刈割時間對黃土高原紫花苜蓿產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)的影響

胡安，康穎,陳先江,侯扶江

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

刈割時間對黃土高原紫花苜蓿產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)的影響

胡安，康穎,陳先江,侯扶江*

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

刈割時間是影響紫花苜蓿產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。本研究于2009年和2010年，開展了不同的第1次刈割時間和第2次刈割時間的田間試驗(yàn)，分析刈割時間對紫花苜蓿產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，苜蓿產(chǎn)草量與粗蛋白產(chǎn)量均以初花期最高，此后隨第1次刈割時間的推遲逐漸下降(P<0.001)，第1次刈割提前會導(dǎo)致產(chǎn)草量和粗蛋白產(chǎn)量下降(P=0.003)。隨著第1次刈割與第2次刈割間隔時間的延長，紫花苜蓿的中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗纖維含量逐漸增加(P<0.001)，粗蛋白含量逐漸下降(P<0.001)；初花期第1次刈割，第2次刈割間隔時間分別為72 d(2009年)和68 d(2010年)時，產(chǎn)草量和粗蛋白產(chǎn)量最高，分別為2275.2和180.2 kg/hm2、2063.6和263.1 kg/hm2。研究區(qū)紫花苜蓿適宜刈割時間為初花期(6月中旬)第1次刈割、70 d左右(8月下旬)第2次刈割。

生長時間；粗蛋白；粗纖維；莖葉比；相互關(guān)系

紫花苜蓿(Medicagosativa)是全球種植面積最大的多年生作物之一，超過3300萬hm2，在所有豆科作物中僅次于大豆(Glycinemax)，也是世界分布最廣、栽培歷史最悠久的飼草作物之一，目前年干產(chǎn)草量13795萬t[1]。紫花苜蓿飼用價值高，適應(yīng)性強(qiáng)，能生物固氮，常年覆蓋地表，在從起源地向全球擴(kuò)散的歷史進(jìn)程中，促進(jìn)了草田輪作和農(nóng)牧耦合，增加了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，改善了人類的膳食結(jié)構(gòu)，確保了區(qū)域食物安全與生態(tài)安全[2-4]。

長期以來，國內(nèi)外關(guān)于紫花苜蓿產(chǎn)量構(gòu)成與飼用價值、刈割時間與產(chǎn)量和品質(zhì)、休眠性與抗逆性、飼用成分與瘤胃微生物的關(guān)系等開展了大量的研究工作，對于紫花苜蓿的育種、栽培、收獲加工等已有較為成熟的研究[5-10]。適當(dāng)?shù)呢赘顣r間、頻度和留茬高度能發(fā)揮牧草的補(bǔ)償性生長，改變營養(yǎng)物質(zhì)在牧草植株體內(nèi)的積累與分配，提高牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)[11-13]。紫花苜蓿植株在分枝初期至現(xiàn)蕾期生長最快，養(yǎng)分吸收量大，植株蛋白質(zhì)積累速度快，現(xiàn)蕾至初花期干物質(zhì)和蛋白質(zhì)積累量達(dá)最高，是最佳收獲時期[14-15]。初花期刈割的紫花苜蓿粗蛋白含量顯著高于盛花期和結(jié)實(shí)期，粗纖維含量低于盛花期和結(jié)實(shí)期[16-17]，但是第2次刈割的適宜時間各地差異較大，且尚無定論[18]。紫花苜蓿具有適應(yīng)多種生境的能力，使得局域的研究結(jié)果具有一定的普適性，但普適性的理論與技術(shù)應(yīng)用于某一具體區(qū)域不可避免地產(chǎn)生一定偏差，導(dǎo)致生產(chǎn)損失，因而對紫花苜蓿的研究長盛不衰。

黃土高原是我國農(nóng)業(yè)的發(fā)祥地之一，也是紫花苜蓿種植歷史最悠久的地區(qū)之一。目前，紫花苜蓿仍然是隴東黃土高原種植面積最大的多年生飼草作物和豆科作物[19]，雨養(yǎng)條件下一年刈割2次，利用年限10年以上，也有超過25年[20]，一般第5年～第8年產(chǎn)量最高[21-22]。為此，在黃土高原比較不同的第1次刈割和第2次刈割時間對紫花苜蓿產(chǎn)草量和牧草品質(zhì)的影響，選擇適宜的刈割時間組合，力圖為改進(jìn)紫花苜蓿的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)自然概況

