西藏高寒區(qū)禾-豆混播對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及土壤養(yǎng)分的影響

周娟娟，白瑪嘎翁，魏 巍，德科加

(1.省部共建青稞和牦牛種質(zhì)資源與遺傳改良國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西藏 拉薩 850009；2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院草業(yè)科學(xué)研究所，西藏 拉薩 850009；3.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海 西寧 810016)

禾本科與豆科(禾-豆)混播是最為常見的人工草地建植方式，其具有提高牧草生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和控制雜草等優(yōu)勢(shì)[1]，并在高寒農(nóng)區(qū)和雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)得到廣泛應(yīng)用[2-3]。國(guó)內(nèi)外科研工作者在禾-豆混播草地的空間和養(yǎng)分利用率、種間關(guān)系、土壤保育效應(yīng)等方面進(jìn)行了大量的研究[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，禾本科和豆科混播可通過種間互補(bǔ)協(xié)同利用空間、光能、養(yǎng)分和水分，提高了光資源利用效率，優(yōu)化了根系構(gòu)型，進(jìn)而提高牧草產(chǎn)量[6-7]。禾本科植物能夠刺激豆科作物的結(jié)瘤提高固氮能力[8]，一部分供自我利用，多余的部分回歸土壤，增加土壤氮含量；禾-豆混播能夠改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)土壤微生物活性、酶活性，加速有機(jī)物分解，有效增加土壤養(yǎng)分積累[9-10]；提高混播中豆科植物的比例有利于土壤有效磷的增加[11]，單播與混播系統(tǒng)相比，會(huì)造成土壤養(yǎng)分不均衡利用，豆科牧草單播降低了有效磷的量，禾本科牧草單播降低土壤堿解氮的含量[12]。因此，建植禾-豆混播草地的關(guān)鍵在于選擇正確的品種組合及平衡混播組合間的關(guān)系。

西藏位于青藏高原腹地，肩負(fù)著國(guó)家生態(tài)安全屏障和畜牧業(yè)基地的雙重使命[13]。牧草增產(chǎn)增收、土壤環(huán)境改善和土壤肥力提升需要兼顧。豆科植物的生物固氮途徑是一種綠色、可持續(xù)的氮源[14]，禾-豆混播優(yōu)勢(shì)凸顯[7]，因此，開展禾-豆混播人工草地建植，探索合理的混播模式，是實(shí)現(xiàn)西藏地區(qū)人工草地系統(tǒng)可持續(xù)生產(chǎn)利用的有效途徑。本研究以燕麥(A.sativa)、箭筈豌豆(V.sativa)、飼用豌豆(P.arvense)為材料，開展單播及相互混播組合的比較試驗(yàn)，研究單播和混播處理下牧草的生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及不同種植方式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，以期為高寒區(qū)牧草種植及土壤可持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于拉薩市墨竹工卡縣的斯布牧場(chǎng)(E91°47′，N29°40′)，海拔4 360 m，該區(qū)為局地小氣候，夏季濕潤(rùn)多雨日照強(qiáng)，冬季干燥寒冷多大風(fēng)。年均溫5.1℃～9.1℃，最熱月(6月)平均氣溫15.1℃，年均日照時(shí)數(shù)3 012 h；年均降雨量500 mm以上，主要集中在6—9月，年蒸發(fā)量是降雨量的4倍。植物生長(zhǎng)季在5—9月，無霜期約90 d。境內(nèi)夏季多冰雹，春季時(shí)有干旱。試驗(yàn)小區(qū)為河漫灘開墾的農(nóng)田，開墾時(shí)間為2010年，農(nóng)業(yè)耕作以青稞、油菜、豌豆和燕麥為主。試驗(yàn)地主要雜草種類有野燕麥(Avenafatua)、微孔草(Microulasikkimensis)、薺(Capsellabursapastoris)、豬殃殃(Galiumaparine)等。土壤為砂質(zhì)壤土，有機(jī)質(zhì)含量為4.7%，全氮含量0.21%[15]。

1.2 供試材料

燕麥、箭筈豌豆、飼用豌豆均由青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院提供。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年進(jìn)行。設(shè)置燕麥、箭筈豌豆和飼用豌豆單播，燕麥+箭筈豌豆、燕麥+飼用豌豆不同比例混播處理，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，單播處理編號(hào)為S1～S3，混播處理編號(hào)為M4～M9。試驗(yàn)為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，9個(gè)處理，3次重復(fù)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積4 m×5 m=20 m2。4月20日開始灌水(水渠漫灌)、翻耕、平整和小區(qū)布置等準(zhǔn)備工作。4月25日進(jìn)行播種，播種方式為條播，行距30 cm，播種深度3～4 cm。9月12日進(jìn)行收獲測(cè)定牧草產(chǎn)量，并采集土壤樣品。試驗(yàn)期間不進(jìn)行施肥和灌溉，人工除雜草1次?；觳ヌ幚頌橥胁シN，播種比例計(jì)算以M4處理為例：箭筈豌豆∶燕麥=70∶30，燕麥播種量=S1(單播燕麥播種量225 kg·hm-2)×70%=157.5 kg·hm-2)，箭筈豌豆播種量=S2(單播箭筈豌豆播種量75 kg·hm-2)×30%=22.5 kg·hm-2。

