刈割時(shí)間和留茬高度對大針茅產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

王德平，陳萬杰，李雅男，趙天啟，張 峰，趙萌莉

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

1 前言

大針茅(Stipagrandis)為多年生密叢旱生牧草，屬禾本科針茅屬，是大針茅草原的建群種〔1〕。大針茅草原是歐亞草原區(qū)特有的一種典型草原，廣泛分布在內(nèi)蒙古的中東部，為該地區(qū)提供大量的飼草資源〔2〕。近年來，由于草原的不合理利用，導(dǎo)致超過50%的典型草原出現(xiàn)退化，而大針茅作為建群種，決定著群落的結(jié)構(gòu)和功能，研究大針茅在不同利用方式下的響應(yīng)，能在一定程度上反映大針茅草原的演變方向〔3〕。

刈割是草地管理的重要措施，也是大針茅草原利用的主要方式之一〔4〕，刈割通過移除植物的地上部分，達(dá)到收獲飼草的目的。刈割大幅度減少了植物的莖葉，進(jìn)而減小了其光和面積，Meyer等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，植物的地上部分被刈割后，剩余葉片的光和速率會提高，出現(xiàn)補(bǔ)償性光合作用；但王靜等〔6〕在對芨芨草(Achnathrumsplendens)的研究中發(fā)現(xiàn)，刈割降低了芨芨草的光合速率。適宜的刈割(留茬高度和刈割時(shí)間)不僅能收獲高產(chǎn)量的牧草，還能使其保持優(yōu)良的品質(zhì)〔7〕。朱鈺等〔8〕研究發(fā)現(xiàn)，高留茬不僅降低所收獲的牧草產(chǎn)量，還降低牧草營養(yǎng)價(jià)值，而低留茬雖然當(dāng)次收獲的牧草產(chǎn)量較多，但低留茬移除了牧草大部分的葉片，降低了牧草的再生能力，影響次年的產(chǎn)量和品質(zhì)。孫林等〔9〕研究發(fā)現(xiàn)，隨刈割時(shí)間的延后，牧草產(chǎn)量上升，但營養(yǎng)品質(zhì)下降。

目前關(guān)于刈割對單一牧草產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的研究多集中在人工草地和盆栽試驗(yàn)，有關(guān)天然草地的報(bào)道較少，且在已發(fā)表的對天然草地研究國內(nèi)論文中，關(guān)于羊草對刈割響應(yīng)的研究較多，而刈割對大針茅產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)的研究報(bào)道較少。因此，本文以錫林郭勒盟大針茅草原建群種大針茅為研究對象，分析留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期為飼用大針茅草原的合理刈割提供理論支持。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市的毛登牧場，44°10′3″N、16°25′29″E，海拔約為1045m，屬于溫帶大陸性氣候。草地建群種為大針茅,優(yōu)勢種為羊草(Leymuschinensis)和糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)。該地區(qū)年均風(fēng)速4.8m/s，年降水量300-360mm，全年降水量的80%集中在6～9月，降水量的季節(jié)和年際變化很大。該地區(qū)土壤主要為栗鈣土，土質(zhì)多為沙壤質(zhì)地，沙性較重，易受風(fēng)蝕；土壤有機(jī)質(zhì)含量2%-3%，屬于較為肥沃的土質(zhì)。年平均氣溫為-1～1℃，1月為最冷月，平均氣溫為-21.3℃；7月為最熱月，平均溫度為20.8℃。年大于等于10℃的積溫為1587.9℃，持續(xù)110d，草原植物生長期約145d,無霜期90-115d。

圖1 研究區(qū)8月份溫度和降水狀況Fig1: Temperature and precipitation of the study site in August

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2014年5月1日，在錫林浩特市毛登牧場建立試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)樣地選在平坦寬闊的具有代表性的大針茅草原，采取兩因子處理(刈割時(shí)間，留茬高度)，以刈割時(shí)間為主區(qū)，設(shè)計(jì)三個(gè)刈割時(shí)間：A，8月1日刈割；B，8月16日刈割；C，8月31日刈割。副區(qū)為留茬高度，設(shè)計(jì)四個(gè)留茬高度：低留茬(H2，留茬2cm);中留茬(H5,留茬5cm);高留茬(H8,留茬8cm);對照組(CK,不刈割)。本實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)三個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組有三個(gè)主區(qū)，主區(qū)內(nèi)設(shè)四個(gè)副區(qū)，每個(gè)副區(qū)內(nèi)再設(shè)三個(gè)重復(fù)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長3m，寬2m，小區(qū)間間隔1m,共108個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。

2.3 測定指標(biāo)

