王德平，陳萬杰，李雅男，趙天啟，張 峰，趙萌莉

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

1 前言

大針茅(Stipagrandis)為多年生密叢旱生牧草，屬禾本科針茅屬，是大針茅草原的建群種〔1〕。大針茅草原是歐亞草原區(qū)特有的一種典型草原，廣泛分布在內(nèi)蒙古的中東部，為該地區(qū)提供大量的飼草資源〔2〕。近年來，由于草原的不合理利用，導(dǎo)致超過50%的典型草原出現(xiàn)退化，而大針茅作為建群種，決定著群落的結(jié)構(gòu)和功能，研究大針茅在不同利用方式下的響應(yīng)，能在一定程度上反映大針茅草原的演變方向〔3〕。

刈割是草地管理的重要措施，也是大針茅草原利用的主要方式之一〔4〕，刈割通過移除植物的地上部分，達(dá)到收獲飼草的目的。刈割大幅度減少了植物的莖葉，進(jìn)而減小了其光和面積，Meyer等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，植物的地上部分被刈割后，剩余葉片的光和速率會提高，出現(xiàn)補償性光合作用；但王靜等〔6〕在對芨芨草(Achnathrumsplendens)的研究中發(fā)現(xiàn)，刈割降低了芨芨草的光合速率。適宜的刈割(留茬高度和刈割時間)不僅能收獲高產(chǎn)量的牧草，還能使其保持優(yōu)良的品質(zhì)〔7〕。朱鈺等〔8〕研究發(fā)現(xiàn)，高留茬不僅降低所收獲的牧草產(chǎn)量，還降低牧草營養(yǎng)價值，而低留茬雖然當(dāng)次收獲的牧草產(chǎn)量較多，但低留茬移除了牧草大部分的葉片，降低了牧草的再生能力，影響次年的產(chǎn)量和品質(zhì)。孫林等〔9〕研究發(fā)現(xiàn)，隨刈割時間的延后，牧草產(chǎn)量上升，但營養(yǎng)品質(zhì)下降。

目前關(guān)于刈割對單一牧草產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的研究多集中在人工草地和盆栽試驗，有關(guān)天然草地的報道較少，且在已發(fā)表的對天然草地研究國內(nèi)論文中，關(guān)于羊草對刈割響應(yīng)的研究較多，而刈割對大針茅產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)的研究報道較少。因此，本文以錫林郭勒盟大針茅草原建群種大針茅為研究對象，分析留茬高度和刈割時間對大針茅產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期為飼用大針茅草原的合理刈割提供理論支持。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市的毛登牧場，44°10′3″N、16°25′29″E，海拔約為1045m，屬于溫帶大陸性氣候。草地建群種為大針茅,優(yōu)勢種為羊草(Leymuschinensis)和糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)。該地區(qū)年均風(fēng)速4.8m/s，年降水量300-360mm，全年降水量的80%集中在6～9月，降水量的季節(jié)和年際變化很大。該地區(qū)土壤主要為栗鈣土，土質(zhì)多為沙壤質(zhì)地，沙性較重，易受風(fēng)蝕；土壤有機質(zhì)含量2%-3%，屬于較為肥沃的土質(zhì)。年平均氣溫為-1～1℃，1月為最冷月，平均氣溫為-21.3℃；7月為最熱月，平均溫度為20.8℃。年大于等于10℃的積溫為1587.9℃，持續(xù)110d，草原植物生長期約145d,無霜期90-115d。

圖1 研究區(qū)8月份溫度和降水狀況Fig1: Temperature and precipitation of the study site in August

2.2 實驗設(shè)計

2014年5月1日，在錫林浩特市毛登牧場建立試驗區(qū)。試驗樣地選在平坦寬闊的具有代表性的大針茅草原，采取兩因子處理(刈割時間，留茬高度)，以刈割時間為主區(qū)，設(shè)計三個刈割時間：A，8月1日刈割；B，8月16日刈割；C，8月31日刈割。副區(qū)為留茬高度，設(shè)計四個留茬高度：低留茬(H2，留茬2cm);中留茬(H5,留茬5cm);高留茬(H8,留茬8cm);對照組(CK,不刈割)。本實驗共設(shè)計三個區(qū)組，每個區(qū)組有三個主區(qū)，主區(qū)內(nèi)設(shè)四個副區(qū)，每個副區(qū)內(nèi)再設(shè)三個重復(fù)小區(qū)，每個小區(qū)長3m，寬2m，小區(qū)間間隔1m,共108個小區(qū)，隨機區(qū)組排列。

2.3 測定指標(biāo)

