多花黑麥草+箭筈豌豆混播草地地上生物量和營養(yǎng)品質(zhì)動態(tài)研究

茍文龍，李 平，張建波，王 婷，馬 嘯，周 俗，白史且，師尚禮*

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，甘肅 蘭州 730070； 2. 四川省草原科學研究院，四川 成都 611731；3. 西南大學生命科學學院，四川 綿陽 621000； 4. 四川農(nóng)業(yè)大學草業(yè)科學系, 四川 成都 611130)

糧改飼是落實黨中央、國務院關于加快農(nóng)業(yè)供給側結構改革，推進農(nóng)業(yè)結構調(diào)整的重大部署。四川具有豐富的冬閑田地資源和水熱條件優(yōu)勢，針對農(nóng)業(yè)供給側結構改革需要，提出利用冬閑田地開展冷季型一年生牧草多花黑麥草(LoliummultiflorumLam.)與飼用玉米(ZeamaysL.)輪作的飼草高效生產(chǎn)系統(tǒng)，經(jīng)草食牲畜高效轉化，具有巨大生產(chǎn)潛力和經(jīng)濟效益[1-2]。在種植多花黑麥草過程中，采用禾豆混播不僅可以提高單位面積的產(chǎn)草量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量，還能提高土壤肥力，減少工業(yè)氮肥的施用，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染[3-4]。

以往許多研究將人工草地生產(chǎn)性能等同于牧草產(chǎn)量，將牧草產(chǎn)量的差異作為評定不同建植與管理方式下人工草地生產(chǎn)性能的主要指標，具有一定的局限性[5-6]。禾豆混播草地的生產(chǎn)性能受多種因素相互作用，其評價不僅要考慮牧草產(chǎn)量，同時還要考慮種間相容性、種群穩(wěn)定性、牧草品質(zhì)以及地下根系生長等諸多因素[7]。由于禾豆混生群落中不可避免地存在著或強或弱的種間競爭，因此并不是任何物種組合的混播草地都具有比禾草單播草地產(chǎn)量高的優(yōu)勢[8-9]。禾豆混播組成和比例選擇合理與否直接影響著混播牧草潛力的發(fā)揮[10]。目前在我國南方關于多花黑麥草與箭筈豌豆(ViciasativaL.)、紫云英(AstragalussinicusL.)、光葉紫花苕(ViciavillosaRoth var. glabrescens)、金花菜(MedicagopolymorphaL.)等一年生豆科牧草混播的研究報道不少[11-14]，但對其地上生物量和營養(yǎng)品質(zhì)動態(tài)研究的報道較少[15-16]，從干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量以及可消化干物質(zhì)產(chǎn)量對其地上生物量和營養(yǎng)品質(zhì)進行系統(tǒng)的分析評價研究尚未見報道。為此，本試驗在四川農(nóng)區(qū)開展了多花黑麥草與箭筈豌豆混播牧草地上生物量和營養(yǎng)品質(zhì)的動態(tài)研究，從干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量和可消化干物質(zhì)產(chǎn)量對混播組合進行綜合評價，篩選最佳混播組合，確定適應當?shù)刈匀粭l件的混播比例，以期為四川農(nóng)區(qū)冬閑田地建立高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)一年生禾豆混播草地提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)自然概況

試驗地位于四川省草原科學研究院大邑縣韓場鎮(zhèn)試驗基地內(nèi)，位于北緯30°25′，東經(jīng)103°45′，海拔475 m，屬大陸性熱帶濕潤季風氣候。年平均氣溫15℃，最熱月7月平均氣溫26.1℃，最冷月1月平均氣溫5.5℃，極端最低氣溫—4.8℃，極端最高氣溫35.1℃，年降水量1 300 mm。土壤為黃粘土，pH 6.74，有機質(zhì)32.2 mg·kg-1，堿解氮185 mg·kg-1，有效磷41.8 mg·kg-1，速效鉀127.3 mg·kg-1。全年日照時數(shù)1 033.8 h，年平均無霜期284 d。

