不同混播方式下燕麥+箭筈豌豆混播草地的生產(chǎn)性能及土壤養(yǎng)分特征

關(guān)正翾，娜爾克孜，朱亞瓊，鄭 偉,2，劉岳含，艾麗菲熱

（1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；

2. 新疆維吾爾自治區(qū)草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052）

燕麥 (Avena sativa) + 箭筈豌豆 (Vicia sativa)型混播草地在高寒地區(qū)[1-2]、山地冷涼地區(qū)[3-4]和草田輪作[5]中都得到了廣泛應(yīng)用，是一種在世界上都廣泛種植的栽培草地模式[6-7]。其生產(chǎn)性能的高低是該型混播草地可否大面積推廣的重要決定因素，對土壤肥力的改善作用則是能否種植該型混播草地的重要因素?，F(xiàn)有研究表明，燕麥 + 箭筈豌豆型混播草地中的箭筈豌豆可依靠燕麥作為攀附支撐物，有利于提高其光合作用面積和改善其光照條件[5, 8]，并促進(jìn)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)[1, 9]，提高籽粒產(chǎn)量[10]；箭筈豌豆還可以利用生物固氮增加土壤養(yǎng)分供應(yīng)，提高土壤酶活性[11]，并促進(jìn)混播燕麥生長[12]，甚至有利于后茬作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[13]。因此，燕麥 + 箭筈豌豆型混播草地具有生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)牧草的潛力。研究發(fā)現(xiàn)，增加箭筈豌豆混播比例，有利于牧草質(zhì)量的提高；合適的混播比例，則可以取得牧草產(chǎn)量與質(zhì)量俱佳的效果[2]。趙彩霞等[9]發(fā)現(xiàn)，以生產(chǎn)飼草為目的，異行混播 +豆禾比1∶1可取得燕麥 + 箭筈豌豆混播牧草產(chǎn)量與質(zhì)量均較好的結(jié)果。

在豆禾牧草混播草地系統(tǒng)中，一方面豆科牧草通過對土壤硝態(tài)氮吸收的減少，節(jié)約了土壤硝態(tài)氮，使土壤肥力得到明顯的改善，為其他牧草提供養(yǎng)分；另一方面豆科牧草的殘留物釋放養(yǎng)分為其他牧草提供持續(xù)的氮素營養(yǎng)，使土壤肥力得到改善。15N同位素標(biāo)記試驗(yàn)表明，豆科與禾本科植物混播 || 間作系統(tǒng)中豆科植物氮素轉(zhuǎn)移量的大致范圍為 25～155 kg·hm-2[14]，占禾草氮產(chǎn)量的 5%～24%[15]，甚至更高[16]。張小明等[17]發(fā)現(xiàn)在燕麥 || 箭筈豌豆間作系統(tǒng)中，作物總吸氮量比燕麥單作提高了26.2%～79.8%，比箭筈豌豆單作提高了9.0%～55.4%。另外，混播系統(tǒng)還可以改善磷養(yǎng)分的供應(yīng)狀況。研究發(fā)現(xiàn)，磷高效植物與磷低效植物間混作能顯著改善磷低效植物的磷營養(yǎng)狀況，提高整個(gè)間混作體系的生產(chǎn)性能[18]。Yahuza[19]則發(fā)現(xiàn)增加豆科植物比例和植物種類均可使土壤中難溶的PO4-P轉(zhuǎn)變?yōu)橹参锟晌盏牧祝黾又参锶郝淞孜樟俊尾?單作系統(tǒng)與混播/混作系統(tǒng)相比，往往會(huì)出現(xiàn)土壤養(yǎng)分消耗嚴(yán)重的現(xiàn)象，單播禾本科牧草的草地土壤表層(0-20 cm)堿解氮含量下降明顯，單播豆科牧草則速效磷含量下降明顯[20]。因而，燕麥 + 箭筈豌豆混播草地是否存在氮磷高效利用、土壤養(yǎng)分積累或消耗增加等現(xiàn)象，值得深入研究。

目前有關(guān)箭筈豌豆 + 燕麥型混播草地的研究，主要關(guān)注的是該混播草地的牧草產(chǎn)量與質(zhì)量[2, 9, 21]，以及對土壤的改善作用[3, 22]，二者相對獨(dú)立，但不同混播方式下土壤養(yǎng)分與牧草生產(chǎn)性能關(guān)系的研究較少。燕麥 + 箭筈豌豆型混播草地具有通過合理的混播方式(混播比例、同行混播、異行混播)實(shí)現(xiàn)牧草產(chǎn)量、質(zhì)量和土壤肥力均改善的潛力。因此，本研究以不同混播方式為調(diào)控手段，

