華北平原糧飼復(fù)合種植模式

石鵬飛，楊東玉，鄭媛媛，梁鳴媛，黨 靜，王貴彥

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北 保定071001)

近年來華北平原農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展迅速，2013 年該區(qū)畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的32．78%［1］，由此可見，該區(qū)畜牧業(yè)在全國畜牧業(yè)的地位重要。隨著種植和養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，種養(yǎng)一體規(guī)?；?、集約化將成為發(fā)展趨勢，而作物種植模式單一、優(yōu)質(zhì)粗飼料不足等問題日趨明顯，這已成為農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展的主要制約因素［2-3］。目前，華北平原主要種植制度為小麥(Triticum aestivum)－玉米(Zea mays)一年兩熟，雖然可以為牛、羊等以粗飼料為主的反芻動物提供充足的玉米秸稈資源，但由于玉米秸稈適口性較差，粗蛋白含量低，可消化性差［4-5］，與養(yǎng)殖對粗飼料營養(yǎng)需求不匹配［6］，從而導(dǎo)致種植和養(yǎng)殖相互脫節(jié)，未形成良性的耦合態(tài)勢。因此，調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，將飼料作物納入種植制度中［7］，大力發(fā)展?fàn)I養(yǎng)體產(chǎn)業(yè)［8］，對解決農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)粗飼料來源十分必要。尤其是針對種養(yǎng)一體規(guī)?；?、集約化農(nóng)業(yè)園區(qū)發(fā)展趨勢，構(gòu)建糧飼復(fù)合種植模式，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料作物，促進(jìn)種植和養(yǎng)殖系統(tǒng)之間物質(zhì)和能量利用高效、合理［9］，對華北平原農(nóng)牧結(jié)合可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來，大量研究表明，苜蓿(Medicago sativa)、飼用玉米和黑麥草(Lolium multiflorum)具有較高的飼料營養(yǎng)價值，是反芻動物理想的粗飼料［10-16］。除此之外，在受熱量限制的兩熟地區(qū)，雙季青貯玉米模式、冬牧70 黑麥(Secale cereale)－青飼玉米－青飼玉米模式、冬牧70 黑麥－高丹草(Sorghum vulgare×S． sudanense)模式與傳統(tǒng)冬小麥－夏玉米相比，全年干物質(zhì)生產(chǎn)量、光能利用率、營養(yǎng)與能量產(chǎn)量和飼料價值具有明顯的提高［17-18］。本研究針對華北平原種養(yǎng)一體規(guī)模化農(nóng)業(yè)園區(qū)中農(nóng)田種植模式單一，且主要以玉米秸稈作為粗飼料來源和缺乏高蛋白飼料作物的關(guān)鍵性問題，構(gòu)建糧飼復(fù)合種植模式，生產(chǎn)高產(chǎn)和高營養(yǎng)價值的飼料作物，以期為養(yǎng)殖發(fā)展提供充足和高質(zhì)量飼料，促進(jìn)農(nóng)牧系統(tǒng)耦合，為華北平原農(nóng)牧結(jié)合中種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，從而為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)整體發(fā)展提供動力基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2013 年在河北津龍公司循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)進(jìn)行。河北津龍公司是集種植、養(yǎng)殖、沼氣發(fā)電、飼料加工等多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)于一體的國家級農(nóng)業(yè)園區(qū)，是華北平原典型的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式。目前園區(qū)可利用耕地面積1 000 hm2，主要種植小麥－玉米兩熟和高丹草、苜蓿等牧草，牧草種植面積較少，為30 hm2;養(yǎng)殖主要為奶牛、肉牛和生豬飼養(yǎng)，其中奶牛存欄1 300 頭，肉牛3 000 頭，年出欄生豬6 萬頭。該公司地處河北省景縣，屬華北平原黑龍港中部，海河低平原區(qū)。該地區(qū)年均降水量544 mm，年平均氣溫13．1 ℃，無霜期191 d。試驗(yàn)地土壤為潮褐土，土壤養(yǎng)分狀況(0－20 cm):pH 值7．8，有機(jī)質(zhì)10．25 g·kg－1，全氮0．72 g·kg－1，堿解氮64．56 mg·kg－1，速效磷14．52 mg·kg－1，速效鉀123．85 mg·kg－1。

1．2 試驗(yàn)材料與方法

根據(jù)園區(qū)養(yǎng)殖需求，選擇生產(chǎn)效果較好的糧食作物、牧草種類和品種構(gòu)建了7 個復(fù)合種植模式。模式1 為冬小麥－夏玉米(CK):冬小麥10 月6 日播種，6月15 日收獲，品種為石新828;夏玉米于6 月16 日播種，10 月5 日收獲，品種為先玉335。

