不同牧草品種在草甸草原生長的適應(yīng)性評價

王 鵬，陳 斌，顧新民，甘輝林，馬埡杰

(張掖市草原工作站，甘肅 張掖734000)

1 引言

草原是我國面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，具有防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、保持水土、吸塵降霾、固碳釋氧、調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境、 維護生物多樣性等重要生態(tài)功能，草原生態(tài)狀況的好壞，直接關(guān)系到國家整體的生態(tài)安全。張掖位于河西走廊中部，地處青藏高原與內(nèi)蒙古高原過渡地帶，全市天然草原總面積3819.75萬畝，占土地總面積的60.7%，是國家西部重要的生態(tài)安全屏障，也是國家主體功能區(qū)規(guī)劃的“兩屏三帶”中青藏高原生態(tài)安全屏障和北方防沙帶的關(guān)鍵區(qū)域，生態(tài)戰(zhàn)略地位極其重要。長期以來，由于人們過分強調(diào)草原的生產(chǎn)功能而忽略了草原生態(tài)功能，致使草原生產(chǎn)能力下降，草地等級降低、群落逆向演替，嚴重影響人們生活質(zhì)量和草原生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。為有效遏制草原生態(tài)環(huán)境日益惡化趨勢，提高草原綜合生產(chǎn)供給能力和草地自身修復(fù)功能，實現(xiàn)草地資源永續(xù)利用和社會、生態(tài)、經(jīng)濟的良性循環(huán)。自2003以來，我市相繼實施了退牧還草、草原補助獎勵政策、山水林田湖草沙等綜合治理工程項目，有限遏制了草原退化進程。草地生態(tài)修復(fù)治理是一項復(fù)雜的綜合性工程，根據(jù)不同類型草地退化程度選擇相應(yīng)的修復(fù)措施，肖力宏等試驗研究表明，輕度退化草地實行禁牧封育即可取得顯著成效，中度退化草地可結(jié)合松土施肥來加以改良，對重度和極度退化草地，則應(yīng)結(jié)合引種補播，建立永久性栽培草地才能取得持久的改良效果。同時，大量有關(guān)退化草地改良治理的研究證明,補播是退化草地快速恢復(fù)治理的有效途徑之一,在增加草層的植被種類成分、草地的覆蓋度和提高草層的產(chǎn)量和品質(zhì)方面效果明顯,而選擇適宜當?shù)厣L的牧草品種是退化草地進行補播改良成敗的關(guān)鍵?；诖耍驹囼炗?020年-2021年連續(xù)兩年在肅南縣皇城鎮(zhèn)草甸草原開展不同牧草品種單播、混播適應(yīng)性試驗，通過不同品種的物候期觀測和生產(chǎn)力監(jiān)測，以期為今后同類型退化草甸草原補播改良提供良種選擇依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗區(qū)概況

試驗地設(shè)在張掖市肅南裕固族自治縣皇城綿羊育種試驗場，地處北緯37°54′32″，東經(jīng)101°48′34″，海拔2 577.6 m，屬溫帶濕潤氣候，降雨較多，光照充足，太陽輻射強，晝夜溫差大，年平均氣溫2℃，年平均生長期120 d，無霜期95 d，年平均降水量260 mm。試驗地為一塊退化嚴重的閑置撂荒地，播種前進行深耕磨平，不施肥、不灌溉，最大程度模擬周邊同類草地生境。

2.2 試驗設(shè)計

2.2.1 單一牧草品種適應(yīng)性試驗 試驗以引進的草地早熟禾、新麥草、扁穗冰草、垂穗披堿草、紫羊茅、小花堿茅、中華羊茅、黃花苜蓿等8個牧草品種為供試材料，對8個牧草品種按5 m×3 m的試驗小區(qū)進行單播試驗，小區(qū)隨機區(qū)組排列，每個處理3個重復(fù)，小區(qū)間距0.5 m，四周設(shè)保護行，共計24個小區(qū)。

2.2.2 不同牧草品種混播試驗 試驗以垂穗披堿草+草地早熟禾+紫羊茅+黃花苜蓿為混播組合1(CDHZ1);草地早熟禾+扁穗冰草+中華羊茅+新麥草為混播組合2(CDHZ2);垂穗披堿草+小花堿茅+黃花苜蓿為混播組合3(CDHZ3);草地早熟禾+新麥草+黃花苜蓿為混播組合4(CDHZ4);扁穗冰草+紫羊茅+小花堿茅為混播組合5(CDHZ5),按5 m×3 m的試驗小區(qū)隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)間距0.5 m，四周設(shè)保護行，共計15個小區(qū)。

