多次刈割对黄土高原地区燕麦干草产量和营养品质的影响

徐然然，杨天辉，常生华，刘永杰，贾倩民，侯扶江

（1. 兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室 / 兰州大学草地农业教育部工程研究中心 / 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2. 宁夏农林科学院动物科学研究所，宁夏 银川 750002）

燕麦(Avena sativa)是禾本科燕麦属一年生植物，其产量高，饲用品质优良，且籽粒中含有多种氨基酸和可溶性膳食纤维，是一种典型的粮饲兼用型作物[1]。燕麦主要种植区位于40° N-60° N[2]，经过长期演化和驯化，它具有对寒冷气候和贫瘠土壤较强的适应性[3]。在我国西北部地区，很多燕麦品种具有开花早、成熟快、生长季短等特点，已经大面积推广种植[4]。然而，随着我国畜牧业的迅速发展，饲料短缺现象愈发严重，燕麦作为我国第一大禾本科商品草，其进口量持续增长，饲草缺口不断扩大[5]。因此，大力发展燕麦对促进畜牧业可持续发展具有重要意义。

我国黄土高原地区植被覆盖率低，水资源匮乏且水土流失严重，机械化生产难以实现[6]。随着当地人口的持续增加以及不合理的土地管理措施，风蚀和水土流失日益严重，该地区农业、经济和生态的健康发展受到严重制约[7-8]。栽培草地具有青饲、调制干草和放牧利用等功能[9]；与传统农作物生产相比，栽培草地生产对气候和土地资源的利用更高效，生产的有机物质产品更加多样化[10]。建设和利用栽培草地是畜牧业现代化的重要标志[11]，既可以解决家畜冬、春季饲草料不足的问题，同时可以缓解天然草地的放牧压力[12-13]。在黄土高原建植栽培草地是改变该地区土地利用方式，促进生态和经济协调发展的有效途径[14]。

放牧和割草是草地利用的两种方式，其中刈割是一种常见和重要的管理措施[15-16]。不同时期刈割对燕麦的产量和营养品质的影响各异。众多研究证实，在营养生长期对燕麦进行刈割，其粗蛋白含量高，粗纤维含量低，营养品质较好[17-18]。但是，赵世峰等[19]认为，虽然在燕麦生长前期刈割的鲜草产量高，但干物质产量低，饲草的利用率不高。马春晖和韩建国[20]研究发现，单位面积的粗蛋白产量随着刈割时期的推迟而增大。牧草在受到外界干扰的情况下具有补偿性和均衡性生长的特性，刈割管理正是通过牧草的这一特性来提高牧草产量[21-22]。适当的刈割频次一方面能够提高牧草的生产力，另一方面通过提升牧草中粗蛋白和粗灰分含量，降低酸性洗涤纤维含量，从而改善牧草品质[23]。综上所述，不同刈割时期及频次对燕麦产量和品质影响的研究结果存在差异，燕麦草地的适宜管理方式仍需进一步研究。为此，本研究在黄土高原地区探讨多次刈割和常规刈割对燕麦干草产量和营养品质的影响，以期确定适宜的燕麦草地利用方式，为优化该地区栽培草地管理措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于甘肃省榆中县夏官营镇兰州大学榆中草地农业系统综合试验站(35°54′ N，104°05′ E)，属于西北内陆半干旱地区。海拔1 961 m，年均气温8.6 ℃，年均降水量 381.8 mm，年均蒸发量1 406.8 mm，降水多集中在6 月-8 月，占全年降水量的50%～80%。属温带大陆性季风气候，全年日照时数 ＞ 2 600 h，无霜期达120 d，＞ 0 ℃平均年积温3 052.7 °C·d。

1.2 试验设计与田间管理

试验于2012 年4 月和2013 年4 月开展，采用完全随机区组设计，设常规刈割和多次刈割两个处理，4 次重复，共8 个小区。小区面积为3 m × 5 m，小区间设1 m 保护行。燕麦品种为新西兰的Makura(A. sativa ‘Makura’)。每年在播种前翻耕、清除杂草及灌溉，翻耕深度30 cm，播前漫灌42 mm。所有处理燕麦均条播，行距25 cm，播种量6 kg·hm-2。多次刈割处理每20 d 左右刈割一次，每年共刈割5 次(M1、M2、M3、M4和M5)，每 次 刈 割 后 撒 施75 kg·hm-2尿素，灌水52 mm。常规刈割处理的全年施肥量和灌水量与多次刈割相同，在播种前和燕麦拔节期分别施尿素150 和225 kg·hm-2，在燕麦苗期和拔节期分别灌水100 和160 mm。于2012 年4 月下旬播种，6 月29 日使用镰刀人工进行第1 次刈割(M1)，留茬高度5 cm。2013 年于4 月下旬播种，6 月21 日进行第1 次刈割，第5 次刈割(M5)时间为9 月12 日，田间管理措施与2012 年相同。

