呼倫貝爾市羊草割草地刈割技術對牧草產(chǎn)量及品質的影響

周忠義，衛(wèi) 媛，白玉婷，卻國萍，田 野，衛(wèi)智軍

（1.牙克石市草原工作站，內蒙古 牙克石 022150；2.中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010010；3.內蒙古農(nóng)業(yè)大學，內蒙古 呼和浩特 010018）

呼倫貝爾市割草地資源豐富，總面積1.0×106hm2， 占內蒙古割草地面積的28.1%， 占呼倫貝爾市草地總面積的19.5%［1-2］。 呼倫貝爾市割草地自然經(jīng)濟條件優(yōu)越，產(chǎn)量高，品質好，群落結構復雜多樣，與放牧利用相輔相成，是保障草畜季節(jié)平衡、家畜安全越冬以及災后應急救援的飼草儲備資源，在維系草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展和維持生態(tài)平衡與穩(wěn)定方面起著至關重要的作用，對牧區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)方式從放牧向半舍飼、舍飼轉型具有重要意義［3］。

刈割是草地利用的重要方式， 當草地生態(tài)系統(tǒng)牧草生產(chǎn)的供給能力大于牲畜需求時， 收獲多余的牧草能夠解決其他時期畜草供求矛盾［4］。 刈割不僅影響牧草個體形態(tài)特征、 生長發(fā)育和繁殖特性，也會對群落結構組成、多樣性及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響［5-6］。 刈割技術即刈割時期和刈割高度是影響草地生產(chǎn)力和牧草營養(yǎng)價值的主要因素，亦是割草地合理利用與管理的重要方式，以及割草地生態(tài)系統(tǒng)研究和利用關注的重點論題［7-13］。探討天然割草地對刈割的響應， 確定和采取合理的刈割技術，是獲得高產(chǎn)優(yōu)質牧草，保證割草地穩(wěn)定和可持續(xù)利用， 促進草地生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的重要管理措施［14-16］。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市海拉爾區(qū)謝爾塔拉鎮(zhèn)， 屬中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站草甸草原羊草割草地試驗平臺（2014—2019 年）， 地理位置為北緯49°23′13″，東經(jīng)120°02′47″。 該地區(qū)為中溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫-2.4 ℃，極端高溫為36.17 ℃，最低氣溫為-48.5 ℃，無霜期約80～110 d。 年平均降水量350 mm，多集中在7—9 月，且變化較大。地帶性植被屬羊草草甸草原植物群落， 群落建群種為羊草（Leymus chinensis）， 優(yōu) 勢 種 有 山 野 豌 豆（Vicia amoena）、展枝唐松草（Thalictrum squarrosum）、細葉 白 頭 翁 （Pulsatilla turczaninovii）、 糙 隱 子 草（Cleistogenes squarrosa）， 常見的有寸草苔（Carex duriuscula）、雙 齒 蔥（Allium bidentatum）、裂 葉 蒿（Artemisia tanacetifolia）等。

1.2 試驗設計

試驗于2017—2019 年進行，試驗地為草甸草原羊草割草地，試驗采用隨機區(qū)組設計，設置3 個刈割時期和4 個刈割高度（留茬高度）試驗處理，刈割時間分別為8 月1 日、8 月15 日和9 月1日；刈割高度分別為對照0 cm（CK 組）、留茬2 cm（A 組）、留茬5 cm（B 組）和留茬8 cm（C 組），每個刈割時期和刈割高度均為3 個重復， 試驗小區(qū)面積為3 m×3 m，共108 個試驗小區(qū)。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 群落和羊草地上生物量測定于試驗年份的不同刈割時期 （8 月1 日、8 月15 日和9 月1日），在每個小區(qū)選取1 m×1 m 的樣方，利用剪割法收集不同刈割高度（0 cm、2 cm、5 cm 和8 cm）的群落地上生物量和羊草地上生物量。 將剪割樣品帶回實驗室置于65 ℃烘箱內烘干至恒重，獲得群落和羊草的地上生物量（干重）。

1.3.2 群落和羊草營養(yǎng)品質測定將群落和羊草地上生物量研磨粉碎， 使用部分樣品測定植物群落和羊草的營養(yǎng)品質。 采用范氏纖維測定法測定酸性洗滌纖維（AND）和中性洗滌纖維（NDF）含量；凱氏定氮法測定粗蛋白（CP）含量。

1.3.3 單位面積營養(yǎng)成分粗蛋白收獲量單位面積營養(yǎng)成分粗蛋白（CP） 收獲量為群落地上生物量×粗蛋白（CP）含量。

1.3.4 群落多樣性計算根據(jù)描述樣方內植物種數(shù)目及所有植物種的個體數(shù)和重要值， 計算群落α 多樣性，包括瑪格列夫豐富度指數(shù)、辛普森優(yōu)勢度指數(shù)、 香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)和皮羅均勻度指數(shù)。