利用牧草產(chǎn)量、營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量和種子產(chǎn)量等指標(biāo)分析混播方式對生產(chǎn)性能優(yōu)勢的影響，將土壤養(yǎng)分特征與生產(chǎn)性能優(yōu)勢內(nèi)在聯(lián)系作為關(guān)鍵證據(jù)，綜合分析土壤養(yǎng)分與牧草生產(chǎn)性能的關(guān)系，以及播種方式對該關(guān)系的影響，以探討冷涼氣候牧區(qū)燕麥 + 箭筈豌豆混播體系改良土壤并提高生產(chǎn)性能的技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇縣的昭蘇馬場，地理位置 81°03′-81°05′ E，42°38′-43°15′ N，海拔 1 650 m。該區(qū)屬于溫帶山區(qū)半濕潤易干旱冷涼類型，冬長無夏，春秋相連，沒有明顯的四季之分。根據(jù)國家氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)的數(shù)據(jù)(站點(diǎn)號51437)，2013-2015年研究區(qū)年均溫為4.44 ℃，年最高溫均值為31.38 ℃，年最低溫均值為-22.98 ℃，年均降水量為482.73 mm，生長季(5-10月)降水量均值為358.20 mm，占年降水量的74.20%，全年日照時(shí)長 2 499.53 h，≥ 10 ℃ 年積溫 2 765.2 ℃·d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能影響試驗(yàn)在固定播量(箭筈豌豆120 kg·hm-2和燕麥180 kg·hm-2)下設(shè)置不同混播比例(箭筈豌豆與燕麥的 混 播 比 例 分 別 為 50∶50、 67∶33、 75∶25、80∶20)和混播群體結(jié)構(gòu)(分別為同行混播和異行混播)。其中異行混播以行數(shù)控制混播比例，每行播種種子數(shù)相同，即 1行∶1行 = 豆禾比 50∶50，2 行∶1 行 = 豆禾比 67∶33，3 行∶1 行 = 豆禾比75∶25，4行∶1行 = 豆禾比 80∶20。試驗(yàn)以單播燕麥和箭筈豌豆為對照，播量分別為180和120 kg·hm-2。試驗(yàn)共10個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)(n= 3)，完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，30個(gè)小區(qū)，混播比例按種子占單播重量的實(shí)際用價(jià)來計(jì)算，混播與單播密度相同。每個(gè)小區(qū)面積均為 4.5 m × 5 m。具體處理設(shè)計(jì)如表1所列。2017年4月下旬土壤解凍時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)地準(zhǔn)備工作，包括翻耕、平整、小區(qū)設(shè)置等。2017年5月1日播種，在箭筈豌豆種子成熟時(shí)(2017年9月中旬)進(jìn)行收獲。試驗(yàn)期間不施用任何肥料，不灌溉，中耕松土1次，每年人工除雜草2次。

表 1 箭筈豌豆 + 燕麥混播草地的播量、播種方式和混播比例Table 1 Sowing quantity, sowing patterns and mixed sowing ratios in common vetch-oat mixtures

1.3 測定項(xiàng)目與方法

種子產(chǎn)量：箭筈豌豆和燕麥種子成熟后，各小區(qū)分別收獲，晾干，脫粒，去雜，風(fēng)干，測定種子產(chǎn)量。

牧草產(chǎn)量及其營養(yǎng)元素含量的測定：在箭筈豌豆豆莢膨脹期和燕麥乳熟期(均在8月中旬)進(jìn)行測定。各小區(qū)取樣面積 1 m × 1 m，3 個(gè)重復(fù)，留茬高度5 cm。收獲樣品按混播牧草種類分開，置于70 ℃ 烘箱至恒重后記錄各組成物種干重。每個(gè)小區(qū)按“十”字法隨機(jī)取500 g混勻樣，將樣品烘干后進(jìn)行粉碎，過0.4 mm篩，利用奈氏(Nessler)比色法測定牧草粗蛋白 (crude protein, CP)含量，利用索氏提取法測定粗脂肪含量 (ether extract, EE)，利用范氏(Van Soest)洗滌纖維分析法測定牧草酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含 量 以 及 NDF(neutral detergent fiber, NDF)含量[23]。

