冀西北壩上地區(qū)豆禾混播草地建植第三年草地生產(chǎn)力變化研究

杜俊穎， 李鑫洋， 楊 莉， 宋連昭， 周志明， 李 軍， 薛祝林， 劉貴河*

(1. 河北北方學(xué)院， 河北 張家口 075000； 2. 張家口市草原監(jiān)理站， 河北 張家口 075000；3. 康保縣自然資源和規(guī)劃局， 河北 張家口 075000)

冀西北壩上地區(qū)位于我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)[1]。近幾十年來，不合理的土地利用方式，致使土壤沙化、鹽漬化，草原退化，土地生產(chǎn)力逐年衰退[2]。因此，建植人工草地成為快速改善生態(tài)環(huán)境、保障畜牧業(yè)發(fā)展的重要舉措[3-4]。禾本科牧草品質(zhì)優(yōu)良，具有較高的飼用價(jià)值，是人工草地的主要建群草類[5]，但禾本科牧草單播粗蛋白含量較低[6]，且長期單播會(huì)導(dǎo)致草地氮素缺乏，產(chǎn)草量下降[7]。而紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是豆科苜蓿屬一種優(yōu)良的豆科牧草，蛋白質(zhì)含量高，飼用價(jià)值高，且具有生物固氮作用，可以改良土壤，提高土壤肥力[8-9]，也是我國北方地區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)恢復(fù)的重要草種之一[4,10]。因此，豆科牧草與禾本科牧草混播可以合理利用環(huán)境資源與養(yǎng)分，進(jìn)而提高人工草地的產(chǎn)量與牧草品質(zhì)，是當(dāng)今人工草地建植的首選方式，且具有良好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[11]。混播草地群落在第3年趨于穩(wěn)定，并且地上生物量在第3～4年達(dá)到峰值[12-13]。但由于各地資源環(huán)境的差異，不同牧草品種乃至不同地域間混播群落的穩(wěn)定性有所不同[14]，因此研究特定環(huán)境條件下不同混播草地的生產(chǎn)性能，尤其是建植后草地的穩(wěn)定性就顯得十分重要[15]。為此，本研究以冀西北壩上地區(qū)建植3年的豆禾混播草地為研究對(duì)象，對(duì)不同混播比例及組合下的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)等綜合性狀進(jìn)行探究，以揭示豆禾混播對(duì)草地生產(chǎn)性能的影響，為當(dāng)?shù)匦莞N草地建植模式及退化草原生態(tài)修復(fù)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地選擇在國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系張家口綜合試驗(yàn)站，地處41°10′ N，114°00′ E，平均海拔1 400 m左右。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.5℃，年降雨量396 mm，且多集中在7，8，9月，雨量占全年的70%，無霜期110 d，全年日照時(shí)數(shù)平均2 931.7 h。土壤為砂壤土，土壤表層有機(jī)質(zhì)25.4 g·kg-1，堿解氮121.25 mg·kg-1，速效磷6.33 mg·kg-1，速效鉀125.38 mg·kg-1，pH值為8.03[16]。

1.2 試驗(yàn)材料及來源

豆科牧草選用‘龍牧 801 ’紫花苜蓿(凈度>95%，發(fā)芽率>94%)，禾本科牧草選擇無芒雀麥(BromusinermisLeyss.)(凈度>98%，發(fā)芽率>85%)、垂穗披堿草(ElymusnutansGriseb.)(凈度>98%，發(fā)芽率>75%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為雙因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)。a因素為混播組合，MW、MP、MWP(M為紫花苜蓿，W為無芒雀麥，P為垂穗披堿草)；b因素為豆禾混播比例，設(shè)5種豆禾混播比例分別為3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3，以紫花苜蓿(M)、無芒雀麥(W)、垂穗披堿草(P)單播為對(duì)照，播種方式為同行播種。小區(qū)面積3 m×5 m，行距30 cm，播種深度為2～5 cm，3次重復(fù)。紫花苜蓿單播播量為18 kg·hm-2，無芒雀麥單播播量為 45 kg·hm-2，垂穗披堿草單播播量為60 kg·hm-2；混播比例及播量見表1。試驗(yàn)樣地建植于2019 年 5月 25 日，前茬作物為燕麥，試驗(yàn)期間未進(jìn)行灌溉和施肥，每年人工除雜草2次，建植當(dāng)年刈割一次，2020—2021年每年刈割2次。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experimental design

