利用方式、种植模式和施氮对多年生牧草产量及品质的影响

肖祥铭，常生华，贾倩民，彭泽晨，张 程，刘永杰，吴恩平，侯扶江

（1. 兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室 / 兰州大学草地农业教育部工程研究中心 / 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2. 甘肃荟荣草业有限公司，甘肃 环县 745700）

长期以来由于气候变化和人类活动，导致陇东地区植被覆盖率低[1]，水土流失严重[2]。水资源的匮乏也使该地区的生态治理和植被恢复具有一定困难[3]。与耕地相比，草地的需水量较小，能形成较好的地表覆盖，减少土壤水分蒸发，有利于水土保持[4]，而且栽培草地兼具多种功能，可以充分发挥牧草生产潜能，实现草地畜牧业集约化发展，有效保护生态环境[5]。陇东地区沟壑纵横，在区域尺度上呈现黄土塬、黄土梁、黄土峁的分布格局，导致栽培草地的大面积机械化生产不易实现[6]。而放牧是一种传统、高效的土地管理方式，可以维持草地的高生产力，改善家畜的健康状况并提高畜产品质量[7]。合理放牧使家畜粪便以及植被枯落物经家畜踩踏进入土壤，使土壤有机质含量增加，同时也增加了土壤速效养分的含量[8]。因此，建植栽培草地进行放牧是陇东地区发展畜牧业和改善生态环境的重要措施。

混播草地通过合理配置牧草种类，使牧草的适应性和抗逆性得到互补，提升群落的稳定性[9]，从而提髙草地的生产能力和使用年限[10]。由于不同牧草的生育期和产草高峰期不同，混播可以使牧草的总产量保持相对稳定或增产，并能够抑制杂草[11]和减少病虫害[12]。禾、豆牧草混播可以充分发挥牧草种间的互补作用，充分利用光照、热量、水分和养分等资源[13]，不但能够提高牧草产量[14]，而且能提升牧草的营养品质和适口性[15]。刘敏等[16]研究表明，禾-豆混播草地可增加牧草的粗蛋白含量，降低粗纤维含量，从而改善牧草品质。另外，刘秀丽和李元恒[17]研究认为，禾-豆混播还可以防止家畜因采食单一豆科牧草而发生的臌胀病或中毒现象，保证家畜的健康和全面的营养摄取。因此，在陇东地区研究禾-豆混播草地对提升草地生产力和促进畜牧业发展具有重要意义。

除种植方式外，施肥也是提高牧草产量和改善牧草品质的重要措施，其中氮肥的作用最为明显[18]。氮是决定牧草生物量的限制因子，土壤中氮素的缺乏将影响牧草的生长和产量[19]，而合理施用氮肥是补充土壤氮素、提高牧草产量最有效的措施[20-21]。施用氮肥以后红豆草(Onobrychis viciifolia)的产量能显著提高[22]，并提高粗蛋白的含量[23]。氮也是植物体内蛋白质的重要组分，适量施用能促进牧草的营养生长，有效增加牧草的株高、叶面积、分蘖数等[24]，从而提高牧草产量。还有研究指出，适量的氮肥能提高牧草蛋白产量，降低牧草的中、酸性洗涤纤维含量，提高牧草适口性，从而改善牧草品质[25-26]。施氮还显著增加了无芒雀麦(Bromus inermis)中粗蛋白和粗脂肪的含量[27]，但是，大量施氮不仅会增加种植成本，还会造成土壤环境污染，故应针对不同的土壤性质和牧草种类确定合理的施氮量[28]。

综上所述，放牧、混播及施氮都是有效提高栽培草地产量和品质的管理措施，但这些措施是否适宜陇东地区以及在该地区对牧草产量和品质的影响效应仍不清晰。因此，本研究设置刈割和放牧两种管理方式，各管理方式下设3 个施氮水平以及红豆草单播、无芒雀麦单播和二者混播3 种种植模式，探究放牧、施氮和混播对牧草产量与品质的影响，为陇东地区建植高产优质的栽培草地提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于甘肃环县兰州大学草地农业试验站(36°29′ N，107°54′ E，海拔1 218 m)，为典型的黄土高原气候区，年均降水量430 mm，多集中在7 月 -9 月，占全年降水量的58%；年均气温9.2 ℃，全年无霜期约165 d，年均日照时数2 596 h。