2.3 種植管理

根據(jù)供試種子在實驗室發(fā)芽情況和種子純凈度以及種子大小，設(shè)定單播種量如下：垂穗披堿草1 kg/畝、草地早熟禾1 kg/畝、扁穗冰草1.5 kg/畝、紫羊茅1 kg/畝、中華羊茅1 kg/畝、小花堿茅0.6 kg/畝、新麥草1.5 kg/畝、黃花苜蓿2 kg/畝。播種方式人工條播，播種深度根據(jù)種子大小為2～4 cm，行距30 cm，播種日期2020年5月16日。

各混播草種組合總播量按照單個草種播種量的1.6倍設(shè)計，其中有四個草種組合的每個草種按照單播量的40%計算，三個草種組合的主要草種按照單播量的80%計算、其他兩個輔助草種按照單播量的40%計算。設(shè)定每試驗小區(qū)混播種量如下：CDZH1垂穗披堿草(9 g/15 m2)+草地早熟禾(9 g/15 m2)+紫羊茅(9 g/15 m2)+黃花苜蓿(18 g/15 m2)；CDZH2草地早熟禾(9 g/15 m2)+扁穗冰草(14 g/15 m2)+中華羊茅(9 g/15 m2)+新麥草(14 g/15 m2)；CDZH3垂穗披堿草(9 g/15 m2)+小花堿茅(7 g/15 m2)+黃花苜蓿(36 g/15 m2)；CDZH4草地早熟禾(9 g/15 m2)+新麥草(14 g/15 m2)+黃花苜蓿(36 g/15 m2)；CDZH5扁穗冰草(14 g/15 m2)+紫羊茅(9 g/15 m2)+小花堿茅(11 g/15 m2)。播種方式人工條播，播種深度根據(jù)種子大小為2～4 cm，行距30 cm，播種日期2020年5月17日。

2.4 樣品采集與測定

連續(xù)2年，在試驗小區(qū)選擇具有代表性的植株1 m2，通過目測法進行物候期監(jiān)測，按50%進入物候期的原則進行判斷，每3天監(jiān)測記錄一次。在每年牧草生長盛期，采用隨機取樣法，在每個小區(qū)分別取1 m×1 m樣方3個，按照“四度一量”的監(jiān)測要求，測量供試牧草高度(10株)、蓋度、鮮草產(chǎn)量等指標，以此確定試驗區(qū)內(nèi)的先鋒植物、優(yōu)勢物種，并選定適合修復(fù)區(qū)域的草品種與草種組合。

2.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用Excel 2016進行整理和初步處理，使用spss21.0 (SPSS Inc., Chicago, IL)進行方差分析，方差分析多重比較用Duncan 法(P<0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同牧草品種物候期

第1年種植的8種牧草品種依次經(jīng)歷了出苗、分蘗、枯黃三個生育期，只有極少數(shù)品種經(jīng)歷抽穗期，之后由于霜凍枯黃。從表1可以看出，當年播種的牧草品種均能正常出苗，受種子個體差異及區(qū)域適應(yīng)性，出苗時間差異較大，最短的出苗時間需15 d，最長的需25 d，大多數(shù)牧草品種在15～18 d之間出苗；出苗后60～75 d牧草進入分蘗期，中華羊茅和紫羊茅最早進入分蘗期(8月3日和8月4日)。受當?shù)貧夂蛴绊?，種植當年除了草地早熟禾、黃花苜蓿和扁穗冰草有少數(shù)單株抽穗外，其余牧草品種在達到分蘗盛期時便停止生長進入枯黃期，黃花苜蓿最早進入枯黃期 (10月23日)，扁穗冰草最遲進入枯黃期 (11月3日)，由于牧草品種特性和適應(yīng)性的不同，不同品種牧草進入枯黃期的時間有所差異，相差時間約為20天。

種植第2年所有牧草品種均能安全越冬，自4月中下旬開始所有供試牧草進入返青期，其中扁穗冰草返青(4月10日)，中華羊茅返青最遲(4月20日)，通過對比發(fā)現(xiàn)，供試品種比當?shù)仄渌莘N返青時間遲6～8 d；供試品種之間抽穗期和開花期差異較小，所有品種在7月10日～7月17日之間進入抽穗期，在8月15日～8月22日之間進入開花期。供試品種成熟期差異較大，最早進入成熟期的為垂穗披堿草(9月1日)，最遲的為中華羊茅(9月23日)。在進入枯黃期之后垂穗披堿草、扁穗冰草和紫羊茅通過開花結(jié)籽后種子已經(jīng)成熟，但是草地早熟禾、新麥草和小花堿茅在進入枯黃期的時候還處于灌漿期，種籽空癟，沒有成熟，中華羊茅和黃花苜蓿在霜凍來臨前花絮青綠，沒有完成生育期最終形成種子。

