王德平，陈万杰，李雅男，赵天启，张 峰，赵萌莉

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019)

1 前言

大针茅(Stipagrandis)为多年生密丛旱生牧草，属禾本科针茅属，是大针茅草原的建群种〔1〕。大针茅草原是欧亚草原区特有的一种典型草原，广泛分布在内蒙古的中东部，为该地区提供大量的饲草资源〔2〕。近年来，由于草原的不合理利用，导致超过50%的典型草原出现退化，而大针茅作为建群种，决定着群落的结构和功能，研究大针茅在不同利用方式下的响应，能在一定程度上反映大针茅草原的演变方向〔3〕。

刈割是草地管理的重要措施，也是大针茅草原利用的主要方式之一〔4〕，刈割通过移除植物的地上部分，达到收获饲草的目的。刈割大幅度减少了植物的茎叶，进而减小了其光和面积，Meyer等〔5〕研究发现，植物的地上部分被刈割后，剩余叶片的光和速率会提高，出现补偿性光合作用；但王静等〔6〕在对芨芨草(Achnathrumsplendens)的研究中发现，刈割降低了芨芨草的光合速率。适宜的刈割(留茬高度和刈割时间)不仅能收获高产量的牧草，还能使其保持优良的品质〔7〕。朱钰等〔8〕研究发现，高留茬不仅降低所收获的牧草产量，还降低牧草营养价值，而低留茬虽然当次收获的牧草产量较多，但低留茬移除了牧草大部分的叶片，降低了牧草的再生能力，影响次年的产量和品质。孙林等〔9〕研究发现，随刈割时间的延后，牧草产量上升，但营养品质下降。

目前关于刈割对单一牧草产量和营养品质的研究多集中在人工草地和盆栽试验，有关天然草地的报道较少，且在已发表的对天然草地研究国内论文中，关于羊草对刈割响应的研究较多，而刈割对大针茅产草量和营养品质的研究报道较少。因此，本文以锡林郭勒盟大针茅草原建群种大针茅为研究对象，分析留茬高度和刈割时间对大针茅产草量和营养品质的影响，以期为饲用大针茅草原的合理刈割提供理论支持。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

试验区位于内蒙古自治区锡林浩特市的毛登牧场，44°10′3″N、16°25′29″E，海拔约为1045m，属于温带大陆性气候。草地建群种为大针茅,优势种为羊草(Leymuschinensis)和糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)。该地区年均风速4.8m/s，年降水量300-360mm，全年降水量的80%集中在6～9月，降水量的季节和年际变化很大。该地区土壤主要为栗钙土，土质多为沙壤质地，沙性较重，易受风蚀；土壤有机质含量2%-3%，属于较为肥沃的土质。年平均气温为-1～1℃，1月为最冷月，平均气温为-21.3℃；7月为最热月，平均温度为20.8℃。年大于等于10℃的积温为1587.9℃，持续110d，草原植物生长期约145d,无霜期90-115d。

图1 研究区8月份温度和降水状况Fig1: Temperature and precipitation of the study site in August

2.2 实验设计

2014年5月1日，在锡林浩特市毛登牧场建立试验区。试验样地选在平坦宽阔的具有代表性的大针茅草原，采取两因子处理(刈割时间，留茬高度)，以刈割时间为主区，设计三个刈割时间：A，8月1日刈割；B，8月16日刈割；C，8月31日刈割。副区为留茬高度，设计四个留茬高度：低留茬(H2，留茬2cm);中留茬(H5,留茬5cm);高留茬(H8,留茬8cm);对照组(CK,不刈割)。本实验共设计三个区组，每个区组有三个主区，主区内设四个副区，每个副区内再设三个重复小区，每个小区长3m，宽2m，小区间间隔1m,共108个小区，随机区组排列。

2.3 测定指标

2.3.1 野外调查

于2016年8月份，在试验区内，采用50cm×50cm的样方框在每个小区内随机取样，2次重复，并在样方内随机选取三株大针茅测量生殖高度与营养高度，然后按照实验设计的留茬高度和刈割时间对样方内大针茅进行刈割。刈割得到的大针茅带回实验室先杀青烘干至恒重，然后用天平测得其重量，最后换算为1m×1m即单位面积的产量，并以此作为大针茅的产量。

