甘南碌曲和合作地区冬夏季高寒天然牧草生产特性、营养成分和饲用价值分析

2014-04-10吴发莉王之盛杨勤石红梅申俊华胡瑞邹华围

草业学报 2014年4期

吴发莉，王之盛＊，杨勤，石红梅，申俊华，胡瑞，邹华围

（1.四川农业大学动物营养所，四川雅安625014；2.甘南藏族自治州畜牧科学研究所，甘肃合作747000）

我国青藏高原高寒草地占全国草地面积的1/3，居各种草地类型之首，在我国和世界的草原科学与草地畜牧业领域中占有极重要的地位［1－2］。其中，甘肃省甘南藏族自治州（以下简称为甘南）是其重要的组成部分之一［3］。甘南位于青藏高原东北部，全州天然草地面积272.27万hm2，占全州土地总面积的70.28%，其中可利用草地256.53万hm2，占草地总面积的94.22%［4］。高寒草地放牧家畜的生产水平主要依赖于天然草地牧草的营养供给，合理利用天然牧草以及保持草畜平衡成为高寒草地重点解决的问题之一。天然草地牧草生产特性、营养成分和饲用价值对放牧家畜的营养状况有很大的影响，故摸清其生产特性、营养成分和评价其饲用价值是解决草畜营养平衡的根本关键［2，5］。从目前的研究情况来看，自1974年中国科学院青藏高原综合科学考察队开展西藏草原资源考察和采样进行营养分析［6］以来，青藏高原高寒草地天然牧草营养价值评定方面研究较少，且几乎集中在国内。对于甘南高寒天然牧草，到目前为止研究地点主要集中在玛曲县。许涛等［7］测定了甘南玛曲7种主要饲草的干草产量、高度、常规养分，并用灰色关联度法对其营养价值进行了评价。其他研究主要是应用CASA模型，结合MODIS数据分析气候条件、海拔对草产量、载畜量的影响［8－12］。此外，吉哲君等［13］应用农业系统工程原理进行定量分析得出甘南州主牧区最优畜群结构模型。但是，有关甘南其他地区和不同季节的高寒天然牧草的生产特性、营养价值和饲用价值的研究还很缺乏。为此，本试验旨在应用化学分析方法并结合牧草品质评定的预测公式，研究甘南碌曲县和合作市、夏季和冬季的高寒天然牧草的生产特性、营养成分和饲用价值及其差异，以期为青藏高原牦牛、绵羊的标准化饲养和实现草畜营养平衡提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料和设计

试验采用对比试验设计，试验材料为来自甘南碌曲县尕海乡尕秀村和合作市卡加道乡其乃合村的夏季和冬季天然牧草，均为混合牧草。分别记为碌曲夏季牧草（以下简写为LQX）、碌曲冬季牧草（以下简写为LQD）、合作夏季牧草（以下简写为HZX）、合作冬季牧草（以下简写为HZD）。另外，以碌曲和合作夏季牧草均值表示甘南夏季牧草（以下简写为GNX），以碌曲和合作冬季牧草均值表示甘南冬季牧草（以下简写为GND）。碌曲草样采集地草场类型属亚高山草甸草场类，异针茅（Stipaaliena）＋嵩草（Kobresia）草场型。主要分布于碌曲尕海阳坡滩地，以密丛禾草为优势草种，有异针茅、羊茅（Festucaovina）、草地早熟禾（Poapratensisvar.pratensis）等，其他有短根茎莎草：线叶嵩草（Kobresiacapillifolia）、四川嵩草（Kobresiasetchwanensis）、矮嵩草（Kobresiavidua）等，杂类草：委陵菜（Potentillachinensis）、柴胡（Bupleurum）、乳白香青（Anaphalislactea）、细叶珠芽蓼（Polygonumviviparumvar.angustum）等，毒害草：黄帚橐吾（Ligulariavirgaurea）、长叶碱毛莨（Halerpestes ruthenica）、龙胆（Gentiana）、马先蒿（Pedicularis）等。合作草样采集地草场类型属亚高山草甸草场类，短柄草（Brachypodiumsylvaticum）＋密生苔草（Carexcrebra）场型。主要草种有密生苔草、异针茅、丝颖针茅（Stipa capillacea），草地早熟禾、穗三毛（Trisetumspicatum）、黑柴胡（Bupleurumsmithii）等。

