陳美镕,聶曉偉,張學(xué)民,王宗松,宋趙有,阿 旺,王 奇,汪詩(shī)平,李耀明,斯確多吉,張 林,嚴(yán) 俊,周華坤,石培禮,姜麗麗*

(1.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049;3.北京林業(yè)大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院,北京 100091;4.妙盈靈碳信息科技(北京)有限公司,北京 100020;5.那曲市農(nóng)牧業(yè)(草業(yè))科技研究推廣中心,西藏 那曲 852000;6.中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所青海省寒區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海 西寧 810008;7.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101)

西藏是我國(guó)五大牧區(qū)之一,畜牧業(yè)是西藏經(jīng)濟(jì)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)支柱產(chǎn)業(yè)[1],其中藏北地區(qū)(主要是那曲市和阿里地區(qū))的牲畜數(shù)量約占全區(qū)的1/3[2],其畜牧業(yè)收入占比地區(qū)總收入的80%以上[3]。發(fā)展畜牧業(yè)的基礎(chǔ)是牧草,草地牧草產(chǎn)量是畜牧業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素[4-5]。然而以高寒草地生態(tài)系統(tǒng)為主的藏北地區(qū),由于受氣候變化、過載放牧等影響,天然草地生產(chǎn)力低下、退化現(xiàn)象嚴(yán)重,草畜矛盾尖銳[6-8]。在藏北地區(qū)建植人工草地,種植優(yōu)良牧草不僅能有效緩解天然草地的放牧壓力,增加飼草供給,解決草畜矛盾,推動(dòng)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,還有利于天然草地的生態(tài)恢復(fù)[7-10]。

那曲地區(qū)的人工草地建設(shè)最早可追溯到20世紀(jì)70年代[11],但受制于地理環(huán)境條件和氣候因素,以及當(dāng)?shù)啬敛萜贩N選擇、牧草生產(chǎn)利用方式不科學(xué)等,那曲人工草地鮮草總產(chǎn)量較低,位列西藏各市的末位[8,11]。截至目前,那曲地區(qū)能否建植人工草地仍然是理論和生產(chǎn)實(shí)踐爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。段呈等[8]認(rèn)為那曲地區(qū)雖然降水豐沛,但絕大部分區(qū)域的積溫?zé)o法滿足人工牧草生育期積溫的需求;而生產(chǎn)實(shí)踐中卻有燕麥(Avenasativa)等在那曲地區(qū)成功種植的案例,甚至產(chǎn)量(鮮草)可達(dá)天然草地產(chǎn)草量的50～100倍[11-13]。因此,那曲地區(qū)是否能建植人工草地,以及哪些牧草品種適宜在那曲地區(qū)建植人工草地是科研工作者及地方政府都非常關(guān)注的問題,也是那曲地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展亟需回答的問題。

本研究通過開展那曲適宜栽培牧草篩選試驗(yàn),篩選出產(chǎn)量高,適合那曲本地的牧草,同時(shí)通過調(diào)查那曲天然草地的地上生物量以及文獻(xiàn)收集中國(guó)四大草原區(qū)其他人工草地的產(chǎn)量,以期對(duì)比回答以下兩個(gè)問題：(1)那曲地區(qū)能否建植高產(chǎn)人工草地?(2)哪些高產(chǎn)抗寒牧草適宜在那曲地區(qū)建植人工草地?以期為西藏高寒牧區(qū)的人工牧草的引種與示范種植及后續(xù)推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于藏北高原的腹地那曲市色尼區(qū)(31°16′35″ N,92°06′19″ E;海拔4 450 m),鄰近那曲縣嘎爾德畜牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司,地處唐古拉山脈與念青唐古拉山脈之間的那曲河流域,地勢(shì)相對(duì)平坦。該地區(qū)屬于高原亞寒帶季風(fēng)半濕潤(rùn)氣候區(qū),年平均氣溫為-2.1℃,年降水量為406.2 mm,多集中在6—9月。年蒸發(fā)量為1 810.3 mm,相對(duì)濕度只有51%(氣候數(shù)據(jù)來源：http：//www.horn.ac.cn/)。全年沒有絕對(duì)無霜期,每年10月至次年5月為風(fēng)雪期和土壤凍結(jié)期,而6月至8月為生長(zhǎng)期。試驗(yàn)區(qū)的草地類型屬高山嵩草草地[14],植被類型是典型的高寒草甸,植物優(yōu)勢(shì)種有小嵩草(Kobresiapygmaea)、矮生嵩草(Kobresiahumilis)、二裂委陵菜(Potentillabifurca)和釘柱委陵菜(Potentillamultifida)等。土壤類型是高山草甸土,土壤發(fā)育相對(duì)年輕且質(zhì)地較為粗糙[14]。

