利用方式、種植模式和施氮對多年生牧草產量及品質的影響

肖祥銘，常生華，賈倩民，彭澤晨，張 程，劉永杰，吳恩平，侯扶江

（1. 蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室 / 蘭州大學農業農村部草牧業創新重點實驗室 / 蘭州大學草地農業教育部工程研究中心 / 蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020；2. 甘肅薈榮草業有限公司，甘肅 環縣 745700）

長期以來由于氣候變化和人類活動，導致隴東地區植被覆蓋率低[1]，水土流失嚴重[2]。水資源的匱乏也使該地區的生態治理和植被恢復具有一定困難[3]。與耕地相比，草地的需水量較小，能形成較好的地表覆蓋，減少土壤水分蒸發，有利于水土保持[4]，而且栽培草地兼具多種功能，可以充分發揮牧草生產潛能，實現草地畜牧業集約化發展，有效保護生態環境[5]。隴東地區溝壑縱橫，在區域尺度上呈現黃土塬、黃土梁、黃土峁的分布格局，導致栽培草地的大面積機械化生產不易實現[6]。而放牧是一種傳統、高效的土地管理方式，可以維持草地的高生產力，改善家畜的健康狀況并提高畜產品質量[7]。合理放牧使家畜糞便以及植被枯落物經家畜踩踏進入土壤，使土壤有機質含量增加，同時也增加了土壤速效養分的含量[8]。因此，建植栽培草地進行放牧是隴東地區發展畜牧業和改善生態環境的重要措施。

混播草地通過合理配置牧草種類，使牧草的適應性和抗逆性得到互補，提升群落的穩定性[9]，從而提髙草地的生產能力和使用年限[10]。由于不同牧草的生育期和產草高峰期不同，混播可以使牧草的總產量保持相對穩定或增產，并能夠抑制雜草[11]和減少病蟲害[12]。禾、豆牧草混播可以充分發揮牧草種間的互補作用，充分利用光照、熱量、水分和養分等資源[13]，不但能夠提高牧草產量[14]，而且能提升牧草的營養品質和適口性[15]。劉敏等[16]研究表明，禾-豆混播草地可增加牧草的粗蛋白含量，降低粗纖維含量，從而改善牧草品質。另外，劉秀麗和李元恒[17]研究認為，禾-豆混播還可以防止家畜因采食單一豆科牧草而發生的臌脹病或中毒現象，保證家畜的健康和全面的營養攝取。因此，在隴東地區研究禾-豆混播草地對提升草地生產力和促進畜牧業發展具有重要意義。

除種植方式外，施肥也是提高牧草產量和改善牧草品質的重要措施，其中氮肥的作用最為明顯[18]。氮是決定牧草生物量的限制因子，土壤中氮素的缺乏將影響牧草的生長和產量[19]，而合理施用氮肥是補充土壤氮素、提高牧草產量最有效的措施[20-21]。施用氮肥以后紅豆草(Onobrychis viciifolia)的產量能顯著提高[22]，并提高粗蛋白的含量[23]。氮也是植物體內蛋白質的重要組分，適量施用能促進牧草的營養生長，有效增加牧草的株高、葉面積、分蘗數等[24]，從而提高牧草產量。還有研究指出，適量的氮肥能提高牧草蛋白產量，降低牧草的中、酸性洗滌纖維含量，提高牧草適口性，從而改善牧草品質[25-26]。施氮還顯著增加了無芒雀麥(Bromus inermis)中粗蛋白和粗脂肪的含量[27]，但是，大量施氮不僅會增加種植成本，還會造成土壤環境污染，故應針對不同的土壤性質和牧草種類確定合理的施氮量[28]。

綜上所述，放牧、混播及施氮都是有效提高栽培草地產量和品質的管理措施，但這些措施是否適宜隴東地區以及在該地區對牧草產量和品質的影響效應仍不清晰。因此，本研究設置刈割和放牧兩種管理方式，各管理方式下設3 個施氮水平以及紅豆草單播、無芒雀麥單播和二者混播3 種種植模式，探究放牧、施氮和混播對牧草產量與品質的影響，為隴東地區建植高產優質的栽培草地提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地點位于甘肅環縣蘭州大學草地農業試驗站(36°29′ N，107°54′ E，海拔1 218 m)，為典型的黃土高原氣候區，年均降水量430 mm，多集中在7 月 -9 月，占全年降水量的58%；年均氣溫9.2 ℃，全年無霜期約165 d，年均日照時數2 596 h。

