刈割時間與留茬高度對羊草草甸草產(chǎn)量和品質的影響

王志鋒，王多伽，于洪柱，金春花，齊寶林，鄭長月，張營超

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學院，吉林 公主嶺 136100；2.吉林省大安市草原管理站，吉林 大安 131300)

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刈割時間與留茬高度對羊草草甸草產(chǎn)量和品質的影響

王志鋒1，王多伽1，于洪柱1，金春花1，齊寶林1，鄭長月2，張營超2

(1.吉林省農(nóng)業(yè)科學院，吉林 公主嶺 136100；2.吉林省大安市草原管理站，吉林 大安 131300)

摘要：為揭示刈割時間與留茬高度對羊草(Leymus chinensis)草甸草產(chǎn)量和干草品質的影響，確定適宜刈割時間與合理留茬高度,本研究以吉林省大安市姜家甸羊草草甸為研究對象，于2014年通過刈割時間與留茬高度兩個因素，各設3水平進行隨機區(qū)組試驗研究。結果表明，在8月1日至9月1日間，隨刈割時間的推遲，群落蓋度呈明顯的遞增趨勢(P<0.05)，群落和羊草干草粗蛋白(CP)含量呈顯著的下降趨勢(P<0.05)，0-10、10-20和20-30 cm三個土層深度的群落根系生物量呈現(xiàn)出由增到減的變化過程，而羊草根系生物量在10-20 cm土層呈減少。8月15日刈割,群落和羊草產(chǎn)量均最高；留茬高度8 cm處理群落產(chǎn)量最高，留茬高度2 cm處理羊草產(chǎn)量最高，但在2～8 cm留茬高度范圍內(nèi)，群落和羊草營養(yǎng)成分含量均無顯著變化。吉林省西部羊草草甸8月15日刈割、留茬高度2 cm，可收獲當年最高羊草產(chǎn)量和干草品質。

關鍵詞：羊草草甸；刈割；草產(chǎn)量；營養(yǎng)成分

吉林省西部天然羊草(Leymuschinensis)草甸位于松嫩平原的中南部，為歐亞草原的延伸帶，屬松嫩草原的一部分[1]。該區(qū)羊草草甸集中分布在低平原的鹽漬化土壤上，地形平坦，適于機械化刈割。刈割時間和留茬高度是影響刈割效果的兩個主要因素。在牧草生長期內(nèi)，過早刈割，雖然牧草營養(yǎng)價值非常高，但產(chǎn)量比較低，并且影響牧草的生長；過晚刈割，則會影響牧草品質。留茬高度的高低直接關系到牧草干草產(chǎn)量和牧草損耗率，不同區(qū)域草地因地形地貌和群落組成的差異，留茬高度不盡相同[2-5]。該區(qū)每年8月開始進入割草期，根據(jù)天氣狀況和割草機械便利程度決定具體刈割時間，整個割草期持續(xù)1個月左右。為了收獲更多牧草產(chǎn)量，留茬高度普遍較低。目前，關于刈割時間和留茬高度對草地影響的研究較多，但主要集中在栽培草地方面，對天然草地，尤其是羊草草甸的研究較少。本研究針對該區(qū)刈割時間的不確定性和留茬高度偏低問題，通過割草期內(nèi)不同刈割時間與留茬高度對打草場群落和羊草數(shù)量與質量特征、地下生物量和羊草根系生物影響的比較研究，確定吉林西部天然羊草草甸適宜的刈割時間和留茬高度，以期為割草地合理利用奠定基礎。

1材料與方法

1.1研究區(qū)自然概況

試驗地設在松嫩草原中南部的吉林省大安市姜家甸羊草草甸(45°31′N，123°57′E，海拔135 m)。屬于大陸性溫帶季風氣候，年平均氣溫4.3 ℃，≥10 ℃年積溫2 930 ℃·d。年均降水量413.6 mm，主要集中在7-9月。春季多風、干旱、少雨，無霜期140 d。土壤為鹽化草甸土，pH值7.9～9.5，地勢較平坦，土壤有機質含量1.22%，速效N、P、K含量分別為84.6、3.80和124.3 mg·kg-1。植被以羊草為優(yōu)勢種，其產(chǎn)量占總產(chǎn)量的85%以上。羊草草甸植物種屬單一，每平方米2～6種，主要有蘆葦(Phragmitescommunis)、堿蒿(Artemisiaanethifolia)、興安胡枝子(Lespedezadaurica)、星星草(Puccinelliatenuiflora)和虎尾草(Chlorisvirgata)等。該草甸于1992年以來一直作為割草利用。本研究于2014年8月至9月間進行。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設計試驗設刈割時間和留茬高度兩個因素，根據(jù)當?shù)馗畈萜诤蛥⒄找郧暗难芯拷Y果[6-7]，每因素各設3個水平，即刈割時間為2014年8月1日、8月15日和9月1日，留茬高度為2、5和8 cm，共9個處理，3次重復，共27個試驗小區(qū)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積3 m×5 m。

