西藏林芝河谷地帶紫花苜蓿和高羊茅混播牧草品質研究

王明濤， 趙玉紅， 苗彥軍， 馬素潔， 孫 磊， 徐雅梅， 包賽很那， 周 龍

(1.西藏高原生態研究所， 西藏 林芝 860000； 2.西藏農牧學院動物科學學院， 西藏 林芝 860000；3.西藏農牧學院電氣工程學院， 西藏 林芝 860000)

建植人工草地是提高草地生產力和促進傳統畜牧業持續健康發展的重要舉措[1-2]，也是實施生態恢復和保護草地生態系統的物質基礎[3-4]。由傳統的天然草地放牧方式為主的畜牧業生產，向以優質高產人工草地為基礎的現代化草地畜牧業生產方式轉型，已是我國高寒地區畜牧業健康持續發展的必由之路[5]。

牧草混播技術是人工草地建植最廣泛的利用模式，相關研究顯示混播人工草地通過合理的草種配置可促進不同牧草的種間作用[6-7]，協同利用光能、空間、養分和水分等資源[8-9]，有效的提高土地單位面積上的牧草品質、產量和使用年限[10-11]，其高產穩定的特性要明顯好于單播建植的人工草地[12-13]。西藏地處青藏高原腹地，地域遼闊，海拔梯度大，氣候條件差異明顯[14-15]，魏學紅等[16]分析認為西藏“一江兩河”流域是自然條件最好的區域，具有良好的農牧結合條件，可以推廣種植優質的豆科和禾本科牧草，對于建立人工草地收獲優質飼草基礎條件十分優越。目前，西藏拉薩、山南、日喀則等河谷地帶人工草地混播技術研究主要集中于燕麥(Avenasativa)+箭筈豌豆(Viciasativa)一年生牧草為主的不同比例組合對牧草產量、營養品質及土壤性狀的影響[17-20]。相關研究表明，林芝市河谷地帶種植苜蓿和高羊茅雖然對種子產量有一定的影響，但其仍具有較高的生物產量[21]。余成群等[22]研究表明，拉薩河谷地帶種植紫花苜蓿提前到分枝期進行刈割，全年可刈割3茬，其收益仍具有較大的潛力。紫花苜蓿和高羊茅在西藏均有一定面積的種植，但是無論從牧草的種植面積上，還是在草品種、草產量、品質、種植技術等方面與國外和國內其他地區產品相比都具有一定的差距，遠遠不能滿足西藏畜牧業發展的需要[18-19,21-22]，主要原因在于西藏牧草生產存在栽培技術不規范、利用效益低等問題，制約了牧草產量、品質和經濟效益的進一步提高。此外，高寒地區的飼草飼料生產受高原海拔、氣候、人力等因素的影響，開展多年生牧草混播技術提升牧草產量與品質的研究報道相對較少。因此，深入研究牧草高產栽培技術對指導牧草生產、促進草牧業的發展具有十分重要的意義。鑒于上述原因，本文以多年生牧草紫花苜蓿(MedicagosativaL.)和高羊茅(FestucaelataKeng ex E. Alexeev)為試驗材料，研究在林芝河谷地帶混播技術對牧草生產性能和營養品質的影響，應用灰色關聯度理論綜合評價不同茬次牧草品質。以期為西藏林芝河谷地帶人工草地建植混播牧草的科學種植栽培及收獲技術提供一些合理的利用措施。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于西藏林芝市尼洋河畔的河谷地帶，西藏農牧學院草業科學實習基地(94°20′E，29°40′N)，地處西藏東南部，屬溫帶季風氣候類型，海拔2 983 m，全天中晝夜溫差較大，年平均氣溫8.6℃左右，平均相對濕度71%，年平均降水量650～750 mm，多集中在6—9月份。最熱月份平均溫度15.6℃，最冷月份平均氣溫0.2℃，極端最高氣溫30.2℃，極端最低氣溫-15.3℃，年平均氣溫≥10℃的有效積溫2 000～2 200℃，無霜期180～200 d[23-24]。試驗地土壤為砂壤土，土層厚度60 cm左右，土壤pH值8.07，有機質含量5.08 g·kg-1、全氮含量0.30 g·kg-1、全磷含量0.64 g·kg-1、全鉀含量20.10 g·kg-1、速效氮含量10.85 mg·kg-1、速效磷含量5.53 mg·kg-1、速效鉀含量47.21 mg·kg-1。

