徐然然，楊天輝，常生華，劉永杰，賈倩民，侯扶江

（1. 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 蘭州大學(xué)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)教育部工程研究中心 / 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 750002）

燕麥(Avena sativa)是禾本科燕麥屬一年生植物，其產(chǎn)量高，飼用品質(zhì)優(yōu)良，且籽粒中含有多種氨基酸和可溶性膳食纖維，是一種典型的糧飼兼用型作物[1]。燕麥主要種植區(qū)位于40° N-60° N[2]，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期演化和馴化，它具有對(duì)寒冷氣候和貧瘠土壤較強(qiáng)的適應(yīng)性[3]。在我國(guó)西北部地區(qū)，很多燕麥品種具有開(kāi)花早、成熟快、生長(zhǎng)季短等特點(diǎn)，已經(jīng)大面積推廣種植[4]。然而，隨著我國(guó)畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，飼料短缺現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，燕麥作為我國(guó)第一大禾本科商品草，其進(jìn)口量持續(xù)增長(zhǎng)，飼草缺口不斷擴(kuò)大[5]。因此，大力發(fā)展燕麥對(duì)促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

我國(guó)黃土高原地區(qū)植被覆蓋率低，水資源匱乏且水土流失嚴(yán)重，機(jī)械化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)[6]。隨著當(dāng)?shù)厝丝诘某掷m(xù)增加以及不合理的土地管理措施，風(fēng)蝕和水土流失日益嚴(yán)重，該地區(qū)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的健康發(fā)展受到嚴(yán)重制約[7-8]。栽培草地具有青飼、調(diào)制干草和放牧利用等功能[9]；與傳統(tǒng)農(nóng)作物生產(chǎn)相比，栽培草地生產(chǎn)對(duì)氣候和土地資源的利用更高效，生產(chǎn)的有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)品更加多樣化[10]。建設(shè)和利用栽培草地是畜牧業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志[11]，既可以解決家畜冬、春季飼草料不足的問(wèn)題，同時(shí)可以緩解天然草地的放牧壓力[12-13]。在黃土高原建植栽培草地是改變?cè)摰貐^(qū)土地利用方式，促進(jìn)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效途徑[14]。

放牧和割草是草地利用的兩種方式，其中刈割是一種常見(jiàn)和重要的管理措施[15-16]。不同時(shí)期刈割對(duì)燕麥的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響各異。眾多研究證實(shí)，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期對(duì)燕麥進(jìn)行刈割，其粗蛋白含量高，粗纖維含量低，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較好[17-18]。但是，趙世峰等[19]認(rèn)為，雖然在燕麥生長(zhǎng)前期刈割的鮮草產(chǎn)量高，但干物質(zhì)產(chǎn)量低，飼草的利用率不高。馬春暉和韓建國(guó)[20]研究發(fā)現(xiàn)，單位面積的粗蛋白產(chǎn)量隨著刈割時(shí)期的推遲而增大。牧草在受到外界干擾的情況下具有補(bǔ)償性和均衡性生長(zhǎng)的特性，刈割管理正是通過(guò)牧草的這一特性來(lái)提高牧草產(chǎn)量[21-22]。適當(dāng)?shù)呢赘铑l次一方面能夠提高牧草的生產(chǎn)力，另一方面通過(guò)提升牧草中粗蛋白和粗灰分含量，降低酸性洗滌纖維含量，從而改善牧草品質(zhì)[23]。綜上所述，不同刈割時(shí)期及頻次對(duì)燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究結(jié)果存在差異，燕麥草地的適宜管理方式仍需進(jìn)一步研究。為此，本研究在黃土高原地區(qū)探討多次刈割和常規(guī)刈割對(duì)燕麥干草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期確定適宜的燕麥草地利用方式，為優(yōu)化該地區(qū)栽培草地管理措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省榆中縣夏官營(yíng)鎮(zhèn)蘭州大學(xué)榆中草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)綜合試驗(yàn)站(35°54′ N，104°05′ E)，屬于西北內(nèi)陸半干旱地區(qū)。海拔1 961 m，年均氣溫8.6 ℃，年均降水量 381.8 mm，年均蒸發(fā)量1 406.8 mm，降水多集中在6 月-8 月，占全年降水量的50%～80%。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年日照時(shí)數(shù) ＞ 2 600 h，無(wú)霜期達(dá)120 d，＞ 0 ℃平均年積溫3 052.7 °C·d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)于2012 年4 月和2013 年4 月開(kāi)展，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)常規(guī)刈割和多次刈割兩個(gè)處理，4 次重復(fù)，共8 個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積為3 m × 5 m，小區(qū)間設(shè)1 m 保護(hù)行。燕麥品種為新西蘭的Makura(A. sativa ‘Makura’)。每年在播種前翻耕、清除雜草及灌溉，翻耕深度30 cm，播前漫灌42 mm。所有處理燕麥均條播，行距25 cm，播種量6 kg·hm-2。多次刈割處理每20 d 左右刈割一次，每年共刈割5 次(M1、M2、M3、M4和M5)，每 次 刈 割 后 撒 施75 kg·hm-2尿素，灌水52 mm。常規(guī)刈割處理的全年施肥量和灌水量與多次刈割相同，在播種前和燕麥拔節(jié)期分別施尿素150 和225 kg·hm-2，在燕麥苗期和拔節(jié)期分別灌水100 和160 mm。于2012 年4 月下旬播種，6 月29 日使用鐮刀人工進(jìn)行第1 次刈割(M1)，留茬高度5 cm。2013 年于4 月下旬播種，6 月21 日進(jìn)行第1 次刈割，第5 次刈割(M5)時(shí)間為9 月12 日，田間管理措施與2012 年相同。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

