干旱地區(qū)滴灌條件下燕麥與箭筈豌豆混播模式研究

李滿有，楊彥軍，王 斌，曹立娟，沈笑天，蘭 劍

(1寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2彭陽縣草原工作站，寧夏 固原 756000)

混播人工飼草地以其較強的生產(chǎn)力、較好的適口性和較高的營養(yǎng)價值備受重視[1-2]。豆科作物通過自身固氮可以節(jié)約土壤硝態(tài)氮，其與禾本科作物混播，不僅能夠改善土壤肥力狀況，提高作物產(chǎn)量，減輕雜草和病蟲害[3-5]；還可進行營養(yǎng)互補，提高粗蛋白含量，降低中性洗滌纖維(ADF)、酸性洗滌纖維(NDF)含量，提高飼草品質(zhì)[6-8]。因此，豆禾混播草地已成為許多地區(qū)人工草地建植的首選類型[9]。

燕麥(Arenasativa)與箭筈豌豆(Viciasativa)具有較好的互補體系結(jié)構(gòu)，且箭筈豌豆還能通過根瘤菌固定大氣中的氮氣，從而改善土壤肥力，提高混播草地產(chǎn)量[9-10]。因此，燕麥和箭筈豌豆已成為重要的混播作物組合方式。曹仲華等[11]研究表明，播種比例以箭筈豌豆(50%)+丹麥“444”燕麥(50%)為佳，在此條件下飼草產(chǎn)量較高，品質(zhì)較好。關(guān)正翾等[12]研究認為，相對于異行混播，燕麥+箭筈豌豆同行混播飼草產(chǎn)量和品質(zhì)更優(yōu)。趙彩霞等[13]的研究結(jié)果顯示，燕麥與箭筈豌豆間混播最佳刈割期為燕麥乳熟期+箭筈豌豆結(jié)莢期，此時混合飼草產(chǎn)量最高，飼草相對飼喂價值(RFV)較高，而中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量較低。此外，琚澤亮等[14]通過含水量對燕麥與箭筈豌豆裹包青貯品質(zhì)的研究表明，燕麥與箭筈豌豆混播(6∶4)，在箭筈豌豆盛花期、燕麥灌漿期刈割，在65%～70%含水量下裹包青貯，可獲得優(yōu)質(zhì)青貯料。渠佳慧等[15]的研究結(jié)果顯示，箭筈豌豆與燕麥1∶3間作處理土壤微生物量碳、氮最高。

目前，關(guān)于燕麥與箭筈豌豆混播草地的研究，主要集中在不同混播比例[11,14-15]、播種模式(單一或兩種)[2,12]、刈割期[13]對草地產(chǎn)量、草群結(jié)構(gòu)、微生物碳和氮含量的影響方面，很少涉及3種以上建植模式的研究，尤其在寧夏干旱地區(qū)尚未見報道。因此，本研究在寧夏干旱區(qū)比較了燕麥與箭筈豌豆混播模式對飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，從中篩選該區(qū)域燕麥與箭筈豌豆的最佳混播模式，以期為提高燕麥與箭筈豌豆混播草地的飼草產(chǎn)量和品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

‘夢龍’燕麥和普通箭筈豌豆，均由北京百斯特草業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗地概況

試驗在寧夏大學(xué)草業(yè)科學(xué)專業(yè)教學(xué)科研基地(37°46′26″ N， 107°26′16″ E，海拔1 460 m)進行。試驗地位于寧夏鹽池縣花馬池鎮(zhèn)四墩子行政村，屬典型大陸性季風氣候，年均降雨量289.5 mm，且65%的降雨集中在6-9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月最冷，平均氣溫-8 ℃；7月最熱，平均氣溫24 ℃。年均無霜期164 d，年均大風日21 d。土壤為黃綿土，pH 8.5，有機質(zhì)53.45 g/kg，堿解氮29.75 mg/kg，速效氮22.23 mg/kg，速效磷45.35 mg/kg。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)6個處理，分別為燕麥與箭筈豌豆同行混播模式、間行混播模式、交叉混播模式、條撒混播模式、燕麥單播和箭筈豌豆單播，小區(qū)面積15 m2(5 m×3 m)，3次重復(fù)，小區(qū)間隔1 m，四周設(shè)1 m保護行。于2019-05-01播種，燕麥和箭筈豌豆單播播種量分別為120.00和75.00 kg/hm2；4種混播模式下，燕麥和箭筈豌豆混播播種量分別為75.00和45.00 kg/hm2，行距30 cm，播深3～4 cm。

