一年生禾豆混播人工草地產(chǎn)量及品質(zhì)影響因素的研究進(jìn)展

馮廷旭 ，德科加，向雪梅，魏希杰

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西寧810013；2.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，西寧810016)

天然草地在調(diào)節(jié)氣候、維持生態(tài)穩(wěn)定、發(fā)展草地畜牧業(yè)方面起著重要作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)全球天然草地面積為3.5×109hm2,覆蓋約26%的陸地面積，我國天然草地的面積約在3.37×106hm2，居于世界第二[1]。但是，由于過度放牧、管理粗放，加之干旱等自然因素的影響，90%的天然草地發(fā)生了不同程度的退化，其生態(tài)和生產(chǎn)功能均十分低下,未能得到有效發(fā)揮[2]。實(shí)踐表明，我國草原牧區(qū)主要以天然草地為飼草來源的傳統(tǒng)的粗放型畜牧業(yè)模式已經(jīng)難以為繼，到了必須變革的重要關(guān)口[3],綜合國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的人工草地對于我國草原牧區(qū)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[4]。人工草地種植規(guī)模和生產(chǎn)水平是衡量一個(gè)國家或地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志[5]，草地畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家，其人工種植草地占該國家總草地面積的比重較大。因此，建立高產(chǎn)高效人工草地，提供發(fā)展畜牧業(yè)所需要的優(yōu)質(zhì)牧草，從根本上解決草畜矛盾，有效緩解天然草場放牧壓力，實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)與生態(tài)功能的雙提升[6]。

人工草地按牧草組合劃分分為單播人工草地和混播人工草地[7]?；觳ブ饕院潭够觳橹?，混播草地不僅能夠提高飼草的產(chǎn)量、改良土壤、降低植物間資源的競爭，而且對改善種間關(guān)系，提高飼草的營養(yǎng)價(jià)值以及干草的調(diào)制和青貯均有很大幫助[8]。研究表明，禾本科飼草與豆科飼草進(jìn)行混播種植時(shí)可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，同時(shí)混播草地也能減低化肥等對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)與環(huán)境，生產(chǎn)與環(huán)境之間的互惠互利局面[9]。因此，本文通過對多年來國內(nèi)外學(xué)者對禾—豆混播體系中混播模式(種類、比例、方式等)對草地生產(chǎn)力、飼草營養(yǎng)價(jià)值、土壤理化性質(zhì)等方面的影響進(jìn)行梳理和總結(jié)[10]，為一年生禾豆混播人工草地建植和管理提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

