摘要：放牧是世界栽培草地重要的管理方式。為此，依托一年生經(jīng)濟(jì)作物與一年生牧草作物輪作和多年生栽培草地為基礎(chǔ)的作物-肉牛綜合生產(chǎn)系統(tǒng)，研究多種放牧管理方式對(duì)一年生和多年生牧草作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：放牧顯著提高黑麥（Secale cereale L.）的粗灰分含量、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量和藍(lán)莖冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake）的相對(duì)飼喂價(jià)值（Plt;0.05），降低黑麥和藍(lán)莖冰草中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量；休牧顯著提高黑麥產(chǎn)草量（Plt;0.05），對(duì)黑麥的牧草品質(zhì)影響不顯著。本研究可為作物-家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)確定適宜的一年生牧草作物和多年生牧草作物比例及其放牧管理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牧草作物；多年生牧草；最優(yōu)放牧；草田輪作；作物-家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：S821.4+3""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" 文章編號(hào)：1007-0435（2024）11-3602-08

Effects of Grazing on Forage Yield and Quality of Rye and Bluestem

IANG Yu-hong^{1，2，3，4}， XIE Kai-li^{1，2，3，4}， LOU Shan-ning^{1，2，3，4}， LI Yue5， PHILIP Brown5， HOU Fu-jiang^{1，2，3，4*}

（1. College of Pastoral Agriculture Science and Technology， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu Province 730020， China; 2.State Key Laboratory of

Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems， Lanzhou， Gansu Provicne 730020， China; 3. Key Laboratory of Grassland Livestock

Industry Innovation， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Lanzhou， Gansu Provicne 730020， China; 4. Engineering Technology Research

Center for Ecological Restoration and Utilization of Degraded Grassland in Northwest China， National Forestry and Grassland Administration，

Lanzhou， Gansu Provicne 730020， China; 5. Department of Plant and Soil Science， Texas Tech University， Lubbock， Texas， 79409， USA）

Abstract：Grazing is an important management method of cultivated grassland in the world. Therefore，the effects of various grazing management methods on the yield and quality of annual and perennial herbage crops were studied by means of a integrated crop-livestock production system based on the rotation of annual cash crops and annual herbage crops and cultivated perennial grassland. The results showed that：The crude ash content and non-structural carbohydrate content of rye （Secale cereale L.） and the relative feeding value of bluestem （Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake） were significantly increased by grazing （Plt;0.05）. The contents of neutral detergent fiber and acid detergent fiber in rye and bluestem grass were decreased. Rest-grazing significantly increased the yield of rye（Plt;0.05），but had no significant effect on the forage quality of rye. The results provide theoretical basis for determining the appropriate ratio of annual and perennial forage crops and grazing management in crop-livestock integrated production system.

Key words：Forage crop;Perennial forage crops;Optimal grazing;Grass and cropping rotation;Integrated crop-livestock production system

收稿日期：2024-03-08；修回日期：2024-06-06

基金項(xiàng)目：美國(guó)農(nóng)業(yè)部可持續(xù)農(nóng)業(yè)研究和教育項(xiàng)目（the USDA-Sustainable Agriculture Research and Education program， Southern Region， Griffin， GA. USA）;美國(guó)得克薩斯州拉伯克高原地下水保護(hù)區(qū)1號(hào)項(xiàng)目（the High Plains Underground Water Conservation District No.1， Lubbock， TX）;國(guó)家留學(xué)基金管理委員會(huì)\"西部地區(qū)人才培養(yǎng)特別項(xiàng)目\"資助

作者簡(jiǎn)介：

姜宇宏（1995-），女，漢族，寧夏吳忠市人，碩士研究生，E-mail： jiangyh21@lzu.edu.cn;*通信作者Author for correspondence，E-mail： cyhoufj@lzu.edu.cn

栽培草地為全球放牧家畜提供約50%的牧草，對(duì)畜產(chǎn)品生產(chǎn)的貢獻(xiàn)達(dá)40.1%，直接支持全球13%的人口生計(jì)^［1-3］。一年生牧草生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)草量高^［4］，多年生牧草生長(zhǎng)相對(duì)較慢、品質(zhì)好，適口性佳^［5-6］。一年生牧草與多年生牧草優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)促進(jìn)作物-家畜綜合系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)^［7］。本研究通過(guò)對(duì)放牧作用下黑麥和藍(lán)莖冰草牧草產(chǎn)量和品質(zhì)變化的探究，為作物-家畜綜合系統(tǒng)中牧草的利用方式提供理論依據(jù)。

