寧夏干旱區(qū)滴灌條件下燕麥與毛苕子的混播方式

王 斌，李滿有，李小云，曹立娟，沈笑天，蘭 劍，董 秀，郜軍榮

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅蘭州 730020；3.固原市原州區(qū)畜牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏固原 756000）

為緩解寧夏干旱區(qū)草原禁牧封育以來(lái)草畜不平衡的矛盾，建植栽培草地是緩解這一矛盾的重要途徑?；觳プ鳛榻ㄖ苍耘嗖莸氐闹匾绞街唬渲卸箍坪秃瘫究颇敛莼觳ビ绕涫艿街匾昜1]。豆科和禾本科牧草混播可依據(jù)其生物學(xué)和形態(tài)學(xué)特性，充分利用環(huán)境資源(養(yǎng)分、水分、光照和空間)來(lái)提高牧草產(chǎn)量[2]、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[3]和群落穩(wěn)定性[4]，降低雜草發(fā)生率[5]；也可以充分利用豆科牧草固氮作用來(lái)提高土壤肥力，改善土壤養(yǎng)分狀況和牧草的氮素吸收[6-7]。雖然豆禾混播草地表現(xiàn)出眾多優(yōu)越性，但不同種類牧草在特定地區(qū)所表現(xiàn)的生態(tài)適應(yīng)性和種間相容性存在較大差異，在生產(chǎn)實(shí)踐中由于混播方式不當(dāng)或受資源環(huán)境的限制，往往會(huì)出現(xiàn)牧草產(chǎn)量低、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)下降的現(xiàn)象[8]。

近年來(lái)，針對(duì)豆禾混播方式的研究，學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注了同行混播與間行混播[9-11]，例如，王富強(qiáng)等[12]在西藏河谷區(qū)以箭筈豌豆(Vicia sativa)和黑麥(Secale cereale)為材料，開(kāi)展同行、間行混播種植方式的研究，發(fā)現(xiàn)同行混播處理的產(chǎn)量總體優(yōu)于間行混播處理。關(guān)正翾等[13]在對(duì)燕麥與箭筈豌豆不同混播方式的研究中，認(rèn)為同行混播既能提高土壤肥力，還能收獲產(chǎn)量較高和品質(zhì)較優(yōu)的牧草。朱亞瓊等[14]為了闡明紅豆草(Oxytropis viciaefolia)與無(wú)芒雀麥(Bromus inermis)混播草地高效生產(chǎn)機(jī)制，以混播方式作為地下根系競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境的影響因素，發(fā)現(xiàn)間行混播可使牧草產(chǎn)量和無(wú)芒雀麥的根系生物量增加。祁軍等[15]選擇鴨茅(Dactylis glomerata)、無(wú)芒雀麥、梯牧草(Phleum pratense)、紅豆草和紅三葉(Trifolium pratense)建植同行與間行豆禾混播草地，發(fā)現(xiàn)間行混播提高了草地生產(chǎn)性能和牧草品質(zhì)，增加了種間相容性?？傊m宜的混播方式能有效發(fā)揮混播草地的優(yōu)勢(shì)和生產(chǎn)力。目前，針對(duì)燕麥與毛苕子的混播，主要集中在混播比例和混播密度對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[16-17]、牧草種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[18-19]、牧草生態(tài)位[20-21]以及比根長(zhǎng)分布格局[22-23]的影響研究，鮮見(jiàn)有燕麥與毛苕子混播方式的報(bào)道。因此，本研究通過(guò)分析寧夏干旱地區(qū)滴灌條件下燕麥與毛苕子同行、間行、交叉、條撒等混播方式對(duì)草地生產(chǎn)力、牧草品質(zhì)和種間關(guān)系的影響，來(lái)探討適合該區(qū)域自然條件和栽培條件的混播技術(shù)和高效生產(chǎn)模式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在寧夏大學(xué)草業(yè)科學(xué)專業(yè)教學(xué)科研基地(107°26′16″E，37°46′26″N，海拔1 460 m)進(jìn)行。該基地位于寧夏鹽池縣花馬池鎮(zhèn)四墩子村，屬典型大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量289.5 mm，且65%集中在6月至9月，年均蒸發(fā)量2 132.5 mm；干雨季分明，雨熱同季；年均氣溫7.7℃，1月平均氣溫?8℃，7 月平均氣溫24℃；年均無(wú)霜期164 d，年均大風(fēng)日數(shù)21 d。土壤類型為黃綿土，pH 8.5，有機(jī)質(zhì)含量53.45 g·kg?1，堿解氮含量29.75 mg·kg?1，速效鉀含量63.21 mg·kg?1，速效磷含量21.24 mg·kg?1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為“夢(mèng)龍”燕麥(Avena sativa)和普通毛苕子(Vicia villosa)，均由北京百斯特草業(yè)有限公司提供。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)6個(gè)處理，即燕麥與毛苕子同行混播(TH)、間行混播(JH)、交叉混播(JC)、條撒混播(TS)、燕麥單播(YD)和毛苕子單播(MD)，小區(qū)面積15 m2(3 m×5 m)，3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)。小區(qū)間隔1 m，四周設(shè)1 m 保護(hù)行。2019年5月1日進(jìn)行翻耕、耙耱、平整、開(kāi)溝播種，燕麥、毛苕子理論播種量分別為120.00和57.00 kg·hm?2，行距30 cm，播深3～4 cm。

