成慧，常生華，陳先江，侯扶江

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

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引黃灌區(qū)模擬輪牧對春小麥、燕麥和黑麥飼草生產(chǎn)的影響

成慧，常生華，陳先江，侯扶江*

(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

優(yōu)質(zhì)飼草生產(chǎn)是區(qū)域草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵，引黃灌區(qū)存在季節(jié)性飼草虧缺。小麥、燕麥和黑麥等小谷物在引黃灌區(qū)有悠久的種植歷史，具有生長快、耐刈割和再生能力強(qiáng)的特點(diǎn)，春季直到初夏可以放牧或刈割鮮草，也可調(diào)制干草冷季飼用，是潛在的飼草作物。在景泰引黃灌區(qū)模擬家畜輪牧小麥、燕麥和黑麥3種小谷物，比較其飼用價(jià)值，以期為利用現(xiàn)有作物資源發(fā)展動(dòng)物生產(chǎn)、改革和完善農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，在景泰引黃灌區(qū)模擬家畜輪牧春小麥、燕麥和黑麥3種小谷物，燕麥產(chǎn)草量分別比黑麥和春小麥高38.8%和9.9%，當(dāng)用作籽實(shí)生產(chǎn)時(shí)春小麥和燕麥地上部分總生物量分別高于模擬放牧37.5%和35.0%，黑麥差異不顯著。輪牧利用的3種小谷物粗蛋白產(chǎn)量顯著高于籽實(shí)生產(chǎn)。春小麥和黑麥的粗脂肪含量在模擬輪牧下明顯高于用于籽實(shí)生產(chǎn)，但輪牧下燕麥粗脂肪產(chǎn)量低于籽實(shí)生產(chǎn)。輪牧利用后小谷物的粗纖維含量分別下降42.9%，53.0%和21.9%。輪牧后小谷物可溶性碳水化合物含量逐漸增加，而籽實(shí)生產(chǎn)的春小麥和黑麥可溶性碳水化合物含量先增加后下降。輪牧下3種小谷物NDF、ADF和纖維素含量低于其用于籽實(shí)生產(chǎn)。定量評價(jià)，小谷物輪牧利用比籽實(shí)生產(chǎn)更具飼用價(jià)值，而燕麥的飼用價(jià)值高于其他兩種作物。

小谷物；籽實(shí)生產(chǎn)；營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)；引黃灌區(qū)

小谷物的多功能性是農(nóng)業(yè)起源和發(fā)展的產(chǎn)物，普遍存在于各個(gè)歷史時(shí)期和各種農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域[1-3]。盡管多功能性是非生物環(huán)境因素、生物因素和社會(huì)因素綜合作用的結(jié)果[4-6]，然而人類管理和社會(huì)需求對作物功能的選擇性愈來愈強(qiáng)，小谷物的功能在專門化作物生產(chǎn)系統(tǒng)中被固定為單一的籽實(shí)生產(chǎn)(糧食生產(chǎn))，對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)性構(gòu)成威脅[7-8]。小麥(Triticumaestivum)、燕麥(Arrhenatherumelatius)和黑麥(Secalecereale)位列全球10種最重要的作物，種植面積之廣、總產(chǎn)量之大、用途之多，說明它們具有對諸多復(fù)雜生境的較強(qiáng)適應(yīng)性、滿足人類生活生產(chǎn)需求的多功能性，對于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定與演化、人類社會(huì)的發(fā)育與飛躍做出了重要貢獻(xiàn)[9-11]。我國西部引黃灌區(qū)地處農(nóng)牧交錯(cuò)帶[12]，是傳統(tǒng)的農(nóng)牧耦合的“反應(yīng)灶”[7]，草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)類型主要是作物/天然草地—家畜生產(chǎn)系統(tǒng)和專門化的作物生產(chǎn)系統(tǒng)，其中作物是農(nóng)牧耦合提高耦合系統(tǒng)生態(tài)生產(chǎn)力的“催化劑”[13]。一般，依靠天然草地養(yǎng)畜，冬春季節(jié)有較為漫長的飼草虧缺期[14]。在引黃灌區(qū)及其毗鄰地區(qū)，天然草地全年牧草供給與家畜需求若大致均等，季節(jié)性飼草虧缺可能從11月下旬持續(xù)到翌年5月中旬[15]，因此優(yōu)質(zhì)飼草生產(chǎn)是區(qū)域草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵。小麥、燕麥和黑麥等小谷物生長快、耐刈割、再生能力強(qiáng)，在引黃灌區(qū)有悠久的種植歷史，適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，春季直到初夏可以放牧或刈割鮮草，也可調(diào)制干草冷季飼用，是潛在的飼草作物。放牧是草地最經(jīng)濟(jì)的利用方式[16]。為此，在景泰引黃灌區(qū)模擬家畜輪牧3種小谷物，比較其飼用價(jià)值，以期為利用現(xiàn)有作物資源發(fā)展動(dòng)物生產(chǎn)、改革和完善農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)自然概況

