基于不同生长度日的刈割对科尔沁沙地紫花苜蓿产量、品质和越冬率的影响

杨秀芳, 梁庆伟， 张晴晴， 娜日苏， 潘翔磊

(赤峰市农牧科学研究院， 内蒙古 赤峰 024031)

科尔沁沙地北部的阿鲁科尔沁旗草原退化沙化严重，为有效治理退化沙化草地，改善草原生态环境，当地政府自2006年开始探索试验种植节水灌溉紫花苜蓿(Medicagosativa)人工草地，截至目前，种植面积达百万亩，有效改善当地的生态环境，种植紫花苜蓿产量高质量好，为畜牧业发展提供了充足的优质饲草，2017年被国家标准化委员会确定为“全国紫花苜蓿种植示范区”之一。在本区域生产中，苜蓿种植企业和农牧民以现蕾至初花期来确定苜蓿收获时间，此判断依据会导致收获的紫花苜蓿品质差异较大。

生长度日(Growing degree-days，GDD)指在实际环境条件下，完成某一生育阶段所经历的累积有效积温值。在美国等国家常用GDD预测苜蓿收获时间和苜蓿质量。通常情况下，中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fiber，NDF)含量达到 40%时刈割的紫花苜蓿饲喂泌乳奶牛，可达到较高采食量。过晚刈割虽然干草产量有所提升，但蛋白质含量减少，酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber，ADF)含量增加，较低的消化率会导致奶牛采食量下降，从而导致奶牛产奶量下降[1]。Sulc等[2]在春季的同一日期对苜蓿进行收获，两次刈割干草的NDF相差10%，而依据GDD进行刈割，其NDF含量则仅相差 3%。Be′ langer[3]等研究表明，第2茬刈割后的GDD可以作为衡量这个间隔期的标准。王英哲[4]研究认为，在松辽平原地区，GDD达到 700时进行春季第一次刈割较为适宜。因不同地区气候条件的差异，各地区的紫花苜蓿生长期间的有效积温不一样，跨地区应用GDD预测不同年份苜蓿NDF的含量偏差较大。因此，本研究用GDD的方法，研究确定第1次和第3次刈割时间对科尔沁沙地紫花苜蓿产量、品质、越冬的影响，同时对可溶性糖、可溶性蛋白与苜蓿抗寒性关系进行探讨，为科尔沁沙地北部苜蓿种植区适宜刈割时间的确定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗绍根镇国家牧草产业技术体系试验示范基地，地理位置43°37′ N，120°22′ E，属于中温带半干旱大陆性季风气候区，年日照时数2 767～3 034 h，年积温为2 900～3 400℃，年平均气温为 5.5℃，极端最高气温40.6℃，极端最低气温—32.7℃，无霜期125～135 d，年平均降水量300～400 mm。试验地土壤有机质含量10.0 g·kg-1，碱解氮47 mg·kg-1，速效磷14.4 mg·kg-1，速效钾97 mg·kg-1，土壤为沙土。阿鲁科尔沁旗试验地1-4月份(2017-2018)气象数据见表1。气象资料由国家牧草产业技术体系试验示范基地提供。

表1 2017-2018年气象数据Table 1 Meteorological data in 2017 and 2018

1.2 试验材料与试验设计

试验材料为国外紫花苜蓿品种‘雪豹’(秋眠级3.0)，由北京佰青源畜牧业科技发展有限公司提供。于2016年6月26日播种，机械条播，行距20 cm，播种量18 kg·hm-2，小区面积6 m×7 m=42 m2，3次重复。播种当年未进行刈割。2017年设置6个第1次刈割时间，每个处理有不同的第2次、第3次刈割时间，组成刈割时间组合(表2)。试验期间根据土壤含水量及时进行灌溉，在越冬前和返青期分别灌溉越冬水和返青水，人工适时除杂草。播种时施基肥磷酸二胺150 kg·hm-2，有机肥450 kg·hm-2。

