划区轮牧对放牧型紫花苜蓿人工草地产量与品质的影响

王 瑜， 代先林， 马晓颖， 韦 宝， 何 峰， 李向林， 仝宗永

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所， 北京 100193)

草地是地球上最大的陆地生态系统，我国草地面积大约为4亿hm2，占世界草地面积的12.5%，其中，人工草地面积约0.2 亿hm2[1]，仅占我国草地面积的5%，美国、新西兰、欧洲等发达国家的人工草地面积可占各国草地面积的29%～69%[2]。自古以来，放牧一直是人类利用草地资源的基本方式。国内主要利用天然草原进行自由放牧，由于科学性和计划性的缺乏常会导致出现草地退化等一系列问题[3-4]；而发达国家则更多利用改良草地或人工草地进行放牧，并结合划区轮牧，建立高效的草地农业系统，生产效率大为提高的同时也保护了生态环境。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)具有优异的饲用价值和极高的产量，是温带气候区栽培最广泛的饲料作物。国外利用苜蓿人工草地进行放牧的历史由来已久[5]，已有关于草地生产性能[6]、耐牧品种[7]、持久性[8]、放牧制度[9]等方面的很多报道；国内对紫花苜蓿的利用则主要以调制干草和青贮为主，很少进行放牧利用[10]，对放牧利用的研究刚处于起步阶段，仅有研究者对紫花苜蓿混播草地的生产性能进行了研究[11]。因土壤、气候、光照、管理水平等因素的差异，我们应该在借鉴国外研究方法的基础上，开展适宜国内的放牧型紫花苜蓿人工草地放牧利用研究。

本文通过在放牧型紫花苜蓿人工草地上进行划区轮牧，研究紫花苜蓿人工草地在牧期与牧后再生期生物量与品质的变化规律，以期为制定合理的轮牧制度提供依据，为推动我国草地畜牧业的发展奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于河北省廊坊市中国农业科学院(万庄)国际高新技术产业园(39°35′44″N，116°34′60″E)，年均温11.9℃，无霜期183 d，平均日照数为2 659.6 h，年均降水量为554.9 mm，土壤类型为沙壤土，初始土壤养分为有机质0.37 g·kg-1，pH值7.79，碱解氮31.15 mg·kg-1，有效磷0.87 mg·kg-1，速效钾85.1 mg·kg-1。

人工草地建植于2016年9月，由紫花苜蓿、鸭茅(DactylisglomerataL.)和高羊茅(FestucaarundinaceaSchreb.)(紫花苜蓿：鸭茅与高羊茅=75%∶25%)组成，经过数年的划区轮牧，2021年草地中鸭茅和高羊茅比例降至5%。草地面积1.6 hm2，划分为6个区，每区大小为40 m×60 m(约0.24 hm2)，分别标记为P1至P6(图1)，剩余区域规划为牧道、饮水点、休息区等。人工草地2021年7月和8月平均温度分别为27.1℃和25.6℃；降水量分别为146.1 mm和139.3 mm，试验期间未进行灌溉。

图1 放牧小区分布图Fig.1 the distribution of grazing plots

1.2 试验设计

划区轮牧试验于2021年6—8月进行，羊群为体型大小较一致的杜蒙育肥羊，共49只，由内蒙古赛诺草原羊业有限公司提供。6月29日羊群进入P4，放牧5 d，之后依次进入P2，P5，P3，P6，P1，各放牧5 d，每小区在育肥羊放牧5 d后，放入育成母羊放牧1 d，之后即进入牧后再生期，再生期为30 d，本轮放牧周期共36 d。羊群大小和放牧周期参考了何峰等[11]和Teixeira等[12]的研究。

1.3 测定指标

1.3.1在牧期指标测定 在牧期表示育肥羊进入，草地处于放牧状态的时期。各区分别在育肥羊进入的第1～5 d，每天早上用样方(1 m×1 m)进行取样，4个重复，测定地上生物量、地上部含水量、株高和营养成分。

1.3.2牧后再生期指标测定 牧后再生期表示羊群移出，草地处于非在牧状态的时期。各区分别在牧后再生期的第1，6，11，16，21，26，31 d用样方(1 m×1 m)进行取样，4个重复，测定地上生物量、地上部含水量、株高和营养成分。

1.3.3地上生物量与地上部含水量 小区内随机选取4个生长较均匀一致且没有斑秃的样方(1 m×1 m)，留茬5 cm刈割，称量鲜重，精确到0.01 g；之后用纸将样品包好后放入烘箱，105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重(12 h)，称量干重，精确到0.01 g。

1.3.4株高 地上生物量取样时，各样方内随机选择10株测量株高，精确到0.1 cm。

1.3.5营养成分 使用近红外光谱分析仪(FOSS NIRS1650)测定各样品中粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、粗灰分(Ash)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)等的含量。

