新疆沙尔套山主要草地类型牧草营养品质季节变化规律

张凡凡，杨开虎，于 磊，和海秀,3，鲁为华，马春晖

（1. 石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832000；2. 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832000；3. 新疆生产建设兵团第十师农业科学研究所，新疆 阿勒泰 836000）

四季放牧草地是牧业生产的重要经营地[1]，其中牧草的组成和生长情况制约放牧家畜饲草的质量和营养供给水平，进而限制天然草地放牧业的发展[1-3]。新疆地区天然草地主要以水热条件的垂直地带分布[2]，其生产经营也基本以适宜性的季节放牧为主[4]，所以掌握天然草地牧草生产力水平的季节性变化规律尤为重要。草地牧草产量的季节性变化主要与天然草地水热组成和群落生长发育变化相关[1]。不同季节草地牧草产量变化情况主要分为增长和衰减阶段[5]，但由于气候条件和牧草生活型的差异，牧草产量增长和衰减速度及出现的峰值期各不相同。对于牧草品质，有研究表明，天山北坡季节牧场年际间牧草营养成分变化不大，但季节间牧草营养成分差异很大，各季节牧场营养成分按高低排序为春 ＞ 夏 ＞ 秋 ＞ 冬[4]。且不同混合牧草营养指标峰值期也均不相同[6]。其中，春秋牧场牧草粗蛋白含量最高；夏牧场牧草粗纤维含量最低，冬牧场豆科牧草粗蛋白含量、杂类牧草粗脂肪和粗纤维含量、鸭茅(Dactylis glomerata)粗灰分含量最优[7]。其他地域的研究也同样表明，牧草的生产力水平具有明显的季节性变化规律[8-10]。纵观以往这些研究发现，对天然草地季节牧场牧草营养价值的研究多集中在整体草群产量和营养价值的分析上，而对于不同季节牧场草地中分布的各草地类型，尤其是各草地类型中重要草群产量和营养品质的动态变化特征研究较少，因而限制了当地天然草地的合理利用。所以，为了保证当地草地放牧畜牧业生产经营的成效性、改善家畜生产的平衡供给，探究其主要分布草地型的生产力水平是需要研究的重点。鉴于此，本研究以新疆沙尔套山天然草地为研究区域，开展该山地四季放牧草地中5个重要草地型牧草产量和营养品质的季节变化特征研究，以期为该区域放牧草地的经济评价、牧草资源的有效利用及放牧家畜四季营养需求供给提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区域位于新疆昭苏县域内的沙尔套山，该山区属天山山脉西段分支，是形成昭苏盆地的主体山脉之一。地理坐标为 80°15' - 80°54′ E，42°54′ -43°11′ N。山脉整体海拔高度为1 650～3 400 m，山岭脊线海拔为3 200～3 400 m[1-2]。昭苏盆地属中温带山区半湿润、半干旱冷凉气候，年均温2.9 ℃，降水多、积温少。该山脉地貌类型分为山前倾斜平原(海拔1 650～1 800 m，降水450 mm)、低山丘陵及山间浅谷地(海拔1 800～2 200 m，降水520～580 mm)以及海拔2 200 m以上至山顶部的中、高山带(降水 ≥ 600 mm)[2,11-12]。本研究区域涉及到上述所有地貌类型，主要为温性草原类、山地草甸类和高寒草甸类草地[11]。

1.2 试验材料

温性草原类草地选择针茅(Stipa capillata) + 芨芨草(Achnatherum splendens)型草地(Ⅰ型)。山地草甸类草地分别选择紫花鸢尾(Iris ruthenica) + 假梯牧草(Phleum phleoides)型草地(Ⅱ型)，鸭茅+ 杂类草型(Ⅲ型)，西伯利亚羽衣草(Alchemilla sibirica) + 杂类草型草地(Ⅳ型)。高寒草甸类草地选择线叶嵩草(Kobresia capillifolia) + 细果苔草(Carex stenocarpa)型草地(Ⅴ型)。具体特征详见文献[11]。

1.3 测定内容与方法

于2015年7月对选定的5个草地型分别设置围栏(50 m × 50 m)，以防止牲畜采食等扰动。次年5 - 11月进行各草地型的采样(采样时间均为每月的15 - 20日)，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型采样时间为5-11月，Ⅳ和Ⅴ型由于分布在高海拔夏牧场因此仅在7和8月采样。每次测定完成对刈割过的样地进行标记，下一次测定避开测过的样地，主要监测各草地型产量和营养品质变化规律。