多次刈割處理在每次刈割前測(cè)定植株絕對(duì)高度、分蘗數(shù)以及地上生物量。5 次刈割的燕麥株高或分蘗數(shù)的平均值作為平均株高或平均分蘗數(shù)，用5 次刈割的燕麥株高或分蘗數(shù)之和計(jì)算株高累積量或總分蘗枝條數(shù)。各小區(qū)隨機(jī)選取1 m2牧草刈割，立即稱量獲得鮮重，之后在65 ℃烘箱內(nèi)烘至恒重獲得牧草干重，5 次刈割的干草產(chǎn)量之和作為多次刈割處理的總干草產(chǎn)量。干草粉碎后密封干燥儲(chǔ)存，用于營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定。常規(guī)刈割處理在燕麥成熟期進(jìn)行刈割，采樣方法同多次刈割處理。燕麥粗灰分(Ash)含量使用GB/T6438-92燃燒法在馬弗爐(LE14/16/R6, Nabertherm, Germany)灰化至恒重測(cè)定[24]；粗脂肪(ether extact, EE)含量采用索氏脂肪提取法使用脂肪測(cè)定儀(XT15, Ankom,America)測(cè)定[25]；粗蛋白(crude protein, CP)含量采用凱氏定氮法使用凱氏定氮儀(Kjeltec 2300, Foss Tecator, Sweden)測(cè)定[26]；中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量采用范式洗滌纖維分析法[27]，在纖維測(cè)定儀(2000, Ankom, America)中測(cè)定。各營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)量通過(guò)燕麥產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分含量計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2010 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和建立燕麥干草產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)含量的線性回歸方程，利用Origin 2017 軟 件 作 圖。使 用SPSS 24.0 軟 件 對(duì)5 次刈割的燕麥株高、分蘗數(shù)、干草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分含量進(jìn)行單因素分析。多次刈割與常規(guī)刈割處理的比較使用T 檢驗(yàn)；多次刈割下干草產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)含量的關(guān)系使用簡(jiǎn)單線性相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高

兩年試驗(yàn)中，多次刈割對(duì)燕麥的株高有顯著影響(P＜0.05) (圖1)。2012 年M1、M2和M3各處理之間的株高無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05)，三者均顯著高于M4和M5(P＜0.05)。2013 年M2處理的株高顯著高于M4和M5，M1、M3和M4各處理之間差異不顯著(P ＞ 0.05)，三者均顯著高于M5(P＜0.05)。兩年多次刈割處理的平均株高顯著低于常規(guī)刈割(P ＜0.05)，但株高累積量顯著高于常規(guī)刈割(P＜0.05)，2012 年和2013 年較常規(guī)刈割分別提高60.2%和153.9% (表1)。

