赤峰巴林左旗典型草原針茅屬牧草最適收獲期研究

王偉，周天榮，孫林，賈玉山，格根圖*

（1.呼倫貝爾學院農(nóng)林學院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008；2.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

天然牧草在成熟過程中，通過光合作用會不斷地積累體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)，呼吸作用和其他的生命活動則會消耗所產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)，這就造成天然牧草在形態(tài)和生理功能上產(chǎn)生一系列的變化［1］。由于天然牧草生長環(huán)境的特殊性，牧草在不同時間收獲時會產(chǎn)生不同的差異［2］。針茅作為天然牧草群落中重要的牧草種類，在內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)的產(chǎn)量巨大，適時收獲后的針茅無籽實，家畜可食，擴大了牧草飼料來源，極大地促進了當?shù)夭莓a(chǎn)業(yè)發(fā)展［3］。孫林［4］研究結(jié)果表明，若收獲不及時，針茅所產(chǎn)生的狼針（芒）將會嚴重影響當?shù)靥烊荒敛莸臓I養(yǎng)價值和利用率。王曉莉等［5］研究表明，針茅屬牧草不但影響家畜采食量，還會影響家畜皮毛質(zhì)量，刺傷家畜的口腔黏膜，刺穿皮毛，更有嚴重者，會危及家畜的生命安全。劉美玲等［6］研究指出，針茅在未結(jié)實之前，具有較高的營養(yǎng)價值，若合理利用，會為家畜提供較高的營養(yǎng)供給。因此，確定針茅的適時收獲期對于天然牧草利用、家畜食用安全和當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

目前，對于針茅的研究主要集中在針茅屬牧草的物種多樣性［7］、功能性狀［8］和留茬高度［9］上，對于針茅的最適收獲期研究報道較少。因此，本研究旨在探討不同收獲期對針茅屬牧草營養(yǎng)含量的影響，為針茅作為牧草利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林左旗查干哈達蘇木，大興安嶺東南山前丘陵，屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均降水量為381.2 mm，年平均氣溫為5.2 ℃，天然植被屬于中溫性典型草原，土壤類型為暗栗鈣土，土壤粉粒和粘粒含量分別為63.4%和10.0%，粗砂粒占4.6%，土壤母質(zhì)為侏羅系陸相堆積、火山碎屑巖［10］。

試驗地內(nèi)分布有33種牧草，其中，禾本科、豆科和菊科牧草各5種，毛茛科和薔薇科牧草各2種，其他牧草14種。試驗地內(nèi)主要牧草種類見表1。

表1 主要牧草優(yōu)勢度Table 1 Dominance of primary grass

試驗地內(nèi)植物群落主要以大針茅、克氏針茅、羊草、達烏里胡枝子、中華隱子草、冰草為主，針茅屬牧草主要包括大針茅和克氏針茅，其中，大針茅的相對高度、相對多度、相對蓋度和相對頻度4項指標最高，冰草的各項指標最低。

1.2 試驗方法

試驗地面積為20 hm2，試驗小區(qū)面積為16 m2（4 m×4 m），3次重復(fù)，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日分別對試驗小區(qū)內(nèi)天然牧草種類、植被分布進行調(diào)查（圖1），針茅屬牧草刈割后立即放置在塑封袋內(nèi)，帶回實驗室利用粉碎機對樣品進行粉碎，過40目篩子后將部分樣品裝至信封袋，用以測定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維；剩余樣品過100目篩子后裝至信封袋，用以測定營養(yǎng)成分。

