播種方式對燕麥和箭筈豌豆混播草地牧草生產(chǎn)性能的影響

茍 蓉，游明鴻，劉金平，雷 雄，季曉菲

（1. 西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637009；2. 四川省草原科學(xué)研究院，四川 成都 611731）

建設(shè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的栽培草地，是緩解川西北牧區(qū)草飼料供給周期性失衡、家畜“冬瘦春乏”、過度放牧、防雪抗災(zāi)等問題的必由之路。由于受高海拔、低積溫、短生長期等自然條件和交通、人力、物力等經(jīng)營條件的限制[1]，加之因傳統(tǒng)生產(chǎn)模式、科技人才不足、實(shí)用技術(shù)缺乏的影響[2]，川西北牧區(qū)栽培草地面積較少，牧草產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，草產(chǎn)品較單一，且對畜牧業(yè)的貢獻(xiàn)較低，加大栽培草地建設(shè)技術(shù)研發(fā)，對保護(hù)草地資源和促進(jìn)草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

燕麥(Avena sativa)是高寒牧區(qū)主栽牧草之一，具有生長快速、產(chǎn)量和營養(yǎng)價值高、適口性好、消化率高等優(yōu)點(diǎn)，近年來針對川西北氣候特點(diǎn)，進(jìn)行了燕麥引種品比[3]、栽培措施和加工利用[4-5]等研究，為建設(shè)燕麥栽培草地和提高草地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提供了一定的技術(shù)支撐。但燕麥植株較高、蛋白含量較低，混播豆科可提升資源利用率、提高草地產(chǎn)量、改善飼草品質(zhì)、降低病蟲害和土壤侵蝕等風(fēng)險。

目前川西北地區(qū)常采用撒播、條播等種植方式，建立燕麥與毛苕子(Vicia villosa)、箭筈豌豆(V.sativa)等一年生豆科牧草混播栽培草地，由于缺乏對混播草地組成結(jié)構(gòu)、株叢密度、生物量累積分布的科學(xué)分析，因此，播種方式對混播草地牧草產(chǎn)量和品質(zhì)有何影響，適合該區(qū)氣候條件的播種方式均尚無定論。為此，以川西北地區(qū)表現(xiàn)優(yōu)異的“夢龍”燕麥 (A. sativa‘Magnum')和“蘭箭 3 號”箭筈豌豆 (V. sativa‘Lanjian No.3')為材料，設(shè)置不同播種方式，分析燕麥和箭筈豌豆的株高、分蘗(枝)、生物量結(jié)構(gòu)，研究播種方式對混播草地鮮草和干草產(chǎn)量、飼草品質(zhì)及能量產(chǎn)量的影響，旨在篩選出適合川西北高原氣候特點(diǎn)的禾豆混播草地的播種方式，為解決飼草產(chǎn)量低、飼草品質(zhì)差、草產(chǎn)品缺乏等實(shí)際問題及草地畜牧業(yè)健康發(fā)展提供服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于阿壩州紅原縣邛溪鎮(zhèn)二農(nóng)場，為大陸性高原溫帶季風(fēng)氣候，102°32′ E，32°46′ N，海拔 3 497 m，年均氣溫 1.1 ℃，極端高溫 23.5 ℃，極端低溫-33.8 ℃，年降水量738 mm，相對濕度71%，≥ 10 ℃ 年積溫 865 ℃·d。土壤為草甸土，0-20 cm土壤的有效氮、有效磷、有效鉀含量分別為276.1、10.2、131.2 mg·kg-1，有機(jī)碳含量 11.13%，pH 5.91。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

于 2017年 5月 5日 ， 施 基 肥 (150 kg·hm-2復(fù)合肥)平整后，按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(區(qū)組間距1 m，小區(qū)面積 3 m × 5 m，小區(qū)間距 0.5 m)劃定小區(qū)播種，設(shè)置混合撒播 (SB)、20 cm同行條播 (TT1)、30 cm 同行條播 (TT2)、20 cm 間行條播 (JT1)、30 cm間行條播(JT2)5種播種方式，播種量均為燕麥120 kg·hm-2+ 箭筈豌豆 22.5 kg·hm-2，3 次重復(fù)。播種后僅進(jìn)行除雜等常規(guī)管理。

