黃土高原多次刈割提高長葉車前的產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)

姜瑋琦，楊天輝, ，侯扶江

（1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2. 寧夏農(nóng)林科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750000）

近年來，全世界的肉類消費(fèi)總量增幅超過70%，中國的肉類消費(fèi)總量已經(jīng)占世界近1/3[1]。人口的增加以及人類對(duì)動(dòng)物性食品的剛性需求導(dǎo)致飼草供應(yīng)壓力增加，人類食品安全的本質(zhì)在一定程度上是飼草安全[2]。開發(fā)優(yōu)質(zhì)的牧草資源，構(gòu)建安全、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的多元化飼草生產(chǎn)體系是人類亟待解決的問題之一。栽培草地的研究以往多集中于豆科和禾本科等優(yōu)質(zhì)飼草，對(duì)營養(yǎng)品質(zhì)高、又可促進(jìn)飼料轉(zhuǎn)化的功能性飼草報(bào)道較少。

草地的產(chǎn)草量和牧草品質(zhì)決定著家畜生產(chǎn)性能和經(jīng)濟(jì)效益[3]，利用方式和水熱條件是影響牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素[4]，其中放牧是草地利用最直接、最經(jīng)濟(jì)的利用方式，它能促進(jìn)牧草生長、提高產(chǎn)量、改善牧草的營養(yǎng)品質(zhì)[5-7]。車前(Plantago longifolia)在全球分布廣，其葉片柔軟、含水量和粗蛋白含量較高，同時(shí)單寧含量達(dá)48 mg·g?1，可改善反芻動(dòng)物利用粗蛋白[8]。國外對(duì)車前進(jìn)行瘤胃體外發(fā)酵、豬飼料添加及其生理生化響應(yīng)的研究[9]。國內(nèi)多研究車前的藥用價(jià)值，以車前子入藥治療疾病，或探索車前子的高產(chǎn)栽培[10]，而對(duì)其飼料品質(zhì)和產(chǎn)量的報(bào)道較少。

黃土高原是我國最早種草養(yǎng)畜的地區(qū)之一[11]，種植多年生牧草有助于實(shí)現(xiàn)生態(tài)與生產(chǎn)雙贏。為此，在黃土高原研究車前在不同利用方式下的產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)動(dòng)態(tài)變化，可為發(fā)展反芻農(nóng)業(yè)、改善生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)概況

本研究在蘭州大學(xué)榆中草地農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)站(35°57′ N，104°09′ E，海拔1 961 m)進(jìn)行。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量381.8 mm，70%以上集中在6 月 ? 9 月；年均溫8.6 ℃，年均蒸發(fā)量1 406.8 mm，無霜期120 d。全年日照時(shí)數(shù) ＞ 2 600 h，≥ 0 ℃年積溫3 052.7 ℃·d，濕潤度K 值為1.25，土壤類型隸屬灰鈣土，土壤pH 7.7。草地類型為微溫濕潤草甸草原類[12]，草業(yè)系統(tǒng)類型主要為作物/天然草地–家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)[13]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣地管理

參試長葉車前品種為‘Tonic’，試驗(yàn)于2012 和2013 年進(jìn)行，完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。建立面積為3 m ×5 m的小區(qū)，小區(qū)間隔50 cm；4 次重復(fù)，區(qū)組間隔1 m。草地利用方式包括多次刈割和一次刈割兩種，裂區(qū)設(shè)計(jì)。

試驗(yàn)地翻耕深度為30～40 cm。2012 年4 月29日播種，條播，播種量為0.75 g·m?2，播深1 cm，行距為25 cm。播種時(shí)施磷酸二銨[(NH4)2HPO4)] 10 kg·hm?2和 尿 素(CH4N2O) 20 kg·hm?2作 底 肥。2012 年6 月29 日開始對(duì)每個(gè)小區(qū)中1 個(gè)裂區(qū)刈割處理，留茬高度10 cm，刈割周期20 d，至10 月5 日共刈割6 次。每次刈割后，追施7.5 kg·hm?2的尿素，灌溉量約為52.5 mm。制作干草的裂區(qū)分別在2012 年11 月8 日、2013 年10 月22 日牧草成熟期進(jìn)行一次刈割，留茬高度、灌水和追肥與多次刈割相同。2013 年，牧草首次刈割為6 月21 日，刈割方法和刈割后的管理均與2012 年相同。

