基于不同生長度日的刈割對科爾沁沙地紫花苜蓿產(chǎn)量、品質(zhì)和越冬率的影響

楊秀芳, 梁慶偉， 張晴晴， 娜日蘇， 潘翔磊

(赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院， 內(nèi)蒙古 赤峰 024031)

科爾沁沙地北部的阿魯科爾沁旗草原退化沙化嚴(yán)重，為有效治理退化沙化草地，改善草原生態(tài)環(huán)境，當(dāng)?shù)卣?006年開始探索試驗(yàn)種植節(jié)水灌溉紫花苜蓿(Medicagosativa)人工草地，截至目前，種植面積達(dá)百萬畝，有效改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，種植紫花苜蓿產(chǎn)量高質(zhì)量好，為畜牧業(yè)發(fā)展提供了充足的優(yōu)質(zhì)飼草，2017年被國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會確定為“全國紫花苜蓿種植示范區(qū)”之一。在本區(qū)域生產(chǎn)中，苜蓿種植企業(yè)和農(nóng)牧民以現(xiàn)蕾至初花期來確定苜蓿收獲時(shí)間，此判斷依據(jù)會導(dǎo)致收獲的紫花苜蓿品質(zhì)差異較大。

生長度日(Growing degree-days，GDD)指在實(shí)際環(huán)境條件下，完成某一生育階段所經(jīng)歷的累積有效積溫值。在美國等國家常用GDD預(yù)測苜蓿收獲時(shí)間和苜蓿質(zhì)量。通常情況下，中性洗滌纖維(Neutral Detergent Fiber，NDF)含量達(dá)到 40%時(shí)刈割的紫花苜蓿飼喂泌乳奶牛，可達(dá)到較高采食量。過晚刈割雖然干草產(chǎn)量有所提升，但蛋白質(zhì)含量減少，酸性洗滌纖維(Acid Detergent Fiber，ADF)含量增加，較低的消化率會導(dǎo)致奶牛采食量下降，從而導(dǎo)致奶牛產(chǎn)奶量下降[1]。Sulc等[2]在春季的同一日期對苜蓿進(jìn)行收獲，兩次刈割干草的NDF相差10%，而依據(jù)GDD進(jìn)行刈割，其NDF含量則僅相差 3%。Be′ langer[3]等研究表明，第2茬刈割后的GDD可以作為衡量這個(gè)間隔期的標(biāo)準(zhǔn)。王英哲[4]研究認(rèn)為，在松遼平原地區(qū)，GDD達(dá)到 700時(shí)進(jìn)行春季第一次刈割較為適宜。因不同地區(qū)氣候條件的差異，各地區(qū)的紫花苜蓿生長期間的有效積溫不一樣，跨地區(qū)應(yīng)用GDD預(yù)測不同年份苜蓿NDF的含量偏差較大。因此，本研究用GDD的方法，研究確定第1次和第3次刈割時(shí)間對科爾沁沙地紫花苜蓿產(chǎn)量、品質(zhì)、越冬的影響，同時(shí)對可溶性糖、可溶性蛋白與苜?？购躁P(guān)系進(jìn)行探討，為科爾沁沙地北部苜蓿種植區(qū)適宜刈割時(shí)間的確定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古赤峰市阿魯科爾沁旗紹根鎮(zhèn)國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系試驗(yàn)示范基地，地理位置43°37′ N，120°22′ E，屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年日照時(shí)數(shù)2 767～3 034 h，年積溫為2 900～3 400℃，年平均氣溫為 5.5℃，極端最高氣溫40.6℃，極端最低氣溫—32.7℃，無霜期125～135 d，年平均降水量300～400 mm。試驗(yàn)地土壤有機(jī)質(zhì)含量10.0 g·kg-1，堿解氮47 mg·kg-1，速效磷14.4 mg·kg-1，速效鉀97 mg·kg-1，土壤為沙土。阿魯科爾沁旗試驗(yàn)地1-4月份(2017-2018)氣象數(shù)據(jù)見表1。氣象資料由國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系試驗(yàn)示范基地提供。

表1 2017-2018年氣象數(shù)據(jù)Table 1 Meteorological data in 2017 and 2018

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為國外紫花苜蓿品種‘雪豹’(秋眠級3.0)，由北京佰青源畜牧業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。于2016年6月26日播種，機(jī)械條播，行距20 cm，播種量18 kg·hm-2，小區(qū)面積6 m×7 m=42 m2，3次重復(fù)。播種當(dāng)年未進(jìn)行刈割。2017年設(shè)置6個(gè)第1次刈割時(shí)間，每個(gè)處理有不同的第2次、第3次刈割時(shí)間，組成刈割時(shí)間組合(表2)。試驗(yàn)期間根據(jù)土壤含水量及時(shí)進(jìn)行灌溉，在越冬前和返青期分別灌溉越冬水和返青水，人工適時(shí)除雜草。播種時(shí)施基肥磷酸二胺150 kg·hm-2，有機(jī)肥450 kg·hm-2。

