澳大利亚东南部温带环境中种植的C4禾草的牧草累积量、持久性与营养价值

《Grass and Forage Science》：Herbage Accumulation, Persistence and Nutritive Value of C4 Grasses Grown Across Temperate Environments in South-Eastern Australia

　　

气候模型预测，澳大利亚南部气温将持续升高，降雨系统也将发生转变，这表明以温带物种为基础的牧草系统在夏季—秋季的饲草缺口可能扩大。热带（C₄）牧草物种可能有助于丰富饲草基础，并帮助缓解这些地区的气候变异性。该研究在新南威尔士州（NSW）8个传统上被认为对热带牧草而言处于边缘适生范围的试验点，比较了8种热带牧草物种与当地适应性温带物种在牧草累积量、持久性和饲草营养价值方面的差异。结果表明，在较干燥环境中，热带禾草物种较许多温带物种表现出更高的持久性和生产力。Rhodes grass（Chloris gayana Kunth.）品种Katambora和Reclaimer在这些试验点中持续位列前五，而panic grass（Megathyrsus maximus Jacq.）B.K Simon & S.W Jacobs品种Gatton在个别试验点表现良好。在较湿润试验点，热带禾草品种同样具有较高生产力，但总体上仍低于温带物种。热带禾草的饲草代谢能（ME）含量范围为7.2–10.2 MJ/kg DM，而温带物种在季节性采样中的能量值范围为5.4–13.2 MJ/kg DM。所有热带物种的钙（Ca，范围0.35%–1.95%）、镁（Mg，范围0.12%–0.39%）和磷（P，范围0.24%–0.36%）浓度均充足，可满足放牧反刍动物的需求。例外的是钠（Na），其在digit grass（Digitaria eriantha Steud.）、kikuyu（Cenchrus clandestinus (Hochst.ex Chiov.) Morrone.）和bahiagrass（Paspalum notatum Flüggé）中表现为缺乏（<0.06%）。该研究表明，在所测试环境下，热带禾草物种具有应用潜力，可为土地管理者提供维持家畜全年饲草生产的选择。

该论文发表于《Grass and Forage Science》，围绕气候变暖背景下澳大利亚东南部牧草系统的适应性重构展开。研究背景在于，澳大利亚南部传统牧草系统高度依赖温带（C₃）多年生禾草和冬季生长豆科植物，但气候模型显示该区域未来将呈现升温、冬春降雨减少及气候变率增强等趋势，进而导致温带牧草生长季缩短，并扩大夏秋季饲草缺口。现有体系因此面临两个核心问题：其一，温带牧草在高温和季节性干旱条件下的持久性与产量受到限制；其二，关于热带（C₄）牧草能否突破传统适生区、向更高纬度和更凉爽环境扩展的证据仍不足，尤其缺乏针对现代品种、跨环境、多指标的系统评价。基于此，研究人员在新南威尔士州开展跨区域田间试验，系统评估热带多年生牧草在温带边缘环境中的建植、持久性、干物质生产和饲草品质表现，以检验热带牧草是否能够在传统种植区之外保持生产力和稳定性。

研究人员在NSW 8个差异显著的试验点对8种热带多年生牧草物种共12个栽培类型进行比较，并与各地适应性温带牧草材料进行对照。综合结果表明：在低降雨环境中，热带禾草总体上较温带禾草更持久、产量更高；在高降雨环境中，热带禾草虽具备一定生产能力，但整体仍逊于温带草种。Rhodes grass的Katambora和Reclaimer在多个低降雨点位持续表现优异，panic grass品种Gatton在部分试验点亦显示出较强适应性。营养品质方面，热带禾草代谢能总体低于温带高值材料，但Ca、Mg、P等矿物浓度总体足以满足反刍家畜需求，仅Na在部分物种中偏低。研究的重要意义在于，为气候变异加剧背景下东南澳放牧系统的饲草多样化提供了直接证据，说明热带C₄禾草可作为低降雨地区多年生牧草的重要补充甚至核心选择，有助于提升全年供草能力与土地管理可持续性。

在技术方法方面，研究人员首先利用CLIMEX软件进行热带草种潜在分布模拟，据此筛选NSW北部高地、中部和南部传统热带牧草边缘区作为试验地点。随后在8个田间点位建立三重复、经空间校正的随机完全区组试验，对热带与温带牧草材料进行对比评价。通过苗期密度调查评估建植，通过固定样方基频（basal frequency，指活株基部占据网格比例）年度变化评价持久性，并以定期目测校准收割法估算干物质累积量。饲草营养价值在Condobolin、Cowra、Orange、Wagga Wagga和Yanco等点位季节性采样，采用近红外光谱（NIR）结合湿化学验证测定中性洗涤纤维（NDF）、粗蛋白（CP）、有机物消化率及代谢能（ME）；矿物元素采用ICP-OES测定，并计算K:(Na+Mg)比值、草搐搦指数（tetany index）和膳食阳离子阴离子差（DCAD）。

