青藏高原东北缘不同草地类型牧草营养品质动态

张春林，韩向敏，郎 侠，王彩莲

（1. 甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070）

天然牧草作为放牧家畜赖以生存的营养物质，是草地畜牧业可持续发展的物质基础[1]。牧草营养品质不仅直接决定放牧家畜的生长发育，也间接影响畜产品的质量和数量[2]。牧草中可消化营养物质含量的高低影响放牧家畜对牧草的消化率，从而影响其生产性能和经济效益。天然草地是发展畜牧业和平衡生态系统的重要组成部分，研究不同类型放牧草地牧草的营养品质动态变化，能够对放牧家畜的营养状况进行全面合理的分析，进而合理利用放牧草地、确定各放牧地区放牧家畜的补饲量、保证不同类型放牧草地畜牧业可持续发展。关于草地区域及植被类型对产草量和牧草品质的影响以及气候和土壤因子等对牧草营养品质的作用已有较为深入的研究[3]。牧草营养品质在不同的生长期存在较大差异[4-5]，目前对牧草的营养品质研究主要集中在冬、夏季牧场和优势种群牧草等方面[6-10]，但对不同草地类型牧草营养品质的发育变化研究较少。因此，本研究针对玛曲县不同草地类型牧草的营养品质动态进行研究，旨在为放牧家畜营养饲养管理提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

甘肃省甘南藏族自治州(以下简称甘南)玛曲县位于青藏高原东北部，甘南藏族自治州西南部，100°45′-102°29′ E，33°06′-34°30′ N。总面积为95.42 万 hm2，其中，草地面积 88.11 万 hm2，可利用草地面积 85.1 8 万 hm2。海拔 3 300～4 806 m。玛曲县属青藏高原寒冷气候区，年平均气温1.1 ℃，年日照时长 2 583.9 h，辐射 33 kJ·cm-2，年降水量615.5 mm，蒸发量 1 353.4 mm，年相对无霜期仅 19 d。牧草一般于4月下旬开始萌发，9月中旬枯黄，青草期 120 d 左右，枯草期长达 240 d[11]。

1.2 试验设计

试验分别于牧草返青前期(2017年5月18日)、青草期(2017年7月19日)和枯黄期(2017年10月20日)，在甘肃甘南玛曲阿万仓乡、欧拉乡、曼日玛乡和尼玛镇选择4个不同类型的禁牧草地[高寒草甸(H)、灌丛草地(G)、沼泽化草甸(D)、山地草甸(S)]，每个草地类型选择具有代表性的试验区，利用 0.5 m × 0.5 m 样框随机取 5 个样方。在样方内取样，离地面2～3 cm刈割，将样方内不可食和有毒有害植物剔除，然后新旧牧草一起装入采样袋置于阴凉处，带回实验室放入105 ℃烘箱内杀青 20～30 min，后降温至 60～70 ℃，烘干 16～18 h，恒重之后粉碎过0.425 mm筛装入6号封口袋密封保存，用于指标测定。采用体外发酵法测定牧草体外消化率，并测定牧草总能(GE)、干物质(DM)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)、粗灰分(Ash)、矿质元素钙(Ca)和磷(P)。

1.3 营养成分测定

常规营养成分测定参照《动物营养学实验教程》[12]。总能采用氧弹式热量计测定；干物质采用烘干法；粗蛋白采用半微量凯氏定氮法测定；粗脂肪采用索氏提取法；灰分采用灰化法；矿质元素钙采用高锰酸钾法；矿质元素磷采用钒-钼黄比色法；酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维测定均采用Van soest纤维分析法[13]。

1.4 体外发酵测定方法与指标

1.4.1 试验动物及瘤胃液的采集

选择5只安装有永久性瘘管的健康兰州小尾寒羊，于早晨07：00空腹在瘤胃多个位点采集瘤胃液，将釆集后的瘤胃液即刻装入事先39 ℃预热并通入CO2置换出瓶中空气的保温瓶内，然后再次通入CO2排出瓶口的空气，用瓶塞迅速盖严保温瓶口，并迅速带回实验室。在配制人工瘤胃液之前，将采集的瘤胃液充分混合后经4层纱布过滤处理。

1.4.2 培养液配制

参照孙鹏飞等[14]以及Menke和Steingass[15]的方法准备人工瘤胃营养液(表1)，按照一定的顺序和比例配制混合营养液：474 mL 蒸馏水 + 0.12 mL溶液 A + 237 mL 溶液 B + 237 mL 溶液 C + 1.22 mL溶液D + 50 mL溶液E，并将人工瘤胃营养液与瘤胃液以体积比为2∶1混合，即为培养液。

