張家口壩上地區(qū)不同禾草生產(chǎn)性能及營養(yǎng)品質(zhì)評價(jià)

謝楠，劉振宇，馮偉，智健飛，李夢，杜姿璇，劉忠寬

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北省肥料技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北 石家莊 050031)

河北壩上地區(qū)屬華北農(nóng)牧交錯帶，也是河北省主要的畜牧業(yè)基地。但隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加，草原資源開發(fā)利用強(qiáng)度加劇，忽略了草地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與建設(shè)，草原退化、土地沙化現(xiàn)象嚴(yán)重，退化面積已占全國草地面積的30%[1]，且產(chǎn)草量低、草質(zhì)差。草地資源的不合理利用致使生物多樣性減少，草地生產(chǎn)力下降[2]，放牧家畜采食不足，生產(chǎn)性能降低[3]，直接影響農(nóng)牧交錯帶區(qū)域的生產(chǎn)功能和生態(tài)功能[4]，也極大地影響到該地區(qū)草地畜牧業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，隨著首都水源涵養(yǎng)功能區(qū)和生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)的實(shí)施，亟待進(jìn)行草地生態(tài)治理及修復(fù)。但因受干旱少雨等自然環(huán)境條件的限制，草地生產(chǎn)力的提升受到一定影響，所以堅(jiān)持以資源為基礎(chǔ)，篩選適宜壩上氣候特點(diǎn)的優(yōu)勢牧草種質(zhì)資源，建植人工牧草生產(chǎn)基地，提升牧草單位面積產(chǎn)量及飼用價(jià)值尤為重要，這也是建植人工草地，快速恢復(fù)退化草地的重要措施之一。

禾草是我國北方地區(qū)主要的牧草種類之一。在所有的優(yōu)良牧草中，禾本科牧草約占43%，是許多草地的建群種及主要優(yōu)勢種[5]，具有適口性好、營養(yǎng)價(jià)值高、抗逆性強(qiáng)、用途廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到種植戶和養(yǎng)殖戶的認(rèn)可。其中無芒雀麥(Bromusinermis)耐牧性、抗旱性強(qiáng)[6]，與冰草(Agropyron)、披堿草(Elymus)均適宜冷涼地區(qū)種植，可用于建植人工草地和牧區(qū)天然草地改良[7-8]；紫羊茅(Festucarubra)耐旱、耐寒，適應(yīng)性強(qiáng)[9]，適合人工草地建設(shè)[10]。這幾種禾草立足不同生態(tài)類型區(qū)的適應(yīng)性評價(jià)、篩選已有報(bào)道[11-14]。而張家口壩上地區(qū)適宜栽培牧草的篩選評價(jià)研究報(bào)道較少，僅有姚澤英等[15]選擇垂穗披堿草和無芒雀麥針對混播草地進(jìn)行混播效果及種植模式研究。因此，本研究以收集的耐旱、抗寒性強(qiáng)，適合冷涼地區(qū)種植的禾草為試材，在產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀、營養(yǎng)成分等各項(xiàng)指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，對其生產(chǎn)性能及營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)，旨在篩選出適合張家口壩上地區(qū)種植的優(yōu)異禾草資源，同時(shí)挖掘不同禾草的生產(chǎn)潛力，豐富我國北方干旱、半干旱地區(qū)適宜種植的牧草種類，不僅為不同禾草的引種及應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)，還能促進(jìn)人工草地建植和草地生產(chǎn)力的提升。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料共計(jì)7個，其中老芒麥、無芒雀麥(原野)、扁穗冰草、細(xì)莖冰草(牧豐)由北京正道種業(yè)有限公司提供；披堿草(垂穗一級)、披堿草(垂穗二級)、紫羊茅由河南鄭州開元草業(yè)科技有限公司提供。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)在位于張家口市察北管理區(qū)(E 114°00′～118°15′，N 41°10′～42°20′)的國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系張家口綜合試驗(yàn)站進(jìn)行。屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，無霜期短，風(fēng)大沙多且降水少。年平均氣溫2.9 ℃，年降水量為300～450 mm。土壤類型為沙壤土，0～20 cm耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)21.44 g/kg，堿解氮107.03 mg/kg，速效磷5.72 mg/kg，速效鉀124.60 mg/kg；20～40 cm土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)18.60 g/kg，堿解氮87.22 mg/kg，速效磷6.43 mg/kg，速效鉀121.10 mg/kg，pH值8.03。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2019年5月28日播種，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積15 m2(行長5 m，寬3 m)，行距30 cm，人工開溝條播，播量45 kg/hm2，播深3 cm。試驗(yàn)地四周設(shè)置2 m寬的保護(hù)行。全生育期不進(jìn)行追肥，播種后采用噴灌灌溉，以保證出苗，視試驗(yàn)地情況及時(shí)除草。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 生產(chǎn)性能 草產(chǎn)量：于生長第2年開花期測產(chǎn)，收獲時(shí)選取小區(qū)一半面積，去掉邊行和兩側(cè)各50 cm行頭，對剩余面積全部刈割進(jìn)行測產(chǎn)，之后折算成公頃產(chǎn)量。并通過品種的干鮮比折算干草產(chǎn)量。

