紫花苜蓿在动物饲养与生态治理领域的应用研究进展

赵晓登　李玉帅　陈腾达　高方超　蒋佳琦　周岩

摘 要：紫花苜蓿产草量高、营养丰富、蛋白含量高、适口性好、适应性强，是一种世界范围内种植的优质饲草，具有极高的应用价值和营养价值，被誉为“牧草之王”，近年来在动物饲养与生态改善领域得到了广泛的应用。该文综述了近年来紫花苜蓿在动物饲养与生态改善领域的最新研究进展，对其存在的问题进行了讨论，对其发展前景进行了展望。

关键词：紫花苜蓿;动物饲养;生态治理

中图分类号 S542.4文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）08-0037-04

紫花苜蓿（Medicago sativa）是一种重要的多年生豆科草本植物，具有较高的营养价值和良好的适口性，是全球种植面积最大的多年生作物之一，也是世界上分布最广、栽培历史最悠久的饲草之一。目前，我国紫花苜蓿的种植地主要分布在西北、华北、东北以及江淮流域，种植面积达到3.77×106hm2，在畜牧业生产中具有重要的地位[1-3]。紫花苜蓿根系发达，对土壤要求不高，对重金属有富集作用，具有维持氮平衡、水土保持、增强土壤肥力、改良盐碱地等生态修复功能[4-5]。

作为一种优质牧草，紫花苜蓿的平均产量达到10.0～22.2t/hm2，且蛋白质含量丰富，在现蕾末期至开花期干草蛋白质含量达19%以上，部分优质品种达22%。近年来，随著畜牧业的迅速发展，我国紫花苜蓿产业的发展势头迅猛，对紫花苜蓿的研究应用愈加广泛，对于紫花苜蓿的开发也不再仅仅局限于草捆、草粉、草颗粒等，其次级代谢物越来越引起研究者的重视，如苜蓿皂苷、苜蓿黄酮、苜蓿多糖以及多种未知生长因子[6-8]。同时，国家也出台了一系列相关的扶持政策，紫花苜蓿的种植面积逐年扩大，逐渐成为了畜牧业发展中的一大支柱产业，成为了农牧业经济新的增长点，并朝着现代化的方向发展[9]。为此，本文对紫花苜蓿在动物饲养和生态治理改善领域的相关研究及应用进行了综述，并对当前存在一些问题进行讨论，对其发展前景进行展望，以期为今后紫花苜蓿的行业发展提供参考。

1 动物饲养

1.1 营养价值 紫花苜蓿茎叶中含有丰富的蛋白质、矿物质、多种维生素及胡萝卜素，特别是叶片中含量更高，还有类黄酮素、酚型酸等植物特有的营养素[10]。营养成分、消化率、促生长因子和抗营养因子等性状是衡量饲草品质的重要指标[11]。优质牧草的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物灰分等营养成分以及苜蓿皂苷、黄酮、多糖等促生长因子含量相对较高，而单宁等抗营养因子的含量相对较低[12-16]。作为适合各种畜禽的优质饲草，紫花苜蓿富含蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素等营养物质，含量丰富，营养全面。经研究表明：每100克紫花苜蓿的嫩茎、叶中含水82g、蛋白质5.0g、脂肪0.4g、碳水化合物8g、粗纤维2.4g、灰分2.3g、热量234.30kJ、钙332mg、磷115mg、铁8.0mg、胡萝卜素3.28mg[17]。紫花苜蓿干草中的粗蛋白含量为12.3%～26.1%，一般在18.5%左右，接近蛋白质饲料要求，比禾本科牧草的可消化蛋白质高2.5倍，远高于其他饲料作物，且降解率高[18]。张子仪[19]等研究表明：紫花苜蓿中含有20种以上的氨基酸，包括动物生长发育所需的全部必需氨基酸，其中赖氨酸含量1.06%，蛋氨酸含量0.32%，氨基酸组成比例均衡，与联合国粮农组织推荐的成人氨基酸模式基本符合，可在一定程度上解决人、畜蛋白质资源紧缺的难题[20]。樊文娜[2]等研究表明，紫花苜蓿富含多种维生素、胡萝卜素、叶酸、维生素K、维生素E等，是仅含B族维生素B12的植物性饲草，且胡萝卜素、叶酸和生物素平均含量分别为94.6、4.36、0.54mg/kg，是生物素利用率最高的原料之一，而单宁含量不足1%，适口性好。紫花苜蓿中含异黄酮类物质及多种促生长因子，包括苜蓿皂苷、黄酮、多糖等，其中苜蓿皂苷含量达到3%，位居各类饲草之首[22-23]。综上，紫花苜蓿的营养成分和促生长因子含量丰富，远超其他饲草，且消化率高，易于被动物吸收，同时单宁含量较低，适口性好，是一种营养价值极高的优质饲草。

