燕麥-豆草混播組合對草地生產(chǎn)性能的影響

李滿有，蒙向武，王 斌，李小云，沈笑天，曹立娟，蘭 劍

（1. 寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021；2. 隆德縣畜牧技術(shù)服務(wù)推廣中心，寧夏 固原 756300）

混播草地是栽培草地建植的主要方式之一，其中豆禾混播草地最為常見[1]。合理的豆禾混播能夠充分利用時間、空間、光、熱、水、氣、肥、微生物等資源，從而獲得較高的草地生物產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)[2-3]，亦可使牧草更充分地占據(jù)地上和地下空間，抑制雜草出苗和生長[4]，同時豆禾混播能增強豆科牧草自身根瘤菌的生物固氮能力，對改良土壤理化性質(zhì)，提高土壤肥力有顯著效果[5-6]。寧夏是我國西北地區(qū)主要的畜牧業(yè)發(fā)展重地，為響應(yīng)2015 年中央“一號文件”提出的“深化推進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快發(fā)展草牧產(chǎn)業(yè)”的總體要求，該地區(qū)開始注重發(fā)展豆禾混播草地來優(yōu)化種植產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，通過提產(chǎn)、增質(zhì)以緩解當?shù)丶倚箫暡菅a給不足和品質(zhì)低的問題。不同種類牧草自身具有差異性，在特定地區(qū)所表現(xiàn)的生態(tài)適應(yīng)性、生產(chǎn)性能也存在較大差異[7]，在利用過程中由于混播組合搭配不當，加上環(huán)境資源的限制，不利于草地實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的初衷[8]。因此探索合理的豆禾混播組合對于解決畜牧業(yè)發(fā)展中優(yōu)質(zhì)飼草料短缺的困境具有重要意義。

當前，關(guān)于豆禾混播組合的研究主要集中在紫花苜蓿(Medicago sativa)與不同種類禾草組合對草地產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[9-11]，并得出不同地區(qū)混播栽培草地易實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的組合。燕麥(Avena sativa)擁有環(huán)境適應(yīng)性強、產(chǎn)量高和品質(zhì)優(yōu)良等特點[12-13]，是我國重要的飼用牧草之一。然而，針對燕麥與不同種類豆科牧草混播組合的研究鮮見，尤其在寧夏干旱地區(qū)更未見報道，適合該地區(qū)的燕麥與豆科混播草地建植方式尚未定論。當前豆科種類較多，選擇與燕麥具有互補性的物種組合對草地實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)尤為重要。光葉紫花苕(Vicia villosaRoth)、箭筈豌豆(Vicia sativa)和毛苕子(Vicia villosa)都富含蛋白質(zhì)、鈣、磷等營養(yǎng)成分，且莖斜生、喜攀援，以禾本科為主體進行混播組合可充分利用空間優(yōu)勢[14-15]。間行混播是指在同一時期把兩種或兩種以上的作物按行或條帶間隔種植在同一田塊的播種方式[16]。同行混播是指在同一時期把兩種或兩種以上作物種植在同一行的播種方式[17]。目前，對于混播草地的研究多集中在間行混播[18-19]，而對同行混播的研究較少，因此探究同行混播對草地實現(xiàn)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)具有重要的意義。灌溉作為農(nóng)業(yè)管理的重要措施之一，不僅能夠調(diào)節(jié)土壤的水分含量，而且能夠顯著提高混播草地的產(chǎn)量。地面滴灌技術(shù)是寧夏等干旱期地區(qū)推廣速度最快、面積最大的節(jié)水灌溉技術(shù)，與漫灌方式相比水分利用效率可提高42%～44%，增產(chǎn)20%～30%[20]。鑒于此，以光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子3 種豆科牧草分別與燕麥進行同行混播，探究了寧夏干旱區(qū)滴灌條件下燕麥-豆草混播組合對牧草生長狀況(株高、分蘗數(shù)、生物產(chǎn)量等)和營養(yǎng)成分(粗灰分、粗蛋白、中酸性洗滌纖維含量等)的影響，以期為該地區(qū)建植優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的混播草地提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏大學草業(yè)科學專業(yè)教學科研基地(37°47′26″ N，107°26′16″ E，海拔1 457 m)進行，該區(qū)位于寧夏鹽池縣花馬池鎮(zhèn)四墩子行政村。是寧夏中部干旱帶山區(qū)，屬于典型大陸性季風氣候，光照長、溫差大，冬夏兩季氣候迥異，平均溫差27 ℃左右，秋冬交節(jié)之際，晝夜溫差可達21 ℃，年均氣溫7.8 ℃。晴天多，陰天少，年均降水量290.5 mm，且65%集中在6 月 - 9 月，年均蒸發(fā)量2 132.5 mm，年均無霜期165 d，年均大風日20 d。土壤有機質(zhì)含量為53.45 g·kg-1，堿解氮含量為29.75 mg·kg-1，速效氮含量為22.23 mg·kg-1，速效鉀含量為63.21 mg·kg-1，pH 8.5。

