油菜━冬小麥輪作系統(tǒng)中冬小麥的糧飼兼用性能

劉淵博，田莉華，張清平，沈禹穎

（蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730020）

黃土高原地區(qū)冬春季節(jié)優(yōu)質(zhì)飼草存在極大的缺口，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)夭菔承竽翗I(yè)的發(fā)展。冬小麥（Triticumaestivum）是該區(qū)主要的糧食作物，種植面積占當(dāng)?shù)丶Z食播種面積的60%～70%。作為被普遍應(yīng)用于糧飼兼用的籽粒作物，冬小麥刈割提供青飼草能在一定程度上彌補(bǔ)飼草季節(jié)缺口，同時(shí)籽粒生產(chǎn)與家畜生產(chǎn)的雙贏可提高整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出［1-3］，因此，冬小麥糧飼兼用在黃土高原地區(qū)有巨大的應(yīng)用和推廣潛力，深入開(kāi)展冬小麥糧飼兼用研究以探究其應(yīng)用規(guī)律及內(nèi)在機(jī)制對(duì)挖掘其利用潛力、充分發(fā)揮其生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)意義重大。然而，該地區(qū)年降水量的60%以上集中在冬小麥?zhǔn)斋@后至下季冬小麥播種前的7-9月［4］，常規(guī)土地休閑弱化了小麥糧飼兼用的效益，且大量降水未得到高效利用，并易引起水土流失，從而造成經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重?fù)p失。飼用型油菜生長(zhǎng)快速，可充分利用休閑期間的降水資源生產(chǎn)大量?jī)?yōu)質(zhì)飼草，是小麥休閑期可種植作物的最佳選擇之一。

然而，油菜（Brassicacampestris）前茬對(duì)后茬冬小麥的生長(zhǎng)和利用有明顯影響。研究表明，與休閑地后茬冬小麥相比，油菜后茬冬小麥平均減產(chǎn)29%；與休閑后冬小麥刈割處理相比，油菜后茬冬小麥刈割處理后冬小麥平均減產(chǎn)20%［5］，這可能與油菜利用土壤水分過(guò)多、對(duì)后茬冬小麥的生長(zhǎng)和糧飼兼用有負(fù)面影響有關(guān)。也有研究表明，種植油菜能減小后茬冬小麥發(fā)生以禾本科為主要寄主的土壤病原菌的發(fā)生率［6］，增加冬小麥對(duì)深層水分的吸收利用［7］，提高籽粒產(chǎn)量［6，8-10］。此外，油菜殘留物能刺激冬小麥幼苗的生長(zhǎng)，促進(jìn)其前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)［9-10］，進(jìn)而增加冬小麥前期的地上生物產(chǎn)量。但是，油菜種植對(duì)后茬冬小麥糧飼兼用的影響還不明確。本研究在田間條件下，對(duì)油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中冬小麥糧飼兼用性能展開(kāi)了研究，測(cè)定了冬小麥不同刈割時(shí)間所得飼草產(chǎn)量和品質(zhì)，分析了刈割后冬小麥?zhǔn)斋@期籽粒產(chǎn)量的變化及其構(gòu)成因素，明確油菜前茬對(duì)冬小麥糧飼兼用的影響，以期為“飼油1號(hào)”飼用油菜引入隴東黃土高原輪作系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)，也為拓寬黃土高原農(nóng)區(qū)優(yōu)質(zhì)飼草料資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究地點(diǎn)位于蘭州大學(xué)黃土高原試驗(yàn)站（35°40′N，107°51′E，海拔1 298m），屬雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。多年平均年降水量561mm，70%的降水出現(xiàn)在7-9月，年平均溫度8～10℃，生長(zhǎng)季255d。