1.3 測定指標(biāo)及方法

株高：于8月24日，燕麥處于灌漿期，箭筈豌豆處于花末期，每小區(qū)隨機(jī)20次測定燕麥和箭筈豌豆的自然高度。

分蘗(枝)數(shù)和生物量分配：每小區(qū)隨機(jī)選燕麥和箭筈豌豆各10 株，挖取除雜后，測定分蘗(枝)數(shù)、分離根、莖、葉稱重，105 ℃下烘干，計算生物量結(jié)構(gòu)。

密度和草產(chǎn)量：每小區(qū)隨機(jī)選取1 m2(行距20 cm的 取 5.33 m,行距 30 cm 的 取 3.67 m 樣 段)齊 地 刈割，分離燕麥和箭筈豌豆，測定枝條數(shù)(密度)后，稱重 (燕麥和箭筈豌豆鮮草產(chǎn)量)，然后在105 ℃條件下烘干，測定干草產(chǎn)量，3次重復(fù)。

營養(yǎng)價值[6-7]：每小區(qū)隨機(jī)取燕麥和箭筈豌豆混合鮮草樣2 kg，同種播種方式草樣混合烘干后，打成約 1 kg 草粉，測定粗蛋白 [crude protein (CP)，半微量凱氏定氮法 ]、粗纖維 [coarse fiber (CF)，酸堿洗滌法 ]、粗脂肪 [ether extract (EE)，乙醚浸提法 ]、粗灰分 [coarse ash (CA)，直接灰化法 ]、無氮浸出物 [nitrogen free extract (NFE)，含量差減法 ]。

1 kg干物質(zhì)能量[8-9]：依據(jù)每小區(qū)牧草的營養(yǎng)價值，按如下公式計算總能 (gathered energy, GE)、可消化養(yǎng)分總量 (total digestible nutrients, TDN)、消化能(tigestive energy, DE)、代謝能 (metabolic energy, ME)。

GE = (CP × 23.86 + EE × 39.36 + CF × 17.58 + NFE ×17.58)/100；

TDN = CP + CF + NFE + 2.25 × EE；

DE = [TDN/(100 × 1 000)] × 4 409 × 4.184；

ME = [TDN/(100 × 1 000)] × 3 616 × 4.184。

草地能量產(chǎn)量：依據(jù)每小區(qū)1 kg干物質(zhì)能量和干草產(chǎn)量乘積，計算單位面積草地的總能、可消化養(yǎng)分總量、消化能、代謝能。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS19.0軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(GLM)和多重比較(SNK)，并用Duncan法對各參數(shù)進(jìn)行0.05水平顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種方式對混播草地株高和密度影響

播種方式對燕麥和箭筈豌豆株高有顯著影響(P＜0.05)(表 1)，JT1和 JT2下箭筈豌豆和燕麥株高均顯著低于 SB、TT1、TT2，兩種草的株高在SB和TT間差異較小(P＞0.05)。播種方式對單株分蘗 (枝)能力有極顯著影響 (P＜0.01)，SB 下燕麥分蘗和箭筈豌豆分枝數(shù)顯著低于條播，同行條播下箭筈豌豆分枝數(shù)顯著大于SB而小于間行條播，JT2下燕麥分蘗和箭筈豌豆分枝數(shù)均為最大值。

播種方式對草地密度有顯著影響(P＜0.05)，撒播下燕麥密度和箭筈豌豆密度及總密度顯著低于條播，TT1草地密度顯著大于TT2。草地總密度和燕麥密度在TT1下達(dá)最大值，而箭筈豌豆密度在TT2達(dá)最大。燕麥密度和箭筈豌豆密度在TT2和JT1間均有顯著差異(P＜0.05)，而草地總密度無 顯著差異(P＞0.05)。方差分析表明，播種方式對燕麥株高和密度影響大于箭筈豌豆，對箭筈豌豆分枝能力影響大于對燕麥分蘗能力。播種方式對草地密度影響最大，分蘗(枝)數(shù)次之，株高較小。

表 1 播種方式對燕麥和箭筈豌豆株高和分蘗(枝)數(shù)及密度的影響Table 1 Effect of sowing method on plant height, tillering and density of Avena sativa and Vicia sativa

?