1.2 试验设计与田间管理

本研究采用裂区试验设计，主区分为放牧和刈割2 种利用方式，副区为红豆草单播(H)、无芒雀麦单播(W)、红豆草和无芒雀麦混播(WH) 3 种种植模式，副副区为不施氮(N1)、施氮80 kg·hm-2(N2)和施氮160 kg·hm-2(N3) 3 种施氮梯度，共18 个处理。每个处理设3 个重复，共54 个小区。每个小区长8 m，宽5 m，小区之间设置1 m 保护行，在进行放牧试验的小区周围安装围栏。2018 年8 月种植牧草，采用条播方式，行距30 cm，播种深度为2～3 cm，混播处理两种牧草种子分别同行条播。红豆草单播处理的播种量为100 kg·hm-2，无芒雀麦单播处理的播种量为45 kg·hm-2，混播草地红豆草和无芒雀麦的播种量分别为50 和22.5 kg·hm-2。2019 年对草地进行施肥，N1处理不施氮肥，N2处理在返青期施氮80 kg·hm-2，N3处理在返青期和第一次刈割后分别施氮肥80 kg·hm-2。每30 d 放牧一次，每个小区放牧10 只羊，每次放牧时间为3～5 d，放牧后牧草的留茬高度在5～8 cm，全年共放牧6 次。刈割处理按照当地管理方式在牧草初花期进行刈割，即5 月25 号、7 月24 号和9 月22 号，全年共刈割3 次。

1.3 牧草产量和品质的测定

放牧处理在放羊前，刈割处理在牧草初花期，在各小区随机选取3 个1 m × 1 m 样地进行刈割(留茬高度5 cm)并称取鲜重，带回实验室用烘箱在65 ℃烘48 h 以上至恒重后测量干重。放牧处理的总鲜、干草产量分别为当年6 次刈割的鲜、干草产量之和，刈割处理的总鲜、干草产量分别为当年3 次刈割的鲜、干草产量之和。将烘干后的牧草样品进行粉碎，装入自封袋用于营养成分的测定。采用近红外光谱分析仪(FOSS-Infratec TM 1 241)测定牧草的营养品质，包括粗蛋白(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)的含量，所用数据库为自建的红豆草和无芒雀麦数据库。利用公式[29]计算相对饲用价值(relative feeding value, RFV)。

1.4 数据处理与统计分析

采用Excel 2010 进行数据统计及制图，使用SPSS-16 软件进行多因素方差分析，不同处理之间多重比较采用图基法(Tukey's Method)，显著性水平设为P ＜ 0.05。

2 结果与分析

2.1 因素显著性及因素水平间的多重比较

放牧方式下的总鲜、总干草产量和RFV 显著高于刈割(P ＜ 0.05)，而EE、NDF 和ADF 含量显著低于刈割(P ＜ 0.05) (表1)。各种植模式的总鲜草和干草产量大小为WH ＞ H ＞ W，CP 和EE 大小为H ＞WH ＞ W，各类型间差异显著(P ＜ 0.05)；WH 和H 处理的NDF 和ADF 显著低于W (P ＜ 0.05)，因而显著提高RFV (P ＜ 0.05)。各施氮处理总鲜、干草产量和粗脂肪的大小为N3＞ N2＞ N1，各处理间差异显著(P ＜0.05)；N3处理的粗蛋白含量显著高于N1(P ＜ 0.05)，而NDF 和ADF 显著低于N1(P ＜ 0.05)，从而显著提高了RFV (P ＜ 0.05)。