1.4 測(cè)定指標(biāo)

牧草產(chǎn)量：在燕麥灌漿期(9月12日)進(jìn)行測(cè)定，每小區(qū)隨機(jī)選取1 m×1 m的樣方，留茬3 cm刈割，稱重，隨后在65℃烘箱內(nèi)烘48 h后稱重，計(jì)算鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量。

枝條數(shù)：測(cè)定產(chǎn)量前，每個(gè)小區(qū)內(nèi)按照條播條帶隨機(jī)選取1 m單行樣段，記錄總分蘗枝條數(shù)(株高>30 cm為有效枝條數(shù))，計(jì)算分枝數(shù)。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)：在收獲期間，各小區(qū)取樣面積0.5 m×0.5 m，3次重復(fù)，混合均勻后隨機(jī)取樣1.0 kg，帶回實(shí)驗(yàn)室烘干后粉碎，過0.5 mm篩，用于營(yíng)養(yǎng)價(jià)值測(cè)定。粗蛋白(CP)含量測(cè)定采用凱氏定氮法，酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量測(cè)定采用范氏洗滌纖維分析法。

土壤養(yǎng)分測(cè)定：于4月15日小區(qū)灌溉前利用土鉆對(duì)整個(gè)試驗(yàn)地“S”型采集0～10 cm和10～20 cm土層的土壤樣品作為空白對(duì)照組，9月12日牧草采收后，不同小區(qū)分別于0～10、10～20 cm土層采集土壤樣品，每個(gè)小區(qū)取樣5次混合，剔除明顯的根系及石頭后，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干。樣品均分2份，其中過0.25 mm土壤篩的樣品用于全量養(yǎng)分測(cè)定：采用重鉻酸鉀油浴加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)，半微量凱氏法測(cè)定全氮；過1 mm土壤篩的樣品用于速效養(yǎng)分測(cè)定：堿解擴(kuò)散法測(cè)定速效氮，堿熔-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷，火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀[16]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

牧草粗蛋白營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)量=單位質(zhì)量粗蛋白含量×牧草產(chǎn)量。

采用Excel軟件進(jìn)行不同處理間各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)整理及圖表的繪制，不同處理間用SPSS 16.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行DUNCAN方差檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混播處理對(duì)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.1.1 牧草產(chǎn)量 由表2可知，就鮮草產(chǎn)量而言，單播飼用豌豆S3處理、燕麥+飼用豌豆混播M8和M9處理顯著高于其他混播組合和單播處理(p<0.05)，單播燕麥(S1)的鮮草產(chǎn)量最低。對(duì)于干草產(chǎn)量而言，燕麥+箭筈豌豆混播M4、M5處理與單播箭筈豌豆(S2)差異顯著(p<0.05)；燕麥+飼用豌豆(M7～M9)混播處理與單播燕麥(S1)、單播箭筈豌豆(S2)差異顯著(p<0.05)，燕麥+箭筈豌豆混播中M4處理的干草產(chǎn)量最高，較單播燕麥(S1)干草產(chǎn)量提高11.8%，較單播箭筈豌豆(S2)提高24.5%；燕麥+飼用豌豆混播處理中M8干草產(chǎn)量最高，較單播燕麥(S1)提高28.0%，較單播飼用豌豆(S3)提高17.4%。燕麥單播枝條數(shù)367.5萬枝·hm-2，箭筈豌豆單播88.5萬枝·hm-2，飼用豌豆單播枝條數(shù)為60.0萬枝·hm-2，燕麥+箭筈豌豆混播M4處理的枝條數(shù)較燕麥單播有所增加，其他混播處理隨其播種量降低其枝條數(shù)也隨之減少。

