紫花苜蓿與草地早熟禾輪作牧草的養(yǎng)分變化特征

阿 蕓，師尚禮，金小雯，邵建雄，孟濤濤

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心，甘肅 蘭州 730070)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；图s化發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)，連作種植不斷推廣，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分異常積累或過度消耗、病蟲害增多和農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)降低等問題[1-3]，而輪作種植是農(nóng)田用養(yǎng)結(jié)合、減少病蟲害、改善土壤質(zhì)量和提高后茬作物產(chǎn)量的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)措施[4-7]。在輪作與連作不同的種植模式下，由于土壤肥力的改變與病蟲害發(fā)生的嚴(yán)重程度不同使得作物品質(zhì)間接發(fā)生變化。趙秀芬等[9]研究發(fā)現(xiàn)，燕麥與小麥輪作未能改善小麥營養(yǎng)，且抑制小麥生長，導(dǎo)致小麥品質(zhì)發(fā)生變化。柴繼寬等[10]研究表明輪作與連作對燕麥干草與籽粒品質(zhì)影響顯著。危鋒等[11]研究了長期種植紫花苜蓿土壤硫、鈣、鎂組分的變化。李黎等[12]研究了不同物候期和不同茬次對苜蓿營養(yǎng)成分的影響。

前人就苜蓿與一年生小麥、燕麥、玉米和烤煙等輪作模式對土壤肥力、作物產(chǎn)量和品質(zhì)的研究已經(jīng)開展了大量工作[10-13]，但有關(guān)輪作與連作模式下紫花苜蓿和草地早熟禾的營養(yǎng)品質(zhì)以及不同茬次間相互關(guān)系的研究報(bào)道較少。紫花苜蓿不僅飼用價值高，而且營養(yǎng)豐富，素有“牧草之王”的美譽(yù)，可顯著提高土壤肥力和后茬作物產(chǎn)量品質(zhì)[14-18]；草地早熟禾抗逆性強(qiáng)、分布地區(qū)廣和生活環(huán)境多樣，有著很大的飼用價值和優(yōu)良的生態(tài)環(huán)保價值[20-21]。因此，選用多年生草地早熟禾與紫花苜蓿為研究對象，建立草地早熟禾-紫花苜蓿和紫花苜蓿-草地早熟禾2種輪作處理以及紫花苜蓿-紫花苜蓿和草地早熟禾-草地早熟禾2種連作處理；進(jìn)行了建植第2年的觀察試驗(yàn)，測定不同處理下牧草的粗蛋白(CP)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量，計(jì)算了其相對飼喂價值(RFV)，研究紫花苜蓿與草地早熟禾輪作的牧草養(yǎng)分變化規(guī)律，以及不同茬次間相互聯(lián)系，旨在為合理輪作及獲得優(yōu)質(zhì)牧草提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)設(shè)在甘肅省蘭州市甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草試驗(yàn)站，地理位置E 105°41′ ，N 34°05′，地處黃土高原西端。海拔1 595 m，屬溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫9.7℃，年均降水量451.6 mm，年均蒸發(fā)量1 664 mm，年均日照2 770 h，全年無霜期210 d，最熱月平均氣溫29.1℃，最冷平均氣溫-14.9℃，>0℃的年積溫3 800℃，>10 ℃的年積溫3 200℃。地勢平坦，土壤類型為黃綿土，土層較薄，通氣好。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

種植5年的甘農(nóng)9號紫花苜蓿和海波草地早熟禾2塊牧草地于2016年3月分別進(jìn)行翻耕，4月23日在翻耕后進(jìn)行播種。在翻耕后的部分紫花苜蓿茬地上播種海波草地早熟禾(為甘農(nóng)9號紫花苜蓿-海波草地早熟禾輪作處理，記作AP)、另一塊翻耕后的紫花苜蓿茬地上繼續(xù)播種甘農(nóng)9號紫花苜蓿作對照(為甘農(nóng)9號紫花苜蓿-甘農(nóng)9號紫花苜蓿連作處理，記作AA)；在翻耕后的部分海波草地早熟禾茬地上播種甘農(nóng)9號紫花苜蓿(為海波草地早熟禾-甘農(nóng)9號紫花苜蓿輪作處理，記作PA)，另一部分翻耕后的海波草地早熟禾茬地上繼續(xù)播種海波草地早熟禾作對照(為海波草地早熟禾-海波草地早熟禾連作處理，記作PP)。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2個輪作處理，2個對照，3次重復(fù)，小區(qū)面積2 m×5 m，小區(qū)間距40 cm。甘農(nóng)9號紫花苜蓿單播播種量15 kg/hm2、海波草地早熟禾15 kg/hm2，條播，行距均為25 cm。整個試驗(yàn)期間均不施肥，出苗后適時進(jìn)行鋤草及病蟲害防治等田間管理。試驗(yàn)種子由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草原生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

