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      沙地恢復(fù)草場(chǎng)放牧綿羊體增重及瘤胃發(fā)酵參數(shù)動(dòng)態(tài)變化

      2010-06-08 07:51:58塔娜桂榮魏日華趙山志
      草業(yè)學(xué)報(bào) 2010年5期
      關(guān)鍵詞:胃液沙地草場(chǎng)

      塔娜,桂榮,魏日華,趙山志

      (1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所,內(nèi)蒙古 呼和浩特010010;2.農(nóng)業(yè)部草原資源與生態(tài)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特010010;3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),內(nèi)蒙古 呼和浩特010018)

      2001年,面對(duì)沙漠化日益擴(kuò)展和沙塵暴日趨頻繁的現(xiàn)實(shí),國(guó)家啟動(dòng)了京津風(fēng)沙源治理工程,作為京津地區(qū)沙塵暴主要沙源地之一的渾善達(dá)克沙地位列其中。近幾年來(lái),通過(guò)采用建設(shè)人工沙障與種植灌木林相結(jié)合、飛播和人工種植、封育相結(jié)合等措施,恢復(fù)固沙能力強(qiáng)的灌草復(fù)合植被,同時(shí)轉(zhuǎn)移沙區(qū)人口,實(shí)行圍封轉(zhuǎn)移,休牧、禁牧制度,有效遏止了沙地外擴(kuò)之勢(shì)。據(jù)渾善達(dá)克沙地氣候生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示:到2002年,沙地局部地段的植被開(kāi)始恢復(fù),生態(tài)系統(tǒng)的活力增加,流動(dòng)沙地上出現(xiàn)了沙地先鋒植物群落,各種灌木開(kāi)始了拓殖性生長(zhǎng);從2005年的植被指數(shù)圖可以明顯看出渾善達(dá)克沙地的綠度值較歷史同期高1~2個(gè)等級(jí)[1]。到目前為止,已經(jīng)過(guò)4~5年的植被自然恢復(fù)與復(fù)壯,渾善達(dá)克沙地流動(dòng)、半流動(dòng)沙丘已減少到4 053 km2,長(zhǎng)420 km、寬3~10 km的沙地南緣防護(hù)體系基本形成,沙地外擴(kuò)之勢(shì)得到控制[2]。

      草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展,立足點(diǎn)必須是在保護(hù)的前提下,科學(xué)地、合理地利用草地。從理論上來(lái)看,對(duì)圍封恢復(fù)一定程度的退化草場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)的適度放牧利用,不僅可以提高草地肥力,并且有助于群落內(nèi)植物的自我復(fù)壯更新與繁衍[3]。劉忠寬等[4,5]研究指出,草地休牧?xí)r間過(guò)長(zhǎng),植被灌叢化趨勢(shì)明顯、可食化程度降低、均勻性降低、草地發(fā)生2次逆行演替,為保證草地植物可食性及均勻性,退化草地圍封一定時(shí)期后提倡進(jìn)行適度放牧或刈割利用。左萬(wàn)慶等[6]連續(xù)5年對(duì)退化羊草(Leymuschinensis)草原圍欄封育樣地的觀測(cè)表明,圍欄封育顯著提高了植被的地上和地下生物量,并根據(jù)植物群落特征認(rèn)為退化羊草草原圍封2年后,從生產(chǎn)力或生物量的角度上已適宜適度割草或放牧利用。胡小龍等[7]研究也表明,渾善達(dá)克沙地對(duì)于退化草場(chǎng)的封育期以5年左右為宜。單貴蓮等[8]建議,對(duì)退化草地實(shí)行圍封恢復(fù)時(shí)應(yīng)采用季節(jié)性適度放牧利用,不應(yīng)完全禁牧,以便解決退化草地的恢復(fù)、草地資源的利用及牧區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)間的矛盾。而對(duì)于退化草地恢復(fù)過(guò)程中的合理利用問(wèn)題仍需進(jìn)一步研究。同時(shí),韓天文等[9]針對(duì)酒泉市“退牧還草”項(xiàng)目在植被恢復(fù)中的實(shí)際效果評(píng)價(jià)中指出對(duì)于退化較為嚴(yán)重的草地生態(tài)恢復(fù)應(yīng)采用禁牧4~5年的技術(shù)方案是最佳選擇,但對(duì)于恢復(fù)后的草地放牧利用方面沒(méi)有提出相關(guān)建議。