表1 不同牧草品種物候期監(jiān)測表 d

3.2 不同牧草品種單播農(nóng)藝性狀

對不同牧草在單播條件下的農(nóng)藝性狀進行分析(表2)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)8個牧草品種在相同種植條件下，均能正常生長，但農(nóng)藝性狀和生物產(chǎn)量表現(xiàn)出較大差異，在2020年8個牧草品種的高度、覆蓋度和鮮草產(chǎn)量之間均出現(xiàn)顯著性差異，高度范圍在4.4 cm～48.5 cm之間，其中垂穗披堿草的高度達到了48.5 cm，顯著高于其他品種(P<0.05)，草地早熟禾的高度最低為4.4 cm，顯著低于其他處理(P<0.05)。覆蓋度范圍在41%～76%之間，垂穗披堿草的覆蓋度(76%)顯著高于其他品種(P<0.05)，鮮草產(chǎn)量也是垂穗披堿草最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，達到964.3 kg/畝，草產(chǎn)量從高到低分別為垂穗披堿草>扁穗冰草>新麥草>小花堿茅>中華羊茅>黃花苜蓿>草地早熟禾。

2021年結(jié)果與2020年類似，8個牧草品種的高度、覆蓋度和鮮草產(chǎn)量之間均出現(xiàn)顯著性差異(表2)。通過1年的生長8個牧草品種的農(nóng)藝性狀和草產(chǎn)量均有所提高，整體變化規(guī)律與2020年類似。垂穗披堿草高度最高，顯著高于其他品種(P<0.05)，達到121.5 cm，扁穗冰草株高增幅最大，達4倍多，紫羊茅變化幅度不大，其他牧草增幅在2-3倍之間；植被覆蓋度因越冬成活率和其生長旺盛程度影響，表現(xiàn)出較大差異，其中垂穗披堿草和黃花苜蓿植被蓋度最大為96%，草地早熟禾最低為61%；鮮草產(chǎn)量方面，垂穗披堿草、扁穗冰草和小花堿茅表現(xiàn)出優(yōu)異的農(nóng)藝性狀，鮮草產(chǎn)量分別為1 405.2 kg/畝、1 235.7 kg/畝和987.1 kg/畝，表現(xiàn)出較強的區(qū)域適應(yīng)性。

表2 不同牧草品種單播農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

3.3 不同牧草品種混播農(nóng)藝性狀

在混播條件下不同處理間2020年高度、覆蓋度和鮮草產(chǎn)量之間差異顯著(P<0.05)。CDHZ2處理的高度為24.9 cm，顯著高于其他處理(P<0.05)；CDHZ4處理的覆蓋度顯著高于其他處理(P<0.05)，覆蓋度范圍在42%～75%之間。CDHZ4處理的鮮草產(chǎn)量最高為968.3 kg/畝，顯著高于其他處理(P<0.05)，草產(chǎn)量從高到低分別為CDHZ4> CDHZ3> CDHZ2> CDHZ5> CDHZ1。

2021年大部分處理的農(nóng)藝性狀和草產(chǎn)量均有所提高，CDHZ3、CDHZ4 和CDHZ5處理的株高有所提升，其中CDHZ4處理的提高幅度最大，從2020年的19.1 cm提高到2021年的52.1 cm，顯著高于其他處理(P<0.05)，CDHZ1和CDHZ2處理的株高有所降低，其中CDHZ1處理的降低幅度最大，從2020年的13.4 cm降低到2021年的6.8 cm。與2020年相比各處理覆蓋度均有所提升，處理間差異顯著(P<0.05)。處理CDHZ4和CDHZ3的鮮草產(chǎn)量最大，分別為1412.7 kg/畝和1237.4 kg/畝，說明CDHZ4和CDHZ3處理具有較強的適應(yīng)性，適合在當?shù)胤N植。

表3 不同牧草品種混播農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

3.4 農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性

植株高度和覆蓋度是牧草出苗情況及植物學(xué)特性的直觀體現(xiàn)，也是牧草產(chǎn)量形成的重要組成部分，為了研究在單播和混播條件下植株高度和覆蓋度對草產(chǎn)量的影響，將單播和混播條件下高度、覆蓋度和鮮草產(chǎn)量之間進行了相關(guān)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在單播條件下農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性均達到極顯著水平，其中高度和覆蓋度之間相關(guān)系數(shù)為0.766，高度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)為0.840，覆蓋度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)為0.755。高度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)大于覆蓋度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)，表明在單播條件下高度對鮮草產(chǎn)量影響相對較大?；觳l件下農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性也達到極顯著水平，其中高度和覆蓋度之間相關(guān)系數(shù)為0.701，高度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)為0.849，覆蓋度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)為0.889。覆蓋度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)大于高度與鮮草產(chǎn)量之間相關(guān)系數(shù)，表明在混播條件下覆蓋度對鮮草產(chǎn)量影響相對較大，這可能是因為在混播條件下，物種的組成增多，導(dǎo)致最終的草產(chǎn)量形成由整體覆蓋度決定。