1 禾豆混播對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

1.1 混播組合對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

混播組合中禾本科與豆科草種的選擇與飼草的產(chǎn)量及品質(zhì)密切相關(guān)[11]，混播草地中選擇適宜建植的不同禾豆飼草組合不僅能夠提高飼草的產(chǎn)量，而且對飼草品質(zhì)也有極大的提升[12]。馬海天才等[13]研究燕麥(AVenasativa)、多花黑麥草(Loliummultiflorum)與光葉紫花苕(Violaglabra)混播表明，光葉紫花苕與多花黑麥草70∶30產(chǎn)量比單播光葉紫花苕和單播多花黑麥草均提高50%以上，混播組合蛋白質(zhì)含量比單播黑麥草提高25.3%，粗纖維含量有所降低，光葉紫花苕+燕麥蛋白質(zhì)含量比單播燕麥提高35%，而混播的粗纖維含量與燕麥單播差異不明顯。馬春暉等[14]研究表明，不同品種的燕麥與豌豆組合混播較單播豆科飼草產(chǎn)量提高34.0%～59.2%，混播飼草的品質(zhì)比單播禾本科飼草有較大的提升。茍文龍等[15]研究表明，箭筈豌豆與黑麥草8種組合混播下均優(yōu)于單播草地。周雅欣[16]利用燕麥與箭筈豌豆、金花菜等豆科飼草混播時(shí)，干草產(chǎn)量比單播燕麥增產(chǎn)10.4%和9.5%，提高了飼草產(chǎn)量和土地利用。鄭偉等[17]用6種禾豆飼草混播對營養(yǎng)物質(zhì)含量影響的研究表明，各混播組合的粗蛋白產(chǎn)量、粗脂肪產(chǎn)量均有顯著提高，因?yàn)槎箍骑暡莨潭ǖ牡靥娲艘徊糠滞庠吹?，緩解了混播禾豆飼草對氮素的競爭，提高了草地生產(chǎn)性能。李志昆等[18]研究表明，混播飼草粗蛋白含量介于豆科飼草單播和禾本科飼草單播之間，混播飼草比單播飼草營養(yǎng)成分全面，燕麥與箭筈豌豆混播草地與燕麥單播相比,其粗蛋白增加了30.09%，而中性洗滌纖維含量降低了7.85%，酸性洗滌纖維降低了6.03%。但是也有研究表明混播組合也會導(dǎo)致產(chǎn)量比單播飼草產(chǎn)量低或者差異不顯著的現(xiàn)象，馬研琪[19]禾豆混播試驗(yàn)結(jié)果表明，燕麥+蠶豆組合下飼草的總產(chǎn)量高于燕麥單播，但是差異不明顯，而燕麥與箭筈豌豆混播后產(chǎn)量均有提高，顯著高于箭筈豌豆單播，但飼草總產(chǎn)量略低于燕麥單播。

通過對比不同學(xué)者的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同混播組合的產(chǎn)草量均比單播豆科高，而飼草品質(zhì)比單播禾本科高，但是提質(zhì)增產(chǎn)的程度卻不盡相同，造成這種現(xiàn)象的原因除了混播組合不同外，試驗(yàn)地區(qū)的氣候、播種方式等都會對其產(chǎn)生影響[20]。

1.2 混播比例對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

混播比例也是影響飼草是否高產(chǎn)、高品質(zhì)的因素之一[21]。研究表明，在混播草地中，如果禾本科飼草所占的比例較大，飼草的產(chǎn)量就越高。影響產(chǎn)量的原因有很多，禾本科飼草的莖桿粗、返青快、生長速率高等均能夠提高產(chǎn)量[22]。劉敏等[23]研究混播與單播的結(jié)果得出，混播草地禾豆混播2∶1時(shí)飼草產(chǎn)量明顯高于單播，主要因?yàn)楹瘫究颇敛萑~片集中于下部,豆科牧草葉片集中在上部，能充分利用地上空間提高光合利用效率，同時(shí)豆科飼草提供大量的氮素，促進(jìn)了禾本科生長，因此提高了產(chǎn)量。孫愛華等[24]在甘肅臨夏開展箭筈豌豆+燕麥1∶1試驗(yàn)結(jié)果表明，混播比單播產(chǎn)量顯著提高，比單播燕麥提高40%。姬萬忠[25]在甘肅省天?？h采用燕麥+箭筈豌豆試驗(yàn)結(jié)果表明，2∶1的混播草地產(chǎn)草量最高，比單播燕麥產(chǎn)草量高15.7%，比單播箭筈豌豆產(chǎn)草量高68.6%，燕麥與箭筈豌豆在競爭的基礎(chǔ)上相互促進(jìn)與協(xié)同，提高了對光、養(yǎng)分、水分的利用以及在生長過程中合理的空間分布，提高了飼草的產(chǎn)量。張瑜等[26]在貴州高寒山區(qū)研究結(jié)果也表明，混播處理的生產(chǎn)能力顯著優(yōu)于單播處理，小黑麥+箭筈豌豆1:1混播處理的鮮草產(chǎn)量高于其他混播比例。李佶愷等[27]在西藏日喀則地區(qū)研究燕麥與箭筈豌豆混播效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，燕麥和箭筈豌豆混播3∶1組合的干草產(chǎn)量最高。