      鑒于此,本研究選擇圍封恢復(fù)中的沙地草場(chǎng),采用自由放牧與劃區(qū)輪牧2種放牧方式,以放牧綿羊體增重及瘤胃發(fā)酵參數(shù)動(dòng)態(tài)變化為家畜營(yíng)養(yǎng)狀況檢測(cè)指標(biāo),評(píng)價(jià)恢復(fù)階段沙地草場(chǎng)牧養(yǎng)能力,為該類(lèi)草場(chǎng)合理放牧利用提供理論基礎(chǔ)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

      試驗(yàn)區(qū)位于渾善達(dá)克沙地腹地內(nèi)蒙古自治區(qū)正藍(lán)旗上都鎮(zhèn)青格勒?qǐng)D嘎查,地處東經(jīng)116.0°,北緯42.2°左右。屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候,冬季寒冷漫長(zhǎng),春夏季多風(fēng)少雨,微旱。年平均氣溫1.41℃,降水量355 mm,無(wú)霜期110 d,年均風(fēng)速3~4 m/s,大風(fēng)日數(shù)60~70 d。本試驗(yàn)期間(2007年5-11月)總降水量為239.0 mm,低于平均年份(365 mm),旱情較重(錫林郭勒盟氣候公報(bào),2007年1月1日-10月25日)。土壤以暗栗鈣土為主、間有灰色草甸土和風(fēng)沙土鑲相嵌。

      2002年中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所“渾善達(dá)克沙地植被快速恢復(fù)”項(xiàng)目在此實(shí)施,經(jīng)過(guò)4~5年的封育恢復(fù),當(dāng)年補(bǔ)播的錦雞兒屬(Caragana)、柳屬(Salix)等灌木、蒿屬(Artemisia)等半灌木及冰草屬(Agropyron)、沙打旺(Astragalusadsurgens)等形成了典型的沙地植被景觀,且有部分草本植物侵入生長(zhǎng),人工、半人工植被的植物群落已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。2006年6月中旬的植被調(diào)查顯示:灌木層高度平均在50~75 cm,蓋度30%左右,草群高度平均在20~50 cm,蓋度30%~45%,平均鮮草生物量為2 371.43 kg/hm2,鮮草可食產(chǎn)量為1 728.57 kg/hm2,與未經(jīng)治理的裸沙地形成了鮮明的對(duì)比。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      選擇未經(jīng)補(bǔ)播圍欄封育沙地草場(chǎng)9.3 hm2為連續(xù)放牧區(qū)(CG組);另選補(bǔ)播改良圍封恢復(fù)中的沙地草場(chǎng)18.6 hm2,以植被類(lèi)型分布均勻的原則劃分為2個(gè)大區(qū),每個(gè)區(qū)9.3 hm2,分別為連續(xù)放牧區(qū)(SCG組)和輪牧區(qū)(SRG組),輪牧區(qū)劃為6個(gè)等面積小區(qū),每小區(qū)1.55 hm2。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)可食牧草產(chǎn)量,考慮恢復(fù)中沙地系統(tǒng)的相對(duì)不穩(wěn)定性和系統(tǒng)脆弱性特點(diǎn),擬定放牧強(qiáng)度以連續(xù)放牧載畜率1.16 hm2/(羊單位·半年)為標(biāo)準(zhǔn);6區(qū)輪牧每小區(qū)放牧天數(shù)為5,30 d為1個(gè)周期。試驗(yàn)期為4個(gè)月,2007年6月3日至10月4日。

      試驗(yàn)綿羊?yàn)槟軌虼懋?dāng)?shù)刈匀环拍翀?chǎng)的毛肉兼用細(xì)毛羊,選擇24只健康無(wú)病,平均體重(28.5±2.4)kg的2歲母羊,按當(dāng)?shù)啬撩窳?xí)慣進(jìn)行出牧和歸牧,全天放牧且不補(bǔ)飼。試驗(yàn)前統(tǒng)一進(jìn)行驅(qū)蟲(chóng)、剪毛,編號(hào)及耳際標(biāo)示。

