中國苜蓿、黑麥草和燕麥草產(chǎn)量差及影響因素

魏志標(biāo), 柏兆海，馬林，張福鎖

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中國苜蓿、黑麥草和燕麥草產(chǎn)量差及影響因素

魏志標(biāo)1,2, 柏兆海2，馬林2，張福鎖1

（1中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/植物-土壤相互作用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/ 河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050021）

【目的】在國家大力推進(jìn)“糧轉(zhuǎn)飼”和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)改的背景下，研究苜蓿、黑麥草和燕麥草3種栽培牧草產(chǎn)量差及影響因素，為揭示牧草生產(chǎn)潛力和制定牧草高產(chǎn)高效措施提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā繌闹袊W(wǎng)和Web of Science兩個(gè)數(shù)據(jù)庫，以“苜蓿產(chǎn)量施肥”“黑麥草產(chǎn)量施肥”“燕麥草產(chǎn)量施肥”“牧草栽培技術(shù)”“Alfalfa, Fertilizer, China”“Alfalfa, Irrigation, China”為關(guān)鍵詞，共收集目標(biāo)文獻(xiàn)176篇，其中關(guān)于中國苜蓿的文章101篇、黑麥草的文章51篇和燕麥的文章24篇?？偨Y(jié)中國苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差。通過分析施肥、播種和灌溉對(duì)牧草產(chǎn)量的影響，闡明影響牧草產(chǎn)量差的因素及消減途徑?！窘Y(jié)果】當(dāng)前中國栽培苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量潛力分別為24、26和22 t·hm-2，農(nóng)戶產(chǎn)量分別實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量潛力的28%、63%和41%。氮磷肥的施用、播種和灌溉可以顯著地影響牧草產(chǎn)量，苜蓿的產(chǎn)量最佳施肥量約為氮肥(N)52 kg·hm-2，磷肥(P2O5)141 kg·hm-2，最佳播種量約為20 kg·hm-2，最佳灌水量約為5 737 m3·hm-2；黑麥草的產(chǎn)量最佳施肥量約為氮肥(N)585 kg·hm-2，磷肥(P2O5)46 kg·hm-2，最佳播種量約為30 kg·hm-2；燕麥草的產(chǎn)量最佳施氮量尚沒有明確的結(jié)果，在施氮量＜225 kg·hm-2時(shí)，燕麥草的產(chǎn)量隨施氮量的增加呈線性的增加，其產(chǎn)量最佳施磷(P2O5)量約為128 kg·hm-2，最佳播種量約為180 kg·hm-2。【結(jié)論】中國栽培苜蓿、黑麥草和燕麥草有很大的增產(chǎn)空間，增產(chǎn)潛力分別為17、10和13 t·hm-2。合理的施肥、播種和灌溉可以縮小產(chǎn)量差，優(yōu)化施肥量可以使苜蓿增產(chǎn)約3.4 t·hm-2，黑麥草增產(chǎn)約1.5 t·hm-2，燕麥草增產(chǎn)約4.2 t·hm-2。優(yōu)化播種量可以使苜蓿增產(chǎn)60%，燕麥草增產(chǎn)78%，但是僅通過優(yōu)化播種量并不能使黑麥草增產(chǎn)。優(yōu)化灌溉量可以使苜蓿增產(chǎn)約9.1 t·hm-2。

