新疆沙爾套山主要草地類型牧草營養(yǎng)品質(zhì)季節(jié)變化規(guī)律

張凡凡，楊開虎，于 磊，和海秀,3，魯為華，馬春暉

（1. 石河子大學(xué)動物科技學(xué)院，新疆 石河子 832000；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆 石河子 832000；3. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 阿勒泰 836000）

四季放牧草地是牧業(yè)生產(chǎn)的重要經(jīng)營地[1]，其中牧草的組成和生長情況制約放牧家畜飼草的質(zhì)量和營養(yǎng)供給水平，進而限制天然草地放牧業(yè)的發(fā)展[1-3]。新疆地區(qū)天然草地主要以水熱條件的垂直地帶分布[2]，其生產(chǎn)經(jīng)營也基本以適宜性的季節(jié)放牧為主[4]，所以掌握天然草地牧草生產(chǎn)力水平的季節(jié)性變化規(guī)律尤為重要。草地牧草產(chǎn)量的季節(jié)性變化主要與天然草地水熱組成和群落生長發(fā)育變化相關(guān)[1]。不同季節(jié)草地牧草產(chǎn)量變化情況主要分為增長和衰減階段[5]，但由于氣候條件和牧草生活型的差異，牧草產(chǎn)量增長和衰減速度及出現(xiàn)的峰值期各不相同。對于牧草品質(zhì)，有研究表明，天山北坡季節(jié)牧場年際間牧草營養(yǎng)成分變化不大，但季節(jié)間牧草營養(yǎng)成分差異很大，各季節(jié)牧場營養(yǎng)成分按高低排序為春 ＞ 夏 ＞ 秋 ＞ 冬[4]。且不同混合牧草營養(yǎng)指標(biāo)峰值期也均不相同[6]。其中，春秋牧場牧草粗蛋白含量最高；夏牧場牧草粗纖維含量最低，冬牧場豆科牧草粗蛋白含量、雜類牧草粗脂肪和粗纖維含量、鴨茅(Dactylis glomerata)粗灰分含量最優(yōu)[7]。其他地域的研究也同樣表明，牧草的生產(chǎn)力水平具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律[8-10]。縱觀以往這些研究發(fā)現(xiàn)，對天然草地季節(jié)牧場牧草營養(yǎng)價值的研究多集中在整體草群產(chǎn)量和營養(yǎng)價值的分析上，而對于不同季節(jié)牧場草地中分布的各草地類型，尤其是各草地類型中重要草群產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的動態(tài)變化特征研究較少，因而限制了當(dāng)?shù)靥烊徊莸氐暮侠砝?。所以，為了保證當(dāng)?shù)夭莸胤拍列竽翗I(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的成效性、改善家畜生產(chǎn)的平衡供給，探究其主要分布草地型的生產(chǎn)力水平是需要研究的重點。鑒于此，本研究以新疆沙爾套山天然草地為研究區(qū)域，開展該山地四季放牧草地中5個重要草地型牧草產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的季節(jié)變化特征研究，以期為該區(qū)域放牧草地的經(jīng)濟評價、牧草資源的有效利用及放牧家畜四季營養(yǎng)需求供給提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于新疆昭蘇縣域內(nèi)的沙爾套山，該山區(qū)屬天山山脈西段分支，是形成昭蘇盆地的主體山脈之一。地理坐標(biāo)為 80°15' - 80°54′ E，42°54′ -43°11′ N。山脈整體海拔高度為1 650～3 400 m，山嶺脊線海拔為3 200～3 400 m[1-2]。昭蘇盆地屬中溫帶山區(qū)半濕潤、半干旱冷涼氣候，年均溫2.9 ℃，降水多、積溫少。該山脈地貌類型分為山前傾斜平原(海拔1 650～1 800 m，降水450 mm)、低山丘陵及山間淺谷地(海拔1 800～2 200 m，降水520～580 mm)以及海拔2 200 m以上至山頂部的中、高山帶(降水 ≥ 600 mm)[2,11-12]。本研究區(qū)域涉及到上述所有地貌類型，主要為溫性草原類、山地草甸類和高寒草甸類草地[11]。