2.3.1 野外調(diào)查

于2016年8月份，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，采用50cm×50cm的樣方框在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)取樣，2次重復(fù)，并在樣方內(nèi)隨機(jī)選取三株大針茅測量生殖高度與營養(yǎng)高度，然后按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的留茬高度和刈割時(shí)間對樣方內(nèi)大針茅進(jìn)行刈割。刈割得到的大針茅帶回實(shí)驗(yàn)室先殺青烘干至恒重，然后用天平測得其重量，最后換算為1m×1m即單位面積的產(chǎn)量，并以此作為大針茅的產(chǎn)量。

2.3.2 營養(yǎng)成分測定

將樣品烘干后，經(jīng)球磨儀磨碎，過1mm篩，然后進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的測定。

(1)粗蛋白(crude protein，CP)，使用杜馬斯定氮儀測定。

(2)酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF) ，使用Anokom220型纖維分析儀測定。

2.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，處理間的多重比較采用LSD檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水平為α=0.05。以上分析采用R 3.3.2進(jìn)行，所有圖使用SigmaPlot 12.0制作，所有表使用EXCEL 2010制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅高度的影響

刈割降低了大針茅植株生殖枝高度, H2(38.42cm)、H5(39.32cm)、H8(40.63cm)均顯著低于對照組(45.74cm)，H8顯著高于H2、H5，H2與H5無顯著差異；隨留茬高度增加，植株高度增加。刈割強(qiáng)度對大針茅植株?duì)I養(yǎng)高度影響顯著(P<0.05)，處理組植株?duì)I養(yǎng)高度均顯著低于對照組(41.58cm)，H5(35.44cm)顯著高于H2(34.13cm)、H8(34.50cm)，H2與H8無顯著差異；隨留茬高度增加，植株?duì)I養(yǎng)高度先增加后降低再增加的趨勢。刈割時(shí)間對大針茅植株高度和植株?duì)I養(yǎng)高度均無顯著性影響(P>0.05),隨刈割時(shí)間推后，植株高度和植株?duì)I養(yǎng)高度均降低，8月1日植株高度和植株?duì)I養(yǎng)高度最高，8月31日二者均最低。

表1 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅高度影響的方差分析Table1:F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on height at Stipa grandis

注：*，P<0.05;**,P<0.01,***,P<0.001,ns,P>0.05,下同。

圖2 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅高度的影響Fig2 The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis height

注：同一因變量內(nèi)標(biāo)注不同字母表示差異顯著，下同。

Note: Means with different letters in the same induced variable are significantly different，the same as below.

3.2 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量的影響

留茬高度對大針茅產(chǎn)草量影響顯著(P<0.01)，與對照組(106.10 g/m2)相比，各處理均顯著降低大針茅產(chǎn)草量,H5(78.46g/m2)與H2(68.43 g/m2)、H8(74.15 g/m2)均有顯著差異，H5顯著高于H2、H8，H2與H8之間無顯著差異。處理組間，大針茅產(chǎn)草量隨留茬高度增加，呈先增高，后降低趨勢。刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量具有顯著影響(P<0.05)，8月31日大針茅產(chǎn)草量(94.79 g/m2)顯著高于8月1日(67.68 g/m2)和8月16日(82.05 g/m2)，8月16日大針茅產(chǎn)草量顯著高于8月1日，隨刈割時(shí)間推后，大針茅產(chǎn)草量增加。

表2 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量影響的方差分析Table2 F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on forage production at Stipa grandis

圖3 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量的影響Fig3: The impact of stubble heights and mowing date on forage production Stipa grandis

注：同一因變量內(nèi)標(biāo)注不同字母表示差異顯著，下同

Note: Means with different letters in the same induced variable are significantly different，the same as below.

3.3 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅營養(yǎng)品質(zhì)的影響

3.3.1 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅粗蛋白的影響

留茬高度對大針茅粗蛋白有顯著影響(P<0.01),與對照組(7.41%)相比，各處理均顯著增加大針茅粗蛋白，H2(8.53%)、H5(8.39%)顯著高于H8(8.15%)，但H2與H5無顯著差異(P<0.05)；隨留茬高度降低，大針茅粗蛋白逐漸增高。刈割時(shí)間對大針茅粗蛋白有顯著影響(P<0.01)，8月1日大針茅粗蛋白(8.68%)顯著高于8月16日(8.00%)和8月31日(7.68%)；8月16日大針茅粗蛋白顯著高于8月31號；隨刈割時(shí)間推后，大針茅粗蛋白顯著降低(P<0.05)，即8月1號大針茅粗蛋白最高，8月31號大針茅粗蛋白最低。

表3 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅粗蛋白影響的方差分析Table3: F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on crude protein at Stipa grandis