产量测定方法：在围栏内随机选取3个1 m2的样方，将样方内牧草全部刈割(留茬2～3 cm)，刈割后称鲜重，再随机称取3份200 g左右草样带回实验室通风处自然风干至恒重，折算干草产量。

营养品质各项指标测定方法：将自然风干至恒重的样品(返潮样品65 ℃烘干至恒重)粉碎、过筛(0.425 mm筛)后密封备用。主要测定干物质(dry matter, DM)、粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、粗灰分(Ash)、磷(P)、钙(Ca)和总能(gross energy, GE)。其中DM采用烘干法，CP采用凯式定氮法，EE采用索式浸提法，NDF和ADF采用范氏(van Soest)洗涤纤维法，Ash采用灰化法，P采用钒钼酸铵比色法，Ca采用EDTA-2Na络合滴定法，GE采用氧弹式侧热仪(GR3500，长沙仪器厂)测定[13]。

1.4 数据处理

采用SPSS 18.0进行数据处理和统计分析[14]。方差分析采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，多重比较采用Duncan法。综合价值评价方法采用隶属函数分析法[11,15]，隶属函数值U(X)计算公式见(1)，利用公式(1)将5个草地型牧草的产量和营养品质指标(DM、CP、ADF、NDF、EE、Ash、Ca、P、GE) 10项营养指标进行隶属函数分析(ADF和NDF为负向指标)，平均各项指标的隶属函数值进行综合价值评价，平均值越大综合价值越好。

式中：X为各草地型产量和营养品质指标测定值，U(X)正为与各草地型综合价值呈正相关隶属函数值，U(X)负为与各草地型综合价值呈负相关隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 各草地型牧草产量动态变化规律

分析各草地型5 - 11月产量动态发现，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型草地产量最高均为8月(P ＜ 0.05)，Ⅳ和Ⅴ型草地产量最高为7月(P ＜ 0.05) (表1)。对各个月份不同草地型产量分析结果表明(表1)，5和11月时各草地型产量差异不显著(P ＞ 0.05)。6月时Ⅲ型草地产量显著高于I和Ⅱ型草地(P ＜ 0.05)。7、8和9月时均为Ⅲ型草地产量最高(P ＜ 0.05)。10月时Ⅰ型草地产量显著高于Ⅱ和Ⅲ型草地(P ＜ 0.05)。各草地型监测期内平均产草量按高低排序为Ⅲ型 ＞ I、Ⅱ、Ⅳ型草地 ＞ Ⅴ型草地 (P ＜ 0.05)。

2.2 各草地型牧草营养品质动态变化规律

分析各草地型5 - 11月营养品质动态发现(表2)，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型草地DM含量均在10和11月最高(P ＜0.05)。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型草地CP含量均在5月最高(P ＜0.05)， Ⅳ和 V 型草地 CP 含量 7月最高 (P ＜ 0.01)。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型草地ADF含量在5和6月最低(P ＜0.05)，Ⅳ和V型草地7月最低(P ＜ 0.01)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型草地NDF含量均在5月最低(P ＜ 0.05)， Ⅳ和Ⅴ型草地7月最低(P ＜ 0.01)。Ⅰ型草地EE含量在8月最高(P ＜ 0.05)，Ⅱ型草地在8和9月最高(P ＜0.05)，Ⅲ型草地在7月最高(P ＜ 0.05)。Ⅰ型草地Ash含量在5月最高(P ＜ 0.05)， Ⅱ型草地10和11月最高(P ＜0.01)，Ⅲ型草地9月最高(P ＜ 0.05)，Ⅳ型草地最高为8月(P ＜ 0.05)。Ⅰ型草地Ca含量在5月最高(P ＜0.05)，Ⅱ型草地8月最高(P ＜ 0.05)；Ⅲ型草地6月最 高 (P ＜ 0.05)， Ⅳ型草地 8 月最 高 (P ＜ 0.05)；Ⅴ型草地为7月(P ＜ 0.05)。Ⅰ、Ⅲ型草地P含量均在5月最高，Ⅲ、 Ⅳ和Ⅴ型草地均在7月最高(P ＜0.05)。Ⅰ和Ⅴ型草地 GE在 8月最高 (P ＜ 0.05)，Ⅱ型草地9月最高(P ＜ 0.05)，Ⅲ型草地5和6月最高 (P ＜ 0.05)。