2019 年4 月–10 月，試驗地月平均氣溫和降水量總體符合寧夏中部干旱帶氣候現(xiàn)狀(圖1)。平均溫度較高的月份為6 月–8 月，氣溫最高出現(xiàn)在7 月，氣溫最低出現(xiàn)在10 月。月平均降水量主要集中在8 月–10 月，其中9 月降水量最為突出。

圖1 試驗期間月平均氣溫與降水量Figure 1 Average monthly air temperature and precipitation during the test period

1.2 試驗材料

“夢龍”燕麥、光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子均由北京百斯特草業(yè)公司提供。經(jīng)過對所有播種材料測定，種子發(fā)芽率均為90%以上，且品質(zhì)和產(chǎn)量均表現(xiàn)突出，符合試驗的播種要求。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)7 個處理(表1)，即燕麥與光葉紫花苕、箭筈豌豆、毛苕子同行混播及燕麥、光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子單播為對照。小區(qū)面積3 m × 5 m，3 次重復(fù)，共21 個小區(qū)。小區(qū)間隔1 m，四周設(shè)1 m 保護行。燕麥、光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子單播播種量及燕麥與3 種豆草同行混播時燕麥、光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子播種量如表1 所列。試驗于2019 年5 月1 日以條播方式進行播種，行距30 cm，播深3～4 cm。

表1 試驗處理Table 1 Test treatment

試驗地采用地面滴灌，滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm。生長季灌水6 次，每次灌水60 mm；拔節(jié)期隨灌溉施氮 150 kg·hm-2、磷 160 kg·hm-2、鉀100 kg·hm-2，人工除草兩次。測定時燕麥生育期為灌漿期，光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子生育期為開花末期。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 株高

刈割前在每個小區(qū)隨機選取長勢具有代表性的燕麥、光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子各30 株，用卷尺測量植株從地面到頂部最高點的絕對垂直高度。

1.4.2 分蘗數(shù)/分枝數(shù)

刈割前在每個小區(qū)用正方形柱框隨機選取植株長勢均一、有代表性的3 個1 m2(1 m × 1 m)樣方，統(tǒng)計燕麥莖基部的分蘗數(shù)及光葉紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子根頸部著生的一級分枝數(shù)。

1.4.3 生物產(chǎn)量和鮮干比

在灌漿期/開花末期，隨機在每小區(qū)選取植株長勢均一、有代表性的3 個1 m2(1 m × 1 m)樣方人工用鐮刀進行刈割，留茬高度3～5 cm，將鮮樣編號裝進輕型網(wǎng)袋，用精確度為克的Meilen 便攜式彈簧手提秤稱鮮草產(chǎn)量。然后將鮮樣帶回實驗室在105 ℃下殺青35 min，于65 ℃烘干至恒重，稱干草產(chǎn)量，最后折算出每公頃產(chǎn)量，鮮干比 = 鮮草產(chǎn)量/干草產(chǎn)量。

