新疆沙爾套山四季放牧草地主要牧草營養價值變化特征研究

張凡凡，和海秀，于磊*，楊開虎，魯為華，馬春暉

(1.石河子大學動物科技學院，新疆 石河子 832000；2.新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆 石河子 832000；3.新疆生產建設兵團第十師農業科學研究所，新疆 阿勒泰 836000)

四季放牧草地是牧區畜牧業生產的重要經營地。放牧草地上生長的各類牧草是家畜日糧飼料的基本供給者，牧草的種類、分布數量、品質優劣、生長時期等的不同直接關系到放牧家畜飼草的數量、質量和營養供給水平，從而直接影響動物生產本身與天然草地放牧畜牧業經營的成效性等[1-3]。大量研究證實，放牧草地上家畜采食的眾多牧草中，除因分布區域的地理位置、地形環境和水熱條件等的不同，造成草地牧草種類組成、草群結構和生產力水平等的較大差異外[4]，放牧草地利用時期牧草所處生長發育階段的不同，也直接影響家畜飼料品質上的差異[5]，從而導致放牧家畜在不同放牧時期的牧草利用率和攝取能量等方面具有較大差異。因此，為保障放牧畜牧業生產經營的成效性和動物生產的平衡供給，滿足放牧家畜營養的四季均衡需要，成為畜牧業生產科學研究的重要課題之一。當前對于天山山脈的研究主要集中在草地資源調查、草地質量分級等注重資源宏觀質與量的一般經濟性狀相關研究[6]。為此，本研究選擇新疆典型草地畜牧業經營地域-沙爾套山天然草地為切入點，開展有關該山地四季放牧草地中優勢牧草營養物質和模擬綿羊消化率方面的研究，其主要目的是揭示該區域草地主要牧草營養價值變化特征等，從而為該區域放牧草地的經濟評價、營養物質的有效利用以及放牧綿羊的四季營養需求平衡等提供科學依據和理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域位于新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇縣域內的沙爾套山，該區域屬天山山脈西段分支，是形成昭蘇盆地的主體山脈之一。其山脈大體呈東西走向，主體山脈西、北兩側與哈薩克斯坦共和國接壤，南側延伸至昭蘇盆地的特克斯河岸，向東延伸到康蘇河溝與昭蘇馬場草地相鄰。山脈東西長約41.5 km；南北寬約26～28 km。地理坐標為E 80°15′-80°54′，N 42°54′-43°11′。山脈整體海拔高度為1650～3400 m，山嶺脊線海拔高度為3200～3400 m[1，6]。整個昭蘇盆地氣候屬中溫帶山區半濕潤、半干旱冷涼氣候，年均溫2.9 ℃，具有降水多、積溫少等氣候特征。該山脈地貌類型分為，山前傾斜平原(海拔1650～1800 m，降水450 mm)，其是當地團場旱作農業的集中分布區；低山丘陵及山間淺谷地(海拔1800～2200 m，降水520～580 mm)，其是當地團場冷季放牧地和天然割草場的主要分布區；海拔2200 m以上至山頂部的中、高山帶(降水≥600 mm)，其是當地放牧家畜主要的夏季牧場所在區[2，4]。本研究區域涉及上述所有地貌類型，其包括溫性草甸草原類、溫性草原類、山地草甸類和高寒草甸草地。各草地類型特征見表1。

1.2 試驗材料

本研究主要材料為研究區域內分布的12種主要牧草[1-2,4]，分別為：針茅(Stipacapillata)、芨芨草(Achnatherumsplendens)、鴨茅(Dactylisglomerata)、長芒大穗鵝觀草(Roegneriaaboliniivar.divaricans)、假梯牧草(Phleumphleoides)、羅馬苜蓿(Medicagofalacatavar.romanica)、紅花車軸草(Trifoliumpratense)、線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)、細果苔草(Carexstenocarpa)、草原老鸛草(Geraniumpratense)、西伯利亞羽衣草(Alchemillasibirica)、紫花鳶尾(Irisruthenica)，各牧草所屬季節牧場及生長特征見表1和表2。