1.2 試驗(yàn)材料

挑選抗寒抗旱積溫需求低的一年生或多年生牧草共57種(包含品種)(詳見表1),其中蕪菁(Brassicarapa)18個(gè)品種種子由中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所提供,紫花苜蓿(Medicagosativa)23個(gè)品種由北京正道種業(yè)有限公司和佰清源種子公司提供,苦荬菜(Ixerispolycephala)和菊苣(Cichoriumintybus)在京東商城購(gòu)買,綠麥草(Triticumsecale)來自于青海省種子公司,其他牧草的種子均由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。

表1 牧草篩選的試驗(yàn)材料Table 1 Experimental materials for forage species screening

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年5月中旬(5月15日—5月20日)開始播種,于生長(zhǎng)季末(8月31日)收獲,播種前進(jìn)行樣方建設(shè)、整地、施底肥(農(nóng)家肥1 000 g·m-2)和澆水。試驗(yàn)小區(qū)總面積為60 m×68 m,樣方布設(shè)包含10 m×10 m(大樣方)和2 m×2 m(小樣方)兩種規(guī)格,不同樣方間隔均為1 m,其中小樣方的設(shè)置旨在探究禾豆混播的適宜比例及水肥管理的問題。綠麥草與箭筈豌豆在小樣方中按不同比例(綠麥草∶箭筈豌豆= 1∶0或5∶1或10∶1)混播,其中綠麥草的播種量為337.5 kg·hm-2;其余牧草在大樣方中按行距30 cm起壟單行點(diǎn)播(蕪菁)和撒播(其他牧草)種植,蕪菁的播種量為每穴3粒,其他牧草的播種量為15～45 kg·hm-2,播后覆土澆水。小樣方在生長(zhǎng)季早期隔4天澆水一次,每次澆水0.02 m3·(4 m2)-1,雨季停止?jié)菜?并在生長(zhǎng)季內(nèi)追施2次復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=25∶10∶16)和2次尿素共4次,間隔5天,每次25 g·m-2。大樣方在生長(zhǎng)季內(nèi)隔一周澆水1次,并追施復(fù)合肥2次,間隔20天左右,每次16 g·m-2。

1.4 牧草產(chǎn)量的測(cè)定方法

本試驗(yàn)利用0.1 m×1 m的樣方框確定收獲范圍,對(duì)生長(zhǎng)良好的牧草進(jìn)行統(tǒng)一收獲。在生長(zhǎng)良好的牧草種植范圍內(nèi),隨機(jī)選取3個(gè)0.1 m×1 m的樣段,對(duì)牧草進(jìn)行單株收獲或刈割并測(cè)定其鮮重。由于蕪菁地上和地下部分均可飼用,故在樣段內(nèi)采取單株收獲,同時(shí)收獲其地上和地下部分;除蕪菁外的其他牧草留茬5 cm后,刈割其地上部分。蕪菁的鮮草產(chǎn)量根據(jù)收獲的單株鮮重及單位面積(hm2)可種植的蕪菁株數(shù)獲得,其他牧草的鮮草產(chǎn)量根據(jù)刈割區(qū)面積以及牧草鮮重?fù)Q算得到;干草產(chǎn)量由收獲的單株蕪菁或刈割的其他牧草鮮樣在65℃下烘干至恒重進(jìn)一步通過計(jì)算獲得。

1.5 越冬能力

于播種次年(2022年)的生長(zhǎng)季初期,實(shí)地監(jiān)測(cè)多年生牧草的越冬情況,通過觀察樣地中的多年生牧草是否成功出苗進(jìn)行判斷,有成功出苗的則認(rèn)為該種牧草可越冬,無成功出苗的即為不可越冬。

1.6 數(shù)據(jù)收集與處理

1.6.1試驗(yàn)區(qū)人工草地產(chǎn)量數(shù)據(jù)收集 依據(jù)1.3和1.4收集計(jì)算本試驗(yàn)成功收獲的牧草產(chǎn)量作為試驗(yàn)區(qū)人工草地的產(chǎn)量。