混播中豆科飼草的占比越高，飼草的品質(zhì)則越好[28]，因?yàn)槎箍骑暡葜腥~片數(shù)量多，營養(yǎng)成分大多都集中于葉片中，因此提高了飼草品質(zhì)[29]，隨著混播比例中豆科飼草的增加，禾豆混播草地粗蛋白與粗脂肪等營養(yǎng)含量逐漸增加，而中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量減少[30]。茍文龍等[15]試驗(yàn)結(jié)果表明，與多花黑麥草單播相比，不同混播比例飼草的有機(jī)質(zhì)含量、速效氮含量和速效磷含量隨著混播中箭筈豌豆比例的增加而增加。周青平[31]試驗(yàn)研究也表明，不同的混播比例會導(dǎo)致不同的結(jié)果，營養(yǎng)物質(zhì)等都會有差異，所以在混播時(shí)候要合理選擇混播比例。韓建國等[32]試驗(yàn)結(jié)果也表明不同的混播比例在粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量上差異顯著，隨著豆科比例增加，粗蛋白含量隨之提高，中性和酸性洗滌纖維含量則有所下降。楊曉鵬等[33]試驗(yàn)表明，不同混播比例對分蘗數(shù)、可消化干物質(zhì)含量、中性洗滌纖維含量和累計(jì)粗蛋白產(chǎn)量有顯著性影響。羅天瓊等[34]試驗(yàn)結(jié)果表明，豆禾比例為1∶3時(shí)粗蛋白質(zhì)含量達(dá)17.22%,粗脂肪含量為5.34%，與單播禾本科飼草差異顯著。

因此，禾本科與豆科的混播比例不同，不僅能夠影響飼草產(chǎn)量，而且對飼草品質(zhì)也有較大的影響。但是，混播比例僅僅是影響飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的一方面，播種方式、氣候等也是影響原因。因此，在禾豆混播建植時(shí)，在考慮播種方式、氣候等對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響之外，混播比例的合理選擇是提高飼草品質(zhì)的關(guān)鍵。

1.3 播種方式對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

人工草地在建植過程中，混播方式的選擇也是影響飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一[35]?；觳シ绞讲煌暡莓a(chǎn)量、品質(zhì)均有顯著差異，而且間作能夠延長飼草青綠期[36]，在提高土地利用效率的同時(shí)也提高飼草的品質(zhì)，同時(shí)飼草能吸收更多營養(yǎng)物質(zhì)，增加草產(chǎn)量的潛力。蔣海亮等[37]試驗(yàn)表明，燕麥與箭筈豌豆間行條播產(chǎn)量比單播高，但是受到氣候和施肥等條件的影響，混播產(chǎn)量與品質(zhì)均有一定的差異，而混播中燕麥的比例對產(chǎn)量起著決定性作用。關(guān)正翾等[38]采用同行混播與異行混播的對比試驗(yàn)表明，同行混播飼草產(chǎn)量大于相同混播比例下的異行混播，各混播組合粗蛋白產(chǎn)量均高于單播燕麥，并且豆科混播比例較高時(shí)，有利于增加土壤氮素養(yǎng)分的供應(yīng)與積累。張永亮等[39]試驗(yàn)表明,間作方式對禾豆產(chǎn)量及其穩(wěn)定性以及持續(xù)性均有顯著性影響。王旭等[40]試驗(yàn)也表明，同行混播各處理干物質(zhì)產(chǎn)量均顯著高于單播燕麥和單播箭筈豌豆,且同行混播各處理之間無顯著差異，而間行混播有利于提高飼草飼喂價(jià)值，與單播相比，間行混播的飼喂價(jià)值提高2.7%。而且間作種植能更好地發(fā)揮燕麥和箭筈豌豆的種間互補(bǔ)優(yōu)勢,獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量,可能與燕麥和箭筈豌豆田間帶距和行比的合理搭配有關(guān)[41]。