圖 1 多次刈割下燕麥的株高Figure 1 Plant height of oat under multiple mowing

表 1 不同處理下燕麥的株高、分蘗數(shù)和產(chǎn)量Table 1 Plant height, tiller number, and yield of oats under different treatments

2.2 分蘗數(shù)

兩年在多次刈割下M2的分蘗數(shù)最多，顯著高于 其 他 刈 割 茬 次(P＜0.05) (圖2)。2012 年，M2、M3和M4的分蘗數(shù)顯著高于M5，分別比M5高45.9%、23.7%和13.7%。2013 年，M1、M2、M3和M4的分蘗數(shù)顯著高于M5，分別比M5高26.4%、74.6%、35.0%和16.4%。兩年多次刈割處理的平均分蘗數(shù)均低于常規(guī)刈割，但總分蘗枝條數(shù)顯著高于常規(guī)刈割，2012 和2013 年較常規(guī)刈割處理分別增加289.3%和 343.8% (表1)。

圖 2 多次刈割下燕麥的分蘗數(shù)Figure 2 Tiller number of oat under multiple mowing

2.3 干草產(chǎn)量

兩年多次刈割處理各茬干草產(chǎn)量大小均為M2＞M1＞ M3＞ M4＞ M5，各處理間差異顯著(P＜0.05)(圖3)。2012 年，M1、M2、M3和M4的干草產(chǎn)量分別 比M5高442.2%、 588.3%、 341.7%和167.4%，2013 年分別高410.5%、456.2%、280.7%和123.1%。兩年多次刈割處理5 茬草的平均干草產(chǎn)量顯著低于常規(guī)刈割，但總干草產(chǎn)量顯著高于常規(guī)刈割，2012 和2013 年較常規(guī)刈割處理分別增加16.3%和36.7% (表1)。

圖 3 多次刈割下燕麥的干草產(chǎn)量Figure 3 Hay yield of oat under multiple mowing

2.4 營(yíng)養(yǎng)成分含量

2012 年M1和M2的NDF、ADF 和CP 含 量 顯著高于M3、M4和M5(P＜0.05)，M1的Ash 含量顯著低于M2、M3、M4和M5，而EE 含量卻顯著高于這4 個(gè) 處 理(表2)。2013 年，M1的NDF 含 量 顯 著高于M4，而與M2、M3和M5差異不顯著(P ＞0.05)；M1和M2的ADF、CP、EE 含 量 顯 著 高 于M5，而Ash 含量顯著低于M5。以上結(jié)果表明，隨著刈割茬次的增加，NDF、ADF、CP 和EE 含量降低，燕麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)下降。

表 2 不同處理下燕麥的營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 2 Nutritional content of oats under different treatments

兩年多次刈割處理的平均NDF 和ADF 含量顯著 低 于 常 規(guī) 刈 割(P＜0.05)，而 平 均Ash、CP 和EE 含量?jī)烧卟町惒伙@著(P ＞ 0.05)。與常規(guī)刈割相比較，2012 年M1和M2處理的粗蛋白含量提高22.8%和28.7%，2013 年提高32.4%和33.3%(表2)。以上結(jié)果表明，與常規(guī)刈割相比，雖然多次刈割處理的平均CP 含量沒(méi)有顯著增加，但明顯提高了前兩次刈割的CP 含量。

2.5 營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)量

2012 年M2的NDF、ADF、Ash、CP 產(chǎn)量顯著高于M1、M3、M4和M5，M1和M2的EE 產(chǎn)量顯著高于M3、M4和M5(P＜0.05) (表3)。2013 年M1和M2的NDF、ADF、Ash、CP 和EE 產(chǎn)量顯著高于M3、M4和M5。以上結(jié)果表明，第2 次刈割的燕麥營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)量較高，之后隨著刈割茬次的增加，燕麥的營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)量下降。