1.4.4 營養(yǎng)指標

測產(chǎn)時，每個小區(qū)隨機取3 個500 g 具有代表該小區(qū)總體現(xiàn)狀的鮮樣，帶回試驗室在自然條件下陰干后用萬能高速粉碎機粉碎成末，過0.38 mm 篩。參照《飼料及飼料添加劑質(zhì)量檢測方法與品質(zhì)管理》[21]測定牧草粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、粗灰分(crude ash, Ash)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量。相對飼喂價值[22](relative feeding value, RFV)通過下列公式計算：

RFV=DMI×DDM/1.29。

式中：DMI(dry matter intake) = 120/NDF，DMI為單位體重家畜粗飼料干物質(zhì)的隨意采食量(%)，NDF為中性洗滌纖維含量(%)；DDM(digestible dry matter) = 88.9 - 0.779 ×ADF，為可消化的干物質(zhì)占干物質(zhì)總量的比例(%)，ADF為酸性洗滌纖維含量(%)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010 軟件對原始數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)整理，Origin 2019 制圖。采用SPSS 25 軟件對整理好的數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)和主成分分析(principal component analysis, PCA)。用新復(fù)極差法(Duncan)進行多重比較，顯著性水平為0.05。

采用主成分分析對燕麥-豆草混播牧草6 個主要性狀：總分蘗(枝)數(shù)(X1)、鮮干比(X2)、干草產(chǎn)量(X3)、粗灰分(X4)、粗蛋白(X5)、相對飼喂價值(X6)進行分析，根據(jù)特征值大于1 的原則，提取2 個主要成分，并得出累計貢獻率。利用主成分載荷矩陣中的數(shù)值除以主成分相對應(yīng)的特征值再開平方[23]即得到2 個主成分中每個性狀所對應(yīng)的系數(shù)(即特征向量A1、A2)。將特征向量A1、A2 和飼草主要指標的標準化數(shù)據(jù)代入主成分計算模型計算公因子Y1 和Y2。然后根據(jù)主成分的特征值所占主成分特征值之和的比例為權(quán)重，計算主成分綜合得分(Y)并進行排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播對牧草株高和分蘗(枝)數(shù)的影響

燕麥-豆草混播對牧草株高有顯著影響(P＜0.05)。YG 處理燕麥株高達90.17 cm，顯著高于其他處理，YJ、YM 和YD 處理間燕麥株高差異不顯著(P＞ 0.05)，介于82.32～84.21 cm，其中YJ 處理相對最低，為82.32 cm；MD 處理毛苕子株高最高，達87.45 cm，顯著高于其他處理豆草株高，YG、YM 和GD 處理豆草株高相近，介于75.33～75.88 cm，JD 處理箭筈豌豆株高顯著低于其他處理，僅占MD 處理毛苕子株高的47.46% (表2)。

燕麥-豆草混播對牧草分蘗(枝)數(shù)有顯著影響(P＜ 0.05)。YJ 處理燕麥分蘗數(shù)最高，達1 050.04 個·m-2，顯著高于YM 和YD 處理，其中YD 燕麥分蘗數(shù)最低，與YJ 相差164.45 個·m-2；GD、JD 和MD 處理豆草分枝數(shù)顯著高于YG、YJ 和YM 處理，其中JD 處理最高，達778.09 個·m-2；YJ 處理最低，與JD 相差576.44 個·m-2；在燕麥-豆草混播總分蘗(枝)數(shù)方面，YM 處理最高，達1 269.64 個·m-2，顯著高于GD、JD 和MD 處理，其中GD 處理相對最低，僅為616.78 個·m-2(表2)。

表2 混播組合牧草株高和分蘗(枝)數(shù)的比較Table 2 Comparison of plant height and number of tillers (branches) of mixed sowing combinations

2.2 混播對牧草鮮干比和干草產(chǎn)量的影響

燕麥-豆草混播對牧草鮮干比和干草產(chǎn)量有顯著影響(P＜ 0.05)。GD 處理牧草鮮干比最高，達4.24，顯著高于其他處理，YD 處理牧草鮮干比最低，僅占GD 處理的58.50%。YG 和YM 處理干草產(chǎn)量相近，分別為9 490.67 和9 235.51 kg·hm-2，均顯著高于其他處理，GD 處理干草產(chǎn)量最低，僅3 085.04 kg·hm-2(圖2)。

