青藏高原東北緣不同草地類型牧草營養(yǎng)品質動態(tài)

張春林，韓向敏，郎 俠，王彩蓮

（1. 甘肅農業(yè)大學動物科學技術學院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省農業(yè)科學院畜草與綠色農業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070）

天然牧草作為放牧家畜賴以生存的營養(yǎng)物質，是草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質基礎[1]。牧草營養(yǎng)品質不僅直接決定放牧家畜的生長發(fā)育，也間接影響畜產品的質量和數(shù)量[2]。牧草中可消化營養(yǎng)物質含量的高低影響放牧家畜對牧草的消化率，從而影響其生產性能和經濟效益。天然草地是發(fā)展畜牧業(yè)和平衡生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，研究不同類型放牧草地牧草的營養(yǎng)品質動態(tài)變化，能夠對放牧家畜的營養(yǎng)狀況進行全面合理的分析，進而合理利用放牧草地、確定各放牧地區(qū)放牧家畜的補飼量、保證不同類型放牧草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。關于草地區(qū)域及植被類型對產草量和牧草品質的影響以及氣候和土壤因子等對牧草營養(yǎng)品質的作用已有較為深入的研究[3]。牧草營養(yǎng)品質在不同的生長期存在較大差異[4-5]，目前對牧草的營養(yǎng)品質研究主要集中在冬、夏季牧場和優(yōu)勢種群牧草等方面[6-10]，但對不同草地類型牧草營養(yǎng)品質的發(fā)育變化研究較少。因此，本研究針對瑪曲縣不同草地類型牧草的營養(yǎng)品質動態(tài)進行研究，旨在為放牧家畜營養(yǎng)飼養(yǎng)管理提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

甘肅省甘南藏族自治州(以下簡稱甘南)瑪曲縣位于青藏高原東北部，甘南藏族自治州西南部，100°45′-102°29′ E，33°06′-34°30′ N。總面積為95.42 萬 hm2，其中，草地面積 88.11 萬 hm2，可利用草地面積 85.1 8 萬 hm2。海拔 3 300～4 806 m?，斍h屬青藏高原寒冷氣候區(qū)，年平均氣溫1.1 ℃，年日照時長 2 583.9 h，輻射 33 kJ·cm-2，年降水量615.5 mm，蒸發(fā)量 1 353.4 mm，年相對無霜期僅 19 d。牧草一般于4月下旬開始萌發(fā)，9月中旬枯黃，青草期 120 d 左右，枯草期長達 240 d[11]。

1.2 試驗設計

試驗分別于牧草返青前期(2017年5月18日)、青草期(2017年7月19日)和枯黃期(2017年10月20日)，在甘肅甘南瑪曲阿萬倉鄉(xiāng)、歐拉鄉(xiāng)、曼日瑪鄉(xiāng)和尼瑪鎮(zhèn)選擇4個不同類型的禁牧草地[高寒草甸(H)、灌叢草地(G)、沼澤化草甸(D)、山地草甸(S)]，每個草地類型選擇具有代表性的試驗區(qū)，利用 0.5 m × 0.5 m 樣框隨機取 5 個樣方。在樣方內取樣，離地面2～3 cm刈割，將樣方內不可食和有毒有害植物剔除，然后新舊牧草一起裝入采樣袋置于陰涼處，帶回實驗室放入105 ℃烘箱內殺青 20～30 min，后降溫至 60～70 ℃，烘干 16～18 h，恒重之后粉碎過0.425 mm篩裝入6號封口袋密封保存，用于指標測定。采用體外發(fā)酵法測定牧草體外消化率，并測定牧草總能(GE)、干物質(DM)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)、粗灰分(Ash)、礦質元素鈣(Ca)和磷(P)。

1.3 營養(yǎng)成分測定

常規(guī)營養(yǎng)成分測定參照《動物營養(yǎng)學實驗教程》[12]。總能采用氧彈式熱量計測定；干物質采用烘干法；粗蛋白采用半微量凱氏定氮法測定；粗脂肪采用索氏提取法；灰分采用灰化法；礦質元素鈣采用高錳酸鉀法；礦質元素磷采用釩-鉬黃比色法；酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維測定均采用Van soest纖維分析法[13]。