苜蓿；黑麥草；燕麥草；產(chǎn)量差；施肥；播種；灌溉

0 引言

【研究意義】牧草生產(chǎn)是保證中國畜牧業(yè)生產(chǎn)的重要手段[1-3]。近年來，在飲食結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)下，國人口糧消費(fèi)比例由1980年的68%降至2010年的43%，畜牧業(yè)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，栽培牧草的種植勢(shì)在必行[1,4-5]。苜蓿、黑麥草和燕麥草是中國3種最重要的栽培牧草，分別屬于多年生牧草、一年生草本和一年生飼用作物[6]。產(chǎn)量潛力是在單位面積土地上，在水、肥和病蟲害最優(yōu)管理?xiàng)l件下，作物所能達(dá)到的最大產(chǎn)量[7]。產(chǎn)量差是指作物產(chǎn)量潛力與農(nóng)戶實(shí)際產(chǎn)量之間的差值[8-10]。產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差的研究可以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益[11-12]。播種、施肥和灌溉作為重要的栽培管理措施，會(huì)顯著影響牧草的產(chǎn)量，是消減產(chǎn)量差的重要途徑[13-16]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】高產(chǎn)紀(jì)錄、作物模型模擬、試驗(yàn)產(chǎn)量和高產(chǎn)農(nóng)戶是4種常用的探索作物產(chǎn)量潛力的方法[17-18]。Meng等[19]通過高產(chǎn)記錄評(píng)估了中國玉米的產(chǎn)量潛力，收集了1990—2009年間中國玉米4個(gè)主產(chǎn)區(qū)的高產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)，50個(gè)高產(chǎn)地區(qū)的玉米高產(chǎn)記錄為15 t·hm-2，通過137組田間試驗(yàn)，獲得的試驗(yàn)產(chǎn)量為12 t·hm-2；Wart等[20]使用模型模擬計(jì)算了德國小麥、美國灌溉玉米和中國水稻的產(chǎn)量潛力，指出三者的產(chǎn)量潛力分別為10、15和7.8 t·hm-2，產(chǎn)量差分別為1.9、3.4和1.4 t·hm-2；Ittersum等[21]使用高產(chǎn)農(nóng)戶的產(chǎn)量評(píng)估了肯尼亞雨養(yǎng)玉米和澳大利亞雨養(yǎng)小麥的產(chǎn)量潛力，選用農(nóng)戶產(chǎn)量的前5%作為產(chǎn)量潛力，結(jié)果表明肯尼亞的雨養(yǎng)玉米產(chǎn)量潛力為5.4 t·hm-2，澳大利亞雨養(yǎng)小麥產(chǎn)量潛力為2.6 t·hm-2。牧草產(chǎn)量潛力方面的研究鮮有報(bào)道，Liu等[22]基于模型分析了中國不同地區(qū)燕麥草產(chǎn)量潛力，指出燕麥草的產(chǎn)量主要受水熱和播種等因素的影響，西部地區(qū)的燕麥鮮草產(chǎn)量潛力為30 t·hm-2。現(xiàn)有的研究多集中在肥效試驗(yàn)和栽培管理措施對(duì)牧草產(chǎn)量影響方面[23-25]。張菁等[15]研究了播種和施肥對(duì)冬閑田紫花苜蓿產(chǎn)量的影響，指出在15 kg·hm-2的播種量下，合理的播期和適當(dāng)增施鉀肥可以顯著提高苜蓿的產(chǎn)量；Cassol等[26]研究了巴西黑麥草和燕麥草混播草場產(chǎn)量受刈割時(shí)期和氮肥施用量的影響，認(rèn)為出苗后45 d刈割，同時(shí)追施氮肥可獲得最高的產(chǎn)量，兩茬干草總產(chǎn)量為3.5 t·hm-2；鐘聲等[16]指出云南省黑麥草的適宜播種量為22 kg·hm-2；李小坤等[14]推薦南方地區(qū)黑麥草的配方施肥量為450 kg N·hm-2、45 kg P·hm-2、90 kg K·hm-2。【本研究切入點(diǎn)】產(chǎn)量潛力的研究可以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，牧草產(chǎn)量潛力方面的研究重視不夠，迫切需要開展相關(guān)研究。消減產(chǎn)量差的途徑有很多，對(duì)于苜蓿、黑麥草和燕麥草等牧草，由于種植面積較小，栽培管理措施尚缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，通過調(diào)整施肥、播種和灌溉等管理措施有很大的增產(chǎn)空間[6,17,22,26-27]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】定量苜蓿、黑麥草和燕麥草產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差，進(jìn)而為牧草生產(chǎn)中養(yǎng)分資源管理提供依據(jù)；明確播種、施肥和灌溉對(duì)3種牧草產(chǎn)量的影響，確定最優(yōu)的播種、施肥和灌溉量及其對(duì)消減產(chǎn)量差的貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

