王曉彤，柳小妮，唐俊偉，賈順斌，馬力

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070;2.青海省草原總站,青海 西寧 810008)

青海湖流域地處中國(guó)青藏高原東北部，位于中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)、西北干旱區(qū)和西南高寒區(qū)的中心交匯地帶，是維系青藏高原生態(tài)環(huán)境安全和控制荒漠化自西向東蔓延的重要屏障[1-2]。受全球環(huán)境變化和人類生產(chǎn)生活的影響，青海湖流域干旱化明顯，鹽堿化加劇[3]，出現(xiàn)草地退化、沙化，植物種群減少等生態(tài)問(wèn)題，對(duì)環(huán)青海湖地區(qū)的水土保持、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)等產(chǎn)生了重大影響[4]。遏制草地沙化是解決當(dāng)前生態(tài)環(huán)境治理和人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的主要內(nèi)容之一，青海湖周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境原始且脆弱，生態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、敏感，易受干擾引起退化[5]，而且自然恢復(fù)過(guò)程慢、難度大[6]。目前青藏高原地區(qū)退化草地治理中常用到的牧草品種多為抗寒性牧草，其在干旱環(huán)境中的適應(yīng)能力鮮有研究，而且國(guó)內(nèi)外用于沙化草地治理的草種無(wú)法適應(yīng)高海拔地區(qū)生長(zhǎng)[7]。因此探究高寒區(qū)本土牧草在干旱地區(qū)的適應(yīng)能力，顯得尤為重要。

環(huán)青海湖地區(qū)屬于干旱、半干旱地區(qū)，降水量少，日照時(shí)數(shù)多，土壤蒸發(fā)量高，土壤中水分供不應(yīng)求[8-9]，干旱脅迫抑制了牧草出苗期、分蘗期及拔節(jié)期的生長(zhǎng)[10]，從而導(dǎo)致草原退化，草層高度降低，產(chǎn)草量大幅度下降[11]。梁丹妮等[12]研究表明，干旱脅迫時(shí)間越久，牧草的生長(zhǎng)越易受到影響。尹國(guó)麗等[13]研究表明，牧草出苗率與土壤中的含水量存在正相關(guān)?？艿さ萚14]研究發(fā)現(xiàn)，添加水分會(huì)增加牧草的葉莖比，從而提高牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。本研究通過(guò)比較扁穗冰草(Agropyroncristatum)[15]、大穎草(Roegneriagrandiglumis)[16]、同德短芒披堿草(Elymusbreviaristatuscv.Tongde)[17]和同德貧花鵝觀草(Roegeriapaucifloracv.Tongde)[18]4種常見的高原禾本科牧草在干旱環(huán)境下的農(nóng)藝性狀和牧草品質(zhì)，并利用灰色關(guān)聯(lián)分析法[19]綜合評(píng)價(jià)牧草的生產(chǎn)性能與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，從而篩選適合在高寒且干旱地區(qū)生長(zhǎng)的優(yōu)良牧草，為青海湖流域的保護(hù)、恢復(fù)和生態(tài)環(huán)境的綜合治理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于青海湖西岸的青海省鐵卜加草原改良與試驗(yàn)站(E 99°35′，N 37°05′)，海拔3 270 m。該地區(qū)屬高原干旱大陸性氣候，年均氣溫-0.7 ℃，≥0 ℃年積溫1 331.3 ℃。年太陽(yáng)輻射總量為695.25 kJ/m2，年日照時(shí)數(shù)為2 670 h。年平均降水量為368.11 mm，多集中于6-8月，年蒸發(fā)量為1 495.3 mm。土壤為暗栗鈣土[20]。

1.2 試驗(yàn)材料

選取4種常見的高原禾本科牧草：扁穗冰草、大穎草、同德短芒披堿草和同德貧花鵝觀草。前2種牧草種子由青海省草原總站提供，后2種牧草種子由青海牧草良種繁殖場(chǎng)提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置小區(qū)面積為3 m×5 m=15 m2，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。于2019年5月26日播種，播前對(duì)地面進(jìn)行深翻處理[21]，同時(shí)施用磷酸二胺(150 kg/hm2)、尿素(75 kg/hm2)，播種量30 kg/hm2[22]，人工條播。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

葉莖比的測(cè)定：于初花期在各處理小區(qū)隨機(jī)取鮮草樣品1 000 g，莖葉分離，風(fēng)干后測(cè)定莖重和葉重，測(cè)算葉莖比、葉莖總干重、葉占葉莖總干重的比例、莖占葉莖總干重的比例[22]。

