補播優良牧草對新疆昭蘇退化草地生產性能和牧草品質的影響

摘要：免耕補播是改良退化草地的重要措施之一，對提升草地生產性能、改善牧草品質和促進土壤養分循環具有重要作用。為明確補播優良牧草對新疆昭蘇退化草地生產性能和牧草品質的影響，本研究以新疆昭蘇退化草地為研究對象，設置不補播草地作為對照，通過免耕補播無芒雀麥（Bromus inermis Leyss.），披堿草（Elymus nutans Griseb.），扁穗冰草［Agropyron cristatum（L.）Gaertn.］，雜花苜蓿（Medicago varia），紅豆草（Onobrychis viciaefolia Scop.），百脈根（Lotus corniculatus Linn.）6種優良牧草，研究補播不同牧草對退化草地生產性能和牧草品質的影響。結果發現，補播草地干物質生物量平均較對照提高了36.92%，牧草粗蛋白含量平均較對照提高了4.38%。補播無芒雀麥的干物質生物量與其影響因素的關聯度為65.81%，而補播雜花苜蓿處理下牧草的相對飼喂價值與其影響因素的關聯度為67.55%。因此，免耕補播可提高退化草地的生產性能和牧草營養品質，其中，補播無芒雀麥可顯著提升退化草地生產性能，而補播雜花苜蓿可顯著提升退化草地的牧草品質。

關鍵詞：退化草地；免耕補播；生產性能；牧草營養品質；土壤養分

中圖分類號：S812.4；S812.2 " " " "文獻標識碼：A " " " "文章編號：1007-0435（2025）01-0231-10

Effects of Reseeding fine Forage on Production Performance and Forage Quality of Degraded Grassland in Zhaosu，Xinjiang

LIU Wei， ZHAO Yue， YANG Long， MENG Xiang， YAN An*， XIE Kai-yun*， CUI He-ting，

CHU Hao-qing

（College of Grassland Sciences of XinJiang Agricultural University/XinJiang Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology/Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology for Western Arid Desert Region， Ministry of Education，Urumqi， Xinjiang 830052， China）

Abstract：No-tillage reseeding is one of the important measures to improve degraded grassland，which plays an important role in improving grassland production performance，improving forage quality，and promoting soil nutrient cycling.In order to clarify the effects of reseeding of excellent forage on the production performance and forage quality of degraded grassland in Zhaosu，Xinjiang，this study took the degraded grassland of Zhaosu in Xinjiang as the research object，set up the non-reseeded grassland as the control，and reseeded Bromus inermis Leyss.，Elymus nutans Griseb.，Agropyron cristatum （L.） Gaertn.，Medicago varia，Onobrychis viciaefolia Scop.， Lotus corniculatus Linn.） in Zhaosu grassland. The results showed that the dry matter biomass of reseeding grassland increased by 36.92% and the crude protein content of forage grass increased by 4.38% on average compared with the control. The correlation between the dry matter biomass of Bromus inermis Leyss.and its influencing factors was 65.81%，while the Medicago varia correlation between the relative feeding value of forage grass and its influencingfactors was 67.55%. Therefore，no-tillage reseeding can improve the production performance and forage nutritional quality of degraded grassland.Among them，reseeding Bromus inermis Leyss. can significantly improve the production performance of degraded grassland，and reseeding Medicago varia can significantly improve the forage quality of degraded grassland.

Key words：Degraded grassland；No-tillage reseeding；Production performance；Nutritional quality of forage；Soil nutrients

中國北方天然草原是我國傳統的畜牧業基地和重要的綠色生態屏障。長期過度放牧引起的草原嚴重退化，已成為草學和生態學領域關注的重大科學問題。新疆作為我國五大牧區之一，天然草地面積為5.7×107 hm2，占全疆國土面積的34.4%［1-2］。長期以來，受氣候變化和過度放牧的影響，全疆草地退化面積已達80%［3］，主要表現為草地覆蓋度降低、生物多樣性下降和可食牧草比例降低［4］，不僅影響草地生態系統功能的發揮，而且嚴重制約當地畜牧業的可持續發展［5］。因此，退化草地生態修復和生產力提升已成為區域生態文明建設和畜牧業高質量發展的重大需求。