牧草產(chǎn)量和種植面積數(shù)據(jù)源于《中國草業(yè)統(tǒng)計(jì)2014》；施肥量、播種量、灌溉量和牧草氮磷養(yǎng)分含量等數(shù)據(jù)源于已發(fā)表的文章，利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)和Web of Science）對(duì)2016年以前發(fā)表的關(guān)于苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量、施肥量、播種量、灌溉量和牧草養(yǎng)分含量的國內(nèi)外期刊及碩、博士論文進(jìn)行檢索，輸入關(guān)鍵詞“苜蓿產(chǎn)量施肥”“黑麥草產(chǎn)量施肥”“燕麥草產(chǎn)量施肥”“牧草栽培技術(shù)”“Alfalfa, Fertilizer, China”“Alfalfa, Irrigation, China”等獲得相關(guān)文獻(xiàn)。為確保數(shù)據(jù)具有代表性，本研究所建立的數(shù)據(jù)庫具有如下的篩選條件：（1）試驗(yàn)必須為大田試驗(yàn)；（2）試驗(yàn)的數(shù)據(jù)必須包含施肥量和牧草產(chǎn)量的數(shù)據(jù)；（3）標(biāo)明試驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)和播種量。

符合上述篩選標(biāo)準(zhǔn)的文章共176篇文章，其中苜蓿101篇，黑麥草51篇，燕麥草24篇。本章中氮、磷、鉀肥施用量不經(jīng)特殊說明，均指N、P2O5和K2O的施入量。產(chǎn)量為干草的產(chǎn)量，對(duì)于沒有記錄干草產(chǎn)量的文獻(xiàn)，通過牧草的干鮮比進(jìn)行換算，苜蓿、黑麥草和燕麥草的干鮮比通過文獻(xiàn)總結(jié)獲得，分別為0.27、0.17和0.26。

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 產(chǎn)量潛力與產(chǎn)量差 探索產(chǎn)量潛力的方法有作物模型模擬、高產(chǎn)紀(jì)錄、田間試驗(yàn)和高產(chǎn)農(nóng)戶等，本文中產(chǎn)量潛力用高產(chǎn)紀(jì)錄來定量。主要原因是牧草的高產(chǎn)紀(jì)錄可以通過文獻(xiàn)搜集獲取，而另外3種定量產(chǎn)量潛力方法在牧草領(lǐng)域應(yīng)用有各自的缺陷：模型本地化需要的參數(shù)獲取較困難；田間試驗(yàn)的差異較大；農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)難以獲取。文中高產(chǎn)紀(jì)錄指文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中產(chǎn)量的前5%的平均值。產(chǎn)量差的計(jì)算方法：產(chǎn)量差（t·hm-2）=潛力產(chǎn)量（t·hm-2）-農(nóng)戶產(chǎn)量（t·hm-2）。其中，潛力產(chǎn)量（t·hm-2）=高產(chǎn)紀(jì)錄（t·hm-2）；農(nóng)戶產(chǎn)量（t·hm-2）=統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量（t·hm-2）。

1.2.2 施肥量 基于已發(fā)表文獻(xiàn)中報(bào)道的牧草產(chǎn)量與施肥量的數(shù)據(jù)，分別擬合苜蓿、黑麥草和燕麥產(chǎn)量與氮磷肥施用量的關(guān)系，確定3種牧草的產(chǎn)量最佳氮磷施用量。

1.2.3 播種量 根據(jù)文獻(xiàn)中牧草播種量的變異范圍，將苜蓿的播種量劃分為5個(gè)播種梯度，分別為＜15、15—18、18—21、21—24、＞24 kg·hm-2；將黑麥草的播種量劃分為6個(gè)播種梯度，分別為＜20、20—25、25—30、30—35、35—40、＞40 kg·hm-2；將燕麥草的播種量劃分為5個(gè)播種梯度，分別為＜120、120—160、160—200、200—240、＞240 kg·hm-2?；谏鲜霾シN梯度分析產(chǎn)量與播種量的關(guān)系。

