寧夏雨養(yǎng)區(qū)拉巴豆與甜高粱混播對草地產(chǎn)量和牧草品質(zhì)的影響

楊 帆，劉 卓，韓旭彪，李 劍，時興偉，蘭 劍

(1 寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2 彭陽縣畜牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏 固原 756000)

近年來，禾本科和豆科飼草混播是人工草地建植的主要方式之一[1]。與單播模式相比，“豆-禾混播草地”可充分利用空間及環(huán)境資源，在保證草地高產(chǎn)的前提下改善牧草營養(yǎng)品質(zhì)[2-4]，且豆科植物的固氮作用還能有效提高土壤肥力[5]。如祁軍等[6]以鴨茅(Dactylisglomerata)、無芒雀麥(Bromusinermis)和綠莓草(Fragariavirdis)等為試驗材料，進行了不同混播模式研究；張騫等[7]以披堿草(Elymusnutans)、早熟禾(Poapratensis)和呼倫貝爾苜蓿(Medicagofalcata)為研究對象，探討了混播對退化高寒草甸土壤養(yǎng)分和生物量的影響。但現(xiàn)有研究大多偏向于矮稈牧草作物，而隨著畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，高稈飼草作物被廣泛利用。當(dāng)前針對高稈作物的研究主要在玉米與牧草混播和套種方向[8-11]，有關(guān)甜高粱與拉巴豆的研究也主要集中在混合青貯后的品質(zhì)方面[12-13]。

隨著國家對畜牧業(yè)發(fā)展力度的不斷加大，飼草種植逐漸成為寧夏重頭產(chǎn)業(yè)之一，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)飼草的選育也是重要目標(biāo)之一。甜高粱(Sorghumdochna(Forssk.) Snowden)作為禾本科1年生飼草，是目前世界上公認的生物學(xué)產(chǎn)量最高的作物之一，其適應(yīng)性強，具有耐干旱和耐水澇等多重特點[14]，而且甜高粱在寧夏各地區(qū)早有種植并得到廣泛推廣。與普通高粱相比，甜高粱莖稈含糖量高，尤為牛羊喜食[1]。拉巴豆(Lablabpurpureus(L.)Sweet)是1年生或多年生豆科草本植物，可與玉米或高粱混播，具有草質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性廣和抗逆性強的特點[15]。因此，本研究采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，以“海?！碧鸶吡缓汀昂Ｎ帧崩投篂檠芯坎牧?，研究不同播量拉巴豆與甜高粱混播對飼草產(chǎn)量和牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期為寧夏雨養(yǎng)區(qū)甜高粱生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏回族自治區(qū)固原市彭陽縣城陽鄉(xiāng)城陽村進行。試驗地位于35°50′N,106°48′E，海拔1 600 m，屬典型的溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候。2019年生育期內(nèi)降水量626.5 mm，年平均氣溫7.4～8.5 ℃，日照時數(shù)2 311.2 h，無霜期140～170 d。試驗地土壤pH 8.7，堿解氮含量46 mg/kg，速效磷含量9.2 mg/kg，速效鉀含量94 mg/kg，有機質(zhì)含量8.4 g/kg。前茬作物為青貯玉米。

1.2 試驗材料

“海?！碧鸶吡环N子由華豐草業(yè)有限公司提供，“海沃”拉巴豆種子由北京百斯特草業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置不同播種量(T1～T4播種量依次為22.5，45.0，67.5 和90.0 kg/hm2)的拉巴豆與甜高粱(播種量為22.5 kg/hm2)混播處理，以單播甜高粱T0(播種量22.5 kg/hm2)與拉巴豆(播種量45.0 kg/hm2，只用于計算種間競爭率)為對照，共計6個處理，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積50 m2(5 m×10 m)，小區(qū)間隔2 m，四周設(shè)2 m保護行。采用雙溝三壟覆膜種植，甜高粱行距55 cm，穴株距20 cm，每穴2～3粒；拉巴豆以T1～T4設(shè)置的播種量，按比例分別點播在甜高粱四周。試驗于2019年5月2日播種，在播種前統(tǒng)一施入有機肥6 000 kg/hm2和尿素150 kg/hm2(總氮≥46.4%)。生育期內(nèi)除草4次，在甜高粱拔節(jié)期追施1次尿素(300 kg/hm2)。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀測定 在甜高粱適宜收獲期進行測產(chǎn)，去除邊緣效應(yīng)后，在小區(qū)中隨機選取9個1 m長樣段測定鮮樣，再隨機稱取500 g制成小樣帶回實驗室，60 ℃烘干6 h后測定小樣干草質(zhì)量，計算干鮮比，再根據(jù)干鮮比計算單位面積干草產(chǎn)量。每個小區(qū)隨機選取30株植株測定甜高粱株高、莖粗、單株葉片數(shù)、1～4節(jié)莖節(jié)強度、5～7節(jié)莖節(jié)強度。種間競爭率(CRi)[16]按下式計算：