通過多方面的研究表明，混播中不同的播種方式下，豆科飼草均能夠?yàn)楹瘫究骑暡萏峁┧璧牡氐葼I養(yǎng)成分，延長了禾本科飼草的生育期，從而提高了飼草產(chǎn)量及品質(zhì)。但是對比學(xué)者的研究結(jié)果我們也發(fā)現(xiàn)了不同，混播方式不同，產(chǎn)量及品質(zhì)均是不一樣的，因此針對不同的地區(qū)以及海拔等氣候條件和種植因素，選擇適宜的禾豆混播方式對提高飼草產(chǎn)量及品質(zhì)至關(guān)重要。

2 禾豆混播對飼草產(chǎn)量與品質(zhì)構(gòu)成因素的影響

2.1 禾豆混播對飼草莖葉比的影響

莖葉比是飼草或飼料作物在植物構(gòu)成中莖和葉的重量比率，是評價(jià)牧草適口性、營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)[42]。姜慧敏等[43]通過試驗(yàn)指出，莖葉比越小表明飼草葉量越高，適口性及飼用價(jià)值越高。在禾本科與豆科飼草的整個(gè)生育期，莖和葉都在不斷生長。張仁平[44]試驗(yàn)指出，莖葉比在牧草的生長過程中是一個(gè)動態(tài)變化的過程。周雅欣[16]指出，混播能夠在一定程度上降低莖葉比，提高飼草的適口性，混播飼草的營養(yǎng)價(jià)值較單播更為全面。莖葉比降低的原因可能是在禾豆混播建植中，豆科飼草攀附在禾本科飼草之上生長發(fā)育，使得豆科飼草減少伏地生長的現(xiàn)象，減少了底部葉片的腐爛情況，因此增加了豆科飼草的葉量，使得莖葉比變小[45]。邢越[46]的試驗(yàn)結(jié)果表明，由于豆科飼草通過固氮作用增加土壤中的氮等營養(yǎng)物質(zhì)的含量，使土壤變得肥沃，禾本科飼草能吸收到更多的營養(yǎng)，飼草下層的葉片也能吸收到營養(yǎng)，從而增加了葉量，因此莖葉比也會變小，由于減少了飼草葉片的枯萎死亡，增加有機(jī)物的含量，因此莖葉比的變化對飼草的產(chǎn)量也會產(chǎn)生影響。張國榮等[47]試驗(yàn)表明，飼草的莖葉比越小葉量越高，而植物的營養(yǎng)成分大都集中于葉片中，表明飼草營養(yǎng)價(jià)值越高，這也意味著莖葉比的大小能夠反映出飼草品質(zhì)的好壞。相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也在王文庶等[48]的研究中體現(xiàn)出來。

綜上所述，莖葉比是評價(jià)牧草適口性、營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，對飼草的產(chǎn)量以及品質(zhì)均有影響，莖葉比越低，飼草的適口性越高，而隨著莖葉比的降低，飼草干重可能降低，其原因是葉片含水量較高導(dǎo)致的。因此，在選擇禾豆混播模式時(shí)，應(yīng)考慮飼草的利用方式。通過研究莖葉比動態(tài)變化能夠從側(cè)面掌握飼草的產(chǎn)量及品質(zhì)變化，可為人工混播草地的適時(shí)收獲提供技術(shù)依據(jù)。