土壤樣品采集及其養(yǎng)分含量的測定：以“S”形取樣法在每個(gè)小區(qū)內(nèi)用土鉆按0-10和10-20 cm分層采集5個(gè)樣點(diǎn)的混合土樣，3次重復(fù)，采用重鉻酸鉀容量法測定有機(jī)質(zhì)含量，開氏法測定全氮含量，HClO4-H2SO4法測定全磷含量，堿解擴(kuò)散法測定速效氮含量，0.5mol·L-1NaHCO3法測定速效磷含量[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

牧草營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量：牧草營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量 = 營養(yǎng)物質(zhì)含量 × 牧草產(chǎn)量。

相對產(chǎn)量總和 (relative yield total, RYT)：利用相對產(chǎn)量總和測度箭筈豌豆 + 燕麥混播草地牧草產(chǎn)量的混播優(yōu)勢。

式中:Yij為種i與種j混播時(shí)種i的草產(chǎn)量；Yii為種i單播時(shí)的草產(chǎn)量；Yji為種j同種i混播時(shí)種j的草產(chǎn)量；Yjj為種j單播時(shí)的草產(chǎn)量。RYT=1，說明在該組分下種間和種內(nèi)干擾相等；RYT＜1，說明在該組分下種間干擾大于種內(nèi)干擾，環(huán)境資源沒有得到充分利用；RYT＞ 1說明種間干擾小于種內(nèi)干擾，各個(gè)競爭種可能有某種程度的生態(tài)位分化，環(huán)境資源得到充分利用[24]。

土地當(dāng)量比 (land equivalent ratio, LER)：利用土地當(dāng)量比衡量燕麥 + 箭筈豌豆混播草地種子產(chǎn)量的混播優(yōu)勢。

式中：LO= 混播燕麥種子產(chǎn)量/單播燕麥種子產(chǎn)量；LP= 混播箭筈豌豆種子產(chǎn)量/單播箭筈豌豆種子產(chǎn)量。當(dāng)LER＞1 時(shí)，表示有混播優(yōu)勢；當(dāng)LER＜1時(shí)則無混播優(yōu)勢[25]。

采用 Excel 2010、SPSS 20.0 對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用q檢驗(yàn)法(SNK)和最小差異顯著法(LSD)進(jìn)行不同處理間生產(chǎn)性能及土壤養(yǎng)分的差異顯著性檢驗(yàn)(P＜0.05)，采用Pearson相關(guān)分析對草地生產(chǎn)性能與土壤養(yǎng)分間的關(guān)系進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能的影響

不同混播方式下燕麥 + 箭筈豌豆混播草地牧草產(chǎn)量在BT75處理下具有較大值(表2)，但與BT50和BY50處理間無顯著差異(P＞0.05)，而與其他混播處理以及單播處理間差異顯著(P＜0.05)，各混播處理中除BY80處理與CKY之間無顯著差異外，其他混播處理均顯著高于單播處理(P＜0.05)；CP產(chǎn)量以BT75處理下最大，雖與BT50、BY75和BT80處理之間差異不顯著(P＞0.05)，但顯著高于其他混播處理以及單播處理 (P＜0.05)；EE產(chǎn)量在BY50處理中達(dá)到較大值，雖與BT50、BT75和BT80處理之間差異不顯著(P＞0.05)，但顯著高于其他混播處理以及單播處理(P＜0.05)；ADF和NDF產(chǎn)量均在BT75處理下具有較大值，但與BT50和BY50處理無顯著差異(P＞0.05)，而與其他混播處理以及單播處理間差異顯著(P＜0.05)；CKJ的箭筈豌豆種子產(chǎn)量顯著高于各混播處理(P＜0.05)，BT80和BY80的箭筈豌豆種子產(chǎn)量顯著高于其他混播處理(P＜0.05)；BT50和 BY50處理燕麥種子產(chǎn)量較高，顯著高于其他混播處理以及單播處理(P＜0.05)；各混播處理的相對產(chǎn)量總和均大于1，其中BT75處理較大，雖與BT50處理之間差異不顯著(P＞0.05)，但顯著高于其他混播處理 (P＜0.05)；各處理的土壤當(dāng)量比均大于1，其最大值出現(xiàn)在BY50處理中，顯著大于BY67處理，但與其他處理之間差異不顯著 (P＞0.05)。由此可見，在箭筈豌豆 +燕麥混播草地中，混播方式對牧草產(chǎn)量、營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量、種子產(chǎn)量以及資源利用優(yōu)勢均有明顯影響。

2.2 混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地土壤養(yǎng)分特征的影響

0-10 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量在BY80處理下較大

?

