劃區輪牧對放牧型紫花苜蓿人工草地產量與品質的影響

王 瑜， 代先林， 馬曉穎， 韋 寶， 何 峰， 李向林， 仝宗永

(中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所， 北京 100193)

草地是地球上最大的陸地生態系統，我國草地面積大約為4億hm2，占世界草地面積的12.5%，其中，人工草地面積約0.2 億hm2[1]，僅占我國草地面積的5%，美國、新西蘭、歐洲等發達國家的人工草地面積可占各國草地面積的29%～69%[2]。自古以來，放牧一直是人類利用草地資源的基本方式。國內主要利用天然草原進行自由放牧，由于科學性和計劃性的缺乏常會導致出現草地退化等一系列問題[3-4]；而發達國家則更多利用改良草地或人工草地進行放牧，并結合劃區輪牧，建立高效的草地農業系統，生產效率大為提高的同時也保護了生態環境。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)具有優異的飼用價值和極高的產量，是溫帶氣候區栽培最廣泛的飼料作物。國外利用苜蓿人工草地進行放牧的歷史由來已久[5]，已有關于草地生產性能[6]、耐牧品種[7]、持久性[8]、放牧制度[9]等方面的很多報道；國內對紫花苜蓿的利用則主要以調制干草和青貯為主，很少進行放牧利用[10]，對放牧利用的研究剛處于起步階段，僅有研究者對紫花苜蓿混播草地的生產性能進行了研究[11]。因土壤、氣候、光照、管理水平等因素的差異，我們應該在借鑒國外研究方法的基礎上，開展適宜國內的放牧型紫花苜蓿人工草地放牧利用研究。

本文通過在放牧型紫花苜蓿人工草地上進行劃區輪牧，研究紫花苜蓿人工草地在牧期與牧后再生期生物量與品質的變化規律，以期為制定合理的輪牧制度提供依據，為推動我國草地畜牧業的發展奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省廊坊市中國農業科學院(萬莊)國際高新技術產業園(39°35′44″N，116°34′60″E)，年均溫11.9℃，無霜期183 d，平均日照數為2 659.6 h，年均降水量為554.9 mm，土壤類型為沙壤土，初始土壤養分為有機質0.37 g·kg-1，pH值7.79，堿解氮31.15 mg·kg-1，有效磷0.87 mg·kg-1，速效鉀85.1 mg·kg-1。

人工草地建植于2016年9月，由紫花苜蓿、鴨茅(DactylisglomerataL.)和高羊茅(FestucaarundinaceaSchreb.)(紫花苜蓿：鴨茅與高羊茅=75%∶25%)組成，經過數年的劃區輪牧，2021年草地中鴨茅和高羊茅比例降至5%。草地面積1.6 hm2，劃分為6個區，每區大小為40 m×60 m(約0.24 hm2)，分別標記為P1至P6(圖1)，剩余區域規劃為牧道、飲水點、休息區等。人工草地2021年7月和8月平均溫度分別為27.1℃和25.6℃；降水量分別為146.1 mm和139.3 mm，試驗期間未進行灌溉。

圖1 放牧小區分布圖Fig.1 the distribution of grazing plots

1.2 試驗設計

劃區輪牧試驗于2021年6—8月進行，羊群為體型大小較一致的杜蒙育肥羊，共49只，由內蒙古賽諾草原羊業有限公司提供。6月29日羊群進入P4，放牧5 d，之后依次進入P2，P5，P3，P6，P1，各放牧5 d，每小區在育肥羊放牧5 d后，放入育成母羊放牧1 d，之后即進入牧后再生期，再生期為30 d，本輪放牧周期共36 d。羊群大小和放牧周期參考了何峰等[11]和Teixeira等[12]的研究。

1.3 測定指標

1.3.1在牧期指標測定 在牧期表示育肥羊進入，草地處于放牧狀態的時期。各區分別在育肥羊進入的第1～5 d，每天早上用樣方(1 m×1 m)進行取樣，4個重復，測定地上生物量、地上部含水量、株高和營養成分。

1.3.2牧后再生期指標測定 牧后再生期表示羊群移出，草地處于非在牧狀態的時期。各區分別在牧后再生期的第1，6，11，16，21，26，31 d用樣方(1 m×1 m)進行取樣，4個重復，測定地上生物量、地上部含水量、株高和營養成分。

1.3.3地上生物量與地上部含水量 小區內隨機選取4個生長較均勻一致且沒有斑禿的樣方(1 m×1 m)，留茬5 cm刈割，稱量鮮重，精確到0.01 g；之后用紙將樣品包好后放入烘箱，105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重(12 h)，稱量干重，精確到0.01 g。

1.3.4株高 地上生物量取樣時，各樣方內隨機選擇10株測量株高，精確到0.1 cm。

1.3.5營養成分 使用近紅外光譜分析儀(FOSS NIRS1650)測定各樣品中粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、粗灰分(Ash)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)等的含量。