1.3 测定指标与方法

干草产量：留茬高度为5～8 cm，小区全部刈割测产，重复3次。取样200 g置于烘箱烘干后折算干草产量。

营养成分：粗蛋白(Crude Protein，CP)、NDF和ADF用近红外光谱技术测定。

相对饲喂价值(Relative Feed Value,RFV)：采用公式(1)～(3)计算。

DMI(%BW)=120/NDF(%DM)

(1)

DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)

(2)

RFV= DMI×DDM/1.29

(3)

其中DM (dry matter)为干物质，DMI(dry matter intake)为干物质采食量，DDM(digestible dry matter)为可消化干物质。

生长度日(GDD)：

GDDs=∑[(Tmax+Tmin)/2-Tb]

(4)

其中：Tmax为1天中的最高温度(℃)，Tmin为1天中的最低温度(℃)，Tb为作物发育基点温度。对于大多数苜蓿品种来说，保证生长的温度范围在5～35℃，当日均气温低于苜蓿生长的最低气温，或超过苜蓿生长的最高气温时，当天的GDD算为0[1]。第1次刈割GDD计算从3月1日的温度开始算起，第3次刈割GDD从第2次刈割后到第3次刈割之间的温度计算。

表2 刈割时间组合Table 2 Combination of three cutting times

生理指标：可溶性糖含量采用硫酸蒽酮法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定[5]。在2017年11月21日，采集所有处理苜蓿根系，实验室洗净，烘干至恒重，粉碎后测定。

越冬率：越冬率=存活总株数/植株总数×100%。于2018年苜蓿返青期测定。

1.4 统计方法

用SPSS11.5统计软件进行单因素方差分析、线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 基于不同GDD的刈割对紫花苜蓿干草产量的影响

由表3可知，第1次刈割干草产量随着GDD的增加先增加后降低，处理T1-1(600 GDD)的干草产量显著低于处理T3-1,T4-1,T5-1和T6(P<0.05)。第2次刈割处理T2-1(650 GDD)草产量最高，其次为处理T1-1，均显著高于处理T3-1,T4-1,T5-1和T6(P<0.05)。第3次刈割处理T3-1,T4-1,T4-2和T5-2干草产量极显著高于其他处理(P<0.01)，处理T1-1的干草产量最低。全年总产量排在前5位的处理有：T4-2,T4-1,T2-2,T2-1和T2-3，显著高于处理T1系列(P<0.05)，产量均高于13 300 kg·hm-2。在高于650 GDD以后进行第1次刈割，会显著降低第2次刈割的草产量。

2.2 基于不同GDD的第1次刈割对紫花苜蓿品质的影响

基于不同GDD下的第1次刈割紫花苜蓿CP、ADF、NDF和RFV差异显著(图1、图2、图3、图4)。从650 GDD开始的刈割处理，随着GDD的增加，CP逐渐降低，其中处理T2-1的CP含量最高，为18.15%，显著高于其他处理(P<0.05)。ADF的含量以处理T2-1最低，为34.0%，显著低于其他处理(P<0.05)。NDF从650 GDD开始的刈割处理，随着GDD的增加，NDF含量逐渐升高，其中处理T2-1的NDF最小，为40.6%，显著低于其他处理(P<0.05)。基于不同GDD下的第1次刈割RFV以处理T2-1最高，达143，显著高于其他处理(P<0.05)，其次为处理T3-1，为135。综合以上分析，处理T2-1，即在650 GDD时进行第1次刈割，可获得营养品质较高的苜蓿干草。

表3 不同组合的干草产量Table 3 The yield of alfalfa under different treatment combinations

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同

Note:The different lowercase letters in the same column mean significant difference at the 0.05 level;the different upcase letters in the same column mean extremely significant difference at the 0.01 level. The same as below

图1 不同GDD的第1次刈割对紫花苜蓿粗蛋白质含量的影响Fig.1 Effects of different GDD on CP of the first cutting alfalfa