試驗(yàn)地采用地面滴灌，滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm。生長(zhǎng)季灌水4次(5月2日、5月28日、6月17日和7月11日)，每次灌水60 mm；拔節(jié)期施尿素(總氮≥ 46%) 150 kg·hm?2、磷酸二銨(P2O5≥ 46%)120 kg·hm?2，人工除草兩次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

株高：隨機(jī)在每個(gè)小區(qū)選取20株燕麥和20株毛苕子，測(cè)量并記錄灌漿期燕麥和開(kāi)花末期毛苕子的自然高度。

分蘗(枝)數(shù)：每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取9個(gè)0.6 m×0.6 m 的樣方測(cè)定并記錄禾本科牧草分蘗數(shù)和豆科牧草枝條數(shù)。

生物量：在毛苕子開(kāi)花期采樣，在各小區(qū)隨機(jī)選取6個(gè)0.6 m×0.6 m 的樣方刈割，留茬高度為5 cm，收獲后將混播毛苕子、燕麥分開(kāi)稱量鮮草重量，于烘箱中105℃殺青30 min，65℃烘干至48 h后冷卻，稱量干重。

相對(duì)產(chǎn)量總和(relative yield total，RYT)可表明混播牧草之間的種間關(guān)系[24]：

式中：Ymn為種m 與種n 混播時(shí)種m 的產(chǎn)量；Ym為種m 單播時(shí)的產(chǎn)量；Ynm為種m 與種n 混播時(shí)種n 的產(chǎn)量；Yn為種n 單播時(shí)的產(chǎn)量。RYT> 1時(shí)表示兩物種占有不同生態(tài)位，表現(xiàn)為共生；RYT<1時(shí)表示兩物種為相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；RYT= 1時(shí)表示兩物種利用共同的資源。

1.4 營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

在燕麥灌漿期(毛苕子開(kāi)花末期)，從各小區(qū)隨機(jī)取500 g 混合牧草樣品，剪成4～5 cm 長(zhǎng)，于烘箱中105℃下殺青30 min 左右，65℃烘干48 h 至恒重。將烘干牧草樣粉碎，過(guò)0.45 mm 篩。根據(jù)《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》[25]測(cè)定粗灰分(crude ash,CA)、粗蛋白(crude protein,CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量。計(jì)算飼料相對(duì)飼喂價(jià)值(relative feed value,RFV)，公式為RFV= (88.9?0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29[26]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2013軟件整理數(shù)據(jù)，利用SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行方差分析，多重比較，用Origin 2018作圖，并用SAS 9.4軟件進(jìn)行主成分分析(principal component analysis，PCA)。