鮮草及干草產(chǎn)量的測(cè)定：于初花期在各處理小區(qū)隨機(jī)選取1 m2樣方進(jìn)行稱重，折算每公頃鮮草產(chǎn)量，然后將其置于自然條件下風(fēng)干，待水分降至30%時(shí)稱重[23]，折算每公頃干草產(chǎn)量，并計(jì)算鮮干比。

營(yíng)養(yǎng)價(jià)值指標(biāo)測(cè)定：取鮮草1 kg，測(cè)定粗灰分(Crude Ash,Ash)[25]、粗蛋白質(zhì)(Crude protein,CP)[26]、粗纖維(Crude fiber,CF)[27]、粗脂肪(Ether extract,EE)[28]、鈣(Calcium,Ca)[29]、磷(Phosphorus,P)[29]的含量，并根據(jù)公式計(jì)算出無(wú)氮浸出物(Nitrogen free extract,NFE)。

無(wú)氮浸出物=(100%-)(CP+CF+EE+Ash)%[30]

1.5 統(tǒng)計(jì)分析與評(píng)價(jià)方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2016進(jìn)行整理，采用SPSS 17.0對(duì)農(nóng)藝性狀和營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。同時(shí)采用灰色關(guān)聯(lián)度理論[17]對(duì)參試草種的農(nóng)藝性狀指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

灰色關(guān)聯(lián)分析：取參試品種指標(biāo)葉莖比、鮮干比、干草產(chǎn)量、CP、EE、Ca、P、NFE的最大值和Ash及CF的最小值，形成一個(gè)“理想草種”[31]，以“理想草種”的各指標(biāo)構(gòu)成的序列作為參考序列，記作X0(k)，各參試草種指標(biāo)構(gòu)成序列作為比較序列，記作Xi(k),i=參試草種，k=指標(biāo)。采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)所有數(shù)值進(jìn)行無(wú)量綱化處理。根據(jù)無(wú)量綱化數(shù)據(jù)求得參試草種各性狀與“理想草種”各性狀之間的絕對(duì)差值。然后利用關(guān)聯(lián)系數(shù)公式求得相對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，分辨系數(shù)ρ=0.5。關(guān)聯(lián)系數(shù)能夠真實(shí)的反應(yīng)各參試草種與“理想草種”之間的差異大小，品種間關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，越靠近“理想草種”[32]。關(guān)聯(lián)系數(shù)：

絕對(duì)差值：

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|

2 結(jié)果與分析

2.1 葉莖比

同德短芒披堿草的葉莖總干重顯著高于其他3種牧草(P<0.05)，為264.1 g；其次為大穎草及同德貧花鵝觀草，兩種牧草之間無(wú)顯著差異(表1)。

表1 4種牧草的葉莖比

4種牧草的葉莖比為0.62～0.99，扁穗冰草的葉莖比最高(P<0.05)，為0.99；4種牧草的葉占葉莖總干重比例38.33%～49.83%，其中干重的差異主要集中在莖，同德短芒披堿草莖干重顯著高于其他草種(表1)。

2.2 草產(chǎn)量

4種供試牧草中，同德短芒披堿草的鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量均為最高，分別為15.97和7.13 t/hm2，與同德貧花鵝觀草和大穎草的草產(chǎn)量無(wú)顯著差異(P>0.05)，但顯著高于扁穗冰草(P<0.05)；而大穎草、同德短芒披堿草、同德貧花鵝觀草的草產(chǎn)量之間無(wú)顯著差異(P>0.05)；4種牧草的鮮干比差異不顯著(P>0.05)，比值最高的依然為扁穗冰草(表2)。

表2 4種牧草草產(chǎn)量

2.3 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

4種牧草的Ash含量有顯著差異(P<0.05)，其中最高的是扁穗冰草，為7.1%，最低的是大穎草，為4.0%；CP含量最高的是扁穗冰草，為8.83%，明顯高于其他3種牧草(P<0.05)，第2是大穎草，CP含量為6.48%；扁穗冰草的CF含量顯著低于其他3種牧草(P<0.05)，而同德短芒披堿草的CF含量最高；4種牧草的EE含量差異顯著(P<0.05)，含量最高的為扁穗冰草，含量最低的為同德短芒披堿草；4種牧草的的Ca含量扁穗冰草最高，與其他牧草差異顯著(P<0.05)，而P含量4種牧草無(wú)顯著差異(P>0.05)；4種牧草的NFE含量之間存在顯著差異(P<0.05)，大穎草NFE含量最高，為42.28%(表3)。