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)期施磷酸二銨(N≥18%，P2O5≥46%)120 kg/hm2、硫酸鉀(K2O≥60%)100 kg/hm2，人工除草2次。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 株 高 在燕麥灌漿期和箭筈豌豆花末期，隨機在每個小區(qū)選取20株植株，觀察并記錄燕麥和箭筈豌豆的自然高度。

1.4.2 葉莖比 在燕麥灌漿期和箭筈豌豆花末期，隨機在每個小區(qū)選取1 m2樣方刈割，重復(fù)6次，樣品裝袋編號，防止小區(qū)之間樣品混淆，將樣品在自然條件下晾干，分離葉片與莖干，分別稱干質(zhì)量，計算葉莖比。葉莖比=葉干質(zhì)量/莖干質(zhì)量。

1.4.3 鮮干比與生物產(chǎn)量 在燕麥灌漿期和箭筈豌豆花末期，隨機在每小區(qū)選取1 m2樣方刈割，留茬5 cm，重復(fù)6次，稱鮮草產(chǎn)量(kg/hm2)；并帶回實驗室在105 ℃下殺青35 min，然后在65 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱干草產(chǎn)量(干草含水量15%～18%)；計算鮮干比，鮮干比=鮮草產(chǎn)量/干草產(chǎn)量。

1.4.4 營養(yǎng)成分測定 將1.4.2節(jié)晾干的試驗樣品用粉碎機粉碎成末，過0.42 mm篩。測定粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量。CP含量利用FOSS Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀進行測定，EE含量采用索氏浸提法測定，Ash含量采用550 ℃燒灼殘渣法測定，NDF和ADF含量采用Ankom A220i型纖維分析系統(tǒng)進行測定[16]。根據(jù)NDF和ADF計算相對飼喂價值(RFV)：

RFV=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)初步整理，Origin2019制圖。利用SPSS Statistics 25軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA)、Duncan氏新復(fù)極差法 (Duncan’s new multiple-range test)多重比較和主成分分析(principal component analysis,PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混播模式對飼草株高的影響

株高是影響飼草產(chǎn)量的因素之一。如圖1所示，燕麥單播株高與4種混播模式之間無顯著差異(P>0.05)，不同播種模式下燕麥株高為82.15～86.16 cm，其中間行混播模式燕麥株高最高，為86.16 cm；條撒混播模式下燕麥株高最低，為82.15 cm。

由圖1還可知，交叉混播模式下箭筈豌豆株高最高，為50.42 cm；箭筈豌豆單播株高顯著低于其他4種混播模式(P<0.05)，但4種不同混播模式間無顯著差異(P>0.05)。

圖柱上標不同小寫字母表示同一品種不同混播模式間差異顯著(P<0.05)Different lowercase letters indicate significant differences in same variety among treatments(P<0.05)圖1 不同混播模式飼草株高的比較Fig.1 Comparison of height of grass plants in different mixing modes

2.2 不同混播模式對飼草葉莖比、鮮干比和干草產(chǎn)量的影響

由表1可知，箭筈豌豆單播葉莖比顯著高于其他混播模式(P<0.05)，可達1.30；燕麥單播最低，僅為0.38。4種混播模式下飼草葉莖比差異不顯著(P>0.05)，其中交叉混播模式最高(0.68)，間行混播模式最低(0.50)。

由表1還可知，箭筈豌豆單播鮮干比最高，達3.32，顯著高于其他播種模式(P<0.05)；燕麥單播鮮干比最低，僅為2.48。4種混播模式飼草鮮干比差異不顯著(P>0.05)，為2.64～2.97，其中交叉混播模式最高，為2.97；條撒混播最低，為2.64。

表1顯示，無論是燕麥單播還是箭筈豌豆單播，其干草產(chǎn)量均顯著低于4種混播模式(P<0.05)，分別為6 662.67和5 723.45 kg/hm2。4種混播模式中以交叉混播模式干草產(chǎn)量最高，達9 412.18 kg/hm2，比燕麥單播提高了41.27%，比箭筈豌豆單播提高64.45%。

表1 不同混播模式飼草葉莖比、鮮干比和干草產(chǎn)量的比較Table 1 Comparison of leaf-stem ratio,fresh-dry ratio and hay yield of different mixing modes