2.2 播種方式對燕麥和箭筈豌豆生物量結(jié)構(gòu)的影響

播種方式對兩種植物單株生物量有影響(P＜0.05)(表2)，TT2下燕麥和箭筈豌豆單株生物量顯著高于其他播種方式，SB下單株生物量僅為TT2的57.59%和40.98%。30 cm行距同行或間行條播燕麥和箭筈豌豆單株生物量均顯著大于20 cm行距 (P＜0.05)。

播種方式對兩種植物單株生物量分配有顯著影響(P＜0.05)。SB下燕麥的根分配大于其他播種方式，而葉分配顯著小于其他播種方式(P＜0.05)，箭筈豌豆根和葉分配均小于其他播種方式(P＜0.05)。間行條播下燕麥的根和莖分配低于撒播和同行條播，而葉分配大于撒播和同行條播(P＜0.05)。箭筈豌豆葉分配在TT1下最大，莖分配最低。

方差分析表明，箭筈豌豆單株生物量比燕麥更易受播種方式影響。播種方式對燕麥生物量分配的影響表現(xiàn)為葉分配＞根分配＞莖分配，對箭筈豌豆影響表現(xiàn)為葉分配＞莖分配＞根分配。

2.3 播種方式對燕麥和箭筈豌豆產(chǎn)量的影響

播種方式對草地的鮮草和干草產(chǎn)量有顯著影響 (P＜0.05) (表 3)。SB 下燕麥鮮草和干草產(chǎn)量大于其他播種方式，而箭筈豌豆的產(chǎn)量顯著小于其他播種方式(P＜0.05)，草地鮮草總產(chǎn)量達(dá)最大值。燕麥產(chǎn)量在同行播種下高于間行播種(P＜0.05)，20和30 cm行距間差異較小。箭筈豌豆產(chǎn)量在同行播種下低于間行播種 (P＜0.05)，30 cm 行距比 20 cm行距顯著增加了箭筈豌豆產(chǎn)量P＜0.05)。JT2下箭筈豌豆產(chǎn)量大于其他播種方式，是SB下的5.7倍，比同行播種增產(chǎn)約50%，但因燕麥產(chǎn)量顯著降低，使草地總產(chǎn)量最低。TT1下燕麥和箭筈豌豆均有較高的鮮草和干草產(chǎn)量，草地干草總產(chǎn)量達(dá)最大值。

方差分析表明，播種方式對燕麥和箭筈豌豆鮮草和干草產(chǎn)量均有極顯著影響(P＜0.01)，箭筈豌豆比燕麥產(chǎn)量更易受播種方式影響。播種方式對草地產(chǎn)量的影響順序表現(xiàn)為箭筈豌豆干草產(chǎn)量 ＞草地干草總產(chǎn)量＞箭筈豌豆鮮草產(chǎn)量＞燕麥干草產(chǎn)量＞草地鮮草總產(chǎn)量＞燕麥鮮草產(chǎn)量。

2.4 播種方式對干草營養(yǎng)成分的影響

播種方式對混播草地干草的CP、CF、EE和NFE 含量有顯著影響 (P＜0.05)(表 4)，對 CA 影響較小(P＞0.05)。SB下干草的CF含量顯著高于其他播種方式 (P＞0.05)；而 CP、EE 和 NFE 含量顯著低于其他播種方式 (P＞0.05)。JT2下 CP、EE 和NFE含量最大，CF最小。間行條播下干草CP含量顯著大于撒播和同行條播(P＜0.05)，而CF含量小于撒播和同行條播。TT2比TT1可顯著增加干草的NFE、EE含量，減少CF含量。

方差分析表明，播種方式對營養(yǎng)成分受的影響大小表現(xiàn)為 CF＞NFE＞CP＞EE＞CA。

2.5 播種方式對草地能量產(chǎn)量的影響

播種方式顯著影響1 kg干物質(zhì)的TDN、DE和ME 值 (P＜0.05)(表 5)，而播種方式對 1 kg 干物質(zhì)的 GE 值幾無影響 (P＞0.05)。TT1下 1 kg 干物質(zhì)的GE、TDN、DE和ME值均達(dá)最大值，JT1下TDN、DE和ME值最低。

播種方式極顯著影響混播草地的能量產(chǎn)量(P＜0.01) (表5)。同行條播下草地總能量產(chǎn)量大于間行條播，TT1下混播草地的GE、TDN、DE和ME值均大于其他播種方式，JT1下能量產(chǎn)量最低，僅為TT1產(chǎn)量的83%。

1 kg干物質(zhì)的能量受播種方式影響表現(xiàn)為ME ＞TDN＞DE＞GE，能量產(chǎn)量受播種方式影響表現(xiàn)為DE＞ME＞TDN＞GE。