1.2 試驗設計與田間管理

本研究采用裂區試驗設計，主區分為放牧和刈割2 種利用方式，副區為紅豆草單播(H)、無芒雀麥單播(W)、紅豆草和無芒雀麥混播(WH) 3 種種植模式，副副區為不施氮(N1)、施氮80 kg·hm-2(N2)和施氮160 kg·hm-2(N3) 3 種施氮梯度，共18 個處理。每個處理設3 個重復，共54 個小區。每個小區長8 m，寬5 m，小區之間設置1 m 保護行，在進行放牧試驗的小區周圍安裝圍欄。2018 年8 月種植牧草，采用條播方式，行距30 cm，播種深度為2～3 cm，混播處理兩種牧草種子分別同行條播。紅豆草單播處理的播種量為100 kg·hm-2，無芒雀麥單播處理的播種量為45 kg·hm-2，混播草地紅豆草和無芒雀麥的播種量分別為50 和22.5 kg·hm-2。2019 年對草地進行施肥，N1處理不施氮肥，N2處理在返青期施氮80 kg·hm-2，N3處理在返青期和第一次刈割后分別施氮肥80 kg·hm-2。每30 d 放牧一次，每個小區放牧10 只羊，每次放牧時間為3～5 d，放牧后牧草的留茬高度在5～8 cm，全年共放牧6 次。刈割處理按照當地管理方式在牧草初花期進行刈割，即5 月25 號、7 月24 號和9 月22 號，全年共刈割3 次。

1.3 牧草產量和品質的測定

放牧處理在放羊前，刈割處理在牧草初花期，在各小區隨機選取3 個1 m × 1 m 樣地進行刈割(留茬高度5 cm)并稱取鮮重，帶回實驗室用烘箱在65 ℃烘48 h 以上至恒重后測量干重。放牧處理的總鮮、干草產量分別為當年6 次刈割的鮮、干草產量之和，刈割處理的總鮮、干草產量分別為當年3 次刈割的鮮、干草產量之和。將烘干后的牧草樣品進行粉碎，裝入自封袋用于營養成分的測定。采用近紅外光譜分析儀(FOSS-Infratec TM 1 241)測定牧草的營養品質，包括粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)的含量，所用數據庫為自建的紅豆草和無芒雀麥數據庫。利用公式[29]計算相對飼用價值(relative feeding value, RFV)。

1.4 數據處理與統計分析

采用Excel 2010 進行數據統計及制圖，使用SPSS-16 軟件進行多因素方差分析，不同處理之間多重比較采用圖基法(Tukey's Method)，顯著性水平設為P ＜ 0.05。

2 結果與分析

2.1 因素顯著性及因素水平間的多重比較

放牧方式下的總鮮、總干草產量和RFV 顯著高于刈割(P ＜ 0.05)，而EE、NDF 和ADF 含量顯著低于刈割(P ＜ 0.05) (表1)。各種植模式的總鮮草和干草產量大小為WH ＞ H ＞ W，CP 和EE 大小為H ＞WH ＞ W，各類型間差異顯著(P ＜ 0.05)；WH 和H 處理的NDF 和ADF 顯著低于W (P ＜ 0.05)，因而顯著提高RFV (P ＜ 0.05)。各施氮處理總鮮、干草產量和粗脂肪的大小為N3＞ N2＞ N1，各處理間差異顯著(P ＜0.05)；N3處理的粗蛋白含量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，而NDF 和ADF 顯著低于N1(P ＜ 0.05)，從而顯著提高了RFV (P ＜ 0.05)。

