巴林右旗干草原主要牧草的营养成分季节动态与饱和链烷烃组成结构的研究

李宝栋，邓宇，孙海洲，赵瑞霞，萨其仍贵，李晓燕，红敏，桑丹，张春华,任晓萍

(1.赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰 024031；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；3.内蒙古黄羊洼草业有限公司，内蒙古 赤峰 024300)

合理规划草地载畜量以及有效提高放牧饲养经济效益是草原畜牧业的研究重点，其中了解牧草营养成分季节变化规律和揭示草食家畜采食结构之间有着紧密的联系。地理特点和气候条件的不同使得各地区草原的牧草种类和生长规律也存在一定的差异，需要开展大量有针对性的实地研究。

巴林右旗位于赤峰市北部，是中东部农牧交错带优势区内蒙古自治区入选的4个代表县之一[1]，该旗天然草原面积为85.75万hm2[2]，草地群落有27科78种植物[3]，具有发展草原畜牧业的有利条件。但以西拉沐沦苏木为代表的一些草场，退化现象突出，急需根据牧草营养变化规律合理载畜量，从而有效保护脆弱的草地生态。

多年来研究者们一直致力于准确地测定放牧家畜的采食量，其中饱和链烷烃法被认为是一种较为可行的方法[4]，孙泽威等[5]研究指出牧草链烷烃浓度模式的显著差异是链烷烃技术得以应用的必要条件。

本研究旨在通过对牧草营养成分和饱和链烷烃浓度的分析，揭示巴林右旗干草原主要牧草营养成分的季节变化规律以及应用饱和链烷烃法估测该地草食家畜采食结构的可行性，为巴林右旗草原畜牧业的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验草样采集和制备

试验草样采集地点为赤峰市巴林右旗西拉沐沦苏木，地理坐标为E 119°20′-120°6′，N 43°15′-43°38′，平均海拔550.6 m。该地区草地植物类型为干草原，自然气候属大陆性半干旱气候。年降水350 mm且主要集中在7-9月，年积温2900～3100 ℃，农作物生长期可达150 d。

本研究在该区域采用星点布局法选择样地，每个样地随机选取3个1.0 m×1.0 m的样方，分别于2016年5、7、10月及2017年1月采集代表春、夏、秋、冬季牧草生长情况的样品。采集草样时，齐地面剪取每个样方中同一种草样，称取每种草样的鲜重，用纸包装，风干后粉碎过1 mm网筛，之后用封口袋分装置于冰箱冷冻保存，待测其他指标。所采10种常见草样包括艾草(Artemisiaargyi)、达乌里胡枝子(Lespedezadavurica)、狗尾草(Setariaviridis)、尖叶胡枝子(Lespedezahedysaroides)、柠条锦鸡儿(Caraganakorshinskii)、冷蒿(Artemisiafrigida)、草麻黄(Ephedrasinica)、羊草(Leymuschinensis)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、克氏针茅(Stipakrylovii)。

对该地区草地群落组成的调查表明，艾草、冷蒿所属的菊科占比为17.9%，狗尾草、羊草、糙隐子草、克氏针茅所属的禾本科占比为15.4%，达乌里胡枝子、尖叶胡枝子、柠条锦鸡儿所属的豆科占比为12.8%，为主要的植物群落，其中羊草为优势物种。

1.2 试验草样指标的测定

1.2.1营养成分测定 风干基础上，采用烘箱干燥法测定干物质(dry matter, DM)含量，采用凯氏定氮法测定粗蛋白(crude protein, CP)含量，采用干灰化法测定粗灰分(crude ash, Ash)含量，采用高锰酸钾滴定法测定钙(calcium, Ca)含量，采用钼黄比色法测定总磷(total phosphorus, TP)含量[6]，并按照张丽英[6]的方法测定中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量。

1.2.2饱和链烷烃浓度测定 除狗尾草、克氏针茅外，选择7、10月采集到的其余8种草样分别测定C27、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35饱和链烷烃浓度，测定方法按照林立军等[7]所述，并结合试验条件略有修改。使用的气相色谱仪为安捷伦7890B，配FID检测器，使用的自动液体进样器为安捷伦G4513A，色谱柱为HP-5，空气压缩机为SPB-3，C27、C29～C35饱和链烷烃标样购自农业农村部环境保护科研监测所。