CRi=(Yij/YiZij)/(Yji/YjZji)。

式中：Yij為混播中種i的產(chǎn)量，Yi為i單播時的產(chǎn)量，Zij為混播時i的比例；Yji為混播中種j的產(chǎn)量，Yj為j單播時的產(chǎn)量，Zji為混播時j的比例。本試驗中，i為甜高粱,j為拉巴豆。當(dāng)CRi>1時，物種i的種間競爭力大于物種j；當(dāng)CRi=1時，物種i的種間競爭力等于物種j；當(dāng)CRi<1時，物種i的種間競爭力小于物種j。

1.4.2 牧草營養(yǎng)成分測定 牧草烘干后粉碎，過孔徑2 mm篩，用于牧草營養(yǎng)成分測定。參照文獻[17]，粗蛋白含量測定采用凱氏定氮法，粗灰分含量測定采用灼燒法，粗脂肪含量測定采用索氏提取法；參照文獻[18]，中性洗滌纖維含量(NDF)測定采用范氏-中性洗滌法，酸性洗滌纖維含量(ADF)測定采用范氏-酸性洗滌法。各營養(yǎng)成分單位均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)。

1.4.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論[19]進行灰色關(guān)聯(lián)度分析。將營養(yǎng)指標(biāo)看作一個灰色系統(tǒng),每個處理(T0～T4)為該系統(tǒng)中的一個因素，將所測指標(biāo)的最優(yōu)值設(shè)為參考序列X0，各品種所測指標(biāo)構(gòu)成比較序列Xi。

(1)數(shù)據(jù)初始化處理。將粗蛋白和粗脂肪含量作為正向指標(biāo)，按照公式Xi′(k)=Xi(k)/X0(k)進行無量綱化處理；將粗灰分、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量作為負向指標(biāo)，按照公式Xi′(k)=X0(k)/Xi(k)進行無量綱化處理。根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)計算各點絕對差，公式為Δi(k)=|X0-Xi(k)|。上述式中，X0(k)表示參考序列第k個指標(biāo)，Xi(k)表示第i個處理的第k個指標(biāo)，Xi′(k)表示第i個處理第k個指標(biāo)無量綱化處理后的值。

(2)關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算。公式如下：

εi(k)=[minΔi(k)+ρmaxΔi(k)]/[Δi(k)+ρmaxΔi(k)]。

式中：分辨系數(shù)ρ=0.5。

(3)等權(quán)關(guān)聯(lián)度的計算。公式如下：

(4)權(quán)重系數(shù)的計算。公式如下：

Wi(k)=γi/γ。

(5)加權(quán)關(guān)聯(lián)度的計算。公式如下：

式中：n為測量指標(biāo)數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

用Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)整理，在DPS中用隨機區(qū)組試驗設(shè)計的統(tǒng)計方法進行單因素方差分析，用Origin 2017繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混播處理對甜高粱農(nóng)藝性狀的影響

由表1可以看出，不同混播處理后甜高粱農(nóng)藝性狀具有不同的表現(xiàn)。

表1 不同混播處理下甜高粱的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden under different mixed sowing treatments

5個處理中，單播甜高粱(T0)株高最高，且顯著高于T2和T4處理(P<0.05)。莖粗最大的也是T0處理，顯著高于4個混播處理(P<0.05)；T3處理莖粗最小，僅為T0處理的59.19%。5個處理間甜高粱單株葉片數(shù)為10.27～11.20片，差異不顯著(P>0.05)。不同處理間莖節(jié)強度差異顯著，T1處理1～4節(jié)莖節(jié)強度最大，顯著高于其他處理(P<0.05)，而T0、T1和T2處理5～7節(jié)莖節(jié)強度顯著高于T3和T4處理(P<0.05)。各處理的飼草干鮮比為0.19～0.24，其中T1、T2和T4處理飼草干鮮比顯著大于T0和T3處理(P<0.05)，而T3處理干鮮比顯著大于T0處理(P<0.05)。