PA與AA模式各茬次的紫花苜蓿在初花期(刈割日期，5月16 日、7月8日、8月24日、10月15日)刈割，AP與PP模式各茬次的草地早熟禾在抽穗期(刈割日期，6月10日、8月5日、9月20日)刈割，面積1 m2，留茬3～5 cm。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

將樣品在105℃下殺青10 min，80℃烘干48 h，烘干樣品進(jìn)行粉碎，過1 mm篩，進(jìn)行CP，NDF和ADF含量的測定，并計(jì)算RFV值。CP含量測定采用凱氏定氮法[22]，NDF含量和ADF含量測定采用范式洗滌纖維分析法[23]。相對飼喂價值(RFV)[23]：RFV=DMI×DDM/1.29，其中，干物質(zhì)采食量DMI=120/NDF,可消化性干物質(zhì)DDM=88.9-0.779ADF。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2007和SPSS 20.0系統(tǒng)軟件進(jìn)行作圖和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫花苜蓿與草地早熟禾輪作模式各茬次牧草粗蛋白變化

不同茬次紫花苜蓿粗蛋白(CP)含量均表現(xiàn)不同(表1)，PA紫花苜蓿CP含量由高到低為第3茬、第2茬、第4茬和第1茬，以第3茬含量最高(24.65%)，分別較第1茬(19.78%)、第2茬(22.56%)和第4茬(20.08%)高24.63%，9.27%和22.77%；第2，3茬顯著高于第1，4茬(P<0.05)，但第1茬與第4茬和第2茬與第3茬間均表現(xiàn)差異不顯著(P≥0.05)。AA紫花苜蓿CP含量由高到低為第3茬、第2茬、第4茬和第1茬(表1)，以第3茬最高(21.59%)，分別較第1茬(17.89%)、第2茬(19.19%)和第4茬(18.53%)高出20.67%，12.50%和16.49%，第3茬的CP含量顯著高于其他茬次(P<0.05)，且其他茬次間差異不顯著(P≥0.05)。在第2茬下PA模式紫花苜蓿CP含量顯著高于AA模式(P<0.05)，為17.56%，但其他茬次下的兩處理間無顯著性差異(P≥0.05)；在PA模式下各茬次紫花苜蓿CP含量平均值(21.77%)較AA模式(19.30%)高12.80%(圖1)。

AP模式不同茬次間草地早熟禾CP含量均無顯著性差異，PP模式不同茬次間亦均呈無顯著性差異(P≥0.05)(表1)。在AP模式下第1茬(9.79%)和第2茬(9.66%)的草地早熟禾CP含量分別較PP顯著高27.00%、30.01%(P<0.05)，但在第3茬下2個處理間無顯著性差異(P≥0.05)；在AP模式下各茬次草地早熟禾CP含量的平均值(9.33%)較PP模式(7.44%)高25.36%(圖1)。

表1 紫花苜蓿與草地早熟禾輪作的各茬次牧草營養(yǎng)成分

注：不同小寫字母表示同一處理不同茬次之間的顯著性(P<0.05)

圖1 不同模式下牧草的CP含量Fig.1 Differences of forage CP content among different rotational patterns注：不同小寫字母表示同一茬次不同處理差異顯著(P<0.05),下同

2.2 輪作與連作模式下各茬次牧草中性洗滌纖維的變化

PA紫花苜蓿NDF含量，第4茬>第1茬>第2茬>第3茬，以第4茬最高(45.68%)，分別比第1茬(44.26%)、第2茬(42.40%)和第3茬(34.94%)高3.21%，7.97%和23.51%；除1，4茬外，其他茬次間差異均顯著(P<0.05)。AA紫花苜蓿的NDF含量，第1茬>第4茬>第2茬>第3茬(表1)，以第1茬NDF含量最高(49.53%)，分別比第2茬(46.56%)，第3茬(41.65%)和第4茬(48.16%)顯著的高出6.38%，18.92%和2.84%(P<0.05)。第1、2、3、4茬的紫花苜蓿NDF含量在PA模式下分別比AA模式低10.64%、8.93%、16.11%和5.15%，除第4茬，在其他茬次下PA顯著低于AA(P<0.05)；在PA模式下四茬紫花苜蓿NDF含量的平均值(41.82%)較AA模式(45.98%)低9.05%(圖2)。