1.2 供試材料

供試材料紫花苜蓿(MedicagosativaL.)(‘巨能’)和高羊茅(FestucaelataKeng ex E. Alexeev)(牧草型)均由西藏百吉納農牧業開發有限公司提供。

1.3 試驗設計

采用隨機區組設計，分別建植紫花苜蓿和高羊茅混播樣地(A)、紫花苜蓿(B)與高羊茅(C)單播樣地，共計3個處理。小區面積3 m×5 m，設置5次重復，播種方式為撒播，混播比例為1∶1[9]，單播播種量均為15 kg·hm-2，混播播種量紫花苜蓿和高羊茅均為7.5 kg·hm-2。于2016年6月初播種，播前施肥磷酸二銨150 kg·hm-2、尿素80 kg·hm-2。出苗后進行人工除草、灌溉等管理措施，不同處理間田間管理措施相同。2020年紫花苜蓿和高羊茅的返青時間為3月21日和26日。全年共計刈割3次，分別于6月25日、8月15日和10月8日(高羊茅開花期、紫花苜蓿孕蕾-初花期)進行刈割，留茬高度10 cm。試驗的過程中，每次刈割后均進行了1次灌溉和施肥，施入尿素70 kg·hm-2。

1.4 測定指標及方法

主要測定指標包括干重(Dry weight，DW)、株高(Plant height，PH)、干鮮比(Dry/fresh，D/F)、葉莖比(Leaf/stem，L/S)、粗蛋白質(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、粗纖維(Crude fibre，CF)和無氮浸出物(Nitrogen free extract，NFE)共8個指標，測定方法如下：

干重、干鮮比和葉莖比：每茬次在每個試驗小區隨機選取1個1 m×1 m樣方刈割，留茬高度10 cm，從鮮樣中取500 g帶回實驗室，進行莖葉分離，放入105℃烘干箱內殺青30 min，65℃烘干至恒重，冷卻后稱量干草產量，計算干鮮比和葉莖比。

株高：采樣時每個樣方隨機選取10個植株(混播處理紫花苜蓿和高羊茅各選取5株)，測定地面至植株最高部位的距離，求其平均值作為植株株高。

營養指標：將烘干后的牧草樣品進行粉碎，過0.25 mm篩，進行營養成分測定，重復5次。粗蛋白質(CP)、粗脂肪(EE)、粗纖維(CF)和無氮浸出物(NFE)含量測定方法參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[25]。

1.5 數據分析

數據采用Microsoft Excel 2010和SPSS 21.0軟件進行數據統計、相關性分析和方差分析等。進一步應用灰色關聯度理論[26]，對3種處理不同茬次的8個性狀作為一個整體進行綜合評價。不同處理(茬次)以X表示，性狀以k表示，各處理(茬次)X在性狀k處的值構成比較數列集合Xk，X0為最優指標構建的參考序列。結合育種選育生產實際基于灰色系統關聯理論的權重決策方法，選取干重(DW)、株高(PH)、干鮮比(D/F)、葉莖比(L/S)、粗蛋白質(CP)、粗脂肪(EE)、1/粗纖維(CF)和無氮浸出物(NFE)8個指標進行權重的綜合評價，依據灰色關聯度分析原則，關聯度值越大則說明參試材料指標越接近參考序列，綜合評價結果越好；相反則表明綜合評價結果越差[27-28]。計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：N代表樣本數。

2 結果與分析

2.1 牧草混播生產性能比較

牧草混播第1～3茬的干草產量分別達到14 917.05 kg·hm-2，13 288.82 kg·hm-2，8 729.86 kg·hm-2，平均干草產量為12 311.91 kg·hm-2，顯著高于單播牧草的產量(P<0.05)(圖1)。混播牧草平均株高為65.31 cm，顯著低于單播紫花苜蓿和高羊茅。混播第1茬的干鮮比顯著高于單播(P<0.05)；干鮮比平均值顯著高于單播紫花苜蓿，低于單播高羊茅(P<0.05)。混播第1茬的葉莖比顯著高于單播的紫花苜蓿(P<0.05)，與單播的高羊茅無顯著性差異；混播第3茬的葉莖比顯著高于單播的紫花苜蓿和高羊茅(P<0.05)；混播與單播平均葉莖比無顯著性差異。隨著刈割茬次的增加，混播和單播建植模式的干草產量和株高均呈現明顯的下降趨勢。

