紫花苜蓿与草地早熟禾轮作牧草的养分变化特征

阿 芸，师尚礼，金小雯，邵建雄，孟涛涛

(甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续研究中心，甘肃 兰州 730070)

随着农业生产的规模化和集约化发展，为实现经济作物增产，连作种植不断推广，导致土壤养分异常积累或过度消耗、病虫害增多和农作物产量品质降低等问题[1-3]，而轮作种植是农田用养结合、减少病虫害、改善土壤质量和提高后茬作物产量的一项农业技术措施[4-7]。在轮作与连作不同的种植模式下，由于土壤肥力的改变与病虫害发生的严重程度不同使得作物品质间接发生变化。赵秀芬等[9]研究发现，燕麦与小麦轮作未能改善小麦营养，且抑制小麦生长，导致小麦品质发生变化。柴继宽等[10]研究表明轮作与连作对燕麦干草与籽粒品质影响显著。危锋等[11]研究了长期种植紫花苜蓿土壤硫、钙、镁组分的变化。李黎等[12]研究了不同物候期和不同茬次对苜蓿营养成分的影响。

前人就苜蓿与一年生小麦、燕麦、玉米和烤烟等轮作模式对土壤肥力、作物产量和品质的研究已经开展了大量工作[10-13]，但有关轮作与连作模式下紫花苜蓿和草地早熟禾的营养品质以及不同茬次间相互关系的研究报道较少。紫花苜蓿不仅饲用价值高，而且营养丰富，素有“牧草之王”的美誉，可显著提高土壤肥力和后茬作物产量品质[14-18]；草地早熟禾抗逆性强、分布地区广和生活环境多样，有着很大的饲用价值和优良的生态环保价值[20-21]。因此，选用多年生草地早熟禾与紫花苜蓿为研究对象，建立草地早熟禾-紫花苜蓿和紫花苜蓿-草地早熟禾2种轮作处理以及紫花苜蓿-紫花苜蓿和草地早熟禾-草地早熟禾2种连作处理；进行了建植第2年的观察试验，测定不同处理下牧草的粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量，计算了其相对饲喂价值(RFV)，研究紫花苜蓿与草地早熟禾轮作的牧草养分变化规律，以及不同茬次间相互联系，旨在为合理轮作及获得优质牧草提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区设在甘肃省兰州市甘肃农业大学牧草试验站，地理位置E 105°41′ ，N 34°05′，地处黄土高原西端。海拔1 595 m，属温带半干旱大陆性气候，年均气温9.7℃，年均降水量451.6 mm，年均蒸发量1 664 mm，年均日照2 770 h，全年无霜期210 d，最热月平均气温29.1℃，最冷平均气温-14.9℃，>0℃的年积温3 800℃，>10 ℃的年积温3 200℃。地势平坦，土壤类型为黄绵土，土层较薄，通气好。

1.2 试验设计

种植5年的甘农9号紫花苜蓿和海波草地早熟禾2块牧草地于2016年3月分别进行翻耕，4月23日在翻耕后进行播种。在翻耕后的部分紫花苜蓿茬地上播种海波草地早熟禾(为甘农9号紫花苜蓿-海波草地早熟禾轮作处理，记作AP)、另一块翻耕后的紫花苜蓿茬地上继续播种甘农9号紫花苜蓿作对照(为甘农9号紫花苜蓿-甘农9号紫花苜蓿连作处理，记作AA)；在翻耕后的部分海波草地早熟禾茬地上播种甘农9号紫花苜蓿(为海波草地早熟禾-甘农9号紫花苜蓿轮作处理，记作PA)，另一部分翻耕后的海波草地早熟禾茬地上继续播种海波草地早熟禾作对照(为海波草地早熟禾-海波草地早熟禾连作处理，记作PP)。

试验采用随机区组设计，2个轮作处理，2个对照，3次重复，小区面积2 m×5 m，小区间距40 cm。甘农9号紫花苜蓿单播播种量15 kg/hm2、海波草地早熟禾15 kg/hm2，条播，行距均为25 cm。整个试验期间均不施肥，出苗后适时进行锄草及病虫害防治等田间管理。试验种子由甘肃农业大学草原生态系统教育部重点实验室提供。