表4 單播條件下農(nóng)藝性狀指標之間相關(guān)性

表5 混播條件下農(nóng)藝性狀指標之間相關(guān)性

4 討論

草地作為重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是地球上分布最廣的植物群落類型，為地球提供了重要的涵養(yǎng)水源和碳氮循環(huán)等生態(tài)功能，并且具有重要的社會、經(jīng)濟、文化和娛樂等功能。由于過度放牧、不適當開墾、管理不當?shù)纫蛩貙?dǎo)致草地退化嚴重，通過圍欄、補播、混播、施肥、補充灌溉等方法可以有效地緩解草地的退化。補播是一種改良退化草地，提高草地產(chǎn)草量的簡便易行的方法，在恢復(fù)退化草地中應(yīng)用較多，補播對草地原有植物和土壤的破壞性較小，可以在迅速提升草地植被覆蓋率的同時，減少水土流失，提高土壤有機質(zhì)，增加草原碳匯，降低生物災(zāi)害的發(fā)生率。在補播過程中草種的選擇非常重要，引入適應(yīng)當?shù)厣娴奶烊徊莘N或馴化種可以在可以加速退化草地的恢復(fù)，不同的草地類型適宜的草種不同，在青藏高原草草地恢復(fù)補播試驗中發(fā)現(xiàn)同德老芒麥和青海草地早熟禾更適合在當?shù)夭シN，本研究發(fā)現(xiàn)垂穗披堿草、扁穗冰草和小花堿茅表現(xiàn)出優(yōu)異的農(nóng)藝性狀，適合本地草地恢復(fù)中使用。

混播是一種具有高利用效率的種植模式，混播模式能改善物種間的競爭關(guān)系，能更充分的利用資源。研究表明，高寒地區(qū)建立人工草地，采取禾-禾混播和禾-豆混播，可明顯提高草地產(chǎn)草量和牧草品質(zhì)，牧草產(chǎn)量是評價混播草地的重要指標之一，混播草地的草產(chǎn)量越高，代表著草地的初級生產(chǎn)力越高。以往的研究中大多是以禾本科+豆科或者禾本科+禾本科進行混播研究，本研究設(shè)計了豆科+不同禾本科牧草地混播組合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豆科+不同禾本科的組合可以提高草產(chǎn)量，尤其是垂穗披堿草+小花堿茅+黃花苜蓿的混播組合(CDHZ3)和草地早熟禾+新麥草+黃花苜蓿(CDHZ4)的混播組合可以顯著提高草產(chǎn)量，混播系統(tǒng)通過增加物種多樣性使植物在形態(tài)和資源利用方面存在相互補充而非競爭的關(guān)系，從而實現(xiàn)對有限資源在不同時空條件下的最大化利用，草地早熟禾屬于下繁草，在單播時產(chǎn)量最低，但是在和新麥草+黃花苜?；觳r可以增強其對光照和養(yǎng)分的利用，增加株高和上層葉片數(shù)量，促進產(chǎn)量的提高?；觳ゲ莸馗淖兞瞬煌莘N的生態(tài)位，造成草層結(jié)構(gòu)的差異，可以充分的利用光照、水分和養(yǎng)分等資源從而提高生產(chǎn)力。

5 結(jié)論

本文研究了不同牧草品種單播、混播條件下的適應(yīng)性，得出如下結(jié)論：(1) 垂穗披堿草、扁穗冰草和小花堿茅表現(xiàn)出優(yōu)異的農(nóng)藝性狀，草產(chǎn)量較高具有較強的區(qū)域適應(yīng)性；(2)垂穗披堿草+小花堿茅+黃花苜蓿的混播組合和草地早熟禾+新麥草+黃花苜蓿的混播組合可以顯著提高草產(chǎn)量，適宜在當?shù)夭莸鼗謴?fù)中使用，(3)單播條件下高度對鮮草產(chǎn)量影響較大，混播條件下覆蓋度對鮮草產(chǎn)量影響相對較大。研究結(jié)果可以為草甸草原補播改良品種選擇提供理論依據(jù)。