紫花苜蓿在動物飼養(yǎng)與生態(tài)治理領域的應用研究進展

趙曉登　李玉帥　陳騰達　高方超　蔣佳琦　周巖

摘 要：紫花苜蓿產草量高、營養(yǎng)豐富、蛋白含量高、適口性好、適應性強，是一種世界范圍內種植的優(yōu)質飼草，具有極高的應用價值和營養(yǎng)價值，被譽為“牧草之王”，近年來在動物飼養(yǎng)與生態(tài)改善領域得到了廣泛的應用。該文綜述了近年來紫花苜蓿在動物飼養(yǎng)與生態(tài)改善領域的最新研究進展，對其存在的問題進行了討論，對其發(fā)展前景進行了展望。

關鍵詞：紫花苜蓿;動物飼養(yǎng);生態(tài)治理

中圖分類號 S542.4文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）08-0037-04

紫花苜蓿（Medicago sativa）是一種重要的多年生豆科草本植物，具有較高的營養(yǎng)價值和良好的適口性，是全球種植面積最大的多年生作物之一，也是世界上分布最廣、栽培歷史最悠久的飼草之一。目前，我國紫花苜蓿的種植地主要分布在西北、華北、東北以及江淮流域，種植面積達到3.77×106hm2，在畜牧業(yè)生產中具有重要的地位[1-3]。紫花苜蓿根系發(fā)達，對土壤要求不高，對重金屬有富集作用，具有維持氮平衡、水土保持、增強土壤肥力、改良鹽堿地等生態(tài)修復功能[4-5]。

作為一種優(yōu)質牧草，紫花苜蓿的平均產量達到10.0～22.2t/hm2，且蛋白質含量豐富，在現(xiàn)蕾末期至開花期干草蛋白質含量達19%以上，部分優(yōu)質品種達22%。近年來，隨著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，我國紫花苜蓿產業(yè)的發(fā)展勢頭迅猛，對紫花苜蓿的研究應用愈加廣泛，對于紫花苜蓿的開發(fā)也不再僅僅局限于草捆、草粉、草顆粒等，其次級代謝物越來越引起研究者的重視，如苜蓿皂苷、苜蓿黃酮、苜蓿多糖以及多種未知生長因子[6-8]。同時，國家也出臺了一系列相關的扶持政策，紫花苜蓿的種植面積逐年擴大，逐漸成為了畜牧業(yè)發(fā)展中的一大支柱產業(yè)，成為了農牧業(yè)經濟新的增長點，并朝著現(xiàn)代化的方向發(fā)展[9]。為此，本文對紫花苜蓿在動物飼養(yǎng)和生態(tài)治理改善領域的相關研究及應用進行了綜述，并對當前存在一些問題進行討論，對其發(fā)展前景進行展望，以期為今后紫花苜蓿的行業(yè)發(fā)展提供參考。

1 動物飼養(yǎng)

1.1 營養(yǎng)價值 紫花苜蓿莖葉中含有豐富的蛋白質、礦物質、多種維生素及胡蘿卜素，特別是葉片中含量更高，還有類黃酮素、酚型酸等植物特有的營養(yǎng)素[10]。營養(yǎng)成分、消化率、促生長因子和抗營養(yǎng)因子等性狀是衡量飼草品質的重要指標[11]。優(yōu)質牧草的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、無氮浸出物灰分等營養(yǎng)成分以及苜蓿皂苷、黃酮、多糖等促生長因子含量相對較高，而單寧等抗營養(yǎng)因子的含量相對較低[12-16]。作為適合各種畜禽的優(yōu)質飼草，紫花苜蓿富含蛋白質、脂肪、碳水化合物、礦物質、維生素等營養(yǎng)物質，含量豐富，營養(yǎng)全面。經研究表明：每100克紫花苜蓿的嫩莖、葉中含水82g、蛋白質5.0g、脂肪0.4g、碳水化合物8g、粗纖維2.4g、灰分2.3g、熱量234.30kJ、鈣332mg、磷115mg、鐵8.0mg、胡蘿卜素3.28mg[17]。紫花苜蓿干草中的粗蛋白含量為12.3%～26.1%，一般在18.5%左右，接近蛋白質飼料要求，比禾本科牧草的可消化蛋白質高2.5倍，遠高于其他飼料作物，且降解率高[18]。張子儀[19]等研究表明：紫花苜蓿中含有20種以上的氨基酸，包括動物生長發(fā)育所需的全部必需氨基酸，其中賴氨酸含量1.06%，蛋氨酸含量0.32%，氨基酸組成比例均衡，與聯(lián)合國糧農組織推薦的成人氨基酸模式基本符合，可在一定程度上解決人、畜蛋白質資源緊缺的難題[20]。樊文娜[2]等研究表明，紫花苜蓿富含多種維生素、胡蘿卜素、葉酸、維生素K、維生素E等，是僅含B族維生素B12的植物性飼草，且胡蘿卜素、葉酸和生物素平均含量分別為94.6、4.36、0.54mg/kg，是生物素利用率最高的原料之一，而單寧含量不足1%，適口性好。紫花苜蓿中含異黃酮類物質及多種促生長因子，包括苜蓿皂苷、黃酮、多糖等，其中苜蓿皂苷含量達到3%，位居各類飼草之首[22-23]。綜上，紫花苜蓿的營養(yǎng)成分和促生長因子含量豐富，遠超其他飼草，且消化率高，易于被動物吸收，同時單寧含量較低，適口性好，是一種營養(yǎng)價值極高的優(yōu)質飼草。