      1.3 試驗(yàn)羊測(cè)定項(xiàng)目及方法

      體重測(cè)定:每月月初連續(xù)2天清晨空腹稱(chēng)重,取平均值。

      瘤胃液的采集:8月5日-8月7日,每組選6只羊,分別在空腹,采食后2 h,采食后4 h,采食后7 h,通過(guò)口腔取樣器采集瘤胃液。每只羊每次采集50 m L,隔1 d采1次,將2 d內(nèi)采集的瘤胃液樣品按羊個(gè)體等量混合制成樣本,在-20℃條件下保存,備分析。

      瘤胃發(fā)酵參數(shù)的測(cè)定。

      p H值的測(cè)定:將取出的瘤胃液4層紗布過(guò)濾后,立即用便攜式酸度計(jì)(Horiba B-212)測(cè)定其p H值。

      瘤胃液揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度的測(cè)定:瘤胃液樣品室溫解凍,4層紗布過(guò)濾,取5 m L濾液4 000 r/min離心15 min,再取上清液1 m L按照5∶1比例加入25%偏磷酸溶液,混勻,10 000 r/min離心15 min,裝入專(zhuān)用小瓶,放在氣相色譜儀自動(dòng)進(jìn)樣架上,設(shè)定進(jìn)樣量1μL上機(jī)分析,得到VFA樣品色譜圖,采用峰面積歸一法計(jì)算樣品中的VFA的含量[10]。

      日本島津GC-2014氣相色譜儀;RX-50毛細(xì)管柱;氫火焰離子化檢測(cè)器(FID),并配有空氣壓縮機(jī);氫氣和氮?dú)猓ǜ呒兊?9.999%)。柱溫:150℃,程序升溫;檢測(cè)器溫度:200℃,進(jìn)樣口溫度:200℃;載氣分流比50∶1;進(jìn)樣量1μL,自動(dòng)進(jìn)樣,外標(biāo)法定量。

      瘤胃液氨態(tài)氮(NH3-N)濃度的測(cè)定:參照馮宗慈和高民[11]的方法進(jìn)行。

      1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

      采用SAS統(tǒng)計(jì)分析軟件(Statistical Analysis System,9.0)中GLM程序進(jìn)行方差分析,Duncan程序進(jìn)行多重比較。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 不同放牧區(qū)綿羊體重變化特征

      體重變化是衡量綿羊生產(chǎn)水平的重要指標(biāo)之一,體重變化除了受到綿羊自身生理狀況的影響外,主要受日糧營(yíng)養(yǎng)水平的影響。結(jié)果顯示(表1),放牧綿羊體重變化動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出季節(jié)性變化過(guò)程。3個(gè)放牧區(qū),綿羊平均月增重分別為2.46,5.08,5.52,2.29 kg,均出現(xiàn)了緩慢增重→快速增重→緩慢增重的趨勢(shì),而3個(gè)處理間沒(méi)有明顯的差異(P>0.05)。綿羊體重的這種變化主要與當(dāng)?shù)丶竟?jié)性氣候變化、牧草營(yíng)養(yǎng)動(dòng)態(tài)變化及綿羊生理機(jī)能相關(guān)[12]。6月屬牧草幼嫩期,牧草顯現(xiàn)出營(yíng)養(yǎng)成分含量較高但地上生物量低的特點(diǎn),綿羊“跑青”嚴(yán)重從而影響了增重效果;7-8月,當(dāng)?shù)卣暧隉嵬?,有利于植物生長(zhǎng),牧草的數(shù)量和質(zhì)量相應(yīng)較好,所以是放牧家畜體重的主要恢復(fù)期和生長(zhǎng)期;9月,氣候適宜,部分牧草進(jìn)入結(jié)實(shí)期,屬抓膘好時(shí)期,但20日后牧草停止生長(zhǎng)并開(kāi)始有霜凍,牧草數(shù)量和質(zhì)量開(kāi)始下降,導(dǎo)致綿羊增重緩慢。暖季放牧綿羊體重總體上呈現(xiàn)出規(guī)律性的增長(zhǎng),整個(gè)放牧期平均增重15.3 kg/只。