圖1 牧草混播各生產指標比較分析Fig.1 Comparison and analysis of production indexes of forage mixed sowing注：同一茬次小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。1，第1茬；2，第2茬；3，第3茬；4，3茬平均值。A，混播；B，單播紫花苜蓿；C，單播高羊茅，下同Note:Different lowercase letters in the same cut indicate significant difference at the 0.05 level. 1,First cut;2,Second cut;3,Third cut;4,Average of 3 cut. A,Mixed sowing;B,Single sowing Medicago sativa L.;C,Single sowing Festuca elata Keng ex E. Alexeev,the same as below

2.2 牧草混播營養品質比較

牧草混播第1～3茬的粗蛋白質含量分別為14.07%，13.62%和20.50%，平均粗蛋白質含量為16.06%，顯著高于單播的高羊茅，低于單播的紫花苜蓿(P<0.05)(圖2)。混播第1茬的粗脂肪含量顯著高于單播的高羊茅，低于單播的紫花苜蓿(P<0.05)；兩者平均粗脂肪含量達2.24%，顯著高于單播的紫花苜蓿和高羊茅(P<0.05)。混播第1茬的粗纖維含量最高，達30.88%，顯著高于單播(P<0.05)；混播與單播的平均粗纖維含量無顯著性差異。混播第1茬的無氮浸出物含量顯著低于高羊茅；第2茬含量顯著高于單播的紫花苜蓿，低于單播的高羊茅；平均無氮浸出物含量為39.86%，顯著高于單播的紫花苜蓿(P<0.05)。隨著刈割茬次的增加，不同處理的粗蛋白質含量呈升高的趨勢，粗纖維含量呈現下降的趨勢。

圖2 牧草混播各營養指標比較分析Fig.2 Comparative analysis of nutrient index of forage mixed sowing

2.3 牧草生產指標與營養指標典型相關分析

牧草干重與粗纖維含量呈極顯著正相關關系(P<0.01)(表1)，與粗脂肪含量呈顯著正相關關系(P<0.05)，與粗蛋白質含量呈顯著負相關關系(P<0.05)。株高與干鮮比、粗蛋白質含量呈極顯著負相關關系(P<0.01)，與無氮浸出物含量呈顯著正相關關系(P<0.05)，與葉莖比、粗脂肪含量呈顯著負相關關系(P<0.05)。干鮮比與粗脂肪含量呈顯著正相關關系(P<0.05)。粗蛋白質含量與粗纖維含量、無氮浸出物含量呈極顯著負相關關系(P<0.01)。

表1 牧草生產指標和營養指標相關系數Table 1 Correlation coefficient of forage production index and nutrient index

2.4 牧草品質綜合評價

根據干重、株高、干鮮比、葉莖比、粗蛋白質、粗脂肪、粗纖維和無氮浸出物8項指標，選取確定最優指標構成數列集。將所有指標數據進行無量綱化處理后，得到二級最小差值為0，最大差值為0.6825。根據公式(1)～(3)計算關聯系數并從不同性狀的重要性角度考量，用每個指標的關聯系數占關聯系數總和的比值確定各指標的權重值，得到權重系數Wi(表2)。根據公式(4)計算加權關聯度值(表3)，可知等權關聯度分析與加權關聯度分析結果基本一致，不同的處理(茬次)綜合評價排序結果依次為A3>B3>C1>A1>A2>B2>B1>C2>C3。

表2 不同處理(茬次)關聯系數和權重系數Table 2 Different treatment(cut) correlation coefficient

表3 不同處理(茬次)關聯度、權重和排序Table 3 Different treatment(cut) of relevance,weight and ranking