图2 不同GDD的第1次刈割对紫花苜蓿酸性洗涤纤维含量的影响Fig.2 Effects of different GDD on ADF of the first cutting alfalfa

图3 不同GDD的第1次刈割对紫花苜蓿中性洗涤纤维含量的影响Fig.3 Effects of different GDD on NDF of the first cutting alfalfa

图4 不同GDD的第1次刈割对紫花苜蓿相对饲喂价值的影响Fig.4 Effects of different GDD on RFV of the first cutting alfalfa

2.3 基于不同GDD的第1次刈割紫花苜蓿品质性状与GDD的回归分析

以T2-1，T3-1，T4-1，T5-1和T6的品质性状与GDD进行回归分析，T1-1处理品质性状与GDD无线性回归关系，x的区间为[650，1 000]，建立线性回归方程见表4。随着GDD的增加，NDF和ADF含量逐渐增加，CP和RFV则越低。CP，ADF，NDF，RFV与GDD之间的回归关系是极显著的(F>F0.01=16.26)。其中，GDD每增加50℃，CP含量下降0.25%，RFV值下降3.25，NDF含量增加0.65%，ADF含量增加0.75%。通过NDF与GDD的线性回归方程可以计算出，在607 GDD时，苜蓿的NDF含量在40%左右，是苜蓿第1次刈割的最佳营养时期。

2.4 基于不同GDD的第3次刈割对紫花苜蓿越冬率、根颈可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

由表5可知，T2-2处理的越冬率最高，且T2系列所有处理的越冬率均极显著高于其他处理(P<0.01)。随着第3次刈割时间的推迟，处理T1系列、T2系列、T3系列根颈可溶性总糖含量均表现出先增加后降低的趋势。T1系列中，处理T1-3的可溶性糖含量极显著高于除T1-4的其他处理(P<0.01)；T2系列中，处理T2-2极显著高于系列里其他处理(P<0.01)；T3系列中，处理T3-2极显著高于系列里其他处理(P<0.01)。随着第3次刈割时间的推迟，处理T1系列、T2系列、T3系列根颈可溶性蛋白含量也表现出先增加后降低的趋势。其中处理T1-3，T2-2，T3-2的可溶性蛋白含量极显著高于系列里其他处理(P<0.01)。

表4 第1次刈割紫花苜蓿品质性状与GDD的回归分析Table 4 Linear regression analysis between nutritional properties and different GDD for the first cutting alfalfa

表5 不同GDD的第3次刈割对紫花苜蓿越冬率、根颈可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响Table 5 Effects of different GDD on root concentrations of soluble sugar and soluble protein of the third cutting alfalfa

2.5 越冬率、可溶性糖、可溶性蛋白和第2次刈割后GDD之间的相关分析

越冬率与可溶性糖、可溶性蛋白、第2次刈割后GDD都有正相关关系，与可溶性糖、可溶性蛋白的相关系数较高，分别为0.475，0.556，其中可溶性蛋白含量与越冬率的相关程度达到显著水平(P<0.05)。可溶性糖、可溶性蛋白与第2次刈割后GDD也有较高的相关性，相关系数分别为0.510，0.465，但相关性不显著。

表6 越冬率、可溶性糖、可溶性蛋白和第2次刈割后GDD之间的相关分析Table 6 Correlations between winter survival rate,soluble sugar,soluble protein and interval GDD of the second cutting