1.6.2那曲天然草地產(chǎn)量調(diào)查數(shù)據(jù)收集 2021年8月,團(tuán)隊(duì)參加西藏林勘院草地三調(diào)任務(wù),調(diào)查那曲地區(qū)高寒荒漠、高寒草原和高寒草甸的天然草地?cái)?shù)據(jù),基于此獲得那曲地區(qū)高寒荒漠、高寒草原和高寒草甸的天然草地平均干草產(chǎn)量,結(jié)合西藏高原不同草地類型牧草的平均干鮮比[15]換算得到不同類型草地的平均鮮草產(chǎn)量。

1.6.3中國(guó)四大草原區(qū)其他人工草地產(chǎn)量數(shù)據(jù)收集 中國(guó)草原按照區(qū)域性的特點(diǎn)可以劃分為四大草原區(qū)[16]：1)北方干旱半干旱草原區(qū);2)東北華北濕潤(rùn)半濕潤(rùn)草原區(qū);3)南方草地區(qū);4)青藏高寒草原區(qū)。不同草原區(qū)的其他人工草地的平均產(chǎn)量取3篇及以上文獻(xiàn)中人工草地牧草產(chǎn)量數(shù)據(jù)的均值,數(shù)據(jù)來源如表2所示。

表2 其他人工草地的平均牧草產(chǎn)量來源Table 2 Source of data on the average yield of forages in other artificial grasslands

1.6.4數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用Microsoft Excel 2019進(jìn)行前期的數(shù)據(jù)整理,取不同處理下牧草產(chǎn)量指標(biāo)的均值作為不同牧草的最終產(chǎn)量數(shù)據(jù)(其中蕪菁的產(chǎn)量為18個(gè)蕪菁品種地上和地下部分總產(chǎn)量的均值;綠麥草、箭筈豌豆的產(chǎn)量分別為不同混播比例下對(duì)應(yīng)牧草產(chǎn)量的均值),那曲天然草地平均產(chǎn)量及四大草原區(qū)其他人工草地的平均產(chǎn)量為本試驗(yàn)的對(duì)比值,采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)比試驗(yàn)區(qū)人工草地的平均產(chǎn)量與其他草原區(qū)人工草地的平均產(chǎn)量的差異,用Origin 2022進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 未能成功收獲的牧草出苗及生長(zhǎng)情況

本試驗(yàn)同期種植的虉草、冰草和紅豆草出苗很晚、整個(gè)生長(zhǎng)季未真正展葉生長(zhǎng),因此在生長(zhǎng)過程中即被淘汰。在中國(guó)東北地區(qū)的抗寒牧草苦荬菜和菊苣在本試驗(yàn)中出苗較好,但產(chǎn)量非常低,因此在收獲前被淘汰?！披悺荷健t三葉與‘鄂收’‘紅龍’紅三葉的長(zhǎng)勢(shì)和生物量無明顯差異,18個(gè)紫花苜蓿品種以及紫花苜?！圮?01包衣’‘佰苜202包衣’和‘佰苜201’‘佰苜202’在長(zhǎng)勢(shì)和生物量上也無明顯差異,因此未再單獨(dú)收獲‘炫麗’‘岷山’紅三葉以及18個(gè)紫花苜蓿品種和紫花苜蓿‘佰苜201包衣’‘佰苜202包衣’等品種牧草,而是分別以‘鄂收’‘紅龍’紅三葉和‘佰苜201’‘佰苜202’作為紅三葉和紫花苜蓿多個(gè)品種的代表。

2.2 成功收獲的13種牧草的產(chǎn)量分析

如圖1所示本試驗(yàn)在播種當(dāng)年成功收獲13種牧草。這些牧草在播種當(dāng)年均有良好的生長(zhǎng)情況,其鮮草產(chǎn)量范圍為10.37～180.39 t·hm-2(圖1a),干草產(chǎn)量范圍為1.88～34.39 t·hm-2(圖1b)。其中,包含5種一年生牧草和8種多年生牧草。在5種一年生牧草中,燕麥和綠麥草屬于禾本科牧草,蕪菁和飼用油菜屬于十字花科牧草,箭筈豌豆屬于豆科牧草;而在8種多年生牧草中,老芒麥、垂穗披堿草和黑麥草為禾本科牧草,紅三葉的2個(gè)品種(‘鄂收’‘紅龍’)和紫花苜蓿的3個(gè)品種(‘佰苜201’‘佰苜202’‘綠思樂’)均屬于豆科牧草。