模式2 為春玉米－夏玉米:春玉米于3 月20 日覆膜播種，播種方式為寬窄行，7 月15 日收獲;夏玉米于7 月16 日播種，10 月20 日收獲，品種都是先玉335。

模式3 為春玉米‖苜蓿:春玉米和苜蓿均于5 月10 日播種，株行距配置為兩行玉米、5 行苜蓿，玉米行距60 cm，株距20 cm，苜蓿行距20 cm，株距15 cm。春玉米品種為飼用玉米BMS002，苜蓿品種為中苜1 號。

模式4 為春玉米‖大豆:春玉米和大豆均于5 月10 日播種，株行距配置為兩行玉米、4 行大豆，玉米行距60 cm，株距20 cm，大豆行距40 cm，株距15 cm。春玉米品種為飼用玉米BMS002，大豆品種為冀花4 號。

模式5 為春玉米‖花生:春玉米和花生均于5 月10 日播種，株行距配置為兩行玉米、4 行花生，玉米行距60 cm，株距20 cm，花生行距30 cm，株距15 cm。春玉米品種為飼用玉米BMS002，花生品種為中黃13。

模式6 為春玉米－黑麥草:春玉米于5 月10 日播種，9 月20 日收獲，品種為飼用玉米BMS002;黑麥草于9 月25 日播種，5 月5 日收獲，品種為邦德。

模式7 為高丹草－黑麥草:高丹草于5 月10 日播種，9 月20 日收獲，品種為冀花2 號;黑麥草于9 月25日播種，5 月5 日收獲，品種為邦德。

各處理隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，小區(qū)面積200 m2。田間管理同常規(guī)高產(chǎn)田。

1．3 田間取樣和分析方法

玉米、小麥、飼用玉米、花生和大豆在成熟期收獲并測產(chǎn)，測產(chǎn)方法同常規(guī)大田。苜蓿在開花期測定鮮重并收獲，高丹草在抽穗初期刈割，刈割兩次。黑麥草在開花期收獲。刈割時選取1 m2齊地面刈割，取樣時避免邊行，取樣后立即稱取總鮮重，然后從中取出部分稱其鮮重，放入烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后80 ℃烘干至恒重，稱重后粉碎，過0．425 mm 篩以備分析。

采用楊勝［19］的分析方法，測定各作物的干物質(zhì)(DM)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(ASH)、粗纖維(CF)。酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)采用范氏(Van Soest)［20］洗滌法進(jìn)行測定，并按照標(biāo)準(zhǔn)方法計算各作物的無氮浸出物(NFE)［21］。

1．4 計算方法

1．4．1 物質(zhì)、能量生產(chǎn)與生態(tài)因素資源效率的計算

干物質(zhì)生產(chǎn)能量［22］=干物質(zhì)產(chǎn)量/單位面積×干重?zé)嶂担燮渲?，干重?zé)嶂?GCV)是指每千克干物質(zhì)完全燃燒所釋放的能量(J·g－1)］;

光能生產(chǎn)效率=干物質(zhì)產(chǎn)量/單位面積的太陽輻射×100%;

年總輻射效率［23］=干物質(zhì)產(chǎn)能/單位面積的太陽輻射×100%;

溫度生產(chǎn)效率［24］=單位面積干物質(zhì)生產(chǎn)量/生育期間有效積溫×100%．

1．4．2 粗飼料能量計算

總能量GE(MJ·kg－1)［17］=(CP×5．7 +EE×9．4 +ADF×4．2 +NFE×4．2)/100 ×4．184;

凈能NEL(MJ·kg－1)［25］=［1．044 －0．011 9 ×ADF(%DM)］/0．45 ×4．184。

1．5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003 進(jìn)行整理，采用SPSS 21．0 的單因素方差分析(Duncan’s 法多重比較)對不同糧飼復(fù)合種植模式的全株干物質(zhì)產(chǎn)量、干物質(zhì)生產(chǎn)能量及不同作物秸稈的常規(guī)營養(yǎng)成分進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 不同糧飼復(fù)合種植模式的生產(chǎn)效果

2．1．1 干物質(zhì)產(chǎn)量和生產(chǎn)能量分析 模式2 籽粒干物質(zhì)產(chǎn)量最高，比CK 高3．29%。而秸稈產(chǎn)量以模式7 最高，比CK 增產(chǎn)33．05%，比模式2、6 和3 分別高23．30%、35．87%和61．64%(表1)。從全株干物質(zhì)產(chǎn)量看，模式2 最高，比CK 增產(chǎn)5．95%，顯著高于其他模式(P ＜0．05)。3 種間作模式中，模式3 具有較高的秸稈干物質(zhì)產(chǎn)量和全株干物質(zhì)產(chǎn)量，其全株干物質(zhì)產(chǎn)量與模式4 差異顯著(P ＜0．05)，與模式5 差異不顯著(P ＞0．05)。熱值是評價植物太陽能累積和化學(xué)能轉(zhuǎn)化效率高低的重要指標(biāo)［23］。從周年物質(zhì)生產(chǎn)能量看，能量生產(chǎn)和干物質(zhì)生產(chǎn)趨勢一致。模式2 能量生產(chǎn)具有明顯優(yōu)勢，與其他6 種模式差異均顯著(P ＜0．05)，比傳統(tǒng)小麥－玉米高8．13%，比模式7、6、3 分別高25．69%、38．06%和68．58%，說明雙季玉米模式提高了對光能的轉(zhuǎn)化和利用。

