劃區(qū)輪牧對(duì)放牧型紫花苜蓿人工草地產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

王 瑜， 代先林， 馬曉穎， 韋 寶， 何 峰， 李向林， 仝宗永

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所， 北京 100193)

草地是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，我國(guó)草地面積大約為4億hm2，占世界草地面積的12.5%，其中，人工草地面積約0.2 億hm2[1]，僅占我國(guó)草地面積的5%，美國(guó)、新西蘭、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的人工草地面積可占各國(guó)草地面積的29%～69%[2]。自古以來(lái)，放牧一直是人類利用草地資源的基本方式。國(guó)內(nèi)主要利用天然草原進(jìn)行自由放牧，由于科學(xué)性和計(jì)劃性的缺乏常會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)草地退化等一系列問(wèn)題[3-4]；而發(fā)達(dá)國(guó)家則更多利用改良草地或人工草地進(jìn)行放牧，并結(jié)合劃區(qū)輪牧，建立高效的草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，生產(chǎn)效率大為提高的同時(shí)也保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)具有優(yōu)異的飼用價(jià)值和極高的產(chǎn)量，是溫帶氣候區(qū)栽培最廣泛的飼料作物。國(guó)外利用苜蓿人工草地進(jìn)行放牧的歷史由來(lái)已久[5]，已有關(guān)于草地生產(chǎn)性能[6]、耐牧品種[7]、持久性[8]、放牧制度[9]等方面的很多報(bào)道；國(guó)內(nèi)對(duì)紫花苜蓿的利用則主要以調(diào)制干草和青貯為主，很少進(jìn)行放牧利用[10]，對(duì)放牧利用的研究剛處于起步階段，僅有研究者對(duì)紫花苜?；觳ゲ莸氐纳a(chǎn)性能進(jìn)行了研究[11]。因土壤、氣候、光照、管理水平等因素的差異，我們應(yīng)該在借鑒國(guó)外研究方法的基礎(chǔ)上，開(kāi)展適宜國(guó)內(nèi)的放牧型紫花苜蓿人工草地放牧利用研究。

本文通過(guò)在放牧型紫花苜蓿人工草地上進(jìn)行劃區(qū)輪牧，研究紫花苜蓿人工草地在牧期與牧后再生期生物量與品質(zhì)的變化規(guī)律，以期為制定合理的輪牧制度提供依據(jù)，為推動(dòng)我國(guó)草地畜牧業(yè)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河北省廊坊市中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院(萬(wàn)莊)國(guó)際高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園(39°35′44″N，116°34′60″E)，年均溫11.9℃，無(wú)霜期183 d，平均日照數(shù)為2 659.6 h，年均降水量為554.9 mm，土壤類型為沙壤土，初始土壤養(yǎng)分為有機(jī)質(zhì)0.37 g·kg-1，pH值7.79，堿解氮31.15 mg·kg-1，有效磷0.87 mg·kg-1，速效鉀85.1 mg·kg-1。

人工草地建植于2016年9月，由紫花苜蓿、鴨茅(DactylisglomerataL.)和高羊茅(FestucaarundinaceaSchreb.)(紫花苜蓿：鴨茅與高羊茅=75%∶25%)組成，經(jīng)過(guò)數(shù)年的劃區(qū)輪牧，2021年草地中鴨茅和高羊茅比例降至5%。草地面積1.6 hm2，劃分為6個(gè)區(qū)，每區(qū)大小為40 m×60 m(約0.24 hm2)，分別標(biāo)記為P1至P6(圖1)，剩余區(qū)域規(guī)劃為牧道、飲水點(diǎn)、休息區(qū)等。人工草地2021年7月和8月平均溫度分別為27.1℃和25.6℃；降水量分別為146.1 mm和139.3 mm，試驗(yàn)期間未進(jìn)行灌溉。