株高：每小區(qū)隨機(jī)取10株，于刈割時(shí)分別測量從地面至植株最高部位的高度，計(jì)算平均值。

莖葉比：每小區(qū)分別隨機(jī)取鮮草樣500 g，將其莖、葉(包括穗部)分開，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重后稱重，計(jì)算莖葉比(莖質(zhì)量/葉質(zhì)量)。

干鮮比：每小區(qū)隨機(jī)取500 g鮮草樣稱重，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重后稱重，計(jì)算干鮮比(干/鮮)。

1.3.2 營養(yǎng)成分 可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrates，WSC)含量采用蒽酮-硫酸法測定[16]；粗灰分(Crude Ash)含量采用馬福爐550 ℃灰化法測定；粗蛋白質(zhì)(Crude protein，CP)含量采用凱氏定氮法測定[17]；粗脂肪(Ether extract，EE)含量采用索氏提取法測定[18]；中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(Aciddetergent fiber，ADF)的含量采用范式洗滌纖維法測定[19]。

1.4 生產(chǎn)性能評價(jià)

隸屬函數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法

利用不同禾草各單項(xiàng)指標(biāo)的平均值進(jìn)行綜合評價(jià)。

1.4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 運(yùn)用隸屬函數(shù)對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式如下：

(1)

公式(1)中：Xj表示第j個綜合指標(biāo)值；Xmin表示第j個綜合指標(biāo)的最小值；Xmax表示第j個綜合指標(biāo)的最大值。根據(jù)公式(1)計(jì)算每個禾草不同指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。

1.4.2 權(quán)重確定 采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法(S)，用公式(2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，公式(3)歸一化后得到各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wj。

(2)

(3)

公式(2)中：n表示禾草個數(shù)；Xij表示某個禾草的第j個綜合指標(biāo)值。

1.4.3 綜合評價(jià)值 用公式(4)計(jì)算不同禾草的綜合評價(jià)值D。

(4)

1.5 粗飼料分級指數(shù)(Grading index，GI)評定[20]

以奶牛為飼養(yǎng)對象，計(jì)算公式：

GI=NEL×VDMI×CP/NDF

VDMI=1.2×BW/NDF

NEL(禾本科牧草)=[1.085-(0.0124×ADF)]×9.29。

式中：VDMI(kg/d)為飼草干物質(zhì)隨意采食量；NDF(%)為中性洗滌纖維含量；NEL(MJ/kg)為產(chǎn)乳凈能值；CP(%)為粗蛋白含量；ADF(%)為酸性洗滌纖維含量；CP、NDF、ADF含量以干物質(zhì)為基礎(chǔ)；BW以奶牛體重600 kg計(jì)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)，Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同禾草的產(chǎn)草量及其相關(guān)農(nóng)藝性狀指標(biāo)的比較

干草產(chǎn)量排在前3位的依次為扁穗冰草、細(xì)莖冰草(牧豐)、老芒麥，3個材料間無顯著差異，其中扁穗冰草干草產(chǎn)量最高，為2 771.28 kg/hm2；紫羊茅最低，為933.17 kg/hm2，僅有最高材料的1/3(表1)。7個材料的株高為36.67～66.47 cm，細(xì)莖冰草(牧豐)最高，其與老芒麥、披堿草(垂穗二級)、披堿草(垂穗一級)4個材料間無顯著差異，與其他3個材料呈顯著差異(P<0.05)，紫羊茅最低，較最高材料低30 cm之多。莖葉比最高的是扁穗冰草，為1.642，顯著高于其他材料(P<0.05)；無芒雀麥(原野)次之，為1.457；紫羊茅最低，為0.393，葉片量遠(yuǎn)大于莖稈量，其他材料的莖葉比均在1以上。扁穗冰草的干鮮比最高,為0.511；其后依次為細(xì)莖冰草(牧豐)、披堿草(垂穗二級)、披堿草(垂穗一級)、老芒麥，且這5個材料間無顯著差異；無芒雀麥(原野)和紫羊茅相對較低，干鮮比均在0.4以下，并顯著低于其他材料(P<0.05)。