2.3.1 野外調(diào)查

于2016年8月份，在試驗區(qū)內(nèi)，采用50cm×50cm的樣方框在每個小區(qū)內(nèi)隨機取樣，2次重復(fù)，并在樣方內(nèi)隨機選取三株大針茅測量生殖高度與營養(yǎng)高度，然后按照實驗設(shè)計的留茬高度和刈割時間對樣方內(nèi)大針茅進(jìn)行刈割。刈割得到的大針茅帶回實驗室先殺青烘干至恒重，然后用天平測得其重量，最后換算為1m×1m即單位面積的產(chǎn)量，并以此作為大針茅的產(chǎn)量。

2.3.2 營養(yǎng)成分測定

將樣品烘干后，經(jīng)球磨儀磨碎，過1mm篩，然后進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的測定。

(1)粗蛋白(crude protein，CP)，使用杜馬斯定氮儀測定。

(2)酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF) ，使用Anokom220型纖維分析儀測定。

2.4 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，處理間的多重比較采用LSD檢驗，檢驗水平為α=0.05。以上分析采用R 3.3.2進(jìn)行，所有圖使用SigmaPlot 12.0制作，所有表使用EXCEL 2010制作。

3 結(jié)果與分析

3.1 留茬高度和刈割時間對大針茅高度的影響

刈割降低了大針茅植株生殖枝高度, H2(38.42cm)、H5(39.32cm)、H8(40.63cm)均顯著低于對照組(45.74cm)，H8顯著高于H2、H5，H2與H5無顯著差異；隨留茬高度增加，植株高度增加。刈割強度對大針茅植株營養(yǎng)高度影響顯著(P<0.05)，處理組植株營養(yǎng)高度均顯著低于對照組(41.58cm)，H5(35.44cm)顯著高于H2(34.13cm)、H8(34.50cm)，H2與H8無顯著差異；隨留茬高度增加，植株營養(yǎng)高度先增加后降低再增加的趨勢。刈割時間對大針茅植株高度和植株營養(yǎng)高度均無顯著性影響(P>0.05),隨刈割時間推后，植株高度和植株營養(yǎng)高度均降低，8月1日植株高度和植株營養(yǎng)高度最高，8月31日二者均最低。

表1 留茬高度和刈割時間對大針茅高度影響的方差分析Table1:F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on height at Stipa grandis

注：*，P<0.05;**,P<0.01,***,P<0.001,ns,P>0.05,下同。

圖2 留茬高度和刈割時間對大針茅高度的影響Fig2 The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis height

注：同一因變量內(nèi)標(biāo)注不同字母表示差異顯著，下同。

Note: Means with different letters in the same induced variable are significantly different，the same as below.

3.2 留茬高度和刈割時間對大針茅產(chǎn)草量的影響

留茬高度對大針茅產(chǎn)草量影響顯著(P<0.01)，與對照組(106.10 g/m2)相比，各處理均顯著降低大針茅產(chǎn)草量,H5(78.46g/m2)與H2(68.43 g/m2)、H8(74.15 g/m2)均有顯著差異，H5顯著高于H2、H8，H2與H8之間無顯著差異。處理組間，大針茅產(chǎn)草量隨留茬高度增加，呈先增高，后降低趨勢。刈割時間對大針茅產(chǎn)草量具有顯著影響(P<0.05)，8月31日大針茅產(chǎn)草量(94.79 g/m2)顯著高于8月1日(67.68 g/m2)和8月16日(82.05 g/m2)，8月16日大針茅產(chǎn)草量顯著高于8月1日，隨刈割時間推后，大針茅產(chǎn)草量增加。

表2 留茬高度和刈割時間對大針茅產(chǎn)草量影響的方差分析Table2 F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on forage production at Stipa grandis

圖3 留茬高度和刈割時間對大針茅產(chǎn)草量的影響Fig3: The impact of stubble heights and mowing date on forage production Stipa grandis

注：同一因變量內(nèi)標(biāo)注不同字母表示差異顯著，下同

Note: Means with different letters in the same induced variable are significantly different，the same as below.

3.3 留茬高度和刈割時間對大針茅營養(yǎng)品質(zhì)的影響

3.3.1 留茬高度和刈割時間對大針茅粗蛋白的影響

留茬高度對大針茅粗蛋白有顯著影響(P<0.01),與對照組(7.41%)相比，各處理均顯著增加大針茅粗蛋白，H2(8.53%)、H5(8.39%)顯著高于H8(8.15%)，但H2與H5無顯著差異(P<0.05)；隨留茬高度降低，大針茅粗蛋白逐漸增高。刈割時間對大針茅粗蛋白有顯著影響(P<0.01)，8月1日大針茅粗蛋白(8.68%)顯著高于8月16日(8.00%)和8月31日(7.68%)；8月16日大針茅粗蛋白顯著高于8月31號；隨刈割時間推后，大針茅粗蛋白顯著降低(P<0.05)，即8月1號大針茅粗蛋白最高，8月31號大針茅粗蛋白最低。

