干旱環(huán)境下4種高原禾本科牧草產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)比較

王曉彤，柳小妮，唐俊偉，賈順斌，馬力

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，甘肅省草業(yè)工程實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070;2.青海省草原總站,青海 西寧 810008)

青海湖流域地處中國青藏高原東北部，位于中國東部季風(fēng)區(qū)、西北干旱區(qū)和西南高寒區(qū)的中心交匯地帶，是維系青藏高原生態(tài)環(huán)境安全和控制荒漠化自西向東蔓延的重要屏障[1-2]。受全球環(huán)境變化和人類生產(chǎn)生活的影響，青海湖流域干旱化明顯，鹽堿化加劇[3]，出現(xiàn)草地退化、沙化，植物種群減少等生態(tài)問題，對環(huán)青海湖地區(qū)的水土保持、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)等產(chǎn)生了重大影響[4]。遏制草地沙化是解決當前生態(tài)環(huán)境治理和人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展問題的主要內(nèi)容之一，青海湖周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境原始且脆弱，生態(tài)結(jié)構(gòu)簡單、敏感，易受干擾引起退化[5]，而且自然恢復(fù)過程慢、難度大[6]。目前青藏高原地區(qū)退化草地治理中常用到的牧草品種多為抗寒性牧草，其在干旱環(huán)境中的適應(yīng)能力鮮有研究，而且國內(nèi)外用于沙化草地治理的草種無法適應(yīng)高海拔地區(qū)生長[7]。因此探究高寒區(qū)本土牧草在干旱地區(qū)的適應(yīng)能力，顯得尤為重要。

環(huán)青海湖地區(qū)屬于干旱、半干旱地區(qū)，降水量少，日照時數(shù)多，土壤蒸發(fā)量高，土壤中水分供不應(yīng)求[8-9]，干旱脅迫抑制了牧草出苗期、分蘗期及拔節(jié)期的生長[10]，從而導(dǎo)致草原退化，草層高度降低，產(chǎn)草量大幅度下降[11]。梁丹妮等[12]研究表明，干旱脅迫時間越久，牧草的生長越易受到影響。尹國麗等[13]研究表明，牧草出苗率與土壤中的含水量存在正相關(guān)?？艿さ萚14]研究發(fā)現(xiàn)，添加水分會增加牧草的葉莖比，從而提高牧草的營養(yǎng)品質(zhì)。本研究通過比較扁穗冰草(Agropyroncristatum)[15]、大穎草(Roegneriagrandiglumis)[16]、同德短芒披堿草(Elymusbreviaristatuscv.Tongde)[17]和同德貧花鵝觀草(Roegeriapaucifloracv.Tongde)[18]4種常見的高原禾本科牧草在干旱環(huán)境下的農(nóng)藝性狀和牧草品質(zhì)，并利用灰色關(guān)聯(lián)分析法[19]綜合評價牧草的生產(chǎn)性能與營養(yǎng)價值，從而篩選適合在高寒且干旱地區(qū)生長的優(yōu)良牧草，為青海湖流域的保護、恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境的綜合治理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于青海湖西岸的青海省鐵卜加草原改良與試驗站(E 99°35′，N 37°05′)，海拔3 270 m。該地區(qū)屬高原干旱大陸性氣候，年均氣溫-0.7 ℃，≥0 ℃年積溫1 331.3 ℃。年太陽輻射總量為695.25 kJ/m2，年日照時數(shù)為2 670 h。年平均降水量為368.11 mm，多集中于6-8月，年蒸發(fā)量為1 495.3 mm。土壤為暗栗鈣土[20]。

1.2 試驗材料

選取4種常見的高原禾本科牧草：扁穗冰草、大穎草、同德短芒披堿草和同德貧花鵝觀草。前2種牧草種子由青海省草原總站提供，后2種牧草種子由青海牧草良種繁殖場提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗為隨機區(qū)組排列，設(shè)置小區(qū)面積為3 m×5 m=15 m2，3次重復(fù)，共12個小區(qū)。于2019年5月26日播種，播前對地面進行深翻處理[21]，同時施用磷酸二胺(150 kg/hm2)、尿素(75 kg/hm2)，播種量30 kg/hm2[22]，人工條播。