1.4 體外發(fā)酵測定方法與指標

1.4.1 試驗動物及瘤胃液的采集

選擇5只安裝有永久性瘺管的健康蘭州小尾寒羊，于早晨07：00空腹在瘤胃多個位點采集瘤胃液，將釆集后的瘤胃液即刻裝入事先39 ℃預熱并通入CO2置換出瓶中空氣的保溫瓶內，然后再次通入CO2排出瓶口的空氣，用瓶塞迅速蓋嚴保溫瓶口，并迅速帶回實驗室。在配制人工瘤胃液之前，將采集的瘤胃液充分混合后經4層紗布過濾處理。

1.4.2 培養(yǎng)液配制

參照孫鵬飛等[14]以及Menke和Steingass[15]的方法準備人工瘤胃營養(yǎng)液(表1)，按照一定的順序和比例配制混合營養(yǎng)液：474 mL 蒸餾水 + 0.12 mL溶液 A + 237 mL 溶液 B + 237 mL 溶液 C + 1.22 mL溶液D + 50 mL溶液E，并將人工瘤胃營養(yǎng)液與瘤胃液以體積比為2∶1混合，即為培養(yǎng)液。

1.4.3 測定指標與方法

利用美國ANKOM DaisyⅡ型自動體外模擬培養(yǎng)箱，進行體外發(fā)酵試驗。每個牧草樣品設置3個重復，每個重復準確稱取樣品(1.000 0 g)放入已知重量的 0.037 4 mm 尼龍袋中。尼龍袋尺寸為 3.0 cm ×5.5 cm。將裝好樣品的尼龍袋放入發(fā)酵罐中，同時每個發(fā)酵罐裝入一個不裝任何樣品的尼龍袋為空白對照消除系統(tǒng)誤差，同一批次培養(yǎng)中共4個發(fā)酵罐(3 000 mL)，然后將發(fā)酵罐放入體外培養(yǎng)箱中預熱至39 ℃。之后取出通入二氧化碳排出氧氣，裝入1 600 mL 預熱 (39 ℃)的培養(yǎng)液 (無色狀態(tài))，最好通入二氧化碳排出氧氣放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。于48 h后，快速取出尼龍袋，立即放入冷水中，終止發(fā)酵。取出的尼龍袋用39 ℃溫水輕輕沖洗，至其表面干凈為止，最后置于磁盤中烘干至恒重，并計算體外干物質消化率(IVDMD)。然后將3個重復取出粉碎混合均勻，按照常規(guī)營養(yǎng)分析方法測定體外有機物消化率(IVOMD)、體外酸性洗滌纖維消化率(IVADFD)以及體外中性洗滌纖維消化率(IVNDFD)。

IVDMD = (發(fā) 酵 底 物 重 × DM- 發(fā) 酵 殘 渣 的DM 量)/(發(fā)酵底物重 × DM) × 100%；

IVOMD = (發(fā) 酵 底 物 重 × OM- 發(fā) 酵 殘 渣 的OM 量)/(發(fā)酵底物重 × OM) × 100%；

IVNDFD = (發(fā)酵底物重 × NDF-發(fā)酵殘渣的NDF 量)/(發(fā)酵底物重 × NDF) × 100%；

IVADFD = (發(fā)酵底物重 × ADF-發(fā)酵殘渣的ADF 量)/(發(fā)酵底物重 × ADF) × 100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010進行初步整理統(tǒng)計后，采用SAS 9.4對不同季節(jié)各類牧草中概略養(yǎng)分和消化率進行單因素ANOVA分析，并用LSD法進行多重比較。對于重復測量數(shù)值采用Mixed模型進行分析，統(tǒng)計模型如下：

式中：μ為總體平均數(shù)；S為季節(jié) (i= 5, 7, 10)，固定效應；T為草地類型 (j= 1, 2, 3, 4)，固定效應；C為樣品個數(shù) (k= 1, 2, 3, ···, 20)，隨機效應；ε為殘差。