表3 留茬高度和刈割時間對大針茅粗蛋白影響的方差分析Table3: F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on crude protein at Stipa grandis

圖4 留茬高度和刈割時間對大針茅粗蛋白的影響Fig4: The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis crude protein

3.3.2 留茬高度和刈割時間對大針茅ADF和NDF的影響

留茬高度和刈割時間對大針茅ADF和NDF均無顯著性影響(P>0.05)。與對照組相比，刈割降低了大針茅ADF含量，在處理組中，大針茅ADF含量隨留茬高度增加而降低，隨刈割時間延后而增加。與對照組相比，刈割降低了大針茅RFV含量，大針茅RFV含量隨留茬高度增加而增加，隨刈割時間延后而增加。

表4 留茬高度和刈割時間對大針茅酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維影響的方差分析Table2:F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on ADF and NDF at Stipa grandis

圖5 留茬高度和刈割時間對大針茅酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的影響 Fig5: The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis ADF and NDF

4 討論

4.1 留茬高度和刈割時間對大針茅產(chǎn)草量的影響

在本研究中，留茬高度對大針茅產(chǎn)草量影響顯著(P<0.01)，首先，處理組產(chǎn)量均低于對照組產(chǎn)量，可見刈割會降低大針茅產(chǎn)草量。周國逸等〔10-11〕在對牧草分蘗的研究中發(fā)現(xiàn)，刈割會降低大針茅的分蘗能力，而在大針茅的繁殖途徑中，分蘗增殖是其主要繁殖方式，分蘗數(shù)的減少會降低其繁衍后代的能力，進(jìn)而導(dǎo)致次年產(chǎn)量下降。王璽等〔12〕研究發(fā)現(xiàn)，大針茅的地上生物量與大針茅的株高和分枝數(shù)有較大關(guān)系，由圖(2)可知，刈割顯著降低了大針茅的株高，進(jìn)而減少了割草對地上生物量的獲取，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。尹建華等〔13-15〕在對盆栽大針茅的研究中發(fā)現(xiàn)，刈割會顯著影響地下根系的發(fā)育，使大針茅地下根系趨于小型化；李怡等〔16〕在對大針茅根系的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨放牧強度增加，大針茅地下生物量減少，隨著地下生物量的減少，大針茅對土壤養(yǎng)分的獲取能力降低，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。第二，隨留茬高度降低，處理組間產(chǎn)量有先增高后降低的趨勢，即H5產(chǎn)量顯著高于H2和H8，H2產(chǎn)量最低。這可能與大針茅本身的性質(zhì)有關(guān)，大針茅屬于叢生型下繁禾草，中、高留茬可能對其葉量的損失相對較小，而低留茬使大針茅大量的營養(yǎng)物質(zhì)被帶走，并且絕大部分枝葉也因刈割而流失，進(jìn)而影響其恢復(fù)能力和光和能力〔14〕，這可能是H2產(chǎn)量降低的原因之一。除此之外，H2產(chǎn)量低可能與刈割降低了大針茅的株高有關(guān)，由圖(2)可知，刈割顯著降低了大針茅的株高，H2時大針茅株高最低，這可能是導(dǎo)致H2產(chǎn)量降低的另一原因。第三，中度刈割時大針茅雖然也被帶走枝葉，但因其下繁草的特性，還有部分枝葉得以保留，但是其它植物會被帶走大量葉片，進(jìn)而導(dǎo)致與大針茅的競爭能力減弱，使大針茅此時在群落中處于優(yōu)勢地位，這可能是H5時大針茅產(chǎn)草量最大的原因。第四，王生文等〔17〕在對祁連山人工草地老芒麥(Elymussibiricus)的研究中發(fā)現(xiàn)，高留茬會導(dǎo)致老芒麥產(chǎn)量降低，主要是因為高留茬保留了大量枯死物質(zhì)，導(dǎo)致老芒麥光能利用率下降；本研究中發(fā)現(xiàn)高留茬也會導(dǎo)致大針茅產(chǎn)草量降低，產(chǎn)量降低原因可能與上述研究類似，但因本實驗建于天然草地，除自身枯死物質(zhì)外，其它植物的競爭也可能導(dǎo)致大針茅產(chǎn)草量降低。高留茬時，其它植物因自身株高較低，被移除的枝葉較少，而大針茅株高較高，移除了較多枝葉，導(dǎo)致大針茅在高留茬時與其它植物的競爭能力相對減弱〔3〕，這可能是大針茅H8產(chǎn)量降低的另一原因。

