赤峰巴林左旗典型草原针茅属牧草最适收获期研究

2022-03-10王伟周天荣孙林贾玉山格根图

草原与草坪 2022年6期

王伟，周天荣，孙林，贾玉山，格根图*

（1.呼伦贝尔学院农林学院，内蒙古呼伦贝尔 021008；2.内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010019；3.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010018）

天然牧草在成熟过程中，通过光合作用会不断地积累体内的营养物质，呼吸作用和其他的生命活动则会消耗所产生的营养物质，这就造成天然牧草在形态和生理功能上产生一系列的变化［1］。由于天然牧草生长环境的特殊性，牧草在不同时间收获时会产生不同的差异［2］。针茅作为天然牧草群落中重要的牧草种类，在内蒙古赤峰地区的产量巨大，适时收获后的针茅无籽实，家畜可食，扩大了牧草饲料来源，极大地促进了当地草产业发展［3］。孙林［4］研究结果表明，若收获不及时，针茅所产生的狼针（芒）将会严重影响当地天然牧草的营养价值和利用率。王晓莉等［5］研究表明，针茅属牧草不但影响家畜采食量，还会影响家畜皮毛质量，刺伤家畜的口腔黏膜，刺穿皮毛，更有严重者，会危及家畜的生命安全。刘美玲等［6］研究指出，针茅在未结实之前，具有较高的营养价值，若合理利用，会为家畜提供较高的营养供给。因此，确定针茅的适时收获期对于天然牧草利用、家畜食用安全和当地产业发展具有重要意义。

目前，对于针茅的研究主要集中在针茅属牧草的物种多样性［7］、功能性状［8］和留茬高度［9］上，对于针茅的最适收获期研究报道较少。因此，本研究旨在探讨不同收获期对针茅属牧草营养含量的影响，为针茅作为牧草利用提供基础数据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古自治区赤峰市巴林左旗查干哈达苏木，大兴安岭东南山前丘陵，属于温带大陆性季风气候，年平均降水量为381.2 mm，年平均气温为5.2 ℃，天然植被属于中温性典型草原，土壤类型为暗栗钙土，土壤粉粒和粘粒含量分别为63.4%和10.0%，粗砂粒占4.6%，土壤母质为侏罗系陆相堆积、火山碎屑岩［10］。

试验地内分布有33种牧草，其中，禾本科、豆科和菊科牧草各5种，毛茛科和蔷薇科牧草各2种，其他牧草14种。试验地内主要牧草种类见表1。

表1 主要牧草优势度Table 1 Dominance of primary grass

试验地内植物群落主要以大针茅、克氏针茅、羊草、达乌里胡枝子、中华隐子草、冰草为主，针茅属牧草主要包括大针茅和克氏针茅，其中，大针茅的相对高度、相对多度、相对盖度和相对频度4项指标最高，冰草的各项指标最低。

1.2 试验方法

试验地面积为20 hm2，试验小区面积为16 m2（4 m×4 m），3次重复，在2017年7月20日、8月1日、8月10日、8月20日、8月30日和9月10日分别对试验小区内天然牧草种类、植被分布进行调查（图1），针茅属牧草刈割后立即放置在塑封袋内，带回实验室利用粉碎机对样品进行粉碎，过40目筛子后将部分样品装至信封袋，用以测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维；剩余样品过100目筛子后装至信封袋，用以测定营养成分。

图1 试验地草地景观图Fig.1 Grassland landscape map of the experimental site

用最优母序列关联分析法来研究典型草原牧草不同收获期营养成分，中性洗涤纤维（Neutral detergent fibre，NDF）和酸性洗涤纤维（Acid detergent fibre，ADF）作差之后得到酸性洗涤溶解物（Acid detergent，ADS）。最优母序列关联分析法基本原理为：消除因量纲产生的影响，需进行均值变换，即对每一个指标进行均值处理，然后将每列中的测定值与该列的均值相除，得到对应值，均值处理后指标可以反映出收获期和营养成分信息，且各个指标的数值越大，表明该指标值可能是该收获期营养价值高的特征。最后，计算关联系数，关联系数是为了反映两个被比较的序列在某一时刻的紧密程度。

1.3 测定指标

参照GB 6432-86［11］测定粗蛋白质（Crude protein，CP）含量。参照索氏脂肪提取法［12］测定粗脂肪（Ether extract，EE）含量，参照Van Soest［13］方法测定中性洗涤纤维（Neutral detergent fibre，NDF）和酸性洗涤纤维（Acid detergent fibre，ADF）含量。参照蒽酮-硫酸比色法［14］测定可溶性糖（Water soluble carbohydrate，WSC）含量。