1.4 数据处理

利用SPSS 19.0软件进行数据统计分析，用Duncan法对在牧期和牧后期紫花苜蓿的地上生物量、地上部含水量、株高、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量、ADF含量和NDF含量等进行单因素方差分析；利用Origin 2021进行紫花苜蓿干草产量和牧后生长天数的Logistic曲线拟合。

2 结果与分析

2.1 在牧期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量以及株高的变化

在牧小区地上生物量、地上部含水量和株高均随在牧天数的延长而逐渐下降(表1)。经过4天的采食，地上生物量降低了135.10 g·m-2，地上部含水量降低了10.94%，株高降低了26.33 cm。与Day 1相比，Day 2株高即出现显著降低(P<0.05)，Day 3地上部含水量出现显著降低(P<0.05)，Day 4地上生物量出现显著降低(P<0.05)。

表1 在牧期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量和株高的变化Table 1 Changes of aboveground biomass,aboveground water content and plant height of alfalfa during grazing period

2.2 在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF的变化

在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量均随在牧天数的延长而逐渐下降，而ADF和NDF含量则随在牧天数的延长而逐渐升高(表2)。经过4天的采食，粗蛋白含量降低了4.93%，粗脂肪含量降低了0.69%，粗灰分含量降低了2.25%，ADF含量升高了6.88%，NDF含量升高了8.19%。与Day 1相比，粗蛋白和粗脂肪含量显著降低(P<0.05)分别出现在Day 3和Day 4，粗灰分、ADF和NDF含量的显著变化出现在Day 5，粗灰分含量显著降低(P<0.05)，而ADF和NDF含量显著升高(P<0.05)。

表2 在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF含量的变化Table 2 Changes of the content of CP,EE,Ash,ADF and NDF of alfalfa during grazing period

2.3 牧后再生期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量以及株高的变化

牧后再生期紫花苜蓿地上生物量和株高均随再生天数的延长而逐渐升高，而地上部含水量随再生天数的延长呈现先升高后降低的趋势(表3)。经过30天的恢复生长，地上生物量由124.72 g·m-2升高至372.58 g·m-2，升高了247.86 g·m-2；株高由19.56 cm升高至75.63 cm，升高了56.07 cm；地上部含水量由60.49%升高至79.82%，升高了19.33%，后又降低至78.45%。与Day 1相比，Day 6地上部含水量即出现显著升高(P<0.05)，Day 11株高出现显著升高(P<0.05)，Day 16地上生物量出现显著升高(P<0.05)。

表3 牧后再生期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量和株高的变化Table 3 Changes of aboveground biomass,aboveground water content and plant height of alfalfa during regrowth period

根据牧后再生期时间与地上生物量拟合出7—8月紫花苜蓿人工草地的干草草产量Logistic方程为：Y=A2+(A1-A2)/(1+(X/X0)P)(R2=0.79)，根据拟合曲线(图2)可以看出牧后30天仍旧为苜蓿的快速生长期。

图2 牧后再生期紫花苜蓿的Logistic生长曲线Fig.2 Logistic growth curve of alfalfa during regrowth period

2.4 牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF的变化

牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白和粗灰分含量随再生天数的延长呈现先升高后降低的趋势，粗脂肪含量随再生天数的延长逐渐升高，ADF和NDF含量随再生天数的延长呈现先降低后升高的趋势(表4)。经过30天的恢复生长，粗蛋白含量由16.39%升至22.68%，升高了6.29%，之后又降至21.82%；粗脂肪含量由2.02%升至3.64%，升高了1.62%；粗灰分含量由3.19%升至6.44%，升高了3.25%，之后又降至5.63%；ADF含量由53.44%降至42.08%，降低了11.36%，之后又出现短暂升高再降低；NDF含量升高量由60.98%降至50.23%，降低了10.75%，之后又升至51.81%。与Day 1相比，Day 6粗蛋白和粗脂肪含量出现显著升高(P<0.05)，Day 11粗灰分含量出现显著升高(P<0.05)，Day 16 ADF和NDF含量出现显著降低(P<0.05)。

表4 牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF含量的变化Table 4 Changes of the content of CP,EE,Ash,ADF and NDF of alfalfa during regrowth period