前茬冬小麥?zhǔn)斋@后，設(shè)置兩種后續(xù)耕作處理：飼用油菜-冬小麥（BW）輪作；休閑-冬小麥（FW）。每處理各一個(gè)樣地，樣地面積1 334m2。2011年7月22日，在其中一個(gè)樣地撒播飼用油菜“飼油1號(hào)”，播量15kg·hm-2，播種深度2cm。播種時(shí)施尿素37.5kg·hm-2。2011年9月24日，齊地面刈割飼用油菜，飼草移出試驗(yàn)田。另一個(gè)樣地在前茬冬小麥?zhǔn)斋@后休閑。2011年9月25日，在兩個(gè)小區(qū)同時(shí)機(jī)械條播冬小麥“隴育216”，播量225 kg·hm-2，行距15cm。播種時(shí)施有機(jī)肥600 kg·hm-2。

分別對(duì)BW和FW下冬小麥進(jìn)行冬季刈割（2011年11月29日，Cut1）、春季刈割（2012年4月16日，Cut2）和不刈割（Uncut）處理。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)刈割處理4個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為3m×3m。

1.2 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

1.2.1 氣象數(shù)據(jù)采集 使用氣象自動(dòng)記錄系統(tǒng)記錄試驗(yàn)地逐日降水量，計(jì)算冬小麥全生育期（2011年9月-2012年6月）的月降水量，并與多年平均月降水量對(duì)比。

1.2.2 土壤貯水量 土壤貯水量［11］采用v＝ρ×h×w×10計(jì)算。式中，v為不同深度的土壤貯水量（mm），ρ為土壤平均容重（g·cm-3），h為土層深度（cm），w為土壤相對(duì)含水量（占干土質(zhì)量的比例），土壤含水量用烘干法（在105℃下烘48h至質(zhì)量恒定不變）測(cè)定，土壤容重用環(huán)刀法測(cè)定。

1.2.3 冬小麥飼草產(chǎn)量及品質(zhì)測(cè)定 刈割處理（Cut1和Cut2）時(shí)，齊地面刈割6行1m的樣段，取樣面積為1m×0.15m×6m。鮮植物樣在65℃下烘干48h，測(cè)定飼草產(chǎn)量。干樣品粉碎后，測(cè)定粗蛋白（GB／T5511-2008／ISO20483：2006）、中性洗滌纖維（NDF，GB／20806-2006）及酸性洗滌纖維（ADF，NY／T1459-2007），植物樣品用濃 H2SO4-HClO4消化，使用原子吸收法［12］測(cè)定微量元素Fe、Mn、Zn和Cu含量，利用 Horrocks和 Vallentine［13］的方法計(jì)算可消化干物質(zhì)（DDM）、干物質(zhì)采食量（DMI）和相對(duì)飼喂價(jià)值（RFV）：

1.2.4 籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 冬小麥再生籽粒成熟后，齊地面刈割處理小區(qū)中心6行1m的樣段（1m×0.15m×6＝6.9m2），記錄穗數(shù)后于65℃烘干48h后測(cè)定籽粒和秸稈產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Genstat 2.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最小顯著差異檢驗(yàn)法（LSD）比較輪作、刈割處理下各生長(zhǎng)指標(biāo)均值的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥全生育期降水量

2011年12月至次年3月的降水量與同期多年平均降水量（1961-2002年）接近，其他月份的降水量與同期多年平均降水量差異較大（圖1）。2011年9月份的月降水量顯著減少90mm，10月份和11月份的月降水量則分別顯著高于同期的多年平均降水量18和61mm。2012年小麥返青后的4、5月份降水量?jī)H為28和26mm，較同期多年平均降水量分別減少26%和50%；6月份小麥灌漿期的降水量較同期多年平均降水量減少97%；全生育期總降水量（2011年9月-2012年6月）僅為233mm，較同期多年平均降水量減少31%。由此可見(jiàn)，該生長(zhǎng)季小麥在早期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的降水條件較好，盡管后期的籽粒灌漿階段降水較少，但前期充足的水分積累可緩解后期降水較少而造成的水分虧缺。

圖1 2011年9月－2012年6月冬小麥生長(zhǎng)季各月降水量及其多年平均值Fig.1 Monthly precipitation and long-term average during winter wheat growth from September 2011to June 2012

