放牧对黑麦和蓝茎冰草牧草产量和品质的影响

摘要：放牧是世界栽培草地重要的管理方式。为此，依托一年生经济作物与一年生牧草作物轮作和多年生栽培草地为基础的作物-肉牛综合生产系统，研究多种放牧管理方式对一年生和多年生牧草作物产量和品质的影响。结果表明：放牧显著提高黑麦（Secale cereale L.）的粗灰分含量、非结构性碳水化合物含量和蓝茎冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake）的相对饲喂价值（Plt;0.05），降低黑麦和蓝茎冰草中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量；休牧显著提高黑麦产草量（Plt;0.05），对黑麦的牧草品质影响不显著。本研究可为作物-家畜综合生产系统确定适宜的一年生牧草作物和多年生牧草作物比例及其放牧管理提供理论依据。

关键词：牧草作物；多年生牧草；最优放牧；草田轮作；作物-家畜综合生产系统

中图分类号：S821.4+3""" 文献标识码：A"""" 文章编号：1007-0435（2024）11-3602-08

Effects of Grazing on Forage Yield and Quality of Rye and Bluestem

IANG Yu-hong^{1，2，3，4}， XIE Kai-li^{1，2，3，4}， LOU Shan-ning^{1，2，3，4}， LI Yue5， PHILIP Brown5， HOU Fu-jiang^{1，2，3，4*}

（1. College of Pastoral Agriculture Science and Technology， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu Province 730020， China; 2.State Key Laboratory of

Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems， Lanzhou， Gansu Provicne 730020， China; 3. Key Laboratory of Grassland Livestock

Industry Innovation， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Lanzhou， Gansu Provicne 730020， China; 4. Engineering Technology Research

Center for Ecological Restoration and Utilization of Degraded Grassland in Northwest China， National Forestry and Grassland Administration，

Lanzhou， Gansu Provicne 730020， China; 5. Department of Plant and Soil Science， Texas Tech University， Lubbock， Texas， 79409， USA）

Abstract：Grazing is an important management method of cultivated grassland in the world. Therefore，the effects of various grazing management methods on the yield and quality of annual and perennial herbage crops were studied by means of a integrated crop-livestock production system based on the rotation of annual cash crops and annual herbage crops and cultivated perennial grassland. The results showed that：The crude ash content and non-structural carbohydrate content of rye （Secale cereale L.） and the relative feeding value of bluestem （Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake） were significantly increased by grazing （Plt;0.05）. The contents of neutral detergent fiber and acid detergent fiber in rye and bluestem grass were decreased. Rest-grazing significantly increased the yield of rye（Plt;0.05），but had no significant effect on the forage quality of rye. The results provide theoretical basis for determining the appropriate ratio of annual and perennial forage crops and grazing management in crop-livestock integrated production system.

Key words：Forage crop;Perennial forage crops;Optimal grazing;Grass and cropping rotation;Integrated crop-livestock production system

收稿日期：2024-03-08；修回日期：2024-06-06

基金项目：美国农业部可持续农业研究和教育项目（the USDA-Sustainable Agriculture Research and Education program， Southern Region， Griffin， GA. USA）;美国得克萨斯州拉伯克高原地下水保护区1号项目（the High Plains Underground Water Conservation District No.1， Lubbock， TX）;国家留学基金管理委员会\"西部地区人才培养特别项目\"资助

作者简介：

姜宇宏（1995-），女，汉族，宁夏吴忠市人，硕士研究生，E-mail： jiangyh21@lzu.edu.cn;*通信作者Author for correspondence，E-mail： cyhoufj@lzu.edu.cn

栽培草地为全球放牧家畜提供约50%的牧草，对畜产品生产的贡献达40.1%，直接支持全球13%的人口生计^［1-3］。一年生牧草生长速度快、产草量高^［4］，多年生牧草生长相对较慢、品质好，适口性佳^［5-6］。一年生牧草与多年生牧草优势互补促进作物-家畜综合系统长期稳定运转^［7］。本研究通过对放牧作用下黑麦和蓝茎冰草牧草产量和品质变化的探究，为作物-家畜综合系统中牧草的利用方式提供理论依据。