位于蘭州大學(xué)景泰草地農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站。屬典型溫帶大陸性氣候。年平均氣溫8.6℃，晝夜溫差大。年降水量為185 mm，年平均蒸發(fā)量3081 mm，無霜期為159 d，年日照時(shí)數(shù)2718.3 h?！?℃年平均積溫3300～3620℃。濕潤度K值為0.51，根據(jù)綜合順序分類法，草原類型為微溫干旱溫帶半荒漠類[17]。

1.2 試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置

完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。試驗(yàn)小區(qū)面積為4.5 m×9.0 m，小區(qū)間保護(hù)行距1 m，區(qū)組間距2 m， 4次重復(fù)。每小區(qū)分為2個(gè)裂區(qū)，1個(gè)裂區(qū)模擬家畜輪牧，另1裂區(qū)收獲籽實(shí)，用作籽實(shí)生產(chǎn)。

2010年3月下旬播種春小麥、燕麥和黑麥，播種量375 kg/hm2，行距25 cm，播深2～3 cm。播種時(shí)施肥，二胺∶尿素=1∶1。

1.3 模擬輪牧和田間管理

以定期刈割模擬家畜輪牧，輪牧周期20 d。2010年5月23日首次刈割，此后每20 d刈割1次，留茬8 cm，最后1次齊地面刈割。模擬輪牧的裂區(qū)，春小麥和黑麥整個(gè)生長季共計(jì)刈割4次(5月23日，6月11日，7月1日，7月21日)。每次刈割后，追施尿素，總計(jì)225 kg/hm2。播種后適時(shí)灌水，每次模擬放牧后灌溉1次，共計(jì)灌水7200 m3/hm2。

籽實(shí)生產(chǎn)的裂區(qū)管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶，7月21日收獲，施肥量與灌水量同模擬放牧裂區(qū)。

1.4 測定指標(biāo)

每次模擬放牧前，每小區(qū)2個(gè)1 m×1 m樣方測產(chǎn)草量。草樣分為兩份：1份105℃烘至恒重，計(jì)測產(chǎn)草量；另1份樣品65℃烘48 h，粉碎后過0.425 mm篩，用于營養(yǎng)成分分析。籽實(shí)生產(chǎn)裂區(qū)測定糧食和秸稈產(chǎn)量，樣品粉碎后過篩備用。

Ankom A200i半自動(dòng)纖維分析儀測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)和粗纖維(crude fiber, CF)；凱氏定氮法測定粗蛋白(crude protein, CP)；Ankom XT15i全自動(dòng)脂肪分析儀測定粗脂肪(ether extract, EE)；流動(dòng)分析儀測定可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate, WSC)；TM-0910P型馬弗爐測定粗灰分(Ash)。半纖維素=NDF-ADF。粗纖維含量=纖維素含量+半纖維素含量+木質(zhì)素含量+角質(zhì)。

1.5 飼用價(jià)值綜合評價(jià)

根據(jù)《草業(yè)科學(xué)研究方法》[18]：V=(a+b+c)/3。有3點(diǎn)改動(dòng)：定量，在先前3等級的基礎(chǔ)上，精確定量分級；把參數(shù)胡蘿卜素等級變更為產(chǎn)量等級，因?yàn)楫a(chǎn)量是飼用的最根本要素；總得分由連乘變?yōu)檫B加。

V為總評分?jǐn)?shù)，數(shù)值較高者為優(yōu)。

c為產(chǎn)草量等級。以超過籽實(shí)生產(chǎn)的作物地上部分產(chǎn)量的80%為上等草的閾值，本研究取3種小谷物地上部分產(chǎn)量的平均值；以60%～80%為中等草的下限；60%以下為下等草。參照粗蛋白的評分方法計(jì)算。

任何1個(gè)值超過上限，則認(rèn)為其等于上限。

V=(0, 1]，下等草；V=(1, 2] ，中等草；V=(2, 3]，上等草。

1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

用Excel繪圖，SPSS 13.0做統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小谷物的產(chǎn)草量

