黄土高原多次刈割提高长叶车前的产草量和营养品质

姜玮琦，杨天辉, ，侯扶江

（1. 农业农村部草牧业创新重点实验室 / 兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 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 750000）

近年来，全世界的肉类消费总量增幅超过70%，中国的肉类消费总量已经占世界近1/3[1]。人口的增加以及人类对动物性食品的刚性需求导致饲草供应压力增加，人类食品安全的本质在一定程度上是饲草安全[2]。开发优质的牧草资源，构建安全、高产、优质的多元化饲草生产体系是人类亟待解决的问题之一。栽培草地的研究以往多集中于豆科和禾本科等优质饲草，对营养品质高、又可促进饲料转化的功能性饲草报道较少。

草地的产草量和牧草品质决定着家畜生产性能和经济效益[3]，利用方式和水热条件是影响牧草产量和品质的主要因素[4]，其中放牧是草地利用最直接、最经济的利用方式，它能促进牧草生长、提高产量、改善牧草的营养品质[5-7]。车前(Plantago longifolia)在全球分布广，其叶片柔软、含水量和粗蛋白含量较高，同时单宁含量达48 mg·g−1，可改善反刍动物利用粗蛋白[8]。国外对车前进行瘤胃体外发酵、猪饲料添加及其生理生化响应的研究[9]。国内多研究车前的药用价值，以车前子入药治疗疾病，或探索车前子的高产栽培[10]，而对其饲料品质和产量的报道较少。

黄土高原是我国最早种草养畜的地区之一[11]，种植多年生牧草有助于实现生态与生产双赢。为此，在黄土高原研究车前在不同利用方式下的产草量和营养品质动态变化，可为发展反刍农业、改善生态环境提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地点概况

本研究在兰州大学榆中草地农业综合试验站(35°57′ N，104°09′ E，海拔1 961 m)进行。属温带大陆性季风气候，年均降水量381.8 mm，70%以上集中在6 月 − 9 月；年均温8.6 ℃，年均蒸发量1 406.8 mm，无霜期120 d。全年日照时数 ＞ 2 600 h，≥ 0 ℃年积温3 052.7 ℃·d，湿润度K 值为1.25，土壤类型隶属灰钙土，土壤pH 7.7。草地类型为微温湿润草甸草原类[12]，草业系统类型主要为作物/天然草地–家畜综合生产系统[13]。

1.2 试验设计与样地管理

参试长叶车前品种为‘Tonic’，试验于2012 和2013 年进行，完全随机区组设计。建立面积为3 m ×5 m的小区，小区间隔50 cm；4 次重复，区组间隔1 m。草地利用方式包括多次刈割和一次刈割两种，裂区设计。

试验地翻耕深度为30～40 cm。2012 年4 月29日播种，条播，播种量为0.75 g·m−2，播深1 cm，行距为25 cm。播种时施磷酸二铵[(NH4)2HPO4)] 10 kg·hm−2和 尿 素(CH4N2O) 20 kg·hm−2作 底 肥。2012 年6 月29 日开始对每个小区中1 个裂区刈割处理，留茬高度10 cm，刈割周期20 d，至10 月5 日共刈割6 次。每次刈割后，追施7.5 kg·hm−2的尿素，灌溉量约为52.5 mm。制作干草的裂区分别在2012 年11 月8 日、2013 年10 月22 日牧草成熟期进行一次刈割，留茬高度、灌水和追肥与多次刈割相同。2013 年，牧草首次刈割为6 月21 日，刈割方法和刈割后的管理均与2012 年相同。

1.3 测定方法及指标

1.3.1 牧草的采样及处理方法

每次刈割前测定牧草生物量，用样线法，齐地面刈割，每个裂区两次重复。草样分为两部分，一部分105 ℃杀青10 min，60 ℃烘72 h 测干重，用于计算产草量(kg·hm−2)；另一部分60 ℃烘48 h 后，粉碎过筛后保存在密封袋中。

牧草营养成分分析。采用Van Soest 法测定牧草的中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量；采用高温燃烧法测定牧草的粗灰分(Ash)含量；采用凯氏定氮法测定粗蛋白(crude protein, CP)含量；采用索氏抽提法测定粗脂肪(ether extract, EE)含量。

牧草的总能(gross energy，GE)[14]、消化能(digestible energy，DE)[15]、代谢能(metabolizable energy，ME)[16]、干物质消化率(digestible dry matter, DDM)[17]、干物质自由采食量(dry matter intake，DMI)[17]、相对饲用价值(relative feed value，RFV)[17]和食物当量(food equivalent，FEU)[18]的计算公式如下：