PA与AA模式各茬次的紫花苜蓿在初花期(刈割日期，5月16 日、7月8日、8月24日、10月15日)刈割，AP与PP模式各茬次的草地早熟禾在抽穗期(刈割日期，6月10日、8月5日、9月20日)刈割，面积1 m2，留茬3～5 cm。

1.3 测定项目与方法

将样品在105℃下杀青10 min，80℃烘干48 h，烘干样品进行粉碎，过1 mm筛，进行CP，NDF和ADF含量的测定，并计算RFV值。CP含量测定采用凯氏定氮法[22]，NDF含量和ADF含量测定采用范式洗涤纤维分析法[23]。相对饲喂价值(RFV)[23]：RFV=DMI×DDM/1.29，其中，干物质采食量DMI=120/NDF,可消化性干物质DDM=88.9-0.779ADF。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2007和SPSS 20.0系统软件进行作图和数据分析。

2 结果与分析

2.1 紫花苜蓿与草地早熟禾轮作模式各茬次牧草粗蛋白变化

不同茬次紫花苜蓿粗蛋白(CP)含量均表现不同(表1)，PA紫花苜蓿CP含量由高到低为第3茬、第2茬、第4茬和第1茬，以第3茬含量最高(24.65%)，分别较第1茬(19.78%)、第2茬(22.56%)和第4茬(20.08%)高24.63%，9.27%和22.77%；第2，3茬显著高于第1，4茬(P<0.05)，但第1茬与第4茬和第2茬与第3茬间均表现差异不显著(P≥0.05)。AA紫花苜蓿CP含量由高到低为第3茬、第2茬、第4茬和第1茬(表1)，以第3茬最高(21.59%)，分别较第1茬(17.89%)、第2茬(19.19%)和第4茬(18.53%)高出20.67%，12.50%和16.49%，第3茬的CP含量显著高于其他茬次(P<0.05)，且其他茬次间差异不显著(P≥0.05)。在第2茬下PA模式紫花苜蓿CP含量显著高于AA模式(P<0.05)，为17.56%，但其他茬次下的两处理间无显著性差异(P≥0.05)；在PA模式下各茬次紫花苜蓿CP含量平均值(21.77%)较AA模式(19.30%)高12.80%(图1)。

AP模式不同茬次间草地早熟禾CP含量均无显著性差异，PP模式不同茬次间亦均呈无显著性差异(P≥0.05)(表1)。在AP模式下第1茬(9.79%)和第2茬(9.66%)的草地早熟禾CP含量分别较PP显著高27.00%、30.01%(P<0.05)，但在第3茬下2个处理间无显著性差异(P≥0.05)；在AP模式下各茬次草地早熟禾CP含量的平均值(9.33%)较PP模式(7.44%)高25.36%(图1)。

表1 紫花苜蓿与草地早熟禾轮作的各茬次牧草营养成分

注：不同小写字母表示同一处理不同茬次之间的显著性(P<0.05)

图1 不同模式下牧草的CP含量Fig.1 Differences of forage CP content among different rotational patterns注：不同小写字母表示同一茬次不同处理差异显著(P<0.05),下同

2.2 轮作与连作模式下各茬次牧草中性洗涤纤维的变化

PA紫花苜蓿NDF含量，第4茬>第1茬>第2茬>第3茬，以第4茬最高(45.68%)，分别比第1茬(44.26%)、第2茬(42.40%)和第3茬(34.94%)高3.21%，7.97%和23.51%；除1，4茬外，其他茬次间差异均显著(P<0.05)。AA紫花苜蓿的NDF含量，第1茬>第4茬>第2茬>第3茬(表1)，以第1茬NDF含量最高(49.53%)，分别比第2茬(46.56%)，第3茬(41.65%)和第4茬(48.16%)显著的高出6.38%，18.92%和2.84%(P<0.05)。第1、2、3、4茬的紫花苜蓿NDF含量在PA模式下分别比AA模式低10.64%、8.93%、16.11%和5.15%，除第4茬，在其他茬次下PA显著低于AA(P<0.05)；在PA模式下四茬紫花苜蓿NDF含量的平均值(41.82%)较AA模式(45.98%)低9.05%(图2)。