①瑪格列夫豐富度指數(shù) （Margarlef 豐富度指數(shù)）計算公式：D=（S-1）/lnN。

式中，D 為瑪格列夫豐富度指數(shù)；N 為總個體數(shù)量；S 為總物種數(shù)量；ln 為自然對數(shù)， 底數(shù)2.718 283 8。

②辛普森優(yōu)勢度指數(shù)（Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)）計算公式：D=1-ln（∑Pi）2。

式中，D 為辛普森優(yōu)勢度指數(shù)，Pi為物種相對重要性， 即物種i 的個體數(shù)在樣方內所有物種個體數(shù)中所占的比例。

③香農(nóng)—維納多樣性指數(shù) （Shannon-Wiener多樣性指數(shù)）計算公式：H′=-∑PilnPi。

式中，H′為群落多樣性指數(shù)，Pi為樣品i 在總樣本中的比例。

④皮羅均勻度指數(shù)（Pielou 均勻度指數(shù)）計算公式：J′=（-∑PilnPi）/lnS。

式中，J′為皮羅均勻度指數(shù)，Pi為屬于種i 的個體在全部個體中的比例，S 為樣方內的物種數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

原始數(shù)據(jù)整理以及方差分析結果圖表繪制均在Excel 2003 軟件中進行； 方差分析均采用單因素方差分析（分析前進行數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗和方差同質性檢驗），根據(jù)方差分析結果判斷線性可加性模型是否存在， 當方差分析結果通過顯著性檢驗（P＜0.05）且滿足方差分析條件時，采用Duncan′s分析法進行均值間（組間）多重比較（P＜0.05），同時采用字母標記法進行檢驗結果標記。

2 結果與分析

2.1 群落地上生物量

羊草割草地不同刈割技術群落地上生物量變化見表1。 伴隨刈割高度的增加，群落地上生物量呈下降的變化趨勢（P＜0.05）。 不同刈割年限，群落地上生物量的波動較大， 總體表現(xiàn)為2018 年和2019 年較2017 年高。 在2019 年8 月1 日刈割，群落地上生物量較2017 年和2018 年同期刈割高，CK 組地上生物量最高，為171.70 g/m2。2018 年8 月15 日和9 月1 日，群落地上生物量整體表現(xiàn)較高；8 月15 日刈割高度為0 cm 的CK 組地上生物量表現(xiàn)最高，達到335.42 g/m2，而9 月1 日CK組地上生物量最高，為171.77 g/m2。 由此可見，不同年份間， 割草地植物群落地上最大生物量存在時間上的差異，刈割時期為8 月15 日左右可以收獲較高的群落地上生物量。

2.2 群落和優(yōu)勢種營養(yǎng)成分

羊草割草地不同刈割技術群落和優(yōu)勢種營養(yǎng)成分變化見表2。 通過對2017 年不同處理群落和優(yōu)勢種營養(yǎng)成分的方差分析結果表明，8 月15 日和9 月1 日群落ADF 含量在C 組最低（P＜0.05），8 月15 日刈割時， 群落NDF 含量也在C 組最低（P＜0.05）。 群落的CP 含量以及羊草種群的ADF、NDF 和CP 含量在不同刈割高度下均無顯著差異（P＞0.05）。 2018 年不同刈割技術下群落營養(yǎng)成分方差分析表明（見表3），8 月1 日刈割，除刈割高度8 cm 外，群落ADF 含量均顯著（P＜0.05）低于其他刈割時期，9 月1 日刈割高度5 cm 群落ADF 含量最高。 刈割時期8 月15 日群落NDF 含量低于其他刈割時期。 不同刈割時期之間群落CP含量無顯著差異（P＞0.05）。 綜合2017 年和2018年群落營養(yǎng)成分來看， 刈割時期和刈割高度對群落CP 含量存在影響， 但未達到顯著性水平 （P＞0.05）， 且刈割時期對群落ADF 含量影響較大，對NDF 含量影響較小。

2.3 單位面積營養(yǎng)成分CP 的收獲量

對2017—2019 年群落地上現(xiàn)存量進行平均，同時對2017 年和2018 年群落粗蛋白含量進行平均，計算得到植物群落單位面積CP 收獲量，不同刈割時期和刈割高度下的變化規(guī)律見圖1。由圖1可知，群落單位面積CP 收獲量在8 月1 日和9 月1 日均低于8 月15 日，因此，8 月15 日進行刈割能夠保證獲得較高的群落CP。 刈割高度顯示，伴隨刈割高度增加， 群落CP 收獲量呈下降的變化趨勢，結合當?shù)貧夂驐l件和牧草再生特性，刈割高度5 cm 有利于植物群落各個種群刈割后再生， 并安全越冬，此時的蛋白收獲量為12.09 g/m2。