1.3 測定指標(biāo)與方法

干草產(chǎn)量：留茬高度為5～8 cm，小區(qū)全部刈割測產(chǎn)，重復(fù)3次。取樣200 g置于烘箱烘干后折算干草產(chǎn)量。

營養(yǎng)成分：粗蛋白(Crude Protein，CP)、NDF和ADF用近紅外光譜技術(shù)測定。

相對飼喂價(jià)值(Relative Feed Value,RFV)：采用公式(1)～(3)計(jì)算。

DMI(%BW)=120/NDF(%DM)

(1)

DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)

(2)

RFV= DMI×DDM/1.29

(3)

其中DM (dry matter)為干物質(zhì)，DMI(dry matter intake)為干物質(zhì)采食量，DDM(digestible dry matter)為可消化干物質(zhì)。

生長度日(GDD)：

GDDs=∑[(Tmax+Tmin)/2-Tb]

(4)

其中：Tmax為1天中的最高溫度(℃)，Tmin為1天中的最低溫度(℃)，Tb為作物發(fā)育基點(diǎn)溫度。對于大多數(shù)苜蓿品種來說，保證生長的溫度范圍在5～35℃，當(dāng)日均氣溫低于苜蓿生長的最低氣溫，或超過苜蓿生長的最高氣溫時(shí)，當(dāng)天的GDD算為0[1]。第1次刈割GDD計(jì)算從3月1日的溫度開始算起，第3次刈割GDD從第2次刈割后到第3次刈割之間的溫度計(jì)算。

表2 刈割時(shí)間組合Table 2 Combination of three cutting times

生理指標(biāo)：可溶性糖含量采用硫酸蒽酮法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定[5]。在2017年11月21日，采集所有處理苜蓿根系，實(shí)驗(yàn)室洗凈，烘干至恒重，粉碎后測定。

越冬率：越冬率=存活總株數(shù)/植株總數(shù)×100%。于2018年苜蓿返青期測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析、線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于不同GDD的刈割對紫花苜蓿干草產(chǎn)量的影響

由表3可知，第1次刈割干草產(chǎn)量隨著GDD的增加先增加后降低，處理T1-1(600 GDD)的干草產(chǎn)量顯著低于處理T3-1,T4-1,T5-1和T6(P<0.05)。第2次刈割處理T2-1(650 GDD)草產(chǎn)量最高，其次為處理T1-1，均顯著高于處理T3-1,T4-1,T5-1和T6(P<0.05)。第3次刈割處理T3-1,T4-1,T4-2和T5-2干草產(chǎn)量極顯著高于其他處理(P<0.01)，處理T1-1的干草產(chǎn)量最低。全年總產(chǎn)量排在前5位的處理有：T4-2,T4-1,T2-2,T2-1和T2-3，顯著高于處理T1系列(P<0.05)，產(chǎn)量均高于13 300 kg·hm-2。在高于650 GDD以后進(jìn)行第1次刈割，會顯著降低第2次刈割的草產(chǎn)量。

2.2 基于不同GDD的第1次刈割對紫花苜蓿品質(zhì)的影響

基于不同GDD下的第1次刈割紫花苜蓿CP、ADF、NDF和RFV差異顯著(圖1、圖2、圖3、圖4)。從650 GDD開始的刈割處理，隨著GDD的增加，CP逐漸降低，其中處理T2-1的CP含量最高，為18.15%，顯著高于其他處理(P<0.05)。ADF的含量以處理T2-1最低，為34.0%，顯著低于其他處理(P<0.05)。NDF從650 GDD開始的刈割處理，隨著GDD的增加，NDF含量逐漸升高，其中處理T2-1的NDF最小，為40.6%，顯著低于其他處理(P<0.05)?；诓煌珿DD下的第1次刈割RFV以處理T2-1最高，達(dá)143，顯著高于其他處理(P<0.05)，其次為處理T3-1，為135。綜合以上分析，處理T2-1，即在650 GDD時(shí)進(jìn)行第1次刈割，可獲得營養(yǎng)品質(zhì)較高的苜蓿干草。