2 結果與分析

2.1 概略養(yǎng)分

2.1.1 干物質

生育期以及生育期和草地類型交互對草地牧草 DM含量均有極顯著作用 (P＜0.01)，青草期DM顯著低于返青前期和枯黃期(P＜0.05)，平均值為27.06%～35.21%；草地類型對所選草地牧草DM含量作用不顯著(P＞0.05)。山地草甸、沼澤化草甸和高寒草甸DM返青前期顯著高于枯黃期，灌叢草地DM返青前期與枯黃期差異不顯著(表2)。

表 2 生育期對4種草地類型牧草概略養(yǎng)分的影響Table 2 Effect of the growth period on the general nutrients of natural herbage in four grassland types

2.1.2 粗蛋白

生育期對牧草CP含量有極顯著作用(P＜0.01)，青草期CP顯著高于返青前期和枯黃期(P＜0.05)，平均值12.33%～13.67%；草地類型對牧草CP含量作用不顯著(P＞0.05)；兩者交互作用顯著(P= 0.016 1)。山地草甸和高寒草甸 CP 枯黃期顯著高于返青前期，沼澤化草甸和灌叢草地CP返青前期與枯黃期差異不顯著 (P＞0.05)(表 2)。

2.1.3 粗脂肪

生育期對牧草EE含量有極顯著作用(P＜0.01)，青草期和枯黃期EE顯著高于返青前期(P＜0.05)，平均值分別為3.76%～4.49%、3.08%～3.70%；草地類型對牧草EE含量作用不顯著(P＞0.05)；生育期與草地類型交互作用不顯著。山地草甸EE青草期

顯著高于枯黃期，其他3種草地青草期EE與枯黃期差異不顯著(表2)。

2.1.4 中性洗滌纖維

生育期除了對山地草甸NDF含量有顯著作用(P= 0.039)，對其他3種草地牧草NDF含量有極顯著作用(P＜0.01)，青草期NDF顯著低于返青前期和枯黃期 (P＜0.05)，平均值 28.13%～40.78%；草地類型對牧草NDF含量作用不顯著(P＞0.05)；生育期與草地類型交互作用極顯著 (P= 0.009 1)。高寒草甸NDF返青前期顯著高于枯黃期，其他3種草地牧草返青前期NDF與枯黃期差異不顯著(表2)。

2.1.5 酸性洗滌纖維

生育期對牧草ADF含量有極顯著作用(P＜0.01)，青草期顯著低于返青前期和枯黃期(P＜0.05)，草地類型對牧草ADF含量作用極顯著；生育期與草地類型交互作用極顯著。山地草甸ADF返青前期顯著高于枯黃期，其他3種草地牧草返青前期ADF 與枯黃期差異不顯著 (P＞0.05)(表 2)。

2.1.6 粗灰分

生育期除對灌叢草地Ash含量有顯著作用(P＜0.05)，對其他3種草地牧草Ash含量無顯著作用(P＞0.05)；草地類型對牧草Ash含量作用極顯著(P＜0.01)；生育期與草地類型交互作用不顯著。灌叢草地Ash返青前期顯著高于青草期和枯黃期，青草期Ash與枯黃期差異不顯著(表2)。

2.2 總能和礦物元素

2.2.1 總能

生育期除了對高寒草甸GE含量有顯著作用(P＜0.05)，對其他3種草地牧草GE含量有極顯著作用(P＜0.01)，枯黃期GE顯著高于返青前期，返青前期GE在生育期內最低；草地類型對所選草地牧草GE含量作用極顯著；生育期與草地類型交互作用極顯著。山地草甸和灌叢草地GE青草期顯著低于枯黃期，沼澤化草甸和高寒草甸GE青草期與枯黃期差異不顯著 (P＞0.05)(表 3)。

2.2.2 鈣元素

生育期對牧草Ca含量有極顯著作用(P＜0.01)；草地類型對牧草Ca含量作用不顯著(P＞0.05)；生育期與草地類型交互作用極顯著(P＜0.01)(表3)。

2.2.3 磷元素

生育期對4種草地類型牧草的P含量有極顯著作用(P＜0.01)，青草期P含量顯著高于返青前期(P＜0.05)，平均值為 0.05%～0.10%；草地類型對牧草P含量作用不顯著(P＞0.05)；生育期與草地類型交互作用極顯著 (P＜0.01)(表 3)。