3 讨论

3.1 在牧期紫花苜蓿的生产性能

根据NRC[13]和肉羊饲养标准(NY/T 816-2004)[14]的规定，一只体重20～50 kg的育肥羊，实现日增重200 g，每天需要摄入的干物质和粗蛋白含量分别为0.9～1.6 kg和158～198 g，干草的粗蛋白含量需要达到12.4%；而一只体重50 kg的育成母羊，因无增重需要，其每日需要摄入的干物质和粗蛋白分别为1.6 kg和80 g。本研究中，经过育肥羊4天的采食，干物质产量下降了135.1 g·m-2，粗蛋白含量由21.78%降至16.85%，可据此计算出7—8月进行划区轮牧时，每只育肥羊平均每天采食的干物质和粗蛋白分别为1.65 kg和318 g，说明此时的苜蓿草地完全可以满足育肥羊日增重200 g的生产需求。Fraser等[6]的研究发现，7月开始放牧每只绵羊平均每天采食的干物质为1.72 kg，与本研究的结果基本一致。

另外，绵羊采食具有选择性，适口性好的叶片和上层幼嫩茎秆会被优先采食，而适口性差的木质化茎秆会留至最后，因此，在牧时间长短对可提供饲草的质量具有决定性作用[9]。时间过长，草产量与草品质下降，无法保证育肥羊增重需求；时间过短，草产量与草品质仍较高，造成资源浪费。本研究中，设定了育肥羊放牧5天，在剩约40 cm残茬时移入对草品质要求很低的育成母羊，充分利用了草地资源。

3.2 牧后再生期紫花苜蓿的生产性能

Moot等[15]在新西兰的研究表明，放牧型紫花苜蓿草地年产草量可达到6.3～16.2 t·hm-2，其中的巨大差异主要由降雨量决定。Papadopoulos等[8]在加拿大的研究表明，当紫花苜蓿为放牧型人工草地的主要草种时，经过3个放牧周期，10～12 cm留茬高度的总产草量(5.05 t·hm-2)显著高于5～7 cm留茬高度的总产草量(3.90 t·hm-2)，并建议留茬高度降为10～12 cm时，就应该将家畜移出。本研究只经过1个放牧周期，20 cm留茬高度的产草量为3.73 t·hm-2，具有较好的生产性能，以后应该增加试验周期，通过多年试验研究年产草量。

叶茎比(LSR)是决定紫花苜蓿营养品质的主要因素[16]，据Fletcher[17]报道，随着再生期的延长，苜蓿茎秆木质化从而导致LSR降低品质下降，这也意味着可以通过缩短再生期来改善苜蓿品质。Allison和Vartha[18]1973年在新西兰坎特贝拉的研究表明，当再生期由35 d缩短为28 d时，叶片含量可由55%增加至65%。而Teixeira等[12]于2002—2004年在新西兰坎特贝拉的研究表明，当放牧周期由42 d(再生期38 d)缩短为28 d(再生期25 d)时，苜蓿草地年干草产量降低39.1%～47.8%。Lemaire等[19]根据1988年在法国格里尼翁的试验结果提出LSR与干草产量的异速生长关系，随着干草产量的增加，LSR降低。因此，为兼顾产量与品质，放牧周期的设置尤为重要，周期过长，草品质差；周期过短，草产量低。

本研究中，我们根据Teixeira等[12]的研究设置了36 d的放牧周期，育肥羊放牧5 d后，又放入育成母羊采食1 d，之后进入30 d的再生期。由于羊群采食的选择性，虽然留茬高度为20 cm左右，但植株大多只剩不易消化的木质化茎秆，此时的草品质最差，粗蛋白含量16.39%，粗脂肪含量2.02%，粗灰分含量3.19%，酸性洗涤纤维含量53.44%，中性洗涤纤维含量60.98%。之后，苜蓿进入牧后再生期，幼嫩茎叶长出，草品质随之逐渐变好，在牧后21 d左右品质最佳，此时粗蛋白含量22.68%，粗脂肪含量3.50%，粗灰分含量6.44%，酸性洗涤纤维含量42.08%，中性洗涤纤维含量50.23%；随着植株进一步生长，草品质又逐渐下降。由于未对采食后的老化茎秆进行刈割处理，导致其对草品质的影响始终存在，即使是营养品质最好的时期，粗蛋白含量也仅有22%左右，因此，建议放牧型紫花苜蓿草地在牧后对残茬进行刈割处理，以提升草品质。

4 结论

放牧型紫花苜蓿草地轮牧周期设置的关键在于对产量与品质的平衡[9]。本研究7—8月在1.44 hm2紫花苜蓿人工草地上对49只绵羊进行周期为36 d的划区轮牧，苜蓿草地平均每天能为每只绵羊提供1.65 kg干物质和318 g粗蛋白，其产量和品质可以满足肉羊日增重200 g的生产需求。牧后30 d的再生期可以使苜蓿的产量和品质均得到逐渐恢复，其中牧后21 d品质最佳，为进一步提高品质，建议在牧后对只剩老化茎秆的残茬进行刈割。