無(wú)芒雀麥與苜?；觳ゲ莸厣a(chǎn)力提升的水氮調(diào)控模式

汪愛霞，馬彥麟，齊廣平，康燕霞，銀敏華，汪精海，賈 瓊，唐仲霞，姜淵博

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，蘭州 730070)

我國(guó)六大牧區(qū)集中在西北地區(qū)，草原面積約占全國(guó)草原的75%，近年來(lái)該區(qū)域畜牧業(yè)發(fā)展迅速，草畜矛盾日漸突出，傳統(tǒng)的天然草地已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化畜牧業(yè)的發(fā)展。人工草地的建植可緩解天然草地退化帶來(lái)的放牧壓力，使供不應(yīng)求的退化草地得以休養(yǎng)生息，同時(shí)可協(xié)調(diào)草地利用在時(shí)間和空間上的不平衡，有效緩解草畜矛盾。因此，建植人工草地成為現(xiàn)代化畜牧業(yè)生產(chǎn)體系中不可或缺的一部分，人工草地的牧草種類主要以豆科與禾本科牧草混播為主。紫花苜蓿(L.)作為一種抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的豆科牧草，在我國(guó)大多數(shù)牧區(qū)被廣泛種植。無(wú)芒雀麥(Layss.)生命力強(qiáng)、飼口性好、營(yíng)養(yǎng)豐富，是我國(guó)溫帶和寒溫帶建造人工草地的優(yōu)質(zhì)草種。苜蓿與無(wú)芒雀麥混播產(chǎn)量品質(zhì)都優(yōu)于其單播牧草，可以為家禽家畜提供優(yōu)質(zhì)的干草飼料和放牧草場(chǎng)，從而為畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。此外，紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥根系發(fā)達(dá)，葉量豐富，植被覆蓋率高，可有效緩解該地區(qū)風(fēng)力侵蝕造成的水土流失問題。

水分和養(yǎng)分是豆禾混播草地發(fā)展的主要限制因子，但我國(guó)西北地區(qū)水資源匱乏、土壤貧瘠，傳統(tǒng)的灌水和施肥模式造成大量水氮資源浪費(fèi)。此外，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2020年提出了“一控、二減”節(jié)水節(jié)肥節(jié)藥的要求，并提出在2030年實(shí)現(xiàn)化肥農(nóng)藥零增長(zhǎng)以及灌溉水有效利用系數(shù)為0.6的宏觀目標(biāo)，因此，在該地區(qū)進(jìn)行合理的水肥調(diào)控具有重要意義。水分虧缺在限制牧草生長(zhǎng)的同時(shí)還影響土壤微生物的生長(zhǎng)發(fā)育，灌水量過(guò)高降低粗蛋白含量，增大牧草纖維含量，可見，適宜的灌水量有利于旱區(qū)牧草的生長(zhǎng)。氮素作為作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)養(yǎng)分，能有效提高牧草生產(chǎn)力和品質(zhì)。目前，對(duì)旱區(qū)牧草的研究集中于水氮等各單項(xiàng)因子對(duì)牧草生理生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)、光合作用和水氮利用效率的影響，水氮雙因子協(xié)同調(diào)控的研究集中在玉米、小麥、蔬菜等方面，而對(duì)于牧草生產(chǎn)等方面的研究較少。

河西走廊地區(qū)降水稀少，光熱資源豐富，氣溫日變化偏大，有利于作物物質(zhì)的積累，被稱為“西北糧倉(cāng)”，且畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，但近幾年草原退化問題嚴(yán)峻，對(duì)該區(qū)域的畜牧業(yè)產(chǎn)生一定的威脅，如何在節(jié)水節(jié)肥條件下提高牧草生產(chǎn)力成為研究的重點(diǎn)。本研究通過(guò)大田試驗(yàn)，分別針對(duì)無(wú)芒雀麥單播和無(wú)芒雀麥與苜?；觳?，分析水氮供應(yīng)對(duì)牧草生長(zhǎng)特性、品質(zhì)、灌溉水利用效率(IWUE)、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)的影響，并通過(guò)主成分分析得出最優(yōu)的種植與水氮管理模式，以期為豆禾混播人工草地的建立提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2020年5—10月在甘肅省張掖市肅南裕固族自治縣明花鄉(xiāng)(98°49′50″E，38°40′36″N)試驗(yàn)站進(jìn)行。區(qū)域內(nèi)海拔1 368 m，年均日照時(shí)間3 034 h，多年平均降水量90 mm，蒸發(fā)量1 731 mm，年平均氣溫7.3 ℃，無(wú)霜期131天。氣象數(shù)據(jù)(圖1)由小型智慧型農(nóng)業(yè)氣象站測(cè)定。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為砂壤土，田間持水量為33.0%(體積含水率)，0—100 cm土層土壤平均容重為1.44 g/cm，全氮含量0.21 g/kg，速效鉀含量0.17 g/kg，速效磷含量3.16 mg/kg，pH為7.4。

