巴林右旗干草原主要牧草的營(yíng)養(yǎng)成分季節(jié)動(dòng)態(tài)與飽和鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)的研究

李寶棟，鄧宇，孫海洲，趙瑞霞，薩其仍貴，李曉燕，紅敏，桑丹，張春華,任曉萍

(1.赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024031；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；3.內(nèi)蒙古黃羊洼草業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024300)

合理規(guī)劃草地載畜量以及有效提高放牧飼養(yǎng)經(jīng)濟(jì)效益是草原畜牧業(yè)的研究重點(diǎn)，其中了解牧草營(yíng)養(yǎng)成分季節(jié)變化規(guī)律和揭示草食家畜采食結(jié)構(gòu)之間有著緊密的聯(lián)系。地理特點(diǎn)和氣候條件的不同使得各地區(qū)草原的牧草種類(lèi)和生長(zhǎng)規(guī)律也存在一定的差異，需要開(kāi)展大量有針對(duì)性的實(shí)地研究。

巴林右旗位于赤峰市北部，是中東部農(nóng)牧交錯(cuò)帶優(yōu)勢(shì)區(qū)內(nèi)蒙古自治區(qū)入選的4個(gè)代表縣之一[1]，該旗天然草原面積為85.75萬(wàn)hm2[2]，草地群落有27科78種植物[3]，具有發(fā)展草原畜牧業(yè)的有利條件。但以西拉沐淪蘇木為代表的一些草場(chǎng)，退化現(xiàn)象突出，急需根據(jù)牧草營(yíng)養(yǎng)變化規(guī)律合理載畜量，從而有效保護(hù)脆弱的草地生態(tài)。

多年來(lái)研究者們一直致力于準(zhǔn)確地測(cè)定放牧家畜的采食量，其中飽和鏈烷烴法被認(rèn)為是一種較為可行的方法[4]，孫澤威等[5]研究指出牧草鏈烷烴濃度模式的顯著差異是鏈烷烴技術(shù)得以應(yīng)用的必要條件。

本研究旨在通過(guò)對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)成分和飽和鏈烷烴濃度的分析，揭示巴林右旗干草原主要牧草營(yíng)養(yǎng)成分的季節(jié)變化規(guī)律以及應(yīng)用飽和鏈烷烴法估測(cè)該地草食家畜采食結(jié)構(gòu)的可行性，為巴林右旗草原畜牧業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)草樣采集和制備

試驗(yàn)草樣采集地點(diǎn)為赤峰市巴林右旗西拉沐淪蘇木，地理坐標(biāo)為E 119°20′-120°6′，N 43°15′-43°38′，平均海拔550.6 m。該地區(qū)草地植物類(lèi)型為干草原，自然氣候?qū)俅箨懶园敫珊禋夂颉Ｄ杲邓?50 mm且主要集中在7-9月，年積溫2900～3100 ℃，農(nóng)作物生長(zhǎng)期可達(dá)150 d。

本研究在該區(qū)域采用星點(diǎn)布局法選擇樣地，每個(gè)樣地隨機(jī)選取3個(gè)1.0 m×1.0 m的樣方，分別于2016年5、7、10月及2017年1月采集代表春、夏、秋、冬季牧草生長(zhǎng)情況的樣品。采集草樣時(shí)，齊地面剪取每個(gè)樣方中同一種草樣，稱(chēng)取每種草樣的鮮重，用紙包裝，風(fēng)干后粉碎過(guò)1 mm網(wǎng)篩，之后用封口袋分裝置于冰箱冷凍保存，待測(cè)其他指標(biāo)。所采10種常見(jiàn)草樣包括艾草(Artemisiaargyi)、達(dá)烏里胡枝子(Lespedezadavurica)、狗尾草(Setariaviridis)、尖葉胡枝子(Lespedezahedysaroides)、檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)、冷蒿(Artemisiafrigida)、草麻黃(Ephedrasinica)、羊草(Leymuschinensis)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、克氏針茅(Stipakrylovii)。