在研究结果部分，论文首先报告了“3.1 Climatic Conditions”。研究期内各点气候波动显著，2018和2019年普遍偏干偏热，2020和2021年则转为偏湿。低降雨点位具有更多处于热带禾草最适生长温度28°C–35°C的天数，而高降雨高海拔点位低温日数和霜冻日数更多。这一环境分异为后续不同草种表现差异提供了直接解释基础。

“3.2 Seedling Density”显示，不同地点和物种之间建植密度差异很大。2018年建植期接受灌溉的点位，其热带草平均苗密度明显高于未灌溉点位。panic grass品种Megamax 059在多数点位具有最高或接近最高的苗密度，说明其早期建植能力较强。总体上，温带草苗密度平均高于热带草，但高苗密度并不必然对应长期持久性和最终生产力。

“3.3 Persistence and Herbage Accumulation”是全文核心结果。以基频变化衡量，kikuyu是跨点位持久性最强的热带草种之一，平均基频增加明显，但其在部分点位建植不佳且产量不总是占优。两种panic grass整体持久性较差，除个别地点外多呈下降趋势。Rhodes grass在低降雨点位表现最突出，特别是Reclaimer和Katambora在Condobolin、Yanco和Wagga Wagga等地兼具较高持久性与干物质产量；Callide则显示较差的长期稳定性。digit grass在多数点位也保持较好持久性，但在Yanco和Wagga Wagga下降明显。相比之下，desmanthus在所有试验点频度和产量排名均偏低，说明其在该研究环境中适应性不足。温带草在高降雨点位通常占据频度与牧草累积量前列，而在低降雨点位没有任何温带材料进入干物质表现前五。由此可见，温度与降雨格局共同塑造了热带与温带牧草的适应性分化：高降雨、低温和较多冷季降雨条件更有利于温带草；高温、暖季降雨占比较高及干旱风险更高的地区则更有利于热带C₄禾草。

“3.4 Forage Nutritive Value”表明，热带草整体NDF高于温带草，反映其细胞壁成分较高、消化性偏低的典型特征。kikuyu和panic cv. Megamax 059在热带草中NDF较低。CP方面，热带豆科desmanthus高于多数热带禾草，而kikuyu在热带草中CP相对较高。ME方面，kikuyu在热带草中最高且季节间较稳定；多数热带草在冬季或生长减缓期ME下降。温带草种在特定季节可达到更高ME值，例如phalaris cv. Horizon冬季ME可达13.2 MJ/kg DM，显著高于热带草平均水平。总体说明，热带草可提供可接受的暖季能量供应，但在凉季及成熟阶段营养品质下降更明显。

“3.5 Forage Mineral Concentration”显示，大多数供试饲草Ca、Mg、P、Cl浓度均足以满足高需求羊只类别的营养要求，S通常也充足，digit grass例外。Na是主要不足元素，尤其在bahiagrass、digit grass和kikuyu中明显偏低，部分温带材料和苜蓿品种也存在类似问题。尽管若干草种DCAD高于参考阈值，但草搐搦指数和K:(Na+Mg)比值均低于风险阈值，提示Mg吸收受抑制风险有限，Ca利用也不太可能因K过高而受严重影响。因此，从矿物营养角度看，热带草总体具备应用基础，但Na补充可能是管理上需要关注的问题。

讨论部分集中阐明了环境适应性、饲草品质与管理意义。研究人员指出，该研究较早期文献纳入了更广泛的现代热带草种质，并在多个非传统适生区开展同步比较，因而更能反映当前热带牧草在南部边缘环境中的真实潜力。综合各点表现，热带草在低降雨区显示出明确优势，这不仅意味着产量和持久性的提升，也意味着更稳定的地表覆盖及对土壤退化风险的缓解。在高降雨区，尽管部分热带草如paspalum、Makarikari grass和digit grass仍有一定表现，但总体仍不及phalaris、cocksfoot和tall fescue等温带草种。Rhodes grass双倍体材料Reclaimer和Katambora是低降雨区最值得关注的优良材料；kikuyu持久性良好，但建植和产量并不始终占优；desmanthus则显示出明显局限，可能与试验区酸性土壤、较冷环境及霜冻胁迫相关。

论文结论部分可译述为：该研究证明，热带禾草在高于其传统种植纬度的地区仍具有持久和高产能力，尤其是在Goolgowi和Yanco等低降雨地区，这些热带物种实际上是仅有的可行多年生牧草选择。在高降雨试验点，热带禾草品种同样具有一定生产力，但其表现仍低于tall fescue和phalaris。在当前气候条件下，这些地区的热带禾草可能仅适合作为现有温带草地系统中的补充性成分；然而，随着未来温度和降雨变异性增加，热带物种的应用潜力可能进一步提升。研究同时强调，热带豆科desmanthus在全部试验点表现不佳。尽管热带禾草在建植、饲草能量含量偏低以及某些情况下的矿质缺乏方面存在挑战，但这些问题可通过管理措施调整加以缓解，从而使热带禾草成为生产者应对气候变异、优化饲草基础并提升管理景观可持续性的重要工具。