圖1 2020年4-10月降水量和平均氣溫分布

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試苜蓿品種為“清水紫花苜蓿”(簡(jiǎn)稱苜蓿)，無(wú)芒雀麥品種為“卡爾頓無(wú)芒雀麥”，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供。本研究中牧草(苜蓿與無(wú)芒雀麥)為3年生牧草(于2018年5月播種)，灌水方式為噴灌(灌水量由各小區(qū)支管上水表控制)，噴頭為蝶形噴頭，由大禹節(jié)水公司提供，噴射半徑2～3 m，噴頭流量0.2 m/h，布置在小區(qū)中央，紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥于2018年5月播種，播種方式為條播，播深2 cm，行距31.25 cm(每個(gè)小區(qū)17行牧草)。小區(qū)之間設(shè)保護(hù)行(圖2)，試驗(yàn)小區(qū)除草、打藥等田間農(nóng)藝管理措施一致。

參考該地區(qū)生產(chǎn)實(shí)踐以及其他學(xué)者研究，確定本試驗(yàn)種植模式、灌水水平和施氮水平3個(gè)因素，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。種植模式(圖2)為紫花苜蓿與無(wú)芒雀麥同行混播(D1，播種比例1∶1，播種量均為15 kg/hm)和無(wú)芒雀麥單播(D2，30 kg/hm)；灌水量以土壤體積含水率(用TDR測(cè)定)占田間持水率的百分?jǐn)?shù)計(jì)，灌水上限均為85%，灌水下限分別為65%(W1，輕度虧水)、55%(W2，中度虧水)和45%(W3，重度虧水)，在苜蓿(苜蓿和無(wú)芒雀麥生育時(shí)期不同，以苜蓿生育時(shí)期為準(zhǔn))的現(xiàn)蕾期和初花期進(jìn)行水分調(diào)虧，其余生育時(shí)期充分灌溉(75%～85%)，計(jì)劃濕潤(rùn)層80 cm；供試肥料為尿素CO(NH)(N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.4%)，第1茬在分枝期施肥，第2茬和第3茬在上茬刈割后施肥，3茬間施肥比例為5∶3∶2，施氮水平為低氮量60 kg/hm(N1)、高氮量120 kg/hm(N2)，共12個(gè)處理，設(shè)3個(gè)重復(fù)，共計(jì)36個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)小區(qū)面積為25 m(5 m×5 m)，試驗(yàn)采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。苜蓿3茬均在初花期刈割，無(wú)芒雀麥第1茬在孕穗期至初花期刈割，第2茬在孕穗期刈割，第3茬在拔節(jié)期后停止生長(zhǎng)。

圖2 試驗(yàn)小區(qū)布置示意

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.3.1 株高、莖粗 株高、莖粗測(cè)定：在苜蓿分枝期(3茬分別于5月10日、7月6日和8月30日)、現(xiàn)蕾期(5月26日、7月18日和9月15日)、初花期(6月10日、7月31日和9月28日)對(duì)紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥的株高莖粗進(jìn)行測(cè)量(測(cè)定時(shí)間以苜蓿的生育時(shí)期為準(zhǔn))?；觳ゲ莸孛總€(gè)小區(qū)分別選取10株長(zhǎng)勢(shì)均勻的紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥進(jìn)行標(biāo)記，單播草地選取10株長(zhǎng)勢(shì)均勻的無(wú)芒雀麥進(jìn)行標(biāo)記，從植株底部用卷尺測(cè)量株高，用游標(biāo)卡尺在距地面5 cm處測(cè)量莖粗，每個(gè)生育時(shí)期測(cè)1次，取平均值。