全球范圍內(nèi)放牧是草地管理的重要方式之一，合理的放牧管理促進(jìn)牧草的生長(zhǎng)和發(fā)育，提高牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)草地資源的生產(chǎn)和生態(tài)功能的平衡^［8］。放牧家畜的采食刺激植物的新陳代謝，提高草地生產(chǎn)力，延長(zhǎng)草地的利用周期，通過(guò)踐踏和排泄物加快養(yǎng)分在生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)利用^［9-11］。草地休牧后，家畜糞便提高了土壤溫度，草地土壤水分滲透和水流路徑改善垂直和水平的水分交換，促進(jìn)牧草生長(zhǎng)^［12-15］。栽培草地的牧草品質(zhì)和產(chǎn)量對(duì)于提高家畜生產(chǎn)效益具有重要意義^［16-17］，放牧管理對(duì)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較為復(fù)雜，涉及載畜率、不同類型放牧地、草地圍欄的規(guī)劃與布局等多個(gè)方面的因素。然而，放牧管理對(duì)作物—家畜綜合系統(tǒng)一年生草田輪作和多年生栽培草地牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究較少。

德州高平原產(chǎn)出美國(guó)14%的肉牛（National Agricultural Statistics Service，NASS），形成了以栽培草地為基礎(chǔ)的作物—家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)，是世界著名的草地放牧與舍飼肥育耦合的肉牛生產(chǎn)基地^［18-20］。為此，在該地區(qū)的核心地帶拉伯克縣，探究放牧管理（放牧、休牧、零牧）對(duì)一年生和多年生栽培草地牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期探明適宜的放牧管理策略，促進(jìn)作物-家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)力。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于美國(guó)德州理工大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)（101°47′ W，33°45′ N，993 m），地處得克薩斯州（Lubbock）。氣候類型屬溫帶大陸性氣候，年均溫16.7℃，≥0℃年積溫5983.4℃（National weather service，https：//www.weather.gov/）；年均降水量478 mm（圖1），75%在4—10月；年蒸發(fā)量約1500 mm。根據(jù)草原綜合順序分類法，草原類型為暖熱干旱亞熱帶半荒漠類^［21］。草業(yè)系統(tǒng)類型為草田輪作-家畜綜合生產(chǎn)系統(tǒng)^［22］。土壤類型為普爾曼黏土^［23］。

1.2 草地建植與管理

1997年建立作物-肉牛綜合生產(chǎn)系統(tǒng)，每個(gè)小區(qū)4.2 hm2，平均分為兩個(gè)亞區(qū)，一個(gè)亞區(qū)為藍(lán)莖冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake），另一個(gè)亞區(qū)為黑麥/棉花/小麥/休閑輪作，3次重復(fù)（圖2）。肉牛在一年生草地和多年生草地之間放牧，采用最優(yōu)放牧原則，當(dāng)牧草高度20 cm時(shí)開始放牧，牧草高度12 cm停止放牧。一年生作物除棉花外，其它作物地進(jìn)行放牧。1997年，在一年生作物地設(shè)置一個(gè)4.8 m×4.8 m×1.3 m的圍欄作為不放牧區(qū)域（對(duì)照），每季作物放牧結(jié)束后移除對(duì)照區(qū)的圍欄，以便機(jī)械作業(yè)。

選取體況和生長(zhǎng)較為一致24頭6月齡安格斯×赫里福德雜交肉牛，初始體重為（213±11） kg，體況良好，隨機(jī)分成3組，每個(gè)小區(qū)固定放牧1組。每年1月16日至8月9日放牧，載畜率1.90 牛·hm^-2。

2004年5月，冬小麥枯黃后，休閑至9月，黑麥（Secale cereale L.）免耕播種，條播，播種量分別為112 kg·hm^-2，播種深度為2 cm，行距18 cm。每年施氮肥兩次，每次施肥量67 kg·hm^-2。2004年1月，在黑麥地對(duì)照組邊設(shè)置第二個(gè)4.8 m×4.8 m×1.3 m的圍欄作為休牧1年區(qū)域（圖2）。多年生栽培草地藍(lán)莖冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake）。每年8月初通過(guò)灌溉系統(tǒng)施氮肥67 kg·hm^-2。在放牧區(qū)設(shè)置1個(gè)4.8 m×4.8 m×1.3 m的圍欄作為零牧區(qū)，圍欄內(nèi)草地枯黃時(shí)刈割收獲，留茬高度同圍欄外草地。

一年生草地有3種管理方式：放牧（1997—2005年放牧，Rotational grazing，RG）、零牧（1997—2005年割草，Zero grazing，ZG）、休牧（1997—2004年放牧，2005不放牧，Ungrazing in 2005，UG），多年生草地僅RG和ZG兩種管理方式（圖2）。