1.2.4 灌溉量 本研究不涉及灌溉對(duì)黑麥草和燕麥草產(chǎn)量的影響，主要原因如下：黑麥草主要分布在中國的南方地區(qū)，很多地區(qū)是和水稻進(jìn)行輪作，水分不是其主要的產(chǎn)量限制因子。燕麥草主要分布在中國的西部地區(qū)，水源不足，多為雨養(yǎng)種植。因此，上述兩種牧草對(duì)灌水量響應(yīng)的文章較少，本文不做研究。

利用SPSS 21.0進(jìn)行相關(guān)的分析和檢驗(yàn)，Excel 2010和Sigmaplot 12.5進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果

2.1 苜蓿、黑麥草和燕麥草的生產(chǎn)現(xiàn)狀及產(chǎn)量差

苜蓿作為中國種植面積最大的栽培牧草，幾乎在所有?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）均有分布（表1），但主產(chǎn)區(qū)在北方。苜蓿的總種植面積為4 745×103hm2，其中以新疆、甘肅、陜西和內(nèi)蒙古的種植面積最廣，分別為1 153×103、800×103、731×103和692×103hm2，4個(gè)地區(qū)的種植面積占全國總面積的71%。產(chǎn)量方面，全國的平均干草產(chǎn)量為6.9 t·hm-2，江蘇、四川、貴州和重慶等南方地區(qū)的產(chǎn)量較高，超過全國平均產(chǎn)量的2倍。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)前5%的干草產(chǎn)量記為高產(chǎn)紀(jì)錄，為24 t·hm-2（圖1）。高產(chǎn)紀(jì)錄的產(chǎn)量可以反映牧草的產(chǎn)量潛力，農(nóng)戶產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了苜蓿產(chǎn)量潛力的28%，相應(yīng)的產(chǎn)量差為17 t·hm-2。

中國黑麥草主要分布在南方地區(qū)（表1），總種植面積為553×103hm2，其中四川、云南和貴州的種植面積最大，分別為156×103、103×103和92×103hm2，占全國總種植面積的64%。全國黑麥草干草單產(chǎn)為16 t·hm-2，不同地區(qū)黑麥草產(chǎn)量差異極大，湖南省的產(chǎn)量高達(dá)27 t·hm-2，山東省的產(chǎn)量最低，為6.9 t·hm-2，僅為湖南省的1/4。高產(chǎn)記錄的產(chǎn)量為26 t·hm-2（圖1），農(nóng)戶產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了黑麥草產(chǎn)量潛力的63%，尚有9.7 t·hm-2的增產(chǎn)潛力。

中國燕麥草主要分布在西部地區(qū)（表1），總種植面積為308×103hm2，青海的種植面積遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，為124×103hm2，占全國總種植面積的40%。此外，甘肅和四川的種植面積也比較多，分別為80×103和40×103hm2。全國燕麥草干草單產(chǎn)為8.8 t·hm-2，不同地區(qū)產(chǎn)量差異較大，云南省燕麥干草的產(chǎn)量最高，為13 t·hm-2，寧夏的產(chǎn)量最低，為4.3 t·hm-2，高產(chǎn)紀(jì)錄22 t·hm-2（圖1）。農(nóng)戶產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了燕麥草產(chǎn)量潛力的41%，增產(chǎn)潛力為13 t·hm-2。

表1 不同地區(qū)苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量和種草面積

黑麥草指一年生多花黑麥草。數(shù)據(jù)來源于中國草業(yè)統(tǒng)計(jì)2014[6]ryegrass refers to annual. Data used derived from

2.2 施肥對(duì)苜蓿、黑麥草和燕麥草產(chǎn)量的影響

當(dāng)施氮量很低時(shí)，苜蓿的干草產(chǎn)量隨施氮量增加迅速的增加，但施氮量＞52 kg·hm-2時(shí)，苜蓿產(chǎn)量不再增加（圖2-a）。苜蓿產(chǎn)量隨施磷量的變化同施氮量有相同的趨勢(shì)，當(dāng)施磷量＞141 kg·hm-2時(shí)，苜蓿產(chǎn)量不再增加，相應(yīng)的最高產(chǎn)量為10 t·hm-2（圖2-b）。因此苜蓿的最優(yōu)施氮量為52 kg·hm-2，施磷量為141 kg·hm-2。相比農(nóng)戶的平均產(chǎn)量（6.9 t·hm-2），合理的施肥可以使苜蓿增產(chǎn)3.4 t·hm-2。