2.2 鲜草产量

在放牧方式下，各处理的鲜草产量为第1 茬最高，其次是第2 茬，第6 茬最低(表2)。放牧方式下WH 和H 种植模式N2、N3的第1～6 茬鲜草产量均显著高于N1(P ＜ 0.05)，W 种植下N2、N3的第1 和第6 茬鲜草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，而其他茬次N2与N1无显著差异(P ＞ 0.05)。放牧方式下的同一施氮水平下，WH 和H 的第1～5 茬鲜草产量显著高于W (P ＜ 0.05)，而在N1水平下各种植模式的第6 茬鲜草产量差异不显著(P ＞ 0.05)。在刈割方式下，各处理的鲜草产量大小为第1 茬 ＞ 第2 茬 ＞ 第3 茬。刈割方式下的同一种植模式，N2和N3的第1～3茬鲜草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，N2与N3无显著差异(P ＞ 0.05)；同一施氮水平下，WH 和H 的第1～3 茬鲜草产量显著高于W (P ＜ 0.05)，而WH 与H 差异不显著(P ＞ 0.05)。WH 和H 种植下N2、N3的年总鲜草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，N2与N3差异不显著(P ＞ 0.05)；W 种植下N3的年总鲜草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，而N2与N1无显著差异(P ＞0.05)；同一施氮水平下，WH 与H 的年总鲜草产量差异不显著(P ＞ 0.05)，但二者显著高于W (P ＜ 0.05)。

表 1 各指标的因素显著性及因素水平平均值Table 1 Significance of factors and the average level of factors of each indicator

2.3 干草产量

在放牧方式下，各处理的干草产量为第1 茬最高，其次是第2 茬，第6 茬最低(表3)。放牧方式下WH种植模式N2、N3的第1～6 茬干草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，H 类型下N2、N3的第2～6 茬干草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，W 类型下N3的第2～6 茬干草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，而N1和N2的第1～4 茬干草产量无显著差异(P ＞ 0.05)。放牧方式下的同一施氮水平下，WH 和H 的第1～6 茬干草产量显著高于W (P ＜ 0.05)。在刈割方式下，各处理的干草产量大小为第1 茬 ＞ 第2 茬 ＞ 第3 茬。刈割方式下，3 种种植模式N2和N3的第1～3 茬干草产量显著高于N1(P ＜ 0.05)，N2与N3无显著差异(P ＞ 0.05)；同一施氮水平下，WH 和H 的第1～3 茬干草产量显著高于W (P ＜ 0.05)，WH 与H 的第1 茬干草产量差异不显著(P ＞ 0.05)，而第2 和第3 茬差异显著(P ＜0.05)。WH 和H 种植模式下N2、N3的年总干草产量显 著 高 于N1(P ＜ 0.05)，N2与N3差 异 不 显 著(P ＞0.05)；W 类型下N3的年总干草产量显著高于N1(P ＜0.05)；同一施氮水平下，WH 的年总干草产量显著高于H (P ＜ 0.05)，WH 和H 显著高于W (P ＜ 0.05)。

2.4 粗蛋白含量

在放牧和刈割利用方式下，3 种种植模式各茬牧草CP 含量均为N3处理最高，其次是N2处理，N1处理最低；同一施氮水平第1～6 茬H 的CP 含量略高于WH，二者差异不显著(P ＞ 0.05)，W 的CP 含量最低，且显著低于H 和WH (P ＜ 0.05) (表4)。各处理均为N3处理的年平均CP 含量最高；同一施氮水平下，H 的年平均CP 含量最高，与WH 差异不显著(P ＞ 0.05)，但二者显著高于W (P ＜ 0.05)。

表 2 不同处理下各茬牧草的鲜草产量Table 2 Fresh grass yield of each stubble of forage under different treatments

2.5 粗脂肪含量

(表5) 放 牧 方 式 下，WH 和H 种 植 模 式 第1～6 茬EE 含量逐渐降低，W 类型下第3 茬的EE 含量最高。放牧方式下WH 和H 类型下，N2、N3处理的EE 含量无显著差异(P ＞ 0.05)，二者显著高于N1差异显著(P ＜ 0.05)；W 类型下的N2、N3处理EE 含量无显著差异(P ＞ 0.05)。放牧方式下的同一施氮水平下，WH 和H 之间的EE 含量差异不显著(P ＞ 0.05)。在刈割方式下，WH 和H 第1～3 茬EE 含量逐渐降低；WH 和H 类 型EE 含 量：第1 茬 ＞ 第2 茬 ＞第3 茬；W 方式EE 含量：第2 茬 ＞ 第3 茬 ＞ 第1 茬；同一施氮水平下，EE 含量：H ＞ WH ＞ W。平均值显示，WH 类型下N2和N3无显著差异(P ＞ 0.05)，W类型下N1和N2无显著差异(P ＞ 0.05)；同一施氮水平下，WH 与H 的年平均EE 含量差异不显著(P ＞0.05)，但二者显著高于W(P ＜ 0.05)。

