呼伦贝尔市羊草割草地刈割技术对牧草产量及品质的影响

周忠义，卫 媛，白玉婷，卻国萍，田 野，卫智军

（1.牙克石市草原工作站，内蒙古 牙克石 022150；2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010；3.内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010018）

呼伦贝尔市割草地资源丰富，总面积1.0×106hm2， 占内蒙古割草地面积的28.1%， 占呼伦贝尔市草地总面积的19.5%［1-2］。 呼伦贝尔市割草地自然经济条件优越，产量高，品质好，群落结构复杂多样，与放牧利用相辅相成，是保障草畜季节平衡、家畜安全越冬以及灾后应急救援的饲草储备资源，在维系草地畜牧业可持续发展和维持生态平衡与稳定方面起着至关重要的作用，对牧区畜牧业生产方式从放牧向半舍饲、舍饲转型具有重要意义［3］。

刈割是草地利用的重要方式， 当草地生态系统牧草生产的供给能力大于牲畜需求时， 收获多余的牧草能够解决其他时期畜草供求矛盾［4］。 刈割不仅影响牧草个体形态特征、 生长发育和繁殖特性，也会对群落结构组成、多样性及生态系统的稳定性产生影响［5-6］。 刈割技术即刈割时期和刈割高度是影响草地生产力和牧草营养价值的主要因素，亦是割草地合理利用与管理的重要方式，以及割草地生态系统研究和利用关注的重点论题［7-13］。探讨天然割草地对刈割的响应， 确定和采取合理的刈割技术，是获得高产优质牧草，保证割草地稳定和可持续利用， 促进草地生态系统健康发展的重要管理措施［14-16］。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区谢尔塔拉镇， 属中国农业科学院农业资源与农业区划研究所呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站草甸草原羊草割草地试验平台（2014—2019 年）， 地理位置为北纬49°23′13″，东经120°02′47″。 该地区为中温带半干旱大陆性气候，年均气温-2.4 ℃，极端高温为36.17 ℃，最低气温为-48.5 ℃，无霜期约80～110 d。 年平均降水量350 mm，多集中在7—9 月，且变化较大。地带性植被属羊草草甸草原植物群落， 群落建群种为羊草（Leymus chinensis）， 优 势 种 有 山 野 豌 豆（Vicia amoena）、展枝唐松草（Thalictrum squarrosum）、细叶 白 头 翁 （Pulsatilla turczaninovii）、 糙 隐 子 草（Cleistogenes squarrosa）， 常见的有寸草苔（Carex duriuscula）、双 齿 葱（Allium bidentatum）、裂 叶 蒿（Artemisia tanacetifolia）等。

1.2 试验设计

试验于2017—2019 年进行，试验地为草甸草原羊草割草地，试验采用随机区组设计，设置3 个刈割时期和4 个刈割高度（留茬高度）试验处理，刈割时间分别为8 月1 日、8 月15 日和9 月1日；刈割高度分别为对照0 cm（CK 组）、留茬2 cm（A 组）、留茬5 cm（B 组）和留茬8 cm（C 组），每个刈割时期和刈割高度均为3 个重复， 试验小区面积为3 m×3 m，共108 个试验小区。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 群落和羊草地上生物量测定于试验年份的不同刈割时期 （8 月1 日、8 月15 日和9 月1日），在每个小区选取1 m×1 m 的样方，利用剪割法收集不同刈割高度（0 cm、2 cm、5 cm 和8 cm）的群落地上生物量和羊草地上生物量。 将剪割样品带回实验室置于65 ℃烘箱内烘干至恒重，获得群落和羊草的地上生物量（干重）。

1.3.2 群落和羊草营养品质测定将群落和羊草地上生物量研磨粉碎， 使用部分样品测定植物群落和羊草的营养品质。 采用范氏纤维测定法测定酸性洗涤纤维（AND）和中性洗涤纤维（NDF）含量；凯氏定氮法测定粗蛋白（CP）含量。

1.3.3 单位面积营养成分粗蛋白收获量单位面积营养成分粗蛋白（CP） 收获量为群落地上生物量×粗蛋白（CP）含量。

1.3.4 群落多样性计算根据描述样方内植物种数目及所有植物种的个体数和重要值， 计算群落α 多样性，包括玛格列夫丰富度指数、辛普森优势度指数、 香农—维纳多样性指数和皮罗均匀度指数。