1.3 数据整理与统计分析

采用Excel 2016进行数据整理，使用SPSS 20进行营养成分含量和各饱和链烷烃浓度的统计分析。

2 结果与分析

2.1 干草原牧草营养成分的季节变化

除了草麻黄的DM含量5月显著低于10月(P<0.05)，其余各草样DM含量在4个采样时间点差异不显著(P>0.05)(表1)。草麻黄的CP含量从5月到翌年1月逐季显著降低(P<0.05)，达乌里胡枝子、尖叶胡枝子、柠条锦鸡儿、冷蒿、羊草的CP含量从5月到翌年1月逐季极显著降低(P<0.01)。冷蒿的Ca含量在7月显著低于其余3个采样时间点(P<0.05)，艾草、达乌里胡枝子、狗尾草、尖叶胡枝子、羊草、糙隐子草、克氏针茅的Ca含量在7月极显著低于其余3个采样时间点(P<0.01)；除狗尾草外，其余草样的Ca含量10月最高(P<0.01)。艾草、尖叶胡枝子、柠条锦鸡儿、冷蒿、草麻黄、糙隐子草的TP含量在10月极显著低于其余3个采样时间点(P<0.01)；狗尾草、尖叶胡枝子、冷蒿、草麻黄、羊草、克氏针茅的TP含量5月最高(P<0.01)。NDF、ADF、Ash含量的季节变化在各草样之间没有统一的规律。

多数草样DM含量与其他营养成分间的相关关系不显著(P>0.05)(表2)。分析NDF和ADF含量间的相关关系，糙隐子草、克氏针茅都呈正相关但不显著(P>0.05)，冷蒿呈显著的正相关(P<0.05)，其余7种草样都呈极显著的正相关(P<0.01)。分析ADF和Ca含量间的相关关系，羊草呈正相关但不显著(P>0.05)，达乌里胡枝子、狗尾草都呈显著的正相关(P<0.05)，其余7种草样都呈极显著的正相关(P<0.01)。分析ADF与TP含量间的相关关系，柠条锦鸡儿、草麻黄、羊草都呈负相关但不显著(P>0.05)，其余7种草样都呈极显著的负相关(P<0.01)。分析Ca与TP含量间的相关关系，狗尾草、克氏针茅都呈显著的负相关(P<0.05)，其余8种草样都呈极显著的负相关(P<0.01)。其余营养成分间的相关关系在多数草样中规律不一致。

2.2 干草原牧草饱和链烷烃组成结构对比

对7、10月采集到的8种草样各自的8种主要饱和链烷烃浓度进行方差分析(表3,4),7种草样C29和C31饱和链烷烃的浓度极显著高于其余6种饱和链烷烃(P<0.01)，柠条锦鸡儿、冷蒿C29饱和链烷烃浓度最高(P<0.01)，糙隐子草、羊草、夏季7月达乌里胡枝子、尖叶胡枝子、艾草、草麻黄C31饱和链烷烃浓度最高(P<0.01)。秋季10月达乌里胡枝子的C29和C31饱和链烷烃浓度分别为(46.35±1.39)和(46.12±1.39) μg·g-1。7月采集的8种草样，奇数链烷烃合计浓度占8种饱和链烷烃合计浓度的78%～93%，偶数链烷烃合计浓度占比为7%～22%；10月采集的8种草样，奇数链烷烃合计浓度占8种饱和链烷烃合计浓度的86%～99%，偶数链烷烃合计浓度占比为1%～14%。C34、C35饱和链烷烃只在夏季7月羊草、夏季7月柠条锦鸡儿、夏季7月达乌里胡枝子和艾草中检出。

将各草样饱和链烷烃浓度值标准化后，进行主成分分析，获得主成分值Z1、Z2及综合主成分值Z。Z1和Z2的初始特征值对链烷烃组成结构的累计方差贡献率，7月为82.45%、10月为95.77%(表5)。对Z1、Z2、Z进行方差分析(表6,7),分析7月各草样的饱和链烷烃组成结构，8种草样间的对比至少有一个主成分值差异显著(P<0.05)(表6)。对比10月各草样的饱和链烷烃组成结构，羊草、草麻黄间的Z1、Z2、Z值差异不显著(P>0.05)，秋季10月达乌里胡枝子不符合应用条件，其余草样间的对比至少有一个主成分值差异显著(P<0.05)(表7)。