3 討論

3.1 播種方式對混播草地產(chǎn)量的影響

播種方式改變?nèi)郝涿芏?、同種個體距離、鄰株種類和大小的同時，限制了植株可利用的水、肥、氣、熱、光照、空間等生態(tài)因子[10]，種內(nèi)和種間競爭影響了兩種植物的株高、分蘗(枝)數(shù)和密度。單株生物量可反映植物的適合度[11]和物質(zhì)能量累積能力[12-13]，分蘗數(shù)、株高是決定禾本科飼草單株生物量的主要因子[14]，撒播和同行條播利于增加株高，間行條播利于增大分蘗(枝)數(shù)，使不同播種方式下單株生物量表現(xiàn)出顯著差異。生物量優(yōu)先向可減緩或克服限制因子的構(gòu)件分配[15-16]，播種方式對莖葉分配和根分配的影響，是決定單株可收獲地上產(chǎn)量差異的關(guān)鍵。

表4 播g m方式對燕麥和箭筈豌豆播草地干草ay 營nu 養(yǎng)成分的影響Ta ble 4 Effect of sow in種ethod on A vena sativa and混Vicia sativa h trient con tent in m ix ed grasslan d播種方式Sowing meth od粗蛋白Crude protein/%纖維Co粗arse fiber/%粗脂肪Ether extract/%粗灰分Coarse ash/%無氮浸出物Nitrogen free ex tract/%SB 9.46 ± 0.26d 50.9 2 ± 1.81a 1.87 ± 0.34 c 7.23 ± 0.07 a 27.54 ± 2.31d TT1 10.21 ± 0.25c 48.6 3 ± 2.14b 1.92 ± 0.35 c 7.25 ± 0.18 a 30.34 ± 2.08c TT2 11.44 ± 0.54b 42.3 8 ± 0.87c 2.01 ± 0.27 b 7.25 ± 0.08 a 32.17 ± 2.11b JT1 12.27 ± 0.61a 40.1 2 ± 1.27d 2.05 ± 0.22 b 7.24 ± 0.11 a 32.43 ± 1.81b JT2 12.51 ± 1.12a 38.4 9 ± 0.61e 2.12 ± 0.08 a 7.26 ± 0.12 a 36.82 ± 1.33a F 5.31 12.08 4.29 1.83 9.51 P＜0.001＜0.001＜0.001 0.078＜0.001 CP, Crude protein; CF, Co arse fiber; EE, Ether extract; CA, Co arse ash; NF E, Nitrogen free extract. 表5 播種方式對燕麥和筈豆混播地量產(chǎn)an 量d V 的響Ta ble 5 Effect o f sow in g m ethod on energy p箭rodu豌ction of A草vena能sativa影icia sativa m ixed grasslan d播So種式方wing method 1 kg干質(zhì)的能量Energy of 1kg物 dry matter/(MJ·kg-1)能量產(chǎn)量Energy production/(MJ·hm-2)總能GE可消化TD養(yǎng)總量分N消能化DE代能謝ME總能GE可消化TD養(yǎng)總量分N消能化DE代能謝ME SB 16.7 9 ± 0.64a 92.12 ± 1.08a 16.99 ± 1.08 ab 13.94 ± 0.39a 206 97 2.00 ± 212.34 b 1 135 90 4.68 ± 602.11b 209 543.21 ± 502.36b171 85 4.93 ± 478.35b TT1 17.0 7 ± 0.54a 93.50 ± 1.12a 17.25 ± 0.82 a 14.15 ± 0.34a 219 51 2.12 ± 642.11 a1 202 03 1.17 ± 186.35a 221 741.84 ± 478.64a181 85 9.54 ± 369.56a TT2 16.6 3 ± 0.38a 90.51 ± 2.41ab 16.69 ± 0.48 b 13.69 ± 0.42b 190 17 2.84 ± 435.28 c1 035 26 9.81 ± 532.24c 190 978.83 ± 613.57c156 62 9.54 ± 368.79c JT1 16.4 9 ± 0.61a 89.43 ± 1.47b 16.50 ± 0.69 b 13.53 ± 0.21b 183 13 3.60 ± 248.67 d 993 28 6.15 ± 228.52d 183 234.13 ± 612.84e150 27 7.73 ± 546.38d JT2 17.0 6 ± 0.27a 92.59 ± 3.06a 17.08 ± 0.47 a 14.01 ± 0.09a 187 68 7.40 ± 487.54 d 1 018 70 9.66 ± 325.52c 187 923.94 ± 652.24d154 12 4.13 ± 476.34c F 1.36 3.61 3.53 3.85 12.2 7 49.7 8 68.5 4 51.65 P 0.08 4 0.047 0.038 0.016＜0.001＜0.001＜0.001＜0.0 01 GE, gath ered en ergy; TD N, to tal digestib le nutrients; DE, digestiv e energy; ME, metabolic energy.