(表 3)，顯著高于 BY50處理 (P＜0.05)，但與其他混播處理及單播處理間無顯著差異(P＞0.05)；10-20 cm土層各處理之間土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異(P＞0.05)。0-10 cm 土層土壤全氮含量在 BT75處理下較大，顯著高于各單播處理和除BT50、BY50外其他混播處理 (P＜0.05)；10-20 cm 土層土壤全氮含量較大值則出現(xiàn)在BY75處理中，與BT67、BT75、BT80和 BY80處理間差異顯著 (P＜0.05)，但與其他混播處理及單播處理無顯著差異(P＞0.05)。0-10和10-20 cm土層土壤全磷含量在各處理間無顯著差異 (P＞0.05)。0-10 cm 土層，CKJ處理的土壤堿解氮含量顯著高于各混播處理以及燕麥單播處理(P＜0.05)；BT67處理的土壤堿解氮含量顯著高于BY50、 BY67、 BY75、 BT80和 BY80處 理 (P＜0.05)，但與其他處理之間差異不顯著 (P＞0.05)。10-20 cm土層，CKJ處理的土壤堿解氮含量較高，與CKY和BT50處理之間差異不顯著(P＞0.05)，但顯著高于其他混播處理 (P＜0.05)；BT50和 BT67處理的土壤堿解氮含量較高，且顯著高于其他混播處理。0-10 cm土層，CKY處理的土壤速效磷含量較高，與 CKJ和 BY67處理之間差異不顯著 (P＞0.05)，但顯著高于其他混播處理 (P＜0.05)；0-10 cm 土層各混播處理之間土壤速效磷含量差異不顯著(P＞0.05)；10-20 cm土層土壤速效磷含量的較大值出現(xiàn)在 BT67處理，顯著高于 CKY處理 (P＜0.05)，但與其他處理之間差異不顯著 (P＞0.05)。

表 3 不同混播方式下土壤淺層養(yǎng)分的比較Table 3 Comparison of soil shallow nutrient content under different mixed patterns

由此可見，單播箭筈豌豆可增加淺層土壤(0-10 cm)速效氮養(yǎng)分含量，單播燕麥則可增加其有效磷養(yǎng)分含量，混播方式對土壤速效與全量養(yǎng)分影響比較復(fù)雜。

2.3 混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能和土壤養(yǎng)分關(guān)系的影響

在不同播種方式下，將燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能指標(biāo)(牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、相對產(chǎn)量總和、土地當(dāng)量比)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)(土壤全氮、土壤堿解氮、土壤速效磷)作相關(guān)性分析(表4)，結(jié)果表明，在單播群體結(jié)構(gòu)中，土壤堿解氮含量與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；同行混播群體結(jié)構(gòu)中土壤全氮含量與粗蛋白產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；異行混播群體結(jié)構(gòu)中粗蛋白產(chǎn)量與土壤速效磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。由此可見，燕麥與箭筈豌豆混播可以解除土壤速效氮、磷養(yǎng)分的限制，從而提高其生產(chǎn)性能。

牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、相對產(chǎn)量總和、土地當(dāng)量比與土壤養(yǎng)分指標(biāo)(土壤全氮、土壤堿解氮、土壤速效磷)在不同混播比例下，將燕麥 + 箭筈豌 豆混播草地生產(chǎn)性能指標(biāo)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)作相關(guān)性分析(表5)。當(dāng)箭筈豌豆單播時(shí)，土壤堿解氮與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；土壤速效磷與牧草產(chǎn)量呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，但與粗蛋白產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。與土地當(dāng)量比呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)豆禾比為75∶25時(shí)，土壤全氮和土壤堿解氮含量與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、相對產(chǎn)量總和均呈正相關(guān)關(guān)系，土壤堿解氮含量與土地當(dāng)量比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；土壤速效磷含量與土地當(dāng)量比呈顯 著 正 相 關(guān) 關(guān) 系 (P＜ 0.05)。 當(dāng) 豆 禾 比 為67∶33時(shí)，土壤全氮和土壤堿解氮含量與粗蛋白產(chǎn)量、相對產(chǎn)量總和均呈正相關(guān)關(guān)系；土壤速效磷含量與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、土地當(dāng)量比均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。當(dāng)豆禾比為50∶50時(shí)，土壤堿解氮含量與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、相對產(chǎn)量總和均呈正相關(guān)關(guān)系，與土地當(dāng)量比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)；土壤速效磷含量與粗蛋白產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，與土地當(dāng)量比呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。燕麥單播時(shí)，土壤全氮含量與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)；土壤速效磷含量與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)。由此可見，當(dāng)提高箭筈豌豆混播比例時(shí)，土壤氮素養(yǎng)分對草地生產(chǎn)性能(牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量)的限制作用解除，而對土壤速效磷養(yǎng)分與草地生產(chǎn)性能的關(guān)系影響較小。