2.3.2 营养成分测定

将样品烘干后，经球磨仪磨碎，过1mm筛，然后进行营养物质的测定。

(1)粗蛋白(crude protein，CP)，使用杜马斯定氮仪测定。

(2)酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF) ，使用Anokom220型纤维分析仪测定。

2.4 数据分析

实验数据进行单因素方差分析，处理间的多重比较采用LSD检验，检验水平为α=0.05。以上分析采用R 3.3.2进行，所有图使用SigmaPlot 12.0制作，所有表使用EXCEL 2010制作。

3 结果与分析

3.1 留茬高度和刈割时间对大针茅高度的影响

刈割降低了大针茅植株生殖枝高度, H2(38.42cm)、H5(39.32cm)、H8(40.63cm)均显著低于对照组(45.74cm)，H8显著高于H2、H5，H2与H5无显著差异；随留茬高度增加，植株高度增加。刈割强度对大针茅植株营养高度影响显著(P<0.05)，处理组植株营养高度均显著低于对照组(41.58cm)，H5(35.44cm)显著高于H2(34.13cm)、H8(34.50cm)，H2与H8无显著差异；随留茬高度增加，植株营养高度先增加后降低再增加的趋势。刈割时间对大针茅植株高度和植株营养高度均无显著性影响(P>0.05),随刈割时间推后，植株高度和植株营养高度均降低，8月1日植株高度和植株营养高度最高，8月31日二者均最低。

表1 留茬高度和刈割时间对大针茅高度影响的方差分析Table1:F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on height at Stipa grandis

注：*，P<0.05;**,P<0.01,***,P<0.001,ns,P>0.05,下同。

图2 留茬高度和刈割时间对大针茅高度的影响Fig2 The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis height

注：同一因变量内标注不同字母表示差异显著，下同。

Note: Means with different letters in the same induced variable are significantly different，the same as below.

3.2 留茬高度和刈割时间对大针茅产草量的影响

留茬高度对大针茅产草量影响显著(P<0.01)，与对照组(106.10 g/m2)相比，各处理均显著降低大针茅产草量,H5(78.46g/m2)与H2(68.43 g/m2)、H8(74.15 g/m2)均有显著差异，H5显著高于H2、H8，H2与H8之间无显著差异。处理组间，大针茅产草量随留茬高度增加，呈先增高，后降低趋势。刈割时间对大针茅产草量具有显著影响(P<0.05)，8月31日大针茅产草量(94.79 g/m2)显著高于8月1日(67.68 g/m2)和8月16日(82.05 g/m2)，8月16日大针茅产草量显著高于8月1日，随刈割时间推后，大针茅产草量增加。

表2 留茬高度和刈割时间对大针茅产草量影响的方差分析Table2 F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on forage production at Stipa grandis

图3 留茬高度和刈割时间对大针茅产草量的影响Fig3: The impact of stubble heights and mowing date on forage production Stipa grandis

注：同一因变量内标注不同字母表示差异显著，下同

Note: Means with different letters in the same induced variable are significantly different，the same as below.

3.3 留茬高度和刈割时间对大针茅营养品质的影响

3.3.1 留茬高度和刈割时间对大针茅粗蛋白的影响

留茬高度对大针茅粗蛋白有显著影响(P<0.01),与对照组(7.41%)相比，各处理均显著增加大针茅粗蛋白，H2(8.53%)、H5(8.39%)显著高于H8(8.15%)，但H2与H5无显著差异(P<0.05)；随留茬高度降低，大针茅粗蛋白逐渐增高。刈割时间对大针茅粗蛋白有显著影响(P<0.01)，8月1日大针茅粗蛋白(8.68%)显著高于8月16日(8.00%)和8月31日(7.68%)；8月16日大针茅粗蛋白显著高于8月31号；随刈割时间推后，大针茅粗蛋白显著降低(P<0.05)，即8月1号大针茅粗蛋白最高，8月31号大针茅粗蛋白最低。