1.3 測定內容與方法

于春季營養生長期(2015年6月15日-6月20日，時期Ⅰ)、夏季開花期(2015年7月15日-7月20日，時期Ⅱ)、秋季結實期(2015年8月15日-8月20日，時期Ⅲ)、秋季果后營養期(2015年9月15日-9月20日，時期Ⅳ)、冬季停止生長期(2015年10月15日-10月20日，時期Ⅴ)和冬季枯草期(2015年11月15日-11月20日，時期Ⅵ)，對上述12種牧草進行生長特征的實地觀測并進行樣品的采集(采集到的樣品放置于布袋中，并記錄鮮重)，各采樣地均按照當地草地管理模式進行適度的放牧。由于各牧草的生長特性不同，因此在某些月份采集時并未采集到所有12種牧草。待全部調查結束后將采集的各種牧草樣品帶回實驗室自然風干、粉碎、密封備用。主要進行營養指標(過0.425 mm篩)和綿羊體外消化率(過0.180 mm篩)的測定。同時監測采集地氣候變化規律(表3)。

表2 研究區12種主要牧草生長特征和適口性特點Table 2 The growth and palatability characteristics of 12 species main herbage in study area

表3 試驗年2015年6-11月的天氣情況比例和平均溫度Table 3 The proportion of weather situation and average temperature during this test in June to Novermber 2015

營養指標的測定主要包括干物質(dry matter, DM)、粗蛋白(crude protein, CP)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、粗脂肪(ether extract, EE)、粗灰分(crude ash, Ash)。其中，DM采用重量差減法測定，CP采用凱氏定氮法測定，ADF和NDF采用范氏(Van Soest)洗滌纖維法測定，EE采用索氏浸提法(乙醚浸出法)測定，Ash采用灰化法測定(GB/T14924.9-2001)[7]。消化率的測定主要采用體外產氣法[8-9]。期間(3、6、9、12、24、36、48 h)快速取出玻璃培養管記錄，測定產氣量(gas production, GP)。并對有機物消化率(organic matter digestibility, OMD)和代謝能(metabolic energy, ME)進行計算。GP (mL)=該時段培養管產氣量-對照培養管產氣量。OMD (%)=0.986×GP+0.0606×CP+11.03，ME (MJ·kg-1DM)=0.1639×GP+0.0079×CP+0.0239×EE+0.04；公式中GP為24 h(mL·220 mg-1)產氣量，CP為粗蛋白含量(%)，EE粗脂肪含量(%)。

1.4 數據處理

采用Excel 2010、SPSS 18.0進行數據處理和統計分析[10]。方差分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，多重比較采用Duncan法。運用Origin 8軟件進行繪圖。綜合評價采用模糊相似優先比分析法(Fuzzy similarity priority ratio analysis, FSPRA)，運用DPS v7.05數據處理軟件進行分析[11]，將各牧草DM、CP、NDF、ADF、EE、Ash、OMD和ME共8項指標進行分析，計算結果中各牧草與參考牧草品種的相似程度大小即反映該牧草品質的優劣，以此評價出各牧草綜合營養價值。

2 結果與分析

2.1 研究區主要牧草各季節營養物質變化特征

通過對研究區域各牧草不同季節營養價值的分析，結果表明(表4)，時期Ⅰ(6月)，各牧草DM含量最高的為針茅(P<0.05)。CP含量最高的為草原老鸛草(P<0.05)。NDF和ADF含量最低的均為草原老鸛草(P<0.05)。EE含量除草原老鸛草最低(P<0.05)，其余4種牧草間差異均不顯著(P>0.05)。Ash含量最高的為鴨茅(P<0.05)。時期Ⅱ(7月)，各牧草DM含量最高的為針茅(P<0.05)。CP含量最高的為羅馬苜蓿和西伯利亞羽衣草(P<0.05)，而其二者與草原老鸛草間差異不顯著(P>0.05)。NDF含量最低的為羅馬苜蓿和西伯利亞羽衣草(P<0.05)。ADF含量最低的為西伯利亞羽衣草(P<0.05)。EE含量最高的為針茅和鴨茅(P<0.05)。Ash含量最高的為西伯利亞羽衣草、紅花車軸草和鴨茅(P<0.05)。時期Ⅲ(8月)，各牧草DM含量最高的為針茅(P<0.05)。CP含量最高的為紅花車軸草(P<0.05)。NDF含量最低的為羅馬苜蓿(P<0.05)。ADF含量最低的為西伯利亞羽衣草(P<0.05)。EE含量最高的為針茅、芨芨草和紫花鳶尾(P<0.05)。Ash含量最高的為西伯利亞羽衣草(P<0.05)。時期Ⅳ(9月)，各牧草DM含量最高的為鴨茅(P<0.05)。CP含量最高的為芨芨草和紫花鳶尾(P<0.05)。NDF含量最低的為紫花鳶尾(P<0.05)。ADF含量最低的為針茅(P<0.05)。EE含量最高的為紫花鳶尾(P<0.05)。Ash含量最高的為鴨茅(P<0.05)。在時期Ⅴ(10月)，各牧草DM含量最高的為長芒大穗鵝觀草和芨芨草(P<0.05)。CP含量最高的為針茅和芨芨草(P<0.05)。NDF含量最低的為除鴨茅、芨芨草外其他3種牧草(P<0.05)。ADF含量最低的為針茅(P<0.05)。EE含量最高的為針茅(P<0.05)。Ash含量最高的為紫花鳶尾(P<0.05)。時期Ⅵ(11月)，各牧草DM含量最高的為芨芨草(P<0.05)。CP含量最高的為針茅和紫花鳶尾(P<0.05)。NDF含量最低的為紫花鳶尾(P<0.05)。ADF含量最低的為針茅和芨芨草(P<0.05)。EE含量最高的為針茅(P<0.05)。Ash含量最高的為紫花鳶尾(P<0.05)。