注：*P<0.05

Note:* indicates significant difference at the 0.05 level

3 讨论

3.1 基于不同GDD的第1次刈割对紫花苜蓿干草产量和品质的影响

紫花苜蓿第1次刈割时间的早晚会影响草的产量和品质，且会影响第2次刈割的产量，从而影响全年总干草产量[6-7]。基于不同GDD下的第1次刈割对紫花苜蓿草产量和品质的影响显著。第1次刈割干草产量随着GDD的增加先增加后降低，在大于650 GDD以后进行第1次刈割，会显著降低第2次刈割的干草产量，全年总干草产量以800 GDD刈割最高，其次为650 GDD。随着GDD的增加，苜蓿粗蛋白质含量逐渐降低，NDF含量逐渐升高，RFV逐渐降低。从回归分析结果看，第1次刈割GDD与CP含量、RFV值之间存在极显著负相关关系，与ADF、NDF含量之间存在极显著正相关关系，这与王英哲[4]的研究结果一致。根据不同GDD第1次刈割对紫花苜蓿品质性状的线性回归方程计算，在610～650 GDD时，苜蓿的NDF含量在40%左右，ADF含量在34%左右，CP含量在18%以上，RFV值140以上。

3.2 第2次刈割与第3次刈割间隔期GDD对紫花苜蓿越冬的影响

有研究表明，末次刈割与前茬之间的间隔期GDD对苜蓿越冬有一定的影响。与未第三茬刈割对比，第三茬刈割显著减少紫花苜蓿根系干重，尤其在第二茬刈割后的GDD为400 GDD时刈割[8]。还有研究认为，在吉林省中东地区，第二次刈割后1 000～1 100 GDD之间适宜进行末次刈割[9]。孙浩等[10]认为越冬危险期的存在受到前茬刈割后GDD值(580～800 GDD)以及距离杀霜日GDD值的共同作用(390～570 GDD)。本试验研究结果与前人研究有差异，紫花苜蓿的越冬率与前茬之间的间隔期GDD相关性不显著，即使在相同GDD下进行第3次刈割，苜蓿的越冬率差异极显著，越冬率表现最好的处理为T2系列。因此，苜蓿第1次刈割的早晚，已经决定了第2次和第3次刈割时间，二年生苜蓿建议在9月初前完成末次刈割更有利于越冬，这与王伟东等[11]的研究结果基本一致。

3.3 越冬前根颈可溶性糖、可溶性蛋白含量与紫花苜蓿越冬率的关系

刘磊[12]、陈立波[13]、陶雅[14]等研究表明，11月的根颈可溶性糖、可溶性蛋白在紫花苜蓿整个越冬期间为最高，因此本试验测定了11月份的这2项指标，以研究其与越冬率的关系。根系是植物吸收养分、转化和储藏营养物质的重要器官，研究表明，根颈中可溶性糖、可溶性蛋白含量与植物抗逆性存在相关关系[15]，与越冬率的关系复杂。秋季刈割会影响苜蓿根内可溶性糖和可溶性蛋白含量的积累，对翌年越冬率也有一定影响。有些学者认为，苜蓿越冬期可溶性糖和可溶性蛋白的积累量与抗寒能力相关性不显著[12-13,16]。但也有研究表明，在越冬前，可溶性蛋白与越冬率呈显著或极显著正相关[9]。王伟东等[11]等研究发现，在科尔沁沙地，随着末次刈割时间的推迟，苜蓿越冬率呈现先降低后升高的趋势，苜蓿根系可溶性糖含量呈先降低后增加的变化趋势。本试验结果与后两者相似，表明随着第3次刈割时间的推迟，处理T1系列、T2系列、T3系列根颈可溶性糖、可溶性蛋白含量均表现出先增加后降低的趋势，越冬率与可溶性蛋白呈显著正相关关系，与可溶性糖相关性不显著。

4 结论

在大于650 GDD以后进行第1次刈割，会显著降低第2次刈割的干草产量，从而影响全年干草产量；生长度日与第1次刈割紫花苜蓿营养品质性状CP、NDF、ADF和RFV有极显著相关性，与第2次刈割后GDD相关性不显著；苜蓿第1次刈割的早晚，决定了第2次和第3次刈割时间，二年生苜蓿在9月初前完成末次刈割更有利于安全越冬。因此，综合考虑苜蓿干草产量、品质和越冬，在科尔沁沙地，适宜在610～650 GDD进行第1次刈割，9月初前完成末次刈割。