在本研究中刈割時間對大針茅產(chǎn)草量有顯著影響(P<0.05),隨刈割時間推后，大針茅產(chǎn)草量顯著上升。這種現(xiàn)象可能與植物的生長發(fā)育習(xí)性有關(guān)，王志峰等〔18〕在對羊草產(chǎn)量的研究中發(fā)現(xiàn)，隨刈割時間的推后，羊草產(chǎn)量逐漸上升；雷艷芳〔19〕等對青貯玉米的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨刈割時間推后，可收獲的玉米干物質(zhì)產(chǎn)量增加；可見在適宜條件下，大多數(shù)飼草產(chǎn)量會隨刈割時間推后而增加。丁成龍等〔20〕在對多花黑麥草(Loliummultiflorum)的研究中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)推遲刈割時間不僅能獲得較多的干物質(zhì)產(chǎn)量，還能促進(jìn)地下根系的生長和養(yǎng)分的積累，有利于第二年再生，這可能是導(dǎo)致大針茅隨刈割時間延后產(chǎn)量上升的另一原因。除此之外，大針茅產(chǎn)草量上升還可能與當(dāng)?shù)販囟鹊淖兓嘘P(guān)，趙威等〔21〕研究發(fā)現(xiàn)，植物干物質(zhì)的積累與光和作用和呼吸作用有較大聯(lián)系，而溫度對光和作用和呼吸作用的影響存在差異。在對多種作物的研究中發(fā)現(xiàn)，在14～37℃內(nèi)，溫度變化對光合作用影響有限，而呼吸作用對溫度變化較為敏感，隨溫度上升，植物呼吸作用增強。在本研究中，隨刈割時間延后，當(dāng)?shù)販囟冉档?，可能使大針茅光合作用波動較小，而呼吸作用明顯降低，導(dǎo)致干物質(zhì)積累增多，促使產(chǎn)量上升。

4.2 留茬高度和刈割時間對大針茅營養(yǎng)品質(zhì)的影響

在本研究中，留茬高度對大針茅粗蛋白有顯著影響(P<0.01)，首先，經(jīng)刈割處理的大針茅粗蛋白均顯著高于對照組，且隨留茬高度降低，粗蛋白增高，可見低留茬能提高大針茅營養(yǎng)品質(zhì)，這與霍成君等〔22〕研究結(jié)果相一致。 這可能與大針茅叢生下繁草的特性有關(guān)，牧草中大量的粗蛋白存儲于葉中，而隨著留茬高度的降低，大針茅更多的葉片被獲取，導(dǎo)致粗蛋白增多。低留茬移除草群大量的地上生物量，導(dǎo)致其他植物對光的占有能力下降，但大針茅基部的仍有部分葉片，使其對光照的占有能力相對提高，進(jìn)而導(dǎo)致粗蛋白增多。Meyer等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，刈割會刺激剩余葉片，提高其光合能力；Doescher等〔23〕的研究也發(fā)現(xiàn)，刈割會使植物出現(xiàn)補償性光合作用，提高葉片光合速率，而且葉片光合速率的提升還會隨刈割年限的增加而增強。因此，刈割導(dǎo)致大針茅粗蛋白上升，可能與刈割提高了葉片光合速率有關(guān)。

在本研究中，刈割時間對大針茅粗蛋白影響顯著(P<0.01),大針茅粗蛋白隨刈割時間推后而降低。大針茅粗蛋白降低可能與其生長發(fā)育有關(guān)，隨刈割時間的推后，大針茅莖葉比增加，而大針茅中大量粗蛋白儲存于葉中，因此粗蛋白降低；另一方面，隨刈割時間推后，大針茅可能消耗大量粗蛋白用于自身生長和芒針的形成，導(dǎo)致粗蛋白降低〔24〕。

牧草中酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量對其營養(yǎng)品質(zhì)有重要影響，其中ADF影響牧草的消化率，ADF含量高，則消化率低；NDF影響家畜對牧草的采食率，NDF含量高，則采食率低〔25〕。在本研究中，留茬高度和刈割時間對大針茅ADF和NDF均無顯著性影響(P>0.05),但各處理組隨留茬高度增加，ADF含量降低；NDF則隨留茬高度增加，含量增加；因此，高留茬大針茅可能消化率高但采食率低。隨刈割時間推后，大針茅ADF和NDF含量均增高，這可能導(dǎo)致大針茅的品質(zhì)隨刈割時間推后而降低。

5 結(jié)論

連年刈割顯著降低大針茅產(chǎn)草量(P>0.05)，在各刈割處理中，大針茅在中度刈割時產(chǎn)量最高。刈割顯著增高大針茅粗蛋白，中低留茬大針茅品質(zhì)較好(P>0.05)。隨刈割時間推后，大針茅產(chǎn)草量顯著上升(P>0.05)，大針茅粗蛋白下降(P>0.05)。大針茅建群的典型草原刈割利用以8月中旬刈割，留茬5cm為宜。