1.3 測(cè)定方法及指標(biāo)

1.3.1 牧草的采樣及處理方法

每次刈割前測(cè)定牧草生物量，用樣線法，齊地面刈割，每個(gè)裂區(qū)兩次重復(fù)。草樣分為兩部分，一部分105 ℃殺青10 min，60 ℃烘72 h 測(cè)干重，用于計(jì)算產(chǎn)草量(kg·hm?2)；另一部分60 ℃烘48 h 后，粉碎過篩后保存在密封袋中。

牧草營養(yǎng)成分分析。采用Van Soest 法測(cè)定牧草的中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量；采用高溫燃燒法測(cè)定牧草的粗灰分(Ash)含量；采用凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白(crude protein, CP)含量；采用索氏抽提法測(cè)定粗脂肪(ether extract, EE)含量。

牧草的總能(gross energy，GE)[14]、消化能(digestible energy，DE)[15]、代謝能(metabolizable energy，ME)[16]、干物質(zhì)消化率(digestible dry matter, DDM)[17]、干物質(zhì)自由采食量(dry matter intake，DMI)[17]、相對(duì)飼用價(jià)值(relative feed value，RFV)[17]和食物當(dāng)量(food equivalent，F(xiàn)EU)[18]的計(jì)算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 20.0 對(duì)每年的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行ANOVA 顯著性分析，用Origin 2018 繪圖。以生長時(shí)間(牧草從播種或返青到刈割時(shí)的天數(shù))、 ≥ 0 ℃積溫(牧草生長時(shí)間內(nèi)逐日平均氣溫 ≥ 0 ℃持續(xù)期間內(nèi)，日平均氣溫的總和)為自變量，利用一般線性模型模塊建立長葉車前營養(yǎng)品質(zhì)含量預(yù)測(cè)方程，并利用協(xié)方差分析分別比較兩年間回歸方程的斜率和截距的差異顯著性，若無顯著差異(P ＞ 0.05)，將兩年數(shù)據(jù)合并后擬合預(yù)測(cè)方程；若差異顯著(P ＜ 0.05)，則對(duì)各年間分別擬合預(yù)測(cè)方程[19]。用Logistic 曲線對(duì)長葉車前產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行擬合，并對(duì)其進(jìn)行一階、二階導(dǎo)數(shù)運(yùn)算，得t1= (lna – 1.317)/b；t = lna/b；t2= (lna + 1.317)/b。由此得出Logistic 速度函數(shù)的3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)t1、t、t2(始盛期、高峰期、盛末期)。并用速度函數(shù)的兩個(gè)拐點(diǎn)將Logistic 曲線的生長過程分為漸增期(0～t1)、快增期(t1～t2)、緩增期(t2～∞)[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 長葉車前的產(chǎn)草量動(dòng)態(tài)

2.1.1 隨生長時(shí)間的變化

2012 和2013 年多次刈割的產(chǎn)草量均隨著生長時(shí)間的增加呈Logistic 曲線增加(圖1)，漸增期均為第0 ? 80 天，快增期分別為第80 ? 126 天和第80 ? 147天，分別在第126 天和第147 天生長逐漸停滯；長葉車前分別在第103 天和第113 天的生長速度最快，分別約18.80 和36.60 kg·(hm2·d)?1；總產(chǎn)草量分別為3 251.55和65 115.43 kg·hm?2。與第1 年相比，長葉車前的快速生長期延長21 d，最大生長速度提高94.7%。

圖1 2012 年和2013 年不同的利用方式下長葉車前的產(chǎn)草量隨著生長時(shí)間的變化Figure 1 Relationship between growth time and forage yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2012 年和2013 年，多次刈割的產(chǎn)量分別比一次刈割收獲干草分提高了1.99 和2.01 倍(圖1)。

2.1.2 隨積溫(≥ 0 ℃)的變化

2012 年和2013 年多次刈割的產(chǎn)草量均隨著積溫(≥ 0 ℃)的增加呈Logistic 曲線增加(圖2)。漸增期分別為0～2 351 ℃和0～1 173 ℃，快增期分別為2 351～3 259 ℃和1 173～2 490 ℃，分別在3 259 和2 490 ℃生長逐漸停滯；長葉車前分別在2 805和1 832 ℃的生長速度最快，分別約1.15 和1.95 kg·(hm2·℃)?1。與第1 年相比，長葉車前的快速生長期延長409 ℃，最大生長速度提高69.3% (圖2)。