研究區(qū)位于蘭州大學(xué)環(huán)縣草地農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站(37.12° N，106.82° E)，地處甘肅省環(huán)縣甜水鎮(zhèn)，平均海拔約1650 m。屬典型大陸性季風(fēng)氣候，≥0 ℃的年積溫3097 ℃，年均溫7 ℃。年均降水量276.2 mm，年均蒸發(fā)量1993 mm，其中60%以上的降水集中在7、8、9 月。根據(jù)綜合順序分類法，天然草原屬微溫微干典型草原類[23]。草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)類型為粗放的作物/天然草地—家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)，紫花苜蓿是主要的飼草作物[24]。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇2004年種植的紫花苜蓿，2009年(第5年)和2010年(第6年)產(chǎn)量和品質(zhì)較為穩(wěn)定[25]，適宜開展刈割時間的年際間比較試驗(yàn)。所有處理組每年刈割2次，每次刈割留茬高度5 cm；完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個小區(qū)面積為1 m×2 m，周邊有0.5 m的保護(hù)帶。設(shè)置5個第1次刈割時間組，每個組有不同的第2次刈割時間，組成刈割時間組合，5個重復(fù)(表1)。試驗(yàn)期間，小區(qū)其他管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，無灌溉。

2009年6月17日第1次刈割的紫花苜蓿產(chǎn)草量和品質(zhì)最好，為了探討第1次刈割時間是否可以提前，在2010年設(shè)置提前20 d第1次刈割的處理。

每次在每個小區(qū)里刈割苜蓿1 m2，然后105 ℃烘15 min殺青，再放置65 ℃烘干至恒重，分別測定莖、葉重。

莖葉比(stem/leaf，S/L)=莖干重/葉干重

利用半自動纖維分析儀(ANKOM 220i,美國)測定中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、粗纖維(CF)含量；利用馬弗爐(TM—0910P,美國)測定粗灰分(Ash)含量；全自動凱氏定氮儀(DK20+UDK159,意大利)測定粗蛋白(CP)含量；ANKOMA XT10i型脂肪分析儀(美國)測定粗脂肪(EE)含量；GR3500氧彈量熱儀(中國)測定能值(GE)。

1.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件單因素方差模塊分析紫花苜蓿的產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)，用回歸分析模塊建立預(yù)測模型。對2009年和2010年的第2次刈割后產(chǎn)草量與粗蛋白產(chǎn)量的數(shù)據(jù)整合利用協(xié)方差分析，分別比較其斜率和截距均無差異，故將兩年的數(shù)據(jù)合并后擬合。用Microsoft Excel 2013制圖。在擬合方程中，第1次刈割的生長時間從返青期開始計(jì)算，第2次刈割的生長時間從第1次刈割計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1刈割時間對紫花苜蓿產(chǎn)草量的影響

2009年和2010年，產(chǎn)草量在初花期第1次刈割最高，此后隨刈割時間的推遲呈遞減趨勢；2010年第1次刈割時間較初花期提前20 d，產(chǎn)草量隨第1次刈割時間推遲先增加后降低。且初花期前20 d刈割，草產(chǎn)量顯著低于初花期的51.3%(P=0.002)(圖1和圖2)。2009年7月18日第1次刈割，則第2次刈割的時間對產(chǎn)草量無顯著影響(P=0.600)；2010年6月16日第1次刈割，第2次刈割的產(chǎn)草量隨再生時間延長而遞增；7月6日和7月26日第1次刈割，第2次刈割時間對產(chǎn)草量無顯著影響(P>0.05)(圖1)。第2次刈割的產(chǎn)草量(y)與生長時間(x)可以用方程y=-0.1173x2+16.821x-236.89(R2=0.8228,P=0.007)擬合，理論上再生后的第72天產(chǎn)草量達(dá)到最高，為366.14 kg/hm2(圖2)。可見，紫花苜蓿初花期第1次刈割，再生長72 d后第2次刈割，全年產(chǎn)草量最高；如果第1次刈割時間過早或過遲，產(chǎn)草量下降，尤其是第2次刈割的產(chǎn)草量(圖1)。