2.3 體外消失率

2.3.1 干物質消失率

生育期對牧草DM消失率有顯著作用(P＜0.05)，青草期DM消失率顯著高于返青前期和枯黃期，平均值為60.88%～67.61%；草地類型對DM消失率作用不顯著(P＞0.05)；生育期與草地類型交互作用不顯著。灌叢草地DM消失率枯黃期顯著高于返青前期，其他3種類型草地DM消失率返青前期與枯黃期差異不顯著(表4)。

2.3.2 有機物消失率

生育期對牧草OM消失率有顯著作用(P＜0.05)，山地草甸、灌叢草地和高寒草甸牧草在青草期OM消失率顯著高于返青前期和枯黃期，平均值為59.28%～66.52%；草地類型對牧草OM消失率作用顯 著 (P= 0.026 1)； 生 育 期 與 草 地 類 型 交 互作用顯著 (P= 0.048 9)。灌叢草地 OM 消失率枯黃期顯著高于返青前期，另外3種類型草地OM消失率返青前期與枯黃期差異不顯著(P＞0.05)(表4)。

2.3.3 中性洗滌纖維消失率

生育期對牧草NDF消失率有顯著作用(P＜0.05)，青草期 NDF消失率在 25.38%～41.80%；草地類型對牧草NDF消失率作用不顯著(P＞0.05)；生育期與草地類型交互作用極顯著(P＜0.01)(表4)。

2.3.4 酸性洗滌纖維消失率

生育期對草地牧草ADF消失率無顯著作用(P＞0.05)，青草期 ADF 消失率平均值為 30.74%～41.36%；草地類型對試驗草地牧草ADF消失率作用顯著 (P= 0.018 2)；生育期與草地類型交互作用不顯著 (P= 0.077 0)。灌叢草地 ADF 消失率在青草期顯著高于返青前期(P＜0.05)，高寒草甸ADF消失率枯黃期顯著低于返青期和青草期(表4)。

3 討論

3.1 生育期對天然牧草概略養(yǎng)分的影響

牧區(qū)天然牧草的養(yǎng)分含量是影響牧草營養(yǎng)品質和放牧家畜生長、生產的重要因素。本研究測得不同草地不同生育期牧草營養(yǎng)成分中，除了Ash外，其余營養(yǎng)成分均受生育期顯著影響(P＜0.05)。對瑪曲高寒草甸天然牧草營養(yǎng)品質的研究[16]發(fā)現(xiàn)，夏季牧草品質高于冬季。在研究西藏不同季節(jié)高寒牧草的營養(yǎng)價值中發(fā)現(xiàn)，7月牧草的CP、EE和 Ash顯著高于 11月，而 CF、NDF和ADF顯著低于11月[17]。Ash變化規(guī)律與本研究不一致，可能與草地類型、氣候、土壤和人為活動有關。杜雪燕等[18]利用CNCPS體系測定三江源區(qū)不同物候期天然牧草營養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)CP和碳水化合物在不同的物候期都有差異，返青期6月CP顯著高于8月和10月，青草期8月NDF和ADF顯著低于枯黃期10月。對內蒙古不同牧草生長期牧草營養(yǎng)成分含量的研究[19]發(fā)現(xiàn)，枯黃期CP最低，NDF最高。對西藏那曲牧草營養(yǎng)價值季節(jié)變化的研究[20]發(fā)現(xiàn)，夏季CP和EE顯著高于冬季，NDF和ADF顯著低于冬季。牧草CP和EE含量在生育期內的變化規(guī)律呈“單峰”型曲線，NDF、ADF和DM含量變化規(guī)律呈“V”型曲線[11]。本研究結果與此相似。對內蒙古東蘇旗不同季節(jié)牧草營養(yǎng)價值的研究[21]發(fā)現(xiàn)，Ash夏季3.74%～22.29%，秋季4.03%～14.39%，冬季3.13%～9.54%，本研究Ash含量介于該范圍之內。

表 3 生育期對4種草地類型牧草總能和礦物元素的影響Table 3 Effect of growth period on energy and mineral elements of natural pasture in four grassland types