模擬輪牧的燕麥產(chǎn)草量為10.0 t DM/hm2，分別比黑麥和春小麥高38.8%和9.9%(P<0.05)(圖1，左)。雖然第1輪模擬放牧?xí)r，燕麥產(chǎn)草量分別低于春小麥和黑麥4.5%(P>0.05)和37.8%(P<0.05)，但第2次到第4次輪模擬放牧分別高31.3%和26.9%，120%和45.9%，53.8%和17.5%(P<0.05)。可見，依據(jù)產(chǎn)草量高低和對模擬放牧的反應(yīng)，燕麥較其他兩種作物更適宜輪牧。

圖1 引黃灌區(qū)小谷物模擬放牧的產(chǎn)草量(左)，糧食和秸稈產(chǎn)量(右)Fig.1 Yield of hay (left), grain and straw (right) of three small grain crops in Yellow River irrigation area不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。The different small letters mean the significant differences at P<0.05.下同The same below.

燕麥的糧食產(chǎn)量分別比春小麥和黑麥高33.3%(P<0.05)和39.5%(P<0.05)，秸稈產(chǎn)量分別高36.3%(P<0.05)和45.3%(P<0.05)(圖1，右)。用作籽實(shí)生產(chǎn)的春小麥、燕麥和黑麥地上部分總產(chǎn)量分別高于模擬放牧37.5%(P<0.05),35.0%(P<0.05)和2.0%(P>0.05)。

2.2 小谷物的營養(yǎng)成分

2.2.1 營養(yǎng)成分含量 總體上，隨著小谷物的生育期發(fā)展，模擬放牧和籽實(shí)生產(chǎn)兩種利用方式下，3種小谷物粗蛋白含量從17%～21%逐漸下降到5%～12%；只是春小麥、燕麥和黑麥第3次模擬放牧?xí)rCP含量分別高于第2次32.3%,19.4%和15.4%(P<0.05)(圖2)。小谷物模擬放牧的CP含量顯著高于用作籽實(shí)生產(chǎn)；第2次～第4次模擬放牧，春小麥分別高10.2%，210%和190%，燕麥分別高12.1%，93.9%和130%，黑麥分別高76.6%，150%和78.6%(P<0.05)。

圖2 引黃灌區(qū)小谷物的飼用成分Fig.2 The nutrition content of three small grain crops in Yellow River irrigation areaSG：模擬放牧 Simulated grazing；GP：籽實(shí)生產(chǎn)Grain production；下同 The same below.

小谷物粗脂肪含量的變化與粗蛋白相似，在生育期間呈下降趨勢(圖2)。春小麥和黑麥粗脂肪含量模擬輪牧高于籽實(shí)生產(chǎn)；第2次～第4次輪牧，春小麥粗脂肪含量分別高于籽實(shí)生產(chǎn)3.5%(P>0.05),28.2%和72.0%(P<0.05)，燕麥分別高19.7%(P>0.05)，33.6%和45.2%(P<0.05)，增幅隨放牧頻次增加呈逐漸上升趨勢，說明輪牧能夠提高小谷物粗脂肪含量；輪牧的燕麥粗脂肪含量在第2次比籽實(shí)生產(chǎn)高22.0%(P>0.05)，其他時(shí)期差異不顯著(P>0.05)。

試驗(yàn)期間，模擬輪牧的小谷物可溶性碳水化合物含量逐漸增加，籽實(shí)生產(chǎn)的春小麥和黑麥WSC含量先增加后下降(圖2)。第2次模擬輪牧?xí)r，春小麥、燕麥和黑麥的WSC含量分別是籽實(shí)生產(chǎn)的93.4%(P>0.05)，95.9%(P>0.05)和67.1%(P<0.05)；第3次模擬輪牧分別為88.2%，170%和81.9%(P<0.05)；第4次模擬放牧分別為2.5,1.7和1.9倍(P<0.05)，這與小谷物籽實(shí)成熟后整株WSC迅速下降有關(guān)，說明輪牧具有維持或提高小谷物WSC含量的作用。