表1 不同糧飼復(fù)合種植模式周年干物質(zhì)產(chǎn)量和生產(chǎn)能量Table 1 The dry matter production and the energy of dry matter production of different compound cropping systems of food and forage

2．1．2 不同作物秸稈常規(guī)營養(yǎng)成分分析 小麥和玉米的NDF 含量顯著高于除高丹草外的其他作物(P ＜0．05)，高丹草、黑麥草的NDF 含量顯著高于飼用玉米和花生，苜蓿與黑麥草、飼用玉米差異不顯著(P ＞0．05)，而顯著低于高丹草(P ＜0．05);大豆的ADF 含量最高，顯著高于苜蓿、高丹草、黑麥草、飼用玉米、花生和小麥，苜蓿顯著高于黑麥草、高丹草、飼用玉米花生和小麥，而高丹草與黑麥草之間差異不顯著，花生和小麥差異之間不顯著;苜蓿、高丹草的CP 含量顯著高于其他作物，苜蓿的CP 含量與高丹草差異不顯著;大豆和苜蓿的CF 含量顯著高于其他作物，而高丹草、黑麥草和小麥之間差異不顯著(表2)。

2．1．3 不同糧飼復(fù)合種植模式的營養(yǎng)產(chǎn)量和能量產(chǎn)量比較 7 種不同種植模式的營養(yǎng)產(chǎn)量和能量產(chǎn)量差異較大(表3)。模式7 的NDF、ADF、CF 營養(yǎng)產(chǎn)量均最高，其次是模式2、模式1、模式6 和模式3，模式7 的CP產(chǎn)量也最高，為3 196．95 kg·hm－2，分別是模式1(CK)和模式2 的3．17 倍和2．32倍，比模式6 和3 分別高65．92%和80．65%;3 種間作模式中，模式3 的NDF、ADF、CP、CF 營養(yǎng)產(chǎn)量最高。

模式7 的總能量(GE)和凈能(NE)產(chǎn)量也最高，其中GE 產(chǎn)量比CK 高33．56%，比模式2、6、3 分別高16．06%、34． 98% 和64． 37%;NE 產(chǎn)量為157 216．63 MJ·hm－2，比CK 高21．63%，比模式2、6、3 分別高21．50%、24．08%和58．41%。3 種間作模式中，模式3 的GE 和NE 產(chǎn)量均高于其他兩種模式。

2．2 不同糧飼復(fù)合種植模式光能利用效率分析

模式2的周年光能生產(chǎn)效率、周年溫度生產(chǎn)效率和年總輻射利用率都最高，其中周年光能生產(chǎn)效率比CK 高52．00%，比模式3、6 和7 分別高32．55%、54．05%和56． 16%;周年溫度生產(chǎn)效率比CK 高49．55%，比模式6、7 和3 分別高58．23%、60．77%和

91．32%;年總輻射利用率比CK 高56．25%，比模式3、7 和6 分別高28．68%、42．28%和56．25%(表4)。3種間作模式中模式5 的光能、溫度生產(chǎn)效率和總輻射利用效率均高于模式6 和7，而模式6 和7 的光能生產(chǎn)效率和溫度生產(chǎn)效率差別不大。

表2 不同作物秸稈常規(guī)營養(yǎng)成分含量Table 2 The conventional nutrient content of different crop straws %DM

表3 不同糧飼復(fù)合種植模式的營養(yǎng)和能量產(chǎn)量Table 3 The nutrient and energy yield of different compound cropping systems of food and forage

表4 不同糧飼復(fù)合種植模式光能生產(chǎn)效率、溫度生產(chǎn)效率和總輻射利用率Table 4 The light energy production efficiency，temperature production efficiency and light energy efficiency of whole year of different compound cropping systems of food and forage

3 討論

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行中，養(yǎng)殖業(yè)能夠加速能流傳遞、物流周轉(zhuǎn)并提高資金流的量級和周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用［26］。發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)表明，畜牧業(yè)的迅速發(fā)展是以挖掘優(yōu)質(zhì)牧草和其他青綠飼料潛力來突出發(fā)展草食家畜生產(chǎn)為前提的，歐美發(fā)達(dá)國家畜產(chǎn)品的60%以上是由優(yōu)質(zhì)飼草轉(zhuǎn)化而來的［27］。

