巴林右旗干草原主要牧草的營養成分季節動態與飽和鏈烷烴組成結構的研究

李寶棟，鄧宇，孫海洲，趙瑞霞，薩其仍貴，李曉燕，紅敏，桑丹，張春華,任曉萍

(1.赤峰市農牧科學研究院，內蒙古 赤峰 024031；2.內蒙古自治區農牧業科學院，內蒙古 呼和浩特 010031；3.內蒙古黃羊洼草業有限公司，內蒙古 赤峰 024300)

合理規劃草地載畜量以及有效提高放牧飼養經濟效益是草原畜牧業的研究重點，其中了解牧草營養成分季節變化規律和揭示草食家畜采食結構之間有著緊密的聯系。地理特點和氣候條件的不同使得各地區草原的牧草種類和生長規律也存在一定的差異，需要開展大量有針對性的實地研究。

巴林右旗位于赤峰市北部，是中東部農牧交錯帶優勢區內蒙古自治區入選的4個代表縣之一[1]，該旗天然草原面積為85.75萬hm2[2]，草地群落有27科78種植物[3]，具有發展草原畜牧業的有利條件。但以西拉沐淪蘇木為代表的一些草場，退化現象突出，急需根據牧草營養變化規律合理載畜量，從而有效保護脆弱的草地生態。

多年來研究者們一直致力于準確地測定放牧家畜的采食量，其中飽和鏈烷烴法被認為是一種較為可行的方法[4]，孫澤威等[5]研究指出牧草鏈烷烴濃度模式的顯著差異是鏈烷烴技術得以應用的必要條件。

本研究旨在通過對牧草營養成分和飽和鏈烷烴濃度的分析，揭示巴林右旗干草原主要牧草營養成分的季節變化規律以及應用飽和鏈烷烴法估測該地草食家畜采食結構的可行性，為巴林右旗草原畜牧業的發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗草樣采集和制備

試驗草樣采集地點為赤峰市巴林右旗西拉沐淪蘇木，地理坐標為E 119°20′-120°6′，N 43°15′-43°38′，平均海拔550.6 m。該地區草地植物類型為干草原，自然氣候屬大陸性半干旱氣候。年降水350 mm且主要集中在7-9月，年積溫2900～3100 ℃，農作物生長期可達150 d。

本研究在該區域采用星點布局法選擇樣地，每個樣地隨機選取3個1.0 m×1.0 m的樣方，分別于2016年5、7、10月及2017年1月采集代表春、夏、秋、冬季牧草生長情況的樣品。采集草樣時，齊地面剪取每個樣方中同一種草樣，稱取每種草樣的鮮重，用紙包裝，風干后粉碎過1 mm網篩，之后用封口袋分裝置于冰箱冷凍保存，待測其他指標。所采10種常見草樣包括艾草(Artemisiaargyi)、達烏里胡枝子(Lespedezadavurica)、狗尾草(Setariaviridis)、尖葉胡枝子(Lespedezahedysaroides)、檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)、冷蒿(Artemisiafrigida)、草麻黃(Ephedrasinica)、羊草(Leymuschinensis)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、克氏針茅(Stipakrylovii)。

對該地區草地群落組成的調查表明，艾草、冷蒿所屬的菊科占比為17.9%，狗尾草、羊草、糙隱子草、克氏針茅所屬的禾本科占比為15.4%，達烏里胡枝子、尖葉胡枝子、檸條錦雞兒所屬的豆科占比為12.8%，為主要的植物群落，其中羊草為優勢物種。

1.2 試驗草樣指標的測定

1.2.1營養成分測定 風干基礎上，采用烘箱干燥法測定干物質(dry matter, DM)含量，采用凱氏定氮法測定粗蛋白(crude protein, CP)含量，采用干灰化法測定粗灰分(crude ash, Ash)含量，采用高錳酸鉀滴定法測定鈣(calcium, Ca)含量，采用鉬黃比色法測定總磷(total phosphorus, TP)含量[6]，并按照張麗英[6]的方法測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量。

1.2.2飽和鏈烷烴濃度測定 除狗尾草、克氏針茅外，選擇7、10月采集到的其余8種草樣分別測定C27、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35飽和鏈烷烴濃度，測定方法按照林立軍等[7]所述，并結合試驗條件略有修改。使用的氣相色譜儀為安捷倫7890B，配FID檢測器，使用的自動液體進樣器為安捷倫G4513A，色譜柱為HP-5，空氣壓縮機為SPB-3，C27、C29～C35飽和鏈烷烴標樣購自農業農村部環境保護科研監測所。