2.2 混播對飼草葉面積的影響

葉面積是衡量牧草光合作用強(qiáng)弱的指標(biāo)之一，與飼草的品質(zhì)有密切關(guān)系。在飼草生長發(fā)育初期，由于幼苗期主要的器官發(fā)育欠缺完善，葉片數(shù)量少，葉面積指數(shù)小，導(dǎo)致光合作用低[49]。隨著飼草的生長發(fā)育，葉片數(shù)量增加，光合作用逐漸增強(qiáng)，葉面積逐漸增大，其光合作用越來越強(qiáng)，植物的含水量和生長能力則越強(qiáng)，植株抗旱、抗寒、抗倒伏等能力也越強(qiáng)。單播的禾本科因?yàn)榍o葉比較大，葉面積較小，植株抗旱、抗寒、抗倒伏抵抗力不強(qiáng)，容易受到外界因素的影響而影響產(chǎn)量和飼用價(jià)值[50]。李強(qiáng)等[51]試驗(yàn)結(jié)果表明，各50%禾豆混播飼草種植比例下,豆科飼草有更大的枝條和葉片數(shù)量、葉片面積、葉片厚度及葉片生物量，不僅增加了飼草的抵抗能力，而且提高了產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)。而禾豆混播的比例影響著葉片的發(fā)育及光合作用，合理的混播能夠通過互補(bǔ)作用，使得禾本科與豆科飼草相互促進(jìn)[52]?；觳ワ暡菰诠夂献饔眉斑m口性、飼用價(jià)值上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單播飼草，因此混播飼草的種植前景要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單播牧草[53]。鄭偉等[54]研究表明，在植物競爭中,葉面積較大及葉片位置較高的植物在競爭中占據(jù)競爭等級的上部，而不受營養(yǎng)條件的影響，葉片位置較低的植物通常處于競爭等級的較低位置。因此在混播草地中豆科飼草攀附于禾本科飼草向上生長，提高了植株高度，下層的葉片也能接受到光合作用，所以減少了葉片的腐爛脫落，增加了葉量。

3 禾豆混播對植物根系養(yǎng)分獲取的影響

植物的根系是聯(lián)系植物與土壤的紐帶，做為植物吸收、轉(zhuǎn)化養(yǎng)分的重要器官，根系的發(fā)育強(qiáng)弱表明了植物個(gè)體對土壤養(yǎng)分的吸收能力。宋清華等[55]研究草地密度的制約下燕麥+毛苕子根系的空間分布表明，混播草地燕麥的根長大于毛苕子，隨著混播草地燕麥密度減少，燕麥與毛苕子根長都在增加。海棠等[56]也通過不同種植方式禾本科與豆科飼草不同混播模式下豆科飼草的根長比單播的增加4～14cm。而且根系固定植物、吸收營養(yǎng)的功能，對地上生物量與植物生長發(fā)育起著重要的作用。姚文超等[57]試驗(yàn)結(jié)果顯示，豆科混播飼草地上與地下生物量季節(jié)性動態(tài)呈現(xiàn)雙峰曲線，地上生物量峰期在完熟期以及果后營養(yǎng)中期，而地下生物量峰期則在完熟期和果后營養(yǎng)后期。蔣慧等[58]研究表明，混播草地中禾本科與豆科互利共生，根系會向土壤深處延伸，有效的吸收深層的營養(yǎng)成分，匯集土壤中的營養(yǎng)元素，增加土壤養(yǎng)分有效性，更加有利于草地土壤恢復(fù)肥力。

4 禾豆混播對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分含量是表征土壤質(zhì)量和肥力的重要指標(biāo)。作為飼草生長發(fā)育的關(guān)鍵性因素，土壤中營養(yǎng)成分的多少直接關(guān)系著飼草的產(chǎn)量以及營養(yǎng)價(jià)值。在混播草地中。由于禾本科與豆科飼草根系對土壤養(yǎng)分的敏感程度、養(yǎng)分的競爭能力不同[59]，二者以適當(dāng)?shù)谋壤觳ツ軌蛳嗷f(xié)調(diào)生長。Hoglund等[60]研究表明，單播禾本科草地如果要達(dá)到混播草地生產(chǎn)水平的草地每年對氮素的需求量約在450kg/hm2，豆科飼草由于根部根瘤菌的生存，會吸收、固定大氣中的游離氮素，減少了豆科飼草吸收土壤中的氮元素[61]，并且固定的氮素可以提供給禾本科飼草利用，也減少了禾本科飼草對土壤氮元素的大量吸收，增加了土壤速效養(yǎng)分的含量。因此混播草地不僅增加了土壤碳、氮、磷等元素的含量，而且增加了土壤肥力[62]。蘆奕曉等[63]的研究表明，與單播相比，混播草地更加有利于土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定。并且在生長發(fā)育過程中禾本科與豆科飼草底部枯葉的腐敗、分解循環(huán)等對土壤養(yǎng)分、加快土壤的分解能力有較大的改善。