①玛格列夫丰富度指数 （Margarlef 丰富度指数）计算公式：D=（S-1）/lnN。

式中，D 为玛格列夫丰富度指数；N 为总个体数量；S 为总物种数量；ln 为自然对数， 底数2.718 283 8。

②辛普森优势度指数（Simpson 优势度指数）计算公式：D=1-ln（∑Pi）2。

式中，D 为辛普森优势度指数，Pi为物种相对重要性， 即物种i 的个体数在样方内所有物种个体数中所占的比例。

③香农—维纳多样性指数 （Shannon-Wiener多样性指数）计算公式：H′=-∑PilnPi。

式中，H′为群落多样性指数，Pi为样品i 在总样本中的比例。

④皮罗均匀度指数（Pielou 均匀度指数）计算公式：J′=（-∑PilnPi）/lnS。

式中，J′为皮罗均匀度指数，Pi为属于种i 的个体在全部个体中的比例，S 为样方内的物种数。

1.4 数据处理

原始数据整理以及方差分析结果图表绘制均在Excel 2003 软件中进行； 方差分析均采用单因素方差分析（分析前进行数据正态性检验和方差同质性检验），根据方差分析结果判断线性可加性模型是否存在， 当方差分析结果通过显著性检验（P＜0.05）且满足方差分析条件时，采用Duncan′s分析法进行均值间（组间）多重比较（P＜0.05），同时采用字母标记法进行检验结果标记。

2 结果与分析

2.1 群落地上生物量

羊草割草地不同刈割技术群落地上生物量变化见表1。 伴随刈割高度的增加，群落地上生物量呈下降的变化趋势（P＜0.05）。 不同刈割年限，群落地上生物量的波动较大， 总体表现为2018 年和2019 年较2017 年高。 在2019 年8 月1 日刈割，群落地上生物量较2017 年和2018 年同期刈割高，CK 组地上生物量最高，为171.70 g/m2。2018 年8 月15 日和9 月1 日，群落地上生物量整体表现较高；8 月15 日刈割高度为0 cm 的CK 组地上生物量表现最高，达到335.42 g/m2，而9 月1 日CK组地上生物量最高，为171.77 g/m2。 由此可见，不同年份间， 割草地植物群落地上最大生物量存在时间上的差异，刈割时期为8 月15 日左右可以收获较高的群落地上生物量。

2.2 群落和优势种营养成分

羊草割草地不同刈割技术群落和优势种营养成分变化见表2。 通过对2017 年不同处理群落和优势种营养成分的方差分析结果表明，8 月15 日和9 月1 日群落ADF 含量在C 组最低（P＜0.05），8 月15 日刈割时， 群落NDF 含量也在C 组最低（P＜0.05）。 群落的CP 含量以及羊草种群的ADF、NDF 和CP 含量在不同刈割高度下均无显著差异（P＞0.05）。 2018 年不同刈割技术下群落营养成分方差分析表明（见表3），8 月1 日刈割，除刈割高度8 cm 外，群落ADF 含量均显著（P＜0.05）低于其他刈割时期，9 月1 日刈割高度5 cm 群落ADF 含量最高。 刈割时期8 月15 日群落NDF 含量低于其他刈割时期。 不同刈割时期之间群落CP含量无显著差异（P＞0.05）。 综合2017 年和2018年群落营养成分来看， 刈割时期和刈割高度对群落CP 含量存在影响， 但未达到显著性水平 （P＞0.05）， 且刈割时期对群落ADF 含量影响较大，对NDF 含量影响较小。

2.3 单位面积营养成分CP 的收获量

对2017—2019 年群落地上现存量进行平均，同时对2017 年和2018 年群落粗蛋白含量进行平均，计算得到植物群落单位面积CP 收获量，不同刈割时期和刈割高度下的变化规律见图1。由图1可知，群落单位面积CP 收获量在8 月1 日和9 月1 日均低于8 月15 日，因此，8 月15 日进行刈割能够保证获得较高的群落CP。 刈割高度显示，伴随刈割高度增加， 群落CP 收获量呈下降的变化趋势，结合当地气候条件和牧草再生特性，刈割高度5 cm 有利于植物群落各个种群刈割后再生， 并安全越冬，此时的蛋白收获量为12.09 g/m2。