由圖2可知3種不同類型天然草地(高寒荒漠、高寒草原、高寒草甸)的平均鮮草產(chǎn)量為0.24～2.16 t·hm-2,干草產(chǎn)量為0.12～0.8 t·hm-2。與之相比,本試驗(yàn)成功收獲的13種牧草的產(chǎn)量均高于那曲不同類型天然草地的產(chǎn)量。其中,5種禾本科牧草(燕麥、綠麥草、老芒麥、垂穗披堿草和黑麥草)和2種十字花科牧草(蕪菁和飼用油菜)在播種當(dāng)年的鮮草產(chǎn)量為54.59～180.39 t·hm-2,干草產(chǎn)量10.52～34.39 t·hm-2,分別達(dá)到那曲天然草地平均鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量的83～227倍和42～88倍。

圖1 成功收獲的13種牧草產(chǎn)量Fig.1 Yield of 13 forages successfully harvested

圖2 那曲天然草地產(chǎn)量Fig.2 Yield of natural grasslands in Nagqu

圖3顯示了試驗(yàn)區(qū)與其他人工草地的平均產(chǎn)量及對(duì)比結(jié)果,由圖可知試驗(yàn)區(qū)人工草地的平均鮮草產(chǎn)量為60.24 t·hm-2,干草產(chǎn)量為12.14 t·hm-2;中國(guó)四大草原區(qū)其他人工草地的平均鮮草產(chǎn)量為17.98～61.46 t·hm-2,干草產(chǎn)量為3.53～9.82 t·hm-2。本試驗(yàn)區(qū)人工草地的平均鮮草產(chǎn)量與南方草地區(qū)人工草地的產(chǎn)量無顯著差異,而顯著高于其他3個(gè)草原區(qū)人工草地的平均鮮草產(chǎn)量(P<0.05);本試驗(yàn)區(qū)人工草地的平均干草產(chǎn)量與南方草地區(qū)和青藏高寒草原區(qū)無顯著差異,但高于其他2個(gè)草原區(qū)的人工草地干草產(chǎn)量。綜合圖3的兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果可知,本試驗(yàn)區(qū)人工草地的平均產(chǎn)量不低于中國(guó)四大草原區(qū)人工草地的平均產(chǎn)量。

圖3 試驗(yàn)區(qū)與其他區(qū)域人工草地的產(chǎn)量Fig.3 Comparison of the yield of artificial grasslands in the study area with other areas注：不同小寫字母表示試驗(yàn)區(qū)與其他區(qū)域人工草地產(chǎn)量之間的差異顯著(P<0.05)Note：Different lowercase letters indicate a significant difference at the 0.05 level between the study area and the other areas for the yields of the artificial grasslands

2.3 越冬能力分析

根據(jù)次年的實(shí)地觀察,播種當(dāng)年成功收獲的3種多年生禾本科牧草中,只有老芒麥和垂穗披堿草這2種禾本科牧草成功出苗,而黑麥草并未成功出苗。此外,播種當(dāng)年成功收獲的5個(gè)多年生豆科牧草品種在次年均未能成功出苗。

3 討論

此前的研究從牧草積溫需求考慮,認(rèn)為那曲地區(qū)無法滿足人工牧草生育期的積溫需求(以低積溫需求的燕麥為例),也不適宜選育積溫需求較高的牧草(如披堿草),因?yàn)闀?huì)面臨較高的凍害風(fēng)險(xiǎn)[8]。然而,本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)無論是燕麥還是垂穗披堿草在試驗(yàn)區(qū)(海拔4 450 m)都能保持良好的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng);在水肥條件保障充分的情況下,這些牧草還可能取得較高的牧草產(chǎn)量。本試驗(yàn)表明,充分利用生長(zhǎng)季、并在水肥充足的情況下,試驗(yàn)區(qū)能滿足牧草的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),并可達(dá)到高效生產(chǎn)的目標(biāo)。這在一定程度上證明了那曲地區(qū)建植人工草地的可行性。此外,本試驗(yàn)收獲的‘阿壩燕麥’干草產(chǎn)量為16.89 t·hm-2,高于張光雨等[56]在西藏拉薩當(dāng)雄(海拔4 333 m)種植的‘阿壩燕麥’產(chǎn)量約7 t·hm-2。不同研究中燕麥產(chǎn)量的差異可能是由不同區(qū)域的生境條件差異(如溫度、水分、土壤養(yǎng)分)所致[58],也有可能受不同的播種方案(如播種量、播種方式等)[61-63]、田間管理措施(如施肥、澆水、滅除雜草等)的影響[64]。相關(guān)研究表明,高寒牧區(qū)的土壤氮素含量是垂穗披堿草產(chǎn)量的制約因素,適量補(bǔ)充氮素能夠顯著提高垂穗披堿草人工草地的產(chǎn)量,并抑制雜草的養(yǎng)分和空間競(jìng)爭(zhēng)能力[65];同時(shí)生育期內(nèi)適量的灌溉(≤ 4次)可提高牧草產(chǎn)量[66],可見合理的水肥管理對(duì)于高產(chǎn)人工草地的建植具有重要意義。在實(shí)踐生產(chǎn)中,還需要注重人工草地的后期維護(hù)和管理,如滅除雜草、對(duì)長(zhǎng)期進(jìn)行人工草地種植的土壤施用氮肥和磷肥以提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)等。但這些生產(chǎn)管理過程的方法學(xué)研究仍需加強(qiáng),以解決退化草地的修復(fù)和人工草地的可持續(xù)利用面臨的實(shí)際問題[64]。