2.6 中性洗涤纤维含量

在放牧方式下，各处理第1 茬的NDF 含量最高(表6)。在刈割方式下，各处理第1 茬的NDF 含量最高。放牧和刈割方式下同一种植模式各茬牧草的NDF 含量为N3＜ N2＜ N1。放牧和刈割方式下同一施氮水平下各茬牧草的NDF 含量大小为H ＜ WH ＜W。平均值显示，3 种种植模式同一施氮水平的年平均NDF 含量差异不显著(P ＞ 0.05)。

表 3 不同处理下各茬牧草的干草产量Table 3 Hay yield of each stubble of forage under different treatments

表 4 不同处理下各茬牧草的粗蛋白含量Table 4 Crude protein content of each stubble of forage under different treatments

表 5 不同处理下各茬牧草的粗脂肪含量Table 5 Ether extract content of each stubble of forage under different treatments

2.7 酸性洗涤纤维含量

放牧方式下各处理第1 茬的ADF 含量最高，在刈割方式下，除HN1外，各处理第2 茬的ADF 含量最高(表7)。放牧和刈割方式下同一种植模式第1～6 茬和1～3 茬的ADF 含量为N3＜ N2＜ N1。放牧和刈割方式下同一施氮水平下各茬牧草的ADF含量大小为H ＜ WH ＜ W。同一种植模式两种利用方式的年平均ADF 含量差异不显著(P ＞ 0.05)。

2.8 相对饲用价值

在放牧方式下，各处理第1 茬的RFV 最低(表8)。放牧方式下，WH 各茬次N1、N2的RFV 差异不显著(P ＞ 0.05)；H 第2～5 茬3 种施氮水平的RFV 差异不显著(P ＞ 0.05)；W 各茬次N1的RFV 显著高于N3(P ＜0.05)；同一施氮水平下，WH 和H 各茬次RFV 的差异不显著(P ＞ 0.05)。在刈割条件下，WH 和H 的RFV 大小为第3 茬 ＞ 第2 茬 ＞ 第1 茬；W 第2 茬的RFV 最高；3 种种植模式的RFV 均为N3＞ N2＞ N1；同一施氮水平下，WH 和H 各茬次之间RFV 的差异不显著(P ＞ 0.05)。平均值显示，3 种种植模式的年平均RFV 均为N3＞ N2＞ N1；同一施氮水平下，WH与H 的年平均RFV 高于W (P ＜ 0.05)。

3 讨论

3.1 不同利用方式对牧草产量和品质的影响

周秉荣等[30]的研究显示，高寒草甸在适度放牧的情况下能提高牧草的总产量，但过度放牧会对草地产生破坏。徐智超等[31]对内蒙古半干旱地区混播栽培草地的研究表明，与传统刈割相比，合理放牧可以提高草地的生产能力。本研究结果与徐智超等[31]的研究一致，放牧较刈割显著增加了牧草的总鲜、干草产量。这是由于合理放牧有利于牧草的再生，对牧草恢复生长有促进作用，能够使草地生产力维持在较高水平，并且通过刺激植物补偿性生长增加草地的利用次数[32]。

表 6 不同处理下各茬牧草的中性洗涤纤维含量Table 6 Neutral detergent fibers content of each stubble of forage under different treatments

表 7 不同处理下各茬牧草的酸性洗涤纤维含量Table 7 Acid detergent fiber content of each stubble of forage under different treatments

表 8 不同处理下各茬牧草的相对饲用价值Table 8 Relative feeding value of each stubble of forage under different treatments

柴林荣等[33]研究表明，在适宜的放牧强度下，牧草粗蛋白含量增加，且随着放牧强度的增大，酸性洗涤纤维含量呈下降趋势，而粗脂肪含量呈增加趋势。章异平等[34]研究也表明，在放牧干扰下草甸的粗蛋白和粗灰分呈增加趋势，而酸性和中性洗涤纤维含量有所下降，这说明放牧并没有降低牧草品质。但是，也有研究[35-36]表明，过度放牧使得牧草中粗蛋白和灰分含量降低，纤维含量增多，进而导致牧草品质下降。本研究表明，放牧条件下的牧草粗蛋白和粗脂肪含量与刈割无显著差异，但放牧处理显著降低了中性洗涤纤维含量，进而提高了相对饲用价值。原因可能是放牧加速了牧草-土壤氮循环，促进了牧草对土壤氮的吸收，进而提高牧草的粗蛋白和粗脂肪含量，改善了牧草品质[37]。