1.4 数据处理与分析

利用SPSS 20.0 对每年的产量和营养品质进行ANOVA 显著性分析，用Origin 2018 绘图。以生长时间(牧草从播种或返青到刈割时的天数)、 ≥ 0 ℃积温(牧草生长时间内逐日平均气温 ≥ 0 ℃持续期间内，日平均气温的总和)为自变量，利用一般线性模型模块建立长叶车前营养品质含量预测方程，并利用协方差分析分别比较两年间回归方程的斜率和截距的差异显著性，若无显著差异(P ＞ 0.05)，将两年数据合并后拟合预测方程；若差异显著(P ＜ 0.05)，则对各年间分别拟合预测方程[19]。用Logistic 曲线对长叶车前产量及营养品质产量进行拟合，并对其进行一阶、二阶导数运算，得t1= (lna – 1.317)/b；t = lna/b；t2= (lna + 1.317)/b。由此得出Logistic 速度函数的3个关键点t1、t、t2(始盛期、高峰期、盛末期)。并用速度函数的两个拐点将Logistic 曲线的生长过程分为渐增期(0～t1)、快增期(t1～t2)、缓增期(t2～∞)[20]。

2 结果与分析

2.1 长叶车前的产草量动态

2.1.1 随生长时间的变化

2012 和2013 年多次刈割的产草量均随着生长时间的增加呈Logistic 曲线增加(图1)，渐增期均为第0 − 80 天，快增期分别为第80 − 126 天和第80 − 147天，分别在第126 天和第147 天生长逐渐停滞；长叶车前分别在第103 天和第113 天的生长速度最快，分别约18.80 和36.60 kg·(hm2·d)−1；总产草量分别为3 251.55和65 115.43 kg·hm−2。与第1 年相比，长叶车前的快速生长期延长21 d，最大生长速度提高94.7%。

图1 2012 年和2013 年不同的利用方式下长叶车前的产草量随着生长时间的变化Figure 1 Relationship between growth time and forage yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2012 年和2013 年，多次刈割的产量分别比一次刈割收获干草分提高了1.99 和2.01 倍(图1)。

2.1.2 随积温(≥ 0 ℃)的变化

2012 年和2013 年多次刈割的产草量均随着积温(≥ 0 ℃)的增加呈Logistic 曲线增加(图2)。渐增期分别为0～2 351 ℃和0～1 173 ℃，快增期分别为2 351～3 259 ℃和1 173～2 490 ℃，分别在3 259 和2 490 ℃生长逐渐停滞；长叶车前分别在2 805和1 832 ℃的生长速度最快，分别约1.15 和1.95 kg·(hm2·℃)−1。与第1 年相比，长叶车前的快速生长期延长409 ℃，最大生长速度提高69.3% (图2)。

2.2 长叶车前牧草的品质含量动态

2.2.1 随生长时间的变化

2012 年和2013 年，长叶车前的ADF 和NDF 含量均随生长时间的增加呈线性升高趋势(图3)，日均增幅分别为0.18%和0.22%、0.16%和0.20%；含量分别于第173 和178 天时达到最大。反之，车前的CP、EE、Ash 含量均随生长时间延长呈现下降的趋势，日均降幅分别为0.15%和0.02%、0.12%和0.15%、0.02%和0.12%。两年中，车前一次刈割CP、EE、Ash 均显著低于多次刈割(P ＜ 0.05)；各营养成分与生长时间均可用线性方程拟合，其中Ash 两年间截距的差异显著(P = 0.000) (图3)。

图2 2012 年和2013 年不同的利用方式下长叶车前的产草量随着积温(≥ 0 ℃)的变化Figure 2 Relationship between ≥ 0 ℃ accumulated temperature and forage yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2.2.2 随积温(≥ 0 ℃)的变化

图3 2012 年和2013 年不同的利用方式下长叶车前的品质含量随着生长时间的变化Figure 3 Relationship between growth time and quality content of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