1.2 供試材料

長江2號多花黑麥草(LoliummultiflorumLam‘Changjiang No. 2’)，純凈度98%，發(fā)芽率92%，由四川農(nóng)業(yè)大學草學系提供；川北箭筈豌豆(ViciasativaL‘Chuanbei’)，純凈度95%，發(fā)芽率94.5%，由四川省農(nóng)科院土肥所提供。

1.3 試驗設計

試驗共設5個處理，100%多花黑麥草(H)；75%多花黑麥草+25%箭筈豌豆(HJ1)；50%多花黑麥草+50%箭筈豌豆(HJ2)；25%多花黑麥草+75%箭筈豌豆(HJ3)；100%箭筈豌豆(J)，每個處理3個重復。小區(qū)面積15 m2(3 m×5 m)，區(qū)組間隔0.8 m，小區(qū)間隔1 m，采用完全隨機區(qū)組排列。試驗于2016年9月28日播種，采用撒播，撒播時，多花黑麥草和箭筈豌豆分開撒播。多花黑麥草單播播種量22.5 kg·hm-2，箭筈豌豆單播播種量75 kg·hm-2，混播組合中每個草種播種量是用混播組合中該草種的混播比例與單播播種量的乘積來表示。試驗采用統(tǒng)一管理，分別在翌年的1月4日(多花黑麥草分蘗期，箭筈豌豆分枝期)、3月14日(多花黑麥草拔節(jié)期，箭筈豌豆分枝期)、4月21日(多花黑麥草孕穗期，箭筈豌豆現(xiàn)蕾期)、5月19 日(多花黑麥草乳熟期，箭筈豌豆盛花期)4個時期進行刈割。

1.4 測定內(nèi)容與方法

株高：在每次刈割前，分別從各小區(qū)隨機選取組分草種各15株，用皮尺測定自然高度；分蘗(枝)數(shù)：在小區(qū)內(nèi)隨機取0.5 m×0.5 m樣方刈割，統(tǒng)計樣方內(nèi)混播組合草種的分蘗(枝)數(shù)；地上生物量：在小區(qū)內(nèi)隨機取1 m×1 m樣方，自地面5cm刈割牧草，稱其鮮重。取1 kg樣品烘干后稱重，測干物質(zhì)(dry matter,DM)，再粉碎，過40目篩，用FOSS8400型全自動凱氏定氮儀測定樣品粗蛋白(crude protein,CP)；用ANKOM 2000i全自動纖維分析儀測定中中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid washing fiber,AWF)含量；用ANKOM Daisy II型體外模擬培養(yǎng)箱測定牧草的體外干物質(zhì)消化率(invitrodry matter digestibility)。莖葉比：測地上生物量的同時取代表性的草樣200 g，將禾草和豆草的莖、葉、花序分開，烘干后稱重，計算各自占總重的百分數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

以小區(qū)觀測值為統(tǒng)計變量，采用軟件SPSS 24.0進行方差分析與多重比較；采用軟件GraphPad Prism 5進行制圖。

2 結果與分析

通過對多花黑麥草—箭筈豌豆的單播與混播草地田間生產(chǎn)性狀和營養(yǎng)品質(zhì)指標進行方差分析(表1)，發(fā)現(xiàn)混播比例對分蘗/分枝數(shù)、粗蛋白含量、單茬/累計干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量和可消化干物質(zhì)產(chǎn)量具有顯著性影響(P<0.05)，對株高、莖葉比、干物質(zhì)含量、中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量和可消化干物質(zhì)含量無顯著性影響；刈割時期只對多花黑麥草分蘗數(shù)和單茬干物質(zhì)產(chǎn)量無顯著性影響，對其余指標具有顯著性影響(P<0.05)；混播比例與刈割茬次對箭筈豌豆分枝數(shù)、莖葉比、粗蛋白含量、可消化干物質(zhì)含量和累計干物質(zhì)產(chǎn)量有交互效應(P<0.05)。

2.1 分蘗(分枝)數(shù)動態(tài)