1.3.2 牧草產(chǎn)量、品質(zhì)

(1)牧草產(chǎn)量。全季牧草均于苜蓿初花期對(duì)紫花苜蓿和無(wú)芒雀麥的產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定。混播草地每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇1 m的樣方2個(gè)，在距地面5 cm處刈割，樣方1將苜蓿和無(wú)芒雀麥分開，分別測(cè)其鮮重，樣方2直接測(cè)混合鮮重；單播草地每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇1 m的樣方1個(gè)，測(cè)其鮮重。將所取樣品放入烘箱，105 ℃殺青0.5 h，75 ℃烘48 h至恒重，冷卻后稱其干重，計(jì)算干草產(chǎn)量。

(2)牧草品質(zhì)。將烘干草樣粉碎后過(guò)0.4 mm篩，將混播草地里的混合草樣(苜蓿與無(wú)芒雀麥)和單播無(wú)芒雀麥草樣分別稱取0.50 g進(jìn)行粗蛋白含量、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維測(cè)定。測(cè)3茬，每茬測(cè)3個(gè)重復(fù)，求平均值。

粗蛋白(crude protein，CP，%)的測(cè)定：依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 6432—94，用HSO消煮法，利用凱氏定氮儀(K1160)測(cè)定。

酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF，%)和中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF，%)的測(cè)定：采用Goering和Van Soest法，用半自動(dòng)纖維分析儀(F800)測(cè)定ADF和NDF。

1.3.3 土壤水分監(jiān)測(cè)

(1)土壤含水率：土壤含水率采用TDR每7天監(jiān)測(cè)1次，灌水和降雨前后加測(cè)，用烘干法校核。

(2)耗水量：水量平衡法計(jì)算

(1)

式中：為不同土層序號(hào)；為土層總數(shù)；1和2為第層土壤在試驗(yàn)始末的含水率(%)；為第層土層深度(cm)；為第層干密度(g/cm)；為試驗(yàn)開展期間總灌水量(mm)；為試驗(yàn)開展期間有效降水量(mm)；為地下水補(bǔ)給(忽略不計(jì))。

1.3.4 水氮利用效率

(1)灌溉水利用效率(irrigation water use efficiency，IWUE，kg/m)

IWUE=

(2)

式中：為牧草產(chǎn)量(kg/hm)；為灌水量(m/hm)。

(2)水分利用效率(water use efficiency，WUE，kg/m)

WUE=

(3)

式中：為牧草產(chǎn)量(kg/hm)；為耗水量(m/hm)。

(3)氮肥偏生產(chǎn)力(nitrogen partial factor productivity，PFP，kg/kg)

PFP=

(4)

式中：為牧草產(chǎn)量(kg/hm)；為施氮量(kg/hm)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行計(jì)算，Origin 9.0軟件作圖，SPSS Statistics 24軟件進(jìn)行方差分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草生長(zhǎng)特性的影響

2.1.1 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草株高的影響 由圖3可知，種植模式、灌水量和施氮量對(duì)牧草株高的影響顯著(<0.05)。第2茬較第1茬混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥株高分別降低3.25%，7.70%和1.29%；第3茬較第1茬混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥株高分別降低31.52%，34.80%和39.91%?？梢?，光熱資源不充足可導(dǎo)致牧草株高生長(zhǎng)滯緩。灌水量相同時(shí)，N2較N1處理混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均株高分別增加6.55%，2.12%和15.91%；施氮量相同時(shí)，W1較W2處理混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均株高分別增加3.59%，1.25%和4.16%，W1較W3處理混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均株高分別增加17.39%，13.41%和8.31%。由此可知，適當(dāng)增加水氮有利于牧草株高的生長(zhǎng)，與W3N1處理相比，W1N2處理下混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均株高分別增加27.41%，20.26%和26.55%。灌水量和施氮量相同時(shí)，D1較D2處理無(wú)芒雀麥3茬平均株高增加62.40%。不同生育時(shí)期牧草株高的增幅不同，分枝期增幅最大，現(xiàn)蕾期和初花期牧草株高日增長(zhǎng)量降低，隨著虧水程度的加劇，牧草株高的增幅減少。綜上可知，施氮和灌水均能促進(jìn)牧草株高生長(zhǎng)，混播較單播有利于促進(jìn)無(wú)芒雀麥的生長(zhǎng)。

