引黄灌区模拟轮牧对春小麦、燕麦和黑麦饲草生产的影响

成慧，常生华，陈先江，侯扶江

(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)



引黄灌区模拟轮牧对春小麦、燕麦和黑麦饲草生产的影响

成慧，常生华，陈先江，侯扶江*

(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)

优质饲草生产是区域草地农业系统稳定的关键，引黄灌区存在季节性饲草亏缺。小麦、燕麦和黑麦等小谷物在引黄灌区有悠久的种植历史，具有生长快、耐刈割和再生能力强的特点，春季直到初夏可以放牧或刈割鲜草，也可调制干草冷季饲用，是潜在的饲草作物。在景泰引黄灌区模拟家畜轮牧小麦、燕麦和黑麦3种小谷物，比较其饲用价值，以期为利用现有作物资源发展动物生产、改革和完善农业系统提供科学依据。结果表明，在景泰引黄灌区模拟家畜轮牧春小麦、燕麦和黑麦3种小谷物，燕麦产草量分别比黑麦和春小麦高38.8%和9.9%，当用作籽实生产时春小麦和燕麦地上部分总生物量分别高于模拟放牧37.5%和35.0%，黑麦差异不显著。轮牧利用的3种小谷物粗蛋白产量显著高于籽实生产。春小麦和黑麦的粗脂肪含量在模拟轮牧下明显高于用于籽实生产，但轮牧下燕麦粗脂肪产量低于籽实生产。轮牧利用后小谷物的粗纤维含量分别下降42.9%，53.0%和21.9%。轮牧后小谷物可溶性碳水化合物含量逐渐增加，而籽实生产的春小麦和黑麦可溶性碳水化合物含量先增加后下降。轮牧下3种小谷物NDF、ADF和纤维素含量低于其用于籽实生产。定量评价，小谷物轮牧利用比籽实生产更具饲用价值，而燕麦的饲用价值高于其他两种作物。

小谷物；籽实生产；营养体农业；引黄灌区

小谷物的多功能性是农业起源和发展的产物，普遍存在于各个历史时期和各种农业生态区域[1-3]。尽管多功能性是非生物环境因素、生物因素和社会因素综合作用的结果[4-6]，然而人类管理和社会需求对作物功能的选择性愈来愈强，小谷物的功能在专门化作物生产系统中被固定为单一的籽实生产(粮食生产)，对农业系统的可持续性构成威胁[7-8]。小麦(Triticumaestivum)、燕麦(Arrhenatherumelatius)和黑麦(Secalecereale)位列全球10种最重要的作物，种植面积之广、总产量之大、用途之多，说明它们具有对诸多复杂生境的较强适应性、满足人类生活生产需求的多功能性，对于农业系统的稳定与演化、人类社会的发育与飞跃做出了重要贡献[9-11]。我国西部引黄灌区地处农牧交错带[12]，是传统的农牧耦合的“反应灶”[7]，草地农业系统类型主要是作物/天然草地—家畜生产系统和专门化的作物生产系统，其中作物是农牧耦合提高耦合系统生态生产力的“催化剂”[13]。一般，依靠天然草地养畜，冬春季节有较为漫长的饲草亏缺期[14]。在引黄灌区及其毗邻地区，天然草地全年牧草供给与家畜需求若大致均等，季节性饲草亏缺可能从11月下旬持续到翌年5月中旬[15]，因此优质饲草生产是区域草地农业系统稳定的关键。小麦、燕麦和黑麦等小谷物生长快、耐刈割、再生能力强，在引黄灌区有悠久的种植历史，适应当地气候，春季直到初夏可以放牧或刈割鲜草，也可调制干草冷季饲用，是潜在的饲草作物。放牧是草地最经济的利用方式[16]。为此，在景泰引黄灌区模拟家畜轮牧3种小谷物，比较其饲用价值，以期为利用现有作物资源发展动物生产、改革和完善农业系统提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区自然概况

位于兰州大学景泰草地农业试验站。属典型温带大陆性气候。年平均气温8.6℃，昼夜温差大。年降水量为185 mm，年平均蒸发量3081 mm，无霜期为159 d，年日照时数2718.3 h。≥0℃年平均积温3300～3620℃。湿润度K值为0.51，根据综合顺序分类法，草原类型为微温干旱温带半荒漠类[17]。

1.2 试验小区设置

完全随机区组设计。试验小区面积为4.5 m×9.0 m，小区间保护行距1 m，区组间距2 m， 4次重复。每小区分为2个裂区，1个裂区模拟家畜轮牧，另1裂区收获籽实，用作籽实生产。