2.2 鮮草產量

在放牧方式下，各處理的鮮草產量為第1 茬最高，其次是第2 茬，第6 茬最低(表2)。放牧方式下WH 和H 種植模式N2、N3的第1～6 茬鮮草產量均顯著高于N1(P ＜ 0.05)，W 種植下N2、N3的第1 和第6 茬鮮草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，而其他茬次N2與N1無顯著差異(P ＞ 0.05)。放牧方式下的同一施氮水平下，WH 和H 的第1～5 茬鮮草產量顯著高于W (P ＜ 0.05)，而在N1水平下各種植模式的第6 茬鮮草產量差異不顯著(P ＞ 0.05)。在刈割方式下，各處理的鮮草產量大小為第1 茬 ＞ 第2 茬 ＞ 第3 茬。刈割方式下的同一種植模式，N2和N3的第1～3茬鮮草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，N2與N3無顯著差異(P ＞ 0.05)；同一施氮水平下，WH 和H 的第1～3 茬鮮草產量顯著高于W (P ＜ 0.05)，而WH 與H 差異不顯著(P ＞ 0.05)。WH 和H 種植下N2、N3的年總鮮草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，N2與N3差異不顯著(P ＞ 0.05)；W 種植下N3的年總鮮草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，而N2與N1無顯著差異(P ＞0.05)；同一施氮水平下，WH 與H 的年總鮮草產量差異不顯著(P ＞ 0.05)，但二者顯著高于W (P ＜ 0.05)。

表 1 各指標的因素顯著性及因素水平平均值Table 1 Significance of factors and the average level of factors of each indicator

2.3 干草產量

在放牧方式下，各處理的干草產量為第1 茬最高，其次是第2 茬，第6 茬最低(表3)。放牧方式下WH種植模式N2、N3的第1～6 茬干草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，H 類型下N2、N3的第2～6 茬干草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，W 類型下N3的第2～6 茬干草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，而N1和N2的第1～4 茬干草產量無顯著差異(P ＞ 0.05)。放牧方式下的同一施氮水平下，WH 和H 的第1～6 茬干草產量顯著高于W (P ＜ 0.05)。在刈割方式下，各處理的干草產量大小為第1 茬 ＞ 第2 茬 ＞ 第3 茬。刈割方式下，3 種種植模式N2和N3的第1～3 茬干草產量顯著高于N1(P ＜ 0.05)，N2與N3無顯著差異(P ＞ 0.05)；同一施氮水平下，WH 和H 的第1～3 茬干草產量顯著高于W (P ＜ 0.05)，WH 與H 的第1 茬干草產量差異不顯著(P ＞ 0.05)，而第2 和第3 茬差異顯著(P ＜0.05)。WH 和H 種植模式下N2、N3的年總干草產量顯 著 高 于N1(P ＜ 0.05)，N2與N3差 異 不 顯 著(P ＞0.05)；W 類型下N3的年總干草產量顯著高于N1(P ＜0.05)；同一施氮水平下，WH 的年總干草產量顯著高于H (P ＜ 0.05)，WH 和H 顯著高于W (P ＜ 0.05)。

2.4 粗蛋白含量

在放牧和刈割利用方式下，3 種種植模式各茬牧草CP 含量均為N3處理最高，其次是N2處理，N1處理最低；同一施氮水平第1～6 茬H 的CP 含量略高于WH，二者差異不顯著(P ＞ 0.05)，W 的CP 含量最低，且顯著低于H 和WH (P ＜ 0.05) (表4)。各處理均為N3處理的年平均CP 含量最高；同一施氮水平下，H 的年平均CP 含量最高，與WH 差異不顯著(P ＞ 0.05)，但二者顯著高于W (P ＜ 0.05)。

表 2 不同處理下各茬牧草的鮮草產量Table 2 Fresh grass yield of each stubble of forage under different treatments

2.5 粗脂肪含量

(表5) 放 牧 方 式 下，WH 和H 種 植 模 式 第1～6 茬EE 含量逐漸降低，W 類型下第3 茬的EE 含量最高。放牧方式下WH 和H 類型下，N2、N3處理的EE 含量無顯著差異(P ＞ 0.05)，二者顯著高于N1差異顯著(P ＜ 0.05)；W 類型下的N2、N3處理EE 含量無顯著差異(P ＞ 0.05)。放牧方式下的同一施氮水平下，WH 和H 之間的EE 含量差異不顯著(P ＞ 0.05)。在刈割方式下，WH 和H 第1～3 茬EE 含量逐漸降低；WH 和H 類 型EE 含 量：第1 茬 ＞ 第2 茬 ＞第3 茬；W 方式EE 含量：第2 茬 ＞ 第3 茬 ＞ 第1 茬；同一施氮水平下，EE 含量：H ＞ WH ＞ W。平均值顯示，WH 類型下N2和N3無顯著差異(P ＞ 0.05)，W類型下N1和N2無顯著差異(P ＞ 0.05)；同一施氮水平下，WH 與H 的年平均EE 含量差異不顯著(P ＞0.05)，但二者顯著高于W(P ＜ 0.05)。