對(duì)該地區(qū)草地群落組成的調(diào)查表明，艾草、冷蒿所屬的菊科占比為17.9%，狗尾草、羊草、糙隱子草、克氏針茅所屬的禾本科占比為15.4%，達(dá)烏里胡枝子、尖葉胡枝子、檸條錦雞兒所屬的豆科占比為12.8%，為主要的植物群落，其中羊草為優(yōu)勢(shì)物種。

1.2 試驗(yàn)草樣指標(biāo)的測(cè)定

1.2.1營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定 風(fēng)干基礎(chǔ)上，采用烘箱干燥法測(cè)定干物質(zhì)(dry matter, DM)含量，采用凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白(crude protein, CP)含量，采用干灰化法測(cè)定粗灰分(crude ash, Ash)含量，采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定鈣(calcium, Ca)含量，采用鉬黃比色法測(cè)定總磷(total phosphorus, TP)含量[6]，并按照張麗英[6]的方法測(cè)定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量。

1.2.2飽和鏈烷烴濃度測(cè)定 除狗尾草、克氏針茅外，選擇7、10月采集到的其余8種草樣分別測(cè)定C27、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35飽和鏈烷烴濃度，測(cè)定方法按照林立軍等[7]所述，并結(jié)合試驗(yàn)條件略有修改。使用的氣相色譜儀為安捷倫7890B，配FID檢測(cè)器，使用的自動(dòng)液體進(jìn)樣器為安捷倫G4513A，色譜柱為HP-5，空氣壓縮機(jī)為SPB-3，C27、C29～C35飽和鏈烷烴標(biāo)樣購(gòu)自農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所。

1.3 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 20進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分含量和各飽和鏈烷烴濃度的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干草原牧草營(yíng)養(yǎng)成分的季節(jié)變化

除了草麻黃的DM含量5月顯著低于10月(P<0.05)，其余各草樣DM含量在4個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)差異不顯著(P>0.05)(表1)。草麻黃的CP含量從5月到翌年1月逐季顯著降低(P<0.05)，達(dá)烏里胡枝子、尖葉胡枝子、檸條錦雞兒、冷蒿、羊草的CP含量從5月到翌年1月逐季極顯著降低(P<0.01)。冷蒿的Ca含量在7月顯著低于其余3個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)(P<0.05)，艾草、達(dá)烏里胡枝子、狗尾草、尖葉胡枝子、羊草、糙隱子草、克氏針茅的Ca含量在7月極顯著低于其余3個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)(P<0.01)；除狗尾草外，其余草樣的Ca含量10月最高(P<0.01)。艾草、尖葉胡枝子、檸條錦雞兒、冷蒿、草麻黃、糙隱子草的TP含量在10月極顯著低于其余3個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)(P<0.01)；狗尾草、尖葉胡枝子、冷蒿、草麻黃、羊草、克氏針茅的TP含量5月最高(P<0.01)。NDF、ADF、Ash含量的季節(jié)變化在各草樣之間沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律。

多數(shù)草樣DM含量與其他營(yíng)養(yǎng)成分間的相關(guān)關(guān)系不顯著(P>0.05)(表2)。分析NDF和ADF含量間的相關(guān)關(guān)系，糙隱子草、克氏針茅都呈正相關(guān)但不顯著(P>0.05)，冷蒿呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，其余7種草樣都呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)。分析ADF和Ca含量間的相關(guān)關(guān)系，羊草呈正相關(guān)但不顯著(P>0.05)，達(dá)烏里胡枝子、狗尾草都呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，其余7種草樣都呈極顯著的正相關(guān)(P<0.01)。分析ADF與TP含量間的相關(guān)關(guān)系，檸條錦雞兒、草麻黃、羊草都呈負(fù)相關(guān)但不顯著(P>0.05)，其余7種草樣都呈極顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.01)。分析Ca與TP含量間的相關(guān)關(guān)系，狗尾草、克氏針茅都呈顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.05)，其余8種草樣都呈極顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.01)。其余營(yíng)養(yǎng)成分間的相關(guān)關(guān)系在多數(shù)草樣中規(guī)律不一致。