1.4 測定項目及方法

葉莖比的測定：于初花期在各處理小區(qū)隨機取鮮草樣品1 000 g，莖葉分離，風(fēng)干后測定莖重和葉重，測算葉莖比、葉莖總干重、葉占葉莖總干重的比例、莖占葉莖總干重的比例[22]。

鮮草及干草產(chǎn)量的測定：于初花期在各處理小區(qū)隨機選取1 m2樣方進行稱重，折算每公頃鮮草產(chǎn)量，然后將其置于自然條件下風(fēng)干，待水分降至30%時稱重[23]，折算每公頃干草產(chǎn)量，并計算鮮干比。

營養(yǎng)價值指標測定：取鮮草1 kg，測定粗灰分(Crude Ash,Ash)[25]、粗蛋白質(zhì)(Crude protein,CP)[26]、粗纖維(Crude fiber,CF)[27]、粗脂肪(Ether extract,EE)[28]、鈣(Calcium,Ca)[29]、磷(Phosphorus,P)[29]的含量，并根據(jù)公式計算出無氮浸出物(Nitrogen free extract,NFE)。

無氮浸出物=(100%-)(CP+CF+EE+Ash)%[30]

1.5 統(tǒng)計分析與評價方法

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016進行整理，采用SPSS 17.0對農(nóng)藝性狀和營養(yǎng)成分指標進行單因素方差分析，并用Duncan's新復(fù)極差法進行多重比較。同時采用灰色關(guān)聯(lián)度理論[17]對參試草種的農(nóng)藝性狀指標和營養(yǎng)成分指標進行綜合評價。

灰色關(guān)聯(lián)分析：取參試品種指標葉莖比、鮮干比、干草產(chǎn)量、CP、EE、Ca、P、NFE的最大值和Ash及CF的最小值，形成一個“理想草種”[31]，以“理想草種”的各指標構(gòu)成的序列作為參考序列，記作X0(k)，各參試草種指標構(gòu)成序列作為比較序列，記作Xi(k),i=參試草種，k=指標。采用數(shù)據(jù)標準化對所有數(shù)值進行無量綱化處理。根據(jù)無量綱化數(shù)據(jù)求得參試草種各性狀與“理想草種”各性狀之間的絕對差值。然后利用關(guān)聯(lián)系數(shù)公式求得相對應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，分辨系數(shù)ρ=0.5。關(guān)聯(lián)系數(shù)能夠真實的反應(yīng)各參試草種與“理想草種”之間的差異大小，品種間關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，越靠近“理想草種”[32]。關(guān)聯(lián)系數(shù)：

絕對差值：

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|

2 結(jié)果與分析

2.1 葉莖比

同德短芒披堿草的葉莖總干重顯著高于其他3種牧草(P<0.05)，為264.1 g；其次為大穎草及同德貧花鵝觀草，兩種牧草之間無顯著差異(表1)。

表1 4種牧草的葉莖比

4種牧草的葉莖比為0.62～0.99，扁穗冰草的葉莖比最高(P<0.05)，為0.99；4種牧草的葉占葉莖總干重比例38.33%～49.83%，其中干重的差異主要集中在莖，同德短芒披堿草莖干重顯著高于其他草種(表1)。

2.2 草產(chǎn)量

4種供試牧草中，同德短芒披堿草的鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量均為最高，分別為15.97和7.13 t/hm2，與同德貧花鵝觀草和大穎草的草產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于扁穗冰草(P<0.05)；而大穎草、同德短芒披堿草、同德貧花鵝觀草的草產(chǎn)量之間無顯著差異(P>0.05)；4種牧草的鮮干比差異不顯著(P>0.05)，比值最高的依然為扁穗冰草(表2)。

表2 4種牧草草產(chǎn)量

2.3 營養(yǎng)品質(zhì)

4種牧草的Ash含量有顯著差異(P<0.05)，其中最高的是扁穗冰草，為7.1%，最低的是大穎草，為4.0%；CP含量最高的是扁穗冰草，為8.83%，明顯高于其他3種牧草(P<0.05)，第2是大穎草，CP含量為6.48%；扁穗冰草的CF含量顯著低于其他3種牧草(P<0.05)，而同德短芒披堿草的CF含量最高；4種牧草的EE含量差異顯著(P<0.05)，含量最高的為扁穗冰草，含量最低的為同德短芒披堿草；4種牧草的的Ca含量扁穗冰草最高，與其他牧草差異顯著(P<0.05)，而P含量4種牧草無顯著差異(P>0.05)；4種牧草的NFE含量之間存在顯著差異(P<0.05)，大穎草NFE含量最高，為42.28%(表3)。