1.2.2測定指標及方法

群落蓋度與羊草高度：按照試驗設定的刈割時間，每次刈割前，每處理小區(qū)隨機選擇3個50 cm×50 cm樣方，用目測法測定每一樣方群落蓋度，并在每一樣方隨機選取羊草10株，測量其垂直高度。

群落密度與羊草密度：根據(jù)試驗設定的留茬高度刈割后，將每一樣方物種分離，分別計取其植株數(shù)量，群落密度為各物種單株數(shù)量的總和，羊草密度為其單株數(shù)量，并換算成株·m-2。

群落與羊草產(chǎn)量：將每一樣方測定密度后各物種樣本帶回室內(nèi)，置于65 ℃恒溫烘箱烘干至恒重，稱各物種干重，群落產(chǎn)量為各物種干重的總和，羊草產(chǎn)量為其干重，換算成g·m-2。

地下生物量和根莖生物量：在每次刈割后，利用直徑10 cm根鉆，在每個樣方內(nèi)分層采集0-10、10-20和20-30 cm的土柱，將分層土柱分別裝入0.178 mm尼龍袋中，用清水將泥沙沖洗干凈后，揀出所有根系，并從所有根系中用鑷子挑選出羊草根系，將剩余根系和羊草根系裝入布袋中，送回實驗室置于65 ℃恒溫烘干至恒重，稱干重。地下生物量為根系和羊草根系干重的總和，羊草根系生物量為其干重，換算成g·m-2。

群落和羊草營養(yǎng)成分：將每小區(qū)用于產(chǎn)量測定的3個樣方干物質混合，作為群落樣品。根據(jù)留茬高度，在每小區(qū)刈割羊草鮮重500 g，帶回實驗室置于65 ℃恒溫烘箱烘干至恒重，作為羊草樣品。將群落和羊草樣品進行粉碎，過0.42 mm篩，放入自封袋中，標號，常溫保存。群落與羊草粗蛋白(CP)含量采用海能全自動凱氏定氮儀測定，中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量采用范氏測定法測定。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行方差分析。

2結果與分析

2.1刈割時間的效應

2.1.1群落蓋度、密度與羊草高度、密度的變化經(jīng)對不同刈割時間的群落蓋度、密度與羊草高度、密度平均值變化分析表明，9月1日刈割的群落蓋度顯著高于8月1日刈割的(P<0.05)，而群落密度、羊草高度和密度均沒有顯著變化(P>0.05)(表1)。表明隨生長發(fā)育時間延長，群落蓋度呈顯著增加趨勢。

表1　不同刈割時間處理群落與羊草高度、密度變化

注：不同小寫字母表示不同刈割時間間同一指標差異顯著(P<0.05)。圖1、圖2、表2同。

Note: Different lower case letters mean significant difference of the same parameter among different cutting dates at 0.05 level. The same in Fig.1, Fig.2 and Table 2.

2.1.2群落和羊草產(chǎn)量的變化不同刈割時間群落和羊草產(chǎn)量均存在差異(圖1)，且均以8月15日刈割處理的最高，分別為336.84和274.44 g·m-2，較8月1日分別提高了12.63%和15.01%。其次為9月1日刈割處理的，群落和羊草平均產(chǎn)量分別為309.67和270.73 g·m-2，較8月1日分別提高了3.55%和13.46%。表明該試驗地區(qū)羊草草甸在8月中旬左右，群落和羊草產(chǎn)量均達到高峰，之后逐漸下降。因此，就羊草草甸產(chǎn)量而言，8月中旬是該區(qū)最佳刈割時間。8月中旬以后，群落產(chǎn)量降低速度大于羊草產(chǎn)量降低速度，群落產(chǎn)量降低了8.07%，而羊草產(chǎn)量僅降低了1.35%。表明在8月中旬至9月初期間，羊草產(chǎn)量具有較相對的穩(wěn)定性。