黑麥草的產(chǎn)量隨施氮量的變化，呈“線性+平臺(tái)”的趨勢(shì)。黑麥草對(duì)氮肥的需求量遠(yuǎn)大于苜蓿，當(dāng)施氮量達(dá)到500 kg·hm-2時(shí)，增產(chǎn)效果仍十分顯著。黑麥草的最高產(chǎn)量為18 t·hm-2，此時(shí)的最小施氮量為585 kg·hm-2（圖3-a）。適量的磷肥可以增加黑麥草的產(chǎn)量，但是當(dāng)磷肥施用過量時(shí)，對(duì)牧草產(chǎn)量會(huì)有負(fù)面的影響（圖3-b）。最優(yōu)的氮磷肥施用量分別為585和46 kg·hm-2，相比農(nóng)戶的平均產(chǎn)量（16 t·hm-2），優(yōu)化施肥量可以使黑麥草增產(chǎn)1.5 t·hm-2。

在施氮量＜225 kg·hm-2時(shí)，燕麥草產(chǎn)量隨施氮量的增加呈線性的增加。當(dāng)施氮量為225 t·hm-2時(shí)，燕麥草的產(chǎn)量為13 t·hm-2（圖4-a）。燕麥草產(chǎn)量與施磷量呈二次曲線的關(guān)系，當(dāng)施磷量＜128 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量隨施磷的增加而增加，＞128 kg·hm-2時(shí)，隨施磷量的增加牧草產(chǎn)量反而下降，因而最優(yōu)的施磷量為128 kg·hm-2（圖4-b）。相比農(nóng)戶的平均產(chǎn)量（8.8 t·hm-2），最優(yōu)的氮磷肥施用量可以使燕麥草增產(chǎn)4.5 t·hm-2。

2.3 播種量對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

苜蓿產(chǎn)量同播種量的關(guān)系如圖5-a。通過文獻(xiàn)收集了467組數(shù)據(jù)，其中超過半數(shù)的數(shù)據(jù)集中在15—18 kg·hm-2。草產(chǎn)量隨播種量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，在18—21 kg·hm-2的播種范圍內(nèi)，苜蓿的產(chǎn)量達(dá)到峰值，為11 t·hm-2。在合理范圍內(nèi)的處理有48組，僅占全部處理的10%，可見優(yōu)化播種量有很大的增產(chǎn)潛力。相比農(nóng)戶的平均產(chǎn)量，合理的播種量可以使苜蓿增產(chǎn)60%。

農(nóng)戶產(chǎn)量為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，苜蓿、黑麥草和燕麥草高產(chǎn)紀(jì)錄為文獻(xiàn)數(shù)據(jù)前5%的平均值

a：苜蓿干草產(chǎn)量和施氮量的關(guān)系the relationship between alfalfa hay yield and N application rate；b：苜蓿干草產(chǎn)量和施磷量的關(guān)系The relationship between alfalfa hay yield and P2O5 application rate

黑麥草的產(chǎn)量和播種量的關(guān)系如圖5-b。通過文獻(xiàn)收集了250組數(shù)據(jù)，播種量的變化范圍較廣，20—40 kg·hm-2的范圍內(nèi)均有大量的分布。草產(chǎn)量隨播種量的變化同樣呈先增加后降低的趨勢(shì)，最優(yōu)的播種量約為30 kg·hm-2，此時(shí)的平均產(chǎn)量為12 t·hm-2。同農(nóng)戶的平均產(chǎn)量相比（16 t·hm-2），僅通過調(diào)整播種量并不能使黑麥草增產(chǎn)。

