补播禾草对退化苜蓿草地生产性能及牧草品质的影响

2021-04-01杨彦军李满有沈笑天曹立娟

草地学报 2021年3期

王斌，杨彦军，董秀，李满有，沈笑天，曹立娟，兰剑*

(1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021； 2.宁夏彭阳县草原工作站，宁夏固原 756500)

紫花苜蓿(Medicagosativa)作为一种优良的多年生豆科牧草，粗蛋白含量高、营养丰富、适口性好、根系发达、固土护坡能力强，长期以来，在宁夏半干旱区大面积种植，取得了较好的经济和生态效益，为该区域畜牧业生产和生态建设发挥了重要作用[1-3]。然而，6～7年后苜蓿草地开始退化，植株高度降低、植被稀疏、分枝数减少，进而影响紫花苜蓿的产量和品质。草地补播是更新、复壮草地的有效措施之一[4-7]，能大幅度提高草地生产力[8-10]，改良退化草地。

目前，补播技术已被广泛应用。美国怀俄明州东部短草区补播草木樨(Melilotussuaveolens)后，产草量比不补播的草地增加140%[11]，牧草品质大为改善;苏日娜[12]在赤峰市使用松土补播机补播了披碱草(Elymusnutans)，当年增产14.69%，第2年增产44.04%，第3年增产71.14%；杨增增等[13]在退化草地上补播垂穗披碱草(Elymusnutans)、中华羊茅(Festucasinensis) 和冷地早熟禾(Poacrymophila)，植被盖度，地上、地下生物量都显著上升；刘欣等[14]对柴达木盆地松叶猪毛菜(Salsolacollina)砾石荒漠草地进行补播试验，改良草地效果明显，产草量提高了4.97～6.22倍；张晓华等[15]在巴林左旗草原退化特别严重的地带补播了老芒麦(Elymussibiricus)、披碱草、冰草(Agropyroncristatum)和羊草(Leymuschinensis)，结果表明，补播不仅不会破坏原生植被，还可提高产量和覆盖率。因此，补播对改良退化天然草原效果明显，但鲜见退化苜蓿草地补播方面的研究报道。针对宁夏半干旱区苜蓿草地大规模退化，本研究以7龄苜蓿草地为研究对象，补播多年生黑麦草(Loliumperenne)、披碱草、苇状羊茅(Festucaarundinacea)、无芒雀麦(Bromusinermis)、鸭茅(Dactylisglomerata)，探讨该区域退化苜蓿草地适宜补播的禾草种类，为改良退化苜蓿草地提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏回族自治区隆德县神林乡观音村进行。试验地位于105°48′～106°15′E，35°21′～35°47′N，海拔2 100 m，属中温带季风区半湿润半干旱气候，年均降水量为766.0 mm，年均气温5.6℃，平均日照时数2 303.5 h，无霜期125 d。该地区苜蓿草地有明显斑块，且苜蓿覆盖度低于60%～70%，牧草品质下降，苜蓿产量下降30%左右，属于中度退化草地。

1.2 试验材料

试验材料均由北京百斯特草业有限公司提供，如表1所示。

表1 材料信息Table 1 Material information

1.3 试验方法

试验采用单因素随机区组设计，设6个处理，分别为：不补播(CK)、补播多年生黑麦草、垂穗披碱草、苇状羊茅、无芒雀麦、鸭茅，小区面积60 m2(6 m×10 m)，3次重复，18个小区，小区间距1 m。2018年4月15日，在7龄苜蓿草地上用鲁耕深松机深松40 cm后撒播补播禾草(理论播种量为2 000粒·m-2)，再施肥(磷酸二铵用量150 kg·hm-2(P2O5≥12.0%)，硫酸钾用量120 kg·hm-2(K2O≥40%))，最后浅旋10 cm，镇压。