缺乏可利用繁殖體和供繁殖體生長發育適宜的微生境是退化草地難以自我恢復的主要原因。隨著放牧強度的增加，依靠種子繁殖的牧草難以形成生殖枝或已形成的種子被家畜采食，進而限制草地群落的幼苗更新［6］。免耕補播是國內外退化草地修復與更新的主要手段之一［7］，可為草地恢復提供必需的繁殖體，增加草地植被覆蓋度，提高草地生產力［8］，改變草地的群落結構和物種多樣性［9］，改善牧草品質［10］。圍繞著退化草地的補播修復措施，已有研究從草地群落數量特征［11］、生產力、牧草品質［12］和物種多樣性［13］等方面開展了相關工作，也有學者較關注免耕補播對土壤養分及土壤碳氮循環的影響［14-15］。但受到地理區域、氣候條件及補播后的管理措施等條件的影響，所選取的補播草種有所差異。張加濤等［16］在荒漠草原中的補播草種為沙打旺、草木樨和羊柴等，而楊增增等［13］在高寒草原中補播的草種為中華羊茅和冷地早熟禾。因此，選擇適宜補播草種是補播成功的基礎。新疆昭蘇縣作為全疆境內唯一沒有荒漠草原的縣，有可利用天然草地4.91×105 hm2，草地類型主要以草甸草地為主［17］。但是，受氣候干旱和長期過度放牧的影響，新疆昭蘇縣草地呈現不同程度退化，草地生產力顯著下降、優質牧草比例顯著降低［18］。當前，對于退化草地補播修復的研究多集中于長期補播條件下草地生產力或牧草品質或土壤質量的恢復［11-13］，而對補播草種生長狀況的研究較少。本研究以昭蘇縣退化草地為研究對象，選擇研究區原生的部分草種和在我國北方退化草地補播中被頻繁使用的草種并結合對當地氣候環境條件的適應性和牧草的適口性等多方面因素，選取無芒雀麥、披堿草、扁穗冰草、雜花苜蓿、紅豆草、百脈根6個補播草種，通過監測補播草種種子萌發、幼苗定居、種群擴張過程，研究補播不同草種對退化草地群落特征、牧草營養品質和土壤養分含量的影響，以期為該地區退化草地的恢復治理及可持續管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于新疆維吾爾自治區伊犁哈薩克自治州昭蘇馬場（80°59′41″E，43°08′27″N，海拔1941 m），屬于大陸性溫帶山區半干旱半濕潤冷涼氣候類型，冬季漫長，夏季較短，年均溫度2.9℃，≥10℃年積溫2318.3℃，無霜期85～100 d，年均降水量512 mm，降水主要集中在5-8月［19］。草地類型為山地草甸草地，試驗開始前，對研究區植被及土壤進行本底調查表明研究區天然草地的退化程度為中度，草層低矮，蓋度小于50%，原生植被主要以禾本科牧草和雜類草為主，豆科牧草相對較少。其中，禾本科牧草包括多年生疏叢型禾草鴨茅（Dactylis glomerata L.）、新疆鵝觀草（Elymus sinkiangensis D. F. Cui）及梯牧草（Phleum pratense L.），多年生根莖型禾草無芒雀麥和早熟禾（Poa annua L.），其余植物主要包括鳶尾（Iris ruthenica）、綠草莓（Fragaria falcata）、草原糙蘇（Phlomis umbrosa）、百里香（Thymus mongolicus Ronn.）、牛至（Origanum vulgare L.）和車前（Plantago asiatica L.）等雜類草以及豆科牧草紅車軸草（Trifolium pratense L.）等。試驗地土壤類型為黑鈣土，其有機碳含量為71.36 g·kg-1、全氮含量為3.77 g·kg-1、全磷含量為4.73 g·kg-1、堿解氮含量為79.07 mg·kg-1、有效磷含量為24.77 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