第2輪～第4輪模擬放牧的春小麥NDF和ADF含量比籽實(shí)生產(chǎn)分別低4.6%(P>0.05)，16.3%，12.9%和11.5%，17.6%，12.6%(P<0.05)，燕麥分別低6.0%(P>0.05)，15.7%，20.7%(P<0.05)和8.0%(P>0.05)，31.2%，19.7%(P<0.05)，黑麥分別低18.9%，20.1%(P<0.05)，1.0%(P>0.05)和27.0%，25.6%(P<0.05),0。春小麥纖維素含量在第1輪～第4輪放牧?xí)r分別低于籽實(shí)作物4.4%(P>0.05)，20.2%和32.3%(P<0.05)，燕麥和黑麥分別低24.7%，18.2%，35.6% 和26.2%，24.3%，17.7%(P<0.05)?？梢姡喣两档托」任锏腘DF、ADF和纖維素含量(圖2)。

2.2.2 營養(yǎng)成分產(chǎn)量 模擬輪牧的3種小谷物粗蛋白產(chǎn)量極顯著高于籽實(shí)生產(chǎn)(P<0.01)，其中春小麥、燕麥和黑麥分別高78.9%，110%和230%(表1)。春小麥和黑麥的粗脂肪含量在模擬輪牧下比籽實(shí)生產(chǎn)分別增加37.2%和59.0%(P<0.01)；但放牧的燕麥卻減產(chǎn)5.3%，差異不顯著(P>0.05)。WSC產(chǎn)量，春小麥和黑麥分別增產(chǎn)15.3%(P<0.05)和4.0%(P>0.05)，但燕麥減產(chǎn)29.6%(P<0.01)。小谷物的粗纖維含量分別下降42.9%，53.0%和21.9%(P<0.01)。需要指出，籽實(shí)生產(chǎn)的小谷物其飼用成分產(chǎn)量是地上物質(zhì)(籽實(shí)和秸稈)的總和。顯然，在引黃灌區(qū)利用3種小谷物發(fā)展飼草生產(chǎn)，合理利用，可以收獲更多的蛋白質(zhì)，燕麥和黑麥，還可收獲更多的粗脂肪。

表1 引黃灌區(qū)小谷物飼用成分的產(chǎn)量

同一作物不同利用方式之間不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。Different capitals identify the significant differences between different utilization of the same crop (P<0.01).NS：差異不顯著 No significant difference.

燕麥模擬放牧的粗蛋白產(chǎn)量和粗脂肪產(chǎn)量分別比黑麥和春小麥高17.9%，48.4%和11.9%，66.4%(P<0.01)；WSC產(chǎn)量分別高14.5%和13.6%(P<0.05)；粗纖維產(chǎn)量比春小麥高21.9%(P<0.01)，比黑麥低9.0%(P>0.05)。從營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量的角度，在引黃灌區(qū)，燕麥相對于其他2種小谷物更適合于牧草生產(chǎn)。

2.3 小谷物的飼用價(jià)值分級

總體上，小谷物輪牧利用比籽實(shí)生產(chǎn)更具飼用價(jià)值(表2)。3種小谷物，除了5月23日燕麥，均為中等品質(zhì)牧草。燕麥的飼用價(jià)值高于其他兩種作物，與各飼用成分的分析結(jié)果一致。

3 討論

本研究中，第1次模擬放牧?xí)r間過遲，春小麥、燕麥和黑麥的株高分別達(dá)到38.9，40.9和53.9 cm，作物開始拔節(jié)，放牧抑制小谷物的再生性[19]，導(dǎo)致模擬輪牧的春小麥和燕麥產(chǎn)草量低于用作籽實(shí)生產(chǎn)的小谷物籽實(shí)與秸稈產(chǎn)量之和(圖1)。一般，栽培草地第1次放牧的高度以25～30 cm為宜[16]，適度放牧利用的一年生小谷物產(chǎn)草量高于籽實(shí)生產(chǎn)的小谷物地上部分產(chǎn)量之和[20]。即便如此，單位耕地種植小谷物用于放牧依然比用作籽實(shí)生產(chǎn)的小谷物生產(chǎn)出更多的蛋白質(zhì)(表2)，足見小谷物優(yōu)良的飼用稟賦。農(nóng)業(yè)濫觴期，人類馴化小谷物最初并不是為了生產(chǎn)糧食，即是為家畜提供芻秣[21]，本研究結(jié)果也說明這些小谷物的飼用稟賦并未湮沒于漫長的糧食作物育種歷史。