1.2 飼養(yǎng)效果 紫花苜蓿適口性好，脂肪、蛋白質等營養(yǎng)物質含量高，且地上生物量巨大，作為優(yōu)質飼草，近年來其在動物飼養(yǎng)領域的研究應用愈加廣泛[24-25]。李俊[26]等通過在羊開食料中添加不同水平的紫花苜蓿干草，研究不同水平紫花苜蓿添加量對斷奶前羔羊生長性能和瘤胃發(fā)育的影響。結果表明：在羔羊開食料中添加紫花苜?？梢燥@著提高開食料的系水力并降低容重;降低羔羊的日均干物質采食量而對體重、平均日增重和料肉比無顯著影響;降低羔羊血液β-羥丁酸濃度，但對血液葡萄糖和非酯化脂肪酸濃度無不利影響;提高羔羊瘤胃壁角質化程度，增加瘤胃壁肌層厚度，對其他瘤胃形態(tài)指標無不利影響。劉旭蕾[27]等在研究不同紫花苜蓿添加比例對斷奶絨山羊公羔生長性能影響試驗中，設置4組日糧組合對斷奶絨山羊幼公羊進行飼喂，發(fā)現(xiàn)日糧中添加25%以上紫花苜?？擅黠@提高絨山羊的日增重。王志龍[28]等通過向大三元雜交豬的日糧中添加不同比例的紫花苜蓿來探討豆科飼草苜蓿對育肥豬生產性能的影響，結果表明：添加10%的紫花苜蓿日糧能夠顯著提高育肥豬的末重和日增重，有效降低育肥豬的料肉比，明顯增加毛利潤，達到333.99元，說明日糧中添加豆科飼草紫花苜?？梢燥@著提高育肥豬的生產性能和經濟效益。楊士林等[29]研究表明，紫花苜蓿作為青綠飼料可以顯著增加肉牛的采食量，提高日增重，加快育肥速度。紫花苜蓿中富含苜蓿多糖，可以有效地改善畜禽的免疫機能，飼喂后可以促進畜禽免疫器官的發(fā)育，促進淋巴細胞的增殖分化，進而增強淋巴B、T細胞對病原體的殺傷作用[30]。

綜上，紫花苜蓿營養(yǎng)豐富，采用紫花苜蓿喂養(yǎng)畜禽后，無論是生產性能還是經濟效益都有著巨大的優(yōu)勢。因此，大力推廣紫花苜蓿種植，進一步擴大紫花苜蓿在畜牧業(yè)的研究應用，是提高經濟效益，降低飼料成本的有效途徑。