研究區前期利用方式是作為春秋放牧場，在該區域選擇地勢平坦且植被均一的地方作為試驗樣地。采用單因素隨機區組試驗設計，以不補播為對照，設置無芒雀麥、披堿草、扁穗冰草、雜花苜蓿、紅豆草和百脈根，共7個補播處理，每個處理重復4次，共28個小區，小區寬為3.6 m，長為50 m，小區間隔為2 m，所用草種由新疆天博草業有限公司和內蒙古大學提供。試驗地于2022年5月進行補播并圍封，補播方式采用機械免耕條播（美諾6124型），開溝深度為3～5 cm，行距為15 cm，補播后不進行灌溉和施肥，通過結合實地情況和查閱相關文獻資料確定試驗地所用草種的播種量［20-25］，其萌發情況和播種量詳見表1。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 補播牧草出苗率、存活率和返青率 補播后在各小區固定3個0.5 m×0.5 m的監測樣方。出苗率（Germination percentage，GR）：每隔3 d統計一次補播草種的發芽數，直到不再新增為止，計算其出苗率；存活率（Survival percentage，SR）：于2022年9月初統計樣方內補播牧草的幼苗存活株數，計算幼苗存活率；返青率（Spring percentage，Sr）：于2023年5月中旬統計固定樣方內補播牧草的返青株數，計算其返青率。

1.3.2 草地群落特征 于2022年9月初采用樣方法調查，每個小區隨機放置3個1 m×1 m的調查樣方，分別記錄此樣方內的物種種類、補播物種株高（在樣方內隨機選取10株補播植株測定其株高）、樣方內所有物種的平均株高（按照物種在樣方內隨機選取10株各物種植株測定其株高）、蓋度（樣方內總蓋度和各物種分蓋度采用針刺法測定）、密度（統計各樣方內每個物種的株數）、地上生物量（分種齊地面刈割裝入信封袋帶回實驗室置于65 ℃烘箱內烘至恒重，稱取干重）。

1.3.3 牧草營養品質 烘干植物樣品用植物粉碎機（FW100型）粉碎，過40目的標準篩，采用凱式定氮法測定粗蛋白（Crude protein，CP）、用索氏浸提法測定粗脂肪（Ether， exract）、550 ℃燒灼殘渣法測定粗灰分（Coarse ash，Ash）、蒽酮法測定可溶性糖（Soluble sugar，SS）、范式洗滌分析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［26］，根據ADF和NDF計算相對飼喂價值（Relative feed value，RFV）［27］，其公式如下：

（1）

式中：RFV（%）為相對飼喂價值，ADF為酸性洗滌纖維，NDF為中性洗滌纖維。

1.3.4 土壤理化性質 在每個植被調查樣方中，采用5點取樣法，用土鉆分別鉆取5鉆0～30 cm土層的土樣，將其均勻混合陰干后過16目和60目的土壤標準篩備用。土壤電導率（Electrical conductivity，EC）采用水土比5∶1電導法測定，土壤酸堿度（pH）采用水土比5∶1酸度計法測定，土壤有機質（Soil organic matter，SOM）和有機碳含量（Soil organic carbon，SOC）采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤全氮（Total nitrogen，TN）、全磷（Total phosphorus，TP）、全鉀（Total potassium，TK）含量分別采用凱氏定氮法、堿熔融-鉬銻抗比色法、堿熔融-原子吸收火焰光度法測定［28］。

1.4 數據分析

本研究利用Microsoft excel 2021軟件對試驗數據進行整理，運用SPSS 23.0統計分析軟件對不同補播草種的出苗率、存活率、返青率和株高等指標進行單因素方差分析和多重比較。將土壤電導率、土壤有機質、粗蛋白、粗灰分、株高和蓋度等指標劃分為植物生長特征、牧草營養品質和土壤養分三類因素，運用R語言4.2.3中lme4包進行混合效應模型分析植物生長特征、牧草營養品質和土壤養分三類因素對補播牧草干物質生物量和牧草相對飼喂價值的影響［29］，根據其貢獻率結果得出主要影響補播牧草干物質生物量和牧草相對飼喂價值的因素類型；利用psych包對各類因素進行相關性分析［30］，利用DT包分別對指標參數與補播草種干物質生物量和牧草相對飼喂價值進行灰色關聯性分析，根據各指標與補播草種干物質生物量和牧草相對飼喂價值間的關聯度大小，草種干物質生物量和牧草相對飼喂價值。本研究分析結果均利用ggplot2包進行可視化。

2 結果與分析

2.1 不同補播草種的出苗率，存活率和返青率

不同補播草種的出苗率和存活率存在顯著差異（圖3）。無芒雀麥、披堿草、紅豆草和百脈根的出苗率間無顯著差異，雜花苜蓿和紅豆草的出苗率也無顯著差異，但均顯著高于扁穗冰草（Plt;0.05）。無芒雀麥的存活率顯著高于其他牧草，雜花苜蓿的存活率顯著高于扁穗冰草（Plt;0.05），但披堿草、紅豆草和百脈根的存活率分別與雜花苜蓿和扁穗冰草的存活率間無顯著差異。補播草種間的返青率無顯著性差異，但紅豆草的返青率最高，為58.40%，其次是雜花苜蓿，為57.70%，扁穗冰草最低，為44.87%。