圖4 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅粗蛋白的影響Fig4: The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis crude protein

3.3.2 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅ADF和NDF的影響

留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅ADF和NDF均無顯著性影響(P>0.05)。與對照組相比，刈割降低了大針茅ADF含量，在處理組中，大針茅ADF含量隨留茬高度增加而降低，隨刈割時(shí)間延后而增加。與對照組相比，刈割降低了大針茅RFV含量，大針茅RFV含量隨留茬高度增加而增加，隨刈割時(shí)間延后而增加。

表4 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維影響的方差分析Table2:F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on ADF and NDF at Stipa grandis

圖5 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的影響 Fig5: The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis ADF and NDF

4 討論

4.1 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量的影響

在本研究中，留茬高度對大針茅產(chǎn)草量影響顯著(P<0.01)，首先，處理組產(chǎn)量均低于對照組產(chǎn)量，可見刈割會降低大針茅產(chǎn)草量。周國逸等〔10-11〕在對牧草分蘗的研究中發(fā)現(xiàn)，刈割會降低大針茅的分蘗能力，而在大針茅的繁殖途徑中，分蘗增殖是其主要繁殖方式，分蘗數(shù)的減少會降低其繁衍后代的能力，進(jìn)而導(dǎo)致次年產(chǎn)量下降。王璽等〔12〕研究發(fā)現(xiàn)，大針茅的地上生物量與大針茅的株高和分枝數(shù)有較大關(guān)系，由圖(2)可知，刈割顯著降低了大針茅的株高，進(jìn)而減少了割草對地上生物量的獲取，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。尹建華等〔13-15〕在對盆栽大針茅的研究中發(fā)現(xiàn)，刈割會顯著影響地下根系的發(fā)育，使大針茅地下根系趨于小型化；李怡等〔16〕在對大針茅根系的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨放牧強(qiáng)度增加，大針茅地下生物量減少，隨著地下生物量的減少，大針茅對土壤養(yǎng)分的獲取能力降低，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。第二，隨留茬高度降低，處理組間產(chǎn)量有先增高后降低的趨勢，即H5產(chǎn)量顯著高于H2和H8，H2產(chǎn)量最低。這可能與大針茅本身的性質(zhì)有關(guān)，大針茅屬于叢生型下繁禾草，中、高留茬可能對其葉量的損失相對較小，而低留茬使大針茅大量的營養(yǎng)物質(zhì)被帶走，并且絕大部分枝葉也因刈割而流失，進(jìn)而影響其恢復(fù)能力和光和能力〔14〕，這可能是H2產(chǎn)量降低的原因之一。除此之外，H2產(chǎn)量低可能與刈割降低了大針茅的株高有關(guān)，由圖(2)可知，刈割顯著降低了大針茅的株高，H2時(shí)大針茅株高最低，這可能是導(dǎo)致H2產(chǎn)量降低的另一原因。第三，中度刈割時(shí)大針茅雖然也被帶走枝葉，但因其下繁草的特性，還有部分枝葉得以保留，但是其它植物會被帶走大量葉片，進(jìn)而導(dǎo)致與大針茅的競爭能力減弱，使大針茅此時(shí)在群落中處于優(yōu)勢地位，這可能是H5時(shí)大針茅產(chǎn)草量最大的原因。第四，王生文等〔17〕在對祁連山人工草地老芒麥(Elymussibiricus)的研究中發(fā)現(xiàn)，高留茬會導(dǎo)致老芒麥產(chǎn)量降低，主要是因?yàn)楦吡舨绫Ａ袅舜罅靠菟牢镔|(zhì)，導(dǎo)致老芒麥光能利用率下降；本研究中發(fā)現(xiàn)高留茬也會導(dǎo)致大針茅產(chǎn)草量降低，產(chǎn)量降低原因可能與上述研究類似，但因本實(shí)驗(yàn)建于天然草地，除自身枯死物質(zhì)外，其它植物的競爭也可能導(dǎo)致大針茅產(chǎn)草量降低。高留茬時(shí)，其它植物因自身株高較低，被移除的枝葉較少，而大針茅株高較高，移除了較多枝葉，導(dǎo)致大針茅在高留茬時(shí)與其它植物的競爭能力相對減弱〔3〕，這可能是大針茅H8產(chǎn)量降低的另一原因。