2012 年多次刈割處理的NDF 和ADF 總產(chǎn)量與常規(guī)刈割無(wú)顯著差異，而Ash、CP 和EE 總產(chǎn)量顯著高于常規(guī)刈割，分別比常規(guī)刈割高26.9%、37.9%和17.2% (表3)。2013 年多次刈割處理的Ash、CP 和EE 總產(chǎn)量分別比常規(guī)刈割顯著高出39.8%、66.0%和17.2% (P＜0.05)，而ADF 總產(chǎn)量顯著低于常規(guī)刈割20.0% (P＜0.05)。以上結(jié)果表明，多次刈割較常規(guī)刈割顯著提高了Ash、CP 和EE 總產(chǎn)量，降低了NDF 和ADF總產(chǎn)量，這有利于高品質(zhì)燕麥的生產(chǎn)。

2.6 干草產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)系

在多次刈割和常規(guī)刈割下，燕麥干草產(chǎn)量與分蘗數(shù)極顯著正相關(guān)(P＜0.01) (表4)。多次刈割下燕麥干草產(chǎn)量與ADF 含量和EE 含量極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，常規(guī)刈割下與ADF 含量和EE 含量極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)。多次刈割下燕麥干草產(chǎn)量與Ash 含量極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，常規(guī)刈割下與Ash 含量顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)。

2012 和2013 年干草產(chǎn)量與CP 含量呈多項(xiàng)式線性回歸方程(圖4A)，決定系數(shù)(R2)分別為0.924 7和0.930 8，相關(guān)關(guān)系極顯著(P＜0.01)，擬合效果較好，兩年CP 含量隨干草產(chǎn)量的升高明顯上升。2012 年干草產(chǎn)量與EE 含量的關(guān)系為指數(shù)線性回歸方程(圖4B)，R2為0.131 4 (P ＞ 0.05)；2013 年干草產(chǎn)量與EE 含量的關(guān)系呈多項(xiàng)式線性回歸方程，R2為0.668 2 (P＜0.05)，EE 含量隨干草產(chǎn)量的升高明顯上升。2012 和2013 年干草產(chǎn)量與NDF 含量呈多項(xiàng)式線性回歸方程(圖4C)，R2分別為0.802 0 (P ＜0.01)和0.367 2 (P ＞ 0.05)。2012 和2013 干草年產(chǎn)量與ADF 呈冪線性回歸方程(圖4D)，R2分別為0.877 2(P＜0.01)和0.577 8 (P＜0.05)，ADF 含量隨干草產(chǎn)量的升高明顯上升。2012 和2013 年干草產(chǎn)量和Ash呈多項(xiàng)式線性回歸方程(圖4E)，R2分別為0.313 4(P ＞ 0.05)和0.722 5 (P＜0.01)，兩年Ash 隨干草產(chǎn)量的降低明顯下降。

表 3 不同處理下燕麥的營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)量Table 3 Nutritional component yield of oats under different treatments

表 4 干草產(chǎn)量與株高、分蘗數(shù)及營(yíng)養(yǎng)成分含量之間的person 相關(guān)系數(shù)Table 4 Person correlation coefficient between hay yield and plant height, tiller number, and nutrient content

圖 4 干草產(chǎn)量與各營(yíng)養(yǎng)成分含量的關(guān)系Figure 4 Relationship between hay yield and nutritional content