3 討論

3.1 混播對牧草生產性能的影響

牧草混播在飼草生產中是非常普遍的利用方式之一，在空間分配上比單播具有更加合理的配置比例，能夠充分的利用光能、水分和土壤養分，因此產量穩定容易獲得高產[29]。本研究中混播第1～3茬的干草產量均顯著高于單播的紫花苜蓿和高羊茅，表明以紫花苜蓿和高羊茅混播建植人工草地可顯著提升牧草的干草產量。劉敏等[30]研究豆禾混播建植人工草地對牧草產量和品質的影響，認為混播可明顯提升牧草產量，與本研究結果相一致。株高不僅是反映牧草生長發育狀況的重要指標，亦是衡量牧草生產能力的生產指標[31]。研究發現混播第1～2茬株高均顯著低于高羊茅，第3茬的葉莖比顯著升高，表明刈割對混播牧草的群落結構產生了一定的影響；葉莖比越大，葉量就越豐富，對牧草的營養品質會產生直接的影響，使牧草的適口性、飼用品質得到提升[32]，能夠在空間產生互補效應[33]。彭燕等[34]研究西藏林芝河谷地帶阿爾岡金紫花苜蓿(Medicsgosativa)和高羊茅(Festuca)的混播效果，發現混播處理干草產量得到顯著提升，與本研究結果一致，但單播紫花苜蓿(阿爾岡金)株高及產量等表現與本研究結果不同，我們認為原因是由于牧草品種選擇、播種量、播種方式和種植年限不同導致的。

3.2 混播對牧草營養品質的影響

粗蛋白質對于動物而言是不可缺少的營養物質，其含量的多少是衡量牧草營養品質的重要指標之一[35]。一般認為豆科牧草粗蛋白質含量要高于禾本科牧草[36]，單播紫花苜蓿粗蛋白質含量在不同茬次均有較高的含量，而混播處理粗蛋白質含量在不同茬次均處于單播紫花苜蓿和高羊茅之間；相較單播高羊茅，粗蛋白質含量有顯著性的提升，與前人研究結果一致[34，37]。相關研究指出，牧草的粗脂肪含量與適口性密切相關，其含量越高牧草的適口性就越好[38]，本研究中混播粗脂肪含量呈現波動變化，規律不明顯，但較單播高羊茅粗脂肪含量得到顯著性提升。牧草中無氮浸出物含量通常由營養成分的結果計算來求得，可以通過無氮浸出物含量的多少來判定牧草營養價值的高低，作為動物能量的主要來源一般認為牧草中無氮浸出物含量越高，其適口性好、消化率高[39]，本研究發現混播處理的平均無氮浸出物含量比單播紫花苜蓿得到明顯的提升，但顯著低于單播高羊茅無氮浸出物含量。混播處理在第1茬時粗纖維含量較高，第2—3茬次的粗纖維含量與單播處理無顯著性差異，表明隨著刈割次數的增加混播對牧草粗纖維含量的影響不顯著。

3.3 混播牧草品質的綜合評價

在林芝地區的河谷地帶采用灰色關聯度分析方法對紫花苜蓿和高羊茅單播與混播不同茬次生產性能和營養品質進行了綜合性的評價。混播和單播紫花苜蓿第3茬排名均靠前，表明在林芝地區紫花苜蓿可以刈割第3茬，但在實際生產過程中，第3茬追求更多的是牧草能夠安全越冬，產量和品質是次要；混播第1和2茬綜合評價排序結果好于單播紫花苜蓿，體現了紫花苜蓿與高羊茅混播在林芝河谷地帶栽培具有明顯的優勢。在生產實際過程中采用適宜的禾豆比例組合，加之科學的田間管理措施，混播牧草的產量和品質具有很大的發展潛力。而單播高羊茅第2和3茬綜合評價排序結果靠后，原因是不同茬次牧草粗蛋白質和粗脂肪含量相對較低，第3茬的刈割使牧草干草產量顯著下降導致的。根據綜合評價結果考慮牧草的再生能力和安全越冬狀況[40]，紫花苜蓿(‘巨能’)和高羊茅(牧草型)在該地區種植刈割2茬較為適宜，兩者混播具有較好的品質和優勢。

4 結論

林芝河谷地帶紫花苜蓿(‘巨能’)和高羊茅(牧草型)混播可顯著提升牧草產量，與單播高羊茅相比粗蛋白質含量和平均粗脂肪含量顯著升高，與單播紫花苜蓿相比平均無氮浸出物含量得到顯著提升。通過灰色關聯度分析，綜合評價結果顯示，混播3茬次刈割均具有明顯的優勢。因此，紫花苜蓿和高羊茅混播模式適宜在西藏林芝地區的河谷地帶大規模推廣栽培和利用。