用粗蛋白和粗纖維含量作為小谷物飼用價(jià)值評價(jià)指標(biāo)，前者很大程度上是正效應(yīng)，后者一定程度上是負(fù)效應(yīng)，而產(chǎn)草量是中性指標(biāo)，3個(gè)指標(biāo)的綜合方法均等地反映出各個(gè)屬性飼用成分的貢獻(xiàn)。如果飼用價(jià)值評級不包含飼草量(表3)，則主要差異有：模擬放牧小谷物的飼用價(jià)值與籽實(shí)生產(chǎn)的小谷物有更大的優(yōu)勢，飼用價(jià)值隨小谷物發(fā)育成熟而呈逐漸下降趨勢。飼草量因素平抑了這兩點(diǎn)差異，體現(xiàn)出飼草數(shù)量一定范圍內(nèi)可以彌補(bǔ)飼草質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)。目前我國生產(chǎn)的糧食，約30%被直接食用，70%用于飼料和其他用途，食物安全本質(zhì)上是飼料安全[22]。相對于籽實(shí)生產(chǎn)的小谷物用于家畜生產(chǎn)，小谷物放牧利用，單位化石能源消耗產(chǎn)出的營養(yǎng)物質(zhì)更多，是一種低碳的食物生產(chǎn)方式。

表2 小谷物的飼用價(jià)值評級

表3 只計(jì)粗蛋白和粗纖維的小谷物的飼用價(jià)值評級

初步計(jì)算，引黃灌區(qū)模擬放牧的燕麥水分利用效率最高，約11.7 kg/(hm2·mm)，黑麥和春小麥分別約10.5和8.1 kg/(hm2·mm)，3種小谷物籽實(shí)生產(chǎn)的水分利用效率分別為7.5，5.4和5.6 kg/(hm2·mm)。綜合產(chǎn)草量和水分利用效率，3種小谷物在營養(yǎng)生長期均適合輪牧，尤其是燕麥。利用當(dāng)?shù)匾延械淖魑锲贩N發(fā)展?fàn)I養(yǎng)體農(nóng)業(yè)，在品種篩選、管理技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備等方面比引進(jìn)新品種有優(yōu)勢。

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[13] 侯扶江, 南志標(biāo), 任繼周. 作物-家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng). 草業(yè)學(xué)報(bào), 2009, 18(5): 211-234.

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[22] 任繼周, 南志標(biāo), 林慧龍. 以食物系統(tǒng)保證食物(含糧食)安全—實(shí)行草地農(nóng)業(yè), 全面發(fā)展食物系統(tǒng)生產(chǎn)潛力. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2005, 14(3): 1-10.

Influence of simulated rotational grazing on the forage production of spring wheat, oats and rye in the Yellow River irrigation area

CHENG Hui, CHANG Sheng-Hua, CHEN Xian-Jiang, HOU Fu-Jiang*

StateKeyLaboratoryofGrasslandAgro-ecosystems,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

Changes in the growth and nutrition content of cereals (spring wheat, oats and rye) under simulated rotational grazing utilization (SG) were studied in the Yellow River irrigation area. The results showed that under SG the forage yields of oats were 38.8% and 9.9% more than that of rye and spring wheat respectively. The total above-ground yields (grain and straw) of spring wheat and rye when used as grain production (GP, traditional utilization method) were 37.5% and 35.0% higher than when they were used as SG, while there was no significant difference in rye yields across the two utilizations. Crude protein yields of the three small grain crops were significantly higher under SG than GP. Crude fat contents of spring wheat and rye were higher under SG than GP, but crude fat yields of oats were lower under SG. Compared with GP, crude fiber contents of the three small grain crops under SG decreased by 42.9%, 53.0% and 21.9% respectively. Grazing resulted in an increase of water soluble carbohydrate contents and lower NDF, ADF and crude fiber contents when compared with GP. On the whole, the three small grain crops have higher feed evaluation scores when they were used as SG and the score of rye was highest.

small grain crops; grain production; vegetative agriculture; Yellow River irrigation area

10.11686/cyxb2012423

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-05-13；改回日期：2014-12-13

國家自然科學(xué)基金(31172249)，長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃(IRT13019)，國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD13B05，2011BAD17B02-03)和公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201403071-6)資助。

成慧(1985-)，男，山西交城人，碩士。E-mail: chengh08@lzu.cn *通訊作者Corresponding author. E-mail: cyhoufj@lzu.edu.cn

成慧，常生華，陳先江，侯扶江. 引黃灌區(qū)模擬輪牧對春小麥、燕麥和黑麥飼草生產(chǎn)的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(6): 92-98.

Cheng H, Chang S H, Chen X J, Hou F J. Influence of simulated rotational grazing on the forage production of spring wheat, oats and rye in the Yellow River irrigation area. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(6): 92-98.