2.2刈割時間對苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)的影響

表1 刈割時間組合Table 1 Combination of two cutting time

2.2.1刈割對紫花苜蓿粗蛋白產(chǎn)量的影響 隨第1次刈割時間的推遲，2009年粗蛋白產(chǎn)量逐漸下降，因2010年比2009年提前20 d刈割，因此2010年粗蛋白產(chǎn)量先增加后降低(圖3)，在初花期(6月中旬左右)粗蛋白產(chǎn)量達(dá)到最高。同樣在初花期提前20 d刈割，其粗蛋白產(chǎn)量顯著低于初花期(P=0.018),且初花期的粗蛋白產(chǎn)量高于其他時期(圖3)。2009年和2010年，第1次刈割時間為6月17日和5月27日時，第2次刈割的粗蛋白產(chǎn)量隨再生時間的延長先上升后下降，2009年，7月18日第1次刈割，第2次刈割的時間對粗蛋白產(chǎn)量無顯著影響(P=0.725)。2010年，如果6月16日第1次刈割，其第2次刈割的粗蛋白產(chǎn)量隨再生時間延長而遞增；但是，7月6日和7月26日第1次刈割，第2次刈割的粗蛋白產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)(圖3)?？傮w，第2次的粗蛋白產(chǎn)量(y)隨再生時間(x)延長呈先增加再下降趨勢，可以用方程y=-0.0191x2+2.5696x-38.552(R2=0.8656,P=0.045)擬合，理論上再生后第68天時粗蛋白產(chǎn)量最高，為48 kg/hm2。可見，紫花苜蓿在初花期第1次刈割，在68 d第2次刈割，全年兩次刈割的粗蛋白產(chǎn)量最高(圖3和圖4)。

圖1 2009年與2010年不同組合的產(chǎn)草量Fig.1 The yield of forage in different treatment combination in 2009 and 2010 負(fù)誤差棒是第1次刈割，正誤差棒是第2次刈割，不同字母表示0.05水平上差異顯著。下同。First time cutting use negative error bar, second cutting is the positive error bar, different letters mean significant difference at 0.05 level. The same below.

圖2 2009年和2010年產(chǎn)草量與生長時間的關(guān)系Fig.2 The relationship between hay yield and growth time in 2009 and 2010

圖3 2009年與2010年不同組合的粗蛋白產(chǎn)量Fig.3 The yield of CP in different treatment combination in 2009 and 2010

2.2.2刈割對營養(yǎng)品質(zhì)含量的影響 兩年中第1次、第2次刈割，紫花苜蓿的NDF、ADF、CF含量均隨生長天數(shù)增加呈對數(shù)上升，分別在150 d左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，分別為50.3%，35.2%和28.5%，不再增加或增幅甚小；而CP含量均隨生長天數(shù)增加呈指數(shù)下降(圖5)。第2次刈割，紫花苜蓿的NDF、ADF、CF含量比第1次刈割最高下降44.2%，50.0%和55.0%，CP含量最高增加53.0%；且隨著再生時間的延長NDF、ADF、CF含量均顯著增加(P<0.05)，CP含量顯著下降(P<0.05)(表2)。2009年和2010年兩次刈割的EE含量隨生長天數(shù)的增加呈下降趨勢，但與返青天數(shù)無顯著相關(guān)性(P>0.05)；兩年兩次刈割的紫花苜蓿Ash含量隨返青天數(shù)增加而下降，且與生長天數(shù)顯著相關(guān)(P<0.05)；兩年兩次刈割后紫花苜蓿GE含量與生長天數(shù)相關(guān)不顯著，且變化不大(表2)。

圖4 2009年與2010年粗蛋白產(chǎn)量與生長時間的關(guān)系Fig.4 The relationship between yield of crude protein and growth time in 2009 and 2010

圖5 牧草飼用成分與生長時間的關(guān)系Fig.5 The relationship between nutrition and growth time

2.3莖葉比對苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

CP含量隨莖葉比的增加而下降，CF、NDF、ADF的含量以及l(fā)og(草產(chǎn)量)均隨著莖葉比的增加而增加，且都在莖葉比增加到1.5左右時，各指標(biāo)的增加或減小趨勢變緩(圖6)，說明莖葉比在0～1.5期間，各指標(biāo)都變化得很快，因此要對紫花苜蓿及時的收獲，才能獲得最佳品質(zhì)和產(chǎn)量。

2.4莖葉比與生長時間的關(guān)系

圖6 莖葉比與營養(yǎng)品質(zhì)和草產(chǎn)量的關(guān)系Fig.6 The relationship between stem/leaf and nutritional quality or hay yield

圖7 莖葉比與生長時間的關(guān)系Fig.7 The relationship between stem/leaf and growth time

紫花苜蓿的莖葉比隨生長時間的增加呈指數(shù)上升(圖7)，在25～100 d變化幅度不大，斜率從0.01增加到0.06，莖葉比從0.25增加到2.50，保持較小的莖葉比，在初花期(6月初)第1次刈割，在70 d后(8月中旬)第2次刈割的草產(chǎn)量和蛋白產(chǎn)量均高于其他時期(圖1和圖3)，且第2次刈割后的紫花苜蓿莖葉比明顯下降(圖7)。因此，第1次刈割在初花期，第2次刈割在莖葉比為1.26(8月中旬)，同樣可以確保紫花苜蓿較高的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)。