表1 各主要草地型干草产量变化规律Table 1 Change of production in main grassland type kg·hm-2

2.3 各草地型综合价值评价

通过隶属函数法综合评价各草地型综合价值，结果表明(表3)，Ⅰ型草地在各个月份综合价值按高低排序为 5 月 ＞ 6 月和 8 月 ＞ 7 月 ＞ 9 月 ＞ 10 月 ＞ 11月，Ⅱ型草地排序为 7 月 ＞ 8 月 ＞ 5、6 月 ＞ 9 月 ＞10 月 ＞ 11 月，Ⅲ型草地排序为 7 月 ＞ 5 月 ＞ 6 月 ＞8月 ＞ 9月 ＞ 10月 ＞ 11月，Ⅳ型和Ⅴ型草地均为7月 ＞ 8月。

同一月份不同草地型综合评价结果表明(表3)，5和 6月综合价值按高低排序为Ⅲ型 ＞ Ⅱ型 ＞ Ⅰ型草地，7 月排序为Ⅲ型 ＞ Ⅱ型 ＞ Ⅳ型 ＞ Ⅴ型 ＞ Ⅰ型草地，8 月排序为Ⅱ型 ＞ Ⅲ型 ＞ Ⅳ型 ＞ Ⅰ型 ＞ Ⅴ型草地，9月为Ⅱ型 ＞ Ⅰ型 和Ⅲ型草地，10月为Ⅱ型 ＞ Ⅲ型 ＞ Ⅰ型草地，11 月为Ⅱ型 ＞ Ⅰ型 和Ⅲ型草地。

3 讨论

3.1 沙尔套山各草地型产量季节变化特征

天然草地牧草季节性变化规律不仅直接影响家畜日粮水平，且制约放牧压力和强度[12]。以往对分布于内蒙古典型温性草原东北部的针茅草地研究表明[9]，以大针茅(Stipa grandis)和克氏针茅(Stipa krylovii)为优势种的草群产量分别在8月下旬和9月上旬达到全年峰值(1 419.2和1 057.7 kg·hm-2)，5月产量均最低(127.73和138.56 kg·hm-2)。本研究中针茅 + 芨芨草型草地干草产量(表1)与内蒙古典型温性草原针茅草地产量阈值出现的时间吻合，而产量明显偏高。产生这一现象的主要原因取决于季节分配和水热条件[16]。相关学者也证实了针茅产量主要取决于温度、降水量等环境因子[17]，而本研究由于分布区域、地理位置等客观原因未能进行气象数据的监测，不能得到草群产量变化与气象因子的关系。紫花鸢尾 + 假梯牧草草地中，优势种牧草紫花鸢尾占草群比例的32.7%，其余经济类群部分占比例较大，整体草群产量在生育期内(5 - 11月)主要呈现单峰型曲线变化，其峰值期主要为夏季(7、8月)，所以对于整体草群产量和峰值期变化规律还是以禾本科牧草为主导[2]。目前，对于相似地域(天山北坡)天然草地中鸭茅野生种的研究多集中在营养品质[4,7]、生态效应[18]等方面。本研究中鸭茅 + 杂类草型草地牧草在年度内呈单峰型曲线变化，其变化特征与紫花鸢尾 + 假梯牧草草地产量变化特征相似，也与相似地域(天山北坡)的研究结论相同[19]，说明同一草地类中(山地草甸亚类)的不同草群整体产量变化规律相同，且同时说明以夏季为光合作用峰值点的各类牧草在产量积累方面均达到了全年顶峰[20]。西伯利亚羽衣草 + 杂类草型和线叶嵩草 + 细果苔草型草地，由于组成草地的植被主要由耐寒性草本构成，整体草群种类参与数量少、草层低矮、草群结构简单，且植被发育不完整，在多个地段草群中参与大量亚高山草甸植物，过渡性群落特征明显[1-2]。因此，仅在7、8月(牧草生长峰值期)测产，其变化规律(7月 ＞ 8月)与以往高寒草甸类牧草的变化规律基本一致[10]。天然草地由于水热组合和群落的变化，致使地上生物量有明显的季节性[21]。本研究中主要草地类型产量动态变化特征虽均呈单峰型变化，但平均产量差异很大，其中鸭茅 + 杂类草型草地产量最高，线叶嵩草 + 细果苔草型草地产量最低(表1)。而不同草地型在年度间的平均产量本研究尚未涉及有待继续观察研究。