2 結(jié)果分析

2.1 不同混播方式對(duì)牧草株高與分蘗(枝)數(shù)的影響

混播方式對(duì)燕麥和毛苕子株高有顯著影響(P<0.05)(圖1)。在條撒混播(TS)、同行混播(TH)和燕麥單播(YD)處理下，燕麥的株高均低于間行混播(JH)和交叉混播(JC)，其中JH 處理下燕麥的株高最高，達(dá)到103.07 cm，比燕麥單播(YD)提高了20.79%；在毛苕 子單播(MD)處理下，毛苕子的株高最高，為87.45 cm，顯著高于TH、JH 和TS(P<0.05)?；觳シ绞綄?duì)燕麥和毛苕子分蘗(枝)數(shù)有顯著影響(P<0.05)。在JH處理下，燕麥的分蘗數(shù)最大，為1 160.78株·m?2，顯著高于TH、JC、TS和YD(P<0.05)；不同處理間的毛苕子分枝數(shù)均有顯著差異(P<0.05)，MD處理的毛苕子分枝數(shù)最大，為673.24株·m?2。

圖1 不同混播方式牧草株高與分蘗(枝)數(shù)的比較Figure 1 Comparison of forageheight and density using different mixed sowing methods

2.2 不同混播方式處理的牧草種間關(guān)系

TH、JH、JC和TS處理相對(duì)產(chǎn)量總和(RYT)分別為1.24、1.64、1.37和1.33(圖2)，都大于1，且顯著高于燕麥和毛苕子單播(P<0.05)。說(shuō)明TH、JH、JC、TS種間具有一定生態(tài)位分化，有效發(fā)揮了燕麥和毛苕子對(duì)資源利用的種間互補(bǔ)效應(yīng)。

圖2 不同混播方式牧草種間關(guān)系的比較Figure 2 Comparison of the relationships between forage species using different mixed sowing methods

2.3 不同混播方式對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

不同混播方式對(duì)燕麥和毛苕子牧草產(chǎn)量有顯著影響(P<0.05)(表1)。在JH處理下燕麥的鮮草和干草產(chǎn)量均最高，分別為24 142.21和7 951.64 kg·hm?2，分 別 較YD提 高了21.79%和7.34%。在MD處理下毛苕子的鮮草和干草產(chǎn)量均顯著高于其他處理，分別為27 516.55和7 546.67 kg·hm?2。在JH 處理下鮮草總產(chǎn)量和干草總產(chǎn)量均達(dá)到最高，分別為34 290.24和11 164.47 kg·hm?2。

表1 不同混播方式牧草產(chǎn)量的比較Table 1 Comparison of the forage yield obtained using different mixed sowing methods kg·hm?2

2.4 不同混播方式對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)成分的影響

JH處理的粗灰分含量最高，除TH處理外，顯著高于其他處理(P<0.05)；TH、JC、TS和YD處理間粗灰分含量無(wú)顯著差異(P>0.05)(表2)。燕麥與毛苕子各混播處理(JH 處理除外)的粗蛋白和粗脂肪含量都顯著低于毛苕子單播的粗蛋白和粗脂肪含量(P<0.05)，高于燕麥單播的粗蛋白和粗脂肪含量。TH、JC、TS處理的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均顯著高于毛苕子單播(P<0.05)，低于燕麥單播；JH 處理的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量與毛苕子單播的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量無(wú)顯著差異(P>0.05)。毛苕子單播的牧草相對(duì)飼喂價(jià)值最高，為133.04；JH 處理的牧草相對(duì)飼喂價(jià)值為124.38，顯著高于TH、JC、TS和YD處理(P< 0.05)。

表2 不同混播方式牧草營(yíng)養(yǎng)成分的比較Table 2 Comparison of the nutrient composition of forage obtained with different mixed sowing methods

2.5 不同混播方式牧草主要性狀的PCA 分析

對(duì)不同混播處理進(jìn)行PCA 綜合評(píng)價(jià)時(shí)，不能只考慮某一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)的優(yōu)劣，而應(yīng)該科學(xué)、綜合地評(píng)價(jià)其所有指標(biāo)。因此，對(duì)分蘗(枝)數(shù)(X1)、干草產(chǎn)量(X2)、粗灰分含量(X3)、粗蛋白含量(X4)、粗脂肪含量(X5)、中性洗滌纖維含量(X6)、酸性洗滌纖維含量(X7)、相對(duì)飼喂價(jià)值(X8)進(jìn)行PCA 分析，結(jié)果表明，遵循特征值大于1的原則(表3)，可提取兩個(gè)主成分，貢獻(xiàn)率分別為60.682%和31.441%，二者解釋了總體信息的92.123%。

