草营养成分变化

图2 不同留茬高度群落和羊草地上生物量变化

2.2.2 群落和羊草营养成分变化：对不同留茬高度群落与羊草CP、ADF、NDF含量均值分析表明（见表4），随着留茬高度的增加，群落和羊草CP含量逐渐增加，而ADF和DNF含量逐渐下降。留茬高度8 cm和5 cm处理的群落CP含量显著高于留茬高度 0 cm处理（P＜0.05），与留茬高度 2 cm处理间无显著性差异（P＞0.05）；群落ADF含量在各留茬高度处理间无显著性差异（P＞0.05）；留茬高度8 cm处理的群落NDF含量显著低于留茬高度0 cm和2 cm处理（P＜0.05），与留茬高度5 cm处理间无显著性差异（P＞0.05）。留茬高度8 cm处理的羊草CP含量显著高于留茬高度0 cm处理（P＜0.05），与其他处理间均无显著性差异（P＞0.05）；羊草 ADF含量之间无显著性差异（P＞0.05）；留茬高度 8 cm处理的羊草NDF含量显著低于留茬高度0 cm和2 cm处理 （P＜0.05），与留茬高度5 cm处理间无显著性差异（P＞0.05）。

2.2.3 群落地上生物量与营养成分动态变化：不同留茬高度群落地上生物量与营养成分动态变化显示（见图3），群落地上生物量的变化趋势为随着留茬高度的增加而下降，CP含量的变化趋势为随着留茬高度的增加而增加。由图2和表4可知，留茬高度2 cm处理的群落地上生物量显著高于留茬高度8 cm处理（P＜0.05），与留茬高度5 cm处理间无显著差异（P＞0.05），留茬高度 2 cm、5 cm 和8 cm处理的群落CP含量无显著差异（P＞0.05），因此，留茬高度在2～5 cm为宜。

图3 不同留茬高度群落地上生物量和营养成分动态变化

3 讨论

3.1 刈割对群落特征的影响

研究表明，刈割时间对羊草草甸草原群落盖度、群落密度有显著影响，8月1—15日间随着刈割时间的推迟群落盖度和密度趋于显著增加趋势，8月15日以后则出现下降趋势。其原因可能是8月初至8月中旬该地区温度和水分等外界环境条件良好，促进了植物生长，增加了某些物种的分蘖能力，进而增加了群落的盖度和密度；而8月中旬以后，外界温度开始逐渐下降，物种生长缓慢下降，甚至停止生长，逐渐凋落，群落盖度和密度也随之下降［11］。羊草的密度随着刈割时间的推迟逐渐增加，但未达到显著水平，其可能是随着刈割时间的推迟羊草完成了有性生殖过程，无性生殖过程还在进行中，从而羊草密度有小幅增加［14］。

3.2 刈割对群落和羊草地上生物量的影响

牧草的生长量有明显的季节性，且呈 “单峰型”变化。王明玖等［15］研究认为，从利用角度考虑，过早刈割，牧草株高较矮，生物量偏低；过晚刈割，则随着刈割时间的推迟，草群高度、羊草高度呈下降趋势，植株数量明显减少。王志锋等［16］研究认为，7月下旬至8月中旬羊草进入成熟期，生物量最高，是刈割利用的最佳时期，8月中旬以后植株逐渐进入生长末期，生物量开始下降。该研究中，8月15日左右群落地上生物量和羊草地上生物量显著高于8月1日刈割，并达到最高值，随后出现逐渐下降趋势，表明刈割时间对群落和羊草生物量均有显著影响，该结果与王明玖等［15］、王志锋等［16］的研究结果一致。

不同的留茬高度不仅直接关系到当年牧草产量，还间接影响到下一年草地生产力水平的维持和提高。该研究中，留茬高度0 cm时群落和羊草地上生物量最高，随着留茬高度的增加，产量显著下降，留茬高度8 cm时，地上生物量最低，该结果与韩文祥［17］的研究结果一致。当然，高强度的刈割，会抑制群落中多年生牧草的再生，进而对下一年的草地生产力水平产生影响。该研究仅对刈割当年的群落和羊草地上生物量进行了比较分析，留茬高度对今后草地生产力的影响还需进一步研究。

3.3 刈割对群落地下生物量和羊草根茎生物量的影响

地下生物量是群落从土壤中吸收营养物质的主要器官，是群落总物质生产的基础。该研究中，大部分群落地下生物量和羊草根茎生物量集中在0～10 cm土层，0～30 cm土层中群落地下生物量和羊草根茎生物量均随着土壤深度的增加逐渐减少，该结果与张俊刚等［18］、李育中等［19］的研究结果一致。随着刈割时间的推迟各级土层群落地下生物量呈增加趋势，但没达到显著水平。从刈割时间对群落地上生物量产生了显著影响来看，说明群落地上生物量和群落地下生物量对刈割时间均产生了响应，且刈割时间产生的效应首先反映在群落地上部分，而地下生物量则对刈割时间的反应较慢［20］，这是因为地上生物量是当年生长的牧草量，而多年生牧草地下生物量则是多年生长的积累量。白永飞［20］还认为，羊草种群在生长季节内，根茎生物量的变化有2个峰值，分别出现在7月中旬和9月中旬，而该研究结果可能是因为试验期羊草根茎生物量正处于第1个峰值和第2个峰值之间的下降阶段，因此出现了随着刈割时间的推迟呈现出各土壤层级中羊草根茎生物量递减的趋势。仲延凯等［21］研究结果表明，刈割对羊草根系的生长发育有一定的负影响，根系量的减少将直接影响羊草的无性繁殖，造成羊草生物量比重的降低。因此，随着刈割时间的推迟，羊草根茎呈逐渐下降趋势，也说明刈割时间过迟，将影响到羊草的无性繁殖，进而影响下一年生物量的积累。

3.4 刈割处理对植被营养成分的影响

在牧草生长的不同时期，其体内营养成分含量也存在明显差异。该研究中，随着刈割时间的推迟，群落和羊草CP含量显著下降，群落ADF和NDF含量显著增加，并在8月1—15日变化显著，该结果与杨尚明等［22］的研究结果一致。这可能是随着生育期的推进茎叶比增大，植物体内氮含量逐渐下降，从而降低了牧草粗蛋白含量［23］；同时随着植物的生长，其碳水化合物的合成能力逐渐加强，牧草体内多糖含量也会增加，从而同属多聚糖的酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量也逐渐增加［24］。一般来说，留茬的高低会影响牧草品质的好坏。留茬过高时割取的部分多为植株的幼嫩部分，氮含量高于下部老化茎部，但可获得的产量很低；留茬过低，势必会收获上一年的枯枝，减低牧草整体的品质。该研究结果显示，随着留茬高度的增加，群落和羊草CP含量显著增加，NDF含量和ADF含量呈逐渐下降趋势，但均未达到显著水平，该结果与展春芳［25］的研究结果一致。

4 结论

科尔沁草原区羊草草甸草原群落盖度、群落密度、羊草高度、群落地上生物量和羊草地上生物量均在8月15日左右达到最高；8月1日—9月1日，随着刈割时间的推迟群落和羊草CP含量显著下降，NDF和ADF含量呈增加趋势，且8月15日以后增加明显；留茬高度在2～5 cm群落地上生物量及营养物质含量均可达到相对较高的水平。因此，科尔沁草原区羊草草甸草原区适宜刈割时间为8月15日左右，留茬高度以2～5 cm为宜。