1.2 試驗材料

溫性草原類草地選擇針茅(Stipa capillata) + 芨芨草(Achnatherum splendens)型草地(Ⅰ型)。山地草甸類草地分別選擇紫花鳶尾(Iris ruthenica) + 假梯牧草(Phleum phleoides)型草地(Ⅱ型)，鴨茅+ 雜類草型(Ⅲ型)，西伯利亞羽衣草(Alchemilla sibirica) + 雜類草型草地(Ⅳ型)。高寒草甸類草地選擇線葉嵩草(Kobresia capillifolia) + 細(xì)果苔草(Carex stenocarpa)型草地(Ⅴ型)。具體特征詳見文獻[11]。

1.3 測定內(nèi)容與方法

于2015年7月對選定的5個草地型分別設(shè)置圍欄(50 m × 50 m)，以防止牲畜采食等擾動。次年5 - 11月進行各草地型的采樣(采樣時間均為每月的15 - 20日)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型采樣時間為5-11月，Ⅳ和Ⅴ型由于分布在高海拔夏牧場因此僅在7和8月采樣。每次測定完成對刈割過的樣地進行標(biāo)記，下一次測定避開測過的樣地，主要監(jiān)測各草地型產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)變化規(guī)律。

產(chǎn)量測定方法：在圍欄內(nèi)隨機選取3個1 m2的樣方，將樣方內(nèi)牧草全部刈割(留茬2～3 cm)，刈割后稱鮮重，再隨機稱取3份200 g左右草樣帶回實驗室通風(fēng)處自然風(fēng)干至恒重，折算干草產(chǎn)量。

營養(yǎng)品質(zhì)各項指標(biāo)測定方法：將自然風(fēng)干至恒重的樣品(返潮樣品65 ℃烘干至恒重)粉碎、過篩(0.425 mm篩)后密封備用。主要測定干物質(zhì)(dry matter, DM)、粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)、粗灰分(Ash)、磷(P)、鈣(Ca)和總能(gross energy, GE)。其中DM采用烘干法，CP采用凱式定氮法，EE采用索式浸提法，NDF和ADF采用范氏(van Soest)洗滌纖維法，Ash采用灰化法，P采用釩鉬酸銨比色法，Ca采用EDTA-2Na絡(luò)合滴定法，GE采用氧彈式側(cè)熱儀(GR3500，長沙儀器廠)測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析[14]。方差分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，多重比較采用Duncan法。綜合價值評價方法采用隸屬函數(shù)分析法[11,15]，隸屬函數(shù)值U(X)計算公式見(1)，利用公式(1)將5個草地型牧草的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)(DM、CP、ADF、NDF、EE、Ash、Ca、P、GE) 10項營養(yǎng)指標(biāo)進行隸屬函數(shù)分析(ADF和NDF為負(fù)向指標(biāo))，平均各項指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進行綜合價值評價，平均值越大綜合價值越好。

式中：X為各草地型產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)測定值，U(X)正為與各草地型綜合價值呈正相關(guān)隸屬函數(shù)值，U(X)負(fù)為與各草地型綜合價值呈負(fù)相關(guān)隸屬函數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 各草地型牧草產(chǎn)量動態(tài)變化規(guī)律

分析各草地型5 - 11月產(chǎn)量動態(tài)發(fā)現(xiàn)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型草地產(chǎn)量最高均為8月(P ＜ 0.05)，Ⅳ和Ⅴ型草地產(chǎn)量最高為7月(P ＜ 0.05) (表1)。對各個月份不同草地型產(chǎn)量分析結(jié)果表明(表1)，5和11月時各草地型產(chǎn)量差異不顯著(P ＞ 0.05)。6月時Ⅲ型草地產(chǎn)量顯著高于I和Ⅱ型草地(P ＜ 0.05)。7、8和9月時均為Ⅲ型草地產(chǎn)量最高(P ＜ 0.05)。10月時Ⅰ型草地產(chǎn)量顯著高于Ⅱ和Ⅲ型草地(P ＜ 0.05)。各草地型監(jiān)測期內(nèi)平均產(chǎn)草量按高低排序為Ⅲ型 ＞ I、Ⅱ、Ⅳ型草地 ＞ Ⅴ型草地 (P ＜ 0.05)。