表 4 不同播種方式下燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能指標(biāo)與土壤養(yǎng)分間的關(guān)系Table 4 Relationship between grassland productivity and soil nutrients under different sowing methods

3 討論

3.1 混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能的影響

在混播/間作體系中，植物種之間的競爭和互補(bǔ)提高了產(chǎn)量和品質(zhì)，使得生產(chǎn)性能提高，主要原因包括混播 || 間作植物根系間作用對養(yǎng)分吸收的促進(jìn)、養(yǎng)分高效利用植物對非高效植物養(yǎng)分的有效化、地上光資源高效利用等[26-28]。鄭偉等[29]研究進(jìn)一步指出，栽培草地生產(chǎn)性能應(yīng)包含產(chǎn)量、品質(zhì)、種間相容性及群落穩(wěn)定性等多個(gè)方面，不是單項(xiàng)因素的比較，而是綜合評價(jià)。本研究進(jìn)一步明確了收獲目的的差異可導(dǎo)致評價(jià)混播草地生產(chǎn)性能的不同。以收獲牧草為目的，各混播組合牧草產(chǎn)量、粗脂肪產(chǎn)量均高于單播，各混播組合粗蛋白產(chǎn)量均高于單播燕麥，各混播組合的牧草產(chǎn)量優(yōu)勢(相對產(chǎn)量總和均大于1)明顯，同行混播牧草產(chǎn)量大于相同豆禾混播比例的異行混播組合；以收獲牧草種子為目的，燕麥混播比例為50%時(shí)，燕麥種子產(chǎn)量顯著增加，但箭筈豌豆種子產(chǎn)量在各個(gè)混播組合均顯著下降，各混播組合的種子產(chǎn)量優(yōu)勢(土地當(dāng)量比均大于1)明顯；以具體混播方式來看，BT50、BY50和BT75具有較高的牧草產(chǎn)量、營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量、牧草產(chǎn)量優(yōu)勢和種子產(chǎn)量優(yōu)勢(表2)。因此，不同的生產(chǎn)目的對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地的混播方式要求不同。

3.2 混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地土壤養(yǎng)分的影響

從土壤養(yǎng)分高效利用與積累方面考慮，豆禾混播/間作能促使植物根系構(gòu)型和根系空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[30-31]，這種根系的變化不但能增加植物根系面積，使植物對土壤養(yǎng)分的汲取能力增強(qiáng)，而且能促使豆科和禾本科作物根系生態(tài)位分離[32]，以利用不同土層養(yǎng)分，避免土壤養(yǎng)分競爭，這樣更有利于土壤養(yǎng)分的積累，土壤養(yǎng)分再通過根系反作用于地上部分[33]，實(shí)現(xiàn)豆禾混播/間作系統(tǒng)的增產(chǎn)。然而并不是所有的混播方式都有利于混播草地營養(yǎng)元素積累[34]。因此，選擇適宜的混播方式是豆禾混播草地混播優(yōu)勢獲得以及土壤養(yǎng)分積累量提高的關(guān)鍵所在。在本研究中，混播方式對土壤有機(jī)質(zhì)和土壤全磷的影響較??；單播箭筈豌豆具有較高的堿解氮含量，單播燕麥具有較高的土壤淺層速效磷含量；BT50、BY50和BT75具有較高的土壤全氮含量，BT50、BT67和BT75的堿解氮含量顯著高于相對應(yīng)混播比例的異行混播組合(圖2)?，F(xiàn)有研 究[16, 28, 34]表明，一年生混播/間作體系，主要對土壤速效/有效養(yǎng)分產(chǎn)生影響，對土壤全量養(yǎng)分和土壤有機(jī)質(zhì)含量影響較小，這與本研究結(jié)果類似。綜合上述研究結(jié)果來看，箭筈豌豆的生物固氮作用及同行混播方式則有利于增加土壤氮素養(yǎng)分的供應(yīng)與積累[35]，燕麥的須根系則有利于淺層土壤有效磷的活化，增強(qiáng)向植物供應(yīng)磷養(yǎng)分的能力。