1.3 指标测定方法

多次刈割处理在每次刈割前测定植株绝对高度、分蘖数以及地上生物量。5 次刈割的燕麦株高或分蘖数的平均值作为平均株高或平均分蘖数，用5 次刈割的燕麦株高或分蘖数之和计算株高累积量或总分蘖枝条数。各小区随机选取1 m2牧草刈割，立即称量获得鲜重，之后在65 ℃烘箱内烘至恒重获得牧草干重，5 次刈割的干草产量之和作为多次刈割处理的总干草产量。干草粉碎后密封干燥储存，用于营养成分的测定。常规刈割处理在燕麦成熟期进行刈割，采样方法同多次刈割处理。燕麦粗灰分(Ash)含量使用GB/T6438-92燃烧法在马弗炉(LE14/16/R6, Nabertherm, Germany)灰化至恒重测定[24]；粗脂肪(ether extact, EE)含量采用索氏脂肪提取法使用脂肪测定仪(XT15, Ankom,America)测定[25]；粗蛋白(crude protein, CP)含量采用凯氏定氮法使用凯氏定氮仪(Kjeltec 2300, Foss Tecator, Sweden)测定[26]；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量采用范式洗涤纤维分析法[27]，在纤维测定仪(2000, Ankom, America)中测定。各营养成分产量通过燕麦产量和营养成分含量计算。

1.4 数据处理与统计分析

使用Microsoft Excel 2010 统计数据和建立燕麦干草产量与营养品质含量的线性回归方程，利用Origin 2017 软 件 作 图。使 用SPSS 24.0 软 件 对5 次刈割的燕麦株高、分蘖数、干草产量及营养成分含量进行单因素分析。多次刈割与常规刈割处理的比较使用T 检验；多次刈割下干草产量与营养品质含量的关系使用简单线性相关分析。

2 结果与分析

2.1 株高

两年试验中，多次刈割对燕麦的株高有显著影响(P＜0.05) (图1)。2012 年M1、M2和M3各处理之间的株高无显著差异(P ＞ 0.05)，三者均显著高于M4和M5(P＜0.05)。2013 年M2处理的株高显著高于M4和M5，M1、M3和M4各处理之间差异不显著(P ＞ 0.05)，三者均显著高于M5(P＜0.05)。两年多次刈割处理的平均株高显著低于常规刈割(P ＜0.05)，但株高累积量显著高于常规刈割(P＜0.05)，2012 年和2013 年较常规刈割分别提高60.2%和153.9% (表1)。

图 1 多次刈割下燕麦的株高Figure 1 Plant height of oat under multiple mowing

表 1 不同处理下燕麦的株高、分蘖数和产量Table 1 Plant height, tiller number, and yield of oats under different treatments

2.2 分蘖数

两年在多次刈割下M2的分蘖数最多，显著高于 其 他 刈 割 茬 次(P＜0.05) (图2)。2012 年，M2、M3和M4的分蘖数显著高于M5，分别比M5高45.9%、23.7%和13.7%。2013 年，M1、M2、M3和M4的分蘖数显著高于M5，分别比M5高26.4%、74.6%、35.0%和16.4%。两年多次刈割处理的平均分蘖数均低于常规刈割，但总分蘖枝条数显著高于常规刈割，2012 和2013 年较常规刈割处理分别增加289.3%和 343.8% (表1)。

图 2 多次刈割下燕麦的分蘖数Figure 2 Tiller number of oat under multiple mowing

2.3 干草产量

两年多次刈割处理各茬干草产量大小均为M2＞M1＞ M3＞ M4＞ M5，各处理间差异显著(P＜0.05)(图3)。2012 年，M1、M2、M3和M4的干草产量分别 比M5高442.2%、 588.3%、 341.7%和167.4%，2013 年分别高410.5%、456.2%、280.7%和123.1%。两年多次刈割处理5 茬草的平均干草产量显著低于常规刈割，但总干草产量显著高于常规刈割，2012 和2013 年较常规刈割处理分别增加16.3%和36.7% (表1)。