表3 各主成分特征值和貢獻(xiàn)率Table 3 The eigenvalues and proportional contribution of principal components

主成分對(duì)應(yīng)的特征向量和載荷矩陣如表4所列，主成分1主要綜合了粗蛋白含量(X4)、相對(duì)飼喂價(jià)值(X8)、粗脂肪含量(X5)、中性洗滌纖維含量(X6)，其載荷值較大，權(quán)重系數(shù)分別為0.990、0.990、0.980和0.966，可稱為營(yíng)養(yǎng)因子。主成分2主要綜合了干草產(chǎn)量(X2)、分蘗(枝)數(shù)(X1)其載荷值較大，權(quán)重系數(shù)分別為0.946和0.927，可稱為產(chǎn)量因子。通過(guò)主成分1和主成分2的特征向量矩陣，得出各主成分綜合得分線性方程，以各主成分對(duì)應(yīng)的方差相對(duì)貢獻(xiàn)率作為權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)模型：

表4 主成分對(duì)應(yīng)的特征向量和載荷矩陣Table 4 Theeigenvectorsand load matricesof the principal components

通過(guò)以上綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算各處理得分并進(jìn)行排名。主成分1和主成分2中，排名靠前的均是JH、MD、JC，它們的干草產(chǎn)量和粗蛋白含量較高，中性洗滌纖維含量較低。不同混播方式綜合排名為JH >MD>JC> TH> TS> YD(表5)。

表5 不同混播方式綜合排名Table 5 Comprehensive ranking of different mixed broadcasting methods

3 討論

不同混播方式可以改變牧草的株叢密度、同種牧草之間的距離以及鄰株的大小，同時(shí)，也限制了植株可利用的水、肥、氣、熱、光、空間等環(huán)境因子[27]。種內(nèi)和種間競(jìng)爭(zhēng)影響了燕麥與毛苕子的株高和密度。江舟等[28]在燕麥與金花菜(Medicago hispida)的混播方式研究中表明，間行混播的燕麥株高顯著高于單播燕麥；陳恭等[29]在燕麥與箭筈豌豆的混播研究中發(fā)現(xiàn)，間行混播對(duì)燕麥的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，株高增長(zhǎng)明顯，但對(duì)箭筈豌豆的生長(zhǎng)有抑制作用；茍蓉等[30]研究了燕麥與箭筈豌豆的混播方式，發(fā)現(xiàn)撒播的燕麥株高顯著高于間播。本研究結(jié)果表明，間行混播方式下的燕麥株高顯著高于單播及其他混播方式，這與江舟等[28]和陳恭等[29]的研究結(jié)果一致，與茍蓉等[30]的研究結(jié)果相反，造成這一現(xiàn)象的原因可能是豆禾混播的行距不同引起的。分蘗(枝)數(shù)是決定牧草產(chǎn)量的第一因子[31]。在本研究中4 種混播方式的分蘗(枝)數(shù)均高于單播，主要由于豆禾混播可增加禾草的根長(zhǎng)和根表面積，促進(jìn)了燕麥對(duì)氮素的吸收和毛苕子的根瘤固氮，提高了土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率，使得牧草分蘗/分枝出更多的枝條。