AP草地早熟禾N(yùn)DF含量，第3茬>第2茬>第1茬(表1)，以第3茬最高(63.98%)，分別比第2茬(57.08%)和第1茬(52.54%)高出了21.77%和12.09%，在AP模式下不同茬次間均呈差異顯著(P<0.05)。由表1可知，PP草地早熟禾N(yùn)DF含量，第3茬>第2茬>第1茬，以第1茬最低(63.19%)，分別比第3茬(66.27%)和第2茬(66.09%)低4.65%和4.39%，第2茬和第3茬的NDF含量顯著高于第1茬(P<0.05)，但第2，3茬間差異不顯著(P≥0.05)。第1、2和第3茬的草地早熟禾N(yùn)DF含量在AP模式下分別比PP模式低18.85%、13.63%和3.46%(圖2)，除第3茬，其他茬次下兩處理間均表現(xiàn)差異顯著(P<0.05)；在AP模式下3茬草地早熟禾N(yùn)DF含量的平均值(57.87%)較PP模式(65.18%)低11.22%。

圖2 不同模式下牧草NDF含量的差異Fig.2 Differences of forage NDF content among different rotational patterns

2.3 輪作與連作模式下各茬次牧草酸性洗滌纖維的變化

PA紫花苜蓿ADF含量，第1茬>第4茬>第2茬>第3茬(表1)，第1茬最高為33.71%，分別比第2茬(28.59%)、第3茬(26.59%)和第4茬(32.10%)高出17.92%，26.78%和5.02%，第1茬和第4茬顯著高于第2茬和第3茬(P<0.05)，但第1，第4和第2，第3茬間差異不顯著(P≥0.05)。AA紫花苜蓿ADF含量：第1茬>第4茬>第3茬>第2茬(表1)，第1茬最高為42.95%，分別比第2茬(32.66%)、第3茬(33.72%)和第4茬(37.04%)高31.51%，27.37%和15.96%，除第2茬與第3茬，其他茬次間均為差異顯著(P<0.05)。第1、2、3和4茬的ADF含量在PA模式下分別比AA低21.51%、12.46%、21.14%和13.34%(圖3)，不同茬次下ADF含量在不同處理間均表現(xiàn)差異顯著(P<0.05)；在PA模式下4茬紫花苜蓿NDF含量的平均值(30.25%)較AA模式(36.59%)低17.33%。

AP草地早熟禾ADF含量，第3茬>第2茬>第1茬，第3茬最高為45.44%，分別比第1茬(36.10%)和第2茬(43.20%)高25.87%和5.19%，第2，第3茬顯著高于第1茬(P<0.05)，但第2茬與第3茬間差異不顯著(P≥0.05)。PP模式ADF含量在不同茬次間均無顯著性差異(P≥0.05)。在第1茬次下AP草地早熟禾ADF含量較PP顯著低于20.00%(圖3)，在第2茬和第3茬下2處理間無顯著性差異(P≥0.05)；在AP模式下3茬草地早熟禾ADF含量的平均值(57.87%)較PP模式(65.18%)低7.49%。

圖3 輪作牧草ADF含量與對照的差異Fig.3 Differences of forage ADF content among different rotational patterns

2.4 輪作與連作模式下各茬次牧草相對飼喂價值的變化

不同茬次的紫花苜蓿相對RFV均表現(xiàn)不同(表1)，PA紫花苜蓿RFV，第3茬>第2茬>第4茬>第1茬，第3茬最高為182.17，分別比第1茬(130.89)、第2茬(139.61)和第4茬(137.32)高出39.19%、30.47%和32.67%，除第2，第4茬，其他茬次間均為差異顯著(P<0.05)。AA模式紫花苜蓿的RFV，第3茬>第2茬>第4茬>第1茬，以第3茬最高(140.42)，分別比第1茬(103.45)、第2茬(125.93)和第4茬(115.69)高36.00%，11.50%和21.38%，不同茬次間均表現(xiàn)為顯著性差異(P<0.05)。第1、2、3和4茬的紫花苜蓿RFV在PA模式下分別比AA模式低26.77%、11.10%、29.74%和18.49%(圖4)，不同茬次下兩處理間均表現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)；在PA模式下4茬紫花苜蓿RFV的平均值(147.51)較AA模式(121.32)高21.59%。