2.6 中性洗滌纖維含量

在放牧方式下，各處理第1 茬的NDF 含量最高(表6)。在刈割方式下，各處理第1 茬的NDF 含量最高。放牧和刈割方式下同一種植模式各茬牧草的NDF 含量為N3＜ N2＜ N1。放牧和刈割方式下同一施氮水平下各茬牧草的NDF 含量大小為H ＜ WH ＜W。平均值顯示，3 種種植模式同一施氮水平的年平均NDF 含量差異不顯著(P ＞ 0.05)。

表 3 不同處理下各茬牧草的干草產量Table 3 Hay yield of each stubble of forage under different treatments

表 4 不同處理下各茬牧草的粗蛋白含量Table 4 Crude protein content of each stubble of forage under different treatments

表 5 不同處理下各茬牧草的粗脂肪含量Table 5 Ether extract content of each stubble of forage under different treatments

2.7 酸性洗滌纖維含量

放牧方式下各處理第1 茬的ADF 含量最高，在刈割方式下，除HN1外，各處理第2 茬的ADF 含量最高(表7)。放牧和刈割方式下同一種植模式第1～6 茬和1～3 茬的ADF 含量為N3＜ N2＜ N1。放牧和刈割方式下同一施氮水平下各茬牧草的ADF含量大小為H ＜ WH ＜ W。同一種植模式兩種利用方式的年平均ADF 含量差異不顯著(P ＞ 0.05)。

2.8 相對飼用價值

在放牧方式下，各處理第1 茬的RFV 最低(表8)。放牧方式下，WH 各茬次N1、N2的RFV 差異不顯著(P ＞ 0.05)；H 第2～5 茬3 種施氮水平的RFV 差異不顯著(P ＞ 0.05)；W 各茬次N1的RFV 顯著高于N3(P ＜0.05)；同一施氮水平下，WH 和H 各茬次RFV 的差異不顯著(P ＞ 0.05)。在刈割條件下，WH 和H 的RFV 大小為第3 茬 ＞ 第2 茬 ＞ 第1 茬；W 第2 茬的RFV 最高；3 種種植模式的RFV 均為N3＞ N2＞ N1；同一施氮水平下，WH 和H 各茬次之間RFV 的差異不顯著(P ＞ 0.05)。平均值顯示，3 種種植模式的年平均RFV 均為N3＞ N2＞ N1；同一施氮水平下，WH與H 的年平均RFV 高于W (P ＜ 0.05)。

3 討論

3.1 不同利用方式對牧草產量和品質的影響

周秉榮等[30]的研究顯示，高寒草甸在適度放牧的情況下能提高牧草的總產量，但過度放牧會對草地產生破壞。徐智超等[31]對內蒙古半干旱地區混播栽培草地的研究表明，與傳統刈割相比，合理放牧可以提高草地的生產能力。本研究結果與徐智超等[31]的研究一致，放牧較刈割顯著增加了牧草的總鮮、干草產量。這是由于合理放牧有利于牧草的再生，對牧草恢復生長有促進作用，能夠使草地生產力維持在較高水平，并且通過刺激植物補償性生長增加草地的利用次數[32]。

表 6 不同處理下各茬牧草的中性洗滌纖維含量Table 6 Neutral detergent fibers content of each stubble of forage under different treatments

表 7 不同處理下各茬牧草的酸性洗滌纖維含量Table 7 Acid detergent fiber content of each stubble of forage under different treatments

表 8 不同處理下各茬牧草的相對飼用價值Table 8 Relative feeding value of each stubble of forage under different treatments

柴林榮等[33]研究表明，在適宜的放牧強度下，牧草粗蛋白含量增加，且隨著放牧強度的增大，酸性洗滌纖維含量呈下降趨勢，而粗脂肪含量呈增加趨勢。章異平等[34]研究也表明，在放牧干擾下草甸的粗蛋白和粗灰分呈增加趨勢，而酸性和中性洗滌纖維含量有所下降，這說明放牧并沒有降低牧草品質。但是，也有研究[35-36]表明，過度放牧使得牧草中粗蛋白和灰分含量降低，纖維含量增多，進而導致牧草品質下降。本研究表明，放牧條件下的牧草粗蛋白和粗脂肪含量與刈割無顯著差異，但放牧處理顯著降低了中性洗滌纖維含量，進而提高了相對飼用價值。原因可能是放牧加速了牧草-土壤氮循環，促進了牧草對土壤氮的吸收，進而提高牧草的粗蛋白和粗脂肪含量，改善了牧草品質[37]。