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1牧草產(chǎn)量測(cè)定 紫花苜蓿初花期進(jìn)行刈割,刈割前選用1 m×1 m樣方進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，每個(gè)小區(qū)測(cè)定三次。留茬高度5 cm，稱量鮮重并置于105℃烘箱中殺青30 min，后于65℃下烘干至恒重，計(jì)算干物質(zhì)產(chǎn)量。

1.4.2牧草品質(zhì)測(cè)定 每個(gè)小區(qū)取混合烘干草樣100 g,粉碎過篩后送于烏蘭察布市易馬農(nóng)牧科技有限公司進(jìn)行粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Crude fat，CF)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)等品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。

相對(duì)飼喂價(jià)值(Relative feeding value，RFV)：

(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29[17]

相對(duì)飼草品質(zhì)(Relative feeding quality，RFQ)：

1.949 9RFV-67.038(R2=0.755 2)[18]

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Excel軟件處理，用SPSS 23.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播比例與混播組合對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

同行混播第3年，MWP3∶7的年干草產(chǎn)量最高，達(dá)9 612.52 kg·hm-2，與同年單播紫花苜蓿、無芒雀麥、垂穗披堿草的年干草量相比，分別顯著提高了11.40%，56.64%，61.80%。相同混播組合中，無論在第1茬還是第2茬收獲時(shí)，3∶7，5∶5處理較其他混播比例具有更顯著的優(yōu)勢(shì)，但與紫花苜蓿單播間無顯著差異；而相同混播比例下，MW組合第1茬產(chǎn)量較其他兩個(gè)組合更有優(yōu)勢(shì)，MWP組合則第2茬產(chǎn)量較高。綜合產(chǎn)量分析，MW與MWP混播組合較MP混播干草產(chǎn)量更高(圖1)。

圖1 同行混播對(duì)第3年干草產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of mixed sowing on hay yield in the third year注：圖中不同小寫字母表示不同混播比例間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示不同混播組合間差異顯著(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant differences in mixture ratio at the 0.05 level,and different capital letters indicate significant differences in mixture sown at the 0.05 level,the same as below

2.2 混播比例與混播組合對(duì)牧草各營養(yǎng)成分的影響

試驗(yàn)結(jié)果見圖2和圖3?；觳サ?年，MWP 3∶7處理第1茬和第2茬牧草粗蛋白(CP)含量最高，與單播紫花苜蓿間無顯著差異。MWP組合在豆禾比為3∶7,4∶6,5∶5時(shí)，其第2茬牧草粗蛋白顯著高于MW、MP組合。相同混播組合中，4∶6處理第1茬與3∶7處理第2茬牧草CP含量最高，與6∶4處理間差異顯著。MWP3∶7處理第1茬與MW5∶5處理第2茬牧草粗脂肪(CF)含量最高，且顯著高于禾草單播。相同混播比例下，各組合第1茬牧草CF含量無顯著差異；MP4∶6與MP 6∶4第2茬牧草CF含量顯著低于MW、MWP相應(yīng)處理。

圖2 同行混播對(duì)第3年第1茬牧草營養(yǎng)成分的影響Fig.2 Effect of mixed sowing on nutrient content of the first cutting forage in the third year

圖3 同行混播對(duì)第3年牧草第2茬營養(yǎng)成分的影響Fig.3 Effect of mixed sowing on nutrient content of the second cutting forage in the third year

第1茬牧草酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量均以MWP3∶7處理最低，其中ADF含量顯著低于MWP各處理，NDF含量與MWP4∶6個(gè)處理間無顯著差異。第2茬牧草ADF與NDF含量分別以MW3∶7,MWP3∶7處理最低，MW3∶7處理ADF含量顯著低于MW4∶6處理，MWP3∶7處理NDF含量與MWP6∶4,MWP7∶3間存在顯著差異。相同混播比例下，MWP組合第1茬牧草ADF含量顯著低于MW組合，第2茬牧草各組合間無顯著差異；第1茬牧草NDF含量除MWP5∶5外，MWP其他處理均顯著低于MW各處理。