1.2 牧草的采集和制备

牧草的采集地点为甘南碌曲县尕海乡尕秀村、合作市卡加道乡其乃合村。于2011年6－8月、2011年12月和2012年1－2月每月中旬前后进行，但由于合作市2012年1－2月雪厚无法采样，故在3月初补采牧草。采样时随机选定0.5m×0.5m的典型区域作为一个样方，齐地面刈割。其中，LQX、LQD、HZX、HZD分别采集了43，70，59，80个样方。注意采样前测定记录每个样方草样的株高（高、中、低3个值），采样后去杂去污去毒草后即时测定每个样方鲜草重量。随后按照样方数量编号后装入档案袋，风干后立即测定和记录风干草样重量。然后粉碎过40目筛（0.42mm）分装于样品封口袋于冰箱4℃保存，待测其他指标。

1.3 试验方法

1.3.1 营养成分测定在风干基础上采用张丽英［14］主编的《饲料分析及饲料质量检测技术》（第3版）饲料常规营养指标测定方法测定。其中，干物质（dry matter，DM）含量采用烘箱干燥法测定，粗脂肪（即乙醚浸出物，ether extract，EE）含量采用残余法测定，粗蛋白（crude protein，CP）含量用凯氏定氮法测定，粗纤维（crude fiber，CF）含量采用酸碱消煮法测定，粗灰分（crude ash，Ash）含量采用干灰化法测定，总磷（total phosphorus，TP）含量采用三酸消化、钒钼黄比色法测定，钙（calcium，Ca）含量采用高锰酸钾滴定法测定，中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）、酸性洗涤木质素（acid detergent lignin，ADL）含量按 Van Soest等［15］方法进行测定，无氮浸出物（nitrogen free extract，NFE）含量按差减法，无氮浸出物（%）＝100%－（水分＋粗蛋白＋粗脂肪＋粗纤维＋粗灰分），纤维素（cellulose，C）（%）＝ADF－ADL，半纤维素（hemicellulose，HC）（%）＝NDF－ADF，并计算钙磷比（Ca/TP）。

1.3.2 生产特性指标测定和计算 1）株高：采样前测定记录每个样方草样的株高（高、中、低3个值，即样方内牧草最高高度、中间高度、最低高度）。株高以平均高度（单位为cm）计，株高均值等于牧草高、中、低3个值的平均值。

2）产草量：根据采样时测定记录的每个样方（0.5m×0.5m）产草鲜量（g）和样方个数，得出每平方米产草量（g/m2），然后换算成每hm2产多少千克草量（kg/hm2）［16］。

产鲜草量（kg/hm2）＝某地某季所有样方草样总鲜重（g）×40（kg/g·hm2）/某地某季样方总个数；

产风干草量（kg/hm2）＝某地某季所有样方草样总风干重（g）×40（kg/g·hm2）/某地某季样方总个数；

牧草干物质产量（kg/hm2）＝某地某季所有样方草样总绝干重（g）×40（kg/g·hm2）/某地某季样方总个数×干物质平均含量（%）。

1.3.3 饲用价值指标计算 1）粗饲料相对值（relative feed value，RFV）：采用美国牧草草地理事会饲草分析小组委员会提出的粗饲料相对值（RFV）［17］用以比较干草的饲用品质和预期采食量：RFV＝DMI（%BW）×DDM（%DM）/1.29（以绵羊为动物基础）。其中：DMI（dry matter intake）为粗饲料干物质采食量，单位为占体重的百分比即%BW；DDM（digestible dry matter）为可消化的干物质，单位为占干物质的百分比即%DM。DMI与DDM的预测模型分别为：

2）有机物质消化率（organic matter digestibility，OMD）：有机物质消化率由经验公式Y＝123.5068－2.279X［18］计算，其中，Y为有机物质消化率，X为粗纤维含量，动物基础为绵羊。

1.4 统计分析

用Excel 2003统计软件对数据进行初步处理，然后用SPSS 17.0统计软件，采用Duncan法对数据进行多重比较。所有数据以平均值±标准误表示，均以P＜0.05为显著性水平检测。

2 结果与分析

2.1 营养成分

结果表明，无论是来自碌曲还是合作，冬季还是夏季，风干基础上，DM、Ash、Ca差异均不显著（P＞0.05）（表1）。无论是来自碌曲还是合作，夏季牧草的CP、TP含量显著高于冬季牧草（P＜0.05），冬季牧草的CF、NDF、ADF、C含量和Ca/TP显著高于夏季牧草（P＜0.05）。这表明甘南夏季牧草营养价值总体高于冬季牧草。