燕麥草產(chǎn)量同播種量的關(guān)系如圖5-c。通過文獻(xiàn)收集了147組數(shù)據(jù)。播種量對(duì)燕麥草產(chǎn)量影響巨大，播種量＜120 kg·hm-2時(shí)，草產(chǎn)量僅為7.6 t·hm-2，比農(nóng)戶產(chǎn)量低1.2 t·hm-2。播種量＜180 kg·hm-2時(shí)，草產(chǎn)量隨播種量的增加而增加，但是當(dāng)播種量進(jìn)一步增加時(shí)，草產(chǎn)量會(huì)大幅的下降，最終維持在10 t·hm-2的水平。最適的播種量為160—200 kg·hm-2，此時(shí)的產(chǎn)量為16 t·hm-2。相比農(nóng)戶的平均產(chǎn)量，合理的播種量可以使燕麥草增產(chǎn)78%。

a：黑麥草干草產(chǎn)量和施氮量的關(guān)系the relationship between ryegrass hay yield and N application rate；b：黑麥草干草產(chǎn)量和施磷量的關(guān)系the relationship between ryegrass hay yield and P2O5 application rate

a：燕麥干草產(chǎn)量和施氮量的關(guān)系the relationship between oat grass hay yield and N application rate；b：燕麥干草產(chǎn)量和施磷量的關(guān)系The relationship between oat grass hay yield and P2O5 application rate

2.4 苜蓿產(chǎn)量和灌溉的關(guān)系

在灌水量較低時(shí)，苜蓿產(chǎn)量隨灌水量的增加呈線性增加。但是當(dāng)灌水量達(dá)到5 737 m3·hm-2時(shí)，苜蓿的產(chǎn)量不再隨灌水量的增加而增加，其值穩(wěn)定在16 t·hm-2，最優(yōu)的灌水量為5 737 m3·hm-2（圖6）。相比農(nóng)戶的平均產(chǎn)量（6.9 t·hm-2），合理的灌溉可以使苜蓿增產(chǎn)9.1 t·hm-2。

3 討論

3.1 牧草的產(chǎn)量潛力與農(nóng)戶產(chǎn)量

苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量潛力分別為24、26和22 t·hm-2，而小麥、玉米和水稻的產(chǎn)量潛力僅為6.7、11和8.1 t·hm-2。可見，牧草的產(chǎn)量潛力大于糧食作物。主要原因是牧草以收獲地上所有營養(yǎng)體為目標(biāo)，糧食作物主要收獲籽粒。牧草的農(nóng)戶產(chǎn)量較低，三者的產(chǎn)量分別為6.9、16和8.8 t·hm-2。主要原因如下：首先，牧草產(chǎn)業(yè)起步晚，目前的管理還不規(guī)范，刈割次數(shù)等技術(shù)措施尚需改進(jìn)；再者，中國“以糧為綱”的傳統(tǒng)觀念影響農(nóng)民種草的積極性[28]。黑麥草產(chǎn)量高與種植區(qū)的水熱條件和土壤肥力狀況相關(guān)[29]。黑麥草主要分布在中國南方地區(qū)，雨量豐沛，光照充足，且黑麥草多種植在水稻種植區(qū)的冬閑田，土壤肥力較高[30]。

a：苜蓿干草產(chǎn)量和播種量的關(guān)系The relationship between alfalfa hay yield and sowing rate；b：黑麥草干草產(chǎn)量和播種量的關(guān)系The relationship between ryegrass hay yield and sowing rate；c：燕麥干草產(chǎn)量和播種量的關(guān)系The relationship between oat grass hay yield and sowing rate

圖6 苜蓿干草產(chǎn)量和灌水量的關(guān)系

不同區(qū)域間牧草的農(nóng)戶產(chǎn)量和產(chǎn)量潛力差異較大。湖南黑麥草的農(nóng)戶產(chǎn)量高達(dá)27 t·hm-2，超過了全國黑麥草的平均產(chǎn)量潛力（26 t·hm-2）。根據(jù)氣候和土壤等因素，分區(qū)探討牧草的產(chǎn)量潛力或許更具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。但是由于已發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)量較少，不足以支撐分區(qū)域的研究，本文只估算了全國牧草產(chǎn)量潛力的平均值。