图4 2012 年和2013 年不同的利用方式下长叶车前的品质含量随着积温(≥ 0 ℃)的变化Figure 4 Relationship between ≥ 0 ℃ accumulated temperature and quality content of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2012 年和2013 年，长叶车前的ADF 和NDF 含量均随积温(≥ 0 ℃)的增加呈线性升高趋势(图4)，积温(≥ 0 ℃)每升高100 ℃分别为增加1.16%和1.39%、1.02%和1.25%；含量分别于2 716.1 和2 832.8 ℃时达到最大。反之，车前的CP、EE、Ash 含量均随积温(≥ 0 ℃)的增加呈现下降的趋势，积温(≥ 0 ℃)每升高100 ℃，CP、EE、Ash 含量分别下降0.93%和0.92%、0.13%和0.14%、0.80%和0.61%。两年中，车前一次刈割CP、EE、Ash 均显著低于多次刈割(P ＜0.05)；各营养成分与积温(≥ 0 ℃)均可用线性方程拟合，其中EE、Ash 两年间截距的差异显著(P =0.000) (图4)。

2.3 长叶车前牧草的营养产量动态

2.3.1 随生长时间的变化

2012 年和2013 年，多次刈割的车前草CP、EE、Ash 产量随生长时间的增加呈Logistic 曲线增加(图5)，渐增期分别为第0 − 71 和0 − 109 天、第0 −54 和0 − 77 天、第0 − 74 和0 − 108 天；快增期分别为 第71 − 107 和109 − 158 天、第54 − 102 和77 −128 天、第74 − 113 和108 − 161 天；分别 在 第107和158 天、第102 和128 天、第113 和161 天生长逐渐停滞；车前草CP、EE、Ash 产量分别在第89 和133 天、第78 和102 天、第94 和135 天日增量最大，分别约2.53 和7.43 kg·(hm2·d)−1、0.24 和1.04 kg·(hm2·d)−1、2.65 和5.26 kg·(hm2·d)−1。与第1 年 相比，第2 年 长叶车前CP、EE、Ash 产量的快速增长期热量分别延长13、3、14 d，最大生长速度分别提高2、3、0.99 倍。总CP、EE、Ash 产量分别为592.53 和1 144.44 kg·hm−2、69.34 和194.18 kg·hm−2、534.82 和832.15 kg·hm−2。

2012 年多次刈割下CP、EE、Ash 产量分别是一次刈割下的6.21、2.84 和4.32 倍，2013 年多次刈割下CP、EE、Ash 产量分别是一次刈割下5.41、4.86 和2.97 倍(图6)。

图5 2012 年和2013 年不同的利用方式下长叶车前的品质产量随着生长时间的变化Figure 5 Relationship between growth time and quality yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2.3.2 随积温(≥ 0 ℃)的变化

2012 和2013 年，多次刈割的车前草CP、EE、Ash 产量随积温(≥ 0 ℃)的增加呈Logistic 曲线增加(图6)，渐增期分别为0～1 411 ℃和0～2 043 ℃、0～1 093 ℃和0～1 480 ℃、0～1 461 ℃和0～2 000 ℃；快增期分别为1 411～2 142 ℃和2 043～2 984 ℃、1 093～2 069 ℃和1 408～2 348 ℃、1 461～2 236 ℃和2 000～2 976 ℃；分别在第2 142 和2 984 ℃、2 069和2 348 ℃、2 236 和2 976 ℃时生长逐渐停滞；车前草CP、EE、Ash 产量分别在1 776 和2 513 ℃、1 581和1 878 ℃、1 848 和2 488 ℃时日增量最大，分别约0.21 和0.43 kg·(hm2·℃)−1、0.02 和0.08 kg·(hm2·℃)−1、0.20 和0.31 kg·(hm2·℃)−1。与第1 年相比，第2 年长叶车前CP、EE、Ash 产量的快速增长期热量分别多210、36、201 ℃，最大生长速度分别提高1、3、0.60 倍。

2.4 长叶车前的饲用价值评价

2012 年和2013 年，多次刈割的长叶车前ME 的波动较小，但显著高于一次刈割(P ＜ 0.05) (图7)；RFV 随生长时间的延长呈逐渐降低趋势。2013 年ME、RFV 均高于2012 年。2012 和2013 年，长叶车前FEU 随生长时间呈“驼峰”曲线变化，分别于第116 天时和第81 天达到最大，2013 年FEU 显著高于2012 年(P ＜ 0.05)。