2.2 干草原牧草飽和鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)對(duì)比

對(duì)7、10月采集到的8種草樣各自的8種主要飽和鏈烷烴濃度進(jìn)行方差分析(表3,4),7種草樣C29和C31飽和鏈烷烴的濃度極顯著高于其余6種飽和鏈烷烴(P<0.01)，檸條錦雞兒、冷蒿C29飽和鏈烷烴濃度最高(P<0.01)，糙隱子草、羊草、夏季7月達(dá)烏里胡枝子、尖葉胡枝子、艾草、草麻黃C31飽和鏈烷烴濃度最高(P<0.01)。秋季10月達(dá)烏里胡枝子的C29和C31飽和鏈烷烴濃度分別為(46.35±1.39)和(46.12±1.39) μg·g-1。7月采集的8種草樣，奇數(shù)鏈烷烴合計(jì)濃度占8種飽和鏈烷烴合計(jì)濃度的78%～93%，偶數(shù)鏈烷烴合計(jì)濃度占比為7%～22%；10月采集的8種草樣，奇數(shù)鏈烷烴合計(jì)濃度占8種飽和鏈烷烴合計(jì)濃度的86%～99%，偶數(shù)鏈烷烴合計(jì)濃度占比為1%～14%。C34、C35飽和鏈烷烴只在夏季7月羊草、夏季7月檸條錦雞兒、夏季7月達(dá)烏里胡枝子和艾草中檢出。

將各草樣飽和鏈烷烴濃度值標(biāo)準(zhǔn)化后，進(jìn)行主成分分析，獲得主成分值Z1、Z2及綜合主成分值Z。Z1和Z2的初始特征值對(duì)鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，7月為82.45%、10月為95.77%(表5)。對(duì)Z1、Z2、Z進(jìn)行方差分析(表6,7),分析7月各草樣的飽和鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)，8種草樣間的對(duì)比至少有一個(gè)主成分值差異顯著(P<0.05)(表6)。對(duì)比10月各草樣的飽和鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)，羊草、草麻黃間的Z1、Z2、Z值差異不顯著(P>0.05)，秋季10月達(dá)烏里胡枝子不符合應(yīng)用條件，其余草樣間的對(duì)比至少有一個(gè)主成分值差異顯著(P<0.05)(表7)。

3 討論

3.1 干草原牧草營(yíng)養(yǎng)成分的季節(jié)動(dòng)態(tài)分析

DM作為牧草除水分外各種成分的總和，其含量似乎具有穩(wěn)定性，郭彥軍等[8]發(fā)現(xiàn)東祁連山高寒草甸幾種灌木和牧草6-9月干物質(zhì)含量差異不顯著(P>0.05)，本研究所采集的草樣的DM含量同樣在4個(gè)時(shí)間點(diǎn)變化不顯著(P>0.05)。對(duì)于CP含量，楊澤新等[9]指出隨著牧草生育階段的增加與植株葉片的枯黃，CP含量呈線性下降，谷英等[10]對(duì)毛烏素沙地荒漠化草原區(qū)8種牧草的研究也表明蛋白質(zhì)從春季到冬季均逐季下降，通過(guò)采集5月到翌年1月的干草原牧草，本研究再次驗(yàn)證這一規(guī)律。所采集的10種草樣的NDF、ADF和Ash含量沒(méi)有一致的季節(jié)變化規(guī)律，與吳克順等[11]對(duì)8種阿拉善荒漠草地牧草探討得出的規(guī)律相近，薛樹(shù)媛等[12]對(duì)15種灌木、半灌木和牧草的研究也表明Ash含量隨不同生長(zhǎng)期沒(méi)有變化規(guī)律。鈣和磷是草食家畜最為重要的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素且彼此聯(lián)系緊密，周學(xué)輝等[13]研究青藏高原高寒草甸草場(chǎng)發(fā)現(xiàn)牧草TP含量幼嫩期最高，Ca含量生長(zhǎng)末期最高，本研究中艾草等9種草樣的Ca含量10月最高，狗尾草等6種草樣的TP含量5月最高，驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)?；诟鞑輼覥P含量逐季降低的情況，當(dāng)?shù)啬撩癜凑諣I(yíng)養(yǎng)需要為放牧家畜補(bǔ)飼相應(yīng)的蛋白飼料十分必要。