3.2 施肥、播種和灌溉對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

由圖4-a可知燕麥草產(chǎn)量隨施氮量呈線性增加而非“線性+平臺(tái)”。主要原因可能是文獻(xiàn)試驗(yàn)中最高的施氮量僅為225 kg·hm-2，尚未達(dá)到燕麥草需肥的飽和量，參考同為一年生禾本科的黑麥草，當(dāng)施氮量在0—585 kg·hm-2范圍時(shí)，燕麥草的產(chǎn)量隨施氮量呈線性增加。可以推測(cè)當(dāng)施氮量進(jìn)一步增加時(shí)，燕麥草的產(chǎn)量將不會(huì)線性增加，而會(huì)像黑麥草一樣呈“線性+平臺(tái)”的趨勢(shì)。對(duì)于苜蓿，當(dāng)施氮量＞52 kg·hm-2時(shí)，苜蓿產(chǎn)量不再隨施氮量的增加而增加。主要原因是苜蓿作為豆科作物，其本身可以通過生物固氮獲取所需要氮量的0—80%，固氮量可達(dá)350 kg·hm-2[31-32]。

播種量對(duì)牧草產(chǎn)量影響巨大，主要原因是當(dāng)播種量過低時(shí)，牧草地上部生物量不足，達(dá)不到高產(chǎn)的要求，然而播種過量過高同樣不利于牧草產(chǎn)量的提高，過高的播種量會(huì)使地上部生物量密度過大，影響透光率和光合利用效率，植株得不到充分的光照導(dǎo)致牧草產(chǎn)量降低。

灌溉量對(duì)牧草產(chǎn)量影響很大，特別是苜蓿。但是不同氣候區(qū)和刈割茬次牧草的需水強(qiáng)度不同[33]。同時(shí)灌水還要考慮當(dāng)?shù)氐乃譅顩r，例如，西北地區(qū)由于水分缺乏，需要選擇適宜的節(jié)水灌溉方式，如滴灌等[34-35]。有研究表明，相比畦灌和不灌溉，西北地區(qū)采用滴灌的方式牧草可增產(chǎn)12%和108%，水分利用效率比畦灌提高19%[36]。

3.3 消減牧草產(chǎn)量差的途徑及展望

施肥量和播種量對(duì)牧草產(chǎn)量有很大影響，合理的施肥和播種可以顯著提高牧草產(chǎn)量，消減產(chǎn)量差。此外，灌水量對(duì)牧草產(chǎn)量同樣影響巨大[37]，但是由于不同地區(qū)、不同牧草品種對(duì)灌水的響應(yīng)差異巨大，以黑麥草為例，黑麥草多分布在南方地區(qū)，而南方降雨充足，因而灌水對(duì)其產(chǎn)量影響較小[38]。此外，刈割次數(shù)、刈割高度、品種和播期等對(duì)牧草產(chǎn)量也有較大的影響[15,39-40]。

定量產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差有多種方法，但是各種方法有各自的缺陷，現(xiàn)階段，國內(nèi)發(fā)表了很多試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從中篩選出高產(chǎn)的試驗(yàn)，通過高產(chǎn)記錄來表示產(chǎn)量潛力更可行。將來的研究可以通過構(gòu)建和使用合理的模型來定量牧草的產(chǎn)量潛力，因?yàn)檫@種方法更為精確[17]。消減產(chǎn)量差需要多種措施同時(shí)進(jìn)行，栽培管理上，優(yōu)化播種、施肥和灌溉等措施；育種上，培育具有更高產(chǎn)量潛力和抗逆性的品種；政策上，加強(qiáng)高產(chǎn)高效技術(shù)推廣，同時(shí)逐步改變農(nóng)民“以糧為綱”的傳統(tǒng)觀念。中國苜蓿、黑麥草和燕麥草產(chǎn)量差的研究還應(yīng)該繼續(xù)關(guān)注不同氣候、土壤和生態(tài)類型區(qū)的產(chǎn)量差和養(yǎng)分利用效率等問題，為各區(qū)域同時(shí)提高栽培牧草產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