注：W1、W2、W3分別表示輕度虧水、中度虧水、重度虧水；N1、N2分別表示低氮、高氮量；D1M表示混播苜蓿，D1W表示混播無(wú)芒雀麥，D2W表示單播無(wú)芒雀麥，不同小寫字母表示不同處理下的差異顯著(P<0.05)。下同。

2.1.2 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草莖粗的影響 由圖4可知，種植模式、灌水量和施氮量對(duì)牧草莖粗的影響達(dá)到顯著水平(<0.05)。第2茬較第1茬混播苜蓿與無(wú)芒雀麥莖粗分別減小14.06%和14.55%，單播無(wú)芒雀麥莖粗減小8.59%；第3茬較第1茬混播苜蓿與無(wú)芒雀麥莖粗分別減小28.11%和29.05%，單播無(wú)芒雀麥莖粗減小17.15%。可見，光熱資源不充足不利于牧草莖粗的生長(zhǎng)。灌水量相同時(shí)，N2較N1處理混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均莖粗分別增加4.24%，3.35%和5.79%。施氮量相同時(shí)，W1較W2處理混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均莖粗分別增加5.33%，2.15%和6.67%，W1較W3處理混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均莖粗分別增加6.65%，3.07%和15.14%。由此可知，適宜的水氮有利于牧草莖粗的生長(zhǎng)，與W3N1處理相比，W1N2處理下混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均莖粗分別增加11.32%，4.11%和20.98%。灌水量和施氮量相同時(shí)，D1較D2處理無(wú)芒雀麥3茬平均莖粗減小11.27%。不同生育時(shí)期，牧草莖粗的增幅不同，分枝期增幅最大；現(xiàn)蕾期和初花期牧草莖粗日增長(zhǎng)量降低，隨著虧水程度的加劇，牧草莖粗的增幅相應(yīng)減少，表明施氮和灌水均能促進(jìn)苜蓿和無(wú)芒雀麥莖粗的生長(zhǎng)，混播在一定程度上抑制無(wú)芒雀麥莖粗的生長(zhǎng)。

圖4 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)不同牧草生育期莖粗的影響

2.2 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.2.1 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草產(chǎn)量的影響 由圖5可知，第2茬、第3茬較第1茬混播和單播牧草產(chǎn)量分別降低6.85%，41.93%和8.37%，72.01%(<0.05)。在第1茬牧草中，灌水量相同時(shí)，N2較N1處理混播牧草產(chǎn)量提高12.31%，單播牧草產(chǎn)量提高9.67%。施氮量相同時(shí)，W1較W2處理混播和單播牧草產(chǎn)量分別增加6.7%和10.53%；W1較W3處理混播和單播牧草產(chǎn)量分別提高24.6%和21.93%(<0.05)。第2茬產(chǎn)量、第3茬產(chǎn)量和年產(chǎn)量隨灌水量和施氮量的變化與第1茬牧草基本一致。對(duì)于牧草年總產(chǎn)量，混播牧草較單播牧草提高111.51%。施氮量相同時(shí)，混播牧草W1N2較W2N1和W3N1處理產(chǎn)量分別提高21.07%和42.16%，單播牧草W1N2較W2N1和W3N1處理產(chǎn)量分別提高21.84%和38.59%(<0.05)，且混播和單播牧草均在輕度虧水高氮量處理下獲得最大年產(chǎn)量，分別為26 050.73，12 186.10 kg/hm，說(shuō)明混播模式下適量添加灌水量和施氮量有利于牧草產(chǎn)量的累積。

