干旱环境下4种高原禾本科牧草产量及营养品质比较

王晓彤，柳小妮，唐俊伟，贾顺斌，马力

(1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070;2.青海省草原总站,青海 西宁 810008)

青海湖流域地处中国青藏高原东北部，位于中国东部季风区、西北干旱区和西南高寒区的中心交汇地带，是维系青藏高原生态环境安全和控制荒漠化自西向东蔓延的重要屏障[1-2]。受全球环境变化和人类生产生活的影响，青海湖流域干旱化明显，盐碱化加剧[3]，出现草地退化、沙化，植物种群减少等生态问题，对环青海湖地区的水土保持、水源涵养、气候调节等产生了重大影响[4]。遏制草地沙化是解决当前生态环境治理和人居环境可持续发展问题的主要内容之一，青海湖周边地区的生态环境原始且脆弱，生态结构简单、敏感，易受干扰引起退化[5]，而且自然恢复过程慢、难度大[6]。目前青藏高原地区退化草地治理中常用到的牧草品种多为抗寒性牧草，其在干旱环境中的适应能力鲜有研究，而且国内外用于沙化草地治理的草种无法适应高海拔地区生长[7]。因此探究高寒区本土牧草在干旱地区的适应能力，显得尤为重要。

环青海湖地区属于干旱、半干旱地区，降水量少，日照时数多，土壤蒸发量高，土壤中水分供不应求[8-9]，干旱胁迫抑制了牧草出苗期、分蘖期及拔节期的生长[10]，从而导致草原退化，草层高度降低，产草量大幅度下降[11]。梁丹妮等[12]研究表明，干旱胁迫时间越久，牧草的生长越易受到影响。尹国丽等[13]研究表明，牧草出苗率与土壤中的含水量存在正相关。寇丹等[14]研究发现，添加水分会增加牧草的叶茎比，从而提高牧草的营养品质。本研究通过比较扁穗冰草(Agropyroncristatum)[15]、大颖草(Roegneriagrandiglumis)[16]、同德短芒披碱草(Elymusbreviaristatuscv.Tongde)[17]和同德贫花鹅观草(Roegeriapaucifloracv.Tongde)[18]4种常见的高原禾本科牧草在干旱环境下的农艺性状和牧草品质，并利用灰色关联分析法[19]综合评价牧草的生产性能与营养价值，从而筛选适合在高寒且干旱地区生长的优良牧草，为青海湖流域的保护、恢复和生态环境的综合治理提供科学依据和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于青海湖西岸的青海省铁卜加草原改良与试验站(E 99°35′，N 37°05′)，海拔3 270 m。该地区属高原干旱大陆性气候，年均气温-0.7 ℃，≥0 ℃年积温1 331.3 ℃。年太阳辐射总量为695.25 kJ/m2，年日照时数为2 670 h。年平均降水量为368.11 mm，多集中于6-8月，年蒸发量为1 495.3 mm。土壤为暗栗钙土[20]。

1.2 试验材料

选取4种常见的高原禾本科牧草：扁穗冰草、大颖草、同德短芒披碱草和同德贫花鹅观草。前2种牧草种子由青海省草原总站提供，后2种牧草种子由青海牧草良种繁殖场提供。

1.3 试验设计

试验为随机区组排列，设置小区面积为3 m×5 m=15 m2，3次重复，共12个小区。于2019年5月26日播种，播前对地面进行深翻处理[21]，同时施用磷酸二胺(150 kg/hm2)、尿素(75 kg/hm2)，播种量30 kg/hm2[22]，人工条播。

1.4 测定项目及方法

叶茎比的测定：于初花期在各处理小区随机取鲜草样品1 000 g，茎叶分离，风干后测定茎重和叶重，测算叶茎比、叶茎总干重、叶占叶茎总干重的比例、茎占叶茎总干重的比例[22]。

鲜草及干草产量的测定：于初花期在各处理小区随机选取1 m2样方进行称重，折算每公顷鲜草产量，然后将其置于自然条件下风干，待水分降至30%时称重[23]，折算每公顷干草产量，并计算鲜干比。

营养价值指标测定：取鲜草1 kg，测定粗灰分(Crude Ash,Ash)[25]、粗蛋白质(Crude protein,CP)[26]、粗纤维(Crude fiber,CF)[27]、粗脂肪(Ether extract,EE)[28]、钙(Calcium,Ca)[29]、磷(Phosphorus,P)[29]的含量，并根据公式计算出无氮浸出物(Nitrogen free extract,NFE)。

无氮浸出物=(100%-)(CP+CF+EE+Ash)%[30]

1.5 统计分析与评价方法

试验数据用Excel 2016进行整理，采用SPSS 17.0对农艺性状和营养成分指标进行单因素方差分析，并用Duncan's新复极差法进行多重比较。同时采用灰色关联度理论[17]对参试草种的农艺性状指标和营养成分指标进行综合评价。

灰色关联分析：取参试品种指标叶茎比、鲜干比、干草产量、CP、EE、Ca、P、NFE的最大值和Ash及CF的最小值，形成一个“理想草种”[31]，以“理想草种”的各指标构成的序列作为参考序列，记作X0(k)，各参试草种指标构成序列作为比较序列，记作Xi(k),i=参试草种，k=指标。采用数据标准化对所有数值进行无量纲化处理。根据无量纲化数据求得参试草种各性状与“理想草种”各性状之间的绝对差值。然后利用关联系数公式求得相对应的关联系数，分辨系数ρ=0.5。关联系数能够真实的反应各参试草种与“理想草种”之间的差异大小，品种间关联系数越大，越靠近“理想草种”[32]。关联系数：