中國栽培苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量潛力分別為24、26和22 t·hm-2，農(nóng)戶分別實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量潛力的28%、63%和41%，尚有很大的增產(chǎn)空間；優(yōu)化施肥、播種和灌溉量可以不同程度地提高牧草產(chǎn)量，減小產(chǎn)量差。優(yōu)化施肥量可以使苜蓿增產(chǎn)約3.4 t·hm-2，黑麥草增產(chǎn)約1.5 t·hm-2，燕麥草增產(chǎn)約4.2 t·hm-2。優(yōu)化播種量可以使苜蓿增產(chǎn)60%，燕麥草增產(chǎn)78%，但是僅通過優(yōu)化播種量并不能使黑麥草增產(chǎn)。優(yōu)化灌溉量可以使苜蓿增產(chǎn)約9.1 t·hm-2。

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（責(zé)任編輯 岳梅）

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Yield gap of alfalfa, ryegrass and oat grass and their Influence factors in China

WEI ZhiBiao1,2, BAI ZhaoHai2, MA Lin2, ZHANG FuSuo1

(1College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University/Key Laboratory of Plant-Soil Interactions, Ministry of Education, Beijing 100193;2Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences/Hebei Key Laboratory of Water-Saving Agriculture/Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050021)

【Objective】 Under the background of turning crop to forage and adjustment of plantation structure, the study on yield gap of alfalfa, ryegrass and oat grass is crucial for revealing yield potential. It can also provide a scientific basis for making high yield and high efficiency forage management strategies. 【Method】 The publications were collected by searching China National Knowledge Infrastructure and Web of Science with the keywords of “Alfalfa yield, Fertilizer”, “Ryegrass yield, Fertilizer”, “Oat grass yield, Fertilizer”, “Forage planting technology”, “Alfalfa, Fertilizer, China”, “Alfalfa, Irrigation, China”. A total of 176 published literatures were collected, including 101 articles for alfalfa, 51 articles for ryegrass and 24 articles for oat grass. This study summarized the yield potential and yield gap for three major cultivated forage species in China. Meta-analysis method was implied to quantify the effect of fertilization, sowing rate and irrigation rate on yield of three main cultivated forage species. This paper made a preliminary illustration about the factors that affect yield gap and ways to close the yield gap. 【Result】 The yield potential was 24 t·hm-2for alfalfa, 26 t·hm-2for ryegrass and 22 t·hm-2for oat grass. The farmer’s average yield of alfalfa, ryegrass and oat grass was 28%, 63% and 41%, respectively, of the yield potential. The fertilizer application rate of nitrogen (N) and phosphorus (P2O5), sowing rate and irrigation rate significantly affected forage yield. The optimized N and P2O5application rate was 52 and 141 kg·hm-2for alfalfa, 585 and 46 kg·hm-2for ryegrass. For oat grass, the optimal nitrogen fertilizer application rate was not clear, but within the total amount of 225 kg·hm-2, oat grass yield increased linearly with the increasing of N application rate. The optimal P2O5application rate was 128 kg·hm-2for oat grass. The optimized sowing rate was 20 kg·hm-2for alfalfa, 30 kg·hm-2for ryegrass and 180 kg·hm-2for oat grass. The optimized irrigation volume was 5 737 m3·hm-2for alfalfa.【Conclusion】There was still a huge potential to increase yield of alfalfa, ryegrass and oat grass. The yield gap of alfalfa, ryegrass and oat grass was 17, 10 and 13 t·hm-2. Furthermore, reasonable fertilizer application rate, seeding rate and irrigation volume are important to cut yield gap. By optimizing the fertilizer application rate, the yield of alfalfa, ryegrass and oat grass could increase by 3.4, 1.5 and 4.2 t·hm-2. Suitable sowing rate could increase the yield by 60% for alfalfa, 78% for oat grass, but it was not enough to improve the yield of ryegrass only by adjusting the sowing rate. Optimal irrigation volume could increase the alfalfa yield by 9.1 t·hm-2.

alfalfa; ryegrass; oat grass; yield gap; fertilizer application; sowing; irrigation

2017-05-12；

2017-06-21

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31572210）、科技部國家國際科技合作專項(xiàng)（2015DFG91990）、河北省杰出青年基金項(xiàng)目（D2017503023）、中國科學(xué)院百人計(jì)劃項(xiàng)目

魏志標(biāo)，E-mail：weizb1993@126.com。

馬林，Tel：0311-85810877；E-mail：malin1979@sjziam.ac.cn