2 生態(tài)改善

2.1 修復重金屬土壤 土壤是人類生存與發(fā)展不可或缺的資源，是人類生存環(huán)境的重要組成部分。隨著我國現(xiàn)代化進程的加快，大量重金屬隨著工業(yè)生產、農業(yè)施肥、不合理灌溉和礦石開采等工程技術進入到土壤，重金屬進入土壤的速度逐漸超過了土壤的自凈能力和容量，引起土壤受到了不同程度的污染。由于重金屬具有生物毒性強，不可降解性，易遷移性，隱蔽性等特點，且能通過食物鏈以及人類的生命活動威脅到人類的健康與安全，因此對重金屬污染土壤進行修復日益成為國際和國內關注的熱點[31-32]。植物修復技術（Phytoremediation）是近年來興起的一種高效低耗、不易造成二次污染，同時具有美化景觀作用的綠色生態(tài)技術。該技術是利用綠色植物及其根系與土壤中的微生物體系來降解環(huán)境中一些不易自然降解而造成永久性污染的物質[33]，在清除土壤重金屬污染方面具有廣泛的應用前景[34]。練建軍[35]等采用溫室盆栽的試驗方法來驗證根瘤菌與紫花苜蓿組合修復系統(tǒng)對重金屬鉬的富集能力，結果表明：根瘤菌與紫花苜蓿組合修復系統(tǒng)不僅能有效降低土壤重金屬鉬含量，而且還可以促進土壤微生物生態(tài)功能的多樣性，在重金屬鉬污染土壤修復工程中具有一定的應用潛力。湛天麗[36]在貴州銅仁汞礦區(qū)萬山區(qū)大水溪尾礦庫附近進行了紫花苜蓿對重金屬污染土壤的修復試驗，結果表明：根瘤菌與紫花苜蓿組合修復系統(tǒng)對重金屬汞和鎘有著良好的修復效果，修復效率分別達33.69%、9.30%。游偉民[37]通過開展紫花苜蓿對土壤中鉛的吸收特性研究，結果表明，在紫花苜蓿的根系耐性指數(shù)（3000mg/kg）以內，鉛離子濃度越高，紫花苜蓿地上部對鉛的遷移總量越大，兩者呈顯著的線性關系，即紫花苜蓿對土壤中的鉛有著良好的富集作用。李致穎[38]等通過開展富集重金屬銅的牧草植物選擇試驗，結果表明，不同銅濃度水平下紫花苜蓿的發(fā)芽情況表現(xiàn)為“低促高抑”;紫花苜蓿的苗高和地徑分別在25%和20%～50%的銅濃度下顯著升高;各銅濃度對根長和生物量無顯著影響且被紫花苜蓿的吸附量較大，進一步結合紫花苜蓿生物量大、生長迅速等特點，最終得出利用紫花苜蓿修復重金屬土壤污染具有良好應用前景的結論。

2.2 改良鹽堿地 鹽堿土是我國最主要的中低產土壤類型之一，主要分布在西北、華北、東北及沿海地區(qū)，總面積約為3.6×107hm2，占全國可利用土地面積的4.88%，占世界鹽堿地總面積的1/10[39-40]。十幾年來，我國生態(tài)環(huán)境嚴重惡化，農田次生鹽堿化土地面積已達667萬hm2，與此同時，還有大面積的潛在鹽堿化土地，鹽堿化土地治理迫在眉睫[41]。目前，鹽堿地的治理有生物治理、物理治理等一系列較為成熟的綜合措施，其中，引進種植耐鹽堿植物的生物治理是兼顧生態(tài)和生產的有效治理模式之一。王彥龍[42]等自2016年起在青海省柴達木盆地（N36°39′，E99°18′）進行了人工種植紫花苜蓿對鹽堿地土壤的修復研究，結果表明：種植苜蓿對鹽堿土壤的pH值具有明顯的降低作用;苜蓿的生長也增加了地表的植被覆蓋度，從而減少了地表水分蒸發(fā)，部分鹽分被苜蓿吸收帶出土壤，使土壤耕作層含鹽量降低;0～30cm耕層土壤有機質含量和土壤溫度均有增加趨勢，對鹽堿地的改良效果明顯。另有研究發(fā)現(xiàn)，黃河三角洲濱海鹽堿地的白蠟+檉柳+紫花苜蓿的植被模式可以增加地表覆蓋度（82%～95%）和林分郁閉度（65%～75%），同時植物蒸騰也代替了部分土壤蒸發(fā)，土壤蒸發(fā)量降低，從而減弱了土壤的積鹽速度，抑制了土壤鹽分的表聚性，對土壤的降鹽抑堿效果良好[43-46]。侯賀賀[47]等在黃河三角洲濱州市陽信縣鹽堿地試驗區(qū)進行了為期3年的黃河三角洲鹽堿地生物措施改良效果的研究，結果表明：種植紫花苜蓿后耕作層土壤容重開始降低，土壤入滲率提高，土壤結構得到改善;同時促進鹽分向下淋溶，抑制土壤鹽分向地表積累，植物吸收帶走部分鹽分，使土壤耕層逐漸脫鹽，對土壤理化性質具有良好的改善作用。安振等于2017年在山東省濱州市無棣縣黃河島（N37°55′19″，E108°36′52″）開展了小麥玉米與紫花苜蓿間作模式對鹽堿地土壤含鹽量及周年產量研究，結果表明，小麥玉米間作紫花苜?？梢越档?～40cm土層含鹽量，提高小麥和玉米的穗粒數(shù)、粒重以及凈面積單產，紫花苜蓿周年干物質產量也有所增加，是兼顧經濟和生態(tài)效益的高效栽培種植模式[48]。