圖5 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

2.2.2 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草品質(zhì)的影響 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草粗蛋白含量(CP)、酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)的影響見表2。由表2可知，混播牧草CP、ADF和NDF顯著大于單播牧草，灌水量對(duì)牧草CP、ADF和NDF的影響極顯著(<0.01)，施氮量對(duì)其影響顯著(<0.05)，交互作用對(duì)其影響不顯著(>0.05)?；觳ツ敛菰赪1N2處理下牧草CP最高，達(dá)到21.40%，W3N1處理下牧草CP最低，與W1N2處理相比降低27.00%。單播牧草W1N2處理下牧草CP最高，達(dá)到16.43%，W3N1處理下牧草CP最低，與W1N2處理相比降低37.26%。牧草ADF和NDF是反映牧草品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其值過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致飼料中碳水化合物以及能量的缺乏，反之，牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更佳?；觳ツ敛軼1N2處理下牧草ADF和NDF最低，分別為30.77%和38.70%，與W3N1相比，分別降低19.56%和33.86%；單播牧草W1N2處理下ADF和NDF最低，分別為24.38%和32.84%，與W3N1相比，分別降低21.29%和25.53%，說(shuō)明適當(dāng)增加水氮施用量能改善牧草品質(zhì)。

表2 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草品質(zhì)的影響 單位：%

2.3 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草水氮利用效率的影響

由表3可知，灌水量和耗水量均隨著虧水程度加劇逐漸減小，單播較混播灌水總量和耗水總量分別減少12.31%和10.98%，可見，單播牧草的耗水強(qiáng)度小于混播?；觳ポ^單播牧草IWUE、WUE和PFP分別顯著提高87.38%，88.71%和112.97%，灌水量和施氮量對(duì)牧草IWUE、WUE和PFP的影響極顯著(<0.01)，其交互作用對(duì)牧草IWUE和WUE的影響不顯著(>0.05)，對(duì)牧草PFP的影響極顯著(<0.01)。施氮量相同時(shí)，隨著灌水量的增加，IWUE和WUE減小，PFP增大，混播模式下，W1較W3處理IWUE、WUE減少5.41%和5.33%，PFP增加25.51%；單播模式下，W1較W3處理IWUE和WUE分別減少2.70%和6.61%，PFP增加23.35%。灌水量相同時(shí)，隨著施氮量的增加，在混播模式下，IWUE、WUE和PFP均減小，N2較N1處理IWUE、WUE和PFP分別減少6.10%，4.15%和44.33%；單播模式下，N2較N1處理IWUE和PFP分別減少7.25%和43.69%，WUE增加2.71%。混播和單播牧草在W2N1處理下IWUE最大，分別為5.66，2.89 kg/m，W1N1處理牧草PFP最大，分別為388.03，183.94 kg/kg，W3N2處理WUE最大，分別為4.41，2.37 kg/m。表明高灌水量降低牧草的WUE和IWUE，高氮量降低牧草的PFP。

表3 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草水氮利用效率的影響

2.4 主成分分析

由于牧草的單項(xiàng)指標(biāo)不能全面反映牧草品質(zhì)和產(chǎn)量的優(yōu)劣，故對(duì)牧草粗蛋白含量()、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)、產(chǎn)量()、灌溉水利用效率(IWUE)、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生產(chǎn)力(PFP)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，采用主成分分析法對(duì)7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行降維數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析(表4、表5)。主成分分析后提取的2個(gè)主成分特征值>1，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到90.045%，表明這2個(gè)主成分包含7個(gè)指標(biāo)的主要信息。主成分1包含總變異信息的64.636%，反映、、IWUE和WUE 4個(gè)指標(biāo)的影響，主成分2解釋原始信息的25.409%，主要以ADF和NDF的影響為主。主成分綜合得分和綜合排序(表5)得出，最優(yōu)處理為D1W1N2，最劣處理為D2W3N1。不同灌水量處理下，W1的綜合得分大于W2和W3；不同施氮量處理下，N1的綜合得分大于N2；不同種植模式下，混播的綜合得分大于單播。表明混播模式下輕度虧水較高氮量是當(dāng)?shù)剡m宜的水氮施用量。

表4 主成分因子荷載與方差貢獻(xiàn)率

表5 不同水氮調(diào)控和種植模式下牧草綜合評(píng)價(jià)