2.2 不同處理下播種期與收獲期土壤水分

在冬小麥播種期與收獲期，油菜-冬小麥輪作中冬小麥0-60和60-120cm土壤貯水量與休閑后冬小麥間無(wú)顯著差異（P＞0.05），但冬小麥?zhǔn)斋@期120-200cm土壤貯水量顯著降低（P＜0.05）（表1）。油菜-冬小麥輪作下冬小麥播種期深層120-200cm土壤貯水量較休閑地-冬小麥低1.5 mm，收獲期不刈割、冬季刈割和春季刈割分別較前茬休閑的冬小麥低8.4、9.5和14.6mm，油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中收獲期土壤春季刈割較冬季刈割低4.1mm，貯水量最少。以上結(jié)果表明，油菜種植后，能夠有效利用該區(qū)季節(jié)性降水，生產(chǎn)大量飼草，對(duì)后茬冬小麥播種期土壤水分無(wú)明顯影響，且油菜的種植刺激了冬小麥對(duì)深層土壤水分的利用。

2.3 不同處理下冬小麥糧飼兼用的飼草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

不同輪作處理下冬小麥刈割所得飼草的中性洗滌纖維含量差異顯著（P＜0.05），飼草產(chǎn)量、粗蛋白含量、酸性洗滌纖維含量和相對(duì)飼喂價(jià)值差異不顯著（P＞0.05），刈割處理下飼草各指標(biāo)含量均表現(xiàn)出極顯著差異（P＜0.01），輪作×刈割互作下，飼草粗蛋白有顯著差異，其余各指標(biāo)均無(wú)顯著性差異（表2）。油菜-冬小麥輪作下冬小麥刈割所得飼草產(chǎn)量冬季刈割、春季刈割分別較休閑地-冬小麥輪作下高21.8%和6.4%，蛋白質(zhì)含量冬季刈割較休閑-冬小麥輪作下高12.7%，春季刈割低5.0%，冬季刈割酸性洗滌纖維含量和中性洗滌纖維含量分別較休閑-冬小麥輪作下低4.7%和6.9%，相對(duì)飼喂價(jià)值高7.4%和8.4%，春季刈割酸性洗滌纖維含量和中性洗滌纖維含量分別較休閑-冬小麥輪作下低9.9%和9.0%，相對(duì)飼喂價(jià)值高8.4%，均未表現(xiàn)出顯著差異（P＞0.05）。油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中春季刈割飼草產(chǎn)量為冬季刈割的4倍多，中性洗滌纖維較冬季刈割增加6 4.8%，酸性洗滌纖維增加63.7%，相對(duì)飼喂價(jià)值減少40%，均表現(xiàn)出極顯著差異（P＜0.01），但油菜后茬冬小麥春季刈割所得飼草相對(duì)飼喂價(jià)值遠(yuǎn)大于151%，仍舊保持極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。以上結(jié)果表明，油菜-冬小麥輪作下前茬油菜的種植促進(jìn)了后茬冬小麥的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，能夠生產(chǎn)更多的飼草，冬小麥最佳刈割時(shí)間為春季。輪作處理對(duì)冬小麥飼草的Fe、Mn、Zn和Cu含量均無(wú)顯著影響（P＞0.05），刈割處理效應(yīng)則明顯大于輪作效應(yīng)，刈割效應(yīng)對(duì)飼草的Fe含量無(wú)明顯差異，但Mn含量存在顯著差異（P＜0.05），Zn和Cu含量均存在極顯著差異（P＜0.01），輪作×刈割互作對(duì)Fe、Mn、Zn和Cu含量均無(wú)顯著影響（表3）。在油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中，春季刈割中Mn含量較冬季刈割高13.1%，Cu含量較冬季刈割高7.2%，均未表現(xiàn)出顯著差異；Fe含量較冬季刈割低29.4%，表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），春季刈割中Zn含量較冬季刈割高75%，表現(xiàn)出極顯著差異（P＜0.01），冬小麥刈割所得飼草中Mn、Zn和Cu含量均低于動(dòng)物日糧微量元素最低要求。因此，油菜-冬小麥輪作下，冬小麥刈割所得飼草微量元素含量無(wú)法滿足動(dòng)物的生產(chǎn)需求，用于飼喂時(shí)，需要結(jié)合動(dòng)物種類與生長(zhǎng)階段，適當(dāng)添加微量元素。