3 討論

莖葉比是苜蓿干草生產(chǎn)過程中重要指標(biāo)之一，也能較好地反映干草品質(zhì)與產(chǎn)量[26]。莖葉比在營養(yǎng)期最小，隨著生長發(fā)育的進(jìn)行逐漸變大，結(jié)實(shí)期達(dá)到最大[27]，第1次刈割時間會影響莖葉比的大小，刈割時間越遲莖葉比則越大[28]。它影響著全株?duì)I養(yǎng)成分含量及葉粉產(chǎn)量，且兩者和草產(chǎn)量共同決定著苜蓿的適宜刈割期[29]。隨刈割次數(shù)的增加，S/L逐漸下降，即多次刈割有利于獲得較高的營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量[30]。

不同刈割時間對苜蓿產(chǎn)量和品質(zhì)的影響各異。黃土高原紫花苜蓿首次刈割時間在現(xiàn)蕾到初花期[31]，產(chǎn)量最高，中性洗滌纖維的含量由初花期到盛花期含量增加最多，且與生育階段呈一次線性、二次曲線關(guān)系[32]，粗纖維含量由“分枝期—盛花期—結(jié)莢期”，呈先增加后下降的趨勢[33]。本研究中，第1次的刈割時間不同，苜蓿的產(chǎn)量、品質(zhì)之間存在顯著差異(P<0.01)(表2和圖1)，第1次刈割，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗纖維含量隨著收獲時間的推移，都不同程度的增加；作為植株礦物質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)的粗灰分以及粗蛋白均呈下降趨勢。第2次刈割后植株各種營養(yǎng)成分變化明顯，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗纖維含量均有不同程度的降低，粗灰分和粗蛋白含量增加；但隨著再生時間間隔的延長，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗纖維含量呈增加趨勢，粗灰分和粗蛋白含量減少。

營養(yǎng)物質(zhì)含量是衡量飼料作物優(yōu)劣的基本指標(biāo)[34]，其中粗纖維含量和粗蛋白含量較為常用且重要，本研究表明采取適當(dāng)?shù)呢赘畲螖?shù)及其合適的時間間隔可以有效地降低苜蓿干草的粗纖維含量，提高牧草粗蛋白的含量(圖1和圖2)，從而改善牧草品質(zhì)，提高牧草產(chǎn)量。

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EffectsofcuttingtimeontheyieldandnutritivevalueofalfalfaontheLoessPlateau

HU An, KANG Ying, CHEN Xian-Jiang, HOU Fu-Jiang*

StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,KeyLaboratoryofGrasslandLivestockIndustryInnovation,MinistryofAgriculture,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,Lanzhou730020,China

Cutting time is one of the key factors affecting the yield and quality of alfalfa. In these experiments, we evaluated the effects of different cutting times in 2009 and 2010 on the yield and quality of alfalfa hay. The hay yield and crude protein yield of alfalfa were highest at the early flowering stage (P<0.001). Cutting before the early flowering stage resulted in significantly decreased hay yield and crude protein yield (P=0.003). As the interval between the first and second cutting times increased, the contents of neutral detergent fiber, acid detergent fiber, and crude fiber increased (P<0.001), and the crude protein content decreased (P<0.001). With the first cutting at early flowering, an interval of 72 days (2009) and 68 days (2010) resulted in the highest yield and crude protein production (2275.2 kg/ha and 180.2 kg/ha, respectively, in 2009; 2063.6 kg/ha and 263.1 kg/ha, respectively, in 2010). These results indicate that the appropriate time for the first cutting of alfalfa on the Loess Plateau is at the early flowering stage in mid-June, and that of the second cutting is approximately 70 days later in late August.

growth time; crude protein; crude fiber; stem leaf ratio; relationship

10.11686/cyxb2016487

http://cyxb.lzu.edu.cn

胡安, 康穎, 陳先江, 侯扶江. 刈割時間對黃土高原紫花苜蓿產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)的影響. 草業(yè)學(xué)報, 2017, 26(9): 57-65.

HU An, KANG Ying, CHEN Xian-Jiang, HOU Fu-Jiang. Effects of cutting time on the yield and nutritive value of alfalfa on the Loess Plateau. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(9): 57-65.

2016-12-26；改回日期：2017-03-13

甘肅省2016年草牧業(yè)試驗(yàn)試點(diǎn)和草業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟科技支撐(GCLM2016001)，國家自然科學(xué)基金(31672472)，農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)計(jì)劃(201403071-6)和教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(IRT17R50)資助。

胡安(1991-)，男，安徽明光人，在讀博士。E-mail:hua09@lzu.edu.cn*通信作者Corresponding author. E-mail：cyhoufj@lzu.edu.cn