结果还表明（表1），无论夏季还是冬季，碌曲和合作牧草EE、CP、TP、CF、C、ADF含量差异均不显著（P＞0.05），但合作冬季牧草的HC、NFE含量显著低于其他牧草（P＜0.05），Ca/TP、ADL含量显著高于碌曲牧草（P＜0.05）。这表明碌曲和合作牧草的大部分营养成分在同一季节时总体上接近，冬季时碌曲牧草能提供更多无氮浸出物，合作牧草含有更高的不可利用纤维，合作冬季牧草呈现出最严重的钙磷不平衡。

表1 甘南碌曲和合作地区冬夏季高寒天然牧草营养成分（风干基础）Table 1 Nutrient compositions of the native forage grass from high－cold steppes in Luqu and Hezuo region of Gannan in summer and winter（air－dry basis）

2.2 生产特性

2.2.1 株高结果表明（表2），无论是夏季还是冬季，碌曲牧草株高高于合作牧草，但差异均不显著（P＞0.05）；无论是碌曲还是合作，夏季牧草株高高于冬季牧草，但差异均不显著（P＞0.05）。

2.2.2 产草量结果表明（表3），无论是来自碌曲还是合作，夏季牧草的鲜草产量显著高于冬季牧草（P＜0.05），风干草产量和风干基础的干物质产量高于冬季牧草，但差异不显著（P＞0.05）。无论夏季还是冬季，碌曲牧草鲜草产量、风干草产量和风干基础的干物质产量高于合作牧草，但差异不显著（P＞0.05）。但碌曲冬季牧草风干草产量和风干基础的干物质产量显著高于合作冬季牧草（P＜0.05）。

2.3 饲用价值

结果表明（表4），无论碌曲还是合作，夏季牧草DMI、DDM、RFV和OMD都显著高于冬季牧草（P＜0.05）。无论夏季还是冬季，碌曲和合作牧草的DDM、OMD差异不显著（P＞0.05）；夏季时合作牧草DMI、RFV显著高于碌曲牧草（P＜0.05），但冬季时差异不显著（P＞0.05）。

表2 甘南碌曲和合作地区夏季和冬季高寒天然牧草株高Table 2 Plant height of the native forage grass from high－cold steppes in Luqu and Hezuo region of Gannan in summer and winter cm

表3 甘南碌曲和合作地区冬夏季高寒天然牧草产草量Table 3 Yield of the native forage grass from high－cold steppes in Luqu and Hezuo region of Gannan in summer and winter kg/hm2

表4 甘南碌曲和合作地区冬夏季高寒天然牧草饲用价值评定Table 4 The feeding value evaluation of the native forage grass from high－cold steppes in Luqu and Hezuo region of Gannan in summer and winter

3 讨论

3.1 不同地区和季节对牧草营养成分含量的影响

放牧生产体系中，牧草的粗蛋白、纤维含量、钙磷含量及比例是影响牧草营养价值和放牧牲畜生长生产的重要因素［16］。本研究结果表明，无论碌曲还是合作，夏季牧草营养品质优于冬季牧草，碌曲和合作牧草的大部分营养成分在同一季节时总体上接近，冬季时碌曲牧草能提供更多无氮浸出物，合作牧草含有更高的不可利用纤维，合作冬季牧草呈现出最严重的钙磷不平衡。赵禹臣［19］在西藏当雄、那曲高寒草地暖季和冷季牧草的营养价值和养分提供量研究中也发现，暖季牧草的营养价值高于冷季牧草，暖季牧草的CP和Ash含量显著高于冷季牧草，而CF、NDF和ADF含量则显著低于冷季牧草，当雄和那曲地区牧草营养价值存在差异。赵玉宇等（2013）［20］在对青藏高原地区不同垂穗披碱草（Elymusnutans）居群营养品质研究中发现，CP与NDF和ADF含量呈极显著负相关，ADF与NDF含量呈显著正相关，本研究结果与此相似。张均（2005）［21］在研究西藏那曲地区草地牧草围栏内外各营养物质变化也发现，牧草营养价值随季节变化而变化，夏季牧草营养品质最高，能满足放牧绒山羊的营养需要，冬春最差，各营养成分均存在不同程度的缺乏，CP、P含量严重不足。