2.2 補播不同草種對退化草地群落特征的影響

補播草地的總蓋度、株高、干物質生物量在不同處理間存在顯著差異（圖4，Plt;0.05）。補播無芒雀麥、披堿草、扁穗冰草、雜花苜蓿、紅豆草和百脈根處理下草地的總蓋度均顯著高于CK（Plt;0.05），較CK分別高出28.64%，26.76%，16.43%，31.46%，28.64%和30.05%。補播不同草種處理下草地的總密度間無顯著差異。補播無芒雀麥和補播紅豆草處理下的株高顯著高于補播披堿草處理，且高出15.85%和20.10%，而補播紅豆草處理下的株高顯著高于CK、補播披堿草和補播百脈根處理（Plt;0.05）。補播無芒雀麥、披堿草、扁穗冰草、紅豆草和百脈根處理下草地的干物質生物量間無顯著差異，但補播無芒雀麥的干物質生物量占草地總干物質生物量占比最大，為23.54%。補播雜花苜蓿處理下草地的干物質生物量顯著高于CK（Plt;0.05）。

2.3 補播不同草種對退化草地牧草營養品質的影響

補播不同草種處理下牧草的粗蛋白含量、粗脂肪含量、可溶性糖含量和中性洗滌纖維含量存在顯著差異（圖5，Plt;0.05）。補播雜花苜蓿處理下牧草粗蛋白含量顯著高于其余處理，而補播無芒雀麥處理下牧草的粗脂肪含量顯著高于補播雜花苜蓿處理（Plt;0.05）。牧草的粗灰分含量在補播不同草種處理之間無顯著差異，而補播扁穗冰草和補播紅豆草處理下牧草的可溶性糖含量顯著高于CK（Plt;0.05）。補播雜花苜蓿處理下牧草的中性洗滌纖維含量較其余處理顯著下降（Plt;0.05），但各補播草種處理下牧草的酸性洗滌纖維含量之間沒有顯著差異。

2.4 補播牧草的干物質生物量（DMB）和牧草相對飼喂價值（RFV）與其生長特性、牧草營養品質和土壤養分含量的關系

通過補播草種的生長特性、營養品質、土壤養分對其DMB和RFV的貢獻率可知，對補播牧草的DMB貢獻率大小排序為：生長特性（34.05%）gt;營養品質（33.86%）gt;土壤養分（32.09%），但補播草種DMB受TN、TP、TK、EC、pH、SOM、SOC以及CP、NDF、Sr、SR、AH和AC的影響（圖6a），相關性分析發現：TK與NDF、SR與AH、CP與SS和SOM與SR、SOM與AC、TP與SOC呈顯著正相關關系（表2，Plt;0.05），pH與EC呈極顯著正相關關系（表2，Plt;0.01），SOM與SOC和AH與EE呈極其顯著正相關關系（表2，Plt;0.001），TK與AC、TP與TN和CP與AH呈顯著負相關關系（表2，Plt;0.05），CP與EE和NDF與AC呈極其顯著負相關關系（表2，Plt;0.001）。

從圖6可以看出，對RFV貢獻率大小排序為：營養品質（53.72%）gt;生長特性（38.84%）gt;土壤養分（7.44%），牧草RFV主要受TP、TK、EC、pH、SOM、SOC以及CP、EE、Ash、SS、SR、Sr、AC的影響。相關性分析發現：TP與SOC、SOM與SR和CP與SS呈顯著正相關關系，而TN與TP呈顯著負相關關系（表3，Plt;0.05），EC與pH和AB與CP呈極顯著正相關關系，而與EE呈極顯著負相關關系（表3，Plt;0.01），SOC與SOM呈極其顯著正相關關系，而CP與EE呈極其顯著負相關關系（表3，Plt;0.001）。