2010年3月下旬播种春小麦、燕麦和黑麦，播种量375 kg/hm2，行距25 cm，播深2～3 cm。播种时施肥，二胺∶尿素=1∶1。

1.3 模拟轮牧和田间管理

以定期刈割模拟家畜轮牧，轮牧周期20 d。2010年5月23日首次刈割，此后每20 d刈割1次，留茬8 cm，最后1次齐地面刈割。模拟轮牧的裂区，春小麦和黑麦整个生长季共计刈割4次(5月23日，6月11日，7月1日，7月21日)。每次刈割后，追施尿素，总计225 kg/hm2。播种后适时灌水，每次模拟放牧后灌溉1次，共计灌水7200 m3/hm2。

籽实生产的裂区管理同当地农户，7月21日收获，施肥量与灌水量同模拟放牧裂区。

1.4 测定指标

每次模拟放牧前，每小区2个1 m×1 m样方测产草量。草样分为两份：1份105℃烘至恒重，计测产草量；另1份样品65℃烘48 h，粉碎后过0.425 mm筛，用于营养成分分析。籽实生产裂区测定粮食和秸秆产量，样品粉碎后过筛备用。

Ankom A200i半自动纤维分析仪测定中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)和粗纤维(crude fiber, CF)；凯氏定氮法测定粗蛋白(crude protein, CP)；Ankom XT15i全自动脂肪分析仪测定粗脂肪(ether extract, EE)；流动分析仪测定可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate, WSC)；TM-0910P型马弗炉测定粗灰分(Ash)。半纤维素=NDF-ADF。粗纤维含量=纤维素含量+半纤维素含量+木质素含量+角质。

1.5 饲用价值综合评价

根据《草业科学研究方法》[18]：V=(a+b+c)/3。有3点改动：定量，在先前3等级的基础上，精确定量分级；把参数胡萝卜素等级变更为产量等级，因为产量是饲用的最根本要素；总得分由连乘变为连加。

V为总评分数，数值较高者为优。

c为产草量等级。以超过籽实生产的作物地上部分产量的80%为上等草的阈值，本研究取3种小谷物地上部分产量的平均值；以60%～80%为中等草的下限；60%以下为下等草。参照粗蛋白的评分方法计算。

任何1个值超过上限，则认为其等于上限。

V=(0, 1]，下等草；V=(1, 2] ，中等草；V=(2, 3]，上等草。

1.6 数据处理与统计分析

用Excel绘图，SPSS 13.0做统计分析。

2 结果与分析

2.1 小谷物的产草量

模拟轮牧的燕麦产草量为10.0 t DM/hm2，分别比黑麦和春小麦高38.8%和9.9%(P<0.05)(图1，左)。虽然第1轮模拟放牧时，燕麦产草量分别低于春小麦和黑麦4.5%(P>0.05)和37.8%(P<0.05)，但第2次到第4次轮模拟放牧分别高31.3%和26.9%，120%和45.9%，53.8%和17.5%(P<0.05)。可见，依据产草量高低和对模拟放牧的反应，燕麦较其他两种作物更适宜轮牧。

图1 引黄灌区小谷物模拟放牧的产草量(左)，粮食和秸秆产量(右)Fig.1 Yield of hay (left), grain and straw (right) of three small grain crops in Yellow River irrigation area不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。The different small letters mean the significant differences at P<0.05.下同The same below.

燕麦的粮食产量分别比春小麦和黑麦高33.3%(P<0.05)和39.5%(P<0.05)，秸秆产量分别高36.3%(P<0.05)和45.3%(P<0.05)(图1，右)。用作籽实生产的春小麦、燕麦和黑麦地上部分总产量分别高于模拟放牧37.5%(P<0.05),35.0%(P<0.05)和2.0%(P>0.05)。

2.2 小谷物的营养成分

2.2.1 营养成分含量 总体上，随着小谷物的生育期发展，模拟放牧和籽实生产两种利用方式下，3种小谷物粗蛋白含量从17%～21%逐渐下降到5%～12%；只是春小麦、燕麦和黑麦第3次模拟放牧时CP含量分别高于第2次32.3%,19.4%和15.4%(P<0.05)(图2)。小谷物模拟放牧的CP含量显著高于用作籽实生产；第2次～第4次模拟放牧，春小麦分别高10.2%，210%和190%，燕麦分别高12.1%，93.9%和130%，黑麦分别高76.6%，150%和78.6%(P<0.05)。

图2 引黄灌区小谷物的饲用成分Fig.2 The nutrition content of three small grain crops in Yellow River irrigation areaSG：模拟放牧 Simulated grazing；GP：籽实生产Grain production；下同 The same below.