本试验中，夏季牧草CP含量属于中级［16］，占干物质的12.83%～13.15%；冬季牧草CP含量属于下级［16］，占干物质的5.25%～6.46%，远远低于正常范围10%～16%，严重缺乏。根据中国科学院内蒙古宁夏综合考察队对CP指数的定义［22］，经计算得到夏季和冬季枯草期的CP指数分别约为0.40和0.50，与该考察队对内蒙古自治区及其东西部毗邻地区天然草场大部分枯草期CP指数考察结果0.30～0.40［22］相比略高，说明甘南牧草枯草期的CP下降幅度相对内蒙古自治区及其东西部毗邻地区天然草场要低一些，但与营养期CP指数1.35～1.75［21］相比，冬季CP含量下降幅度仍然很大。说明不同地区和季节CP含量存在差异。测定结果也显示，冬季牧草的CP含量很低（LQD为4.87%，HZD为5.91%），与产毛绵羊CP最低需要量5.8%相比LQD不能满足其对蛋白质的需求［23］，HZD也处于刚好能满足的情况，故在冬季饲养时应补充足够的粗蛋白以保证家畜的正常生长和生产性能。研究发现，牧草CP含量很大程度上取决于气候条件，湿润系数减少干燥度增加时，牧草的蛋白质含量就增加［23－24］。这与甘南夏季降雨量多、气温高、日照量和积温高而冬季降雨少、雪天多、温度低、日照量和积温低的气候条件差异是密切相关的［25］。而且当ADF≥30%时，会影响CP消化［26］，冬季牧草ADF＞30%，因此会降低CP的消化率。

冬季牧草的CF、NDF、ADF、C显著高于夏季牧草（P＜0.05），而高纤维影响牧草的营养价值和适口性［27］。6种牧草CF含量在10%～25%之间，无论根据中国科学院内蒙古宁夏综合考察队［22］还是任继周［16］的牧草粗纤维含量等级划分，均为低等粗纤维含量级。高NDF含量对家畜的采食量有负面影响［28］，所以同等条件下与碌曲牧草相比，对合作的牧草动物可能采食量更高。但由于HZD的ADL含量很高（达9.68%），将会对牧草有机物质的消化率产生更多的负面影响［28］。此外，LQD的 NFE、EE、HC显著高于HZD（P＜0.05），因此可以提供更多的可溶性碳水化合物和热能。

进一步分析发现，LQX、HZX、LQD、HZD牧草中Ca、TP占干物质含量分别为1.14%，1.87%，1.15%，1.93%和0.21%，0.20%，0.074%，0.086%，Ca均在正常范围0.3%～5.5%［16］内，冬季牧草 TP在正常范围0.03%～0.09%［16］内，夏季牧草TP远远高于正常值。虽然大部分牧草Ca、TP含量正常，但与反刍动物钙磷比耐受水平（1～7∶1）［29］相比，HZX、LQD、HZD的钙磷水平极不平衡。Ca、TP及其比例对牛和幼畜等的生长发育和代谢具有重要意义［23，29］，钙磷比例不平衡会降低钙、磷和其他矿物元素的吸收利用［29］，因此饲养时应特别注意保证家畜钙磷平衡以满足其生长和生产性能。

3.2 不同地区和季节对牧草生长特性的影响

3.2.1 株高饲草高度较高便于人工和机器收割，也是饲料作物的重要品质［12］。由测定的数据可知，甘南碌曲和合作地区天然草地群落平均高度较低：GNX株高平均18.91cm，GND草株高平均17.31cm；而LQX、HZX、LQD、HZD平均高度分别为20.18，17.65，18.52和13.91cm，均低于许涛等［7］测定的甘南玛曲天然草地夏季牧草平均高度31.6cm。说明夏季时玛曲牧草生长高度更高，冬季牧草生长高度低于夏季。研究发现，影响牧草生长的因素很多，有气候因素（光照、水分等）、土壤因素（土壤结构、土壤质地、土壤肥力等）、生物因素（牧草品种、草地杂草、病虫鼠害、化感作用）和管理因素（放牧、灌溉、杂草防除、施肥等）等，而且各因素之间相互作用，错综复杂［30］。闫建成等（2013）［31］在研究草原与荒漠一年生植物性状对降水变化的响应中发现，随降水梯度的增加，一年生植物的生长期、植物高度、叶长、生物量等均增加，植物根据降水量变化及时调整各物候期长短以适应生长和繁殖。