1.4.3 测定指标与方法

利用美国ANKOM DaisyⅡ型自动体外模拟培养箱，进行体外发酵试验。每个牧草样品设置3个重复，每个重复准确称取样品(1.000 0 g)放入已知重量的 0.037 4 mm 尼龙袋中。尼龙袋尺寸为 3.0 cm ×5.5 cm。将装好样品的尼龙袋放入发酵罐中，同时每个发酵罐装入一个不装任何样品的尼龙袋为空白对照消除系统误差，同一批次培养中共4个发酵罐(3 000 mL)，然后将发酵罐放入体外培养箱中预热至39 ℃。之后取出通入二氧化碳排出氧气，装入1 600 mL 预热 (39 ℃)的培养液 (无色状态)，最好通入二氧化碳排出氧气放入培养箱中培养。于48 h后，快速取出尼龙袋，立即放入冷水中，终止发酵。取出的尼龙袋用39 ℃温水轻轻冲洗，至其表面干净为止，最后置于磁盘中烘干至恒重，并计算体外干物质消化率(IVDMD)。然后将3个重复取出粉碎混合均匀，按照常规营养分析方法测定体外有机物消化率(IVOMD)、体外酸性洗涤纤维消化率(IVADFD)以及体外中性洗涤纤维消化率(IVNDFD)。

IVDMD = (发 酵 底 物 重 × DM- 发 酵 残 渣 的DM 量)/(发酵底物重 × DM) × 100%；

IVOMD = (发 酵 底 物 重 × OM- 发 酵 残 渣 的OM 量)/(发酵底物重 × OM) × 100%；

IVNDFD = (发酵底物重 × NDF-发酵残渣的NDF 量)/(发酵底物重 × NDF) × 100%；

IVADFD = (发酵底物重 × ADF-发酵残渣的ADF 量)/(发酵底物重 × ADF) × 100%。

1.5 数据处理与分析

试验数据用Excel 2010进行初步整理统计后，采用SAS 9.4对不同季节各类牧草中概略养分和消化率进行单因素ANOVA分析，并用LSD法进行多重比较。对于重复测量数值采用Mixed模型进行分析，统计模型如下：

式中：μ为总体平均数；S为季节 (i= 5, 7, 10)，固定效应；T为草地类型 (j= 1, 2, 3, 4)，固定效应；C为样品个数 (k= 1, 2, 3, ···, 20)，随机效应；ε为残差。

2 结果与分析

2.1 概略养分

2.1.1 干物质

生育期以及生育期和草地类型交互对草地牧草 DM含量均有极显著作用 (P＜0.01)，青草期DM显著低于返青前期和枯黄期(P＜0.05)，平均值为27.06%～35.21%；草地类型对所选草地牧草DM含量作用不显著(P＞0.05)。山地草甸、沼泽化草甸和高寒草甸DM返青前期显著高于枯黄期，灌丛草地DM返青前期与枯黄期差异不显著(表2)。

表 2 生育期对4种草地类型牧草概略养分的影响Table 2 Effect of the growth period on the general nutrients of natural herbage in four grassland types

2.1.2 粗蛋白

生育期对牧草CP含量有极显著作用(P＜0.01)，青草期CP显著高于返青前期和枯黄期(P＜0.05)，平均值12.33%～13.67%；草地类型对牧草CP含量作用不显著(P＞0.05)；两者交互作用显著(P= 0.016 1)。山地草甸和高寒草甸 CP 枯黄期显著高于返青前期，沼泽化草甸和灌丛草地CP返青前期与枯黄期差异不显著 (P＞0.05)(表 2)。

2.1.3 粗脂肪

生育期对牧草EE含量有极显著作用(P＜0.01)，青草期和枯黄期EE显著高于返青前期(P＜0.05)，平均值分别为3.76%～4.49%、3.08%～3.70%；草地类型对牧草EE含量作用不显著(P＞0.05)；生育期与草地类型交互作用不显著。山地草甸EE青草期

显著高于枯黄期，其他3种草地青草期EE与枯黄期差异不显著(表2)。

2.1.4 中性洗涤纤维

生育期除了对山地草甸NDF含量有显著作用(P= 0.039)，对其他3种草地牧草NDF含量有极显著作用(P＜0.01)，青草期NDF显著低于返青前期和枯黄期 (P＜0.05)，平均值 28.13%～40.78%；草地类型对牧草NDF含量作用不显著(P＞0.05)；生育期与草地类型交互作用极显著 (P= 0.009 1)。高寒草甸NDF返青前期显著高于枯黄期，其他3种草地牧草返青前期NDF与枯黄期差异不显著(表2)。