AP草地早熟禾NDF含量，第3茬>第2茬>第1茬(表1)，以第3茬最高(63.98%)，分别比第2茬(57.08%)和第1茬(52.54%)高出了21.77%和12.09%，在AP模式下不同茬次间均呈差异显著(P<0.05)。由表1可知，PP草地早熟禾NDF含量，第3茬>第2茬>第1茬，以第1茬最低(63.19%)，分别比第3茬(66.27%)和第2茬(66.09%)低4.65%和4.39%，第2茬和第3茬的NDF含量显著高于第1茬(P<0.05)，但第2，3茬间差异不显著(P≥0.05)。第1、2和第3茬的草地早熟禾NDF含量在AP模式下分别比PP模式低18.85%、13.63%和3.46%(图2)，除第3茬，其他茬次下两处理间均表现差异显著(P<0.05)；在AP模式下3茬草地早熟禾NDF含量的平均值(57.87%)较PP模式(65.18%)低11.22%。

图2 不同模式下牧草NDF含量的差异Fig.2 Differences of forage NDF content among different rotational patterns

2.3 轮作与连作模式下各茬次牧草酸性洗涤纤维的变化

PA紫花苜蓿ADF含量，第1茬>第4茬>第2茬>第3茬(表1)，第1茬最高为33.71%，分别比第2茬(28.59%)、第3茬(26.59%)和第4茬(32.10%)高出17.92%，26.78%和5.02%，第1茬和第4茬显著高于第2茬和第3茬(P<0.05)，但第1，第4和第2，第3茬间差异不显著(P≥0.05)。AA紫花苜蓿ADF含量：第1茬>第4茬>第3茬>第2茬(表1)，第1茬最高为42.95%，分别比第2茬(32.66%)、第3茬(33.72%)和第4茬(37.04%)高31.51%，27.37%和15.96%，除第2茬与第3茬，其他茬次间均为差异显著(P<0.05)。第1、2、3和4茬的ADF含量在PA模式下分别比AA低21.51%、12.46%、21.14%和13.34%(图3)，不同茬次下ADF含量在不同处理间均表现差异显著(P<0.05)；在PA模式下4茬紫花苜蓿NDF含量的平均值(30.25%)较AA模式(36.59%)低17.33%。

AP草地早熟禾ADF含量，第3茬>第2茬>第1茬，第3茬最高为45.44%，分别比第1茬(36.10%)和第2茬(43.20%)高25.87%和5.19%，第2，第3茬显著高于第1茬(P<0.05)，但第2茬与第3茬间差异不显著(P≥0.05)。PP模式ADF含量在不同茬次间均无显著性差异(P≥0.05)。在第1茬次下AP草地早熟禾ADF含量较PP显著低于20.00%(图3)，在第2茬和第3茬下2处理间无显著性差异(P≥0.05)；在AP模式下3茬草地早熟禾ADF含量的平均值(57.87%)较PP模式(65.18%)低7.49%。

图3 轮作牧草ADF含量与对照的差异Fig.3 Differences of forage ADF content among different rotational patterns

2.4 轮作与连作模式下各茬次牧草相对饲喂价值的变化

不同茬次的紫花苜蓿相对RFV均表现不同(表1)，PA紫花苜蓿RFV，第3茬>第2茬>第4茬>第1茬，第3茬最高为182.17，分别比第1茬(130.89)、第2茬(139.61)和第4茬(137.32)高出39.19%、30.47%和32.67%，除第2，第4茬，其他茬次间均为差异显著(P<0.05)。AA模式紫花苜蓿的RFV，第3茬>第2茬>第4茬>第1茬，以第3茬最高(140.42)，分别比第1茬(103.45)、第2茬(125.93)和第4茬(115.69)高36.00%，11.50%和21.38%，不同茬次间均表现为显著性差异(P<0.05)。第1、2、3和4茬的紫花苜蓿RFV在PA模式下分别比AA模式低26.77%、11.10%、29.74%和18.49%(图4)，不同茬次下两处理间均表现显著性差异(P<0.05)；在PA模式下4茬紫花苜蓿RFV的平均值(147.51)较AA模式(121.32)高21.59%。