1.4 數據處理

利用SPSS 19.0軟件進行數據統計分析，用Duncan法對在牧期和牧后期紫花苜蓿的地上生物量、地上部含水量、株高、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量、ADF含量和NDF含量等進行單因素方差分析；利用Origin 2021進行紫花苜蓿干草產量和牧后生長天數的Logistic曲線擬合。

2 結果與分析

2.1 在牧期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量以及株高的變化

在牧小區地上生物量、地上部含水量和株高均隨在牧天數的延長而逐漸下降(表1)。經過4天的采食，地上生物量降低了135.10 g·m-2，地上部含水量降低了10.94%，株高降低了26.33 cm。與Day 1相比，Day 2株高即出現顯著降低(P<0.05)，Day 3地上部含水量出現顯著降低(P<0.05)，Day 4地上生物量出現顯著降低(P<0.05)。

表1 在牧期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量和株高的變化Table 1 Changes of aboveground biomass,aboveground water content and plant height of alfalfa during grazing period

2.2 在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF的變化

在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量均隨在牧天數的延長而逐漸下降，而ADF和NDF含量則隨在牧天數的延長而逐漸升高(表2)。經過4天的采食，粗蛋白含量降低了4.93%，粗脂肪含量降低了0.69%，粗灰分含量降低了2.25%，ADF含量升高了6.88%，NDF含量升高了8.19%。與Day 1相比，粗蛋白和粗脂肪含量顯著降低(P<0.05)分別出現在Day 3和Day 4，粗灰分、ADF和NDF含量的顯著變化出現在Day 5，粗灰分含量顯著降低(P<0.05)，而ADF和NDF含量顯著升高(P<0.05)。

表2 在牧期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF含量的變化Table 2 Changes of the content of CP,EE,Ash,ADF and NDF of alfalfa during grazing period

2.3 牧后再生期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量以及株高的變化

牧后再生期紫花苜蓿地上生物量和株高均隨再生天數的延長而逐漸升高，而地上部含水量隨再生天數的延長呈現先升高后降低的趨勢(表3)。經過30天的恢復生長，地上生物量由124.72 g·m-2升高至372.58 g·m-2，升高了247.86 g·m-2；株高由19.56 cm升高至75.63 cm，升高了56.07 cm；地上部含水量由60.49%升高至79.82%，升高了19.33%，后又降低至78.45%。與Day 1相比，Day 6地上部含水量即出現顯著升高(P<0.05)，Day 11株高出現顯著升高(P<0.05)，Day 16地上生物量出現顯著升高(P<0.05)。

表3 牧后再生期紫花苜蓿地上生物量、地上部含水量和株高的變化Table 3 Changes of aboveground biomass,aboveground water content and plant height of alfalfa during regrowth period

根據牧后再生期時間與地上生物量擬合出7—8月紫花苜蓿人工草地的干草草產量Logistic方程為：Y=A2+(A1-A2)/(1+(X/X0)P)(R2=0.79)，根據擬合曲線(圖2)可以看出牧后30天仍舊為苜蓿的快速生長期。

圖2 牧后再生期紫花苜蓿的Logistic生長曲線Fig.2 Logistic growth curve of alfalfa during regrowth period

2.4 牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF的變化

牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白和粗灰分含量隨再生天數的延長呈現先升高后降低的趨勢，粗脂肪含量隨再生天數的延長逐漸升高，ADF和NDF含量隨再生天數的延長呈現先降低后升高的趨勢(表4)。經過30天的恢復生長，粗蛋白含量由16.39%升至22.68%，升高了6.29%，之后又降至21.82%；粗脂肪含量由2.02%升至3.64%，升高了1.62%；粗灰分含量由3.19%升至6.44%，升高了3.25%，之后又降至5.63%；ADF含量由53.44%降至42.08%，降低了11.36%，之后又出現短暫升高再降低；NDF含量升高量由60.98%降至50.23%，降低了10.75%，之后又升至51.81%。與Day 1相比，Day 6粗蛋白和粗脂肪含量出現顯著升高(P<0.05)，Day 11粗灰分含量出現顯著升高(P<0.05)，Day 16 ADF和NDF含量出現顯著降低(P<0.05)。

表4 牧后再生期紫花苜蓿粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、ADF和NDF含量的變化Table 4 Changes of the content of CP,EE,Ash,ADF and NDF of alfalfa during regrowth period