3 讨论

3.1 干草原牧草营养成分的季节动态分析

DM作为牧草除水分外各种成分的总和，其含量似乎具有稳定性，郭彦军等[8]发现东祁连山高寒草甸几种灌木和牧草6-9月干物质含量差异不显著(P>0.05)，本研究所采集的草样的DM含量同样在4个时间点变化不显著(P>0.05)。对于CP含量，杨泽新等[9]指出随着牧草生育阶段的增加与植株叶片的枯黄，CP含量呈线性下降，谷英等[10]对毛乌素沙地荒漠化草原区8种牧草的研究也表明蛋白质从春季到冬季均逐季下降，通过采集5月到翌年1月的干草原牧草，本研究再次验证这一规律。所采集的10种草样的NDF、ADF和Ash含量没有一致的季节变化规律，与吴克顺等[11]对8种阿拉善荒漠草地牧草探讨得出的规律相近，薛树媛等[12]对15种灌木、半灌木和牧草的研究也表明Ash含量随不同生长期没有变化规律。钙和磷是草食家畜最为重要的矿物质营养元素且彼此联系紧密，周学辉等[13]研究青藏高原高寒草甸草场发现牧草TP含量幼嫩期最高，Ca含量生长末期最高，本研究中艾草等9种草样的Ca含量10月最高，狗尾草等6种草样的TP含量5月最高，验证了这一观点。基于各草样CP含量逐季降低的情况，当地牧民按照营养需要为放牧家畜补饲相应的蛋白饲料十分必要。

NDF和ADF是粗纤维的细化指标，其含量直接影响放牧家畜的采食量，本研究中8种干草原草样的NDF与ADF含量显著正相关，与梁建勇等[14]在对甘南高寒草地牧草和新疆温性草原牧草的研究中得出的结论相似。本课题组还发现采集的多数干草原牧草ADF和Ca含量与TP含量有着相反且明显的相关关系，这与张阅军等[15]的研究结果相近，该研究指出牧草ADF和Ca含量与生育期显著正相关，TP含量与之相反。钙和磷的紧密联系在相关性分析中再次得到验证，所采集的各草样的Ca和TP含量之间的负相关性可能造成牧草钙磷比增加和磷含量不足，但相关报道较少，需进一步研究，草样采集地牧民因此需要提高放牧家畜日粮磷含量，使钙磷平衡供给。

3.2 干草原牧草饱和链烷烃组成结构分析

Zhang等[16]、Smith等[17]以及崔占鸿等[18]研究都指出，植物表皮中奇数饱和链烷烃含量远大于偶数饱和链烷烃，其中C31和C29饱和链烷烃含量最高。本研究中8种干草原草样有6种的C31饱和链烷烃浓度最高，2种的C29饱和链烷烃浓度最高，且奇数饱和链烷烃合计浓度远高于偶数饱和链烷烃，但并不是每种奇数饱和链烷烃浓度都高于偶数饱和链烷烃。Casson等[19]和肖金玉等[20]研究都指出草样中的饱和链烷烃浓度大于50 μg·g-1才能应用双烷烃法估测草食家畜的采食量，试验中除秋季10月达乌里胡枝子外，其他草样饱和链烷烃浓度都符合此应用条件。

植物表皮的蜡质含有碳原子数为21～37的饱和链烷烃，随着季节和植物品种的不同其浓度和比例也会不同，这一特征可用于对食草动物所食植物种类和数量组成等的推测[4]。为了将所测定的8种饱和链烷烃的浓度综合起来用于研究草样的饱和链烷烃组成结构，本研究使用了主成分分析，Chen等[21]的研究指出，用于分析的主成分值只要有一个差异显著(P<0.05)就可以区分两种草样的饱和链烷烃模式。试验中，7和10月多数干草原草样的饱和链烷烃浓度的主成分值Z1、Z2有明显差异，具有可区分性。

巴林右旗干草原的主要牧草的饱和链烷烃组成特征，具备应用饱和链烷烃法估测草食家畜采食结构的基本条件，但需提高方法的区分度。

4 结论

10种巴林右旗干草原草样中，多数草样从5月到翌年1月CP含量显著地逐季降低(P<0.05)，Ca含量10月最高(P<0.01)，TP含量5月最高(P<0.01)；多数草样的ADF与NDF含量极显著正相关(P<0.01)，Ca与TP含量极显著负相关(P<0.01)。

8种采自7、10月的干草原草样中，多数草样的C29、C31饱和链烷烃浓度极显著高于其余6种饱和链烷烃(P<0.01)，且多数草样的饱和链烷烃浓度的主成分值Z1、Z2差异显著(P<0.05)。