表1 不同禾草的產(chǎn)量性狀、農(nóng)藝性狀

2.2 不同禾草的營養(yǎng)成分分析

扁穗冰草的可溶性碳水化合物含量最高，顯著高于其他材料(P<0.05)，達(dá)到了6.90%；紫羊茅次之(5.80%)；細(xì)莖冰草(牧豐)和披堿草(垂穗二級)可溶性碳水化合物含量相對較低，不足最高材料的1/2，且二者間無顯著差異(表2)。無芒雀麥(原野)的粗蛋白含量最高，為11.56%；細(xì)莖冰草(牧豐)最低，為8.26%；其他材料為8.75%～10.57%，變化幅度相對較小。紫羊茅、無芒雀麥(原野)、披堿草(垂穗二級)、披堿草(垂穗一級)的粗脂肪含量位居前4位，且這4個材料間無顯著差異，并顯著高于其他3個材料(P<0.05)；扁穗冰草的粗脂肪含量最低，為2.20%。粗灰分含量最高的是老芒麥(8.56%)，其后扁穗冰草、細(xì)莖冰草(牧豐)、紫羊茅，粗灰分含量均大于7.70%，這4個材料間無顯著差異，與其他材料呈顯著差異(P<0.05)；披堿草(垂穗二級)粗灰分含量最低，為4.80%。披堿草(垂穗一級)酸性洗滌纖維含量最高，為34.17%，顯著高于其他材料(P<0.05)；其他材料為28.47%～30.97%，相差較小，材料間無顯著差異。中性洗滌纖維含量最高的是細(xì)莖冰草(牧豐)，為60.25%，顯著高于其他材料(P<0.05)；扁穗冰草次之；紫羊茅中性洗滌纖維含量最低，為47.16%(表2)。

表2 不同禾草的營養(yǎng)成分指標(biāo)

2.3 綜合評價(jià)

供試材料的綜合評價(jià)值順序?yàn)椋罕馑氡?老芒麥>細(xì)莖冰草(牧豐)>披堿草(垂穗二級)>披堿草(垂穗一級)>無芒雀麥(原野)>紫羊茅。對禾草的營養(yǎng)品質(zhì)采用粗飼料分級指數(shù)進(jìn)行評價(jià)并排序(表3)。不同禾草的粗飼料分級指數(shù)之間存在顯著差異(P<0.05)，紫羊茅和無芒雀麥(原野)GI值較高，能達(dá)到21.50以上，且兩者間無顯著差異，但均顯著高于其他材料(P<0.05)；其他禾草的GI值為10.98～18.39，其中，扁穗冰草相對較低，尤以細(xì)莖冰草(牧豐)最低，GI值不足最高材料的1/2。

表3 不同禾草的生產(chǎn)性能及營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價(jià)

各材料的生產(chǎn)性能評價(jià)值和粗飼料分級指數(shù)越高，表明其生產(chǎn)性能和營養(yǎng)品質(zhì)越好[21]。綜合不同禾草的生產(chǎn)性能及營養(yǎng)品質(zhì)，以老芒麥和披堿草(垂穗二級)表現(xiàn)較好。

3 討論

草產(chǎn)量是衡量牧草生產(chǎn)性能和生產(chǎn)潛力的重要指標(biāo)，能直接反映生產(chǎn)力水平。同時(shí)，草產(chǎn)量受牧草生長規(guī)律、生產(chǎn)性能、生態(tài)因子、管理水平等的影響[22]。本研究結(jié)果表明，供試的不同禾草中老芒麥、無芒雀麥(原野)、冰草、披堿草的干草產(chǎn)量均低于劉軍芳等[23]、馬玉寶等[24]和趙德華等[25]的研究結(jié)果，這可能與所選擇的品種、刈割期、播種量及土壤條件差異有關(guān)。株高與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，一定程度上能反映牧草的生產(chǎn)性能[21]。本研究中，除紫羊茅外，其他禾草的株高為48.04～66.47 cm，較成熟期禾草的株高(60～105 cm)[26]偏低，這與測定時(shí)期有直接關(guān)系，但也符合植株生長規(guī)律。莖葉比是牧草經(jīng)濟(jì)性狀的主要指標(biāo)。供試禾草中無芒雀麥(原野)的莖葉比(1.457)，低于趙德華等[25]對無芒雀麥于開花期刈割時(shí)莖葉比的報(bào)道結(jié)果(2.64～3.25)，可能與品種、測定方法有關(guān)。鮮干比可以反映牧草的含水量和干物質(zhì)積累程度[27]，能較好的反映牧草的適口性及品質(zhì)[28]。供試禾草中，紫羊茅和無芒雀麥(原野)的干鮮比較低，適口性較好，與馬玉寶等[26]對鮮干比的研究結(jié)果有所差異，可能與品種和刈割時(shí)期有關(guān)。