圖1　不同刈割時間群落和羊草產(chǎn)量變化

2.1.3群落和羊草營養(yǎng)成分變化對不同刈割時間群落和羊草粗蛋白(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量平均值分析表明， 8月1日刈割的群落和羊草CP含量均顯著高于8月15日和9月1日刈割的(P<0.05)，且8月15日處理顯著高于9月1日刈割的(表2)。表明隨著刈割時間的后移，群落和羊草CP含量均呈顯著下降趨勢；8月15日和9月1日刈割的群落和羊草NDF含量均顯著低于8月1日刈割的，而8月15日與9月1日刈割的均沒有顯著差異(P>0.05)。表明群落和羊草NDF含量自8月1日至8月15日期間均呈顯著的下降趨勢，但在8月15日以后，則保持在相對穩(wěn)定的水平；不同刈割時間的群落ADF含量差異未達到顯著水平(P>0.05)。羊草ADF含量在不同刈割時間存在一定程度的差異，8月15日刈割的顯著低于8月1日刈割的。由此說明，在8月1日至9月1日間，群落ADF含量沒有顯著的變化，而羊草ADF含量先降后小幅增加，并與其NDF含量變化趨勢基本一致。

2.1.4群落和羊草根系生物量的變化從8月1日至9月1日間，群落根系生物量在0-10、10-20和20-30 cm土層均有顯著的變化(P<0.05)，均呈先增加后下降的趨勢，且均于8月15日達到最高值。而羊草根系生物量只在10-20 cm土層有顯著的變化(P<0.05)，并呈逐漸下降趨勢，8月1日刈割的顯著高于9月1日刈割的(P<0.05)，但與8月15日的沒有顯著差異(P>0.05)(圖2)。由此表明，在8月1日至9月1日期間，群落和羊草根系生物量在同一土層深度的變化趨勢是不一致的，3個土層深度的群落根系生物量均呈現(xiàn)出由增到減的變化過程，而羊草根系生物量在10-20 cm土層呈現(xiàn)出下降的過程，在其它兩個土層則沒有顯著的變化。

2.2留茬高度的效應

2.2.1群落和羊草產(chǎn)量的變化群落和羊草產(chǎn)量在不同留茬高度間均存在顯著性差異(圖3)。群落產(chǎn)量在留茬高度8 cm處理中最高，為331.72 g·m-2。羊草產(chǎn)量在留茬高度2cm處理中最高，達到302.55g·m-2(圖3)，較留茬高度5和8cm處理，產(chǎn)量分別提高了23.54%和28.01%。仲延凱和包青海[7]的研究表明，隨留茬高度的降低，天然割草地產(chǎn)量逐漸增加。而本研究在留茬高度最高處理中，群落產(chǎn)量最高，這與試驗小區(qū)群落植物種類組成有關。試驗處理小區(qū)群落植物種類為羊草和蘆葦，在留茬高度2、5和8 cm處理中，蘆葦占群落生物量比例分別為4.27%、17.76%和28.75%，8 cm處理中蘆葦生物量所占比例明顯高于其它兩個處理，由此造成其群落產(chǎn)量最高。

表2　不同刈割時間群落和羊草營養(yǎng)成分的變化

圖2　不同刈割時間處理群落和羊草根系生物量的變化

圖3　不同留茬高度群落和羊草產(chǎn)量的變化

注：不同小寫字母表示同一種群不同留茬高度間差異顯著(P<0.05)。表3同。

Note: Different lower case letters indicate significant difference of the same community ofL.chinensisamong different stubble height at 0.05 level. The same in Table 3.

2.2.2群落和羊草營養(yǎng)成分的變化在不同留茬高度間，群落和羊草CP、NDF和ADF含量均沒有顯著差異(P>0.05)(表3)。表明留茬高度在2～8 cm范圍內(nèi)，群落和羊草干草品質沒有顯著的變化。

3討論

3.1刈割對群落特征的效應

本研究草地為典型的羊草草甸草原，羊草為優(yōu)勢種。研究群落蓋度、密度和羊草高度、密度隨時間的變化表明，群落蓋度隨時間的延長變化較大，9月1日顯著高于8月1日。蓋度是指某種植物遮蓋地面的百分率，反映了植物在地面上的生存空間，也反映了植物利用環(huán)境及影響環(huán)境的程度。羊草從返青開始到籽實成熟期，一直處于生長期，蓋度不斷增加。加之吉林西部土壤鹽堿化嚴重，其它物種很難侵入，因此常形成大面積的羊草單優(yōu)物種群落，羊草的生長狀況直接影響了群落的蓋度。在本研究小區(qū)中，還有一定數(shù)量的蘆葦成為伴生種，8月中旬正值蘆葦生長的旺盛時期[8]，其生長也會對群落蓋度產(chǎn)生一定影響。