3.2 生育期對天然牧草能量、鈣、磷元素的影響

牧草中GE、Ca和P含量不僅受牧草的種類和生育期影響，還與草地類型、± 壤類型和氣候條件有關，同時受放牧家畜與人類活動的干擾。本研究中，生育期對Ca和P礦物元素有顯著影響(P＜0.05)，與吳發(fā)莉[8]研究結果相似。韓小東等[22]研究發(fā)現(xiàn)地域和季節(jié)對Ca、P含量影響顯著，高原高寒牧草在不同時期表現(xiàn)出Ca高、P低規(guī)律，與本研究結果一致。Ca含量冷暖季相當，正常在0.3%～5.5%。P含量冷季正常在0.03%～0.09%，暖季正常在0.19%～0.27%[23]。本研究中，Ca含量0.11%～0.23%，低于正常值；P含量冷季0.01%～0.11%，在正常范圍內；P含量暖季0.06%～0.10%，低于正常范圍。出現(xiàn)這種情況，可能是氣候和地域的不同所引起的，因此甘南牧區(qū)應特別注意保證放牧家畜Ca和P平衡以滿足其生長和生產性能。對瑪曲縣高寒草甸天然牧草GE的研究[16]發(fā)現(xiàn)，夏冬季牧草GE差異不顯著。對新疆沙爾套山天然牧草營養(yǎng)物質四季變化的研究[24]發(fā)現(xiàn)，GE與草地類型、牧草種類、氣候和海拔顯著相關。不同草地類型的優(yōu)勢牧草科和所占比例不一樣，同時不同科牧草的營養(yǎng)物質含量也存在較大的差異性，例如豆科的CP含量是禾本科的3～4倍，但是禾本科的纖維含量較高，而季節(jié)主要通過氣候影響不同草地類型牧草的產量，對牧草的種類影響較小，除非氣候差異較大且時間較長。本研究發(fā)現(xiàn)，草地類型對GE有顯著性影響，與文獻[16, 24]結果一致。

表 4 生育期對4種草地類型牧草體外消失率的影響Table 4 Effect of growth period on the digestibility of natural herbage in four grassland types

3.3 生育期對天然牧草消化率的影響

消化率是評價牧草營養(yǎng)品質的重要指標之一，不僅受牧草種類和生育期的影響，還同草地類型、氣候和家畜自身有關。本研究中，生育期對NDF消失率、OM消失率和DM消失率有影響，草地類型對ADF消失率、OM消失率有顯著影響。夏季牧草的纖維含量顯著低于冬春季牧草，作為植物細胞壁成分，包括半纖維、纖維素、木質素、硅酸鹽和極少量的蛋白質[25]。隨著植物的逐漸成熟，纖維類物質組成和結構發(fā)生變化，然后相互交連形成復雜難消化結構性碳水化合物，瘤胃微生物就很難將其降解消化。沙爾套山天然牧草OM消失率四季變化顯示，7月37.10%～84.45%高于其他月份[24]。本研究中，青草期OM消失率在59.28%～66.52%，在正常范圍內。梁建勇等[26]采用半體內法研究瑪曲縣2010-2012年高寒草地牧草DM瘤胃消化率季節(jié)動態(tài)變化中發(fā)現(xiàn)，DM瘤胃消化率在6、7月達到峰值，分別為71.56%、67.05%。樊金富和金海[19]采用體內法研究放牧奶牛對不同生長期牧草的DM消化率中發(fā)現(xiàn)，枯黃期DM消化率顯著低于生長旺盛期。對西藏那曲不同月份牧草DM消失率變化的研究[20]發(fā)現(xiàn)，夏季顯著高于冬季。本研究中，青草期DM消失率顯著高于枯黃期，平均值為60.88%～67.61%，低于梁建勇等[26]研究結果，可能與采樣時間、測定方法、氣候有關。

4 結論

甘南瑪曲天然牧草營養(yǎng)品質發(fā)育變化較大。生育期對瑪曲天然牧草DM、CP、EE、NDF、ADF、GE、Ca、P、NDF消失率、OM消失率和DM消失率有顯著影響 (P＜0.05)，對 Ash 無顯著影響 (P＞0.05)；草地類型對瑪曲天然牧草ADF、Ash、GE、ADF消失率和OM消失率有顯著影響；生育期 ×草地類型交互作用對DM、CP、NDF、ADF、GE、Ca、P、NDF消失率和OM消失率有顯著影響。