3.2.2 产草量结果显示，无论是来自碌曲还是合作，夏季牧草的鲜草产量显著高于冬季牧草（P＜0.05），风干草产量和风干基础的干物质产量高于冬季牧草，但差异不显著（P＞0.05）。无论夏季还是冬季，碌曲牧草鲜草产量、风干草产量和风干基础的干物质产量高于合作牧草，但差异不显著（P＞0.05）。但碌曲冬季牧草风干草产量和风干基础的干物质产量显著高于合作冬季牧草（P＜0.05）。这是因为水分含量是影响牧草鲜量的主要因素，植物种类、草地类型和生长季节是影响牧草水分含量最主要的因子［32］。甘南降雨量主要集中在夏季，所以牧草水分较高，鲜草量也高。相反，冬季降雨少，鲜草水分低。刘金平和段婧［33］研究营养生长期雌雄葎草（Humulus scandens）表观性状对水分胁迫响应的性别差异时发现，葎草通过显著缩短营养生长持续期应对水分胁迫，雄株比雌株对水分缺乏更加敏感；根首先，叶次之，茎第三对胁迫做出响应；根通过降低自身含水量满足茎、叶对水分的需要，同时茎叶通过减少叶片数与茎分枝数，缩小单叶面积与茎长度，降低单株对水分的消耗；水分对各构件鲜重、干重均存在极显著影响，雄株的总生物量显著低于雌株。罗振堂［34］分析不同时段和气候因素对天然牧草产量的影响发现温度、降雨量和日照对牧草产量的影响在不同月份不同，李国军等［8］也研究发现，降水量和积温稳定对牧草产量有重要影响，而且光热水配置决定牧草产量的高低。本试验碌曲和合作采样地草场类型均属亚高山草甸草场类，主要优势牧草种类不同，两地在同一生长季节气温、降雨等也有所差异。碌曲水热配置相对合作要好［25］，所以碌曲牧草的产量有高于合作的趋势。

3.3 不同地区和季节对牧草饲用价值的影响

结果说明甘南夏季牧草饲用价值显著比冬季高（P＜0.05），碌曲和合作牧草DDM和OMD差异不显著（P＞0.05），但夏季时合作牧草DMI和RFV显著比碌曲牧草高（P＜0.05）。根据RFV值的定义［17］，RFV值大于100，说明该牧草营养价值整体较好，RFV值越高，说明该种牧草的营养价值越高。但也有研究指出，现行的RFV只考虑了NDF和ADF的量，没有考虑到其品质，即纤维的消化率［35］，故根据RFV值仅能粗略判断牧草的总体营养价值，具有一定的局限性。牧草OMD越高，说明其被消化利用特性越好。夏季牧草OMD显著高于冬季牧草（P＜0.05），这应直接与夏季所含的易消化降解的CP、EE含量高于冬季牧草，而不易消化降解的CF、NDF、ADF、ADL、C含量冬季高于夏季牧草有关。本试验根据韩建国和贾慎修［18］建立的OMD与CF关系式与根据Axelsson公式［19］分析得到的CF含量对OMD影响结果基本一致，但其中夏季牧草OMD高于80%与一般的粗饲料定义［27］中的OMD小于70%有所出入，这可能是由于前者采用的预测模式的原因。本文DMI、DDM、RFV和OMD结果来自于前人的预测公式，存在一定的局限性，但能对甘南高寒牧草的饲用价值提供一些参考。

4 结论

甘南夏季牧草的CP、TP含量显著高于冬季牧草，冬季牧草的CF、NDF、ADF、C含量和Ca/TP显著高于夏季牧草，鲜草产量、DMI、DDM、RFV和OMD夏季牧草显著高于冬季牧草，株高、风干草产量和风干基础的干物质产量夏季牧草高于冬季牧草。碌曲和合作牧草的营养成分在同一季节时大部分营养成分上接近，冬季时碌曲牧草能提供更多无氮浸出物，合作牧草含有更高的不可利用纤维，合作冬季牧草均呈现最严重钙磷不平衡。碌曲牧草株高、鲜草产量、风干草产量和干物质产量高于合作牧草，但夏季时合作牧草DMI、RFV估计值显著高于碌曲牧草。即甘南高寒天然牧草的营养成分、生产特性、饲用价值夏季牧草明显优于冬季牧草，碌曲有优于合作的趋势。

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