1.4 数据分析

论文中表格利用 WPS office Excel 2020软件进行绘制，利用SPSS 18.0软件进行数据分析和处理。

2 结果与分析

2.1 不同收获期针茅属牧草营养成分差异性分析

由图2可知，随着收获期的推进，针茅属牧草CP含量呈先升高后降低的变化趋势。CP含量在8月20日最高，为6.36%，9月10日最低，为4.03%。EE含量随着收获期的推进呈升高后降低的变化趋势，以8月20日的EE含量最高，为2.32%，以7月20日的EE含量最低，为1.37%，8月10日EE含量要低于8月20日针茅的EE含量。ADF和NDF含量均随着生育期的推进逐渐升高，最高值均出现在9月10日。WSC含量随着收获期的推进呈先升高后降低再升高的变化趋势，最高值出现在8月30日，最低值出现在7月20日。

图2 不同收获期与针茅属牧草营养成分分析Fig.2 The nutrient composition analysis of Stipa grandis at different harvest time

2.2 不同收获期针茅属牧草营养成分最优母序列关联分析

不同收获期针茅属牧草营养成分最优母序列关联分析见表2。

收获期与针茅属牧草粗蛋白紧密度较高的最优序列为8月20日，最优序列关联值为6.36%；收获期与粗脂肪紧密度较高的处理为8月20日，最优序列关联值为2.32%；收获期与酸性洗涤溶解物紧密度较高的处理为8月1日，最优序列关联值为13.59；收获期与可溶性糖紧密度较高的处理为8月20日，最优序列关联值为4.06%（表2）。

表2 针茅属牧草不同收获期营养成分最优母序列关联Table 2 The correlation of optimal parent sequences of nutrients of Stipa grandis at different harvest time

均值处理见表3，数值越大，表明该指标值可能是营养价值高的特征。

由表3可知，收获期与针茅属牧草粗蛋白紧密度较高的最优序列为8月20日，最优序列均值为1.25%；收获期与粗脂肪紧密度较高的处理为8月20日，最优序列均值为1.27%；收获期与酸性洗涤溶解物紧密度较高的处理为8月1日，最优序列均值为1.06%；收获期与可溶性糖紧密度较高的处理为8月20日，最优序列均值为1.04%。

表3 针茅属牧草不同收获期营养成分均值化矩阵Table 3 The average nutrient composition matrix of Stipa grandis at different harvest time

绝度差值矩阵计算结果见表4

表4 针茅属牧草不同收获期营养成分绝对差值矩阵Table 4 The absolute difference matrix of nutrients of Stipa grandis in different harvest time

收获期与针茅属牧草粗蛋白紧密度较高的最优序列为9月10日，最优序列绝对差值为0.46%；收获期与粗脂肪紧密度较高的处理为7月20日，最优序列绝对差值为0.52%；收获期与酸性洗涤溶解物紧密度较高的处理为9月10日，最优序列绝对差值为0.15%；收获期与可溶性糖紧密度较高的处理为7月20日，最优序列绝对差值为0.10%。从表中找出最大绝对差值ΔMax=0.52%，最小绝对差值ΔMin=0.00，分辨系数ρ取0.43%。

收获期与针茅属牧草粗蛋白紧密度较高的处理为8月20日，最优序列为8月20日的1.00%；收获期与粗脂肪紧密度较高的处理为8月20日，最优序列为8月20日的1.00%；收获期与酸性洗涤溶解物紧密度较高的处理为8月1日，最优序列为8月1日的1.00%；收获期与可溶性糖紧密度较高的处理为8月20日，最优序列为8月20日的1.00%；将每行收获期中的各项营养物质含量进行均值化处理后，得出每行不同收获期与营养物质含量的关联度。7月20日、8月1日、8月10日、8月20日、8月30日和9月10日与各项营养物质含量关联度分别为0.57、0.65、0.70、0.96、0.68和0.58，经过分析后可知，针茅与营养成分紧密度较高的收获期排序依次为：8月20日＞8月10日＞8月30日＞8月1日＞9月10日＞7月20日（表5）。