3 討 論

3.1 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草生長(zhǎng)特性的影響

牧草生長(zhǎng)發(fā)育與其干草產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)，牧草屬營(yíng)養(yǎng)體作物，其產(chǎn)量即為所有地上部分生物量，牧草株高、莖粗等生長(zhǎng)指標(biāo)與其產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。適宜施氮量能促進(jìn)作物根系吸水能力以及根系活性，土壤養(yǎng)分主要通過(guò)擴(kuò)散作用或質(zhì)流作用被根系截獲。適宜的土壤水分有利于土壤中離子的擴(kuò)散，從而促進(jìn)作物吸收土壤養(yǎng)分及株高、莖粗、葉片等生長(zhǎng)。此外，葉片中富含粗蛋白、粗脂肪以及碳水化合物，生長(zhǎng)指標(biāo)的提高尤其是葉片重量的提高能夠有效改善牧草品質(zhì)。本研究表明，高的施氮量和灌水量均能促進(jìn)苜蓿和無(wú)芒雀麥株高、莖粗的生長(zhǎng)。這與高文瑞等的研究結(jié)果相似，即增加基質(zhì)含水量和一定程度上增加施氮量可以增加植株的株高和莖粗，從而提高植株干鮮重。本試驗(yàn)在牧草再生期和分枝期進(jìn)行充分灌溉，使得牧草的初期生長(zhǎng)不因水分虧缺而受到約束，在現(xiàn)蕾期和初花期對(duì)牧草進(jìn)行不同程度的水分脅迫，這樣既能高效節(jié)水又能得到高產(chǎn)的牧草。

本試驗(yàn)中，與單播比較，混播促進(jìn)無(wú)芒雀麥株高的生長(zhǎng)，一定程度上抑制無(wú)芒雀麥莖粗的生長(zhǎng)。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因可能是豆科苜蓿與禾本科無(wú)芒雀麥的生物學(xué)特性不同，2種牧草的地下和地上部分出現(xiàn)不同水平的生態(tài)位分離，使2種牧草之間補(bǔ)償并協(xié)同，促使生態(tài)因子(水分、肥料、空氣、熱量、光照和空間)資源利用率達(dá)到最佳。此外，混播草地中，苜蓿因根系發(fā)達(dá)，其根系吸收大多數(shù)的水分和養(yǎng)分，使得無(wú)芒雀麥莖粗的生長(zhǎng)受到一定的抑制，從而使混播中的莖粗略小于單播。同時(shí)，無(wú)芒雀麥為了與苜蓿競(jìng)爭(zhēng)水分、養(yǎng)分和充足的光熱資源，其株高隨著苜蓿株高的增加而相應(yīng)增加，因而混播中無(wú)芒雀麥的株高顯著高于單播。

3.2 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

適宜的施氮量和灌水量是保證牧草高產(chǎn)的關(guān)鍵因素，成自勇研究表明，再生期和分枝期(分蘗期)是牧草對(duì)干旱和水分脅迫最敏感的時(shí)期，這一時(shí)期的水分脅迫嚴(yán)重影響最終的牧草產(chǎn)量。本試驗(yàn)表明，隨著灌水量和施氮量的增加，牧草的產(chǎn)量隨之增加，這與王振華等研究結(jié)果一致。混播牧草與單播牧草相較，混播牧草具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)草量可提高14.0%～25.0%。本試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，混播牧草的產(chǎn)量顯著高于單播牧草，這與汪精海等研究結(jié)果一致。主要原因是苜蓿有固氮作用，與無(wú)芒雀麥混播后通過(guò)共生菌所固定的氮一部分被無(wú)芒雀麥所利用，促進(jìn)無(wú)芒雀麥的生長(zhǎng)；同時(shí)，混播草地中豆科苜蓿根系發(fā)達(dá)，能夠吸收深層土壤中的部分水分和養(yǎng)分，滿足自身的生長(zhǎng)。

牧草品質(zhì)是衡量牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)，牧草粗蛋白含量越高，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量越低，牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和飼口性越好，從而其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。畢舒貽研究得出，高灌水量和施氮量可以提高苜蓿的品質(zhì)；羅鳳敏等研究得出，合理的水氮施用量能得到品質(zhì)優(yōu)良的無(wú)芒雀麥，與本試驗(yàn)研究結(jié)果相似。其他學(xué)者研究表明，粗蛋白含量與灌水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，纖維含量與灌水量呈正相關(guān)關(guān)系，即高灌水量的牧草品質(zhì)不佳。這與本試驗(yàn)有差異，主要是因?yàn)楸驹囼?yàn)是在灌水的基礎(chǔ)上施氮，施氮能提高牧草粗蛋白含量，降低纖維含量。因此，在水氮調(diào)控條件下，適宜的水氮施用量可以使牧草的品質(zhì)更佳。