1.2 饲养效果 紫花苜蓿适口性好，脂肪、蛋白质等营养物质含量高，且地上生物量巨大，作为优质饲草，近年来其在动物饲养领域的研究应用愈加广泛[24-25]。李俊[26]等通过在羊开食料中添加不同水平的紫花苜蓿干草，研究不同水平紫花苜蓿添加量对断奶前羔羊生长性能和瘤胃发育的影响。结果表明：在羔羊开食料中添加紫花苜蓿可以显著提高开食料的系水力并降低容重;降低羔羊的日均干物质采食量而对体重、平均日增重和料肉比无显著影响;降低羔羊血液β-羟丁酸浓度，但对血液葡萄糖和非酯化脂肪酸浓度无不利影响;提高羔羊瘤胃壁角质化程度，增加瘤胃壁肌层厚度，对其他瘤胃形态指标无不利影响。刘旭蕾[27]等在研究不同紫花苜蓿添加比例对断奶绒山羊公羔生长性能影响试验中，设置4组日粮组合对断奶绒山羊幼公羊进行饲喂，发现日粮中添加25%以上紫花苜蓿可明显提高绒山羊的日增重。王志龙[28]等通过向大三元杂交猪的日粮中添加不同比例的紫花苜蓿来探讨豆科饲草苜蓿对育肥猪生产性能的影响，结果表明：添加10%的紫花苜蓿日粮能够显著提高育肥猪的末重和日增重，有效降低育肥猪的料肉比，明显增加毛利润，达到333.99元，说明日粮中添加豆科饲草紫花苜蓿可以显著提高育肥猪的生产性能和经济效益。杨士林等[29]研究表明，紫花苜蓿作为青绿饲料可以显著增加肉牛的采食量，提高日增重，加快育肥速度。紫花苜蓿中富含苜蓿多糖，可以有效地改善畜禽的免疫机能，饲喂后可以促进畜禽免疫器官的发育，促进淋巴细胞的增殖分化，进而增强淋巴B、T细胞对病原体的杀伤作用[30]。

综上，紫花苜蓿营养丰富，采用紫花苜蓿喂养畜禽后，无论是生产性能还是经济效益都有着巨大的优势。因此，大力推广紫花苜蓿种植，进一步扩大紫花苜蓿在畜牧业的研究应用，是提高经济效益，降低饲料成本的有效途径。

2 生态改善

2.1 修复重金属土壤 土壤是人类生存与发展不可或缺的资源，是人类生存环境的重要组成部分。随着我国现代化进程的加快，大量重金属随着工业生产、农业施肥、不合理灌溉和矿石开采等工程技术进入到土壤，重金属进入土壤的速度逐渐超过了土壤的自净能力和容量，引起土壤受到了不同程度的污染。由于重金属具有生物毒性强，不可降解性，易迁移性，隐蔽性等特点，且能通过食物链以及人类的生命活动威胁到人类的健康与安全，因此对重金属污染土壤进行修复日益成为国际和国内关注的热点[31-32]。植物修复技术（Phytoremediation）是近年来兴起的一种高效低耗、不易造成二次污染，同时具有美化景观作用的绿色生态技术。该技术是利用绿色植物及其根系与土壤中的微生物体系来降解环境中一些不易自然降解而造成永久性污染的物质[33]，在清除土壤重金属污染方面具有广泛的应用前景[34]。练建军[35]等采用温室盆栽的试验方法来验证根瘤菌与紫花苜蓿组合修复系统对重金属钼的富集能力，结果表明：根瘤菌与紫花苜蓿组合修复系统不仅能有效降低土壤重金属钼含量，而且还可以促进土壤微生物生态功能的多样性，在重金属钼污染土壤修复工程中具有一定的应用潜力。湛天丽[36]在贵州铜仁汞矿区万山区大水溪尾矿库附近进行了紫花苜蓿对重金属污染土壤的修复试验，结果表明：根瘤菌与紫花苜蓿组合修复系统对重金属汞和镉有着良好的修复效果，修复效率分别达33.69%、9.30%。游伟民[37]通过开展紫花苜蓿对土壤中铅的吸收特性研究，結果表明，在紫花苜蓿的根系耐性指数（3000mg/kg）以内，铅离子浓度越高，紫花苜蓿地上部对铅的迁移总量越大，两者呈显著的线性关系，即紫花苜蓿对土壤中的铅有着良好的富集作用。李致颖[38]等通过开展富集重金属铜的牧草植物选择试验，结果表明，不同铜浓度水平下紫花苜蓿的发芽情况表现为“低促高抑”;紫花苜蓿的苗高和地径分别在25%和20%～50%的铜浓度下显著升高;各铜浓度对根长和生物量无显著影响且被紫花苜蓿的吸附量较大，进一步结合紫花苜蓿生物量大、生长迅速等特点，最终得出利用紫花苜蓿修复重金属土壤污染具有良好应用前景的结论。