全球范围内放牧是草地管理的重要方式之一，合理的放牧管理促进牧草的生长和发育，提高牧草的产量和品质，促进草地资源的生产和生态功能的平衡^［8］。放牧家畜的采食刺激植物的新陈代谢，提高草地生产力，延长草地的利用周期，通过践踏和排泄物加快养分在生产系统中循环利用^［9-11］。草地休牧后，家畜粪便提高了土壤温度，草地土壤水分渗透和水流路径改善垂直和水平的水分交换，促进牧草生长^［12-15］。栽培草地的牧草品质和产量对于提高家畜生产效益具有重要意义^［16-17］，放牧管理对牧草产量和品质的影响较为复杂，涉及载畜率、不同类型放牧地、草地围栏的规划与布局等多个方面的因素。然而，放牧管理对作物—家畜综合系统一年生草田轮作和多年生栽培草地牧草产量和品质的影响研究较少。

德州高平原产出美国14%的肉牛（National Agricultural Statistics Service，NASS），形成了以栽培草地为基础的作物—家畜综合生产系统，是世界著名的草地放牧与舍饲肥育耦合的肉牛生产基地^［18-20］。为此，在该地区的核心地带拉伯克县，探究放牧管理（放牧、休牧、零牧）对一年生和多年生栽培草地牧草产量和品质的影响，以期探明适宜的放牧管理策略，促进作物-家畜综合生产系统的生产力。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于美国德州理工大学试验农场（101°47′ W，33°45′ N，993 m），地处得克萨斯州（Lubbock）。气候类型属温带大陆性气候，年均温16.7℃，≥0℃年积温5983.4℃（National weather service，https：//www.weather.gov/）；年均降水量478 mm（图1），75%在4—10月；年蒸发量约1500 mm。根据草原综合顺序分类法，草原类型为暖热干旱亚热带半荒漠类^［21］。草业系统类型为草田轮作-家畜综合生产系统^［22］。土壤类型为普尔曼黏土^［23］。

1.2 草地建植与管理

1997年建立作物-肉牛综合生产系统，每个小区4.2 hm2，平均分为两个亚区，一个亚区为蓝茎冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake），另一个亚区为黑麦/棉花/小麦/休闲轮作，3次重复（图2）。肉牛在一年生草地和多年生草地之间放牧，采用最优放牧原则，当牧草高度20 cm时开始放牧，牧草高度12 cm停止放牧。一年生作物除棉花外，其它作物地进行放牧。1997年，在一年生作物地设置一个4.8 m×4.8 m×1.3 m的围栏作为不放牧区域（对照），每季作物放牧结束后移除对照区的围栏，以便机械作业。

选取体况和生长较为一致24头6月龄安格斯×赫里福德杂交肉牛，初始体重为（213±11） kg，体况良好，随机分成3组，每个小区固定放牧1组。每年1月16日至8月9日放牧，载畜率1.90 牛·hm^-2。

2004年5月，冬小麦枯黄后，休闲至9月，黑麦（Secale cereale L.）免耕播种，条播，播种量分别为112 kg·hm^-2，播种深度为2 cm，行距18 cm。每年施氮肥两次，每次施肥量67 kg·hm^-2。2004年1月，在黑麦地对照组边设置第二个4.8 m×4.8 m×1.3 m的围栏作为休牧1年区域（图2）。多年生栽培草地蓝茎冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake）。每年8月初通过灌溉系统施氮肥67 kg·hm^-2。在放牧区设置1个4.8 m×4.8 m×1.3 m的围栏作为零牧区，围栏内草地枯黄时刈割收获，留茬高度同围栏外草地。