圖2 混播組合牧草鮮干比和干草產(chǎn)量的比較Figure 2 Comparison of fresh-to-dry ratio and hay yield of mixed sowing combinations

2.3 混播對牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響

燕麥-豆草混播對牧草各項營養(yǎng)指標均有顯著影響(P＜ 0.05)。牧草Ash 含量最高的是YM 處理，達6.68%，顯著高于其他處理；YJ 處理相對最低，僅為4.70%。MD 處理牧草EE 含量最高，達1.91%；YJ 處理最低，兩者相差0.76%。JD 處理下牧草CP 含量最高，為12.85%，雖與GD 和MD 處理無顯著差異(P＞ 0.05)，但顯著高于其他處理；YG 和YM 處理相對較低，分別僅為8.34%和8.24%。YG 處理牧草NDF 含量相對較高，為55.25%，雖與YM、YJ 和YD 處理差異不顯著，但顯著高于其他處理；GD 處理最低，為40.16%。牧草ADF 含量在GD處理下達45.17%，顯著高于其他處理；JD 處理最低，僅占GD 處理的66.32%。MD 處理牧草相對飼喂價值最高，達133.04，顯著于其他處理；YD 處理最低，僅為99.38 (表3)。

表3 混播組合牧草營養(yǎng)指標的比較Table 3 Comparison of nutrient indexes of mixed combination forage

2.4 混播牧草主要性狀的主成分分析

對燕麥-豆草混播牧草6 個主要指標進行主成分分析(表4)。根據(jù)特征值大于1 的原則，可提取2 個主要成分，貢獻率分別為60.010%和22.169%，代表了總體信息的82.179%。

表4 飼草主要性狀的特征值和累計貢獻率Table 4 The characteristic value and cumulative contribution rate of the main traits of forage

第一主成分的特征值為3.601，此成分中載荷絕對值較高的有粗蛋白含量(-0.935)、干草產(chǎn)量(0.871)和總分蘗(枝)數(shù)(0.838)，主要反映草地營養(yǎng)和產(chǎn)出狀況，可解析為綜合因子。該成分中數(shù)值為正的指標還有鮮干比和粗灰分，說明隨著第一主成分的增加有利于除負數(shù)指標粗蛋白和相對飼喂價值以外的各個正數(shù)指標的增大。第二主成分的特征值為1.330，此成分中載荷較高的為干草產(chǎn)量(0.440)，主要反映草地產(chǎn)出狀況，可解析為產(chǎn)量因子。此成分中只有鮮干比和粗灰分為負，其余幾個指標均為正，說明隨著該主成分的增加，除了鮮干比和粗灰分下降外，其余各個正數(shù)指標呈增加趨勢。利用1.5 中主成分特征向量和公因子計算公式算出特征向量A1、A2 (表5)和公因子Y1、Y2 (表6)。綜合公因子Y1 中，YG 得分最高；Y2 為產(chǎn)量公因子，得分最高的是YM。通過對2 種公因子進行綜合評價，得出各處理得分排名前3 依次為YG、YM 和YD(表7)。

表5 飼草主要性狀的特征向量Table 5 Feature vector of main traits of forage

表6 飼草主要性狀的標準化數(shù)據(jù)Table 6 Standardized data of main traits of forage

表7 燕麥?豆草混播組合綜合排名Table 7 Comprehensive ranking of Avena sativa?bean grass mixed sowing combinations