2.2 長葉車前牧草的品質(zhì)含量動(dòng)態(tài)

2.2.1 隨生長時(shí)間的變化

2012 年和2013 年，長葉車前的ADF 和NDF 含量均隨生長時(shí)間的增加呈線性升高趨勢(shì)(圖3)，日均增幅分別為0.18%和0.22%、0.16%和0.20%；含量分別于第173 和178 天時(shí)達(dá)到最大。反之，車前的CP、EE、Ash 含量均隨生長時(shí)間延長呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，日均降幅分別為0.15%和0.02%、0.12%和0.15%、0.02%和0.12%。兩年中，車前一次刈割CP、EE、Ash 均顯著低于多次刈割(P ＜ 0.05)；各營養(yǎng)成分與生長時(shí)間均可用線性方程擬合，其中Ash 兩年間截距的差異顯著(P = 0.000) (圖3)。

圖2 2012 年和2013 年不同的利用方式下長葉車前的產(chǎn)草量隨著積溫(≥ 0 ℃)的變化Figure 2 Relationship between ≥ 0 ℃ accumulated temperature and forage yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2.2.2 隨積溫(≥ 0 ℃)的變化

圖3 2012 年和2013 年不同的利用方式下長葉車前的品質(zhì)含量隨著生長時(shí)間的變化Figure 3 Relationship between growth time and quality content of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

圖4 2012 年和2013 年不同的利用方式下長葉車前的品質(zhì)含量隨著積溫(≥ 0 ℃)的變化Figure 4 Relationship between ≥ 0 ℃ accumulated temperature and quality content of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2012 年和2013 年，長葉車前的ADF 和NDF 含量均隨積溫(≥ 0 ℃)的增加呈線性升高趨勢(shì)(圖4)，積溫(≥ 0 ℃)每升高100 ℃分別為增加1.16%和1.39%、1.02%和1.25%；含量分別于2 716.1 和2 832.8 ℃時(shí)達(dá)到最大。反之，車前的CP、EE、Ash 含量均隨積溫(≥ 0 ℃)的增加呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，積溫(≥ 0 ℃)每升高100 ℃，CP、EE、Ash 含量分別下降0.93%和0.92%、0.13%和0.14%、0.80%和0.61%。兩年中，車前一次刈割CP、EE、Ash 均顯著低于多次刈割(P ＜0.05)；各營養(yǎng)成分與積溫(≥ 0 ℃)均可用線性方程擬合，其中EE、Ash 兩年間截距的差異顯著(P =0.000) (圖4)。

2.3 長葉車前牧草的營養(yǎng)產(chǎn)量動(dòng)態(tài)

2.3.1 隨生長時(shí)間的變化

2012 年和2013 年，多次刈割的車前草CP、EE、Ash 產(chǎn)量隨生長時(shí)間的增加呈Logistic 曲線增加(圖5)，漸增期分別為第0 ? 71 和0 ? 109 天、第0 ?54 和0 ? 77 天、第0 ? 74 和0 ? 108 天；快增期分別為 第71 ? 107 和109 ? 158 天、第54 ? 102 和77 ?128 天、第74 ? 113 和108 ? 161 天；分別 在 第107和158 天、第102 和128 天、第113 和161 天生長逐漸停滯；車前草CP、EE、Ash 產(chǎn)量分別在第89 和133 天、第78 和102 天、第94 和135 天日增量最大，分別約2.53 和7.43 kg·(hm2·d)?1、0.24 和1.04 kg·(hm2·d)?1、2.65 和5.26 kg·(hm2·d)?1。與第1 年 相比，第2 年 長葉車前CP、EE、Ash 產(chǎn)量的快速增長期熱量分別延長13、3、14 d，最大生長速度分別提高2、3、0.99 倍?？侰P、EE、Ash 產(chǎn)量分別為592.53 和1 144.44 kg·hm?2、69.34 和194.18 kg·hm?2、534.82 和832.15 kg·hm?2。

2012 年多次刈割下CP、EE、Ash 產(chǎn)量分別是一次刈割下的6.21、2.84 和4.32 倍，2013 年多次刈割下CP、EE、Ash 產(chǎn)量分別是一次刈割下5.41、4.86 和2.97 倍(圖6)。