表3 不同組合的干草產(chǎn)量Table 3 The yield of alfalfa under different treatment combinations

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同

Note:The different lowercase letters in the same column mean significant difference at the 0.05 level;the different upcase letters in the same column mean extremely significant difference at the 0.01 level. The same as below

圖1 不同GDD的第1次刈割對紫花苜蓿粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.1 Effects of different GDD on CP of the first cutting alfalfa

圖2 不同GDD的第1次刈割對紫花苜蓿酸性洗滌纖維含量的影響Fig.2 Effects of different GDD on ADF of the first cutting alfalfa

圖3 不同GDD的第1次刈割對紫花苜蓿中性洗滌纖維含量的影響Fig.3 Effects of different GDD on NDF of the first cutting alfalfa

圖4 不同GDD的第1次刈割對紫花苜蓿相對飼喂價(jià)值的影響Fig.4 Effects of different GDD on RFV of the first cutting alfalfa

2.3 基于不同GDD的第1次刈割紫花苜蓿品質(zhì)性狀與GDD的回歸分析

以T2-1，T3-1，T4-1，T5-1和T6的品質(zhì)性狀與GDD進(jìn)行回歸分析，T1-1處理品質(zhì)性狀與GDD無線性回歸關(guān)系，x的區(qū)間為[650，1 000]，建立線性回歸方程見表4。隨著GDD的增加，NDF和ADF含量逐漸增加，CP和RFV則越低。CP，ADF，NDF，RFV與GDD之間的回歸關(guān)系是極顯著的(F>F0.01=16.26)。其中，GDD每增加50℃，CP含量下降0.25%，RFV值下降3.25，NDF含量增加0.65%，ADF含量增加0.75%。通過NDF與GDD的線性回歸方程可以計(jì)算出，在607 GDD時(shí)，苜蓿的NDF含量在40%左右，是苜蓿第1次刈割的最佳營養(yǎng)時(shí)期。

2.4 基于不同GDD的第3次刈割對紫花苜蓿越冬率、根頸可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

由表5可知，T2-2處理的越冬率最高，且T2系列所有處理的越冬率均極顯著高于其他處理(P<0.01)。隨著第3次刈割時(shí)間的推遲，處理T1系列、T2系列、T3系列根頸可溶性總糖含量均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。T1系列中，處理T1-3的可溶性糖含量極顯著高于除T1-4的其他處理(P<0.01)；T2系列中，處理T2-2極顯著高于系列里其他處理(P<0.01)；T3系列中，處理T3-2極顯著高于系列里其他處理(P<0.01)。隨著第3次刈割時(shí)間的推遲，處理T1系列、T2系列、T3系列根頸可溶性蛋白含量也表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。其中處理T1-3，T2-2，T3-2的可溶性蛋白含量極顯著高于系列里其他處理(P<0.01)。

表4 第1次刈割紫花苜蓿品質(zhì)性狀與GDD的回歸分析Table 4 Linear regression analysis between nutritional properties and different GDD for the first cutting alfalfa

表5 不同GDD的第3次刈割對紫花苜蓿越冬率、根頸可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響Table 5 Effects of different GDD on root concentrations of soluble sugar and soluble protein of the third cutting alfalfa

2.5 越冬率、可溶性糖、可溶性蛋白和第2次刈割后GDD之間的相關(guān)分析

越冬率與可溶性糖、可溶性蛋白、第2次刈割后GDD都有正相關(guān)關(guān)系，與可溶性糖、可溶性蛋白的相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.475，0.556，其中可溶性蛋白含量與越冬率的相關(guān)程度達(dá)到顯著水平(P<0.05)?？扇苄蕴?、可溶性蛋白與第2次刈割后GDD也有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.510，0.465，但相關(guān)性不顯著。

表6 越冬率、可溶性糖、可溶性蛋白和第2次刈割后GDD之間的相關(guān)分析Table 6 Correlations between winter survival rate,soluble sugar,soluble protein and interval GDD of the second cutting