2.2 不同混播處理對牧草地上部分種間競爭力的影響

由圖1可知，豆、禾牧草不同混播量處理下種間競爭力不同。隨著拉巴豆混播量的增加，甜高粱地上部分種間競爭力也隨之變化。T1和T2處理下，甜高粱種間競爭率大于1；T3和T4處理下其種間競爭率小于1，其中T3處理下甜高粱種間競爭率最低。這說明拉巴豆混播比例不同，影響了甜高粱在混播群體中的競爭力。

圖1 不同混播處理下甜高粱競爭率的變化Fig.1 Change of competition ratio of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden under different mixed sowing treatments

2.3 不同混播處理下飼草產(chǎn)量的比較

由圖2可以看出，不同處理下牧草鮮草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05),介于72.69～122.98 t/hm2，其中單播甜高粱(T0)鮮草產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理(P<0.05)。隨著拉巴豆混播量的增加，混合飼草鮮草產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢，其中T1處理下鮮草產(chǎn)量顯著高于其他混播處理(P<0.05)；T4處理下鮮草產(chǎn)量最低，僅為單播甜高粱(T0)的59.19%。各處理干草產(chǎn)量在16.84～25.09 t/hm2，其中T1處理下混合飼草干草產(chǎn)量最大，顯著高于T2、T3和T4處理(P<0.05)，但與T0處理差異不顯著(P>0.05)。

圖2 不同混播處理下甜高粱和拉巴豆草產(chǎn)量的比較Fig.2 Comparison of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden and Lablab purpureus(L.) Sweet grass yield of different mixed sowing treatments

2.4 不同混播處理對牧草營養(yǎng)成分的影響

由表2可以看出，不同處理下混合牧草各營養(yǎng)成分含量有顯著差異(P<0.05)。T3處理粗蛋白和粗脂肪含量最高，其中粗蛋白含量顯著高于T0、T1和T2處理(P<0.05)，而與T4處理差異不顯著(P>0.05)；粗脂肪含量顯著高于其他處理(P<0.05)。粗灰分含量最高的是T1處理，最低的是單播甜高粱(T0)，二者差異顯著(P<0.05)。T0處理的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均最高，其中中性洗滌纖維含量顯著高于4個混播處理(P<0.05),酸性洗滌纖維含量顯著高于T2處理(P<0.05)。

表2 不同混播處理下甜高粱和拉巴豆混合牧草的營養(yǎng)品質(zhì)Table 2 Nutritional quality under different mixed sowing treatments %

為了客觀評價不同混播處理下牧草營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣，更加真實地反映各處理間牧草營養(yǎng)品質(zhì)的差異，將粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維作為一個灰色系統(tǒng)進行關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，T3(22.5 kg/hm2甜高粱+67.5 kg/hm2拉巴豆)處理下混播飼草營養(yǎng)品質(zhì)綜合價值最高。

表3 不同混播處理下甜高粱和拉巴豆混合牧草品質(zhì)的綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of quality of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden and Lablab purpureus(L.)Sweet mixed forage under different mixed sowing treatments

3 討 論

3.1 不同混播處理對牧草農(nóng)藝性狀的影響

株高和莖粗是影響牧草產(chǎn)量的主要原因，也是影響抗倒伏的重要指標(biāo)[20-21]。豆禾混播后，由于地上葉片對光照的競爭和地下根系對養(yǎng)分的競爭[22]，導(dǎo)致植物生長發(fā)育受到一定影響。本試驗中，單播甜高粱(T0)處理的株高和莖粗均最大，單株葉片數(shù)在各處理間變化不明顯，而1～4和5～7節(jié)莖節(jié)強度變化差異明顯。T4處理的株高和莖粗相對較小，甜高粱1～4節(jié)和5～7節(jié)莖節(jié)強度均較弱，這可能是由于拉巴豆混播對甜高粱產(chǎn)生了強有力的競爭，并且纏繞甜高粱時對其莖稈造成了一定影響。干鮮比作為評價飼草干草產(chǎn)量的重要指標(biāo)之一[23]，對制作干草飼料有一定指示作用。本試驗中，T1、T2和T4處理下飼草干鮮比較高，說明這3種混合處理模式中水分含量較少，產(chǎn)量損失程度較小。