圖5 2012 年和2013 年不同的利用方式下長葉車前的品質(zhì)產(chǎn)量隨著生長時(shí)間的變化Figure 5 Relationship between growth time and quality yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2.3.2 隨積溫(≥ 0 ℃)的變化

2012 和2013 年，多次刈割的車前草CP、EE、Ash 產(chǎn)量隨積溫(≥ 0 ℃)的增加呈Logistic 曲線增加(圖6)，漸增期分別為0～1 411 ℃和0～2 043 ℃、0～1 093 ℃和0～1 480 ℃、0～1 461 ℃和0～2 000 ℃；快增期分別為1 411～2 142 ℃和2 043～2 984 ℃、1 093～2 069 ℃和1 408～2 348 ℃、1 461～2 236 ℃和2 000～2 976 ℃；分別在第2 142 和2 984 ℃、2 069和2 348 ℃、2 236 和2 976 ℃時(shí)生長逐漸停滯；車前草CP、EE、Ash 產(chǎn)量分別在1 776 和2 513 ℃、1 581和1 878 ℃、1 848 和2 488 ℃時(shí)日增量最大，分別約0.21 和0.43 kg·(hm2·℃)?1、0.02 和0.08 kg·(hm2·℃)?1、0.20 和0.31 kg·(hm2·℃)?1。與第1 年相比，第2 年長葉車前CP、EE、Ash 產(chǎn)量的快速增長期熱量分別多210、36、201 ℃，最大生長速度分別提高1、3、0.60 倍。

2.4 長葉車前的飼用價(jià)值評(píng)價(jià)

2012 年和2013 年，多次刈割的長葉車前ME 的波動(dòng)較小，但顯著高于一次刈割(P ＜ 0.05) (圖7)；RFV 隨生長時(shí)間的延長呈逐漸降低趨勢(shì)。2013 年ME、RFV 均高于2012 年。2012 和2013 年，長葉車前FEU 隨生長時(shí)間呈“駝峰”曲線變化，分別于第116 天時(shí)和第81 天達(dá)到最大，2013 年FEU 顯著高于2012 年(P ＜ 0.05)。

2.5 長葉車前產(chǎn)量、營養(yǎng)成分之間的相關(guān)性

2012 和2013 年，生長時(shí)間、 ≥ 0 ℃積溫與飼草產(chǎn)量、ADF、NDF、CP、EE、Ash 均顯著相關(guān)(P ＜ 0.05) (圖8)。

3 討論

3.1 不同利用方式對(duì)牧草產(chǎn)量及牧草品質(zhì)的影響

圖6 2012 年和2013 年不同的利用方式下長葉車前的品質(zhì)產(chǎn)量隨著積溫(≥ 0 ℃)的變化Figure 6 Relationship between accumulated temperature ≥ 0 ℃ and quality yield of Plantago lanceolata under different utilization modes in 2012 and 2013

2012 年和2013 年，車前草在多次刈割下的CP、EE、Ash 含量隨生長時(shí)間和 ≥ 0 ℃積溫的增加呈線性下降的趨勢(shì)，NDF、ADF 含量隨生長時(shí)間和 ≥ 0 ℃積溫的增加呈上升趨勢(shì)，且多次刈割下的車前產(chǎn)草量與營養(yǎng)價(jià)值均顯著高于一次刈割(P ＜ 0.05)，且年份對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有顯著性影響(P ＞ 0.05)。CP、EE、Ash、NDF、ADF 的產(chǎn)量均呈現(xiàn)“單峰”趨勢(shì)，這與前人對(duì)輪牧草地的產(chǎn)量與品質(zhì)含量變化趨勢(shì)的結(jié)論一致[21]。在兩種利用方式中，多次刈割能使草地產(chǎn)量保持較高水平，可能是因?yàn)槎啻呜赘畲龠M(jìn)牧草植株進(jìn)行補(bǔ)償性生長。牧草受到放牧或刈割后，地上和地下部分的熱量重新進(jìn)行分配，刺激產(chǎn)生補(bǔ)償性生長[22]，不同品種牧草在模擬刈割條件下的產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)含量差別明顯[23]。模擬放牧下車前草的產(chǎn)草量顯著高于菊苣(Cichorium intybus)和白三葉(Trifolium repens)產(chǎn)草量(P ＜ 0.05)[24]；相較于菊苣、白三葉和燕麥(Avena sativa)，車前草的CP 含量維持在較高水平上，NDF 則維持在較低水平(表1)。因而顯現(xiàn)出車前草能夠作為優(yōu)質(zhì)的青綠飼草的潛力，可調(diào)制成干草或青貯，在牧草短缺下用作飼草補(bǔ)充材料。