绝对差值：

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|

2 结果与分析

2.1 叶茎比

同德短芒披碱草的叶茎总干重显著高于其他3种牧草(P<0.05)，为264.1 g；其次为大颖草及同德贫花鹅观草，两种牧草之间无显著差异(表1)。

表1 4种牧草的叶茎比

4种牧草的叶茎比为0.62～0.99，扁穗冰草的叶茎比最高(P<0.05)，为0.99；4种牧草的叶占叶茎总干重比例38.33%～49.83%，其中干重的差异主要集中在茎，同德短芒披碱草茎干重显著高于其他草种(表1)。

2.2 草产量

4种供试牧草中，同德短芒披碱草的鲜草产量和干草产量均为最高，分别为15.97和7.13 t/hm2，与同德贫花鹅观草和大颖草的草产量无显著差异(P>0.05)，但显著高于扁穗冰草(P<0.05)；而大颖草、同德短芒披碱草、同德贫花鹅观草的草产量之间无显著差异(P>0.05)；4种牧草的鲜干比差异不显著(P>0.05)，比值最高的依然为扁穗冰草(表2)。

表2 4种牧草草产量

2.3 营养品质

4种牧草的Ash含量有显著差异(P<0.05)，其中最高的是扁穗冰草，为7.1%，最低的是大颖草，为4.0%；CP含量最高的是扁穗冰草，为8.83%，明显高于其他3种牧草(P<0.05)，第2是大颖草，CP含量为6.48%；扁穗冰草的CF含量显著低于其他3种牧草(P<0.05)，而同德短芒披碱草的CF含量最高；4种牧草的EE含量差异显著(P<0.05)，含量最高的为扁穗冰草，含量最低的为同德短芒披碱草；4种牧草的的Ca含量扁穗冰草最高，与其他牧草差异显著(P<0.05)，而P含量4种牧草无显著差异(P>0.05)；4种牧草的NFE含量之间存在显著差异(P<0.05)，大颖草NFE含量最高，为42.28%(表3)。

表3 4种牧草的营养品质

2.4 综合评价

取4种牧草叶茎比、鲜干比、干草产量、CP、EE、Ca、P、NFE含量的最大值和Ash及CF含量的最小值，形成一个“理想品种”X0(k)(表4)，并计算出参试品种各性状相对应的关联系数。4个参试草种的关联度排序为：扁穗冰草>大颖草>同德贫花鹅观草>同德短芒披碱草。大颖草和扁穗冰草的关联系数相差不大，综合表现优于同德贫花鹅观草和同德短芒披碱草(表5)。

表4 “理想品种”指标构建

表5 4种牧草的关联系数及排序

3 讨论

3.1 4种牧草农艺性状差异分析

牧草的农艺性状包括叶茎比、鲜干比、草产量等指标，是衡量牧草适应性强弱的首要指标[34]。叶片中蛋白质含量和矿物质含量比茎中的高，叶片中的粗纤维含量要比茎中的低，所以叶片占叶茎总干重比例越高，牧草的营养品质也越好[33]。扁穗冰草的叶含量在4种牧草中最高，说明扁穗冰草相较于其他3种牧草，更适于在寒冷干旱的环境中生长。这与王怡丹[35]及季波等[36]的试验结果一致。鲜干比和叶茎比的比值越大，营养价值越高，适口性强，品质好，利用率就高[33]。同德短芒披碱草的草产量在4种牧草中相对最高，但是叶含量和鲜干比最低，说明同德短芒披碱草虽然在高寒地区作为高产牧草[37]，但是在寒冷和干旱的双重胁迫下，其生产性能不稳定。刘杰[38]在西藏对同德短芒披碱草进行寒冷和干旱双重胁迫，也发现其对胁迫的调节能力有一定限度。

3.2 4种牧草营养品质分析

粗灰分、粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、钙、磷、无氮浸出物含量等都是反映牧草营养品质的重要指标。水作为牧草生长的重要因子，是植物吸收、合成和转运营养物质的传递者，为牧草营养物质的形成起着至关重要的作用[39]。随着干旱程度的增加，牧草EE和CP的合成受到阻碍，粗纤维含量显著提高[40]。EE、Ca、P、NFE含量越高，牧草品质越好[41-43]，CF含量影响牲畜对牧草的消化率[44]，CF含量越低，牲畜采食后消化率越高，Ash的含量可反映牧草矿物质含量，含量越高，品质越好；反之，含量越少，牧草的品质越差[45]。扁穗冰草的Ash、CP、EE及Ca含量均为最高，说明扁穗冰草的营养品质最好。同德短芒披碱草CF含量最高，适口性较差，消化率较低。

3.3 综合评价

灰色关联分析法目前被广泛应用于各行业的综合评价与分析中，利用灰色关联分析可以避免在分析过程中因主观因素带来的误差和依靠单一性状进行评价的弊端[46]，对牧草的综合性能做出全面的评价。本研究选取主要生产和营养性状指标，将4种牧草的性状进行归一化处理，在满足牧草高产量要求的同时，用多个指标来反映牧草的综合价值，结果表明扁穗冰草和大颖草优于其他2种牧草。

4 结论

扁穗冰草和大颖草在本试验中表现出的生产性能较好，叶茎比和鲜干比较高，且营养品质优于其他两种牧草。综合评价，扁穗冰草和大颖草更适宜于在环青海湖地区种植。