图 3 多次刈割下燕麦的干草产量Figure 3 Hay yield of oat under multiple mowing

2.4 营养成分含量

2012 年M1和M2的NDF、ADF 和CP 含 量 显著高于M3、M4和M5(P＜0.05)，M1的Ash 含量显著低于M2、M3、M4和M5，而EE 含量却显著高于这4 个 处 理(表2)。2013 年，M1的NDF 含 量 显 著高于M4，而与M2、M3和M5差异不显著(P ＞0.05)；M1和M2的ADF、CP、EE 含 量 显 著 高 于M5，而Ash 含量显著低于M5。以上结果表明，随着刈割茬次的增加，NDF、ADF、CP 和EE 含量降低，燕麦的营养品质下降。

表 2 不同处理下燕麦的营养成分含量Table 2 Nutritional content of oats under different treatments

两年多次刈割处理的平均NDF 和ADF 含量显著 低 于 常 规 刈 割(P＜0.05)，而 平 均Ash、CP 和EE 含量两者差异不显著(P ＞ 0.05)。与常规刈割相比较，2012 年M1和M2处理的粗蛋白含量提高22.8%和28.7%，2013 年提高32.4%和33.3%(表2)。以上结果表明，与常规刈割相比，虽然多次刈割处理的平均CP 含量没有显著增加，但明显提高了前两次刈割的CP 含量。

2.5 营养成分产量

2012 年M2的NDF、ADF、Ash、CP 产量显著高于M1、M3、M4和M5，M1和M2的EE 产量显著高于M3、M4和M5(P＜0.05) (表3)。2013 年M1和M2的NDF、ADF、Ash、CP 和EE 产量显著高于M3、M4和M5。以上结果表明，第2 次刈割的燕麦营养成分产量较高，之后随着刈割茬次的增加，燕麦的营养成分产量下降。

2012 年多次刈割处理的NDF 和ADF 总产量与常规刈割无显著差异，而Ash、CP 和EE 总产量显著高于常规刈割，分别比常规刈割高26.9%、37.9%和17.2% (表3)。2013 年多次刈割处理的Ash、CP 和EE 总产量分别比常规刈割显著高出39.8%、66.0%和17.2% (P＜0.05)，而ADF 总产量显著低于常规刈割20.0% (P＜0.05)。以上结果表明，多次刈割较常规刈割显著提高了Ash、CP 和EE 总产量，降低了NDF 和ADF总产量，这有利于高品质燕麦的生产。

2.6 干草产量与营养品质的关系

在多次刈割和常规刈割下，燕麦干草产量与分蘖数极显著正相关(P＜0.01) (表4)。多次刈割下燕麦干草产量与ADF 含量和EE 含量极显著正相关(P＜0.01)，常规刈割下与ADF 含量和EE 含量极显著负相关(P＜0.01)。多次刈割下燕麦干草产量与Ash 含量极显著负相关(P＜0.01)，常规刈割下与Ash 含量显著负相关(P＜0.05)。

2012 和2013 年干草产量与CP 含量呈多项式线性回归方程(图4A)，决定系数(R2)分别为0.924 7和0.930 8，相关关系极显著(P＜0.01)，拟合效果较好，两年CP 含量随干草产量的升高明显上升。2012 年干草产量与EE 含量的关系为指数线性回归方程(图4B)，R2为0.131 4 (P ＞ 0.05)；2013 年干草产量与EE 含量的关系呈多项式线性回归方程，R2为0.668 2 (P＜0.05)，EE 含量随干草产量的升高明显上升。2012 和2013 年干草产量与NDF 含量呈多项式线性回归方程(图4C)，R2分别为0.802 0 (P ＜0.01)和0.367 2 (P ＞ 0.05)。2012 和2013 干草年产量与ADF 呈幂线性回归方程(图4D)，R2分别为0.877 2(P＜0.01)和0.577 8 (P＜0.05)，ADF 含量随干草产量的升高明显上升。2012 和2013 年干草产量和Ash呈多项式线性回归方程(图4E)，R2分别为0.313 4(P ＞ 0.05)和0.722 5 (P＜0.01)，两年Ash 随干草产量的降低明显下降。