2.2 各草地型牧草營養(yǎng)品質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律

分析各草地型5 - 11月營養(yǎng)品質(zhì)動態(tài)發(fā)現(xiàn)(表2)，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型草地DM含量均在10和11月最高(P ＜0.05)。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型草地CP含量均在5月最高(P ＜0.05)， Ⅳ和 V 型草地 CP 含量 7月最高 (P ＜ 0.01)。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型草地ADF含量在5和6月最低(P ＜0.05)，Ⅳ和V型草地7月最低(P ＜ 0.01)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型草地NDF含量均在5月最低(P ＜ 0.05)， Ⅳ和Ⅴ型草地7月最低(P ＜ 0.01)。Ⅰ型草地EE含量在8月最高(P ＜ 0.05)，Ⅱ型草地在8和9月最高(P ＜0.05)，Ⅲ型草地在7月最高(P ＜ 0.05)。Ⅰ型草地Ash含量在5月最高(P ＜ 0.05)， Ⅱ型草地10和11月最高(P ＜0.01)，Ⅲ型草地9月最高(P ＜ 0.05)，Ⅳ型草地最高為8月(P ＜ 0.05)。Ⅰ型草地Ca含量在5月最高(P ＜0.05)，Ⅱ型草地8月最高(P ＜ 0.05)；Ⅲ型草地6月最 高 (P ＜ 0.05)， Ⅳ型草地 8 月最 高 (P ＜ 0.05)；Ⅴ型草地為7月(P ＜ 0.05)。Ⅰ、Ⅲ型草地P含量均在5月最高，Ⅲ、 Ⅳ和Ⅴ型草地均在7月最高(P ＜0.05)。Ⅰ和Ⅴ型草地 GE在 8月最高 (P ＜ 0.05)，Ⅱ型草地9月最高(P ＜ 0.05)，Ⅲ型草地5和6月最高 (P ＜ 0.05)。

表1 各主要草地型干草產(chǎn)量變化規(guī)律Table 1 Change of production in main grassland type kg·hm-2

2.3 各草地型綜合價值評價

通過隸屬函數(shù)法綜合評價各草地型綜合價值，結(jié)果表明(表3)，Ⅰ型草地在各個月份綜合價值按高低排序為 5 月 ＞ 6 月和 8 月 ＞ 7 月 ＞ 9 月 ＞ 10 月 ＞ 11月，Ⅱ型草地排序為 7 月 ＞ 8 月 ＞ 5、6 月 ＞ 9 月 ＞10 月 ＞ 11 月，Ⅲ型草地排序為 7 月 ＞ 5 月 ＞ 6 月 ＞8月 ＞ 9月 ＞ 10月 ＞ 11月，Ⅳ型和Ⅴ型草地均為7月 ＞ 8月。

同一月份不同草地型綜合評價結(jié)果表明(表3)，5和 6月綜合價值按高低排序為Ⅲ型 ＞ Ⅱ型 ＞ Ⅰ型草地，7 月排序為Ⅲ型 ＞ Ⅱ型 ＞ Ⅳ型 ＞ Ⅴ型 ＞ Ⅰ型草地，8 月排序為Ⅱ型 ＞ Ⅲ型 ＞ Ⅳ型 ＞ Ⅰ型 ＞ Ⅴ型草地，9月為Ⅱ型 ＞ Ⅰ型 和Ⅲ型草地，10月為Ⅱ型 ＞ Ⅲ型 ＞ Ⅰ型草地，11 月為Ⅱ型 ＞ Ⅰ型 和Ⅲ型草地。