AP草地早熟禾RFV，第1茬>第2茬>第3茬(表1)，以第1茬最高(98.20)，分別比第2茬(97.70)和第3茬(75.77)高5.14%和27.73%，第1，2茬顯著高于第3茬(P<0.05)，但第1茬與第2茬差異不顯著(P≥0.05)。PP模式草地早熟禾的RFV，第1茬>第2茬>第3茬，以第1茬最高(80.04)，分別比第2茬(75.77)和第3茬(73.86)高出5.64%和8.36%，第2茬和第3茬顯著低于第1茬(P<0.05)，但第2茬與第3茬間差異不顯著(P≥0.05)。由圖4可知，AP第1茬和第2茬的RFV較PP顯著高出22.09%和19.71%(P≥0.05)，第3茬無顯著性差異(P≥0.05)；在AP模式下3茬草地早熟禾RFV的平均值(88.60)較PP模式(76.56)高15.73%。

圖4 輪作牧草RFV與對照的差異Fig.4 RFV differences of forage between rotational treatments and control

3 討論

不同種植模式對牧草的營養(yǎng)品質(zhì)有不同影響。CP是家畜所需的重要營養(yǎng)之一，而粗纖維作為牧草消化率的標(biāo)志，粗纖維含量越高，消化率越低，其營養(yǎng)價值就越低[26]。試驗(yàn)測定了輪作與連作模式下紫花苜蓿和草地早熟禾的CP，NDF和ADF含量，以及RFV的計(jì)算；PA模式下紫花苜蓿的CP含量和RFV均高于AA模式，AP模式下草地早熟禾的CP含量和RFV均高于PP模式，而NDF和ADF含量與其相反。樊虎玲等[16]對苜蓿茬小麥與連作小麥的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了研究，得出輪作小麥粉面團(tuán)較連作小麥粉面團(tuán)更有強(qiáng)度與筋力，柴繼寬[10]研究發(fā)現(xiàn)輪作條件下由于土壤肥力的改善和病蟲害減輕，燕麥干草CP含量處在一個較高且穩(wěn)定的水平，而連作條件下燕麥干草CP含量隨種植年限的增加而下降，酸性洗滌纖維含量則上升，晉艷等[17]研究結(jié)果顯示，輪作煙葉中致香物質(zhì)含量大多數(shù)高于連作煙葉，李東哲等[24]研究顯示大豆連作和輪作后土壤酶活力的變化對大豆生長以及產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響，均與本研究結(jié)論相似。

不同茬次下紫花苜蓿和草地早熟禾的營養(yǎng)成分含量存在差異。試驗(yàn)測定了不同處理下不同茬次紫花苜蓿和草地早熟禾的CP，NDF和ADF含量，以及RFV的計(jì)算；試驗(yàn)分析，不同處理下2，3茬的紫花苜蓿CP含量和RFV均高于第1，4茬，但是第3茬高于第2茬，而NDF含量和ADF含量與其相反，這與艾尼娃爾·艾合買提[25]的結(jié)論相近，與宋書紅等[26]和胡守林等[27]研究的結(jié)果相反，可能是管理措施、不同氣候和土壤條件的差異原因。在不同處理下草地早熟禾的CP含量和RFV排序，第1茬>第2茬>第3茬，而NDF和ADF含量與其剛好相反，從各茬次牧草營養(yǎng)分析，第1，4茬的紫花苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)顯著低于第2，3茬，而第1，2茬的草地早熟禾營養(yǎng)品質(zhì)高于第3茬，因此，提高第1，4茬紫花苜蓿以及第3茬草地早熟禾的牧草品質(zhì)是獲得最優(yōu)質(zhì)的牧草飼草的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

在半干旱地區(qū)，草地早熟禾-紫花苜蓿輪作模式可明顯提高紫花苜蓿的營養(yǎng)品質(zhì)，紫花苜蓿-草地早熟禾輪作模式可明顯提高草地早熟禾的營養(yǎng)品質(zhì)；從不同處理下各茬次牧草的營養(yǎng)品質(zhì)分析，第1,4茬的紫花苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)顯著低于第2，3茬，而第1，2茬的草地早熟禾營養(yǎng)品質(zhì)高于第3茬。因此，在牧草生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)廣泛實(shí)施輪作種植，且抓好第1，4茬紫花苜蓿以及第3茬草地早熟禾的田間管理，是獲得最優(yōu)質(zhì)牧草的關(guān)鍵。