一年生草地有3种管理方式：放牧（1997—2005年放牧，Rotational grazing，RG）、零牧（1997—2005年割草，Zero grazing，ZG）、休牧（1997—2004年放牧，2005不放牧，Ungrazing in 2005，UG），多年生草地仅RG和ZG两种管理方式（图2）。

1.3 样品采集与分析

2005年，每轮放牧前、后一天取样。每个放牧小区内随机设置10个1 m×0.5 m样方，测定牧草高度，并对植物进行齐地面刈割，用于测定牧草品质、产草量及家畜总采食量。不放牧的围栏随机设置2个样方。牧草称鲜重后在60℃烘箱中烘72 h，粉碎过筛，称其干重。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）用滤袋浸提法，纤维素用Van Soest法，木质素用Klason法，粗蛋白用凯氏定氮法，粗灰分用干灰化法，粗脂肪用索氏提取法，非结构性碳水化合物利用公式（非结构性碳水化合物含量=100%-粗灰分%-粗蛋白%-粗脂肪%-NDF%）计算。

牧草的代谢能（Metabolic energy，ME）、相对饲用价值（Relative feed value，RFV）、可消化干物质（Digestible dry matter，DDM）、干物质采食量（Drymatter intake，DMI）^［24-25］的计算公式如下：

ME（MJ·kg^-1）=4.2014+0.0236ADF（%DM）+0.1794CP（%DM）（1）

RFV=DMI（%BW）×DDM（%BW）/1.29（2）

借鉴扣笼法测定放牧牛的采食量，计算公式如下：

DMI （kg·d^-1）=binside-boutsiden+p-dm（3）

式中，binside，围栏内目前生物量；boutside，围栏外草地生物量；p，牧前草地生物量；d，牧后草地生物量；n，放牧天数；m，不放牧天数；DMI（g），干物质采食量。

1.4 统计分析

采用Excel2010进行数据统计与制图，使用SPSS20软件进行方差分析和相关性分析，采用图基-B法（Tukey’s-B Method）在0.05水平对不同处理进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 放牧管理对两种栽培草地产草量的影响

与零牧相比，放牧和休牧的黑麦产草量分别提高32.19%和46.80%（Plt;0.05）。蓝茎冰草的产草量在放牧和零牧间没有显著差异（图3）。

2.2 放牧管理对黑麦和蓝茎冰草栽培草地牧草品质的影响

放牧显著影响一年生牧草品质（Plt;0.05）（图4）。与零牧相比，放牧显著影响牧草品质中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、纤维素和木质素含量分别降低17.04%、14.06%、18.27%、35.92%（Plt;0.05），粗灰分、非结构性碳水化合物增加66.71%和35.49%（Plt;0.05），对粗蛋白含量无显著影响，休牧对一年生牧草营养品质无显著影响。

多年生草地放牧，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和纤维素分别比放牧降低了2.86%、4.65%和12.50%（Plt;0.05），粗蛋白、粗灰分、非结构性碳水化合物和木质素含量分别提高了4.55%、12.85%、18.56%和2.56%（图5）。

2.3 放牧管理对黑麦和蓝茎冰草相对饲用价值的影响

放牧管理对黑麦代谢能有显著影响（Plt;0.05），与零牧相比，放牧和休牧代谢能分别提高了27.91%和45.73%。放牧管理对蓝茎冰草的代谢能没有显著影响（图6）。

对于黑麦（Secale cereale L.），休牧和零牧对牧草相对饲喂价值没有显著影响，与零牧相比，放牧的相对饲喂价值提高23.70%（Plt;0.05）。放牧对于蓝茎冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake）相对饲喂价值有显著影响（Plt;0.05），与干草生产相比，放牧的相对饲喂价值提高5.44%（图7）。