5 禾豆混播對土壤微生物的影響

微生物作為土壤中的重要組成部分，是地上與地下生態(tài)系統(tǒng)的橋梁，也是禾豆混播建植的重要指標(biāo)之一[64]。土壤中微生物的活性直接關(guān)系到土壤營養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)化，種類及數(shù)量受到諸多因素的影響，如土壤層次、土壤肥力、氣候、土壤類型等[65]。韓永偉等[66]在研究農(nóng)牧交錯帶退耕還草土壤微生物C、N的影響中表明，微生物在0～20cm的土壤層中數(shù)量為混播草地>單播草地>小麥地。單播草地比小麥地能提高土壤C、N含量，而混播草地在土壤微生物數(shù)量及種類方面效果最好。在混播的不同模式下(混播組合、混播比例等)，微生物的數(shù)量與種類也存在差異，王旭等[67]在研究燕麥與箭筈豌豆混播中表明，間行混播時(shí)土壤微生物數(shù)量比單播燕麥高1.1倍。陸炳章[68]在研究中發(fā)現(xiàn)黑麥草與毛苕子、箭筈豌豆混播根系中土壤微生物菌均顯著高于單播。蘆奕曉等[63]也表明了禾豆混播等變化會影響土壤微生物的多樣性以及功能。可見土壤微生物的數(shù)量會受到混播的組合、比例等影響。禾豆混播草地通過對土壤養(yǎng)分的的改變來調(diào)節(jié)土壤微生物的數(shù)量以及種類，提高了土壤養(yǎng)分利用效率。

6 總結(jié)與展望

6.1一年生禾豆混播草地作為緩解天然草地草畜矛盾壓力的重要手段，其提質(zhì)增效作用顯得較為重要，選擇不同的混播模式，對飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響顯著。因此，應(yīng)針對不同用戶的需求來確定混播模式。在飼草緊缺地區(qū)，可以選擇禾本科為主豆科為輔的混播組合及比例建植混播草地，一定程度提升飼草品質(zhì)，保證飼草產(chǎn)量高產(chǎn)且穩(wěn)定；對于飼草生產(chǎn)條件較好的地區(qū)，可選擇增加豆科牧草的比例建植混播草地，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)的目的。因此如何利用有限的土地資源，選擇適宜的禾豆混播模式，生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)量足的飼草，是一年生混播草地未來發(fā)展的重要研究方向。

6.2飼草的莖葉比、葉面積作為植物在生長過程中對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)影響的潛在因素，不僅反映著飼草對環(huán)境的適應(yīng)能力，而且對飼草組合及比例的選擇起著重要作用。目前禾豆混播研究方向主要集中在混播后飼草的產(chǎn)量和品質(zhì)方面，而對混播飼草莖葉比、葉面積等方面研究較少。因此研究混播草地飼草莖葉比和葉面積等對飼草產(chǎn)量及品質(zhì)影響的潛在因素，有利于促進(jìn)人工草地禾豆混播模式體系的完善。

6.3人工草地混播地下組成因素是飼草生長的基礎(chǔ)，植物根系、土壤養(yǎng)分以及微生物之間密不可分，互相聯(lián)系，為飼草的生長發(fā)育提供保障。為了更好的掌握一年生禾豆混播理論與技術(shù)體系，研究地下組成因素對飼草的作用機(jī)理以及混播草地豆科飼草的固氮效應(yīng)，為建植適宜的禾豆混播組合，提高一年生飼草品質(zhì)及產(chǎn)量提供理論依據(jù)。