2.5 长叶车前产量、营养成分之间的相关性

2012 和2013 年，生长时间、 ≥ 0 ℃积温与饲草产量、ADF、NDF、CP、EE、Ash 均显著相关(P ＜ 0.05) (图8)。

3 讨论

3.1 不同利用方式对牧草产量及牧草品质的影响

图6 2012 年和2013 年不同的利用方式下长叶车前的品质产量随着积温(≥ 0 ℃)的变化Figure 6 Relationship between accumulated temperature ≥ 0 ℃ and quality yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2012 年和2013 年，车前草在多次刈割下的CP、EE、Ash 含量随生长时间和 ≥ 0 ℃积温的增加呈线性下降的趋势，NDF、ADF 含量随生长时间和 ≥ 0 ℃积温的增加呈上升趋势，且多次刈割下的车前产草量与营养价值均显著高于一次刈割(P ＜ 0.05)，且年份对试验结果没有显著性影响(P ＞ 0.05)。CP、EE、Ash、NDF、ADF 的产量均呈现“单峰”趋势，这与前人对轮牧草地的产量与品质含量变化趋势的结论一致[21]。在两种利用方式中，多次刈割能使草地产量保持较高水平，可能是因为多次刈割促进牧草植株进行补偿性生长。牧草受到放牧或刈割后，地上和地下部分的热量重新进行分配，刺激产生补偿性生长[22]，不同品种牧草在模拟刈割条件下的产草量和营养品质含量差别明显[23]。模拟放牧下车前草的产草量显著高于菊苣(Cichorium intybus)和白三叶(Trifolium repens)产草量(P ＜ 0.05)[24]；相较于菊苣、白三叶和燕麦(Avena sativa)，车前草的CP 含量维持在较高水平上，NDF 则维持在较低水平(表1)。因而显现出车前草能够作为优质的青绿饲草的潜力，可调制成干草或青贮，在牧草短缺下用作饲草补充材料。

3.2 积温对牧草产量及牧草品质的影响

牧草主要是营养体生产，一般在温度 ≥ 0 ℃时便可以生长，因此农学研究中多用 ≥ 0 ℃积温来建立牧草产量和品质的预测模型[25]。而牧草随生长时间表现出的产量与营养品质变化决定着草地农业系统生产功能与生态功能的可持续性，是生产中进行利用时间和方式的直接决策因素[26]。在垂穗草(Bouteloua curtipendula)和小须芒草(Schizachyrium scoparium)叶片期，日温度升高7.5 ℃可使叶绿素平均增加16%[27]。本研究拟合的Logistic 曲线，可用于不同地区的不同积温(≥ 0 ℃)得出长叶车前草的多次刈割或放牧的最佳利用期，利用长叶车前在该时期生长速度快、产量高、品质佳的优势，适当加大刈割、放牧频率，适当缩短刈割、放牧周期，或将其收获调制成干草或青贮，来应对牧草的季节性供应需求。

图7 2012 和2013 年生长时间与代谢能、相对饲用价值、食物当量的关系Figure 7 Relationship between growth time and metabolic energy, relative feeding value, and food equivalent in 2012 and 2013

图8 2012 和2013 年多次刈割下车前各指标的相关性Figure 8 Correlation of indices under multiple mowing in 2012 and 2013

表1 多次刈割的4 种牧草营养指标Table 1 Nutritional indices of four herbage plants under multiple cutting

3.3 牧草的饲用价值评价

对牧草的饲用价值进行简便、准确、低成本的评价是草畜业选择草种、科学经营的依据。牧草品种、栽培管理、利用和收获、加工与贮存等均对饲用价值有较大影响，且一直备受国内外学者的关注，评价方法多元化[28-29]。本研究用ME、RFV、FEU 对长叶车前进行评价，与长叶车前中总能、代谢能、干物质采食量等能量体系结合，对长叶车前的饲用价值进行合理的评价，填补长叶车前在黄土高原地区牧草营养价值与生产潜力数据的空白。通过对长叶车前两种不同利用方式下代谢能、相对饲用价值的比较，可以确定多次刈割或轮牧下牧草能量代谢和食物转化的潜力均高于一次性收获干草，使其维持较高的产量和营养品质，并且在食物当量供给能力上具有较大的生产潜力，为发挥长叶车前在反刍动物农业的作用找到了理论依据，提出了长叶车前作为功能性饲草的可行性。

4 结论

在黄土高原地区，长叶车前是蛋白含量丰富、再生性能好、生产潜力大的饲草资源，对长叶车前多次刈割或轮牧比在成熟期收获干草具有更高的产草量和品质。在实际生产中，牧草的生长时间和积温数据都较易获取，根据长叶车前的生长时间或者积温(≥ 0 ℃)来选择适宜的刈割时间和次数，获取高产量和优质的牧草，能够解决家畜不同时期对饲草的营养需求，在黄土高原栽培草地的放牧管理中具有潜在的应用价值，为我国种植结构调整、种养结合、草牧业又快又好发展提供基础。