2.2 改良盐碱地 盐碱土是我国最主要的中低产土壤类型之一，主要分布在西北、华北、东北及沿海地区，总面积约为3.6×107hm2，占全国可利用土地面积的4.88%，占世界盐碱地总面积的1/10[39-40]。十几年来，我国生态环境严重恶化，农田次生盐碱化土地面积已达667万hm2，与此同时，还有大面积的潜在盐碱化土地，盐碱化土地治理迫在眉睫[41]。目前，盐碱地的治理有生物治理、物理治理等一系列较为成熟的综合措施，其中，引进种植耐盐碱植物的生物治理是兼顾生态和生产的有效治理模式之一。王彦龙[42]等自2016年起在青海省柴达木盆地（N36°39′，E99°18′）进行了人工种植紫花苜蓿对盐碱地土壤的修复研究，结果表明：种植苜蓿对盐碱土壤的pH值具有明显的降低作用;苜蓿的生长也增加了地表的植被覆盖度，从而减少了地表水分蒸发，部分盐分被苜蓿吸收带出土壤，使土壤耕作层含盐量降低;0～30cm耕层土壤有机质含量和土壤温度均有增加趋势，对盐碱地的改良效果明显。另有研究发现，黄河三角洲滨海盐碱地的白蜡+柽柳+紫花苜蓿的植被模式可以增加地表覆盖度（82%～95%）和林分郁闭度（65%～75%），同时植物蒸腾也代替了部分土壤蒸发，土壤蒸发量降低，从而减弱了土壤的积盐速度，抑制了土壤盐分的表聚性，对土壤的降盐抑碱效果良好[43-46]。侯贺贺[47]等在黄河三角洲滨州市阳信县盐碱地试验区进行了为期3年的黄河三角洲盐碱地生物措施改良效果的研究，结果表明：种植紫花苜蓿后耕作层土壤容重开始降低，土壤入渗率提高，土壤结构得到改善;同时促进盐分向下淋溶，抑制土壤盐分向地表积累，植物吸收带走部分盐分，使土壤耕层逐渐脱盐，对土壤理化性质具有良好的改善作用。安振等于2017年在山东省滨州市无棣县黄河岛（N37°55′19″，E108°36′52″）开展了小麦玉米与紫花苜蓿间作模式对盐碱地土壤含盐量及周年产量研究，结果表明，小麦玉米间作紫花苜蓿可以降低0～40cm土层含盐量，提高小麦和玉米的穗粒数、粒重以及净面积单产，紫花苜蓿周年干物质产量也有所增加，是兼顾经济和生态效益的高效栽培种植模式[48]。