3.2 施氮對牧草產量和品質的影響

氮在植物生長過程中具有關鍵性作用，氮肥的使用可以有效提高土壤中可利用氮的含量，能促進牧草的生長[38]。研究表明氮肥對栽培草地的地上生物量影響最為顯著，高于鉀肥和磷肥，使牧草生物量提高25%以上[39]。禾本科對施肥敏感，所以合理施肥能在一定程度上彌補水分不足導致的減產[40]。在甘南高海拔草地施用氮肥能顯著增加禾-豆混播草地的草產量，比對照組提高了98.1%[41]。紅豆草雖然是豆科牧草，但同樣需要氮肥的補充，且在不同施肥配比下，純氮處理獲得了最大的草產量[42]。本研究結果與以上研究一致，無論是單播還是混播處理，與不施氮相比，隨施氮量的增加，總鮮、總干草產量增加。原因可能是氮肥能改善植株的生長發育特性，顯著提高禾本科的株高、分蘗密度和小穗數[43]。楊桂英等[44]研究表明，無芒雀麥干物質中的粗蛋白含量隨施氮量的增加而上升。王德勝等[45]研究說明，施氮提高了豆科牧草的粗蛋白含量，并能降低酸性和中性洗滌纖維含量。本研究顯示，施氮顯著提高牧草粗蛋白含量和粗脂肪含量，而酸性和中性洗滌纖維的含量降低，并提高了相對飼用價值。

3.3 禾-豆混播對牧草產量和品質的影響

禾-豆混播的種植方式可提高牧草干物質產量，改善飼用品質[46]。苜蓿和無芒雀麥、老芒麥(Elymus sibiricus)混播，較禾草單播可顯著提高產量，苜蓿和高羊茅(Lolium arundinaceum)混播較苜蓿(Medicago sativa)單播也顯著提高了產草量[47]。在新疆極干旱的條件下，紅豆草和高冰草(Thinopyrum ponticum)的混播較單播顯著提高了鮮草產量[48]。本研究結果顯示，同一施氮水平下，無論是放牧還是刈割條件，禾-豆混播的總鮮草產量略高于紅豆草單播，但顯著高于無芒雀麥單播。通常情況下，豆科牧草的粗蛋白含量要高于禾本科牧草[49]，禾-豆混播后牧草粗蛋白含量高于禾本科牧草單播[50]。郭孝等[51]研究表明，無芒雀麥與苜蓿混播能提高牧草營養價值，與無芒雀麥單播相比，混播草地的粗蛋白質、粗脂肪含量分別提高了22.80%和10.59%，粗纖維降低了9.33%，說明混播較單播有利于提高牧草的產量和品質。有研究報道，紅豆草單播的粗蛋白含量最高，紅豆草和無芒雀麥混播次之，無芒雀麥單播最低[52]。本研究表明，混播草地的粗蛋白、粗脂肪含量及相對飼用價值顯著高于無芒雀麥單播，并降低了中性洗滌纖維含量。這是由于混播中豆科牧草的固氮作用促進了混播草地對土壤氮的吸收利用，并且豆科牧草的粗蛋白含量較高，進而使混播草地的粗蛋白含量增加[53]。

4 結論

放牧較刈割可提高總鮮、總干草產量，明顯降低粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量，進而提高相對飼用價值。與無芒雀麥單播相比，紅豆草單播和兩者混播顯著提高了鮮干草產量以及粗蛋白、粗脂肪含量，顯著降低了中性洗滌纖維含量，進而提高相對飼用價值。總鮮、總干草產量隨施氮量的增加顯著增高，施氮條件下的粗蛋白、粗脂肪含量和相對飼用價值顯著高于不施氮處理，而中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量顯著低于不施氮。所有處理中，放牧條件下無芒雀麥和紅豆草混播草地施氮160 kg·hm-2的鮮干草產量最高，且品質優良，是一種適宜隴東地區栽培草地的管理措施。