表2 各主要草地型营养品质变化规律(干物质基础)Table 2 Change of nutritional quality in main grassland type (basis DM)

表3 各主要草地型综合价值隶属函数分析Table 3 Membership function analysis of the comprehensive values in main grassland types

3.2 沙尔套山各草地型营养品质季节变化特征

天然草地牧草营养品质是放牧家畜主要能量和营养的重要保障[12]。在内蒙古荒漠草原研究表明，以针茅和芨芨草为优势种的草地在夏末秋初时营养价值较差[22]，本研究中针茅 + 芨芨草型草地在相同季节营养品质也表现较差(表2)，而与之形成鲜明对比的春末夏初(5 - 6月)，整体草群营养价值较好，这与许鹏[1]在新疆长期的研究结论相同。假梯牧草和针茅同为家畜喜食的牧草，其适口性高于一般性采食性牧草芨芨草和紫花鸢尾[2]，在沙尔套山天然草地中，两个草地型(针茅 + 芨芨草型、紫花鸢尾 + 假梯牧草型)综合价值的高低在整个生长季均表现为紫花鸢尾 + 假梯牧草型草地优于针茅 + 芨芨草型草地，而两个草地型最佳利用时期有很大不同，其中针茅 + 芨芨草型草地为春末(5月)，紫花鸢尾 + 假梯牧草型草地为夏末初秋(7 - 8月)(表3)，这与以往对于单一牧草家畜适口性季节性规律吻合[3]。目前对紫花鸢尾和假梯牧草以及所属草群的季节性营养价值状况研究较少[23]，还需要继续深入研究。针对鸭茅混播草地生态效应、营养品质和青贮品质已做了大量研究工作[18-19,24]，而对于天然草地中鸭茅 + 杂类草型(鸭茅优势种)草地季节动态品质变化的研究较少，本研究中鸭茅 + 杂类草型草地在春季和夏初(5 - 7月)综合价值最佳(表3)，随之(8 - 11月)，综合营养价值劣于紫花鸢尾 + 假梯牧草型草地。笔者所在课题组(石河子大学于磊教授团队)前期已对该区域夏季高山区放牧草地的4种主要牧草的营养价值进行了详细研究[12]，本研究在前期工作的基础上，弥补了单一牧草营养价值评价草地类/型的缺陷，补充两个草地型(西伯利亚羽衣草 + 杂类草型、线叶嵩草 + 细果苔草型)的综合价值评价，通过评价发现，两个草地型的综合价值(产量 + 品质)在7月时次于鸭茅 + 杂类草型草地，8月时次于紫花鸢尾 + 假梯牧草型草地(表3)。此外，由于以优势种群为主的建群种种类不同，其中草地型中主要牧草的产量和品质仅反映整体草群的部分情况[25]，因此本研究补充各主要草地型产量和品质动态变化规律。该研究的开展为当地天然草地资源的合理利用提供了强有力的支撑，为我国草地资源综合价值变化特征的相关研究提供了基础资料。

4 结论

本研究通过对比分析5个主要草地型牧草综合价值，主要得到结论为：

1)针茅 + 芨芨草型草地综合价值最佳时期为5月，紫花鸢尾 + 假梯牧草型、鸭茅 + 杂类草型、西伯利亚羽衣草 + 杂类草型和线叶嵩草 + 细果苔草型草地综合价值最佳时期为7月。针茅 + 芨芨草型、紫花鸢尾 + 假梯牧草型、鸭茅 + 杂类草型草地综合价值最劣时期均为11月，西伯利亚羽衣草 +杂类草型和线叶嵩草 + 细果苔草型草地综合价值最劣时期为8月(相比于7月)。

2) 5 - 7月综合价值最佳为鸭茅 + 杂类草型草地，8 - 11月综合价值最佳为紫花鸢尾 + 假梯牧草型草地。5 - 7月和10月综合价值最劣为针茅 + 芨芨草型草地，8月综合价值最劣为线叶嵩草 + 细果苔草型草地，9和11月综合价值最劣为针茅 + 芨芨草型草地和鸭茅 + 杂类草型草地。