1.3 數據整理與統計分析

采用Excel 2016進行數據整理，使用SPSS 20進行營養成分含量和各飽和鏈烷烴濃度的統計分析。

2 結果與分析

2.1 干草原牧草營養成分的季節變化

除了草麻黃的DM含量5月顯著低于10月(P<0.05)，其余各草樣DM含量在4個采樣時間點差異不顯著(P>0.05)(表1)。草麻黃的CP含量從5月到翌年1月逐季顯著降低(P<0.05)，達烏里胡枝子、尖葉胡枝子、檸條錦雞兒、冷蒿、羊草的CP含量從5月到翌年1月逐季極顯著降低(P<0.01)。冷蒿的Ca含量在7月顯著低于其余3個采樣時間點(P<0.05)，艾草、達烏里胡枝子、狗尾草、尖葉胡枝子、羊草、糙隱子草、克氏針茅的Ca含量在7月極顯著低于其余3個采樣時間點(P<0.01)；除狗尾草外，其余草樣的Ca含量10月最高(P<0.01)。艾草、尖葉胡枝子、檸條錦雞兒、冷蒿、草麻黃、糙隱子草的TP含量在10月極顯著低于其余3個采樣時間點(P<0.01)；狗尾草、尖葉胡枝子、冷蒿、草麻黃、羊草、克氏針茅的TP含量5月最高(P<0.01)。NDF、ADF、Ash含量的季節變化在各草樣之間沒有統一的規律。

多數草樣DM含量與其他營養成分間的相關關系不顯著(P>0.05)(表2)。分析NDF和ADF含量間的相關關系，糙隱子草、克氏針茅都呈正相關但不顯著(P>0.05)，冷蒿呈顯著的正相關(P<0.05)，其余7種草樣都呈極顯著的正相關(P<0.01)。分析ADF和Ca含量間的相關關系，羊草呈正相關但不顯著(P>0.05)，達烏里胡枝子、狗尾草都呈顯著的正相關(P<0.05)，其余7種草樣都呈極顯著的正相關(P<0.01)。分析ADF與TP含量間的相關關系，檸條錦雞兒、草麻黃、羊草都呈負相關但不顯著(P>0.05)，其余7種草樣都呈極顯著的負相關(P<0.01)。分析Ca與TP含量間的相關關系，狗尾草、克氏針茅都呈顯著的負相關(P<0.05)，其余8種草樣都呈極顯著的負相關(P<0.01)。其余營養成分間的相關關系在多數草樣中規律不一致。

2.2 干草原牧草飽和鏈烷烴組成結構對比

對7、10月采集到的8種草樣各自的8種主要飽和鏈烷烴濃度進行方差分析(表3,4),7種草樣C29和C31飽和鏈烷烴的濃度極顯著高于其余6種飽和鏈烷烴(P<0.01)，檸條錦雞兒、冷蒿C29飽和鏈烷烴濃度最高(P<0.01)，糙隱子草、羊草、夏季7月達烏里胡枝子、尖葉胡枝子、艾草、草麻黃C31飽和鏈烷烴濃度最高(P<0.01)。秋季10月達烏里胡枝子的C29和C31飽和鏈烷烴濃度分別為(46.35±1.39)和(46.12±1.39) μg·g-1。7月采集的8種草樣，奇數鏈烷烴合計濃度占8種飽和鏈烷烴合計濃度的78%～93%，偶數鏈烷烴合計濃度占比為7%～22%；10月采集的8種草樣，奇數鏈烷烴合計濃度占8種飽和鏈烷烴合計濃度的86%～99%，偶數鏈烷烴合計濃度占比為1%～14%。C34、C35飽和鏈烷烴只在夏季7月羊草、夏季7月檸條錦雞兒、夏季7月達烏里胡枝子和艾草中檢出。

將各草樣飽和鏈烷烴濃度值標準化后，進行主成分分析，獲得主成分值Z1、Z2及綜合主成分值Z。Z1和Z2的初始特征值對鏈烷烴組成結構的累計方差貢獻率，7月為82.45%、10月為95.77%(表5)。對Z1、Z2、Z進行方差分析(表6,7),分析7月各草樣的飽和鏈烷烴組成結構，8種草樣間的對比至少有一個主成分值差異顯著(P<0.05)(表6)。對比10月各草樣的飽和鏈烷烴組成結構，羊草、草麻黃間的Z1、Z2、Z值差異不顯著(P>0.05)，秋季10月達烏里胡枝子不符合應用條件，其余草樣間的對比至少有一個主成分值差異顯著(P<0.05)(表7)。