3.2 積溫對(duì)牧草產(chǎn)量及牧草品質(zhì)的影響

牧草主要是營養(yǎng)體生產(chǎn)，一般在溫度 ≥ 0 ℃時(shí)便可以生長，因此農(nóng)學(xué)研究中多用 ≥ 0 ℃積溫來建立牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的預(yù)測(cè)模型[25]。而牧草隨生長時(shí)間表現(xiàn)出的產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)變化決定著草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)功能與生態(tài)功能的可持續(xù)性，是生產(chǎn)中進(jìn)行利用時(shí)間和方式的直接決策因素[26]。在垂穗草(Bouteloua curtipendula)和小須芒草(Schizachyrium scoparium)葉片期，日溫度升高7.5 ℃可使葉綠素平均增加16%[27]。本研究擬合的Logistic 曲線，可用于不同地區(qū)的不同積溫(≥ 0 ℃)得出長葉車前草的多次刈割或放牧的最佳利用期，利用長葉車前在該時(shí)期生長速度快、產(chǎn)量高、品質(zhì)佳的優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)加大刈割、放牧頻率，適當(dāng)縮短刈割、放牧周期，或?qū)⑵涫斋@調(diào)制成干草或青貯，來應(yīng)對(duì)牧草的季節(jié)性供應(yīng)需求。

圖7 2012 和2013 年生長時(shí)間與代謝能、相對(duì)飼用價(jià)值、食物當(dāng)量的關(guān)系Figure 7 Relationship between growth time and metabolic energy, relative feeding value, and food equivalent in 2012 and 2013

圖8 2012 和2013 年多次刈割下車前各指標(biāo)的相關(guān)性Figure 8 Correlation of indices under multiple mowing in 2012 and 2013

表1 多次刈割的4 種牧草營養(yǎng)指標(biāo)Table 1 Nutritional indices of four herbage plants under multiple cutting

3.3 牧草的飼用價(jià)值評(píng)價(jià)

對(duì)牧草的飼用價(jià)值進(jìn)行簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、低成本的評(píng)價(jià)是草畜業(yè)選擇草種、科學(xué)經(jīng)營的依據(jù)。牧草品種、栽培管理、利用和收獲、加工與貯存等均對(duì)飼用價(jià)值有較大影響，且一直備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，評(píng)價(jià)方法多元化[28-29]。本研究用ME、RFV、FEU 對(duì)長葉車前進(jìn)行評(píng)價(jià)，與長葉車前中總能、代謝能、干物質(zhì)采食量等能量體系結(jié)合，對(duì)長葉車前的飼用價(jià)值進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，填補(bǔ)長葉車前在黃土高原地區(qū)牧草營養(yǎng)價(jià)值與生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)的空白。通過對(duì)長葉車前兩種不同利用方式下代謝能、相對(duì)飼用價(jià)值的比較，可以確定多次刈割或輪牧下牧草能量代謝和食物轉(zhuǎn)化的潛力均高于一次性收獲干草，使其維持較高的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)，并且在食物當(dāng)量供給能力上具有較大的生產(chǎn)潛力，為發(fā)揮長葉車前在反芻動(dòng)物農(nóng)業(yè)的作用找到了理論依據(jù)，提出了長葉車前作為功能性飼草的可行性。

4 結(jié)論

在黃土高原地區(qū)，長葉車前是蛋白含量豐富、再生性能好、生產(chǎn)潛力大的飼草資源，對(duì)長葉車前多次刈割或輪牧比在成熟期收獲干草具有更高的產(chǎn)草量和品質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，牧草的生長時(shí)間和積溫?cái)?shù)據(jù)都較易獲取，根據(jù)長葉車前的生長時(shí)間或者積溫(≥ 0 ℃)來選擇適宜的刈割時(shí)間和次數(shù)，獲取高產(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)的牧草，能夠解決家畜不同時(shí)期對(duì)飼草的營養(yǎng)需求，在黃土高原栽培草地的放牧管理中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，為我國種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、種養(yǎng)結(jié)合、草牧業(yè)又快又好發(fā)展提供基礎(chǔ)。