2.1.5 酸性洗涤纤维

生育期对牧草ADF含量有极显著作用(P＜0.01)，青草期显著低于返青前期和枯黄期(P＜0.05)，草地类型对牧草ADF含量作用极显著；生育期与草地类型交互作用极显著。山地草甸ADF返青前期显著高于枯黄期，其他3种草地牧草返青前期ADF 与枯黄期差异不显著 (P＞0.05)(表 2)。

2.1.6 粗灰分

生育期除对灌丛草地Ash含量有显著作用(P＜0.05)，对其他3种草地牧草Ash含量无显著作用(P＞0.05)；草地类型对牧草Ash含量作用极显著(P＜0.01)；生育期与草地类型交互作用不显著。灌丛草地Ash返青前期显著高于青草期和枯黄期，青草期Ash与枯黄期差异不显著(表2)。

2.2 总能和矿物元素

2.2.1 总能

生育期除了对高寒草甸GE含量有显著作用(P＜0.05)，对其他3种草地牧草GE含量有极显著作用(P＜0.01)，枯黄期GE显著高于返青前期，返青前期GE在生育期内最低；草地类型对所选草地牧草GE含量作用极显著；生育期与草地类型交互作用极显著。山地草甸和灌丛草地GE青草期显著低于枯黄期，沼泽化草甸和高寒草甸GE青草期与枯黄期差异不显著 (P＞0.05)(表 3)。

2.2.2 钙元素

生育期对牧草Ca含量有极显著作用(P＜0.01)；草地类型对牧草Ca含量作用不显著(P＞0.05)；生育期与草地类型交互作用极显著(P＜0.01)(表3)。

2.2.3 磷元素

生育期对4种草地类型牧草的P含量有极显著作用(P＜0.01)，青草期P含量显著高于返青前期(P＜0.05)，平均值为 0.05%～0.10%；草地类型对牧草P含量作用不显著(P＞0.05)；生育期与草地类型交互作用极显著 (P＜0.01)(表 3)。

2.3 体外消失率

2.3.1 干物质消失率

生育期对牧草DM消失率有显著作用(P＜0.05)，青草期DM消失率显著高于返青前期和枯黄期，平均值为60.88%～67.61%；草地类型对DM消失率作用不显著(P＞0.05)；生育期与草地类型交互作用不显著。灌丛草地DM消失率枯黄期显著高于返青前期，其他3种类型草地DM消失率返青前期与枯黄期差异不显著(表4)。

2.3.2 有机物消失率

生育期对牧草OM消失率有显著作用(P＜0.05)，山地草甸、灌丛草地和高寒草甸牧草在青草期OM消失率显著高于返青前期和枯黄期，平均值为59.28%～66.52%；草地类型对牧草OM消失率作用显 著 (P= 0.026 1)； 生 育 期 与 草 地 类 型 交 互作用显著 (P= 0.048 9)。灌丛草地 OM 消失率枯黄期显著高于返青前期，另外3种类型草地OM消失率返青前期与枯黄期差异不显著(P＞0.05)(表4)。

2.3.3 中性洗涤纤维消失率

生育期对牧草NDF消失率有显著作用(P＜0.05)，青草期 NDF消失率在 25.38%～41.80%；草地类型对牧草NDF消失率作用不显著(P＞0.05)；生育期与草地类型交互作用极显著(P＜0.01)(表4)。

2.3.4 酸性洗涤纤维消失率

生育期对草地牧草ADF消失率无显著作用(P＞0.05)，青草期 ADF 消失率平均值为 30.74%～41.36%；草地类型对试验草地牧草ADF消失率作用显著 (P= 0.018 2)；生育期与草地类型交互作用不显著 (P= 0.077 0)。灌丛草地 ADF 消失率在青草期显著高于返青前期(P＜0.05)，高寒草甸ADF消失率枯黄期显著低于返青期和青草期(表4)。

3 讨论

3.1 生育期对天然牧草概略养分的影响

牧区天然牧草的养分含量是影响牧草营养品质和放牧家畜生长、生产的重要因素。本研究测得不同草地不同生育期牧草营养成分中，除了Ash外，其余营养成分均受生育期显著影响(P＜0.05)。对玛曲高寒草甸天然牧草营养品质的研究[16]发现，夏季牧草品质高于冬季。在研究西藏不同季节高寒牧草的营养价值中发现，7月牧草的CP、EE和 Ash显著高于 11月，而 CF、NDF和ADF显著低于11月[17]。Ash变化规律与本研究不一致，可能与草地类型、气候、土壤和人为活动有关。杜雪燕等[18]利用CNCPS体系测定三江源区不同物候期天然牧草营养成分，发现CP和碳水化合物在不同的物候期都有差异，返青期6月CP显著高于8月和10月，青草期8月NDF和ADF显著低于枯黄期10月。对内蒙古不同牧草生长期牧草营养成分含量的研究[19]发现，枯黄期CP最低，NDF最高。对西藏那曲牧草营养价值季节变化的研究[20]发现，夏季CP和EE显著高于冬季，NDF和ADF显著低于冬季。牧草CP和EE含量在生育期内的变化规律呈“单峰”型曲线，NDF、ADF和DM含量变化规律呈“V”型曲线[11]。本研究结果与此相似。对内蒙古东苏旗不同季节牧草营养价值的研究[21]发现，Ash夏季3.74%～22.29%，秋季4.03%～14.39%，冬季3.13%～9.54%，本研究Ash含量介于该范围之内。