3 討論

產(chǎn)草量是株高、分蘗數(shù)、莖粗、生長(zhǎng)速率等各項(xiàng)指標(biāo)的綜合表現(xiàn)，它是衡量燕麥品種優(yōu)劣的主要依據(jù)[28]。一些研究表明，在燕麥生長(zhǎng)初期株高增加緩慢，在拔節(jié)至抽穗期急劇增長(zhǎng)[29-30]。Volence等[31]研究表明，牧草的株高、分蘗數(shù)和株叢密度對(duì)牧草產(chǎn)量影響極顯著(P＜0.01)，其中以分蘗數(shù)的作用最大。楊天輝等[32]以多次刈割模擬輪牧的研究表明，4 個(gè)黑麥草品種的分蘗數(shù)、株高、草產(chǎn)量均隨刈割次數(shù)的增加而增加，多次刈割顯著(P ＜0.05)提高了所有黑麥草品種的產(chǎn)量。這可能是由于多次刈割可解除牧草的頂端優(yōu)勢(shì)，且牧草具有補(bǔ)償性生長(zhǎng)的特征[21-22]，從而提高產(chǎn)草量。本研究結(jié)果與以上研究相似，在多次刈割下兩年的燕麥株高累積量、總分蘗枝條數(shù)和總干草產(chǎn)量顯著(P ＜0.05)高于常規(guī)刈割。相關(guān)分析也表明，在多次刈割下干草產(chǎn)量與分蘗數(shù)的相關(guān)性明顯高于株高，說(shuō)明分蘗數(shù)對(duì)產(chǎn)量的作用較大，這與Volence 等[31]的研究結(jié)果一致。雷抒情等[33]研究表明，在燕麥生長(zhǎng)期多次刈割有利于產(chǎn)量的增加，原因可能是燕麥在多次刈割的條件下可解除頂端優(yōu)勢(shì)，刺激莖葉生長(zhǎng)，從而使產(chǎn)量增加。本研究與雷抒情等[33]的研究結(jié)論一致，在多次刈割下的總干草產(chǎn)量顯著(P＜0.05)高于常規(guī)刈割。本研究還發(fā)現(xiàn)，在多次刈割下，第2 次刈割(M2)的分蘗數(shù)和干草產(chǎn)量顯著高于其他茬次。這可能是由于在進(jìn)行第1 次刈割后，燕麥解除了頂端優(yōu)勢(shì)，莖葉生長(zhǎng)加快。另外，這也與降水、氣溫、土壤養(yǎng)分等環(huán)境因素有關(guān)，第1 次刈割后正好進(jìn)入雨季，氣溫也達(dá)到全年最高，土壤養(yǎng)分充足且速效養(yǎng)分增加，從而使燕麥快速生長(zhǎng)，以上原因仍需今后進(jìn)一步的研究和證實(shí)。

牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是評(píng)價(jià)栽培草地的重要指標(biāo)，影響著畜產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[34]。從麥類作物的刈割期來(lái)看，隨著生育期的延長(zhǎng)，粗蛋白含量下降，粗纖維含量增加[35]。本研究結(jié)果與上述相似，與多次刈割相比，常規(guī)刈割延長(zhǎng)了燕麥的生育期，其酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量顯著增加，粗蛋白含量略有下降。產(chǎn)生以上結(jié)果的原因可能是，多次刈割可解除燕麥頂端優(yōu)勢(shì)，刺激莖葉生長(zhǎng)，從而提高燕麥的產(chǎn)量與品質(zhì)。成慧等[36]研究表明，小麥(Triticum aestivum)、燕麥和黑麥(Secale cereale) 3 種小谷物在多次刈割模擬放牧下的粗蛋白產(chǎn)量均顯著高于常規(guī)籽實(shí)生產(chǎn)，粗纖維含量較常規(guī)籽實(shí)生產(chǎn)分別低 42.9%、53.0%和21.9%。楊天輝等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)干草收獲相比，多次刈割顯著(P＜0.05)降低了黑麥草的粗纖維含量，顯著(P＜0.05)提高了粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量；并且多次刈割處理使3 個(gè)高糖黑麥草的草產(chǎn)量、粗蛋白和粗脂肪的產(chǎn)量增加。本研究結(jié)果與以上相似，兩年試驗(yàn)多次刈割較常規(guī)刈割顯著降低平均酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量，提高平均粗蛋白、粗灰分含量，并且顯著提高了粗蛋白、粗脂肪和粗灰分的產(chǎn)量，降低了酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的產(chǎn)量。綜上所述，在黃土高原地區(qū)多次刈割較常規(guī)刈割顯著提高了燕麥干草產(chǎn)量，并改善其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

4 結(jié)論

多次刈割較常規(guī)刈割顯著提高燕麥的株高累積量、總分蘗枝條數(shù)和總干草產(chǎn)量，并且顯著降低酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量，提高粗蛋白和粗灰分含量，改善了燕麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。多次刈割較常規(guī)刈割顯著提高粗蛋白、粗灰分和粗脂肪的產(chǎn)量，獲得了更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此，多次刈割是一種黃土高原地區(qū)燕麥草地的合理利用方式。