2.3 不同混播模式對飼草營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表2可知，飼草粗蛋白含量最高的是箭筈豌豆單播，達12.85%，與其他混播模式差異顯著(P<0.05)；單播燕麥粗蛋白含量顯著低于其他播種模式(P<0.05)，僅為6.24%。4種混播模式飼草粗蛋白含量差異不顯著(P>0.05)，為9.34%～9.50%，其中交叉混播模式相對最高。

由表2還可知，在飼草粗灰分含量方面，箭筈豌豆單播最高，可達5.76%，與間行混播模式、交叉混播模式和條撒混播模式處理差異顯著(P<0.05)；其次為燕麥單播，交叉混播模式最低，僅為4.05%。除箭筈豌豆單播以外,其余幾種播種模式間飼草粗灰分含量差異不顯著(P>0.05)。

燕麥單播中性洗滌纖維含量最高，為53.36%，顯著高于交叉混播模式和箭筈豌豆單播(P<0.05)；且以交叉混播模式最低，為47.61%。燕麥單播酸性洗滌纖維含量也最高，為40.12%，除同行混播模式、間行混播模式外，與其他混播模式差異顯著(P<0.05)。由中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維計算得出的飼草相對飼喂價值顯示，交叉混播模式下飼草的相對飼喂價值最高，為129.14，顯著高于燕麥單播(P<0.05)。

表2 不同混播模式下飼草營養(yǎng)品質(zhì)的比較Table 2 Comparison of nutritional quality of grasses in different mixing modes

2.4 不同混播模式下飼草主要性狀的主成分分析

主成分分析(PCA)能夠充分反映飼草各指標中起主導(dǎo)作用的綜合指標。由飼草主要性狀的相關(guān)系數(shù)矩陣(表3)可以看出，飼草7個主要性狀間存在不同程度的相關(guān)性。但性狀間的相關(guān)性易導(dǎo)致信息重疊，因此為消除重疊信息的不利影響，對飼草7個主要性狀進行主成分分析。根據(jù)特征值大于1的原則，可提取2個主要成分，方差貢獻率分別為54.419%和32.844%，能夠代表總體87.263%的信息(表4)。

第一主成分的特征值為3.809，此成分中載荷比較高的有粗蛋白含量和相對飼喂價值，分別為0.994 和0.982，主要反映了飼草的營養(yǎng)狀況，可解析為營養(yǎng)因子。除酸性洗滌纖維含量為負外，其余幾個性狀均為正，說明隨著第一主成分的增加有利于除酸性洗滌纖維含量以外的各個性狀優(yōu)化。第二主成分的特征值為2.299，載荷最高的是飼草產(chǎn)量和粗灰分含量，分別為0.928和0.820，主要反映飼草產(chǎn)量和營養(yǎng)狀況，可解析為綜合性因子。此成分中只有葉莖比和粗蛋白含量值為負，說明隨著該主成分的增加，除了葉莖比和粗蛋白含量下降外，其余性狀值均呈現(xiàn)增加趨勢。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[17]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(表5)。將特征向量A1和A2及不同播種模式飼草主要性狀的標準化數(shù)據(jù)(表6)代入主成分計算模型，得出飼草公因子Y1和Y2：

Y1=0.400×ZLS+0.167×ZHY+0.509×ZCP+0.247×ZAsh+0.362×ZNDF-0.327×ZADF+0.503×ZRFV；

Y2=-0.344×ZLS+0.612×ZHY-0.009×ZCP+0.541×ZAsh+0.050×ZNDF+0.456×ZADF+0.073×ZRFV。

營養(yǎng)公因子Y1中，箭筈豌豆單播得分最高；綜合性公因子Y2中，交叉混播得分最高。按照公式Y(jié)=(54.419Y1+32.844Y2)/87.263對2種公因子進行綜合評價，得出燕麥與箭筈豌豆不同混播模式得分，排名前3的依次為交叉混播模式、條撒混播模式和間行混播模式(表7)。

表3 飼草主要性狀的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation coefficient matrix of main characteristics of forage

表4 飼草主要性狀的特征值和累積貢獻率Table 4 Characteristic value and cumulative contribution rate of main traits of forage

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

表6 不同混播模式下飼草主要性狀的標準化(Z)數(shù)據(jù)Table 6 Standardized data of main traits of forage for different sowing patterns

表7 燕麥與箭筈豌豆不同混播模式綜合排名Table 7 Comprehensive ranking of different mixed-broadcast modes of Avena sativa and Vicia sativa