表 3 生育期对4种草地类型牧草总能和矿物元素的影响Table 3 Effect of growth period on energy and mineral elements of natural pasture in four grassland types

3.2 生育期对天然牧草能量、钙、磷元素的影响

牧草中GE、Ca和P含量不仅受牧草的种类和生育期影响，还与草地类型、± 壤类型和气候条件有关，同时受放牧家畜与人类活动的干扰。本研究中，生育期对Ca和P矿物元素有显著影响(P＜0.05)，与吴发莉[8]研究结果相似。韩小东等[22]研究发现地域和季节对Ca、P含量影响显著，高原高寒牧草在不同时期表现出Ca高、P低规律，与本研究结果一致。Ca含量冷暖季相当，正常在0.3%～5.5%。P含量冷季正常在0.03%～0.09%，暖季正常在0.19%～0.27%[23]。本研究中，Ca含量0.11%～0.23%，低于正常值；P含量冷季0.01%～0.11%，在正常范围内；P含量暖季0.06%～0.10%，低于正常范围。出现这种情况，可能是气候和地域的不同所引起的，因此甘南牧区应特别注意保证放牧家畜Ca和P平衡以满足其生长和生产性能。对玛曲县高寒草甸天然牧草GE的研究[16]发现，夏冬季牧草GE差异不显著。对新疆沙尔套山天然牧草营养物质四季变化的研究[24]发现，GE与草地类型、牧草种类、气候和海拔显著相关。不同草地类型的优势牧草科和所占比例不一样，同时不同科牧草的营养物质含量也存在较大的差异性，例如豆科的CP含量是禾本科的3～4倍，但是禾本科的纤维含量较高，而季节主要通过气候影响不同草地类型牧草的产量，对牧草的种类影响较小，除非气候差异较大且时间较长。本研究发现，草地类型对GE有显著性影响，与文献[16, 24]结果一致。

表 4 生育期对4种草地类型牧草体外消失率的影响Table 4 Effect of growth period on the digestibility of natural herbage in four grassland types

3.3 生育期对天然牧草消化率的影响

消化率是评价牧草营养品质的重要指标之一，不仅受牧草种类和生育期的影响，还同草地类型、气候和家畜自身有关。本研究中，生育期对NDF消失率、OM消失率和DM消失率有影响，草地类型对ADF消失率、OM消失率有显著影响。夏季牧草的纤维含量显著低于冬春季牧草，作为植物细胞壁成分，包括半纤维、纤维素、木质素、硅酸盐和极少量的蛋白质[25]。随着植物的逐渐成熟，纤维类物质组成和结构发生变化，然后相互交连形成复杂难消化结构性碳水化合物，瘤胃微生物就很难将其降解消化。沙尔套山天然牧草OM消失率四季变化显示，7月37.10%～84.45%高于其他月份[24]。本研究中，青草期OM消失率在59.28%～66.52%，在正常范围内。梁建勇等[26]采用半体内法研究玛曲县2010-2012年高寒草地牧草DM瘤胃消化率季节动态变化中发现，DM瘤胃消化率在6、7月达到峰值，分别为71.56%、67.05%。樊金富和金海[19]采用体内法研究放牧奶牛对不同生长期牧草的DM消化率中发现，枯黄期DM消化率显著低于生长旺盛期。对西藏那曲不同月份牧草DM消失率变化的研究[20]发现，夏季显著高于冬季。本研究中，青草期DM消失率显著高于枯黄期，平均值为60.88%～67.61%，低于梁建勇等[26]研究结果，可能与采样时间、测定方法、气候有关。

4 结论

甘南玛曲天然牧草营养品质发育变化较大。生育期对玛曲天然牧草DM、CP、EE、NDF、ADF、GE、Ca、P、NDF消失率、OM消失率和DM消失率有显著影响 (P＜0.05)，对 Ash 无显著影响 (P＞0.05)；草地类型对玛曲天然牧草ADF、Ash、GE、ADF消失率和OM消失率有显著影响；生育期 ×草地类型交互作用对DM、CP、NDF、ADF、GE、Ca、P、NDF消失率和OM消失率有显著影响。