表3 4種牧草的營養(yǎng)品質(zhì)

2.4 綜合評價

取4種牧草葉莖比、鮮干比、干草產(chǎn)量、CP、EE、Ca、P、NFE含量的最大值和Ash及CF含量的最小值，形成一個“理想品種”X0(k)(表4)，并計算出參試品種各性狀相對應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。4個參試草種的關(guān)聯(lián)度排序為：扁穗冰草>大穎草>同德貧花鵝觀草>同德短芒披堿草。大穎草和扁穗冰草的關(guān)聯(lián)系數(shù)相差不大，綜合表現(xiàn)優(yōu)于同德貧花鵝觀草和同德短芒披堿草(表5)。

表4 “理想品種”指標構(gòu)建

表5 4種牧草的關(guān)聯(lián)系數(shù)及排序

3 討論

3.1 4種牧草農(nóng)藝性狀差異分析

牧草的農(nóng)藝性狀包括葉莖比、鮮干比、草產(chǎn)量等指標，是衡量牧草適應(yīng)性強弱的首要指標[34]。葉片中蛋白質(zhì)含量和礦物質(zhì)含量比莖中的高，葉片中的粗纖維含量要比莖中的低，所以葉片占葉莖總干重比例越高，牧草的營養(yǎng)品質(zhì)也越好[33]。扁穗冰草的葉含量在4種牧草中最高，說明扁穗冰草相較于其他3種牧草，更適于在寒冷干旱的環(huán)境中生長。這與王怡丹[35]及季波等[36]的試驗結(jié)果一致。鮮干比和葉莖比的比值越大，營養(yǎng)價值越高，適口性強，品質(zhì)好，利用率就高[33]。同德短芒披堿草的草產(chǎn)量在4種牧草中相對最高，但是葉含量和鮮干比最低，說明同德短芒披堿草雖然在高寒地區(qū)作為高產(chǎn)牧草[37]，但是在寒冷和干旱的雙重脅迫下，其生產(chǎn)性能不穩(wěn)定。劉杰[38]在西藏對同德短芒披堿草進行寒冷和干旱雙重脅迫，也發(fā)現(xiàn)其對脅迫的調(diào)節(jié)能力有一定限度。

3.2 4種牧草營養(yǎng)品質(zhì)分析

粗灰分、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪、鈣、磷、無氮浸出物含量等都是反映牧草營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標。水作為牧草生長的重要因子，是植物吸收、合成和轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞者，為牧草營養(yǎng)物質(zhì)的形成起著至關(guān)重要的作用[39]。隨著干旱程度的增加，牧草EE和CP的合成受到阻礙，粗纖維含量顯著提高[40]。EE、Ca、P、NFE含量越高，牧草品質(zhì)越好[41-43]，CF含量影響牲畜對牧草的消化率[44]，CF含量越低，牲畜采食后消化率越高，Ash的含量可反映牧草礦物質(zhì)含量，含量越高，品質(zhì)越好；反之，含量越少，牧草的品質(zhì)越差[45]。扁穗冰草的Ash、CP、EE及Ca含量均為最高，說明扁穗冰草的營養(yǎng)品質(zhì)最好。同德短芒披堿草CF含量最高，適口性較差，消化率較低。

3.3 綜合評價

灰色關(guān)聯(lián)分析法目前被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的綜合評價與分析中，利用灰色關(guān)聯(lián)分析可以避免在分析過程中因主觀因素帶來的誤差和依靠單一性狀進行評價的弊端[46]，對牧草的綜合性能做出全面的評價。本研究選取主要生產(chǎn)和營養(yǎng)性狀指標，將4種牧草的性狀進行歸一化處理，在滿足牧草高產(chǎn)量要求的同時，用多個指標來反映牧草的綜合價值，結(jié)果表明扁穗冰草和大穎草優(yōu)于其他2種牧草。

4 結(jié)論

扁穗冰草和大穎草在本試驗中表現(xiàn)出的生產(chǎn)性能較好，葉莖比和鮮干比較高，且營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)于其他兩種牧草。綜合評價，扁穗冰草和大穎草更適宜于在環(huán)青海湖地區(qū)種植。