3 討論

合理的豆禾混播能夠充分發(fā)揮種間互補效應(yīng)，有利提高飼草產(chǎn)量[24]。本研究結(jié)果表明，燕麥與不同豆科混播組合較單播雖不能使牧草株高都得到提高，但混播顯著促進了燕麥分蘗能力，草地產(chǎn)量總體呈增加趨勢；這與鄭偉等[7]關(guān)于豆禾混播組合草地生產(chǎn)力優(yōu)于單播草地的研究結(jié)果吻合，主要是因為豆科牧草和禾本科牧草在形態(tài)學方面有著顯著差異，豆科牧草葉片平展，分布較高，禾本科牧草葉片斜生，分布較低，豆科和禾本科牧草進行混播搭配，可充分利用環(huán)境資源[25]。同時，禾本科與豆科牧草根系近距離接觸，促進豆科根瘤菌的生物固氮能力，一部分被自身生長所消耗；另一部分釋放到土壤，再由禾本科牧草吸收，氮元素對禾本科牧草根部分蘗能力具有促進作用，從而有利于提高草地生產(chǎn)力[26]。針對燕麥與3 種豆科混播組合而言，燕麥與光葉紫花苕混播組合更表現(xiàn)出產(chǎn)量優(yōu)勢，說明燕麥與光葉紫花苕混播組合能更好地發(fā)揮種間互補性，提高對環(huán)境資源的利用率，與柳茜等[27]研究發(fā)現(xiàn)，一年生禾草與光葉紫花苕混播組合能獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量結(jié)果一致。但張耀生等[28]在高寒地區(qū)研究表明，燕麥與箭筈豌豆混播組合產(chǎn)量高于燕麥與苕子的混播組合，與本研究結(jié)果不一致，這可能是由于不同地區(qū)的土壤特征、氣候條件的差異以及田間管理措施不同造成的。

牧草品質(zhì)在混播草地建植及利用中占有非常重要的地位，是牧草最基本的特性之一[29]。粗蛋白是衡量牧草品質(zhì)的重要指標之一。本研究結(jié)果顯示，燕麥與3 種豆科混播組合牧草粗蛋白含量較燕麥單播更加豐富，顯著改善了牧草營養(yǎng)品質(zhì)，與徐麗君等[30]研究結(jié)果相似，主要原因是豆科牧草的高蛋白含量以及混播條件下豆科牧草的固氮作用提高了豆禾混播組合牧草的粗蛋白含量[31]。中性洗滌纖維含量決定牧草的適口性，其含量過高會降低家畜的采食量。本研究發(fā)現(xiàn)，燕麥與3 種豆科混播牧草中性洗滌纖維含量較燕麥單播無顯著變化，這與郭孝等[14]關(guān)于燕麥與3 種豆草混播較燕麥單播均能夠降低牧草中性洗滌纖維含量的結(jié)果不一致，可能原因是本研究測定時燕麥和3 種豆科牧草樣品的生育期分別為灌漿期、開花末期，而前者采用的樣品生育期分別為抽穗期、揚花期，不同時期同種牧草纖維含量具有一定的差異性，導致兩者混播結(jié)果有一定的出入。酸性洗滌纖維含量和家畜對牧草的消化率呈負相關(guān)關(guān)系[15]。本研究與前者研究結(jié)果一致[14]，都得出燕麥與3 種豆科混播的酸性洗滌纖維較燕麥單播有所下降(YJ 和YD 之間無顯性差異，僅是數(shù)值上降低)，說明混播能提高家畜對牧草的消化率。目前關(guān)于燕麥與多種豆科牧草在同行條件下組合混播的研究鮮見報道，而深入解析植株種間互作對其品質(zhì)影響的機制將成為今后一階段的研究重點。

4 結(jié)論

燕麥與3 種豆草混播組合較單播均顯著提高了牧草產(chǎn)量，其中燕麥與光葉紫花苕混播干草產(chǎn)量最高，達9 490.67 kg·hm-2；相對于燕麥單播，各混播組合均顯著改善了牧草品質(zhì)，其中燕麥與箭筈豌豆混播組合相對飼喂價值為108.61，僅低于3 種豆草單播。經(jīng)PCA 分析，燕麥與光葉紫花苕同行牧草綜合性狀表現(xiàn)最好，可在寧夏干旱地區(qū)滴灌條件下推廣應(yīng)用。