2.2 研究區主要牧草四季放牧期內體外產氣量和消化率變化規律

通過對研究區域各不同季節牧草產氣量的分析，結果表明(表5)，時期Ⅰ，3～9 h鴨茅產氣量最高(P<0.05)，其中3 h時針茅、芨芨草和草原老鸛草產量最低(P<0.05)；6 h時針茅產氣量最低(P<0.05)，但其與芨芨草間差異不顯著(P>0.05)；9 h時針茅和芨芨草產氣量最低(P<0.05)。12～36 h時紫花鳶尾產氣量最高(P<0.05)，其中12 h時產氣量最低牧草同第3 h處理，而24和36 h時產氣量最低牧草同6 h處理。48 h時鴨茅和紫花鳶尾產氣量顯著高于其他牧草(P<0.05)。時期Ⅱ，3 h時鴨茅產氣量最高(P<0.05)。6 h時草原老鸛草產氣量最高(P<0.05)。9～48 h紅花車軸草產氣量均最高(P<0.05)。3～48 h 針茅產氣量均最低(P<0.05)，其中12～36 h時，芨芨草與針茅產氣量差異不顯著(P>0.05)。時期Ⅲ，3、9和12 h時鴨茅產氣量最高(P<0.05)，6和24 h時紅花車軸草產氣量最高(P<0.05)，36和48 h時紫花鳶尾產氣量最高(P<0.05)。3～48 h針茅產氣量均最低(P<0.05)，其中12 h時針茅與細果苔草產氣量差異不顯著(P>0.05)。時期Ⅳ，3～48 h鴨茅產氣量均最高(P<0.05)，其中第6 h時鴨茅與假梯牧草產氣量差異不顯著(P>0.05)。3～48 h針茅產氣量均最低(P<0.05)，其中第3和12 h時針茅分別與長芒大穗鵝觀草和紫花鳶尾差異不顯著(P>0.05)。時期Ⅴ，3～48 h鴨茅產氣量均最高(P<0.05)，針茅產氣量最低(P<0.05)，其中第24和36 h時針茅與芨芨草產氣量差異不顯著(P>0.05)。時期Ⅵ，3～48 h鴨茅產氣量均最高(P<0.05)，針茅產氣量最低(P<0.05)，其中36和48 h時針茅和紫花鳶尾產氣量差異不顯著(P>0.05)。

表4 研究區12種重要牧草營養物質季節動態特征(干物質基礎)Table 4 The nutrition of 12 species important herbage with seasonal change in study area (basis dry matter,%)

續表4 Continued Table 4

注：Ⅰ表示春季營養生長期，Ⅱ表示夏季開花期，Ⅲ表示秋季結實期，Ⅳ表示秋季果后營養期，Ⅴ表示冬季停止生長期，Ⅵ表示冬季枯草期。通過Duncan檢驗，同一時期不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。數據表示為均值±標準差。下同。

Note: Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ and Ⅵ were expressed the vegetative growth stage of the spring, the summer flowering period, the autumn period, the autumn fruit nutrition period, the stopped growing of winter and winter grass respective. The different small letters were significantly different at 5% level using Duncan test. Date was expressed as mean±standard deviation (mean±SD). The same below.