3.3 水氮調(diào)控及種植模式對(duì)牧草水氮利用效率的影響

合理的水氮施用量是保證作物高產(chǎn)的關(guān)鍵因子，產(chǎn)量的大小直接影響牧草灌溉水利用效率、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力。尹光華等研究表明，水氮多因子對(duì)水分利用效率有交互作用，水氮對(duì)水分利用效率體現(xiàn)為正效應(yīng)。水分虧缺導(dǎo)致土壤氣體的擴(kuò)散受到限制，從而降低作物的養(yǎng)分利用效率和土壤含氧量。本試驗(yàn)研究得出，隨著灌水量的增加，牧草氮肥偏生產(chǎn)力增加，但灌溉水利用效率和水分利用效率相應(yīng)降低，這與王振華等研究結(jié)果一致。水分虧缺約束了牧草的光合作用，使葉片膨脹和光合作用減少，導(dǎo)致光合作用產(chǎn)物相應(yīng)減少，從而使牧草減產(chǎn)，氮肥偏生產(chǎn)力減小，灌溉水利用效率增大。氮素添加通過(guò)降低種群穩(wěn)定性和種間異質(zhì)性顯著降低生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，合理控制草原氮素輸入可減少氮素流失，降低氮素對(duì)環(huán)境質(zhì)量的不利影響。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤氮素隨著施氮量的增加而增大，在一定程度上提高牧草產(chǎn)量和灌溉水利用效率，但顯著減小氮肥偏生產(chǎn)力，造成氮素資源浪費(fèi)。本試驗(yàn)研究結(jié)果得出，較高的施氮量可以提高牧草水分利用效率，但牧草的氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低?？梢?，當(dāng)?shù)适┯昧窟^(guò)高，氮肥偏生產(chǎn)力顯著降低，導(dǎo)致氮素資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

4 結(jié) 論

(1)增加灌水量和施氮量有利于提高牧草株高和莖粗，與W3N1處理相比，W1N2處理下混播苜蓿、混播無(wú)芒雀麥和單播無(wú)芒雀麥3茬平均株高分別增加27.41%，20.26%和26.55%，莖粗分別增加11.32%，4.11%和20.98%；混播對(duì)無(wú)芒雀麥株高有促進(jìn)作用，對(duì)莖粗有抑制作用，水氮處理相同，混播較單播處理無(wú)芒雀麥3茬平均株高增加62.40%，莖粗減小11.27%。

(2)灌水量和施氮量的增加有利于提高牧草產(chǎn)量和品質(zhì)，W1N2處理牧草年產(chǎn)量最高，混播為26 050.73 kg/hm，單播為12 186.10 kg/hm，與W3N1處理相比，W1N2處理下混播和單播牧草年產(chǎn)量分別增加42.16%和38.59%，牧草CP3茬平均提高27.00%和37.26%，混播牧草ADF和NDF分別降低19.56%和33.86%，單播牧草ADF和NDF分別降低21.29%和25.53%。

(3)增加灌水量會(huì)減小IWUE和WUE，增大PFP，混播模式下，W1較W3處理IWUE和WUE減小5.41%和5.33%，PFP增大25.51%，單播模式下，W1較W3處理IWUE和WUE減少2.70%和6.61%，PFP增加23.35%。隨著施氮量的增加，在混播模式下，IWUE、WUE和PFP均減小，單播模式下，IWUE和PFP減少，WUE增大。

(4)基于主成分分析得出，混播模式下輕度虧水(灌水下限65%)高氮量(120 kg/hm)綜合得分最高，其牧草的株高莖粗、產(chǎn)量、品質(zhì)、灌溉水利用效率、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力可達(dá)到有機(jī)統(tǒng)一，是西北干旱與半干旱地區(qū)較為合理的牧草種植管理模式。