表3 留茬高度和刈割时间对大针茅粗蛋白影响的方差分析Table3: F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on crude protein at Stipa grandis

图4 留茬高度和刈割时间对大针茅粗蛋白的影响Fig4: The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis crude protein

3.3.2 留茬高度和刈割时间对大针茅ADF和NDF的影响

留茬高度和刈割时间对大针茅ADF和NDF均无显著性影响(P>0.05)。与对照组相比，刈割降低了大针茅ADF含量，在处理组中，大针茅ADF含量随留茬高度增加而降低，随刈割时间延后而增加。与对照组相比，刈割降低了大针茅RFV含量，大针茅RFV含量随留茬高度增加而增加，随刈割时间延后而增加。

表4 留茬高度和刈割时间对大针茅酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维影响的方差分析Table2:F-value of ANOVA for the effect of stubble height and mowing date on ADF and NDF at Stipa grandis

图5 留茬高度和刈割时间对大针茅酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的影响 Fig5: The impact of stubble heights and mowing date on Stipa grandis ADF and NDF

4 讨论

4.1 留茬高度和刈割时间对大针茅产草量的影响

在本研究中，留茬高度对大针茅产草量影响显著(P<0.01)，首先，处理组产量均低于对照组产量，可见刈割会降低大针茅产草量。周国逸等〔10-11〕在对牧草分蘖的研究中发现，刈割会降低大针茅的分蘖能力，而在大针茅的繁殖途径中，分蘖增殖是其主要繁殖方式，分蘖数的减少会降低其繁衍后代的能力，进而导致次年产量下降。王玺等〔12〕研究发现，大针茅的地上生物量与大针茅的株高和分枝数有较大关系，由图(2)可知，刈割显著降低了大针茅的株高，进而减少了割草对地上生物量的获取，导致产量下降。尹建华等〔13-15〕在对盆栽大针茅的研究中发现，刈割会显著影响地下根系的发育，使大针茅地下根系趋于小型化；李怡等〔16〕在对大针茅根系的研究中也发现，随放牧强度增加，大针茅地下生物量减少，随着地下生物量的减少，大针茅对土壤养分的获取能力降低，进而导致产量下降。第二，随留茬高度降低，处理组间产量有先增高后降低的趋势，即H5产量显著高于H2和H8，H2产量最低。这可能与大针茅本身的性质有关，大针茅属于丛生型下繁禾草，中、高留茬可能对其叶量的损失相对较小，而低留茬使大针茅大量的营养物质被带走，并且绝大部分枝叶也因刈割而流失，进而影响其恢复能力和光和能力〔14〕，这可能是H2产量降低的原因之一。除此之外，H2产量低可能与刈割降低了大针茅的株高有关，由图(2)可知，刈割显著降低了大针茅的株高，H2时大针茅株高最低，这可能是导致H2产量降低的另一原因。第三，中度刈割时大针茅虽然也被带走枝叶，但因其下繁草的特性，还有部分枝叶得以保留，但是其它植物会被带走大量叶片，进而导致与大针茅的竞争能力减弱，使大针茅此时在群落中处于优势地位，这可能是H5时大针茅产草量最大的原因。第四，王生文等〔17〕在对祁连山人工草地老芒麦(Elymussibiricus)的研究中发现，高留茬会导致老芒麦产量降低，主要是因为高留茬保留了大量枯死物质，导致老芒麦光能利用率下降；本研究中发现高留茬也会导致大针茅产草量降低，产量降低原因可能与上述研究类似，但因本实验建于天然草地，除自身枯死物质外，其它植物的竞争也可能导致大针茅产草量降低。高留茬时，其它植物因自身株高较低，被移除的枝叶较少，而大针茅株高较高，移除了较多枝叶，导致大针茅在高留茬时与其它植物的竞争能力相对减弱〔3〕，这可能是大针茅H8产量降低的另一原因。