注：*P<0.05

Note:* indicates significant difference at the 0.05 level

3 討論

3.1 基于不同GDD的第1次刈割對紫花苜蓿干草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

紫花苜蓿第1次刈割時(shí)間的早晚會影響草的產(chǎn)量和品質(zhì)，且會影響第2次刈割的產(chǎn)量，從而影響全年總干草產(chǎn)量[6-7]?；诓煌珿DD下的第1次刈割對紫花苜蓿草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響顯著。第1次刈割干草產(chǎn)量隨著GDD的增加先增加后降低，在大于650 GDD以后進(jìn)行第1次刈割，會顯著降低第2次刈割的干草產(chǎn)量，全年總干草產(chǎn)量以800 GDD刈割最高，其次為650 GDD。隨著GDD的增加，苜蓿粗蛋白質(zhì)含量逐漸降低，NDF含量逐漸升高，RFV逐漸降低。從回歸分析結(jié)果看，第1次刈割GDD與CP含量、RFV值之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與ADF、NDF含量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與王英哲[4]的研究結(jié)果一致。根據(jù)不同GDD第1次刈割對紫花苜蓿品質(zhì)性狀的線性回歸方程計(jì)算，在610～650 GDD時(shí)，苜蓿的NDF含量在40%左右，ADF含量在34%左右，CP含量在18%以上，RFV值140以上。

3.2 第2次刈割與第3次刈割間隔期GDD對紫花苜蓿越冬的影響

有研究表明，末次刈割與前茬之間的間隔期GDD對苜蓿越冬有一定的影響。與未第三茬刈割對比，第三茬刈割顯著減少紫花苜蓿根系干重，尤其在第二茬刈割后的GDD為400 GDD時(shí)刈割[8]。還有研究認(rèn)為，在吉林省中東地區(qū)，第二次刈割后1 000～1 100 GDD之間適宜進(jìn)行末次刈割[9]。孫浩等[10]認(rèn)為越冬危險(xiǎn)期的存在受到前茬刈割后GDD值(580～800 GDD)以及距離殺霜日GDD值的共同作用(390～570 GDD)。本試驗(yàn)研究結(jié)果與前人研究有差異，紫花苜蓿的越冬率與前茬之間的間隔期GDD相關(guān)性不顯著，即使在相同GDD下進(jìn)行第3次刈割，苜蓿的越冬率差異極顯著，越冬率表現(xiàn)最好的處理為T2系列。因此，苜蓿第1次刈割的早晚，已經(jīng)決定了第2次和第3次刈割時(shí)間，二年生苜蓿建議在9月初前完成末次刈割更有利于越冬，這與王偉東等[11]的研究結(jié)果基本一致。

3.3 越冬前根頸可溶性糖、可溶性蛋白含量與紫花苜蓿越冬率的關(guān)系

劉磊[12]、陳立波[13]、陶雅[14]等研究表明，11月的根頸可溶性糖、可溶性蛋白在紫花苜蓿整個(gè)越冬期間為最高，因此本試驗(yàn)測定了11月份的這2項(xiàng)指標(biāo)，以研究其與越冬率的關(guān)系。根系是植物吸收養(yǎng)分、轉(zhuǎn)化和儲藏營養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，研究表明，根頸中可溶性糖、可溶性蛋白含量與植物抗逆性存在相關(guān)關(guān)系[15]，與越冬率的關(guān)系復(fù)雜。秋季刈割會影響苜蓿根內(nèi)可溶性糖和可溶性蛋白含量的積累，對翌年越冬率也有一定影響。有些學(xué)者認(rèn)為，苜蓿越冬期可溶性糖和可溶性蛋白的積累量與抗寒能力相關(guān)性不顯著[12-13,16]。但也有研究表明，在越冬前，可溶性蛋白與越冬率呈顯著或極顯著正相關(guān)[9]。王偉東等[11]等研究發(fā)現(xiàn)，在科爾沁沙地，隨著末次刈割時(shí)間的推遲，苜蓿越冬率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，苜蓿根系可溶性糖含量呈先降低后增加的變化趨勢。本試驗(yàn)結(jié)果與后兩者相似，表明隨著第3次刈割時(shí)間的推遲，處理T1系列、T2系列、T3系列根頸可溶性糖、可溶性蛋白含量均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，越冬率與可溶性蛋白呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與可溶性糖相關(guān)性不顯著。

4 結(jié)論

在大于650 GDD以后進(jìn)行第1次刈割，會顯著降低第2次刈割的干草產(chǎn)量，從而影響全年干草產(chǎn)量；生長度日與第1次刈割紫花苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)性狀CP、NDF、ADF和RFV有極顯著相關(guān)性，與第2次刈割后GDD相關(guān)性不顯著；苜蓿第1次刈割的早晚，決定了第2次和第3次刈割時(shí)間，二年生苜蓿在9月初前完成末次刈割更有利于安全越冬。因此，綜合考慮苜蓿干草產(chǎn)量、品質(zhì)和越冬，在科爾沁沙地，適宜在610～650 GDD進(jìn)行第1次刈割，9月初前完成末次刈割。