在本研究中刈割時(shí)間對大針茅產(chǎn)草量有顯著影響(P<0.05),隨刈割時(shí)間推后，大針茅產(chǎn)草量顯著上升。這種現(xiàn)象可能與植物的生長發(fā)育習(xí)性有關(guān)，王志峰等〔18〕在對羊草產(chǎn)量的研究中發(fā)現(xiàn)，隨刈割時(shí)間的推后，羊草產(chǎn)量逐漸上升；雷艷芳〔19〕等對青貯玉米的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨刈割時(shí)間推后，可收獲的玉米干物質(zhì)產(chǎn)量增加；可見在適宜條件下，大多數(shù)飼草產(chǎn)量會隨刈割時(shí)間推后而增加。丁成龍等〔20〕在對多花黑麥草(Loliummultiflorum)的研究中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)推遲刈割時(shí)間不僅能獲得較多的干物質(zhì)產(chǎn)量，還能促進(jìn)地下根系的生長和養(yǎng)分的積累，有利于第二年再生，這可能是導(dǎo)致大針茅隨刈割時(shí)間延后產(chǎn)量上升的另一原因。除此之外，大針茅產(chǎn)草量上升還可能與當(dāng)?shù)販囟鹊淖兓嘘P(guān)，趙威等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)，植物干物質(zhì)的積累與光和作用和呼吸作用有較大聯(lián)系，而溫度對光和作用和呼吸作用的影響存在差異。在對多種作物的研究中發(fā)現(xiàn)，在14～37℃內(nèi)，溫度變化對光合作用影響有限，而呼吸作用對溫度變化較為敏感，隨溫度上升，植物呼吸作用增強(qiáng)。在本研究中，隨刈割時(shí)間延后，當(dāng)?shù)販囟冉档?，可能使大針茅光合作用波動較小，而呼吸作用明顯降低，導(dǎo)致干物質(zhì)積累增多，促使產(chǎn)量上升。

4.2 留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅營養(yǎng)品質(zhì)的影響

在本研究中，留茬高度對大針茅粗蛋白有顯著影響(P<0.01)，首先，經(jīng)刈割處理的大針茅粗蛋白均顯著高于對照組，且隨留茬高度降低，粗蛋白增高，可見低留茬能提高大針茅營養(yǎng)品質(zhì)，這與霍成君等〔22〕研究結(jié)果相一致。 這可能與大針茅叢生下繁草的特性有關(guān)，牧草中大量的粗蛋白存儲于葉中，而隨著留茬高度的降低，大針茅更多的葉片被獲取，導(dǎo)致粗蛋白增多。低留茬移除草群大量的地上生物量，導(dǎo)致其他植物對光的占有能力下降，但大針茅基部的仍有部分葉片，使其對光照的占有能力相對提高，進(jìn)而導(dǎo)致粗蛋白增多。Meyer等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，刈割會刺激剩余葉片，提高其光合能力；Doescher等〔23〕的研究也發(fā)現(xiàn)，刈割會使植物出現(xiàn)補(bǔ)償性光合作用，提高葉片光合速率，而且葉片光合速率的提升還會隨刈割年限的增加而增強(qiáng)。因此，刈割導(dǎo)致大針茅粗蛋白上升，可能與刈割提高了葉片光合速率有關(guān)。

在本研究中，刈割時(shí)間對大針茅粗蛋白影響顯著(P<0.01),大針茅粗蛋白隨刈割時(shí)間推后而降低。大針茅粗蛋白降低可能與其生長發(fā)育有關(guān)，隨刈割時(shí)間的推后，大針茅莖葉比增加，而大針茅中大量粗蛋白儲存于葉中，因此粗蛋白降低；另一方面，隨刈割時(shí)間推后，大針茅可能消耗大量粗蛋白用于自身生長和芒針的形成，導(dǎo)致粗蛋白降低〔24〕。

牧草中酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量對其營養(yǎng)品質(zhì)有重要影響，其中ADF影響牧草的消化率，ADF含量高，則消化率低；NDF影響家畜對牧草的采食率，NDF含量高，則采食率低〔25〕。在本研究中，留茬高度和刈割時(shí)間對大針茅ADF和NDF均無顯著性影響(P>0.05),但各處理組隨留茬高度增加，ADF含量降低；NDF則隨留茬高度增加，含量增加；因此，高留茬大針茅可能消化率高但采食率低。隨刈割時(shí)間推后，大針茅ADF和NDF含量均增高，這可能導(dǎo)致大針茅的品質(zhì)隨刈割時(shí)間推后而降低。

5 結(jié)論

連年刈割顯著降低大針茅產(chǎn)草量(P>0.05)，在各刈割處理中，大針茅在中度刈割時(shí)產(chǎn)量最高。刈割顯著增高大針茅粗蛋白，中低留茬大針茅品質(zhì)較好(P>0.05)。隨刈割時(shí)間推后，大針茅產(chǎn)草量顯著上升(P>0.05)，大針茅粗蛋白下降(P>0.05)。大針茅建群的典型草原刈割利用以8月中旬刈割，留茬5cm為宜。