圖1 放牧小區(qū)分布圖Fig.1 the distribution of grazing plots

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

劃區(qū)輪牧試驗(yàn)于2021年6—8月進(jìn)行，羊群為體型大小較一致的杜蒙育肥羊，共49只，由內(nèi)蒙古賽諾草原羊業(yè)有限公司提供。6月29日羊群進(jìn)入P4，放牧5 d，之后依次進(jìn)入P2，P5，P3，P6，P1，各放牧5 d，每小區(qū)在育肥羊放牧5 d后，放入育成母羊放牧1 d，之后即進(jìn)入牧后再生期，再生期為30 d，本輪放牧周期共36 d。羊群大小和放牧周期參考了何峰等[11]和Teixeira等[12]的研究。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1在牧期指標(biāo)測(cè)定 在牧期表示育肥羊進(jìn)入，草地處于放牧狀態(tài)的時(shí)期。各區(qū)分別在育肥羊進(jìn)入的第1～5 d，每天早上用樣方(1 m×1 m)進(jìn)行取樣，4個(gè)重復(fù)，測(cè)定地上生物量、地上部含水量、株高和營(yíng)養(yǎng)成分。

1.3.2牧后再生期指標(biāo)測(cè)定 牧后再生期表示羊群移出，草地處于非在牧狀態(tài)的時(shí)期。各區(qū)分別在牧后再生期的第1，6，11，16，21，26，31 d用樣方(1 m×1 m)進(jìn)行取樣，4個(gè)重復(fù)，測(cè)定地上生物量、地上部含水量、株高和營(yíng)養(yǎng)成分。

1.3.3地上生物量與地上部含水量 小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取4個(gè)生長(zhǎng)較均勻一致且沒(méi)有斑禿的樣方(1 m×1 m)，留茬5 cm刈割，稱量鮮重，精確到0.01 g；之后用紙將樣品包好后放入烘箱，105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重(12 h)，稱量干重，精確到0.01 g。

1.3.4株高 地上生物量取樣時(shí)，各樣方內(nèi)隨機(jī)選擇10株測(cè)量株高，精確到0.1 cm。

1.3.5營(yíng)養(yǎng)成分 使用近紅外光譜分析儀(FOSS NIRS1650)測(cè)定各樣品中粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、粗灰分(Ash)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)等的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用Duncan法對(duì)在牧期和牧后期紫花苜蓿的地上生物量、地上部含水量、株高、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量、ADF含量和NDF含量等進(jìn)行單因素方差分析；利用Origin 2021進(jìn)行紫花苜蓿干草產(chǎn)量和牧后生長(zhǎng)天數(shù)的Logistic曲線擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 在牧期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量以及株高的變化

在牧小區(qū)地上生物量、地上部含水量和株高均隨在牧天數(shù)的延長(zhǎng)而逐漸下降(表1)。經(jīng)過(guò)4天的采食，地上生物量降低了135.10 g·m-2，地上部含水量降低了10.94%，株高降低了26.33 cm。與Day 1相比，Day 2株高即出現(xiàn)顯著降低(P<0.05)，Day 3地上部含水量出現(xiàn)顯著降低(P<0.05)，Day 4地上生物量出現(xiàn)顯著降低(P<0.05)。

表1 在牧期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量和株高的變化Table 1 Changes of aboveground biomass,aboveground water content and plant height of alfalfa during grazing period

2.2 在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF的變化

在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量均隨在牧天數(shù)的延長(zhǎng)而逐漸下降，而ADF和NDF含量則隨在牧天數(shù)的延長(zhǎng)而逐漸升高(表2)。經(jīng)過(guò)4天的采食，粗蛋白含量降低了4.93%，粗脂肪含量降低了0.69%，粗灰分含量降低了2.25%，ADF含量升高了6.88%，NDF含量升高了8.19%。與Day 1相比，粗蛋白和粗脂肪含量顯著降低(P<0.05)分別出現(xiàn)在Day 3和Day 4，粗灰分、ADF和NDF含量的顯著變化出現(xiàn)在Day 5，粗灰分含量顯著降低(P<0.05)，而ADF和NDF含量顯著升高(P<0.05)。

表2 在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF含量的變化Table 2 Changes of the content of CP,EE,Ash,ADF and NDF of alfalfa during grazing period

2.3 牧后再生期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量以及株高的變化

牧后再生期紫花苜蓿地上生物量和株高均隨再生天數(shù)的延長(zhǎng)而逐漸升高，而地上部含水量隨再生天數(shù)的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)(表3)。經(jīng)過(guò)30天的恢復(fù)生長(zhǎng)，地上生物量由124.72 g·m-2升高至372.58 g·m-2，升高了247.86 g·m-2；株高由19.56 cm升高至75.63 cm，升高了56.07 cm；地上部含水量由60.49%升高至79.82%，升高了19.33%，后又降低至78.45%。與Day 1相比，Day 6地上部含水量即出現(xiàn)顯著升高(P<0.05)，Day 11株高出現(xiàn)顯著升高(P<0.05)，Day 16地上生物量出現(xiàn)顯著升高(P<0.05)。