營養(yǎng)成分是評價(jià)牧草營養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，其營養(yǎng)物質(zhì)的含量直接關(guān)系到牧草品質(zhì)的優(yōu)劣[29]。本研究中老芒麥、無芒雀麥(原野)、披堿草的CP含量(9.48%～11.56%)、EE含量(2.87%～3.46%)、Ash含量(4.80%～8.56%)均高于景美玲等[11]、趙德華等[25]報(bào)道的開花期3種禾草相應(yīng)指標(biāo)含量(CP含量5.48%～8.25%；EE含量1.39%～2.18%；Ash含量4.49%～5.70%)，不同指標(biāo)變化幅度的差異可能與品種、生境條件有關(guān)。冰草的CP含量(8.26%～8.75%)、EE含量(2.20%～2.49%)、Ash含量(7.75%～7.77%)均低于馬玉寶等[12]在抽穗前的測定結(jié)果(CP含量16.88%～20.49%；EE含量3.55%～4.75%；Ash含量7.00%～7.80%)，這可能與不同刈割期有直接關(guān)系。研究中紫羊茅的CP含量(10.57%)略低于鄭立等[10]的研究結(jié)果(12.92%)，可能與品種和外界環(huán)境有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，同一禾草不同品種的某項(xiàng)指標(biāo)間略有差異，可能與自身的遺傳特性有關(guān)[21]。

隸屬函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法，是一種能比較系統(tǒng)、全面地反映品種生產(chǎn)性能優(yōu)劣的有效方法，在牧草作物綜合評價(jià)研究中已有應(yīng)用[21,30]。采用隸屬函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法綜合評價(jià)供試禾草的生產(chǎn)性能，避免了單一性狀指標(biāo)對結(jié)果產(chǎn)生的片面性影響。而對于個別品種來說，如供試禾草中的紫羊茅，雖然生產(chǎn)性能綜合評價(jià)相對較差，但具有株高偏矮，葉量豐富柔軟，適口性較好，營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)的特性，作為人工放牧草地建植的潛力還有待進(jìn)一步挖掘，應(yīng)與試驗(yàn)表現(xiàn)相結(jié)合，不應(yīng)一次予以否決，這與景美玲等[11]的觀點(diǎn)相同。

本研究中供試禾草的播種量參照常規(guī)栽培種植[31]和引進(jìn)建議播種量進(jìn)行，對于人工草地建植，為提高種植密度和產(chǎn)量，可適當(dāng)增加播種量。王生文等[32]在研究中也指出，播種量較小時(shí)，植株無法充分利用資源空間，從而不能獲得較高的產(chǎn)量和營養(yǎng)。同時(shí)適宜播種量確定還應(yīng)與當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件相結(jié)合，以提升人工草地的生產(chǎn)力。不同禾草在人工放牧草地建植中的適宜播種量，需在以后的試驗(yàn)中做進(jìn)一步的研究。此外，由于本研究為大田小區(qū)試驗(yàn)，對大田生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義，但未進(jìn)行人工草地的放牧試驗(yàn)，有關(guān)人工草地建植不同禾草的耐牧性需要在以后的試驗(yàn)中進(jìn)行深入分析。

4 結(jié)論

在張家口壩上地區(qū)通過對所引進(jìn)的不同禾草進(jìn)行生產(chǎn)性能及飼用品質(zhì)的綜合評價(jià)，結(jié)果表明：扁穗冰草、細(xì)莖冰草(牧豐)、老芒麥草產(chǎn)量相對較高；紫羊茅的營養(yǎng)品質(zhì)高于其他禾草；采用隸屬函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法及粗飼料分級指數(shù)綜合分析，其中老芒麥和披堿草(垂穗二級)的草產(chǎn)量及品質(zhì)較好，更適宜該地區(qū)人工草地種植、利用。研究結(jié)果可為豐富該地區(qū)人工草地的建植及多元化種植結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支撐。