2.3 防风阻沙 沙障是一种高效的防风固沙措施，目前多采用机械沙障与生物措施相结合的方法，不仅可以防风固沙，还是生态治理、生态修复的重要组成部分[49-50]。此外，沙障还具有调节气候、改良土壤的作用[51]。哈斯[52]等在浑善达克沙地中部的正蓝旗宝绍岱苏木白音宝利格灌区开展了紫花苜蓿防风固沙研究试验，采取紫花苜蓿与大黄菜籽间播的方式建植人工草地，结果表明，建成的人工草地具有防风固沙的沙障作用：当遇到风速11m/s的强风沙流时，大约有85%的流沙能够被阻挡在沙障之外，同时对于风速也有一定的减弱作用;在人工草地的自然演替过程中，生物生长量、植被覆盖率、生物生产量不断提高，不但增强了人工草地的防风固沙屏障作用，还增强了牧草品质，提高了产草量。敬永方[53]等在土地沙化严重的甘肃环县北部地区开展了紫花苜蓿草地固沙效果观察研究，结果表明：人工紫花苜蓿草地建植当年，植被覆盖率51.7%，其中野生牧草覆盖率27.3%;建植紫花苜蓿人工草地第2年，植被覆盖率达到94.5%，其中紫花苜蓿覆盖率71.3%，出现了大量的长茅草、茵陈蒿、赖草等野生牧草，地表风蚀情况减少，固沙能力提高到382.7m2/hm2，风蚀土壤量下降到27.2m3/hm2;建植紫花苜蓿人工草地第4年，植被覆盖率接近100%，土地沙化和风蚀情况基本消失。

2.4 增强土壤肥力 魏晓斌[54]等研究了紫花苜蓿对松嫩平原西部土地肥力年际变化和垂直分布的影响，结果表明：种植当年，土壤pH值和水溶性盐含量降低;种植第2年后，土壤有机质、全磷、全氮和水解性氮含量均有所提高，表层速效钾的含量最高，对土壤肥力的增强作用明显。紫花苜蓿对土壤肥力的增强作用随着其生长年限会的延长产生一定变化，罗志浈[55]等研究表明，随着紫花苜蓿生长年限的增加，紫花苜蓿茬灌漠土、潮土耕层和耕种风沙土的有机质、全磷、全钾、速效磷以及速效钾的含量均有上升趋势。此外，退耕还林还草与高效种植制度相结合是防止土地退化、进行土壤恢复和改良的有效方法，紫花苜蓿和禾本科植物间作是实现生产效益与生态保护共赢的有效途径。赵雅姣[56]等通过研究西北半干旱区紫花苜蓿和小黑麦间作对根际土壤养分和细菌群落的影响，结果表明，紫花苜蓿和小黑麦间作可以降低根际土壤pH值，改善根际土壤营养状况以及根际微生物环境，明显增强土壤肥力。

3 问题与展望

紫花苜蓿是一种兼顾生态功能、产草量高、抗逆性强、应用范围广的优质牧草，近些年来应用于动物饲养和生态改善等领域，取得了显著的成果[57-59]。已有的大量研究证明，无论是营养成分还是产量产能，紫花苜蓿都具备优质牧草的标准，并且已开始大规模应用于饲养行业。在一些重金属污染和风沙地区的种植也显示出了良好的生态修复作用，特别是紫花苜蓿在植物修复技术上的应用已成为了一种新的生态治理模式，具有广阔的发展前景[60-62]。但仍存在着如下不足之处：

（1）多数品种抗性欠缺，抵御生物（虫、病等）和非生物（盐碱、干旱等）胁迫的能力较弱，在一些高海拔和南方高温地区的生长状况不佳，对紫花苜蓿的正常生长、产量和品质造成了一定的影响。

（2）高产栽培技术的研究仍处于初始阶段，对其需水量以及盐碱地的耐受度等基础研究仍显不足，大多数地区的栽培种植没有统一的高产标准，经济效益与生态效益良莠不齐，这是导致推广难的重要因素之一。

（3）种植分散，规模化程度不够。目前，紫花苜蓿种植在我国普遍存在，种植目的却以贴补饲用和改良土地为主，在总体种植面积逐年增加的情况下，高品质规模化种植面积却呈减少趋势。

总而言之，今后应重点加强对紫花苜蓿的品种改良，可利用植物基因工程等现代育种技术解决紫花苜蓿的耐旱性、品质及产量改良等问题，建立品种优势;加强对其基础研究，进一步明确紫花苜蓿的生理机理，为紫花苜蓿的生物资源利用提供理论基础;在不同气候区域建立紫花苜蓿的高产栽培标准，在保障生态和经济效益的基础上，向标准化、产业化、国际化方向发展。

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