表3 牧后再生期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量和株高的變化Table 3 Changes of aboveground biomass,aboveground water content and plant height of alfalfa during regrowth period

根據(jù)牧后再生期時(shí)間與地上生物量擬合出7—8月紫花苜蓿人工草地的干草草產(chǎn)量Logistic方程為：Y=A2+(A1-A2)/(1+(X/X0)P)(R2=0.79)，根據(jù)擬合曲線(圖2)可以看出牧后30天仍舊為苜蓿的快速生長(zhǎng)期。

圖2 牧后再生期紫花苜蓿的Logistic生長(zhǎng)曲線Fig.2 Logistic growth curve of alfalfa during regrowth period

2.4 牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF的變化

牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白和粗灰分含量隨再生天數(shù)的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，粗脂肪含量隨再生天數(shù)的延長(zhǎng)逐漸升高，ADF和NDF含量隨再生天數(shù)的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)(表4)。經(jīng)過(guò)30天的恢復(fù)生長(zhǎng)，粗蛋白含量由16.39%升至22.68%，升高了6.29%，之后又降至21.82%；粗脂肪含量由2.02%升至3.64%，升高了1.62%；粗灰分含量由3.19%升至6.44%，升高了3.25%，之后又降至5.63%；ADF含量由53.44%降至42.08%，降低了11.36%，之后又出現(xiàn)短暫升高再降低；NDF含量升高量由60.98%降至50.23%，降低了10.75%，之后又升至51.81%。與Day 1相比，Day 6粗蛋白和粗脂肪含量出現(xiàn)顯著升高(P<0.05)，Day 11粗灰分含量出現(xiàn)顯著升高(P<0.05)，Day 16 ADF和NDF含量出現(xiàn)顯著降低(P<0.05)。

表4 牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF含量的變化Table 4 Changes of the content of CP,EE,Ash,ADF and NDF of alfalfa during regrowth period

3 討論

3.1 在牧期紫花苜蓿的生產(chǎn)性能

根據(jù)NRC[13]和肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 816-2004)[14]的規(guī)定，一只體重20～50 kg的育肥羊，實(shí)現(xiàn)日增重200 g，每天需要攝入的干物質(zhì)和粗蛋白含量分別為0.9～1.6 kg和158～198 g，干草的粗蛋白含量需要達(dá)到12.4%；而一只體重50 kg的育成母羊，因無(wú)增重需要，其每日需要攝入的干物質(zhì)和粗蛋白分別為1.6 kg和80 g。本研究中，經(jīng)過(guò)育肥羊4天的采食，干物質(zhì)產(chǎn)量下降了135.1 g·m-2，粗蛋白含量由21.78%降至16.85%，可據(jù)此計(jì)算出7—8月進(jìn)行劃區(qū)輪牧?xí)r，每只育肥羊平均每天采食的干物質(zhì)和粗蛋白分別為1.65 kg和318 g，說(shuō)明此時(shí)的苜蓿草地完全可以滿足育肥羊日增重200 g的生產(chǎn)需求。Fraser等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，7月開(kāi)始放牧每只綿羊平均每天采食的干物質(zhì)為1.72 kg，與本研究的結(jié)果基本一致。

另外，綿羊采食具有選擇性，適口性好的葉片和上層幼嫩莖稈會(huì)被優(yōu)先采食，而適口性差的木質(zhì)化莖稈會(huì)留至最后，因此，在牧?xí)r間長(zhǎng)短對(duì)可提供飼草的質(zhì)量具有決定性作用[9]。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，草產(chǎn)量與草品質(zhì)下降，無(wú)法保證育肥羊增重需求；時(shí)間過(guò)短，草產(chǎn)量與草品質(zhì)仍較高，造成資源浪費(fèi)。本研究中，設(shè)定了育肥羊放牧5天，在剩約40 cm殘茬時(shí)移入對(duì)草品質(zhì)要求很低的育成母羊，充分利用了草地資源。