1.3 樣品采集與分析

2005年，每輪放牧前、后一天取樣。每個(gè)放牧小區(qū)內(nèi)隨機(jī)設(shè)置10個(gè)1 m×0.5 m樣方，測(cè)定牧草高度，并對(duì)植物進(jìn)行齊地面刈割，用于測(cè)定牧草品質(zhì)、產(chǎn)草量及家畜總采食量。不放牧的圍欄隨機(jī)設(shè)置2個(gè)樣方。牧草稱鮮重后在60℃烘箱中烘72 h，粉碎過(guò)篩，稱其干重。測(cè)定牧草的中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）用濾袋浸提法，纖維素用Van Soest法，木質(zhì)素用Klason法，粗蛋白用凱氏定氮法，粗灰分用干灰化法，粗脂肪用索氏提取法，非結(jié)構(gòu)性碳水化合物利用公式（非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量=100%-粗灰分%-粗蛋白%-粗脂肪%-NDF%）計(jì)算。

牧草的代謝能（Metabolic energy，ME）、相對(duì)飼用價(jià)值（Relative feed value，RFV）、可消化干物質(zhì)（Digestible dry matter，DDM）、干物質(zhì)采食量（Drymatter intake，DMI）^［24-25］的計(jì)算公式如下：

ME（MJ·kg^-1）=4.2014+0.0236ADF（%DM）+0.1794CP（%DM）（1）

RFV=DMI（%BW）×DDM（%BW）/1.29（2）

借鑒扣籠法測(cè)定放牧牛的采食量，計(jì)算公式如下：

DMI （kg·d^-1）=binside-boutsiden+p-dm（3）

式中，binside，圍欄內(nèi)目前生物量；boutside，圍欄外草地生物量；p，牧前草地生物量；d，牧后草地生物量；n，放牧天數(shù)；m，不放牧天數(shù)；DMI（g），干物質(zhì)采食量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與制圖，使用SPSS20軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，采用圖基-B法（Tukey’s-B Method）在0.05水平對(duì)不同處理進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧管理對(duì)兩種栽培草地產(chǎn)草量的影響

與零牧相比，放牧和休牧的黑麥產(chǎn)草量分別提高32.19%和46.80%（Plt;0.05）。藍(lán)莖冰草的產(chǎn)草量在放牧和零牧間沒有顯著差異（圖3）。

2.2 放牧管理對(duì)黑麥和藍(lán)莖冰草栽培草地牧草品質(zhì)的影響

放牧顯著影響一年生牧草品質(zhì)（Plt;0.05）（圖4）。與零牧相比，放牧顯著影響牧草品質(zhì)中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、纖維素和木質(zhì)素含量分別降低17.04%、14.06%、18.27%、35.92%（Plt;0.05），粗灰分、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物增加66.71%和35.49%（Plt;0.05），對(duì)粗蛋白含量無(wú)顯著影響，休牧對(duì)一年生牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)無(wú)顯著影響。

多年生草地放牧，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和纖維素分別比放牧降低了2.86%、4.65%和12.50%（Plt;0.05），粗蛋白、粗灰分、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和木質(zhì)素含量分別提高了4.55%、12.85%、18.56%和2.56%（圖5）。

2.3 放牧管理對(duì)黑麥和藍(lán)莖冰草相對(duì)飼用價(jià)值的影響

放牧管理對(duì)黑麥代謝能有顯著影響（Plt;0.05），與零牧相比，放牧和休牧代謝能分別提高了27.91%和45.73%。放牧管理對(duì)藍(lán)莖冰草的代謝能沒有顯著影響（圖6）。

對(duì)于黑麥（Secale cereale L.），休牧和零牧對(duì)牧草相對(duì)飼喂價(jià)值沒有顯著影響，與零牧相比，放牧的相對(duì)飼喂價(jià)值提高23.70%（Plt;0.05）。放牧對(duì)于藍(lán)莖冰草（Bothriochloa bladhii （Retz） S.T. Blake）相對(duì)飼喂價(jià)值有顯著影響（Plt;0.05），與干草生產(chǎn)相比，放牧的相對(duì)飼喂價(jià)值提高5.44%（圖7）。