3 討論

3.1 干草原牧草營養成分的季節動態分析

DM作為牧草除水分外各種成分的總和，其含量似乎具有穩定性，郭彥軍等[8]發現東祁連山高寒草甸幾種灌木和牧草6-9月干物質含量差異不顯著(P>0.05)，本研究所采集的草樣的DM含量同樣在4個時間點變化不顯著(P>0.05)。對于CP含量，楊澤新等[9]指出隨著牧草生育階段的增加與植株葉片的枯黃，CP含量呈線性下降，谷英等[10]對毛烏素沙地荒漠化草原區8種牧草的研究也表明蛋白質從春季到冬季均逐季下降，通過采集5月到翌年1月的干草原牧草，本研究再次驗證這一規律。所采集的10種草樣的NDF、ADF和Ash含量沒有一致的季節變化規律，與吳克順等[11]對8種阿拉善荒漠草地牧草探討得出的規律相近，薛樹媛等[12]對15種灌木、半灌木和牧草的研究也表明Ash含量隨不同生長期沒有變化規律。鈣和磷是草食家畜最為重要的礦物質營養元素且彼此聯系緊密，周學輝等[13]研究青藏高原高寒草甸草場發現牧草TP含量幼嫩期最高，Ca含量生長末期最高，本研究中艾草等9種草樣的Ca含量10月最高，狗尾草等6種草樣的TP含量5月最高，驗證了這一觀點。基于各草樣CP含量逐季降低的情況，當地牧民按照營養需要為放牧家畜補飼相應的蛋白飼料十分必要。

NDF和ADF是粗纖維的細化指標，其含量直接影響放牧家畜的采食量，本研究中8種干草原草樣的NDF與ADF含量顯著正相關，與梁建勇等[14]在對甘南高寒草地牧草和新疆溫性草原牧草的研究中得出的結論相似。本課題組還發現采集的多數干草原牧草ADF和Ca含量與TP含量有著相反且明顯的相關關系，這與張閱軍等[15]的研究結果相近，該研究指出牧草ADF和Ca含量與生育期顯著正相關，TP含量與之相反。鈣和磷的緊密聯系在相關性分析中再次得到驗證，所采集的各草樣的Ca和TP含量之間的負相關性可能造成牧草鈣磷比增加和磷含量不足，但相關報道較少，需進一步研究，草樣采集地牧民因此需要提高放牧家畜日糧磷含量，使鈣磷平衡供給。

3.2 干草原牧草飽和鏈烷烴組成結構分析

Zhang等[16]、Smith等[17]以及崔占鴻等[18]研究都指出，植物表皮中奇數飽和鏈烷烴含量遠大于偶數飽和鏈烷烴，其中C31和C29飽和鏈烷烴含量最高。本研究中8種干草原草樣有6種的C31飽和鏈烷烴濃度最高，2種的C29飽和鏈烷烴濃度最高，且奇數飽和鏈烷烴合計濃度遠高于偶數飽和鏈烷烴，但并不是每種奇數飽和鏈烷烴濃度都高于偶數飽和鏈烷烴。Casson等[19]和肖金玉等[20]研究都指出草樣中的飽和鏈烷烴濃度大于50 μg·g-1才能應用雙烷烴法估測草食家畜的采食量，試驗中除秋季10月達烏里胡枝子外，其他草樣飽和鏈烷烴濃度都符合此應用條件。

植物表皮的蠟質含有碳原子數為21～37的飽和鏈烷烴，隨著季節和植物品種的不同其濃度和比例也會不同，這一特征可用于對食草動物所食植物種類和數量組成等的推測[4]。為了將所測定的8種飽和鏈烷烴的濃度綜合起來用于研究草樣的飽和鏈烷烴組成結構，本研究使用了主成分分析，Chen等[21]的研究指出，用于分析的主成分值只要有一個差異顯著(P<0.05)就可以區分兩種草樣的飽和鏈烷烴模式。試驗中，7和10月多數干草原草樣的飽和鏈烷烴濃度的主成分值Z1、Z2有明顯差異，具有可區分性。

巴林右旗干草原的主要牧草的飽和鏈烷烴組成特征，具備應用飽和鏈烷烴法估測草食家畜采食結構的基本條件，但需提高方法的區分度。

4 結論

10種巴林右旗干草原草樣中，多數草樣從5月到翌年1月CP含量顯著地逐季降低(P<0.05)，Ca含量10月最高(P<0.01)，TP含量5月最高(P<0.01)；多數草樣的ADF與NDF含量極顯著正相關(P<0.01)，Ca與TP含量極顯著負相關(P<0.01)。

8種采自7、10月的干草原草樣中，多數草樣的C29、C31飽和鏈烷烴濃度極顯著高于其余6種飽和鏈烷烴(P<0.01)，且多數草樣的飽和鏈烷烴濃度的主成分值Z1、Z2差異顯著(P<0.05)。