AP草地早熟禾RFV，第1茬>第2茬>第3茬(表1)，以第1茬最高(98.20)，分别比第2茬(97.70)和第3茬(75.77)高5.14%和27.73%，第1，2茬显著高于第3茬(P<0.05)，但第1茬与第2茬差异不显著(P≥0.05)。PP模式草地早熟禾的RFV，第1茬>第2茬>第3茬，以第1茬最高(80.04)，分别比第2茬(75.77)和第3茬(73.86)高出5.64%和8.36%，第2茬和第3茬显著低于第1茬(P<0.05)，但第2茬与第3茬间差异不显著(P≥0.05)。由图4可知，AP第1茬和第2茬的RFV较PP显著高出22.09%和19.71%(P≥0.05)，第3茬无显著性差异(P≥0.05)；在AP模式下3茬草地早熟禾RFV的平均值(88.60)较PP模式(76.56)高15.73%。

图4 轮作牧草RFV与对照的差异Fig.4 RFV differences of forage between rotational treatments and control

3 讨论

不同种植模式对牧草的营养品质有不同影响。CP是家畜所需的重要营养之一，而粗纤维作为牧草消化率的标志，粗纤维含量越高，消化率越低，其营养价值就越低[26]。试验测定了轮作与连作模式下紫花苜蓿和草地早熟禾的CP，NDF和ADF含量，以及RFV的计算；PA模式下紫花苜蓿的CP含量和RFV均高于AA模式，AP模式下草地早熟禾的CP含量和RFV均高于PP模式，而NDF和ADF含量与其相反。樊虎玲等[16]对苜蓿茬小麦与连作小麦的营养品质进行了研究，得出轮作小麦粉面团较连作小麦粉面团更有强度与筋力，柴继宽[10]研究发现轮作条件下由于土壤肥力的改善和病虫害减轻，燕麦干草CP含量处在一个较高且稳定的水平，而连作条件下燕麦干草CP含量随种植年限的增加而下降，酸性洗涤纤维含量则上升，晋艳等[17]研究结果显示，轮作烟叶中致香物质含量大多数高于连作烟叶，李东哲等[24]研究显示大豆连作和轮作后土壤酶活力的变化对大豆生长以及产量和品质有重要影响，均与本研究结论相似。

不同茬次下紫花苜蓿和草地早熟禾的营养成分含量存在差异。试验测定了不同处理下不同茬次紫花苜蓿和草地早熟禾的CP，NDF和ADF含量，以及RFV的计算；试验分析，不同处理下2，3茬的紫花苜蓿CP含量和RFV均高于第1，4茬，但是第3茬高于第2茬，而NDF含量和ADF含量与其相反，这与艾尼娃尔·艾合买提[25]的结论相近，与宋书红等[26]和胡守林等[27]研究的结果相反，可能是管理措施、不同气候和土壤条件的差异原因。在不同处理下草地早熟禾的CP含量和RFV排序，第1茬>第2茬>第3茬，而NDF和ADF含量与其刚好相反，从各茬次牧草营养分析，第1，4茬的紫花苜蓿营养品质显著低于第2，3茬，而第1，2茬的草地早熟禾营养品质高于第3茬，因此，提高第1，4茬紫花苜蓿以及第3茬草地早熟禾的牧草品质是获得最优质的牧草饲草的关键。

4 结论

在半干旱地区，草地早熟禾-紫花苜蓿轮作模式可明显提高紫花苜蓿的营养品质，紫花苜蓿-草地早熟禾轮作模式可明显提高草地早熟禾的营养品质；从不同处理下各茬次牧草的营养品质分析，第1,4茬的紫花苜蓿营养品质显著低于第2，3茬，而第1，2茬的草地早熟禾营养品质高于第3茬。因此，在牧草生产实践中，应广泛实施轮作种植，且抓好第1，4茬紫花苜蓿以及第3茬草地早熟禾的田间管理，是获得最优质牧草的关键。