      表1 各放牧區(qū)綿羊體增重變化Table 1 Changes of sheep weight and body gains in different grazing groups kg

      2.2 不同放牧區(qū)綿羊瘤胃發(fā)酵參數(shù)動(dòng)態(tài)變化

      放牧綿羊瘤胃p H和NH3-N動(dòng)態(tài)變化結(jié)果顯示見(jiàn)表2。本試驗(yàn)3個(gè)區(qū)放牧綿羊p H為6.37~7.10,采食后瘤胃p H值呈波動(dòng)變化且趨勢(shì)相同,即采食后瘤胃p H值下降,而后逐漸升高。p H值是反映瘤胃發(fā)酵水平的一項(xiàng)重要指標(biāo),是瘤胃發(fā)酵過(guò)程的綜合反應(yīng),p H值的高低影響瘤胃微生物的活力。它受日糧性質(zhì)、積聚的有機(jī)酸和唾液分泌量的影響,一般情況下,瘤胃p H值為6~7。產(chǎn)生本研究結(jié)果的原因可能是因?yàn)?,?dòng)物采食牧草后,碳水化合物在瘤胃中被發(fā)酵產(chǎn)生VFA的速度較快、數(shù)量較多,而瘤胃上皮對(duì)VFA的吸收及流出慢于產(chǎn)生的速度,所以瘤胃中VFA的濃度逐漸升高,導(dǎo)致p H值下降。而隨著碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生的VFA的濃度下降,瘤胃上皮對(duì)VFA的吸收及流出的速度相對(duì)加快,瘤胃中VFA的濃度下降,導(dǎo)致p H值上升。大量研究表明,放牧綿羊瘤胃p H值的最佳水平為6.5~7.0,適合于纖維分解菌的活動(dòng)[13]。由p H結(jié)果可知,本試驗(yàn)放牧羊瘤胃生理狀態(tài)較好,基本保持在有利于微生物正?;顒?dòng)的范圍內(nèi)。

      放牧綿羊的NH3-N濃度變化范圍為4.97~11.45 mg/100 m L(表2),符合瘤胃微生物合成蛋白質(zhì)所需的范圍(0.35~29 mg/100 m L)[14]。各放牧處理綿羊瘤胃液NH3-N濃度隨時(shí)間變化趨勢(shì)相同,即飼喂前到飼喂后數(shù)小時(shí),瘤胃液NH3-N濃度從最低值再逐漸升高,但各放牧處理間差異不顯著。綿羊瘤胃液氨態(tài)氮是瘤胃氮代謝中外源蛋白質(zhì)和內(nèi)源含氮物質(zhì)降解的重要產(chǎn)物,它同時(shí)也是瘤胃微生物合成菌體蛋白的原料。作為瘤胃內(nèi)環(huán)境的重要指標(biāo),瘤胃液中的NH3-N水平反映了飼糧蛋白質(zhì)的瘤胃降解率、能量供應(yīng)和微生物蛋白質(zhì)的合成狀況。

      放牧綿羊瘤胃VFA動(dòng)態(tài)變化結(jié)果表明(表3),放牧綿羊瘤胃液中VFA濃度的動(dòng)態(tài)變化與NH3-N濃度的變化趨勢(shì)相近,總VFA濃度變化范圍為29.51~68.71 mmol/L,飼喂前濃度最低,以后隨飼喂時(shí)間VFA濃度逐漸升高。3個(gè)放牧區(qū),綿羊瘤胃乙酸、丙酸、丁酸濃度呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì);且3種酸占總酸比例基本一致,分別為61.7%~70.4%,19.8%~26.3%,9.4%~12.7%,說(shuō)明3個(gè)放牧區(qū)綿羊瘤胃發(fā)酵的終產(chǎn)物很相似,這與前人報(bào)道結(jié)果基本一致[15]。瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的VFA是反芻動(dòng)物的主要能源,可提供機(jī)體總能的70%~80%,其含量及組成比例是反映瘤胃消化代謝活動(dòng)的重要指標(biāo)[16]。其中乙酸、丙酸、丁酸是VFA的主要成分,它們的濃度大小可反映它們的發(fā)酵類(lèi)型和吸收情況。VFA的產(chǎn)量及比例可顯著影響反芻動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用和生產(chǎn)水平的發(fā)揮[17]。