豆科與禾本科牧草混播可依據(jù)其生物學(xué)和形態(tài)學(xué)特性，高效地利用有限的環(huán)境資源，提高混播草地生產(chǎn)性能[32]。本研究表明，在燕麥與毛苕子的混播體系中，牧草高低相間，與燕麥和毛苕子單播的單一群體相比，混播改變了光在群體中的分配特點(diǎn)，促進(jìn)了牧草對(duì)環(huán)境資源吸收[33]；同時(shí)，豆禾混播牧草之間存在對(duì)水分、養(yǎng)分等的競(jìng)爭(zhēng)，最終均通過(guò)牧草生產(chǎn)力等指標(biāo)表現(xiàn)出來(lái)[34]。結(jié)合不同混播方式的牧草產(chǎn)量來(lái)看，間行混播處理的牧草產(chǎn)量總體優(yōu)于其他混播方式，與前人研究結(jié)果相似[35]。這主要是因?yàn)樵谕?、交叉以及撒播混播時(shí)，燕麥與毛苕子生長(zhǎng)在一起，增加了其葉片對(duì)光資源的競(jìng)爭(zhēng)，尤其是燕麥抽穗后，其上部的葉片對(duì)下部的毛苕子葉片形成遮陰，造成了毛苕子的光合作用面積減小，導(dǎo)致植株單位面積產(chǎn)量下降；而間行混播模式下，有足夠的空間供燕麥與毛苕子的葉片生長(zhǎng)，毛苕子對(duì)光資源的競(jìng)爭(zhēng)就沒(méi)有其他方式混播那么激烈，故而植株單位面積產(chǎn)量提高。同時(shí)，毛苕子通過(guò)共生固氮作用所固定的氮元素可提供給相鄰燕麥吸收利用[36]，促進(jìn)了燕麥的生長(zhǎng)從而提高產(chǎn)量。但也有學(xué)者[12]研究表明，同行混播優(yōu)于間行混播，這主要是由于在不同混播方式中牧草播種量又有不同的搭配比例。另外，不同地區(qū)的氣候條件存在差異，建植混播相同牧草也會(huì)有不同的結(jié)果[37-38]。

豆禾混播相比于單播更能體現(xiàn)出利于增產(chǎn)的種間關(guān)系，與前人研究結(jié)果吻合[15,35]。本研究表明毛苕子在不同混播方式下處于競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，燕麥則處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這與豆禾混播體系中禾本科處于競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)一致[39]。在本研究中，兩種混播牧草相對(duì)產(chǎn)量總和均大于1，其中，間行混播最優(yōu)，說(shuō)明燕麥與毛苕子均具有明顯的生態(tài)位分化，有效發(fā)揮了牧草對(duì)資源利用的種間互補(bǔ)效應(yīng)。

豆禾混播比禾本科單播的牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有一定程度的改善[40-41]。從本研究結(jié)果來(lái)看，毛苕子的粗蛋白、粗脂肪含量顯著高于燕麥，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量低于燕麥，所以混合牧草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)總體高于燕麥低于毛苕子。謝開(kāi)云等[42]研究得出，混播草地的粗蛋白含量主要取決于豆科牧草的干物質(zhì)產(chǎn)量。Javanmard 等[43]認(rèn)為，豆禾牧草間行混播可提高氮素利用率，從而增加牧草的粗蛋白含量。本研究發(fā)現(xiàn)，間行混播草地牧草品質(zhì)優(yōu)于其他混播方式，主要是因?yàn)殚g行混播的毛苕子干物質(zhì)產(chǎn)量顯著高于其他混播方式，進(jìn)而提高了牧草品質(zhì)。也有學(xué)者[37,42]認(rèn)為，在混播草地中，牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的高低主要取決于建植混播草地的牧草種類及其所占的比例，然而本研究主要是研究不同混播方式對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響，針對(duì)不同混播模式中燕麥與毛苕子的比例如何影響牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還需要做進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

燕麥與毛苕子4種混播方式提高了牧草產(chǎn)量，改善了牧草品質(zhì)，增強(qiáng)了草地種間相容性。相比單播，混播牧草相對(duì)產(chǎn)量總和均大于1，表現(xiàn)出利于增產(chǎn)的種間關(guān)系。燕麥和毛苕子具有一定的生態(tài)位分化，有利于對(duì)環(huán)境資源的充分利用，其中間行混播尤為明顯。此外，間行混播牧草產(chǎn)量最高，達(dá)11 164.47 kg·hm?2，牧草相對(duì)飼喂價(jià)值為124.38，僅低于毛苕子單播，顯著高于燕麥單播以及同行、間行、交叉、條撒混播。通過(guò)對(duì)不同混播方式綜合分析，燕麥與毛苕子間行混播草地生產(chǎn)性能和牧草品質(zhì)最好，適宜在寧夏干旱地區(qū)滴灌條件下推廣應(yīng)用。