圖1 試驗地草地景觀圖Fig.1 Grassland landscape map of the experimental site

用最優(yōu)母序列關(guān)聯(lián)分析法來研究典型草原牧草不同收獲期營養(yǎng)成分，中性洗滌纖維（Neutral detergent fibre，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid detergent fibre，ADF）作差之后得到酸性洗滌溶解物（Acid detergent，ADS）。最優(yōu)母序列關(guān)聯(lián)分析法基本原理為：消除因量綱產(chǎn)生的影響，需進行均值變換，即對每一個指標進行均值處理，然后將每列中的測定值與該列的均值相除，得到對應(yīng)值，均值處理后指標可以反映出收獲期和營養(yǎng)成分信息，且各個指標的數(shù)值越大，表明該指標值可能是該收獲期營養(yǎng)價值高的特征。最后，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，關(guān)聯(lián)系數(shù)是為了反映兩個被比較的序列在某一時刻的緊密程度。

1.3 測定指標

參 照GB 6432-86［11］測 定 粗 蛋 白 質(zhì)（Crude protein，CP）含量。參照索氏脂肪提取法［12］測定粗脂肪（Ether extract，EE）含量，參照Van Soest［13］方法測定中性洗滌纖維（Neutral detergent fibre，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid detergent fibre，ADF）含量。參照蒽酮-硫酸比色法［14］測定可溶性糖（Water soluble carbohydrate，WSC）含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

論文中表格利用 WPS office Excel 2020軟件進行繪制，利用SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同收獲期針茅屬牧草營養(yǎng)成分差異性分析

由圖2可知，隨著收獲期的推進，針茅屬牧草CP含量呈先升高后降低的變化趨勢。CP含量在8月20日最高，為6.36%，9月10日最低，為4.03%。EE含量隨著收獲期的推進呈升高后降低的變化趨勢，以8月20日的EE含量最高，為2.32%，以7月20日的EE含量最低，為1.37%，8月10日EE含量要低于8月20日針茅的EE含量。ADF和NDF含量均隨著生育期的推進逐漸升高，最高值均出現(xiàn)在9月10日。WSC含量隨著收獲期的推進呈先升高后降低再升高的變化趨勢，最高值出現(xiàn)在8月30日，最低值出現(xiàn)在7月20日。

圖2 不同收獲期與針茅屬牧草營養(yǎng)成分分析Fig.2 The nutrient composition analysis of Stipa grandis at different harvest time

2.2 不同收獲期針茅屬牧草營養(yǎng)成分最優(yōu)母序列關(guān)聯(lián)分析

不同收獲期針茅屬牧草營養(yǎng)成分最優(yōu)母序列關(guān)聯(lián)分析見表2。

收獲期與針茅屬牧草粗蛋白緊密度較高的最優(yōu)序列為8月20日，最優(yōu)序列關(guān)聯(lián)值為6.36%；收獲期與粗脂肪緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列關(guān)聯(lián)值為2.32%；收獲期與酸性洗滌溶解物緊密度較高的處理為8月1日，最優(yōu)序列關(guān)聯(lián)值為13.59；收獲期與可溶性糖緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列關(guān)聯(lián)值為4.06%（表2）。

表2 針茅屬牧草不同收獲期營養(yǎng)成分最優(yōu)母序列關(guān)聯(lián)Table 2 The correlation of optimal parent sequences of nutrients of Stipa grandis at different harvest time

均值處理見表3，數(shù)值越大，表明該指標值可能是營養(yǎng)價值高的特征。

由表3可知，收獲期與針茅屬牧草粗蛋白緊密度較高的最優(yōu)序列為8月20日，最優(yōu)序列均值為1.25%；收獲期與粗脂肪緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列均值為1.27%；收獲期與酸性洗滌溶解物緊密度較高的處理為8月1日，最優(yōu)序列均值為1.06%；收獲期與可溶性糖緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列均值為1.04%。

表3 針茅屬牧草不同收獲期營養(yǎng)成分均值化矩陣Table 3 The average nutrient composition matrix of Stipa grandis at different harvest time

絕度差值矩陣計算結(jié)果見表4

表4 針茅屬牧草不同收獲期營養(yǎng)成分絕對差值矩陣Table 4 The absolute difference matrix of nutrients of Stipa grandis in different harvest time