表 3 不同处理下燕麦的营养成分产量Table 3 Nutritional component yield of oats under different treatments

表 4 干草产量与株高、分蘖数及营养成分含量之间的person 相关系数Table 4 Person correlation coefficient between hay yield and plant height, tiller number, and nutrient content

图 4 干草产量与各营养成分含量的关系Figure 4 Relationship between hay yield and nutritional content

3 讨论

产草量是株高、分蘖数、茎粗、生长速率等各项指标的综合表现，它是衡量燕麦品种优劣的主要依据[28]。一些研究表明，在燕麦生长初期株高增加缓慢，在拔节至抽穗期急剧增长[29-30]。Volence等[31]研究表明，牧草的株高、分蘖数和株丛密度对牧草产量影响极显著(P＜0.01)，其中以分蘖数的作用最大。杨天辉等[32]以多次刈割模拟轮牧的研究表明，4 个黑麦草品种的分蘖数、株高、草产量均随刈割次数的增加而增加，多次刈割显著(P ＜0.05)提高了所有黑麦草品种的产量。这可能是由于多次刈割可解除牧草的顶端优势，且牧草具有补偿性生长的特征[21-22]，从而提高产草量。本研究结果与以上研究相似，在多次刈割下两年的燕麦株高累积量、总分蘖枝条数和总干草产量显著(P ＜0.05)高于常规刈割。相关分析也表明，在多次刈割下干草产量与分蘖数的相关性明显高于株高，说明分蘖数对产量的作用较大，这与Volence 等[31]的研究结果一致。雷抒情等[33]研究表明，在燕麦生长期多次刈割有利于产量的增加，原因可能是燕麦在多次刈割的条件下可解除顶端优势，刺激茎叶生长，从而使产量增加。本研究与雷抒情等[33]的研究结论一致，在多次刈割下的总干草产量显著(P＜0.05)高于常规刈割。本研究还发现，在多次刈割下，第2 次刈割(M2)的分蘖数和干草产量显著高于其他茬次。这可能是由于在进行第1 次刈割后，燕麦解除了顶端优势，茎叶生长加快。另外，这也与降水、气温、土壤养分等环境因素有关，第1 次刈割后正好进入雨季，气温也达到全年最高，土壤养分充足且速效养分增加，从而使燕麦快速生长，以上原因仍需今后进一步的研究和证实。

牧草的营养品质是评价栽培草地的重要指标，影响着畜产品的产量和品质[34]。从麦类作物的刈割期来看，随着生育期的延长，粗蛋白含量下降，粗纤维含量增加[35]。本研究结果与上述相似，与多次刈割相比，常规刈割延长了燕麦的生育期，其酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量显著增加，粗蛋白含量略有下降。产生以上结果的原因可能是，多次刈割可解除燕麦顶端优势，刺激茎叶生长，从而提高燕麦的产量与品质。成慧等[36]研究表明，小麦(Triticum aestivum)、燕麦和黑麦(Secale cereale) 3 种小谷物在多次刈割模拟放牧下的粗蛋白产量均显著高于常规籽实生产，粗纤维含量较常规籽实生产分别低 42.9%、53.0%和21.9%。杨天辉等[32]研究发现，与常规干草收获相比，多次刈割显著(P＜0.05)降低了黑麦草的粗纤维含量，显著(P＜0.05)提高了粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量；并且多次刈割处理使3 个高糖黑麦草的草产量、粗蛋白和粗脂肪的产量增加。本研究结果与以上相似，两年试验多次刈割较常规刈割显著降低平均酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量，提高平均粗蛋白、粗灰分含量，并且显著提高了粗蛋白、粗脂肪和粗灰分的产量，降低了酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的产量。综上所述，在黄土高原地区多次刈割较常规刈割显著提高了燕麦干草产量，并改善其营养品质。

4 结论

多次刈割较常规刈割显著提高燕麦的株高累积量、总分蘖枝条数和总干草产量，并且显著降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量，提高粗蛋白和粗灰分含量，改善了燕麦的营养品质。多次刈割较常规刈割显著提高粗蛋白、粗灰分和粗脂肪的产量，获得了更多的营养物质。因此，多次刈割是一种黄土高原地区燕麦草地的合理利用方式。