3 讨论

3.1 放牧管理对黑麦栽培草地的影响

放牧和休牧显著提高黑麦产草量（图3），可能是因为放牧通过家畜采食及唾液沾染诱发牧草补偿性生长机制，促进牧草地上部分生长^［26-27］。此外，放牧家畜采食、践踏和排泄活动直接或者间接改善土壤有机质、温湿度和土壤容重等多种理化性质使其更利于植物生长，从而提高牧草的生产力^［28-29］。与休牧和零牧相比，放牧降低了牧草的中性洗涤纤维含量、酸性洗涤纤维含量、纤维素含量和木质素含量（图8），三种放牧管理方式对牧草粗蛋白含量没有显著影响，放牧条件下牧草的非结构性碳水化合物含量显著高于零牧，可能是因为植物幼嫩茎叶中可溶性碳水化合物含量相对较高，放牧通过家畜的采食、践踏和排泄活动促进植物分蘖和补偿性生长，使植物长出更多的嫩芽，刺激牧草产生更多的可溶性碳水化合物含量^［30-31］。家畜的啃食胁迫会诱导牧草产生耐牧和避牧两种防御机制，导致牧草个体趋向于矮小化并刺激侧枝生长^［32-35］。粗蛋白含量和粗灰分含量随着刈割期推迟而逐渐下降^［36］。停止放牧可能在短期内增强了土壤碳和氮的表观输入，长期放牧显著提高一年生作物土壤全氮含量^［37］（图8）。放牧黑麦的代谢能低于零牧，结果表明放牧和零牧的牧草生产力转化潜力均高于休牧^［38］。

相对饲用价值与中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量呈负相关关系，而牧草纤维含量与家畜对其的消化率以及适口性呈负相关^［39-40］。放牧显著了提高牧草的相对饲喂价值，表明家畜对牧草的利用率较高，这可能与牧草适口性、营养品质及家畜消化率较高有关^［41］。

3.2 放牧对多年生栽培草地的影响

放牧和零牧对多年生草地产草量没有显著影响。禾草的固氮能力弱于豆科牧草，不能更好地从土壤中汲取氮元素来增加分蘖数和枝条数^［42］。在牧草生长旺盛期，合理放牧管理给予牧草充足的再生时间，且合理轮牧和合理的放牧强度使牧草被均匀适度啃食，达到较好的再生范围高度，家畜的唾液对牧草啃食处有积极作用，刺激牧草补偿性生长，使牧草保持稳定的牧草产量^［43-44］。在牧草生长旺盛期充分利用牧草的再生优势，进而促进围栏内草地群落地上生物量的恢复，保证了产草量的稳定性^［45］。家畜采食牧草的营养器官，减弱其光合能力，粗灰分等无机物质含量增加^［46］。放牧草地酸性洗涤纤维含量显著低于零牧，可能与牧草生长季不被利用、成熟度较高、细胞壁成分增加有关^［47］。放牧导致多年生牧草非结构性碳水化合物显著增高^［48］，本研究中牧草木质素和非结构性碳水化合物没有显著性变化，可能因为放牧时间短、放牧强度低有关^［49］。放牧提升蓝茎冰草牧草的饲用价值和土壤全氮（图8）^［50］，利于轮作-肉牛综合生产系统氮循环^［51］。放牧对多年生牧草的代谢能没有显著影响，有利于维持多年生牧草的稳定供给，保证家畜代谢能的需求^［52］。多年生牧草的氮利用效率直接受土壤温度的影响^［53］，放牧增加土壤温度^［54］，对灌溉草地的代谢能起正向影响^［55］。

放牧显著提高多年生牧草的相对饲用价值，与多年生牧草中的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量呈负相关关系，这可能因为放牧促进禾草分蘖^［56］。放牧对一年生和多年生牧草的相对饲用价值的影响相似，说明放牧不仅适用于多年生牧草，也适用于一年生牧草。

4 结论

放牧可改善蓝茎冰草的牧草品质、产草量代谢能及相对饲喂价值。放牧和休牧提高了黑麦-肉牛综合系统的生产力，但休牧对一年生草地生态功能是否有作用有待进一步研究。对于蓝茎冰草草地，放牧具有更好的应用前景。

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（责任编辑 彭露茜）