2.5 關聯度分析

運用灰色關聯度法進行綜合評價，發現補播無芒雀麥處理下的DMB與各影響因素的關聯度最大，為65.81%，其次是補播雜花苜蓿處理，為60.94%，補播百脈根處理最低，為42.75%；補播雜花苜蓿處理下的AFV與各影響因素的關聯度最大，為67.55%，其次為補播無芒雀麥處理，為63.01%，補播百脈根處理最低，為43.17%（圖7）。

3 討論

植物群落特征變化能夠反映退化草地的植被恢復狀況，其植被組成決定牧草的營養品質，對草地群落特征和牧草營養品質進行不斷了解和研究才能有效實現退化草地的修復和合理利用［31］。本研究中，補播處理可提高退化草地的生產性能和粗蛋白含量，草地干物質生物量平均較對照提高了36.92%，牧草粗蛋白含量平均較對照提高了4.38%。從不同的補播草種來看，雜花苜蓿和紅豆草的出苗率和返青率較高，無芒雀麥的存活率較高，并且補播處理均可顯著提高植被蓋度，補播無芒雀麥和紅豆草處理下草地所有物種的平均株高最高，而補播雜花苜蓿提高草地群落的粗蛋白含量，補播扁穗冰草和紅豆草處理具有較高的可溶性糖含量。本研究所得植被群落數量特征變化的結果與吳宛萍等［32-22］在退化荒漠草原中補播所得結果一致，即各補播處理的植被地上生物量較不補播分別提高61.97%和46.40%，也與田茹等［34］在退化荒漠草原所得補播可顯著提升植被蓋度的結果一致。本研究所得牧草營養品質變化的結果與張冉等［35］在高寒草地開展的補播試驗所得結果一致，即在補播草種中豆科牧草占比為20%～30%的處理下，牧草粗蛋白含量較不補播提升2.07%～2.65%。此外，6種草種之間在出苗率、存活率、返青率及株高上表現出差異的原因可能是其自身遺傳特性以及抗逆性和對環境的適應性的不同所造成的，而補播雜花苜蓿處理的牧草粗蛋白最高是因為其莖葉中含有豐富的蛋白質，干物質中粗蛋白的含量可達15%～25%［36］。

免耕補播不但能夠提高草地生產力和牧草質量，還會使更多的凋落物經由微生物分解途徑參與到土壤養分循環當中，從而起到改良土壤的作用［37-40］。本研究中土壤有機質含量與植被覆蓋度呈現出顯著的正相關關系，這與劉濤等［41］研究結果相同。環境因子可通過生理機制影響牧草品質［42］，在本研究中，牧草的株高與其粗脂肪含量呈正相關關系，原因可能是植株生長狀態良好時，株高較高，光合作用較強，促使碳水化合物形成并轉化為脂肪，所以牧草的株高和粗脂肪含量會呈現正相關關系。岳麗楠等［10］研究結果中牧草的粗蛋白含量與粗脂肪含量呈負相關關系，與本研究結果一致，但也有研究指出隨著牧草產量的提升，牧草粗蛋白含量和粗脂肪含量均呈現相同的趨勢，纖維含量則呈增加趨勢［43］，出現不同結果的原因可能是天然草地植被物種豐富，而植被-土壤-營養品質之間的關系及其相互影響過程和機制較為復雜，既會受到植物自身生理特性的影響也會受到多種環境因子的協同影響所導致的。因此，草地生產力、牧草營養品質和土壤養分含量是衡量草地生態系統功能穩定性和草地健康與否的重要指標［44-45］。通過各因素的關聯度分析發現補播無芒雀麥處理下的干物質生物量與其影響因素的關聯度最大，為65.81%；其次是雜花苜蓿，為60.94%；百脈根最低，為42.75%。補播雜花苜蓿處理下牧草的相對飼喂價值與其影響因素的關聯度最大，為67.55%；其次為無芒雀麥，為63.01%；百脈根最低，為43.17%。這個原因可能是補播的無芒雀麥和雜花苜蓿具有較高的出苗率、存活率和返青率，從而能夠提高草地群落的蓋度和生物量。

4 結論

在退化草地上補播豆科和禾本科牧草均可提高退化草地的生產性能，同時經過補播后牧草的粗蛋白含量也有所提升。在實際應用中，可根據不同的改良目標選擇合適的補播牧草種類。本研究所涉及的6個補播草種中，若側重于提高草地生產性能，可考慮補播無芒雀麥；若以提升牧草品質為主要目標，可考慮補播雜花苜蓿。

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（責任編輯 "彭露茜）