表5 研究區12種重要牧草體外產氣量規律Table 5 The gas production in vitro of 12 species important herbage in study area (mL)

續表5 Continued Table 5

通過對研究區域OMD和ME的分析，結果表明(圖1)，時期Ⅰ，OMD和ME兩個指標中最高的均為紫花鳶尾(58.82%和8.04 MJ·kg-1)(P<0.05)，芨芨草和草原老鸛草之間差異均不顯著(P>0.05)。時期Ⅱ，OMD和ME最高的均為紅花車軸草(85.23%和12.40 MJ·kg-1)(P<0.05)。時期Ⅲ，OMD和ME最高的均為鴨茅(67.93%和9.55 MJ·kg-1)和紅花車軸草(69.73%和9.85 MJ·kg-1)(P<0.05)。時期Ⅳ，OMD和ME最高的均為鴨茅(80.26%和11.60 MJ·kg-1)(P<0.05)。時期Ⅴ，OMD和ME各牧草按高低排序均為鴨茅、針茅和紫花鳶尾>芨芨草和長芒大穗鵝觀草(P<0.05)。時期Ⅵ，OMD和ME各牧草按高低排序均為鴨茅>長芒大穗鵝觀草和紫花鳶尾>針茅和芨芨草(P<0.05)。

2.3 研究區主要牧草四季放牧期營養價值綜合評價

通過對研究區域各牧草不同季節期內營養價值和消化率的分析表明，不同牧草在同一生長季節營養特性有一定差異，同一牧草在不同生長季節也存在明顯差異。因此為了判斷各季節最佳的利用牧草，以及同種牧草最佳的利用期，本研究采用模糊相似優先比分析法[11]，將各牧草DM、CP、NDF、ADF、EE、Ash、OMD和ME共8項指標進行分析，設定固定樣品即參考品種X(DM為97%、CP為21%、NDF為30%、ADF為18%、EE為5%、Ash為14%、OMD為86%、ME為13 MJ·kg-1)，其營養價值指標為理想狀態最優，將各牧草8項指標均給予識別表示為1，X品種識別表示為0，權重選取為0.125，認為8個指標同等重要[11]。按綜合價值排序結果表明(表6)，時期Ⅰ，綜合價值最好的為鴨茅。時期Ⅱ，綜合價值最好的前3種牧草分別為西伯利亞羽衣草、鴨茅、羅馬苜蓿。時期Ⅲ，綜合價值最好的前3種牧草分別為紅花車軸草、西伯利亞羽衣草、羅馬苜蓿。時期Ⅳ，綜合價值最好的牧草為鴨茅。時期Ⅴ，綜合價值最好的為針茅，時期Ⅵ綜合價值最好的為紫花鳶尾。對于同一種牧草在不同利用季節的綜合價值(表6)，針茅、芨芨草、紫花鳶尾綜合營養價值最佳時期為時期Ⅰ，其余牧草為時期Ⅱ。

圖1 研究區12種重要牧草有機物消化率(A)和代謝能(B)季節變化規律Fig.1 The seasonal variability of organic matter digestibility (A) and metabolic energy (B) on 12 species important herbage in study area

時期Period種類Species干物質Dry matter (%)粗蛋白Crude protein (%)中性洗滌纖維Neutral detergent fiber (%)酸性洗滌纖維Acid detergent fiber (%)粗脂肪Ether extract (%)粗灰分Crude ash (%)有機物消化率Organic matter digestibility (%)代謝能Metabolic energy (MJ·kg-1)相似度Similarity排序RankⅠ(6月June)針茅S. capillata17181091128434122.1324芨芨草A. splendens261111141325353321.0023鴨茅D. glomerata3510761010212014.887紫花鳶尾I. ruthenica4413610923141316.5010草原老鸛草G. pratense424323619293020.6322Ⅱ(7月July)針茅S. capillata16263120542242323.3828芨芨草A. splendens24192015932313022.5025羅馬苜蓿M. romanica4322532115413.003西伯利亞羽衣草A. sibirica38111217339.381線葉嵩草K. capillifolia25621162134151419.0013細果苔草C. stenocarpa327582222161515.889草原老鸛草G. pratense4134735141113.254紅花車軸草T. pratense395134205121113.635鴨茅D. glomerata3181612464410.632長芒大穗鵝觀草R. divaricans2322171833338720.1318紫花鳶尾I. ruthenica4012924816131216.7511假梯牧草P. phleoides271712131943111019.0014Ⅲ(8月August)針茅S. capillata14272926340383626.6333芨芨草A. splendens20163323227312822.5026羅馬苜蓿M. romanica291481727267616.7512

續表6 Continued Table 6

3 討論

草地牧草的營養價值評定，通常是根據牧草常規化學物質成分含量多寡，特別是主要營養物質(粗蛋白、粗纖維、礦物質等)含量的高低來確定其營養價值的評定指標[5，12]。牧草的營養價值是植物體內可被家畜利用的各種營養物質成分，應該是多項營養物質含量的綜合體現。與此同時，牧草的各項營養物質成分及營養價值還通過放牧家畜利用消化吸收的成效性反映，即動物體對飼料消化率越高，牧草的飼料營養價值就越好[13]。本研究采用牧草營養物質含量與動物消化利用率相結合的方式，并運用可量化的綜合評價方法(PCA)對研究區放牧草地的主要飼草組成牧草營養價值進行評價，得出了放牧草地各經濟類群主要牧草的綜合營養價值評價結論和不同牧草綜合營養價值的季節性變化規律。