小谷物粗脂肪含量的变化与粗蛋白相似，在生育期间呈下降趋势(图2)。春小麦和黑麦粗脂肪含量模拟轮牧高于籽实生产；第2次～第4次轮牧，春小麦粗脂肪含量分别高于籽实生产3.5%(P>0.05),28.2%和72.0%(P<0.05)，燕麦分别高19.7%(P>0.05)，33.6%和45.2%(P<0.05)，增幅随放牧频次增加呈逐渐上升趋势，说明轮牧能够提高小谷物粗脂肪含量；轮牧的燕麦粗脂肪含量在第2次比籽实生产高22.0%(P>0.05)，其他时期差异不显著(P>0.05)。

试验期间，模拟轮牧的小谷物可溶性碳水化合物含量逐渐增加，籽实生产的春小麦和黑麦WSC含量先增加后下降(图2)。第2次模拟轮牧时，春小麦、燕麦和黑麦的WSC含量分别是籽实生产的93.4%(P>0.05)，95.9%(P>0.05)和67.1%(P<0.05)；第3次模拟轮牧分别为88.2%，170%和81.9%(P<0.05)；第4次模拟放牧分别为2.5,1.7和1.9倍(P<0.05)，这与小谷物籽实成熟后整株WSC迅速下降有关，说明轮牧具有维持或提高小谷物WSC含量的作用。

第2轮～第4轮模拟放牧的春小麦NDF和ADF含量比籽实生产分别低4.6%(P>0.05)，16.3%，12.9%和11.5%，17.6%，12.6%(P<0.05)，燕麦分别低6.0%(P>0.05)，15.7%，20.7%(P<0.05)和8.0%(P>0.05)，31.2%，19.7%(P<0.05)，黑麦分别低18.9%，20.1%(P<0.05)，1.0%(P>0.05)和27.0%，25.6%(P<0.05),0。春小麦纤维素含量在第1轮～第4轮放牧时分别低于籽实作物4.4%(P>0.05)，20.2%和32.3%(P<0.05)，燕麦和黑麦分别低24.7%，18.2%，35.6% 和26.2%，24.3%，17.7%(P<0.05)。可见，轮牧降低小谷物的NDF、ADF和纤维素含量(图2)。

2.2.2 营养成分产量 模拟轮牧的3种小谷物粗蛋白产量极显著高于籽实生产(P<0.01)，其中春小麦、燕麦和黑麦分别高78.9%，110%和230%(表1)。春小麦和黑麦的粗脂肪含量在模拟轮牧下比籽实生产分别增加37.2%和59.0%(P<0.01)；但放牧的燕麦却减产5.3%，差异不显著(P>0.05)。WSC产量，春小麦和黑麦分别增产15.3%(P<0.05)和4.0%(P>0.05)，但燕麦减产29.6%(P<0.01)。小谷物的粗纤维含量分别下降42.9%，53.0%和21.9%(P<0.01)。需要指出，籽实生产的小谷物其饲用成分产量是地上物质(籽实和秸秆)的总和。显然，在引黄灌区利用3种小谷物发展饲草生产，合理利用，可以收获更多的蛋白质，燕麦和黑麦，还可收获更多的粗脂肪。

表1 引黄灌区小谷物饲用成分的产量

同一作物不同利用方式之间不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。Different capitals identify the significant differences between different utilization of the same crop (P<0.01).NS：差异不显著 No significant difference.

燕麦模拟放牧的粗蛋白产量和粗脂肪产量分别比黑麦和春小麦高17.9%，48.4%和11.9%，66.4%(P<0.01)；WSC产量分别高14.5%和13.6%(P<0.05)；粗纤维产量比春小麦高21.9%(P<0.01)，比黑麦低9.0%(P>0.05)。从营养物质产量的角度，在引黄灌区，燕麦相对于其他2种小谷物更适合于牧草生产。

2.3 小谷物的饲用价值分级

总体上，小谷物轮牧利用比籽实生产更具饲用价值(表2)。3种小谷物，除了5月23日燕麦，均为中等品质牧草。燕麦的饲用价值高于其他两种作物，与各饲用成分的分析结果一致。