1.4 测定指标及方法

补播草地分别于2019年6月10日、2019年8月22日刈割，留茬高度为3 cm。刈割前测定以下指标。

株高：初花期(1/10开花期)，每个小区随机选取30株，测量紫花苜蓿从茎的最基部到最上叶顶端的距离。

分枝数：从根颈处，数其一级分枝数，每小区随机取30株测定，取平均值。

叶茎比：每小区选30个苜蓿将茎和叶分离，于105℃杀青1 h，70℃烘48 h冷却，称其干重，叶茎比=叶干重/茎干重。

鲜干比：每个小区取500 g样品样方，称鲜重，6次重复，放于实验室自然阴干后，对应称其干重。鲜干比=鲜草重量/阴干后草重量。

鲜草产量：在苜蓿初花期进行刈割，垂直行向取6 m2样方，每个小区重复6次，从而换算出每个小区牧草产量。

干草产量：将所采集的鲜草风干，恒重后测量干重，折算整个小区干草产量。

1.5 营养成分测定

从每个小区随机取300 g的混合样品，剪成3～5 cm长，置于烘箱中在105℃烘干48 h至恒重。将烘干样粉碎，过1 mm筛，在低温、避光的条件下保存。参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[16]测定粗灰分(Crude ash，Ash)、粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)含量。根据中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维计算饲料相对饲喂价值(Relative feed value，RFV)，表达式为：RFV=DMI×DDM/1.29，其中：DMI (Dry matter intake)为粗饲料干物质的随意采食量，DMI=120/NDF；DDM (Digestible dry matter)为可消化的干物质，DDM =88.9—0.779×ADF。

1.6 数据统计分析

利用Excel 2013软件进行数据整理，DPS 9.01软件进行统计方差分析，显著性分析和Duncan多重比较，并用SPSS Statistics 22.0软件进行主成分分析方法(PCA)分析。

2 结果与分析

2.1 补播禾草对退化苜蓿农艺性状的影响

由表2可知，除补播披碱草第一茬的苜蓿鲜干比和补播鸭茅第二茬的苜蓿株高外，补播禾草处理下苜蓿的株高、叶茎比、分枝数及鲜干比均高于CK处理。其中，第一茬苜蓿在补播苇状羊茅处理下的株高最高，达75.71 cm，较CK高19.04 cm；第二茬苜蓿在补播无芒雀麦处理下苜蓿株高最高，显著高于其他补播处理(P<0.05)。就叶茎比而言，两茬苜蓿在补播鸭茅处理下均显著高于其他处理(P<0.05)。第一茬苜蓿分枝数最多的是补播苇状羊茅处理，其次是补播无芒雀麦；第二茬苜蓿分枝数最多的是补播鸭茅处理，其次是补播多年生黑麦草处理，两者均显著高于其他处理(P<0.05)。两茬苜蓿的鲜干比均在补播多年生黑麦草处理下最大，较CK处理分别提高了0.66和0.83。

表2 补播禾草对退化苜蓿株高、叶茎比、分枝数和鲜干比的影响Table 2 Effects of reseeding grasses on plant height,leaf-stem ratio,branch number and fresh-dry ratio of degraded alfalfa grassland

2.2 补播禾草对全年干草产量的影响

由表3可知，补播禾草可显著提高牧草产量(P<0.05)。第一茬牧草干草产量最高的为补播苇状羊茅处理，其显著高于其他5个处理(P<0.05)，达7.27 t·hm-2；CK处理下的牧草产量最低，为3.93 t·hm-2；二者相差3.34 t·hm-2。第二茬牧草干草产量最高的为补播多年生黑麦草处理，达7.97 t·hm2；CK处理下干草产量最低，为3.58 t·hm-2；二者相差4.39 t·hm-2。全年牧草的干草产量在补播苇状羊茅处理下达最高，为14.04 t·hm-2，与CK相比，增产86.70%。

表3 补播对退化苜蓿草地干草产量的影响Table 3 Effect of reseeding grasses on hay yield of degraded alfalfa grassland

2.3 补播禾草对牧草品质的影响

由表4可知，补播处理对牧草的营养品质有显著影响(P<0.05)。就两茬牧草粗灰分而言，较高的处理为补播多年生黑麦草、无芒雀麦和鸭茅，显著高于其他处理(P<0.05)；第一茬、第二茬牧草粗灰分含量最低的分别是补播苇状羊茅、补播披碱草处理，与其他处理有显著差异(P<0.05)，且较CK分别低3.17%，1.16%。各补播处理显著提高了牧草的粗蛋白含量(P<0.05)，两茬次牧草粗蛋白含量均在补播鸭茅处理下最高，第一茬、第二茬分别为21.79%，22.42%，较CK分别提高了1.24和1.38倍。粗脂肪含量两茬次最高的均为补播鸭茅处理，其次是补播披碱草、补播苇状羊茅处理，补播鸭茅处理与其他处理差异显著(P<0.05)。两茬牧草的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量均在补播鸭茅处理下最低，其次是补播披碱草处理。

表4 补播禾草对牧草品质的影响Table 4 Effect of reseeding grasses on forage quality

2.4 不同处理间综合评价

PCA分析能够充分地反映牧草各指标间起主导作用的综合指标。由相关系数矩阵(表5)可得，补播不同禾草处理下的9个性状间存在不同程度的相关性，性状间的相关性易导致信息重叠，为消除重叠信息的不利影响，对牧草的9个主要指标进行PCA分析(表6)，根据特征值大于1的原则，可提取3个主要成分，贡献率分别为50.915%，30.572%，13.964%，能够代表总体的95.452%。