表2 不同單播、禾-豆混播處理的牧草產(chǎn)量及枝條數(shù)變化

2.1.2 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 不同混播、單播處理間牧草的粗蛋白(CP)含量差異顯著(p<0.05)(見表3)，單播箭筈豌豆CP含量最高(19.29%)，其次為單播飼用豌豆(15.74%)，而單播燕麥CP含量最低(5.90%)，燕麥+箭筈豌豆(M4～M6)、燕麥+飼用豌豆(M7～M9)混播處理中CP含量隨著燕麥播種量的降低呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。單播箭筈豌豆(S2)和單播飼用豌豆(S3)CP產(chǎn)量顯著高于不同混播處理(M4～M9)和單播燕麥(S1)(p<0.05)，混播組合中，燕麥+箭筈豌豆M5 處理和燕麥+飼用豌豆M9處理的CP產(chǎn)量最高，增加豆科牧草播種量，CP產(chǎn)量至少提升102.0 kg·hm-2。

表3 不同單播、禾-豆混播處理的牧草營(yíng)養(yǎng)成分變化

牧草的酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)的含量在不同單播和混播處理間存在差異。單播箭筈豌豆ADF和NDF含量最低，分別為27.18%和49.29%；單播燕麥的ADF和NDF含量最高，分別為33.51%和57.39%。燕麥+箭筈豌豆(M4～M6)、燕麥+飼用豌豆(M7～M9)混播處理中ADF和NDF含量隨著燕麥播種量的降低而降低。牧草的粗脂肪(EE)含量S1處理與S2處理差異顯著(p<0.05)。

2.2 不同單播和混播處理的土壤養(yǎng)分變化

2.2.1 土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的變化 不同單播和混播處理土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的變化見圖1。不同單播、混播處理0～10 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量介于56.0～59.7 g·kg-1，S1和M4處理顯著低于其他單播和混播處理(p<0.05)，與空白對(duì)照組相比，單播燕麥S1和燕麥+箭筈豌豆混播M4處理有機(jī)質(zhì)含量有所下降，分別下降1.10、0.96 g·kg-1，其他處理與空白對(duì)照組相比土壤有機(jī)質(zhì)增加了0.82～2.56 g·kg-1，最高增加4.5%；0～10 cm土層全氮含量介于3.30～3.48 g·kg-1，單播箭筈豌豆(S2)和燕麥+箭筈豌豆混播(M6)處理較空白對(duì)照組相比全氮含量增加最多，分別增加0.15 g·kg-1和0.16 g·kg-1。10～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量介于54.4～58.0 g·kg-1，除單播燕麥(S1)和單播飼用豌豆(S3)處理外，各處理之間有機(jī)質(zhì)含量無明顯差異(p>0.05)，單播飼用豌豆(S3)土壤有機(jī)質(zhì)增加最多，增加了0.97 g·kg-1；與空白對(duì)照組相比，單播和混播處理全氮含量均有所增加，增加了0.2%～9.1%。

2.2.2 土壤速效養(yǎng)分的變化 由圖2可知，0～10 cm土層，不同單播和混播處理土壤堿解氮含量介于259.2～292.5 mg·kg-1，其中單播S2和S3處理，混播M5、M6和M9 處理土壤堿解氮含量顯著高于單播S1和混播M4、M7處理(p<0.05)；與空白對(duì)照組相比，S2、S3、M5和M6處理堿解氮含量都有不同程度增加，增幅3.04～10.29 mg·kg-1，其他處理與空白對(duì)照組相比均降低，降幅2.14～22.93 mg·kg-1。土壤有效磷含量介于30.7～40.3 mg·kg-1，S2、S3、M5、M6和M9處理顯著高于S1和M4處理(p<0.05)，與空白對(duì)照組相比，S2、M5、M6和M9處理有效磷含量有所增加，其他處理均下降?；觳ヌ幚碇型寥缐A解氮和有效磷含量隨豆科牧草播量的增加有所升高；S3、M5和M8處理土壤速效鉀含量有所增加，增幅2.09～5.22 mg·kg-1。相同處理10～20 cm土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量略低于0～10 cm土層。10～20 cm土層不同處理間土壤堿解氮含量的變化趨勢(shì)與0～10 cm土層基本一致，與空白對(duì)照組相比，S2、S3、M5、M6和M9處理堿解氮含量有所增加，增幅1.95～9.45 mg·kg-1；10～20 cm土層S1和M4處理的有效磷含量顯著低于M7、M8和M9處理(p<0.05)。