收獲期與針茅屬牧草粗蛋白緊密度較高的最優(yōu)序列為9月10日，最優(yōu)序列絕對差值為0.46%；收獲期與粗脂肪緊密度較高的處理為7月20日，最優(yōu)序列絕對差值為0.52%；收獲期與酸性洗滌溶解物緊密度較高的處理為9月10日，最優(yōu)序列絕對差值為0.15%；收獲期與可溶性糖緊密度較高的處理為7月20日，最優(yōu)序列絕對差值為0.10%。從表中找出最大絕對差值ΔMax=0.52%，最小絕對差值ΔMin=0.00，分辨系數(shù)ρ取0.43%。

收獲期與針茅屬牧草粗蛋白緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列為8月20日的1.00%；收獲期與粗脂肪緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列為8月20日的1.00%；收獲期與酸性洗滌溶解物緊密度較高的處理為8月1日，最優(yōu)序列為8月1日的1.00%；收獲期與可溶性糖緊密度較高的處理為8月20日，最優(yōu)序列為8月20日的1.00%；將每行收獲期中的各項營養(yǎng)物質(zhì)含量進行均值化處理后，得出每行不同收獲期與營養(yǎng)物質(zhì)含量的關(guān)聯(lián)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日與各項營養(yǎng)物質(zhì)含量關(guān)聯(lián)度分別為0.57、0.65、0.70、0.96、0.68和0.58，經(jīng)過分析后可知，針茅與營養(yǎng)成分緊密度較高的收獲期排序依次為：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 討論

3.1 收獲期對針茅屬牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響

吳發(fā)莉等［15］研究發(fā)現(xiàn)，收獲期對天然牧草營養(yǎng)物質(zhì)含量有重要影響，夏季收獲的牧草粗蛋白含量要顯著高于冬季牧草（P＜0.05）；杜雪燕等［16］研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同收獲期牧草的CP和WSC含量差別較大；王德平等［17］研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著收獲期的推遲，牧草的CP含量顯著降低（P＜0.05）；嚴學兵［18］對高寒草地不同季節(jié)天然牧草的營養(yǎng)物質(zhì)含量分析后發(fā)現(xiàn)，一年中的CP含量變化呈單峰型，而ADF含量與CP相反。這些研究均說明不同收獲時間天然牧草的營養(yǎng)物質(zhì)含量明顯不同。本試驗結(jié)果表明，針茅作為典型草原天然草地建群種牧草，不同收獲期對針茅的營養(yǎng)物質(zhì)有影響，隨著收獲期的延后，針茅CP含量逐漸降低，而ADF和NDF含量逐漸增加，這就說明隨著收獲期的滯后，針茅的營養(yǎng)價值逐漸降低，多數(shù)天然牧草隨著生育期的延后，牧草品質(zhì)有逐漸下降的特性，在生長發(fā)育早期牧草營養(yǎng)價值最高，而枯草期表現(xiàn)出較低的營養(yǎng)價值，這可能與植株的莖葉比有關(guān)系，隨著牧草植株生長期的延遲，牧草莖葉比增加，故隨收獲時間滯后CP含量逐漸降低。本研究中，針茅在8月20日時測得CP含量為6.36%DM，隨后CP含量開始下降，逐漸線性下降至9月10日的4.03%DM，這可能是因為針茅植株體內(nèi)含氮物質(zhì)的變化所造成的，9月10日的針茅已經(jīng)處在枯草期，植株體內(nèi)的蛋白質(zhì)通過生理生化反應(yīng)結(jié)合木質(zhì)素、單寧等轉(zhuǎn)化為不可利用蛋白類物質(zhì)，針茅品質(zhì)也逐漸變差；而ADF和NDF含量逐漸增加，主要是因為針茅莖中蛋白質(zhì)含量低而纖維類物質(zhì)含量高，葉片中粗蛋白質(zhì)含量高而纖維類物質(zhì)含量低［16］。隨著生育期的延后，針茅體內(nèi)ADF和NDF含量逐漸增加，這一變化趨勢的出現(xiàn)可能是與牧草植株內(nèi)碳水化合物的轉(zhuǎn)化造成的［19］。