3.2 施氮对牧草产量和品质的影响

氮在植物生长过程中具有关键性作用，氮肥的使用可以有效提高土壤中可利用氮的含量，能促进牧草的生长[38]。研究表明氮肥对栽培草地的地上生物量影响最为显著，高于钾肥和磷肥，使牧草生物量提高25%以上[39]。禾本科对施肥敏感，所以合理施肥能在一定程度上弥补水分不足导致的减产[40]。在甘南高海拔草地施用氮肥能显著增加禾-豆混播草地的草产量，比对照组提高了98.1%[41]。红豆草虽然是豆科牧草，但同样需要氮肥的补充，且在不同施肥配比下，纯氮处理获得了最大的草产量[42]。本研究结果与以上研究一致，无论是单播还是混播处理，与不施氮相比，随施氮量的增加，总鲜、总干草产量增加。原因可能是氮肥能改善植株的生长发育特性，显著提高禾本科的株高、分蘖密度和小穗数[43]。杨桂英等[44]研究表明，无芒雀麦干物质中的粗蛋白含量随施氮量的增加而上升。王德胜等[45]研究说明，施氮提高了豆科牧草的粗蛋白含量，并能降低酸性和中性洗涤纤维含量。本研究显示，施氮显著提高牧草粗蛋白含量和粗脂肪含量，而酸性和中性洗涤纤维的含量降低，并提高了相对饲用价值。

3.3 禾-豆混播对牧草产量和品质的影响

禾-豆混播的种植方式可提高牧草干物质产量，改善饲用品质[46]。苜蓿和无芒雀麦、老芒麦(Elymus sibiricus)混播，较禾草单播可显著提高产量，苜蓿和高羊茅(Lolium arundinaceum)混播较苜蓿(Medicago sativa)单播也显著提高了产草量[47]。在新疆极干旱的条件下，红豆草和高冰草(Thinopyrum ponticum)的混播较单播显著提高了鲜草产量[48]。本研究结果显示，同一施氮水平下，无论是放牧还是刈割条件，禾-豆混播的总鲜草产量略高于红豆草单播，但显著高于无芒雀麦单播。通常情况下，豆科牧草的粗蛋白含量要高于禾本科牧草[49]，禾-豆混播后牧草粗蛋白含量高于禾本科牧草单播[50]。郭孝等[51]研究表明，无芒雀麦与苜蓿混播能提高牧草营养价值，与无芒雀麦单播相比，混播草地的粗蛋白质、粗脂肪含量分别提高了22.80%和10.59%，粗纤维降低了9.33%，说明混播较单播有利于提高牧草的产量和品质。有研究报道，红豆草单播的粗蛋白含量最高，红豆草和无芒雀麦混播次之，无芒雀麦单播最低[52]。本研究表明，混播草地的粗蛋白、粗脂肪含量及相对饲用价值显著高于无芒雀麦单播，并降低了中性洗涤纤维含量。这是由于混播中豆科牧草的固氮作用促进了混播草地对土壤氮的吸收利用，并且豆科牧草的粗蛋白含量较高，进而使混播草地的粗蛋白含量增加[53]。

4 结论

放牧较刈割可提高总鲜、总干草产量，明显降低粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量，进而提高相对饲用价值。与无芒雀麦单播相比，红豆草单播和两者混播显著提高了鲜干草产量以及粗蛋白、粗脂肪含量，显著降低了中性洗涤纤维含量，进而提高相对饲用价值。总鲜、总干草产量随施氮量的增加显著增高，施氮条件下的粗蛋白、粗脂肪含量和相对饲用价值显著高于不施氮处理，而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量显著低于不施氮。所有处理中，放牧条件下无芒雀麦和红豆草混播草地施氮160 kg·hm-2的鲜干草产量最高，且品质优良，是一种适宜陇东地区栽培草地的管理措施。