播種方式對群落組成、草層高度、植株密度和個體大小的影響，集中表現(xiàn)為混播草地產(chǎn)量值的大小，而兩種植物的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率決定了草地產(chǎn)量品質(zhì)的差異。箭筈豌豆產(chǎn)量值和貢獻(xiàn)率變異范圍分別在 528～3 046 kg·hm-2和 1.49%～27.69%，對混播草地生產(chǎn)力的影響顯著大于燕麥。播種方式對草地干草產(chǎn)量影響大于鮮草產(chǎn)量，或許播種方式改變草地群落通透性、土壤含水量的同時[17]，影響了植株體內(nèi)水分?jǐn)?shù)量和形式。體內(nèi)水分含量可反映植株的成熟度及適口性[18]，因兩種植物對水分吸收、利用及貯藏方式不同[19-20]，故箭筈豌豆含水量低于燕麥，但播種方式對箭筈豌豆含水量影響大于燕麥。枝條密度與單株生物量是決定禾本科草地產(chǎn)量的第一、第二因子[21]，本研究中密度最小的撒播和密度最大的20 cm同行混播，最終干草產(chǎn)量幾乎相等，而單株生物量最大的30 cm同行混播其草地產(chǎn)量較低，故決定混播草地產(chǎn)量的主要因素還有待于深入研究。

3.2 播種方式對草地飼草品質(zhì)的影響

播種方式引起混播草地的同化作用速度及物質(zhì)合成能力不同[22]，使混播草地干草營養(yǎng)成分發(fā)生變化[23]。播種方式對粗纖維和無氮浸出物的影響遠(yuǎn)大于粗蛋白，與其他豆禾混播研究結(jié)果不盡相同[24-25]，無氮浸出物可反映植物的光合速率、物質(zhì)合成及轉(zhuǎn)化效率[26]，其組成和含量受飼草種類、發(fā)育階段及采樣時間的影響，播種方式對草地群落組成、株高、莖葉比例及含水量的影響，使無氮浸出物和粗纖維成為易受播種方式影響的營養(yǎng)成分。

播種方式對1 kg干物質(zhì)的GE影響較小，結(jié)果與單播多年生牧草相似[10]。但對1 kg干物質(zhì)的TDN、DE和ME有顯著影響，其中ME受播種方式影響最大。窄行播種下植株高度、密度均較高，提升了頂部位葉高度和改變了位葉張角，頂部1～3位葉對植物光合作用貢獻(xiàn)率大于70%，葉綠素含量與光合特性大于其他位葉[27-28]，有利于干生物量的合成與累積，使20 cm同行混播下1 kg干物質(zhì)的能量值和草地能量產(chǎn)量顯著高于其他播種方式。間行條播利于提高飼草的粗蛋白和粗脂肪含量，但干草產(chǎn)量、1 kg干物質(zhì)能量和能量產(chǎn)量顯著低于撒播和同行條播，以犧牲產(chǎn)量而提升質(zhì)量的播種方式不符合高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)目標(biāo)。故探究能夠同時提高混播草地飼草產(chǎn)量和質(zhì)量的栽培技術(shù)，是進(jìn)一步解決該區(qū)飼草缺乏和品質(zhì)低劣等問題的研究方向。

4 結(jié)論

播種方式對燕麥和箭筈豌豆個體株高、分蘗數(shù)及單株生物量有顯著影響，對相同播種量下混播草地的群落組成、植株密度、生物量結(jié)構(gòu)、牧草產(chǎn)量及營養(yǎng)價值有顯著影響?；旌先霾ハ?，箭筈豌豆個體少而小，豆科對草地產(chǎn)量貢獻(xiàn)率低。30 cm同行播種下，雖燕麥和箭筈豌豆單株生物量最大，因群落密度低而使草地產(chǎn)量較低。30 cm間行條播下，箭筈豌豆產(chǎn)量貢獻(xiàn)率最大、混播草地牧草品質(zhì)最高，但草地干草產(chǎn)量和能量產(chǎn)量較低。20 cm同行條播下，草地干草產(chǎn)量和能量產(chǎn)量最高，飼草營養(yǎng)價值高于撒播，適合于大田推廣。