表 5 不同混播比例下箭筈豌豆 + 燕麥混播草地生產(chǎn)性能指標(biāo)與土壤養(yǎng)分間的關(guān)系Table 5 Relationship between grassland productivity and soil nutrients under different mixed sowing ratio

3.3 混播方式對燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能與土壤養(yǎng)分內(nèi)在聯(lián)系的影響

植物產(chǎn)量和品質(zhì)與土壤養(yǎng)分密切相關(guān)，特別是土壤有效/速效養(yǎng)分的變化直接影響了植物對養(yǎng)分的吸收利用情況，而植物通過根系汲取的土壤速效養(yǎng)分主要來自于土壤微生物分解的全量養(yǎng)分。豆禾混播/間作體系中，豆科牧草通過生物固氮作用增加的氮素，一方面被自身生長所消耗，另一方面通過根接觸轉(zhuǎn)移或生物體死亡分解后釋放到土壤中，再由相鄰禾草吸收利用[36-37]。與此同時(shí)，豆禾混播還能促進(jìn)了土壤微生物活動(dòng)，提高土壤微生物數(shù)量和多種酶活性[11, 38-39]，進(jìn)而使土壤全量養(yǎng)分更多的轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分為植物吸收，提高產(chǎn)量。在本研究中，混播方式(單播、同行和異行混播)影響了牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量與土壤堿解氮、全氮和有效磷含量間的關(guān)系；其他土壤養(yǎng)分含量則與生產(chǎn)性能關(guān)系不緊密(表2)。而豆禾比較高時(shí)可負(fù)向影響土壤氮素養(yǎng)分與牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量和混播牧草產(chǎn)量優(yōu)勢間的關(guān)系；反之，則為正向影響。土壤速效磷可負(fù)向影響牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量和混播牧草產(chǎn)量優(yōu)勢，正向影響種子產(chǎn)量優(yōu)勢，與豆禾比無關(guān)(表3)。土壤養(yǎng)分含量與植物功能性狀(包括與植物生產(chǎn)力相關(guān)的性狀)的相關(guān)關(guān)系可表征土壤養(yǎng)分對植物群落的調(diào)控作用，正相關(guān)關(guān)系往往表征著植物性狀對土壤養(yǎng)分的依賴程度，而負(fù)相關(guān)關(guān)系表征著土壤養(yǎng)分限制因子與穩(wěn)定因子的內(nèi)在聯(lián)系[40]。因而，燕麥 + 箭筈豌豆混播草地的牧草生產(chǎn)性能及混播優(yōu)勢依賴于土壤氮素養(yǎng)分的供應(yīng)，混播群體結(jié)構(gòu)(同行混播、異行混播)對這種依賴關(guān)系影響較小，而混播比例(特別是箭筈豌豆的混播比例)能顯著影響上述依賴關(guān)系；土壤磷素養(yǎng)分是燕麥 + 箭筈豌豆混播草地生產(chǎn)性能提高的主要限制因子。

4 結(jié)論

燕麥 + 箭筈豌豆混播體系在冷涼牧區(qū)(如新疆昭蘇盆地)具有生產(chǎn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草和改良土壤肥力的巨大潛能，同行混播 + 豆禾比50∶50、異行混播 + 豆禾比 50∶50 和同行混播 + 豆禾比 75∶25 混播草地的混播優(yōu)勢明顯。單播燕麥可提高土壤速效磷養(yǎng)分積累；混播體系生產(chǎn)性能的顯著提升主要表現(xiàn)為箭筈豌豆提高了土壤當(dāng)季氮素養(yǎng)分和同行混播方式增加了土壤氮素養(yǎng)分的供應(yīng)與積累。混播比例顯著影響了牧草生產(chǎn)性能和混播優(yōu)勢與土壤氮素養(yǎng)分的相互關(guān)系。因此，同行混播 + 豆禾比50∶50和同行混播 + 豆禾比75∶25的混播方式可作為優(yōu)質(zhì)牧草生產(chǎn)兼顧改善土壤肥力的較佳方案；異行混播 + 豆禾比50∶50則可作為生產(chǎn)冷季飼用種子的較佳方案。