第一茬刈割，多花黑麥草分蘗數(shù)隨其混播比例減少而顯著降低(P<0.05)；而箭筈豌豆分枝數(shù)隨其混播比例增加而顯著增加(P<0.05)(表2)。第二茬和第四茬刈割，多花黑麥草分蘗數(shù)無顯著性差異，但是混播草地的箭筈豌豆分枝數(shù)顯著低于箭筈豌豆單播草地(P<0.05)。第三茬刈割，混播組合HJ1(75%多花黑麥草+25%箭筈豌豆)的分蘗數(shù)顯著高于HJ3(25%多花黑麥草+75%箭筈豌豆)(P<0.05)，單播箭筈豌豆的分枝數(shù)顯著高于混播(P<0.05)。

表1 混播比例和刈割時期對田間生產(chǎn)性狀和營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 1 Effects of grass/legume ratio,cutting time and their interaction on parameters of field performance and nutrient value

表2 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆分蘗(分枝)數(shù)動態(tài)Table 2 The dynamics of the number of tillers and branches of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture/tillers·m-2

注：不同大寫字母表示同行差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示同列差異顯著(P<0.01)。下同

Note:Different capital letters in same row indicate significant difference at the 0.05 level,different lowercase letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level. The same as below

2.2 株高動態(tài)

在四茬刈割過程中，混播組合HJ1、HJ2、HJ3中多花黑麥草和箭筈豌豆比其單播高度基本都有所增加，但無顯著性差異(表3)。第一茬刈割，混播組合HJ3中的箭筈豌豆株高顯著高于HJ1(P<0.05)，這可能與混播草地建植過程中箭筈豌豆優(yōu)勢提高有關。

表3 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆株高動態(tài)Table 3 The dynamics of the plant height of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture/ cm

2.3 莖葉比動態(tài)

隨著刈割時期推遲，植株的生長發(fā)育，莖稈生長速度加快，莖稈明顯增粗，葉量減少，莖葉比呈上升趨勢(表4)。豆科牧草箭筈豌豆單播的四茬刈割莖葉比分別是1.74，0.74，0.87和2.01，由于箭筈豌豆是葉卷須半攀援性草本，莖比較長，在生長前期(第一茬刈割)，植株葉含量較少，主要由莖構成，使得莖葉比較大。在生長旺盛期(第二茬、第三茬刈割)，隨著分枝數(shù)增加，植株個體擴大，葉量豐富，導致莖葉比下降。在生長后期(第四茬刈割)，由于莖稈老化，部分葉片出現(xiàn)枯萎、死亡，使得莖葉比增加。

在生長前期(第一茬刈割)，多花黑麥草葉量豐富，箭筈豌豆莖多葉少，導致莖葉比呈現(xiàn)增加趨勢。多花黑麥草在生長旺盛期莖稈生長速度加快，莖稈明顯增粗，箭筈豌豆分枝多，葉量增加，導致多花黑麥草在第二茬、第三茬莖葉比最大，箭筈豌豆莖葉比最小。第四茬后在多花黑麥草較強的競爭壓力下，箭筈豌豆長勢較弱，有的甚至消失，由于禾豆混播前期貯存的養(yǎng)分，促進了后期多花黑麥草生長，導致莖葉比增加。

表4 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆莖葉比動態(tài)Table 4 The dynamics of the stem/leaf of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture

2.4 地上生物量動態(tài)

由圖1所示，單播多花黑麥草(處理H)最高干物質(zhì)產(chǎn)量(4 471.43 kg·hm-2)出現(xiàn)在第一茬刈割，占累計干物質(zhì)產(chǎn)量的26.49%；單播箭筈豌豆(處理J)最高干物質(zhì)產(chǎn)量(2 946.67 kg·hm-2)出現(xiàn)在第二茬刈割，占累計干物質(zhì)產(chǎn)量的28.22%；混播組合HJ1、HJ2、HJ3的干物質(zhì)產(chǎn)量以第三茬刈割最高，分別為5 055.06 kg·hm-2，5 232.21 kg·hm-2，4 457.56 kg·hm-2，占各自累計干物質(zhì)產(chǎn)量的28.92%，27.49%和26.87%?；觳ソM合HJ2的4次累計干物質(zhì)產(chǎn)量最高，達19 030.45 kg·hm-2；處理J的累計干物質(zhì)產(chǎn)量最低10 440.42 kg·hm-2。隨著刈割茬次的增加，干物質(zhì)含量和累計干物質(zhì)產(chǎn)量顯著增加(P<0.05)；第三茬與第四茬之間的累計干物質(zhì)產(chǎn)量無顯著性差異。