2.4 群落多樣性

通過分析群落的α 多樣性變化發(fā)現(xiàn) （見表4），8 月1 日在5 cm 刈割高度群落的Shannon-Wiener 多 樣 性 指 數(shù)、Simpson 優(yōu) 勢 度 指 數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)較高， 顯著性檢驗結果詳見表4；8 月15 日在0 cm 刈割高度群落的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)均較高， 顯著性檢驗結果見表4；9 月1 日在2 cm 刈割高度群落的Margarlef 豐富度指數(shù)顯著（P＜0.05）高于0 cm。 對比分析同一刈割高度不同刈割時期群落多樣性指數(shù)可知，在0 cm 刈割高度處理下，8 月15 日群落的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)高于其他刈割時期；在2 cm 刈割高度處理下，9 月1日群落的Margarlef 豐富度指數(shù)高于其他刈割時期；在5 cm 刈割高度處理下，不同日期下群落多樣性指數(shù)無顯著（P＞0.05）差異；在8 cm 刈割高度處理下，8 月1 日群落的Margarlef 豐富度指數(shù)盡管低于其他刈割時期，但并無顯著（P＞0.05）差異。

表1 羊草割草地不同刈割技術群落地上生物量變化 單位：g/m2

表2 2017 年羊草割草地不同刈割技術群落和優(yōu)勢種營養(yǎng)成分變化 單位：%

3 討論

群落地上生物量是度量割草地生產(chǎn)力高低直觀和重要的指標［17］。 該研究比較分析2017—2019年3 年羊草割草地群落地上生物量動態(tài)表明，群落地上生物量的年度間波動性較大，且以2017 年最低，而2018 年最高。主要原因是天然割草地群落地上生物量受自然因素影響大，特別是受降雨因素的影響更大、更敏感。氣象資料分析表明，呼倫貝爾市2017 年比歷年平均降水量少10.1 mm，2018 年降水量330.8 mm，較平均降水偏多17.3%，比上年（2017 年，199.6 mm） 高出65.7%［18］；2019 年比歷年平均降水量偏多11.1%， 較2018 年偏少5.0%［19］。刈割技術在很大程度上影響群落地上生物量。 不同年份間的不同刈割時期群落地上最大生物量存在差異，但總體上看，刈割時期為8 月15 日左右可以收獲較高的地上生物量，這與王志鋒等［20］研究類似。干旱年份群落地上生物量總體較低，刈割高度嚴重影響割草地牧草的收獲量 （見表1），故在干旱年份刈割高度要適當降低。

圖1 羊草割草地不同刈割技術植物群落單位面積CP 含量

表3 2018 年羊草割草地不同刈割技術群落營養(yǎng)成分變化 單位：%

表4 不同刈割技術群落多樣性

單位面積營養(yǎng)成分粗蛋白（CP）的收獲量是衡量割草地收獲牧草數(shù)量和質量的有效指標， 亦是確定刈割技術， 即確定合適的刈割時期和適宜的刈割高度重要的參考［21］。 該研究中，2017 年和2018 年兩年的不同刈割時期和不同刈割高度無論群落的CP 含量，還是建群種羊草的CP 含量變化差異不顯著（P＞0.05），由此可見，單位面積營養(yǎng)成分CP 的收獲量取決于群落地上生物量。除刈割時期外，刈割高度決定收獲群落地上生物量多少，也決定單位面積CP 的收獲量高低。從圖1 可以看出，隨著刈割高度的降低，單位面積CP 的收獲量會提高。 但刈割高度過低時，雖然可收獲較高的牧草地上生物量，但會在很大程度上影響牧草越冬，翌年牧草再生以及草地以后的牧草產(chǎn)量，也會使土壤養(yǎng)分失衡等，導致草地退化［15，22-23］。鑒于此，可以認為羊草割草地刈割高度為5 cm 左右比較合適。

4 結論

羊草割草地群落地上生物量受降雨因素影響年度間波動性較大， 刈割時期和刈割高度均影響牧草收獲量， 且干旱年份刈割高度嚴重影響割草地牧草的收獲量； 羊草割草地群落和建群種羊草的粗蛋白含量（CP）的年度間和不同刈割技術下變化不顯著。單位面積營養(yǎng)成分CP 的收獲量取決于群落地上生物量，即刈割時期和刈割高度影響單位面積CP 的收獲量；早期刈割（8 月1—15 日）群落多樣性指數(shù)較高； 隨著刈割高度的降低，群落多樣性指數(shù)呈上升趨勢； 呼倫貝爾市羊草割草地適宜的刈割時間為8 月15 日左右，刈割高度為5 cm 左右比較合適。 干旱年份刈割高度要適當降低。