春玉米－夏玉米種植模式與傳統(tǒng)的冬小麥－夏玉米模式相比，干物質(zhì)產(chǎn)量、總輻射利用效率、光能和溫度生產(chǎn)效率具有明顯優(yōu)勢，同時又能提供較高的營養(yǎng)產(chǎn)量和能量產(chǎn)量，可為養(yǎng)殖業(yè)提供更多精飼料和粗飼料，是適應(yīng)種養(yǎng)一體規(guī)?；r(nóng)業(yè)園區(qū)的種植模式。在生產(chǎn)中，還可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，選擇早春季或晚夏季作全株青貯飼料，青貯玉米收獲時莖葉保持青綠，纖維素和木質(zhì)素含量低，而且青貯發(fā)酵后，產(chǎn)生大量的芳香有機(jī)酸，使莖稈軟化，易于消化，適口性好［28］。選用全株青貯玉米飼喂奶牛，可節(jié)約精飼料成本30%，奶牛的產(chǎn)量增加25%，同時可有效地改善牛奶的品質(zhì)［29］。

糧飼間作模式不僅能夠充分利用光熱資源，而且還能為畜牧業(yè)提供更多優(yōu)質(zhì)粗飼料。苜?！衩组g作系統(tǒng)提高了單位面積營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量和營養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解率，具有比玉米或苜蓿單作系統(tǒng)更高的飼料生產(chǎn)潛力［12］。玉米秸稈是我國主要的秸稈資源，瘤胃微生物可以利用秸稈中一定量的中性洗滌纖維(NDF)經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，產(chǎn)生的VFA 是反芻動物主要的能量來源［30］，并且使用玉米秸稈飼喂肉牛，可以顯著降低牛肉當(dāng)中膽固醇含量［31］。春玉米和高丹草一熟收獲后會出現(xiàn)大量的冬閑田，而復(fù)種一年生黑麥草可充分利用冬閑期內(nèi)的光溫和土地資源，來年5月初開花期收獲，可以補(bǔ)充草食家畜早春青飼料供應(yīng)，在一定程度上緩解早春粗飼料不足的問題。利用冬閑田種植飼料作物，發(fā)展?fàn)I養(yǎng)體產(chǎn)業(yè)，實(shí)行糧草輪作既充分利用冬季光熱資源，又解決了冬季青飼料不足，從而促進(jìn)了農(nóng)牧業(yè)的高效耦合［8］。此外，種植黑麥草還可以起到增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤肥力的作用［32］。

“家庭農(nóng)場”作為引領(lǐng)適度規(guī)模經(jīng)營、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，種養(yǎng)結(jié)合家庭農(nóng)場在增收、增效、減氮(化肥氮)等方面效果明顯［33］。種養(yǎng)一體規(guī)模化、集約化是今后我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。種植和養(yǎng)殖的“系統(tǒng)耦合”，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流的多樣化和良性循環(huán)［34］，環(huán)境負(fù)荷小，資源利用效率高，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿μ岣?，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益突出［35］。另外，隨著農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展，“草地農(nóng)業(yè)”應(yīng)逐步納入以收獲籽實(shí)為主的傳統(tǒng)種植模式中，增加農(nóng)牧產(chǎn)品的多重效率，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［36］。因此，種養(yǎng)一體規(guī)模化循環(huán)農(nóng)業(yè)園區(qū)作為華北平原典型的農(nóng)牧結(jié)合模式，構(gòu)建合理的、滿足豬牛等養(yǎng)殖需求的糧飼復(fù)合種植模式可為種養(yǎng)結(jié)合家庭農(nóng)場種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

在7 種糧飼復(fù)合種植模式中，春玉米－夏玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量和光能利用效率最高，與傳統(tǒng)冬小麥－夏玉米(CK)相比，全年干物質(zhì)產(chǎn)量增加了5．95%，光能生產(chǎn)效率、溫度生產(chǎn)效率和年總輻射利用率分別提高52．00%、49．55%和56．25%。高丹草－黑麥草、春玉米－黑麥草和春玉米‖苜蓿模式具有較高的干物質(zhì)產(chǎn)量、營養(yǎng)產(chǎn)量及能量產(chǎn)量，而且光能利用效率也較高。綜合分析得出，春玉米－夏玉米、高丹草－黑麥草、春玉米－黑麥草和春玉米‖苜蓿模式可作為傳統(tǒng)冬小麥－夏玉米種植制度的重要補(bǔ)充，是適應(yīng)華北平原種養(yǎng)一體規(guī)模化農(nóng)業(yè)發(fā)展的高效種植制度。

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