3 討論

3.1 沙爾套山各草地型產(chǎn)量季節(jié)變化特征

天然草地牧草季節(jié)性變化規(guī)律不僅直接影響家畜日糧水平，且制約放牧壓力和強度[12]。以往對分布于內(nèi)蒙古典型溫性草原東北部的針茅草地研究表明[9]，以大針茅(Stipa grandis)和克氏針茅(Stipa krylovii)為優(yōu)勢種的草群產(chǎn)量分別在8月下旬和9月上旬達到全年峰值(1 419.2和1 057.7 kg·hm-2)，5月產(chǎn)量均最低(127.73和138.56 kg·hm-2)。本研究中針茅 + 芨芨草型草地干草產(chǎn)量(表1)與內(nèi)蒙古典型溫性草原針茅草地產(chǎn)量閾值出現(xiàn)的時間吻合，而產(chǎn)量明顯偏高。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因取決于季節(jié)分配和水熱條件[16]。相關(guān)學(xué)者也證實了針茅產(chǎn)量主要取決于溫度、降水量等環(huán)境因子[17]，而本研究由于分布區(qū)域、地理位置等客觀原因未能進行氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測，不能得到草群產(chǎn)量變化與氣象因子的關(guān)系。紫花鳶尾 + 假梯牧草草地中，優(yōu)勢種牧草紫花鳶尾占草群比例的32.7%，其余經(jīng)濟類群部分占比例較大，整體草群產(chǎn)量在生育期內(nèi)(5 - 11月)主要呈現(xiàn)單峰型曲線變化，其峰值期主要為夏季(7、8月)，所以對于整體草群產(chǎn)量和峰值期變化規(guī)律還是以禾本科牧草為主導(dǎo)[2]。目前，對于相似地域(天山北坡)天然草地中鴨茅野生種的研究多集中在營養(yǎng)品質(zhì)[4,7]、生態(tài)效應(yīng)[18]等方面。本研究中鴨茅 + 雜類草型草地牧草在年度內(nèi)呈單峰型曲線變化，其變化特征與紫花鳶尾 + 假梯牧草草地產(chǎn)量變化特征相似，也與相似地域(天山北坡)的研究結(jié)論相同[19]，說明同一草地類中(山地草甸亞類)的不同草群整體產(chǎn)量變化規(guī)律相同，且同時說明以夏季為光合作用峰值點的各類牧草在產(chǎn)量積累方面均達到了全年頂峰[20]。西伯利亞羽衣草 + 雜類草型和線葉嵩草 + 細(xì)果苔草型草地，由于組成草地的植被主要由耐寒性草本構(gòu)成，整體草群種類參與數(shù)量少、草層低矮、草群結(jié)構(gòu)簡單，且植被發(fā)育不完整，在多個地段草群中參與大量亞高山草甸植物，過渡性群落特征明顯[1-2]。因此，僅在7、8月(牧草生長峰值期)測產(chǎn)，其變化規(guī)律(7月 ＞ 8月)與以往高寒草甸類牧草的變化規(guī)律基本一致[10]。天然草地由于水熱組合和群落的變化，致使地上生物量有明顯的季節(jié)性[21]。本研究中主要草地類型產(chǎn)量動態(tài)變化特征雖均呈單峰型變化，但平均產(chǎn)量差異很大，其中鴨茅 + 雜類草型草地產(chǎn)量最高，線葉嵩草 + 細(xì)果苔草型草地產(chǎn)量最低(表1)。而不同草地型在年度間的平均產(chǎn)量本研究尚未涉及有待繼續(xù)觀察研究。

表2 各主要草地型營養(yǎng)品質(zhì)變化規(guī)律(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 2 Change of nutritional quality in main grassland type (basis DM)

表3 各主要草地型綜合價值隸屬函數(shù)分析Table 3 Membership function analysis of the comprehensive values in main grassland types