表3　不同留茬高度處理群落和羊草營養(yǎng)成分的變化

3.2刈割對產(chǎn)量和根系生物量的效應

有效生物量的獲取是人們經(jīng)營割草地的主要目的。刈割是一種人為干擾的栽培利用技術，是草地主要利用方式之一。適當?shù)呢赘羁梢栽谝欢ǔ潭壬洗碳ぱ虿莸纳L，有利于羊草生物量的提高，并且可以增加羊草葉面積指數(shù)[9]。刈割時間和留茬高度是影響草地群落特征、產(chǎn)量及營養(yǎng)素貯量和分配的重要因素。仲延凱等[10]在連續(xù)5年的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著刈割時間的后移，典型草原地帶羊草產(chǎn)量逐漸增加，至8月中旬達到高峰。本研究中，群落和羊草生物量均以8月15日刈割最高，表明不同刈割時間對群落和羊草產(chǎn)量有明顯效應，與前人研究結果一致。多年生產(chǎn)實踐與試驗表明[11-12]，羊草最適刈割期為7月下旬至8月中旬，此時羊草進入成熟階段，生物量達到高峰，此時刈割，不僅有利于草原植物群落的維持和保護，又可以最大限度利用草原。8月中旬以后，由于植物逐漸進入生長末期，加之環(huán)境因素的變化，枯枝落葉量開始急劇增加，生物量逐漸下降。本研究中，最低留茬高度2 cm處理的羊草生物量最高。留茬越低，殘留在地上部分越少，當次收獲量相應增加，這與韓文祥[13]的研究結果一致。但也有許多研究表明[14-16]，對羊草群落進行高強度刈割，會抑制羊草的再生，進而對羊草次年生物量產(chǎn)生影響。刈割強度越大，羊草殘留剩余葉片越少，減少了光合作用面積，光合器官過分損失，從而抑制了羊草再生和地下器官營養(yǎng)物質的積累，以致影響以后各年產(chǎn)量的形成。本研究僅對當次收獲羊草產(chǎn)量進行了比較分析，不同留茬高度處理對以后各年產(chǎn)量的影響，還需進一步研究。

羊草主要以無性繁殖為主，即利用根莖形成新的分蘗株，組成新的草叢，并且羊草根系中貯存著大量供植株生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)物質。因此，根莖對羊草的生長、發(fā)育、繁殖都會產(chǎn)生很重要的影響。從本研究結果可以看出，群落和羊草根系生物量均在0-10 cm這一范圍比較集中。隨著深度增加，根系量大幅度降低，這與王超[17]、胡中民等[18]研究結果一致。通過對羊草群落地下生物量的垂直分布研究發(fā)現(xiàn)，地下生物量符合y=547.353e-0.039 5x，式中y為不同土層地下生物量，x為土層深度[19]。根莖生物量可以作為營養(yǎng)物質貯存的衡量指標，刈割后羊草的再生以及來年春季的返青狀況很大程度上依賴于根莖中的營養(yǎng)物質多少，因此，在適當?shù)臅r間刈割有利于羊草的生長。據(jù)報道，羊草種群在生長季節(jié)內(nèi)，地下生物量的變化有兩個明顯的峰值，分別出現(xiàn)在7月中旬和9月中旬[20]。本研究中，8月1日刈割，羊草根系生物量相對較大，并且在10-20 cm層顯著高于9月1日刈割的。此時可能處于羊草根系生物量變化的第1個峰值與第2個峰值的減少階段，羊草根系生物量隨刈割時間的推遲，呈遞減趨勢。但是群落地下生物量峰值出現(xiàn)在8月15日，可能受到群落中其它物種根系生長情況的影響。