表3 4種牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

2.4 綜合評(píng)價(jià)

取4種牧草葉莖比、鮮干比、干草產(chǎn)量、CP、EE、Ca、P、NFE含量的最大值和Ash及CF含量的最小值，形成一個(gè)“理想品種”X0(k)(表4)，并計(jì)算出參試品種各性狀相對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。4個(gè)參試草種的關(guān)聯(lián)度排序?yàn)椋罕馑氡?大穎草>同德貧花鵝觀草>同德短芒披堿草。大穎草和扁穗冰草的關(guān)聯(lián)系數(shù)相差不大，綜合表現(xiàn)優(yōu)于同德貧花鵝觀草和同德短芒披堿草(表5)。

表4 “理想品種”指標(biāo)構(gòu)建

表5 4種牧草的關(guān)聯(lián)系數(shù)及排序

3 討論

3.1 4種牧草農(nóng)藝性狀差異分析

牧草的農(nóng)藝性狀包括葉莖比、鮮干比、草產(chǎn)量等指標(biāo)，是衡量牧草適應(yīng)性強(qiáng)弱的首要指標(biāo)[34]。葉片中蛋白質(zhì)含量和礦物質(zhì)含量比莖中的高，葉片中的粗纖維含量要比莖中的低，所以葉片占葉莖總干重比例越高，牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也越好[33]。扁穗冰草的葉含量在4種牧草中最高，說(shuō)明扁穗冰草相較于其他3種牧草，更適于在寒冷干旱的環(huán)境中生長(zhǎng)。這與王怡丹[35]及季波等[36]的試驗(yàn)結(jié)果一致。鮮干比和葉莖比的比值越大，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高，適口性強(qiáng)，品質(zhì)好，利用率就高[33]。同德短芒披堿草的草產(chǎn)量在4種牧草中相對(duì)最高，但是葉含量和鮮干比最低，說(shuō)明同德短芒披堿草雖然在高寒地區(qū)作為高產(chǎn)牧草[37]，但是在寒冷和干旱的雙重脅迫下，其生產(chǎn)性能不穩(wěn)定。劉杰[38]在西藏對(duì)同德短芒披堿草進(jìn)行寒冷和干旱雙重脅迫，也發(fā)現(xiàn)其對(duì)脅迫的調(diào)節(jié)能力有一定限度。

3.2 4種牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析

粗灰分、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪、鈣、磷、無(wú)氮浸出物含量等都是反映牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。水作為牧草生長(zhǎng)的重要因子，是植物吸收、合成和轉(zhuǎn)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的傳遞者，為牧草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形成起著至關(guān)重要的作用[39]。隨著干旱程度的增加，牧草EE和CP的合成受到阻礙，粗纖維含量顯著提高[40]。EE、Ca、P、NFE含量越高，牧草品質(zhì)越好[41-43]，CF含量影響牲畜對(duì)牧草的消化率[44]，CF含量越低，牲畜采食后消化率越高，Ash的含量可反映牧草礦物質(zhì)含量，含量越高，品質(zhì)越好；反之，含量越少，牧草的品質(zhì)越差[45]。扁穗冰草的Ash、CP、EE及Ca含量均為最高，說(shuō)明扁穗冰草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)最好。同德短芒披堿草CF含量最高，適口性較差，消化率較低。

3.3 綜合評(píng)價(jià)

灰色關(guān)聯(lián)分析法目前被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的綜合評(píng)價(jià)與分析中，利用灰色關(guān)聯(lián)分析可以避免在分析過(guò)程中因主觀因素帶來(lái)的誤差和依靠單一性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)的弊端[46]，對(duì)牧草的綜合性能做出全面的評(píng)價(jià)。本研究選取主要生產(chǎn)和營(yíng)養(yǎng)性狀指標(biāo)，將4種牧草的性狀進(jìn)行歸一化處理，在滿足牧草高產(chǎn)量要求的同時(shí)，用多個(gè)指標(biāo)來(lái)反映牧草的綜合價(jià)值，結(jié)果表明扁穗冰草和大穎草優(yōu)于其他2種牧草。

4 結(jié)論

扁穗冰草和大穎草在本試驗(yàn)中表現(xiàn)出的生產(chǎn)性能較好，葉莖比和鮮干比較高，且營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)于其他兩種牧草。綜合評(píng)價(jià)，扁穗冰草和大穎草更適宜于在環(huán)青海湖地區(qū)種植。