      表2 各放牧區(qū)綿羊瘤胃p H和NH3-N濃度變化Table 2 Changes of sheep rumen p H and NH3-N concentration in different grazing groups

      3 討論

      在放牧管理中,最主要的因素應(yīng)包括放牧率大小、放牧起止時(shí)間以及放牧方式(輪牧或連續(xù)放牧等)[18]。關(guān)于綿羊生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)不同放牧制度的響應(yīng)研究中,諸多結(jié)果表明綿羊體重的變化主要隨不同放牧率而有顯著差異,且一般隨著放牧率的增大綿羊體重呈線(xiàn)性降低[19];暖季放牧綿羊增重期主要在5-9月份,9月20日后開(kāi)始減重,且放牧率低的綿羊減重小,甚至仍有所增重,而放牧率高的減重較快[20]。對(duì)于放牧方式的比較研究結(jié)果表明,雖然劃區(qū)輪牧有利于發(fā)揮綿羊的生產(chǎn)性能,但在可利用牧草生物量供應(yīng)充足的情況下,劃區(qū)輪牧和連續(xù)放牧綿羊的生產(chǎn)性能比較接近[21]。在本研究中,放牧綿羊的體重主要受放牧季節(jié)和牧草營(yíng)養(yǎng)水平的影響,且針對(duì)恢復(fù)中沙地草場(chǎng)植被的不穩(wěn)定性和脆弱性設(shè)定的適中放牧率,因此未出現(xiàn)因放牧強(qiáng)度過(guò)高而導(dǎo)致綿羊后期減重的現(xiàn)象,同時(shí)綿羊增重也未受到不同放牧方式的顯著影響。

      瘤胃是反芻動(dòng)物特殊代謝途徑中的重要器官,不同的飼養(yǎng)管理?xiàng)l件下可引起瘤胃內(nèi)環(huán)境的改變;而瘤胃內(nèi)p H、氨態(tài)氮(NH3-N)濃度及揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度可以反映瘤胃內(nèi)部的環(huán)境狀況及飼料在瘤胃內(nèi)的發(fā)酵程度和模式,是目前研究瘤胃發(fā)酵的主要內(nèi)環(huán)境指標(biāo)[22]。本試驗(yàn)中綿羊瘤胃液采樣時(shí)間正逢7-8月牧草生長(zhǎng)旺盛期,能量和蛋白質(zhì)供給充足,放牧綿羊瘤胃發(fā)酵水平較好,瘤胃發(fā)酵參數(shù)基本保持在有利于微生物正?;顒?dòng)的范圍內(nèi)。從采食后的綿羊瘤胃發(fā)酵水平來(lái)看,補(bǔ)播輪牧區(qū)綿羊瘤胃NH3-N和VFA濃度略高于其他區(qū),在采食后2 h時(shí)較明顯,尤其VFA濃度有了顯著提高趨勢(shì)(P=0.1),這可能與放牧綿羊較多采食了補(bǔ)播的檸條(Caraganassp.),黃柳(Salixgordejevii),沙打旺,冰草(Agropyroncristatum)等粗蛋白質(zhì)和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NFC)含量相對(duì)較高的牧草有關(guān)[23,24]。研究表明,牧草中的蛋白質(zhì)降解速率主要取決于植物細(xì)胞壁的纖維素結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量增加會(huì)影響蛋白質(zhì)在反芻動(dòng)物瘤胃中的釋放和分解[25],從而影響瘤胃微生物合成強(qiáng)度,導(dǎo)致微生物群落和組成的變化[26]。

      適合于沙地草場(chǎng)上引種的豆科錦雞兒屬,柳屬及沙打旺、扁蓿豆(Melilotoidesruthenica)等不僅具有較好的固沙作用且飼用價(jià)值較高[27],近幾年在沙地恢復(fù)草場(chǎng)上保持著較好的長(zhǎng)勢(shì)。根據(jù)以上綿羊營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)指標(biāo)綜合體現(xiàn),建議在恢復(fù)中沙地草場(chǎng)上進(jìn)行家畜的暖季適度放牧利用。

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