3 讨论

本研究中，第1次模拟放牧时间过迟，春小麦、燕麦和黑麦的株高分别达到38.9，40.9和53.9 cm，作物开始拔节，放牧抑制小谷物的再生性[19]，导致模拟轮牧的春小麦和燕麦产草量低于用作籽实生产的小谷物籽实与秸秆产量之和(图1)。一般，栽培草地第1次放牧的高度以25～30 cm为宜[16]，适度放牧利用的一年生小谷物产草量高于籽实生产的小谷物地上部分产量之和[20]。即便如此，单位耕地种植小谷物用于放牧依然比用作籽实生产的小谷物生产出更多的蛋白质(表2)，足见小谷物优良的饲用禀赋。农业滥觞期，人类驯化小谷物最初并不是为了生产粮食，即是为家畜提供刍秣[21]，本研究结果也说明这些小谷物的饲用禀赋并未湮没于漫长的粮食作物育种历史。

用粗蛋白和粗纤维含量作为小谷物饲用价值评价指标，前者很大程度上是正效应，后者一定程度上是负效应，而产草量是中性指标，3个指标的综合方法均等地反映出各个属性饲用成分的贡献。如果饲用价值评级不包含饲草量(表3)，则主要差异有：模拟放牧小谷物的饲用价值与籽实生产的小谷物有更大的优势，饲用价值随小谷物发育成熟而呈逐渐下降趋势。饲草量因素平抑了这两点差异，体现出饲草数量一定范围内可以弥补饲草质量的现实。目前我国生产的粮食，约30%被直接食用，70%用于饲料和其他用途，食物安全本质上是饲料安全[22]。相对于籽实生产的小谷物用于家畜生产，小谷物放牧利用，单位化石能源消耗产出的营养物质更多，是一种低碳的食物生产方式。

表2 小谷物的饲用价值评级

表3 只计粗蛋白和粗纤维的小谷物的饲用价值评级

初步计算，引黄灌区模拟放牧的燕麦水分利用效率最高，约11.7 kg/(hm2·mm)，黑麦和春小麦分别约10.5和8.1 kg/(hm2·mm)，3种小谷物籽实生产的水分利用效率分别为7.5，5.4和5.6 kg/(hm2·mm)。综合产草量和水分利用效率，3种小谷物在营养生长期均适合轮牧，尤其是燕麦。利用当地已有的作物品种发展营养体农业，在品种筛选、管理技术、生产设备等方面比引进新品种有优势。

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Influence of simulated rotational grazing on the forage production of spring wheat, oats and rye in the Yellow River irrigation area

CHENG Hui, CHANG Sheng-Hua, CHEN Xian-Jiang, HOU Fu-Jiang*

StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

Changes in the growth and nutrition content of cereals (spring wheat, oats and rye) under simulated rotational grazing utilization (SG) were studied in the Yellow River irrigation area. The results showed that under SG the forage yields of oats were 38.8% and 9.9% more than that of rye and spring wheat respectively. The total above-ground yields (grain and straw) of spring wheat and rye when used as grain production (GP, traditional utilization method) were 37.5% and 35.0% higher than when they were used as SG, while there was no significant difference in rye yields across the two utilizations. Crude protein yields of the three small grain crops were significantly higher under SG than GP. Crude fat contents of spring wheat and rye were higher under SG than GP, but crude fat yields of oats were lower under SG. Compared with GP, crude fiber contents of the three small grain crops under SG decreased by 42.9%, 53.0% and 21.9% respectively. Grazing resulted in an increase of water soluble carbohydrate contents and lower NDF, ADF and crude fiber contents when compared with GP. On the whole, the three small grain crops have higher feed evaluation scores when they were used as SG and the score of rye was highest.

small grain crops; grain production; vegetative agriculture; Yellow River irrigation area

10.11686/cyxb2012423

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-05-13；改回日期：2014-12-13

国家自然科学基金(31172249)，长江学者和创新团队发展计划(IRT13019)，国家科技支撑计划课题(2012BAD13B05，2011BAD17B02-03)和公益性行业(农业)科研专项(201403071-6)资助。

成慧(1985-)，男，山西交城人，硕士。E-mail: chengh08@lzu.cn *通讯作者Corresponding author. E-mail: cyhoufj@lzu.edu.cn

成慧，常生华，陈先江，侯扶江. 引黄灌区模拟轮牧对春小麦、燕麦和黑麦饲草生产的影响. 草业学报, 2015, 24(6): 92-98.

Cheng H, Chang S H, Chen X J, Hou F J. Influence of simulated rotational grazing on the forage production of spring wheat, oats and rye in the Yellow River irrigation area. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(6): 92-98.