不同杂草比例的栽培草地放牧管理优化土壤养分状况并提升牧草产量与营养品质

针对干旱区栽培草地杂草入侵与利用方式影响生态功能的科学问题，兰州大学团队通过三年田间试验，探究放牧/刈割与杂草比例(4:6/2:8/0:10)对紫花苜蓿(Medicago sativa)+无芒雀麦(Bromus inermis)与高羊茅(Festuca arundinacea)+无芒雀麦混播草地的调控机制。结果表明：放牧使牧草产量提升6.28-36.14%，降低杂草比例可提高粗蛋白(CP)和乙醚提取物(EE)含量，土壤速效钾(AK)与碱解氮(AN)在0-10 cm层显著增加。该研究为干旱区草地可持续管理提供了科学依据。

　　

在占全球陆地面积25%的 grasslands（草地）生态系统中，栽培草地作为人工干预的 high-quality forage（优质牧草）生产基地，承担着15-20%的全球牧草供给量。然而，climate change（气候变化）与 weeds infestation（杂草入侵）正持续威胁着这类草地的生产力——杂草通过竞争光资源、土壤水分和养分，不仅导致牧草产量下降30-50%，其释放的 allelochemicals（化感物质）还会抑制牧草种子萌发。更棘手的是，传统刈割与放牧管理对土壤 nutrient cycling（养分循环）的差异化影响尚未明确，尤其在年际气候波动的 arid regions（干旱区），如何平衡生产与生态功能成为国际草业科学领域的核心难题。

兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室团队在《Field Crops Research》发表的研究，创新性地将 grazing/mowing（放牧/刈割）利用方式与 weed-to-forage ratios（杂草-牧草比例梯度）进行三维耦合设计。研究团队在中国西北干旱内陆的临泽草原站（年均降雨129 mm）开展为期3年的田间试验，选取紫花苜蓿+无芒雀麦（MB）与高羊茅+无芒雀麦（FB）两种混播模式，设置放牧/刈割两种利用方式及3种杂草生物量占比（40%/20%/0%），系统监测了 yield composition（产量构成）、crude protein（CP，粗蛋白）、soil available potassium（AK，速效钾）等28项指标。

关键技术方法
研究采用 split-plot design（裂区设计），主区为利用方式（放牧/刈割），副区为杂草比例。放牧采用 controlled stocking rate（控制载畜量），刈割留茬5 cm。每年测定牧草产量、营养指标（CP、EE、ADF、NDF）及土壤酶活性（urease尿素酶、alkaline phosphatase碱性磷酸酶）。气候数据来自站点气象站，土壤样品采集0-10 cm和10-20 cm土层。

研究结果

1. 草地利用方式与杂草比例对产量的影响
放牧草地的 forage yield（牧草产量）较刈割显著提高6.28-36.14%（P<0.001），且FB混播的 yield stability（产量稳定性）优于MB。杂草比例每增加20%，产量下降8.3-15.6%（P<0.05），但放牧能缓解这种下降趋势。

2. 营养品质的调控规律
牧草CP和EE含量随杂草比例增加而降低（MB混播降幅达22.4%），但放牧使CP提升14.7-28.3%。值得注意的是，neutral detergent fiber（NDF，中性洗涤纤维）与产量呈显著负相关（r=-0.63）。

3. 土壤养分动态响应
放牧使0-10 cm土层AK和AN含量提高19.4-37.8%，urease activity（尿素酶活性）在2024年较刈割高26.77-95.80%。酶活性与 temperature（温度）和 rainfall（降雨）呈正相关（r>0.71）。

结论与意义
该研究首次揭示 grazing optimization hypothesis（放牧优化假说）在杂草入侵草地的适用性：适度放牧通过动物选择性采食调控 plant community structure（植物群落结构），同时 livestock excreta（家畜排泄物）输入促进 soil nutrient cycling（土壤养分循环）。保持杂草比例<20%可使 land equivalent ratio（土地当量比）提升1.2-1.5倍。研究成果为制定"基于自然的解决方案"（NbS）的草地管理策略提供了量化依据，尤其对"一带一路"干旱区生态-生产协同提升具有重要实践价值。