3 討論

3.1 在牧期紫花苜蓿的生產性能

根據NRC[13]和肉羊飼養標準(NY/T 816-2004)[14]的規定，一只體重20～50 kg的育肥羊，實現日增重200 g，每天需要攝入的干物質和粗蛋白含量分別為0.9～1.6 kg和158～198 g，干草的粗蛋白含量需要達到12.4%；而一只體重50 kg的育成母羊，因無增重需要，其每日需要攝入的干物質和粗蛋白分別為1.6 kg和80 g。本研究中，經過育肥羊4天的采食，干物質產量下降了135.1 g·m-2，粗蛋白含量由21.78%降至16.85%，可據此計算出7—8月進行劃區輪牧時，每只育肥羊平均每天采食的干物質和粗蛋白分別為1.65 kg和318 g，說明此時的苜蓿草地完全可以滿足育肥羊日增重200 g的生產需求。Fraser等[6]的研究發現，7月開始放牧每只綿羊平均每天采食的干物質為1.72 kg，與本研究的結果基本一致。

另外，綿羊采食具有選擇性，適口性好的葉片和上層幼嫩莖稈會被優先采食，而適口性差的木質化莖稈會留至最后，因此，在牧時間長短對可提供飼草的質量具有決定性作用[9]。時間過長，草產量與草品質下降，無法保證育肥羊增重需求；時間過短，草產量與草品質仍較高，造成資源浪費。本研究中，設定了育肥羊放牧5天，在剩約40 cm殘茬時移入對草品質要求很低的育成母羊，充分利用了草地資源。

3.2 牧后再生期紫花苜蓿的生產性能

Moot等[15]在新西蘭的研究表明，放牧型紫花苜蓿草地年產草量可達到6.3～16.2 t·hm-2，其中的巨大差異主要由降雨量決定。Papadopoulos等[8]在加拿大的研究表明，當紫花苜蓿為放牧型人工草地的主要草種時，經過3個放牧周期，10～12 cm留茬高度的總產草量(5.05 t·hm-2)顯著高于5～7 cm留茬高度的總產草量(3.90 t·hm-2)，并建議留茬高度降為10～12 cm時，就應該將家畜移出。本研究只經過1個放牧周期，20 cm留茬高度的產草量為3.73 t·hm-2，具有較好的生產性能，以后應該增加試驗周期，通過多年試驗研究年產草量。

葉莖比(LSR)是決定紫花苜蓿營養品質的主要因素[16]，據Fletcher[17]報道，隨著再生期的延長，苜蓿莖稈木質化從而導致LSR降低品質下降，這也意味著可以通過縮短再生期來改善苜蓿品質。Allison和Vartha[18]1973年在新西蘭坎特貝拉的研究表明，當再生期由35 d縮短為28 d時，葉片含量可由55%增加至65%。而Teixeira等[12]于2002—2004年在新西蘭坎特貝拉的研究表明，當放牧周期由42 d(再生期38 d)縮短為28 d(再生期25 d)時，苜蓿草地年干草產量降低39.1%～47.8%。Lemaire等[19]根據1988年在法國格里尼翁的試驗結果提出LSR與干草產量的異速生長關系，隨著干草產量的增加，LSR降低。因此，為兼顧產量與品質，放牧周期的設置尤為重要，周期過長，草品質差；周期過短，草產量低。

本研究中，我們根據Teixeira等[12]的研究設置了36 d的放牧周期，育肥羊放牧5 d后，又放入育成母羊采食1 d，之后進入30 d的再生期。由于羊群采食的選擇性，雖然留茬高度為20 cm左右，但植株大多只剩不易消化的木質化莖稈，此時的草品質最差，粗蛋白含量16.39%，粗脂肪含量2.02%，粗灰分含量3.19%，酸性洗滌纖維含量53.44%，中性洗滌纖維含量60.98%。之后，苜蓿進入牧后再生期，幼嫩莖葉長出，草品質隨之逐漸變好，在牧后21 d左右品質最佳，此時粗蛋白含量22.68%，粗脂肪含量3.50%，粗灰分含量6.44%，酸性洗滌纖維含量42.08%，中性洗滌纖維含量50.23%；隨著植株進一步生長，草品質又逐漸下降。由于未對采食后的老化莖稈進行刈割處理，導致其對草品質的影響始終存在，即使是營養品質最好的時期，粗蛋白含量也僅有22%左右，因此，建議放牧型紫花苜蓿草地在牧后對殘茬進行刈割處理，以提升草品質。

4 結論

放牧型紫花苜蓿草地輪牧周期設置的關鍵在于對產量與品質的平衡[9]。本研究7—8月在1.44 hm2紫花苜蓿人工草地上對49只綿羊進行周期為36 d的劃區輪牧，苜蓿草地平均每天能為每只綿羊提供1.65 kg干物質和318 g粗蛋白，其產量和品質可以滿足肉羊日增重200 g的生產需求。牧后30 d的再生期可以使苜蓿的產量和品質均得到逐漸恢復，其中牧后21 d品質最佳，為進一步提高品質，建議在牧后對只剩老化莖稈的殘茬進行刈割。