3.2 牧后再生期紫花苜蓿的生產(chǎn)性能

Moot等[15]在新西蘭的研究表明，放牧型紫花苜蓿草地年產(chǎn)草量可達(dá)到6.3～16.2 t·hm-2，其中的巨大差異主要由降雨量決定。Papadopoulos等[8]在加拿大的研究表明，當(dāng)紫花苜蓿為放牧型人工草地的主要草種時(shí)，經(jīng)過(guò)3個(gè)放牧周期，10～12 cm留茬高度的總產(chǎn)草量(5.05 t·hm-2)顯著高于5～7 cm留茬高度的總產(chǎn)草量(3.90 t·hm-2)，并建議留茬高度降為10～12 cm時(shí)，就應(yīng)該將家畜移出。本研究只經(jīng)過(guò)1個(gè)放牧周期，20 cm留茬高度的產(chǎn)草量為3.73 t·hm-2，具有較好的生產(chǎn)性能，以后應(yīng)該增加試驗(yàn)周期，通過(guò)多年試驗(yàn)研究年產(chǎn)草量。

葉莖比(LSR)是決定紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的主要因素[16]，據(jù)Fletcher[17]報(bào)道，隨著再生期的延長(zhǎng)，苜蓿莖稈木質(zhì)化從而導(dǎo)致LSR降低品質(zhì)下降，這也意味著可以通過(guò)縮短再生期來(lái)改善苜蓿品質(zhì)。Allison和Vartha[18]1973年在新西蘭坎特貝拉的研究表明，當(dāng)再生期由35 d縮短為28 d時(shí)，葉片含量可由55%增加至65%。而Teixeira等[12]于2002—2004年在新西蘭坎特貝拉的研究表明，當(dāng)放牧周期由42 d(再生期38 d)縮短為28 d(再生期25 d)時(shí)，苜蓿草地年干草產(chǎn)量降低39.1%～47.8%。Lemaire等[19]根據(jù)1988年在法國(guó)格里尼翁的試驗(yàn)結(jié)果提出LSR與干草產(chǎn)量的異速生長(zhǎng)關(guān)系，隨著干草產(chǎn)量的增加，LSR降低。因此，為兼顧產(chǎn)量與品質(zhì)，放牧周期的設(shè)置尤為重要，周期過(guò)長(zhǎng)，草品質(zhì)差；周期過(guò)短，草產(chǎn)量低。

本研究中，我們根據(jù)Teixeira等[12]的研究設(shè)置了36 d的放牧周期，育肥羊放牧5 d后，又放入育成母羊采食1 d，之后進(jìn)入30 d的再生期。由于羊群采食的選擇性，雖然留茬高度為20 cm左右，但植株大多只剩不易消化的木質(zhì)化莖稈，此時(shí)的草品質(zhì)最差，粗蛋白含量16.39%，粗脂肪含量2.02%，粗灰分含量3.19%，酸性洗滌纖維含量53.44%，中性洗滌纖維含量60.98%。之后，苜蓿進(jìn)入牧后再生期，幼嫩莖葉長(zhǎng)出，草品質(zhì)隨之逐漸變好，在牧后21 d左右品質(zhì)最佳，此時(shí)粗蛋白含量22.68%，粗脂肪含量3.50%，粗灰分含量6.44%，酸性洗滌纖維含量42.08%，中性洗滌纖維含量50.23%；隨著植株進(jìn)一步生長(zhǎng)，草品質(zhì)又逐漸下降。由于未對(duì)采食后的老化莖稈進(jìn)行刈割處理，導(dǎo)致其對(duì)草品質(zhì)的影響始終存在，即使是營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)最好的時(shí)期，粗蛋白含量也僅有22%左右，因此，建議放牧型紫花苜蓿草地在牧后對(duì)殘茬進(jìn)行刈割處理，以提升草品質(zhì)。

4 結(jié)論

放牧型紫花苜蓿草地輪牧周期設(shè)置的關(guān)鍵在于對(duì)產(chǎn)量與品質(zhì)的平衡[9]。本研究7—8月在1.44 hm2紫花苜蓿人工草地上對(duì)49只綿羊進(jìn)行周期為36 d的劃區(qū)輪牧，苜蓿草地平均每天能為每只綿羊提供1.65 kg干物質(zhì)和318 g粗蛋白，其產(chǎn)量和品質(zhì)可以滿足肉羊日增重200 g的生產(chǎn)需求。牧后30 d的再生期可以使苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)均得到逐漸恢復(fù)，其中牧后21 d品質(zhì)最佳，為進(jìn)一步提高品質(zhì)，建議在牧后對(duì)只剩老化莖稈的殘茬進(jìn)行刈割。