2.5 粗蛋白含量及其蛋白產(chǎn)量動態(tài)

由圖2可知，多花黑麥草與箭筈豌豆混播牧草粗蛋白含量高于多花黑麥草單播而低于箭筈豌豆單播，隨著混播組合中箭筈豌豆比例增加，牧草粗蛋白含量基本呈增加趨勢，除單播箭筈豌豆(處理J)第二茬刈割牧草粗蛋白含量(32.11% DM)高于第一茬刈割牧草粗蛋白含量(28.78% DM)外，其余處理基本隨著刈割時期延遲，牧草粗蛋白含量呈下降趨勢。第一茬和第二茬刈割，隨著箭筈豌豆混播比例增加其粗蛋白含量顯著增加(P<0.05)；第三茬和第四茬刈割，處理HJ1、HJ2、HJ3中牧草粗蛋白含量與單播多花黑麥草(處理H)差異不顯著，但顯著低于處理J(P<0.05)。

圖1 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆干物質(zhì)含量、單次干物質(zhì)產(chǎn)量和累計干物質(zhì)產(chǎn)量動態(tài)Fig.1 The dynamics of the dry matter,dry matter production at each harvest and cumulative dry matter production of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture

單播多花黑麥草(處理H)及混播組合HJ1、HJ2和HJ3，在第一茬刈割粗蛋白產(chǎn)量達到最高，分別為766.85 kg·hm-2，853.16 kg·hm-2，853.16 kg·hm-2和1 047.10 kg·hm-2；單播J在第二茬刈割粗蛋白含量最高達到32.11%，粗蛋白產(chǎn)量最高達到946.18 kg·hm-2。從累計粗蛋白產(chǎn)量看，混播組合HJ2最高達到3 130.66 kg·hm-2，其次是混播組合HJ3較高達到3 114.33 kg·hm-2，再次是單播箭筈豌豆(處理J)達到2 813.38 kg·hm-2，單播多花黑麥草(處理H)最小達到2 328.47 kg·hm-2。

2.6 體外消化率與可消化干物質(zhì)產(chǎn)量動態(tài)

由圖3可知，隨著牧草刈割時期推遲，不同混播比例草地的干物質(zhì)體外消化率顯著降低(P<0.01)，但處理J(單播箭筈豌豆)的干物質(zhì)體外消化率先增加后降低(P<0.01)。處理H在第一茬刈割可消化干物質(zhì)產(chǎn)量最高為3 688.39 kg·hm-2，處理HJ1在第三茬刈割可消化干物質(zhì)產(chǎn)量最高達到3 373.07 kg·hm-2，處理HJ2在第二茬刈割可消化干物質(zhì)產(chǎn)量最高達到3 987.40 kg·hm-2，處理HJ3在第三茬刈割可消化干物質(zhì)產(chǎn)量最高達到3 386.41 kg·hm-2，處理J在第二茬刈割可消化干物質(zhì)產(chǎn)量最高達到2 226.21 kg·hm-2。從累計可消化干物質(zhì)產(chǎn)量來看，混播組合HJ2最高達到13 214.14 kg·hm-2，其次是混播組合HJ1較高達到12 318.56 kg·hm-2，再次是處理H達到11 796.53 kg·hm-2，處理J最小達到7 403.88 kg·hm-2。

圖2 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆粗蛋白含量、單次粗蛋白產(chǎn)量和累計粗蛋白產(chǎn)量動態(tài)Fig.2 The dynamics of crude protein,crude protein production at each harvest and cumulative crude protein production of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture

2.7 中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維含量動態(tài)

牧草中性洗滌纖維(NDF)含量與家畜對干物質(zhì)采食量呈負相關，NDF含量與家畜干物質(zhì)采食量(DMI)的相關系數(shù)為—0.76，如果NDF含量增加，家畜采食量將會下降；酸性洗滌纖維(ADF)含量直接影響牧草的消化率[17]，其含量越高，牧草消化率越低。由圖4可見，隨牧草生長發(fā)育及刈割時期的推遲，NDF和ADF含量不斷增加,在最后一茬刈割時,NDF、ADF含量都達到最大值。第一茬刈割，隨著箭筈豌豆混播比例增加，處理H、HJ1、HJ2、HJ3、J莖葉比分別為0.32,0.38，0.47，0.57，1.74，呈增加趨勢，導致第一茬NDF、ADF含量基本隨著箭筈豌豆混播比例增加的而逐漸增加。第二、三、四茬刈割，箭筈豌豆NDF含量均低于多花黑麥草，而在生長后期，箭筈豌豆ADF含量要高于多花黑麥草，這可能與牧草生長后期木質(zhì)素的積累有關。

圖3 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆體外干物質(zhì)消化率、單次體外干物質(zhì)產(chǎn)量和累計體外干物質(zhì)產(chǎn)量動態(tài)Fig.3 The dynamics of the in vitro dry matter digestibility,in vitro dry matter digestibility production at each harvest and cumulative in vitro dry matter digestibility production of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture

3 討論

3.1 禾豆混播能促進植株生長及提高產(chǎn)草性能

Brooker等認為在牧草生長過程中，混播牧草種內(nèi)與種間競爭發(fā)生不同程度的轉移，種間相互關系表現(xiàn)為互惠與競爭的動態(tài)平衡[18]。在多花黑麥草與箭筈豌豆混播草地中，由于牧草生長初期多花黑麥草與箭筈豌豆個體較小，資源需求強度較弱，多花黑麥草對箭筈豌豆蔭蔽度較小，箭筈豌豆依賴自身生長特性橫向擴展;在拔節(jié)期，混播牧草個體變大，資源需求增強，促使多花黑麥草株高迅速增加，對箭筈豌豆的蔭蔽度增強，行間光照已不能滿足箭筈豌豆生長需求，箭筈豌豆為了獲得生存所需光照就以多花黑麥草直立莖為攀援體向上生長，增強植物頂端對光照競爭。箭筈豌豆株高增加促進多花黑麥草向更高處生長，多花黑麥草與箭筈豌豆株高變化具有比單播植株高度高的趨同現(xiàn)象，導致混播牧草的種內(nèi)種間競爭關系趨于復雜化，混播草地種間關系表現(xiàn)為互惠與競爭的動態(tài)平衡。這與張靜等對燕麥和毛苕子混播草地互惠與競爭的動態(tài)平衡的研究結果基本一致[19]。本研究表明，在四茬刈割中，混播組合HJ1、HJ2、HJ3中多花黑麥草和箭筈豌豆株高比其單播株高基本都有所增加，這與馬春暉等在冬牧70黑麥+箭筈豌豆混播中的研究結果基本一致[20]。在適宜生長的水熱條件下,箭筈豌豆根瘤菌旺盛生長,所產(chǎn)生的氮素為多花黑麥草分蘗提供物質(zhì)基礎，極大地促進多花黑麥草的分蘗，使得多花黑麥草與箭筈豌豆混播比多花黑麥草單播多數(shù)情況下分蘗數(shù)增加，箭筈豌豆基本隨著混播比例增加，其分枝數(shù)呈增加趨勢。因此，禾豆混播能促進植株生長及增加分蘗分枝數(shù)，從而提高產(chǎn)草性能。

圖4 單播及混播多花黑麥草與箭筈豌豆中性洗滌安為先與酸性洗滌纖維含量動態(tài)Fig.4 The dynamics of neutral detergent fiber and acid detergent fiber of annual ryegrass and common vetch in both monoculture and mixture