3.2 不同混播處理對牧草間競爭率的影響

植物生長存在兩種競爭方式，即種內(nèi)競爭和種間競爭[24]。不同植物混播種植后，其種間競爭力會因種類不同而產(chǎn)生不同的效果。多數(shù)情況下，種內(nèi)或種間競爭力總是強者大于弱者。豆科和禾本科生態(tài)位不同，對空間利用的程度也不同[25-26]。本試驗中，甜高粱與拉巴豆在不同混播比例下種間競爭率不同，其中甜高粱在T2處理下的競爭率與T1處理相比升高，其種間競爭力要強于拉巴豆；而T3和T4處理下拉巴豆種間競爭力要強于甜高粱，說明在這兩種混播處理下，甜高粱的生長受到拉巴豆的抑制。

3.3 不同混播處理對牧草產(chǎn)量的影響

牧草產(chǎn)量是衡量牧草經(jīng)濟價值的主要性狀，也是牧草生產(chǎn)過程中所要追求的指標(biāo)之一[27]。不同混播模式下，牧草產(chǎn)量會因混播比例、草種種類不同而有不同的結(jié)果[6]。Armstrong等[28]研究發(fā)現(xiàn)，不同種植密度玉米與拉巴豆混播時干物質(zhì)產(chǎn)量并非一直保持上升，當(dāng)拉巴豆種植密度達到一定值時，混播產(chǎn)量會下降。這是因為拉巴豆作為一種攀援植物，在生長季節(jié)的大部分時間，其葉片位于混合冠層的頂部或四周，使其成為光合作用的有力競爭者，從而影響高稈作物的生長。本試驗中，甜高粱單播(T0)時鮮草產(chǎn)量顯著高于T1、T2、T3和T4處理(P<0.05)，而干草產(chǎn)量T0與T1處理差異不顯著，但顯著高于其他混播處理。這可能是由于在混播處理下，拉巴豆會對甜高粱形成一定的競爭機制，阻礙甜高粱碳水化合物的合成，并且對于晚熟的拉巴豆來說刈割時間太早，尚未對混合牧草產(chǎn)量產(chǎn)生正面影響。

3.4 不同混播處理對牧草品質(zhì)的影響

禾本科牧草與豆科牧草混播后，其營養(yǎng)價值相對于禾本科單播時更加豐富，顯著改善了混合牧草的營養(yǎng)品質(zhì)[29]。李春喜等[30]研究發(fā)現(xiàn)，甜高粱與箭筈豌豆混播后，其粗蛋白含量相較于單播增加了5.34%，灰分含量增加了1.42%，粗脂肪含量增加不明顯，而中性洗滌纖維(NDF)含量和酸性洗滌纖維(ADF)含量均有所下降。NDF和ADF作為反映纖維質(zhì)量優(yōu)劣的指標(biāo)，NDF含量越低，動物的采食率越高，ADF含量越低，飼料的消化率越高[31]。本試驗中，混播后飼草粗蛋白含量均高于單播甜高粱，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均低于單播，單播甜高粱時粗灰分含量顯著低于所有混播處理組，而粗脂肪含量最低的是T1處理。

通過灰色關(guān)聯(lián)度法對混播飼草多個營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進行綜合分析，認為T3處理的綜合品質(zhì)最好，其次是T4和T2處理，這是由于這3個處理混合飼草中含有較高的粗蛋白、粗脂肪及較低的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維，符合優(yōu)質(zhì)飼草應(yīng)有的營養(yǎng)價值。

4 結(jié) 論

混播拉巴豆對甜高粱農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響。隨著拉巴豆混播量增大，甜高粱的株高和莖粗減小，對光照和養(yǎng)分的競爭力減弱，從而導(dǎo)致飼草產(chǎn)量低于甜高粱單播，而混播后營養(yǎng)價值得到提高，混播飼草粗蛋白、粗脂肪升高，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維降低，其中22.5 kg/hm2甜高粱與67.5 kg/hm2拉巴豆混播組合牧草品質(zhì)最優(yōu)。因此，在寧夏雨養(yǎng)區(qū)，僅注重飼草產(chǎn)量可按照22.5 kg/hm2的播種量進行甜高粱單播；在飼草產(chǎn)量充足、需要優(yōu)質(zhì)飼草時，可進行甜高粱與拉巴豆(22.5 kg/hm2+67.5 kg/hm2)的混播種植。