3.2 針茅屬牧草收獲期滯后對天然草地利用率的影響

針茅屬牧草未達到結(jié)實期之前，具有較高的營養(yǎng)價值，是牛、馬、羊喜歡采食的優(yōu)質(zhì)牧草。劉愛萍等［20］研究表明，針茅屬牧草產(chǎn)生的狼針（芒）會纏繞在綿羊的皮毛中，刺傷綿羊的口腔黏膜、皮膚和蹄叉，甚至危害家畜的生命安全。侯天爵等［21］研究表明，若針茅收獲期延遲，產(chǎn)生的狼針會對牲畜產(chǎn)生嚴重的影響，尤其是對羊皮的破壞影響尤為嚴重。王德平等［22］研究表明，針茅屬牧草在形成狼針之前收獲，粗蛋白含量可達到10.04%，是營養(yǎng)價值較高的天然牧草。以上研究表明，適宜的收獲期是針茅屬牧草是否作為優(yōu)質(zhì)牧草資源和危害家畜安全牧草種類的分界線，也是影響天然草地利用率的關(guān)鍵影響因素。因此，確定針茅屬牧草的適宜收獲期就顯得非常重要。

本試驗結(jié)果顯示，8月20日與針茅屬牧草的營養(yǎng)物質(zhì)含量關(guān)聯(lián)度最高，此時針茅營養(yǎng)價值高，且未形成穎果，是赤峰巴林左旗典型草原針茅屬牧草的最適收獲期，若推遲收獲，此時針茅產(chǎn)生的狼針（芒）不僅營養(yǎng)價值較低，而且會對家畜的安全造成影響，孫林［23］的研究指出，錫林郭勒天然草地大針茅的最適收獲期是抽穗前期，此時大針茅的營養(yǎng)價值最高，與本研究的結(jié)果存在一定差異。本研究中，收獲時正值針茅屬牧草抽穗期，與錫林郭勒盟大針茅物候期存在差異，主要原因是試驗地的氣候條件不同。降水量是影響針茅屬牧草收獲時間的重要影響因素，在一定范圍內(nèi)，降水量越多，針茅屬牧草生產(chǎn)力越高，營養(yǎng)價值越高，6、7和8月的降水量是決定針茅屬草原的關(guān)鍵影響因子［24］。有研究［25］表明，降水量的多少會影響牧草的生育期，在平水年牧草生育期會縮短，在豐水年牧草生育期會延長，這與本研究結(jié)果相似，本研究中針茅屬牧草收獲時正值針茅屬牧草抽穗期（7月20日），當年為豐水年，雨水較多，在7月1日至8月30日之間，累計降水量為197.21 mm，溫度在23.1～28.7℃之間，充足的降水量和光照條件促進的針茅的生長和營養(yǎng)積累，這是造成巴林左旗針茅屬牧草收獲期與錫林郭勒大針茅收獲期有所差異的主要原因。本研究分析和討論了豐水年對于針茅屬牧草營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響，經(jīng)過最優(yōu)母序列分析后得出豐水年針茅屬牧草的最適收獲期，主要是為了分析不同收獲期針茅屬牧草營養(yǎng)物質(zhì)含量變化規(guī)律，本研究將在后續(xù)試驗中繼續(xù)開展平水年和干旱年份對于針茅屬牧草營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響變化相關(guān)實驗，以期通過多年的數(shù)據(jù)來確定巴林左旗針茅屬牧草的最適收獲期。

4 結(jié)論

8月20日為巴林左旗典型草原針茅屬牧草的適宜收獲期，此時針茅屬牧草粗蛋白和可溶性碳水化合物含量較高，纖維類物質(zhì)含量適中，具有較高的營養(yǎng)價值。