表1 輪作和刈割處理下冬小麥播種期與收獲期土壤貯水量Table 1 Soil water content of 0－200cm soil depth under different treatments

表2 輪作和刈割處理下的飼草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值Table 2 Forage yield and nutritive value under different treatments

表3 輪作和刈割處理下的飼草微量元素含量Table 3 Microelement content in the forage under different treatments mg·kg-1

2.4 不同輪作處理下冬小麥糧飼兼用的籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

輪作處理對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和千粒重的影響顯著（P＜0.05），對(duì)秸稈產(chǎn)量、收獲指數(shù)、單位面積穗數(shù)及穗粒數(shù)均無(wú)顯著影響（P＞0.05），刈割處理除對(duì)籽粒產(chǎn)量和千粒重有顯著影響外，對(duì)收獲指數(shù)亦有顯著影響，而刈割-輪作互作主要表現(xiàn)在籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量和單位面積穗數(shù)上（表4）。其中，油菜-冬小麥輪作下，不刈割籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量分別較休閑-冬小麥輪作下高4.1%和15.3%，但差異均不顯著。冬小麥刈割后籽粒和秸稈產(chǎn)量均低于休閑-冬小麥輪作下，冬季刈割籽粒及秸稈產(chǎn)量分別減產(chǎn)7.8%和5.0%，但未達(dá)到顯著水平；春季刈割籽粒及秸稈產(chǎn)量分別減產(chǎn)20.9%和22.9%，均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。油菜后茬冬小麥春季刈割單位面積穗數(shù)比對(duì)照顯著減少24.6%，冬季刈割穗粒數(shù)較對(duì)照減少23.2%，但未達(dá)到顯著性水平。油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中，與不刈割相比，冬小麥糧飼兼用后籽粒和秸稈產(chǎn)量均有所降低，冬季刈割籽粒產(chǎn)量及秸稈產(chǎn)量分別降低21%和16.3%；春季刈割籽粒及秸稈產(chǎn)量分別降低6.6%和22%，均未達(dá)到顯著水平。結(jié)果表明，與不刈割相比，冬季刈割、春季刈割的籽粒和秸稈產(chǎn)量均有降低，冬季刈割的籽粒減產(chǎn)主要?dú)w因于單位面積穗數(shù)的降低，春季刈割則主要?dú)w因于穗粒數(shù)的下降，說(shuō)明油菜-冬小麥輪作對(duì)冬小麥糧飼兼用有負(fù)面影響，油菜前茬降低了冬小麥糧飼兼用的潛力。在油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中，冬小麥糧飼兩用后籽粒減產(chǎn)并不顯著，春季刈割減產(chǎn)幅度相對(duì)冬季刈割較小，說(shuō)明油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中，春季刈割處理能夠在收獲飼草的同時(shí)，確保更高的籽粒產(chǎn)量，為最佳利用方式。

3 討論

黃土高原農(nóng)業(yè)以旱作農(nóng)業(yè)為主，傳統(tǒng)的草田輪作也主要以生產(chǎn)糧食為目的，之前多以水分為主要促因研究不同耕作方式對(duì)糧食產(chǎn)量的影響［14-15］，本研究針對(duì)該區(qū)飼草產(chǎn)量較低、難以滿足當(dāng)前草食畜牧業(yè)發(fā)展需要的問(wèn)題，以水分為主要研究因素，旨在不影響糧食產(chǎn)量的前提下增加系統(tǒng)的飼草生產(chǎn)，提高系統(tǒng)的產(chǎn)出。

表4 輪作和刈割處理下的籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成要素Table 4 Grain yield and its components under different treatments