3.3刈割對群落和羊草養(yǎng)分的效應

粗蛋白(CP)含量是評定牧草營養(yǎng)價值的重要指標，一般認為該指標越高，牧草品質越好，牧草可飼用性越強。本研究表明，不同刈割時間對群落和羊草粗蛋白含量均有顯著影響，隨刈割時間的推移，粗蛋白含量呈明顯下降趨勢，這可能與莖葉比和植物體內(nèi)N含量的變化有關[21]。隨著刈割時間的推遲，牧草莖葉比不斷增大，植物體內(nèi)N含量逐漸下降，導致植物體內(nèi)粗蛋白含量下降[22]。牧草中各營養(yǎng)成分的含量在植物生長期的變化趨勢大致相同，隨著牧草的生長發(fā)育，碳水化合物合成能力逐漸增強，牧草體內(nèi)結構性多糖含量也會逐漸增多[23]。中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)歸屬于碳水化合物中多聚糖范疇[24]。本研究中，隨著刈割時間的推遲，群落和羊草NDF和ADF含量并未持續(xù)增加，而呈波動變化。在8月15日刈割，群落和羊草中NDF和ADF含量均相對最少，這可能跟8月中旬氣候有關。研究證實，氣候環(huán)境對牧草的品質會產(chǎn)生一定的影響，如溫度、二氧化碳、水分等環(huán)境因子[25]。對羊草纖維指標和周圍的氣象因子相關性分析表明，平均降水、平均有效積溫、相對濕度、日較差和日照長度與羊草NDF和ADF含量都存在顯著的相關性[26]。因此，8月中旬刈割，群落和羊草NDF和ADF含量的變化可能與此段時間的降雨、日照都有關系。

4結論

吉林省西部羊草草甸在8月1日至9月1日間，隨刈割時間的推遲，群落蓋度呈明顯的遞增趨勢，群落和羊草干草粗蛋白(CP)含量呈顯著的下降趨勢，8月15日刈割群落和羊草產(chǎn)量均最高。不同留茬高度對群落和羊草產(chǎn)量也有顯著影響，留茬高度2 cm處理群落和羊草產(chǎn)量最高。

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(責任編輯張瑾)

Effects of cutting time and stubble height on hay yield and quality ofLeymuschinensismeadow

Wang Zhi-feng1, Wang Duo-jia1, Yu Hong-zhu1, Jin Chun-hua1,Qi Bao-lin1, Zheng Chang-yue2, Zhang Ying-chao2

(1.Jilin Academy of Agricultural Sciences, Gongzhuling 136100, China；2.Grassland Management Station of Daan City, Daan 131300, China)

Abstract:The effects of different cutting time and stubble height on hay yield and quality of Leymus chinensis meadow in the western of Jilin Province were studied during the period of August 1 to September 1 in 2014. The results showed that with the delay of cutting time, the coverage of community significantly increased (P<0.05), while the crude protein(CP) content of both community and L. chinensis significantly decreased, the change of root biomass of community in the soil depth of 0-10, 10-20 and 20-30 cm the presented the process of increasing to decreasing, while the change of rhizome biomass of L. chinensis in 10-20 cm soil depth presented the process of decreasing. The hay yield of both community and L. chinensis were the highest when cutting time was August 15. The hay yield of community was the highest in stubble height of 8 cm, and that of L. chinensis was the highest in stubble height of 2 cm. The nutrient content of community and L. chinensis did not significantly change in stubble height of 2~8 cm. The highest yield and fine forage quality were achived when the cutting time was August 15 and stubble height at 2 cm in L. chinensis meadow in the western of Jilin Province.

Key words:Leymus chinensis meadow; cutting;hay yield; nutrition composition

Corresponding author:Qi Bao-linE-mail:qibl@163.com

中圖分類號：S816.11;S543+.9

文獻標識碼：A

文章編號：1001-0629(2016)2-0276-07

通信作者：齊寶林(1963-)，男，吉林洮南人，研究員，碩士，主要從事草地生態(tài)研究。E-mail:qibl@163.com

基金項目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303060)；現(xiàn)代牧草產(chǎn)業(yè)技術體系(CARS-35)

*收稿日期：2015-07-01接受日期：2015-10-09

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0370

王志鋒，王多伽，于洪柱，金春花，齊寶林，鄭長月，張營超.刈割時間與留茬高度對羊草草甸草產(chǎn)量和品質的影響.草業(yè)科學,2016,33(2)：276-282.

Wang Z F,Wang D J,Yu H Z,Jin C H,Qi B L,Zheng C Y,Zhang Y C.Effects of cutting time and stubble height on hay yield and quality ofLeymuschinensismeadow.Pratacultural Science，2016,33(2)：276-282.

第一作者：王志鋒(1967-)，男，甘肅寧縣人，研究員，博士，主要從事草地生態(tài)研究。E-mail:wzf1223@163.com