在本研究中刈割时间对大针茅产草量有显著影响(P<0.05),随刈割时间推后，大针茅产草量显著上升。这种现象可能与植物的生长发育习性有关，王志峰等〔18〕在对羊草产量的研究中发现，随刈割时间的推后，羊草产量逐渐上升；雷艳芳〔19〕等对青贮玉米的研究中也发现，随刈割时间推后，可收获的玉米干物质产量增加；可见在适宜条件下，大多数饲草产量会随刈割时间推后而增加。丁成龙等〔20〕在对多花黑麦草(Loliummultiflorum)的研究中发现，适当推迟刈割时间不仅能获得较多的干物质产量，还能促进地下根系的生长和养分的积累，有利于第二年再生，这可能是导致大针茅随刈割时间延后产量上升的另一原因。除此之外，大针茅产草量上升还可能与当地温度的变化有关，赵威等〔21〕研究发现，植物干物质的积累与光和作用和呼吸作用有较大联系，而温度对光和作用和呼吸作用的影响存在差异。在对多种作物的研究中发现，在14～37℃内，温度变化对光合作用影响有限，而呼吸作用对温度变化较为敏感，随温度上升，植物呼吸作用增强。在本研究中，随刈割时间延后，当地温度降低，可能使大针茅光合作用波动较小，而呼吸作用明显降低，导致干物质积累增多，促使产量上升。

4.2 留茬高度和刈割时间对大针茅营养品质的影响

在本研究中，留茬高度对大针茅粗蛋白有显著影响(P<0.01)，首先，经刈割处理的大针茅粗蛋白均显著高于对照组，且随留茬高度降低，粗蛋白增高，可见低留茬能提高大针茅营养品质，这与霍成君等〔22〕研究结果相一致。 这可能与大针茅丛生下繁草的特性有关，牧草中大量的粗蛋白存储于叶中，而随着留茬高度的降低，大针茅更多的叶片被获取，导致粗蛋白增多。低留茬移除草群大量的地上生物量，导致其他植物对光的占有能力下降，但大针茅基部的仍有部分叶片，使其对光照的占有能力相对提高，进而导致粗蛋白增多。Meyer等〔5〕研究发现，刈割会刺激剩余叶片，提高其光合能力；Doescher等〔23〕的研究也发现，刈割会使植物出现补偿性光合作用，提高叶片光合速率，而且叶片光合速率的提升还会随刈割年限的增加而增强。因此，刈割导致大针茅粗蛋白上升，可能与刈割提高了叶片光合速率有关。

在本研究中，刈割时间对大针茅粗蛋白影响显著(P<0.01),大针茅粗蛋白随刈割时间推后而降低。大针茅粗蛋白降低可能与其生长发育有关，随刈割时间的推后，大针茅茎叶比增加，而大针茅中大量粗蛋白储存于叶中，因此粗蛋白降低；另一方面，随刈割时间推后，大针茅可能消耗大量粗蛋白用于自身生长和芒针的形成，导致粗蛋白降低〔24〕。

牧草中酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量对其营养品质有重要影响，其中ADF影响牧草的消化率，ADF含量高，则消化率低；NDF影响家畜对牧草的采食率，NDF含量高，则采食率低〔25〕。在本研究中，留茬高度和刈割时间对大针茅ADF和NDF均无显著性影响(P>0.05),但各处理组随留茬高度增加，ADF含量降低；NDF则随留茬高度增加，含量增加；因此，高留茬大针茅可能消化率高但采食率低。随刈割时间推后，大针茅ADF和NDF含量均增高，这可能导致大针茅的品质随刈割时间推后而降低。

5 结论

连年刈割显著降低大针茅产草量(P>0.05)，在各刈割处理中，大针茅在中度刈割时产量最高。刈割显著增高大针茅粗蛋白，中低留茬大针茅品质较好(P>0.05)。随刈割时间推后，大针茅产草量显著上升(P>0.05)，大针茅粗蛋白下降(P>0.05)。大针茅建群的典型草原刈割利用以8月中旬刈割，留茬5cm为宜。