以往研究表明，夏季放牧草地主要放牧區為亞高山草甸亞類和高山高寒草甸亞類，其中分布的主要牧草為西伯利亞羽衣草、線葉嵩草和細果苔草[2，6]。通過本研究表明，這3種牧草中西伯利亞羽衣草的綜合營養價值最好，另外本課題組研究表明同一時期高山地榆(Sanguisorbaalpina)的綜合營養價值要優于西伯利亞羽衣草[6]，而由于高山地榆僅作為伴生種分布于該草地類型中，其產量低、耐牧性較差，因此對于放牧家畜的利用效率較低。另外在同一時期，鴨茅和羅馬苜蓿的綜合營養價值也較好，二者分別作為禾本科和豆科的優勢物種，主要分布于山地草甸亞類型和山地溫性草甸草原亞類草地中，其均在所屬草地中有較高的產量和耐牧性。這與本課題組在同一地域的調查研究(2013年)結果相同[11,14]。由于各牧草種類和生育期的不一致，使得其綜合營養價值隨著生長季節變化呈現不同的規律，而本研究發現除針茅、芨芨草、紫花鳶尾綜合營養價值最佳的利用季節在春季營養生長期，其余牧草的均為夏季開花期。這是由于在夏季開花期，水、熱條件均為全年最佳時期，此時的分布生境和溫-水互作效應更利于營養物質的積累[5]。而其中紫花鳶尾在春季營養生長期葉片含有澀味，家畜適口性較差，所以在綜合營養價值評價中也應充分考慮家畜的適口性，并通過一定調控手段改善植物適口性以提高其飼用價值。此外，牧草營養價值季節性變化特征還受牧草本身遺傳特性和生長環境的影響，既體現了牧草生長發育過程中營養物質含量對植物本身遺傳物質的調控特征，又反映了氣候因子在牧草營養物質隨季節變化的重要性[2，13，15-17]。

另外，就放牧家畜飼草獲取而言，草地牧草中營養物質含量和家畜消化利用程度的高低是處在動態變化中的，不僅存在不同放牧季節草地的牧草種類變化，也存在于不同生長發育階段各牧草間的綜合營養價值變化，即使是同一種牧草處在不同生長階段所含營養物質的含量也有很大差異，這就導致不同放牧季節時期草地牧草綜合營養價值的差異[5，13，18]。本研究根據當地傳統的季節放牧特點為依據[15，19]，按照四季放牧草地上構成家畜飼草的主要牧草在利用期內進行分期采樣，通過對這些牧草整個生育期的營養特征和消化率水平的動態分析，確定這些主要牧草的綜合營養價值，為合理配置草地資源，尤其是天然草地合理放牧提供詳實的基礎資料。然而，對放牧草地牧草營養價值進行評價涉及生態科學、植物科學、動物科學等方面的多項復雜因素，如生態科學考慮牧草所處的生境、氣候狀況等[20]，植物科學考慮牧草的組成與種群變化、化學成分含量、生育期變化等[5，13，18]，動物科學考慮家畜采食量、適口性特征、放牧利用率、營養攝入水平和飼料消化率等[21]，這些方面均同牧草綜合營養價值有直接或間接的關聯。本研究在評定放牧季節草地主要牧草營養物質成分與動物消化率的同時，對牧草各季節生長時期營養動態規律和綜合營養價值變化特征加以分析，力求揭示出放牧草地家畜營養供給特點和四季變化的客觀規律。

4 結論

經本研究在沙爾套山放牧草地主要牧草營養價值變化特征研究，得出以下結論：

1)研究區放牧草地12種主要牧草，除針茅、芨芨草、紫花鳶尾最佳利用季節在春季營養生長期(6月)，其余牧草的最佳利用季節均為夏季開花期(7月)。

2)放牧草地各季節利用期內，春季營養生長期(6月)，綜合營養價值最好的為鴨茅；夏季開花期(7月)，綜合價值最好的牧草為西伯利亞羽衣草；秋季結實期(8月)，綜合營養價值最好的牧草為紅花車軸草；秋季果后營養期(9月)，綜合營養價值最好的牧草為鴨茅；冬季停止生長(10月)和枯草期(11月)，綜合營養價值最好的分別為針茅和紫花鳶尾。