2.4 群落多样性

通过分析群落的α 多样性变化发现 （见表4），8 月1 日在5 cm 刈割高度群落的Shannon-Wiener 多 样 性 指 数、Simpson 优 势 度 指 数、Pielou均匀度指数较高， 显著性检验结果详见表4；8 月15 日在0 cm 刈割高度群落的Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 优势度指数、Pielou 均匀度指数均较高， 显著性检验结果见表4；9 月1 日在2 cm 刈割高度群落的Margarlef 丰富度指数显著（P＜0.05）高于0 cm。 对比分析同一刈割高度不同刈割时期群落多样性指数可知，在0 cm 刈割高度处理下，8 月15 日群落的Shannon-Wiener 多样性指数、Simpson 优势度指数、Pielou 均匀度指数高于其他刈割时期；在2 cm 刈割高度处理下，9 月1日群落的Margarlef 丰富度指数高于其他刈割时期；在5 cm 刈割高度处理下，不同日期下群落多样性指数无显著（P＞0.05）差异；在8 cm 刈割高度处理下，8 月1 日群落的Margarlef 丰富度指数尽管低于其他刈割时期，但并无显著（P＞0.05）差异。

表1 羊草割草地不同刈割技术群落地上生物量变化 单位：g/m2

表2 2017 年羊草割草地不同刈割技术群落和优势种营养成分变化 单位：%

3 讨论

群落地上生物量是度量割草地生产力高低直观和重要的指标［17］。 该研究比较分析2017—2019年3 年羊草割草地群落地上生物量动态表明，群落地上生物量的年度间波动性较大，且以2017 年最低，而2018 年最高。主要原因是天然割草地群落地上生物量受自然因素影响大，特别是受降雨因素的影响更大、更敏感。气象资料分析表明，呼伦贝尔市2017 年比历年平均降水量少10.1 mm，2018 年降水量330.8 mm，较平均降水偏多17.3%，比上年（2017 年，199.6 mm） 高出65.7%［18］；2019 年比历年平均降水量偏多11.1%， 较2018 年偏少5.0%［19］。刈割技术在很大程度上影响群落地上生物量。 不同年份间的不同刈割时期群落地上最大生物量存在差异，但总体上看，刈割时期为8 月15 日左右可以收获较高的地上生物量，这与王志锋等［20］研究类似。干旱年份群落地上生物量总体较低，刈割高度严重影响割草地牧草的收获量 （见表1），故在干旱年份刈割高度要适当降低。

图1 羊草割草地不同刈割技术植物群落单位面积CP 含量

表3 2018 年羊草割草地不同刈割技术群落营养成分变化 单位：%

表4 不同刈割技术群落多样性

单位面积营养成分粗蛋白（CP）的收获量是衡量割草地收获牧草数量和质量的有效指标， 亦是确定刈割技术， 即确定合适的刈割时期和适宜的刈割高度重要的参考［21］。 该研究中，2017 年和2018 年两年的不同刈割时期和不同刈割高度无论群落的CP 含量，还是建群种羊草的CP 含量变化差异不显著（P＞0.05），由此可见，单位面积营养成分CP 的收获量取决于群落地上生物量。除刈割时期外，刈割高度决定收获群落地上生物量多少，也决定单位面积CP 的收获量高低。从图1 可以看出，随着刈割高度的降低，单位面积CP 的收获量会提高。 但刈割高度过低时，虽然可收获较高的牧草地上生物量，但会在很大程度上影响牧草越冬，翌年牧草再生以及草地以后的牧草产量，也会使土壤养分失衡等，导致草地退化［15，22-23］。鉴于此，可以认为羊草割草地刈割高度为5 cm 左右比较合适。

4 结论

羊草割草地群落地上生物量受降雨因素影响年度间波动性较大， 刈割时期和刈割高度均影响牧草收获量， 且干旱年份刈割高度严重影响割草地牧草的收获量； 羊草割草地群落和建群种羊草的粗蛋白含量（CP）的年度间和不同刈割技术下变化不显著。单位面积营养成分CP 的收获量取决于群落地上生物量，即刈割时期和刈割高度影响单位面积CP 的收获量；早期刈割（8 月1—15 日）群落多样性指数较高； 随着刈割高度的降低，群落多样性指数呈上升趋势； 呼伦贝尔市羊草割草地适宜的刈割时间为8 月15 日左右，刈割高度为5 cm 左右比较合适。 干旱年份刈割高度要适当降低。