3 討 論

3.1 不同單播和混播處理對(duì)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

禾本科+豆科混播體系中，以其有提高生產(chǎn)力、增加營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和改善土壤肥力等優(yōu)勢(shì)被科研工作者長(zhǎng)期重視。禾-豆在植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、地下根系分布等方面達(dá)到生態(tài)位互補(bǔ)，可以充分利用資源制造更多的有機(jī)物質(zhì)，達(dá)到牧草增產(chǎn)的效果[17]。已有研究顯示，混播較單播草地生產(chǎn)力提高14.0%～43.2%[18]。關(guān)正翾等[12]試驗(yàn)結(jié)果表明，燕麥+箭筈豌豆同行混播25%∶75%組合生產(chǎn)性能較高；曹仲華等[19]在山南試驗(yàn)得出最佳混播比例為50%∶50%。本研究得出，燕麥+箭筈豌豆比例70%∶30%、燕麥+飼用豌豆混播組合50%∶50%時(shí)干草產(chǎn)量最高，較單播燕麥分別提高11.8%和28.0%。產(chǎn)量的變化既有相似也有不同，主要原因是受生長(zhǎng)環(huán)境、氣候條件、成土母質(zhì)和土壤肥力等多種因素的影響。盡管研究中關(guān)于混播比例多少存在差異，但混播較單播增產(chǎn)的結(jié)論是一致的。有關(guān)混播栽培牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)變化，不同的研究結(jié)果基本相同[20]。本研究結(jié)果中，豆科牧草含有更多的粗蛋白、較低的纖維；而禾本科則含有較多的碳水化合物、較高的纖維；二者混播，與禾本科單播相比可增加牧草的粗蛋白含量，降低中、酸性洗滌纖維含量，提高了牧草的品質(zhì)。

3.2 不同單播和混播處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

充足的土壤肥力是牧草生產(chǎn)的保證，有機(jī)質(zhì)和全氮儲(chǔ)量是衡量土壤質(zhì)量和肥力的重要指標(biāo)。劉文輝等[21]研究發(fā)現(xiàn)混播處理中，隨著箭筈豌豆播量提升，土壤中碳、氮儲(chǔ)量增加。本研究中，箭筈豌豆和飼用豌豆單播均能提高0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的含量，原因是豆科牧草根系固氮作用導(dǎo)致土壤全氮增加，進(jìn)而改變土壤CO2吸收能力，影響土壤碳的固定[22]?；觳ヌ幚碇?，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量最高增加2.56 g·kg-1和0.18 g·kg-1。曹仲華等[19]研究發(fā)現(xiàn)，混播后土壤有機(jī)質(zhì)最高增幅7.7%。不同研究增幅出現(xiàn)差異的主要原因可能是研究區(qū)溫度較低，有機(jī)質(zhì)分解緩慢。速效養(yǎng)分的高低表征土壤養(yǎng)分供給強(qiáng)度，是當(dāng)季植物可直接利用的養(yǎng)分。混播處理有助于提高土壤速效養(yǎng)分[23]。有研究顯示，禾-豆混播較燕麥單播有利于土壤微生物活動(dòng)、提高酶活性，加速土壤速效養(yǎng)分積累[8]。本研究結(jié)果中，燕麥單播使得0～20 cm土層土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量均有所降低，說明燕麥單播消耗了較多的速效養(yǎng)分。而燕麥+箭筈豌豆混播土壤堿解氮隨著豆科牧草種植比例的增加呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這與豆科牧草固氮作用相關(guān)；0～10 cm土層箭筈豌豆、飼用豌豆單播比燕麥+箭筈豌豆、飼用豌豆混播的土壤堿解氮略有升高，可能原因是禾本科牧草生長(zhǎng)消耗的氮素較多[24]。0～10 cm土層，禾-豆混播處理土壤有效磷含量隨豆科牧草播種比例的增加而增加，這與梁家慧等研究結(jié)果一致[25]。Li等[26]研究證明，豆禾混播中根際有機(jī)酸分泌增強(qiáng)，對(duì)土壤中穩(wěn)定磷的活化具有重要作用。本研究土壤速效鉀含量普遍高于曹仲華等[19]的研究結(jié)果，其原因可能與成土母質(zhì)、土壤類型和耕作條件有關(guān)。

4 結(jié) 論

1)西藏墨竹工卡縣開展禾-豆混播切實(shí)可行，且燕麥∶箭筈豌豆、燕麥∶飼用豌豆比例分別為70%∶30%、50%∶50%時(shí)其干草產(chǎn)量最高。混播組合中，增加豆科植物的播種比例，可有效提高牧草CP含量、降低NDF和ADF含量，提升牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)?；觳ヅc單播燕麥相比，CP產(chǎn)量至少提升102.0 kg·hm-2。

2)燕麥+箭筈豌豆、燕麥+飼用豌豆混播中，增加豆科植物的播種量可有效提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷的含量，0～10 cm土層燕麥+箭筈豌豆混播(M6)處理有機(jī)質(zhì)增加最多，提升了4.5%；10～20 cm土層M6處理全氮增加最高，提升了9.1%；0～10 cm土層單播飼用豌豆(S3)處理土壤堿解氮增加最高，提升了3.6%，單播箭筈豌豆(S2)處理土壤速效磷增加最多，提升了6.1%。進(jìn)行一年生禾-豆混播對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田保育有所幫助。