3 討 論

3.1 混播模式對飼草產(chǎn)量的影響

混播植物枝條、葉片、根系在空間上的分布差異可使混播飼草間的競爭強度降低，實現(xiàn)光、水分和養(yǎng)分的利用互補，提高草地生產(chǎn)力[18]。靈敏等[19]指出，燕麥與箭筈豌豆混播草地產(chǎn)量較燕麥和箭筈豌豆單播分別提高了12.2%，26.5%。本研究結(jié)果表明，相對于單播，混播顯著提高了飼草產(chǎn)量(P<0.05)，這與謝開云等[4]、余常兵等[18]、靈敏等[19]的研究結(jié)果相似。可能是混播飼草在地上部及地下部空間上具有合理的配置方式，能夠充分吸收水分、二氧化碳、營養(yǎng)元素等，利用光能進行光合作用，合成大量的有機物質(zhì)[20]。同時，燕麥給箭筈豌豆提供了生長支撐，減少了其倒伏，提高光合利用率，從而增加飼草產(chǎn)量[21]。本研究中，對燕麥與箭筈豌豆不同混播模式而言，交叉混播模式更能體現(xiàn)產(chǎn)量優(yōu)勢，但之前大多數(shù)研究者認為間行混播模式能夠更好地發(fā)揮種間互補優(yōu)勢，對環(huán)境資源能以最大限度利用[22-23]。這與本研究結(jié)果不一致，主要因為前人研究豆禾混播模式時沒有考慮交叉混播模式[22-23]，可能交叉混播模式下燕麥能更好地利用箭筈豌豆的固氮效應(yīng)，其生長機理還需進一步探究。

3.2 混播模式對飼草品質(zhì)的影響

不同混播模式草地的同化作用速度及物質(zhì)合成能力有差異，使混播草地干草營養(yǎng)成分含量發(fā)生了變化[2]。相比禾本科單播，混播明顯改善了飼草營養(yǎng)品質(zhì)[24]，這與本研究結(jié)果一致。本研究表明，相比燕麥單播，燕麥與箭筈豌豆混播模式降低了飼草粗灰分、中性和酸性洗滌纖維含量，提升了飼草粗蛋白含量和相對飼喂價值，主要是因為箭筈豌豆含有較高的蛋白質(zhì)和鈣等營養(yǎng)元素，而燕麥含有較多的碳水化合物，這2種飼草混播后改善了種群飼草的營養(yǎng)成分[25]。同時，箭筈豌豆固定的氮素又會有一部分轉(zhuǎn)移到燕麥中，提高了養(yǎng)分利用率，有利于改善混播草地品質(zhì)[26]。本試驗結(jié)果顯示，交叉混播模式較其他3種混播模式更能體現(xiàn)飼草品質(zhì)優(yōu)勢，主要是因為交叉混播模式相對其他混播模式提高了混播草地的葉莖比，葉片中含有豐富的粗蛋白質(zhì)含量，而葉莖比越大，飼草營養(yǎng)價值越高[27]。

3.3 最佳混播模式的篩選

人工混播草地建植的主要目的是獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的飼草，因此，飼草產(chǎn)量和營養(yǎng)價值表現(xiàn)尤為重要。本研究中，單播箭筈豌豆營養(yǎng)價值雖較高，但飼草產(chǎn)量較低；而燕麥和箭筈豌豆混播草地產(chǎn)量明顯高于單播，不同混播模式飼草整體營養(yǎng)價值高于燕麥單播，但低于箭筈豌豆單播。就燕麥和箭筈豌豆混播模式而言，本試驗對不同混播飼草主要營養(yǎng)和產(chǎn)量指標的綜合評價結(jié)果表明，飼草綜合性狀表現(xiàn)較優(yōu)、且位列前3的混播模式依次為交叉混播模式、條撒混播模式和間行混播模式。

4 結(jié) 論

4種混播模式均提高了飼草產(chǎn)量，其中交叉混播模式干草產(chǎn)量高達9 412.18 kg/hm2，比燕麥、箭筈豌豆單播分別提高了41.27%和64.45%；混播草地較燕麥單播顯著改善了飼草品質(zhì)，其中交叉混播模式飼草相對飼喂價值最高，達129.14。通過對不同混播模式評價分析發(fā)現(xiàn)，燕麥與箭筈豌豆交叉混播模式、條撒混播模式、間行混播模式下飼草的綜合性狀表現(xiàn)較優(yōu)。