3.2 禾豆混播能有效提升牧草品質(zhì)

在禾豆混播草地中，禾草能夠利用豆草固定的氮素；豆草本身是一種高蛋白質(zhì)牧草，因而增加了混播草地蛋白質(zhì)含量。豆草加入使得原有禾草草地質(zhì)量得到提高[21]。本研究表明，多花黑麥草與箭筈豌豆混播，比禾豆單播不僅提高了牧草產(chǎn)量，而且比單播多花黑麥草粗蛋白質(zhì)含量有較大幅度提高，多花黑麥草與箭筈豌豆混播牧草粗蛋白含量介于多花黑麥草單播和箭筈豌豆單播之間。隨著刈割時期推遲，其牧草粗蛋白含量呈降低趨勢，這可能與牧草莖葉比的增加有關。這與韓建國等進行的一年生燕麥與豌豆混播試驗結果基本一致[22]。

NDF與ADF是牧草營養(yǎng)品質(zhì)的一個重要參數(shù)，隨著刈割時期推遲，其NDF與ADF含量呈增加趨勢，有助于提高干物質(zhì)產(chǎn)量[23]。李佶愷等在西藏研究了燕麥與箭筈豌豆混播草地，結果表明在燕麥播種量不變的情況下,隨著箭筈豌豆混播比例的增加，NDF和ADF含量降低[24]。而本研究結果與其不一致，在多花黑麥草與箭筈豌豆混播草地建植初期(第一茬刈割)，隨著箭筈豌豆混播比例增加，NDF和ADF含量呈增加趨勢；第二茬與第三茬刈割，各處理牧草NDF和ADF含量差異均不顯著；第四茬刈割，隨著箭筈豌豆混播比例增加，各處理牧草NDF和ADF含量基本呈降低趨勢。已有研究表明，牧草的木質(zhì)素主要形成于生長后期(Carmi et al,2006)[25]。導致結果不一致的原因可能與箭筈豌豆較低競爭力和不同刈割茬次之間的箭筈豌豆生育期不一致有關。體外干物質(zhì)消化率取決于牧草營養(yǎng)組成，纖維含量(NDF和ADF)降低及粗蛋白含量增加有助于提高體外干物質(zhì)消化率。本研究當中，體外干物質(zhì)消化率與牧草中的粗蛋白含量成正相關，與NDF和ADF含量成負相關。

3.3 多花黑麥草與箭筈豌豆混播最優(yōu)組合篩選

從累計干物質(zhì)產(chǎn)量來看，HJ2>HJ1>H>HJ3>J；從累計粗蛋白產(chǎn)量來看，HJ2>HJ3>J > HJ1> H；從累計可消化干物質(zhì)產(chǎn)量來看，HJ2>HJ1>H>HJ3> J。綜合考慮累計干物質(zhì)產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量和可消化物質(zhì)產(chǎn)量，以混播組合HJ2(多花黑麥草50%+箭筈豌豆50%)表現(xiàn)最好。合理的刈割制度有助于提高飼草的產(chǎn)量和改善營養(yǎng)品質(zhì)。本研究中，處理HJ2第三茬與第四茬的累計干物質(zhì)產(chǎn)量、累計粗蛋白產(chǎn)量、累計可消化物質(zhì)產(chǎn)量差異不顯著，其他處理H、HJ1、HJ3和J的結果也與其一致。為提高土地產(chǎn)出率和節(jié)約成本，多花黑麥草—箭筈豌豆混播草地刈割三茬最好。

4 結論

綜合多花黑麥草—箭筈豌豆混播草地的田間生產(chǎn)性狀和牧草營養(yǎng)品質(zhì)指標，在南方地區(qū)宜選擇多花黑麥草50%+箭筈豌豆50%建植一年生人工混播草地；刈割三茬能夠提高牧草產(chǎn)量和改善營養(yǎng)品質(zhì)，并且減低生產(chǎn)成本。