第一主成分的特征值为4.582，此成分中载荷较高的有粗蛋白、粗脂肪含量，主要反映了牧草的营养品质，可称为营养因子。第二主成分的特征值为2.752，载荷较高的是干草产量、分枝数、株高，可称为产量因子。第三主成分的特征值为1.257，载荷较高的是粗灰分含量，可称为灰分因子。

将标准化后的数据导入SPSS软件中，根据赵宁等[17]主成分计算模型做PCA分析，可以得出公因子值(表6)，代入Y=(50.915Y1+30.572Y2+13.964Y3)/92.767，得出补播不同禾草处理的综合得分，得分最高2.220。排名依次为：鸭茅>苇状羊茅>披碱草>多年生黑麦草>无芒雀麦>CK(表7)。

表5 相关系数矩阵Table 5 Correlation coefficient matrix

表6 各因子特征值和累计贡献率Table 6 Eigenvalues and cumulative contribution rates of each factor

表7 不同补播处理的综合排名Table 7 Comprehensive rank of different reseeding treatments

3 讨论

3.1 补播禾草对退化苜蓿草地生产性能的影响

退化苜蓿草地补播禾草可以明显提高草地生产力。本研究发现，补播禾草后的苜蓿株高、分枝数以及牧草的产量均显著增加，主要是由于退化苜蓿草地植被稀疏、空斑率高，为补播的禾草提供了生长的空间[18]，改变了光在群体中的分配特点，使有限的环境资源得到了高效利用[19-20]，从而提高了草地牧草产量。同时，在退化苜蓿草地上补播禾草相当于豆禾混播草地，苜蓿通常从土壤中吸收较多的钙、磷、镁，而禾草一般吸收较多的氮和硅，有效发挥了苜蓿和禾草对资源利用的种间互补效应[21-22]，这使得两种牧草均可从土壤矿物营养元素中汲取其所需养分，从而提高草地生产力。另外，苜蓿和禾草根系间交错叠加，丰富了根系分泌物，增加了土壤有效微生物数量[23]，有利于牧草对养分的吸收，而禾草对氮素的吸收也可促进苜蓿的根瘤固氮，使土壤养分转化效率和土壤有效养分含量提高，进而促进牧草地上部生长，以达到增产目的。

3.2 补播禾草对牧草营养的影响

牧草中的粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量是评定其营养品质的重要指标。本研究发现，补播禾草能够显著提高牧草的粗蛋白含量。退化苜蓿草地有大量的裸露斑块存在，给赖草(Leymussecalinus)等杂草提供了生长空间。在收获时，杂草会和苜蓿一起被收割，由于杂草的粗蛋白含量低于补播的5种禾草[24-25]，故而补播禾草处理的牧草粗蛋白含量高于未补播处理。另外，在牧草生长的过程中，苜蓿的部分氮通过地上、地下组织的分解转移到禾草中[26-27]，从植物组织淋洗到土壤和气态散发被禾草连续再吸收或通过菌根接触直接转移。同时由于禾草对固氮产物的利用，促使苜蓿的固氮作用增强[28]，提高了牧草养分的利用，促进了禾草粗蛋白含量增加，从而混合牧草营养品质得到一定程度的改善。

粗灰分主要为矿物质氧化物或盐类等无机物质，给动物补充矿物质[29]，在一定范围内粗灰分含量越低，牧草质量越好[30]。补播多年生黑麦草、无芒雀麦和鸭茅处理下牧草粗灰分含量较未补播有所增加，主要原因可能是这3种禾草自身所含粗灰分含量较高，从而导致混合牧草的粗灰分含量增加。

酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维主要影响家畜的消化率和采食率，中性洗涤纤维含量高时，牧草适口性下降，严重影响家畜采食率，酸性洗涤纤维影响家畜对牧草的消化率[31]。本试验中，牧草NDF，ADF含量在补播多年生黑麦草、苇状羊茅和无芒雀麦处理下高于未补播，而补播披碱草和鸭茅处理低于未补播，可能是由于禾草自身的生理特性导致同种禾草在不同地区所表现出来的适应性与生产性能有所不同，在紫花苜蓿初花期取样时，披碱草和鸭茅还未抽穗，收获部分均为叶片，纤维含量少，而多年生黑麦草、苇状羊茅、无芒雀麦此时已处于开花期，纤维含量较多。