3.2 沙爾套山各草地型營養(yǎng)品質(zhì)季節(jié)變化特征

天然草地牧草營養(yǎng)品質(zhì)是放牧家畜主要能量和營養(yǎng)的重要保障[12]。在內(nèi)蒙古荒漠草原研究表明，以針茅和芨芨草為優(yōu)勢種的草地在夏末秋初時營養(yǎng)價值較差[22]，本研究中針茅 + 芨芨草型草地在相同季節(jié)營養(yǎng)品質(zhì)也表現(xiàn)較差(表2)，而與之形成鮮明對比的春末夏初(5 - 6月)，整體草群營養(yǎng)價值較好，這與許鵬[1]在新疆長期的研究結(jié)論相同。假梯牧草和針茅同為家畜喜食的牧草，其適口性高于一般性采食性牧草芨芨草和紫花鳶尾[2]，在沙爾套山天然草地中，兩個草地型(針茅 + 芨芨草型、紫花鳶尾 + 假梯牧草型)綜合價值的高低在整個生長季均表現(xiàn)為紫花鳶尾 + 假梯牧草型草地優(yōu)于針茅 + 芨芨草型草地，而兩個草地型最佳利用時期有很大不同，其中針茅 + 芨芨草型草地為春末(5月)，紫花鳶尾 + 假梯牧草型草地為夏末初秋(7 - 8月)(表3)，這與以往對于單一牧草家畜適口性季節(jié)性規(guī)律吻合[3]。目前對紫花鳶尾和假梯牧草以及所屬草群的季節(jié)性營養(yǎng)價值狀況研究較少[23]，還需要繼續(xù)深入研究。針對鴨茅混播草地生態(tài)效應(yīng)、營養(yǎng)品質(zhì)和青貯品質(zhì)已做了大量研究工作[18-19,24]，而對于天然草地中鴨茅 + 雜類草型(鴨茅優(yōu)勢種)草地季節(jié)動態(tài)品質(zhì)變化的研究較少，本研究中鴨茅 + 雜類草型草地在春季和夏初(5 - 7月)綜合價值最佳(表3)，隨之(8 - 11月)，綜合營養(yǎng)價值劣于紫花鳶尾 + 假梯牧草型草地。筆者所在課題組(石河子大學(xué)于磊教授團隊)前期已對該區(qū)域夏季高山區(qū)放牧草地的4種主要牧草的營養(yǎng)價值進行了詳細(xì)研究[12]，本研究在前期工作的基礎(chǔ)上，彌補了單一牧草營養(yǎng)價值評價草地類/型的缺陷，補充兩個草地型(西伯利亞羽衣草 + 雜類草型、線葉嵩草 + 細(xì)果苔草型)的綜合價值評價，通過評價發(fā)現(xiàn)，兩個草地型的綜合價值(產(chǎn)量 + 品質(zhì))在7月時次于鴨茅 + 雜類草型草地，8月時次于紫花鳶尾 + 假梯牧草型草地(表3)。此外，由于以優(yōu)勢種群為主的建群種種類不同，其中草地型中主要牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)僅反映整體草群的部分情況[25]，因此本研究補充各主要草地型產(chǎn)量和品質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律。該研究的開展為當(dāng)?shù)靥烊徊莸刭Y源的合理利用提供了強有力的支撐，為我國草地資源綜合價值變化特征的相關(guān)研究提供了基礎(chǔ)資料。

4 結(jié)論

本研究通過對比分析5個主要草地型牧草綜合價值，主要得到結(jié)論為：

1)針茅 + 芨芨草型草地綜合價值最佳時期為5月，紫花鳶尾 + 假梯牧草型、鴨茅 + 雜類草型、西伯利亞羽衣草 + 雜類草型和線葉嵩草 + 細(xì)果苔草型草地綜合價值最佳時期為7月。針茅 + 芨芨草型、紫花鳶尾 + 假梯牧草型、鴨茅 + 雜類草型草地綜合價值最劣時期均為11月，西伯利亞羽衣草 +雜類草型和線葉嵩草 + 細(xì)果苔草型草地綜合價值最劣時期為8月(相比于7月)。

2) 5 - 7月綜合價值最佳為鴨茅 + 雜類草型草地，8 - 11月綜合價值最佳為紫花鳶尾 + 假梯牧草型草地。5 - 7月和10月綜合價值最劣為針茅 + 芨芨草型草地，8月綜合價值最劣為線葉嵩草 + 細(xì)果苔草型草地，9和11月綜合價值最劣為針茅 + 芨芨草型草地和鴨茅 + 雜類草型草地。