研究表明，油菜-冬小麥輪作下冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)前期地上生物量高于休閑-冬小麥輪作下，這與前人研究得到的油菜前茬能促進(jìn)小麥前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)［6，9-10］的結(jié)果相一致，可能是油菜種植改善了土壤結(jié)構(gòu)，降低了后茬谷類作物病蟲(chóng)草害的發(fā)生率［6，16-17］。油菜-冬小麥輪作下冬小麥刈割所得飼草粗蛋白含量同休閑-冬小麥輪作下無(wú)顯著差異，可能是油菜-冬小麥輪作在一定程度上降低了冬小麥播種時(shí)土壤的儲(chǔ)水量，后茬冬小麥前期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)又加劇了對(duì)水分的消耗［7］，一定程度的干旱脅迫降低了飼草的酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量［16］，故而酸性、中性洗滌纖維含量均低于休閑-冬小麥輪作下。油菜前茬對(duì)飼草的微量元素含量影響較小，慶陽(yáng)黃土土壤質(zhì)地較粗，粘粒少，微量元素缺乏，同時(shí)土壤富含鈣和碳酸根等離子，因而對(duì)植物的微量元素的供給有一定限制［18-19］，所以冬小麥刈割所得飼草微量元素較低。油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中冬小麥春季刈割所得飼草產(chǎn)量極顯著高于冬季刈割，刈割所得飼草均具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

油菜作為小麥前茬作物具有一系列優(yōu)點(diǎn)。大量研究表明油菜后茬種植小麥其產(chǎn)量較小麥連作下有所增產(chǎn)［17，20-21］，但是油菜的高耗水特點(diǎn)使得在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū)降水的波動(dòng)性成為影響冬小麥產(chǎn)量和糧飼兼用性能的重要因素［5］。本研究表明，油菜-冬小麥輪作下冬小麥單一籽粒生產(chǎn)收獲期籽粒產(chǎn)量高于休閑-冬小麥輪作下，但是小麥灌漿期水分缺乏，前期的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)受灌漿期水分狀況影響，未能明顯轉(zhuǎn)化為后期的籽粒產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)［9］，增產(chǎn)效果并不顯著。油菜-冬小麥輪作下，冬小麥糧飼兼用后的籽粒產(chǎn)量均低于休閑-冬小麥輪作下，冬季刈割下表現(xiàn)為穗粒數(shù)的降低，春季刈割下表現(xiàn)為穗數(shù)的減少，可能是由于冬小麥生長(zhǎng)前期降水量較大，冬季刈割后冬小麥能夠快速進(jìn)行次生分蘗，因而刈割處理對(duì)穗數(shù)的影響較不刈割不顯著，但刈割后再生對(duì)水分的消耗以及花期后較低的降水量，最終影響到籽粒的灌漿，造成穗粒數(shù)減少，產(chǎn)量降低；同時(shí)，由于春季刈割后4-6月降水量均低于多年平均降水量，冬小麥的再生分蘗受到抑制，最終造成收獲期單位面積穗數(shù)減少，籽粒產(chǎn)量顯著降低。油菜后茬冬小麥各處理對(duì)深層土壤的水分利用增加這也從反面印證了水分可能是該輪作下冬小麥糧飼兼用的瓶頸。油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中冬小麥冬季刈割和春季刈割處理收獲期籽粒產(chǎn)量均低于不刈割，且春季刈割減產(chǎn)程度小于冬季刈割處理，但與不刈割處理間差異不顯著。

4 結(jié)論

油菜-冬小麥輪作對(duì)于冬小麥前期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)具有一定的促進(jìn)作用，表現(xiàn)為油菜后茬冬小麥兩次刈割所得飼草產(chǎn)量均高于休閑-冬小麥處理；油菜-冬小麥輪作系統(tǒng)中，春季刈割所得青飼草產(chǎn)量極顯著地高于冬季刈割，兩次刈割所得飼草均具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。油菜-冬小麥輪作降低了冬小麥糧飼兼用的潛力，但油菜的高產(chǎn)足以彌補(bǔ)這部分損失，系統(tǒng)中油菜后茬冬小麥糧飼兼用對(duì)收獲期籽粒減產(chǎn)影響不顯著，春季刈割減產(chǎn)程度小于冬季刈割。綜上所述，油菜-冬小麥輪作下冬小麥進(jìn)行糧飼兼用能夠帶來(lái)更多的收益，用于飼用的最佳方式為春季刈割。

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