3 讨论

3.1 收获期对针茅属牧草营养品质的影响

吴发莉等［15］研究发现，收获期对天然牧草营养物质含量有重要影响，夏季收获的牧草粗蛋白含量要显著高于冬季牧草（P＜0.05）；杜雪燕等［16］研究结果发现，不同收获期牧草的CP和WSC含量差别较大；王德平等［17］研究结果发现，随着收获期的推迟，牧草的CP含量显著降低（P＜0.05）；严学兵［18］对高寒草地不同季节天然牧草的营养物质含量分析后发现，一年中的CP含量变化呈单峰型，而ADF含量与CP相反。这些研究均说明不同收获时间天然牧草的营养物质含量明显不同。本试验结果表明，针茅作为典型草原天然草地建群种牧草，不同收获期对针茅的营养物质有影响，随着收获期的延后，针茅CP含量逐渐降低，而ADF和NDF含量逐渐增加，这就说明随着收获期的滞后，针茅的营养价值逐渐降低，多数天然牧草随着生育期的延后，牧草品质有逐渐下降的特性，在生长发育早期牧草营养价值最高，而枯草期表现出较低的营养价值，这可能与植株的茎叶比有关系，随着牧草植株生长期的延迟，牧草茎叶比增加，故随收获时间滞后CP含量逐渐降低。本研究中，针茅在8月20日时测得CP含量为6.36%DM，随后CP含量开始下降，逐渐线性下降至9月10日的4.03%DM，这可能是因为针茅植株体内含氮物质的变化所造成的，9月10日的针茅已经处在枯草期，植株体内的蛋白质通过生理生化反应结合木质素、单宁等转化为不可利用蛋白类物质，针茅品质也逐渐变差；而ADF和NDF含量逐渐增加，主要是因为针茅茎中蛋白质含量低而纤维类物质含量高，叶片中粗蛋白质含量高而纤维类物质含量低［16］。随着生育期的延后，针茅体内ADF和NDF含量逐渐增加，这一变化趋势的出现可能是与牧草植株内碳水化合物的转化造成的［19］。

3.2 针茅属牧草收获期滞后对天然草地利用率的影响

针茅属牧草未达到结实期之前，具有较高的营养价值，是牛、马、羊喜欢采食的优质牧草。刘爱萍等［20］研究表明，针茅属牧草产生的狼针（芒）会缠绕在绵羊的皮毛中，刺伤绵羊的口腔黏膜、皮肤和蹄叉，甚至危害家畜的生命安全。侯天爵等［21］研究表明，若针茅收获期延迟，产生的狼针会对牲畜产生严重的影响，尤其是对羊皮的破坏影响尤为严重。王德平等［22］研究表明，针茅属牧草在形成狼针之前收获，粗蛋白含量可达到10.04%，是营养价值较高的天然牧草。以上研究表明，适宜的收获期是针茅属牧草是否作为优质牧草资源和危害家畜安全牧草种类的分界线，也是影响天然草地利用率的关键影响因素。因此，确定针茅属牧草的适宜收获期就显得非常重要。

本试验结果显示，8月20日与针茅属牧草的营养物质含量关联度最高，此时针茅营养价值高，且未形成颖果，是赤峰巴林左旗典型草原针茅属牧草的最适收获期，若推迟收获，此时针茅产生的狼针（芒）不仅营养价值较低，而且会对家畜的安全造成影响，孙林［23］的研究指出，锡林郭勒天然草地大针茅的最适收获期是抽穗前期，此时大针茅的营养价值最高，与本研究的结果存在一定差异。本研究中，收获时正值针茅属牧草抽穗期，与锡林郭勒盟大针茅物候期存在差异，主要原因是试验地的气候条件不同。降水量是影响针茅属牧草收获时间的重要影响因素，在一定范围内，降水量越多，针茅属牧草生产力越高，营养价值越高，6、7和8月的降水量是决定针茅属草原的关键影响因子［24］。有研究［25］表明，降水量的多少会影响牧草的生育期，在平水年牧草生育期会缩短，在丰水年牧草生育期会延长，这与本研究结果相似，本研究中针茅属牧草收获时正值针茅属牧草抽穗期（7月20日），当年为丰水年，雨水较多，在7月1日至8月30日之间，累计降水量为197.21 mm，温度在23.1～28.7℃之间，充足的降水量和光照条件促进的针茅的生长和营养积累，这是造成巴林左旗针茅属牧草收获期与锡林郭勒大针茅收获期有所差异的主要原因。本研究分析和讨论了丰水年对于针茅属牧草营养物质含量的影响，经过最优母序列分析后得出丰水年针茅属牧草的最适收获期，主要是为了分析不同收获期针茅属牧草营养物质含量变化规律，本研究将在后续试验中继续开展平水年和干旱年份对于针茅属牧草营养物质含量的影响变化相关实验，以期通过多年的数据来确定巴林左旗针茅属牧草的最适收获期。