NDF和ADF是粗纖維的細(xì)化指標(biāo)，其含量直接影響放牧家畜的采食量，本研究中8種干草原草樣的NDF與ADF含量顯著正相關(guān)，與梁建勇等[14]在對(duì)甘南高寒草地牧草和新疆溫性草原牧草的研究中得出的結(jié)論相似。本課題組還發(fā)現(xiàn)采集的多數(shù)干草原牧草ADF和Ca含量與TP含量有著相反且明顯的相關(guān)關(guān)系，這與張閱軍等[15]的研究結(jié)果相近，該研究指出牧草ADF和Ca含量與生育期顯著正相關(guān)，TP含量與之相反。鈣和磷的緊密聯(lián)系在相關(guān)性分析中再次得到驗(yàn)證，所采集的各草樣的Ca和TP含量之間的負(fù)相關(guān)性可能造成牧草鈣磷比增加和磷含量不足，但相關(guān)報(bào)道較少，需進(jìn)一步研究，草樣采集地牧民因此需要提高放牧家畜日糧磷含量，使鈣磷平衡供給。

3.2 干草原牧草飽和鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)分析

Zhang等[16]、Smith等[17]以及崔占鴻等[18]研究都指出，植物表皮中奇數(shù)飽和鏈烷烴含量遠(yuǎn)大于偶數(shù)飽和鏈烷烴，其中C31和C29飽和鏈烷烴含量最高。本研究中8種干草原草樣有6種的C31飽和鏈烷烴濃度最高，2種的C29飽和鏈烷烴濃度最高，且奇數(shù)飽和鏈烷烴合計(jì)濃度遠(yuǎn)高于偶數(shù)飽和鏈烷烴，但并不是每種奇數(shù)飽和鏈烷烴濃度都高于偶數(shù)飽和鏈烷烴。Casson等[19]和肖金玉等[20]研究都指出草樣中的飽和鏈烷烴濃度大于50 μg·g-1才能應(yīng)用雙烷烴法估測(cè)草食家畜的采食量，試驗(yàn)中除秋季10月達(dá)烏里胡枝子外，其他草樣飽和鏈烷烴濃度都符合此應(yīng)用條件。

植物表皮的蠟質(zhì)含有碳原子數(shù)為21～37的飽和鏈烷烴，隨著季節(jié)和植物品種的不同其濃度和比例也會(huì)不同，這一特征可用于對(duì)食草動(dòng)物所食植物種類(lèi)和數(shù)量組成等的推測(cè)[4]。為了將所測(cè)定的8種飽和鏈烷烴的濃度綜合起來(lái)用于研究草樣的飽和鏈烷烴組成結(jié)構(gòu)，本研究使用了主成分分析，Chen等[21]的研究指出，用于分析的主成分值只要有一個(gè)差異顯著(P<0.05)就可以區(qū)分兩種草樣的飽和鏈烷烴模式。試驗(yàn)中，7和10月多數(shù)干草原草樣的飽和鏈烷烴濃度的主成分值Z1、Z2有明顯差異，具有可區(qū)分性。

巴林右旗干草原的主要牧草的飽和鏈烷烴組成特征，具備應(yīng)用飽和鏈烷烴法估測(cè)草食家畜采食結(jié)構(gòu)的基本條件，但需提高方法的區(qū)分度。

4 結(jié)論

10種巴林右旗干草原草樣中，多數(shù)草樣從5月到翌年1月CP含量顯著地逐季降低(P<0.05)，Ca含量10月最高(P<0.01)，TP含量5月最高(P<0.01)；多數(shù)草樣的ADF與NDF含量極顯著正相關(guān)(P<0.01)，Ca與TP含量極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

8種采自7、10月的干草原草樣中，多數(shù)草樣的C29、C31飽和鏈烷烴濃度極顯著高于其余6種飽和鏈烷烴(P<0.01)，且多數(shù)草樣的飽和鏈烷烴濃度的主成分值Z1、Z2差異顯著(P<0.05)。