3 討論

3.1 放牧管理對(duì)黑麥栽培草地的影響

放牧和休牧顯著提高黑麥產(chǎn)草量（圖3），可能是因?yàn)榉拍镣ㄟ^(guò)家畜采食及唾液沾染誘發(fā)牧草補(bǔ)償性生長(zhǎng)機(jī)制，促進(jìn)牧草地上部分生長(zhǎng)^［26-27］。此外，放牧家畜采食、踐踏和排泄活動(dòng)直接或者間接改善土壤有機(jī)質(zhì)、溫濕度和土壤容重等多種理化性質(zhì)使其更利于植物生長(zhǎng)，從而提高牧草的生產(chǎn)力^［28-29］。與休牧和零牧相比，放牧降低了牧草的中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量、纖維素含量和木質(zhì)素含量（圖8），三種放牧管理方式對(duì)牧草粗蛋白含量沒有顯著影響，放牧條件下牧草的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量顯著高于零牧，可能是因?yàn)橹参镉啄矍o葉中可溶性碳水化合物含量相對(duì)較高，放牧通過(guò)家畜的采食、踐踏和排泄活動(dòng)促進(jìn)植物分蘗和補(bǔ)償性生長(zhǎng)，使植物長(zhǎng)出更多的嫩芽，刺激牧草產(chǎn)生更多的可溶性碳水化合物含量^［30-31］。家畜的啃食脅迫會(huì)誘導(dǎo)牧草產(chǎn)生耐牧和避牧兩種防御機(jī)制，導(dǎo)致牧草個(gè)體趨向于矮小化并刺激側(cè)枝生長(zhǎng)^［32-35］。粗蛋白含量和粗灰分含量隨著刈割期推遲而逐漸下降^［36］。停止放牧可能在短期內(nèi)增強(qiáng)了土壤碳和氮的表觀輸入，長(zhǎng)期放牧顯著提高一年生作物土壤全氮含量^［37］（圖8）。放牧黑麥的代謝能低于零牧，結(jié)果表明放牧和零牧的牧草生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化潛力均高于休牧^［38］。

相對(duì)飼用價(jià)值與中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而牧草纖維含量與家畜對(duì)其的消化率以及適口性呈負(fù)相關(guān)^［39-40］。放牧顯著了提高牧草的相對(duì)飼喂價(jià)值，表明家畜對(duì)牧草的利用率較高，這可能與牧草適口性、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及家畜消化率較高有關(guān)^［41］。

3.2 放牧對(duì)多年生栽培草地的影響

放牧和零牧對(duì)多年生草地產(chǎn)草量沒有顯著影響。禾草的固氮能力弱于豆科牧草，不能更好地從土壤中汲取氮元素來(lái)增加分蘗數(shù)和枝條數(shù)^［42］。在牧草生長(zhǎng)旺盛期，合理放牧管理給予牧草充足的再生時(shí)間，且合理輪牧和合理的放牧強(qiáng)度使牧草被均勻適度啃食，達(dá)到較好的再生范圍高度，家畜的唾液對(duì)牧草啃食處有積極作用，刺激牧草補(bǔ)償性生長(zhǎng)，使牧草保持穩(wěn)定的牧草產(chǎn)量^［43-44］。在牧草生長(zhǎng)旺盛期充分利用牧草的再生優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而促進(jìn)圍欄內(nèi)草地群落地上生物量的恢復(fù)，保證了產(chǎn)草量的穩(wěn)定性^［45］。家畜采食牧草的營(yíng)養(yǎng)器官，減弱其光合能力，粗灰分等無(wú)機(jī)物質(zhì)含量增加^［46］。放牧草地酸性洗滌纖維含量顯著低于零牧，可能與牧草生長(zhǎng)季不被利用、成熟度較高、細(xì)胞壁成分增加有關(guān)^［47］。放牧導(dǎo)致多年生牧草非結(jié)構(gòu)性碳水化合物顯著增高^［48］，本研究中牧草木質(zhì)素和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物沒有顯著性變化，可能因?yàn)榉拍習(xí)r間短、放牧強(qiáng)度低有關(guān)^［49］。放牧提升藍(lán)莖冰草牧草的飼用價(jià)值和土壤全氮（圖8）^［50］，利于輪作-肉牛綜合生產(chǎn)系統(tǒng)氮循環(huán)^［51］。放牧對(duì)多年生牧草的代謝能沒有顯著影響，有利于維持多年生牧草的穩(wěn)定供給，保證家畜代謝能的需求^［52］。多年生牧草的氮利用效率直接受土壤溫度的影響^［53］，放牧增加土壤溫度^［54］，對(duì)灌溉草地的代謝能起正向影響^［55］。

放牧顯著提高多年生牧草的相對(duì)飼用價(jià)值，與多年生牧草中的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能因?yàn)榉拍链龠M(jìn)禾草分蘗^［56］。放牧對(duì)一年生和多年生牧草的相對(duì)飼用價(jià)值的影響相似，說(shuō)明放牧不僅適用于多年生牧草，也適用于一年生牧草。

4 結(jié)論

放牧可改善藍(lán)莖冰草的牧草品質(zhì)、產(chǎn)草量代謝能及相對(duì)飼喂價(jià)值。放牧和休牧提高了黑麥-肉牛綜合系統(tǒng)的生產(chǎn)力，但休牧對(duì)一年生草地生態(tài)功能是否有作用有待進(jìn)一步研究。對(duì)于藍(lán)莖冰草草地，放牧具有更好的應(yīng)用前景。

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（責(zé)任編輯 彭露茜）