2.3 防風阻沙 沙障是一種高效的防風固沙措施，目前多采用機械沙障與生物措施相結合的方法，不僅可以防風固沙，還是生態(tài)治理、生態(tài)修復的重要組成部分[49-50]。此外，沙障還具有調節(jié)氣候、改良土壤的作用[51]。哈斯[52]等在渾善達克沙地中部的正藍旗寶紹岱蘇木白音寶利格灌區(qū)開展了紫花苜蓿防風固沙研究試驗，采取紫花苜蓿與大黃菜籽間播的方式建植人工草地，結果表明，建成的人工草地具有防風固沙的沙障作用：當遇到風速11m/s的強風沙流時，大約有85%的流沙能夠被阻擋在沙障之外，同時對于風速也有一定的減弱作用;在人工草地的自然演替過程中，生物生長量、植被覆蓋率、生物生產量不斷提高，不但增強了人工草地的防風固沙屏障作用，還增強了牧草品質，提高了產草量。敬永方[53]等在土地沙化嚴重的甘肅環(huán)縣北部地區(qū)開展了紫花苜蓿草地固沙效果觀察研究，結果表明：人工紫花苜蓿草地建植當年，植被覆蓋率51.7%，其中野生牧草覆蓋率27.3%;建植紫花苜蓿人工草地第2年，植被覆蓋率達到94.5%，其中紫花苜蓿覆蓋率71.3%，出現(xiàn)了大量的長茅草、茵陳蒿、賴草等野生牧草，地表風蝕情況減少，固沙能力提高到382.7m2/hm2，風蝕土壤量下降到27.2m3/hm2;建植紫花苜蓿人工草地第4年，植被覆蓋率接近100%，土地沙化和風蝕情況基本消失。

2.4 增強土壤肥力 魏曉斌[54]等研究了紫花苜蓿對松嫩平原西部土地肥力年際變化和垂直分布的影響，結果表明：種植當年，土壤pH值和水溶性鹽含量降低;種植第2年后，土壤有機質、全磷、全氮和水解性氮含量均有所提高，表層速效鉀的含量最高，對土壤肥力的增強作用明顯。紫花苜蓿對土壤肥力的增強作用隨著其生長年限會的延長產生一定變化，羅志湞[55]等研究表明，隨著紫花苜蓿生長年限的增加，紫花苜蓿茬灌漠土、潮土耕層和耕種風沙土的有機質、全磷、全鉀、速效磷以及速效鉀的含量均有上升趨勢。此外，退耕還林還草與高效種植制度相結合是防止土地退化、進行土壤恢復和改良的有效方法，紫花苜蓿和禾本科植物間作是實現(xiàn)生產效益與生態(tài)保護共贏的有效途徑。趙雅姣[56]等通過研究西北半干旱區(qū)紫花苜蓿和小黑麥間作對根際土壤養(yǎng)分和細菌群落的影響，結果表明，紫花苜蓿和小黑麥間作可以降低根際土壤pH值，改善根際土壤營養(yǎng)狀況以及根際微生物環(huán)境，明顯增強土壤肥力。

3 問題與展望

紫花苜蓿是一種兼顧生態(tài)功能、產草量高、抗逆性強、應用范圍廣的優(yōu)質牧草，近些年來應用于動物飼養(yǎng)和生態(tài)改善等領域，取得了顯著的成果[57-59]。已有的大量研究證明，無論是營養(yǎng)成分還是產量產能，紫花苜蓿都具備優(yōu)質牧草的標準，并且已開始大規(guī)模應用于飼養(yǎng)行業(yè)。在一些重金屬污染和風沙地區(qū)的種植也顯示出了良好的生態(tài)修復作用，特別是紫花苜蓿在植物修復技術上的應用已成為了一種新的生態(tài)治理模式，具有廣闊的發(fā)展前景[60-62]。但仍存在著如下不足之處：

（1）多數(shù)品種抗性欠缺，抵御生物（蟲、病等）和非生物（鹽堿、干旱等）脅迫的能力較弱，在一些高海拔和南方高溫地區(qū)的生長狀況不佳，對紫花苜蓿的正常生長、產量和品質造成了一定的影響。

（2）高產栽培技術的研究仍處于初始階段，對其需水量以及鹽堿地的耐受度等基礎研究仍顯不足，大多數(shù)地區(qū)的栽培種植沒有統(tǒng)一的高產標準，經濟效益與生態(tài)效益良莠不齊，這是導致推廣難的重要因素之一。

（3）種植分散，規(guī)模化程度不夠。目前，紫花苜蓿種植在我國普遍存在，種植目的卻以貼補飼用和改良土地為主，在總體種植面積逐年增加的情況下，高品質規(guī)?；N植面積卻呈減少趨勢。

總而言之，今后應重點加強對紫花苜蓿的品種改良，可利用植物基因工程等現(xiàn)代育種技術解決紫花苜蓿的耐旱性、品質及產量改良等問題，建立品種優(yōu)勢;加強對其基礎研究，進一步明確紫花苜蓿的生理機理，為紫花苜蓿的生物資源利用提供理論基礎;在不同氣候區(qū)域建立紫花苜蓿的高產栽培標準，在保障生態(tài)和經濟效益的基礎上，向標準化、產業(yè)化、國際化方向發(fā)展。

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