牧草產(chǎn)量是衡量牧草生產(chǎn)能力和環(huán)境適應(yīng)能力的重要指標(biāo)[67]。本試驗(yàn)成功收獲的生長(zhǎng)良好的牧草共13種(含品種),其中4種高產(chǎn)的禾本科牧草(2種可越冬的多年生牧草：燕麥、綠麥草;2種一年生牧草：老芒麥、垂穗披堿草)和2種高產(chǎn)的十字花科牧草(蕪菁和飼用油菜)是本試驗(yàn)首要推廣種植的牧草。需要說明的是,蕪菁的高產(chǎn)量主要為地下部分貢獻(xiàn),約為蕪菁地上地下平均總產(chǎn)量的60%。此外,本試驗(yàn)未考慮那曲地區(qū)常用的人工草地牧草品種青稞,理論上青稞能在那曲地區(qū)種植[8],且實(shí)踐中那曲也有多年種植青稞的歷史[68],因此本試驗(yàn)未對(duì)青稞進(jìn)行篩選。

而5個(gè)品種的多年生豆科牧草(紅三葉：‘鄂收’‘紅龍’;紫花苜蓿：‘佰苜201’‘佰苜202’‘綠思樂’)和1種多年生禾本科黑麥草在種植過程中未能成功越冬,做為一年牧草種植可以考慮,但不建議做為多年生牧草種植。一年生豆科牧草箭筈豌豆易倒伏(株高>50 cm以上),不建議進(jìn)行單獨(dú)播種,但可考慮其與禾草混播,并探求適宜的混播比例以期發(fā)揮禾豆混播優(yōu)勢(shì)[69-70]。同時(shí),本試驗(yàn)結(jié)果表明老芒麥和垂穗披堿草在播種當(dāng)年有較高產(chǎn)量,并且可以成功越冬,但這只能證明其可作為多年生牧草種植。關(guān)于老芒麥和垂穗披堿草在越冬后的第二年及其后續(xù)年份能否保持穩(wěn)定產(chǎn)量,并且是否適合作為多年生牧草在那曲地區(qū)建植人工草地在本實(shí)驗(yàn)中尚不能確定。

4 結(jié)論

單從當(dāng)季牧草產(chǎn)量上看,本試驗(yàn)成功收獲的13種牧草的干草產(chǎn)量均高于天然草地,且13種牧草的平均產(chǎn)量不低于四大草原區(qū)其他人工草地的產(chǎn)量,表明那曲地區(qū)種植以上13種牧草并加以適當(dāng)?shù)乃使芾?是能夠建植高產(chǎn)人工草地的。綜合考慮播種當(dāng)年牧草出苗及生長(zhǎng)情況和多年生牧草次年的越冬能力,燕麥、綠芒草、蕪菁、飼用油芽、老芒麥和垂穗披堿草是本試驗(yàn)優(yōu)先篩選出的適宜在本地區(qū)栽培利用的高產(chǎn)抗寒的牧草。后續(xù)研究可進(jìn)一步深入分析本試驗(yàn)中所篩選出的高產(chǎn)牧草的飼用品質(zhì),探求綠麥草與箭筈豌豆適宜的混播比例及水肥管理措施,具體討論不同蕪菁品種的差異,對(duì)高產(chǎn)、高品質(zhì)的蕪菁品種進(jìn)行進(jìn)一步篩選和推廣種植。