2.3 混播組合與混播比例對(duì)牧草綜合品質(zhì)的影響

第1茬牧草相對(duì)飼喂價(jià)值(RFV)以MW3∶7處理最高，且顯著高于MW各處理；MWP3∶7處理第2茬牧草RFV最高且與其他處理間差異顯著。相同混播比例下，MWP組合第1茬牧草RFV含量最高，與MP組合之間差異顯著；而各組合間第2茬牧草RFV除4∶6外的其他處理間無顯著差異，見表2。

表2 同行混播對(duì)第3年牧草相對(duì)飼喂價(jià)值的影響Table 2 Effect of mixed sowing on relative feeding value of forage in the third year

第1茬牧草相對(duì)飼草品質(zhì)(RFQ)以MW3∶7處理最高，且顯著高于MW4∶6、MW6∶4,MW7∶3；MWP3∶7處理第2茬牧草RFQ最高且顯著高于MWP4∶6,MWP5∶5。相同混播比例下，MWP組合第1茬牧草RFQ含量顯著高于MP組合；MWP4∶6,MWP5∶5處理第2茬牧草RFQ含量顯著高于MW4∶6,MW5∶5,MP5∶5處理，其他處理間無顯著差異，見表3。

表3 同行混播對(duì)第3年牧草相對(duì)牧草品質(zhì)的影響Table 3 Effect of mixed sowing on Relative feeding quality of forage in the third year

3 討論

3.1 混播組合與混播比例對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

研究結(jié)果表明，混播第3年，豆禾混播較單播禾草草地而言，具有顯著優(yōu)勢(shì)。牧草的地上生物量與草地資源的合理利用息息相關(guān)[19-20]?；觳ンw系中禾本科牧草可以利用豆科牧草固定的氮，增加禾本科牧草的含氮量[21-22]，充分實(shí)現(xiàn)生存資源與養(yǎng)分的互補(bǔ)利用[23-24]，使資源與養(yǎng)分利用達(dá)到最大化，且能更好地發(fā)揮各自的抗逆性與適應(yīng)性，提高草地群落的生態(tài)穩(wěn)定性[25]。在本研究中，紫花苜蓿+無芒雀麥(MW)與紫花苜蓿+無芒雀麥+垂穗披堿草(MWP)組合的干草產(chǎn)量顯著高于紫花苜蓿+垂穗披堿草(MP)組合，無芒雀麥與紫花苜蓿在混播過程中表現(xiàn)出一定的協(xié)調(diào)關(guān)系[26]；紫花苜蓿與垂穗披堿草產(chǎn)草量與垂穗披堿草單播間差異不顯著[27]。研究表明，草地建植當(dāng)年與第2年，MW5∶5，MW3∶7年產(chǎn)量最高，分別為2 380.00 kg·hm-2，5 518.00 kg·hm-2[16,28]，混播第3年MWP3∶7年產(chǎn)量較第1、第2年最高產(chǎn)量分別提高了303.89%，74.23%。紫花苜蓿與無芒雀麥同行混播較紫花苜蓿與垂穗披堿草混播組合建植當(dāng)年與第2年在產(chǎn)量上具有更顯著的優(yōu)勢(shì)[16]。這可能是由于垂穗披堿草在混播群落中競(jìng)爭力較弱所致。

為使混播物種的種內(nèi)競(jìng)爭維持在種間競(jìng)爭之上，選擇合適的混播比例十分重要[29]。在建植豆禾混播草地的過程中，適當(dāng)降低豆科牧草的比例有利于維持混播群落的平衡[30]。姚澤英對(duì)建植1、2年的混播草地進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，混播當(dāng)年，豆禾比3∶7處理下牧草具有產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)[16]；而混播第2年，MW3∶7,MP3∶7,MP5∶5,MWP7∶3較同組合下其他處理具有顯著優(yōu)勢(shì)[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，混播草地建植第3年，紫花苜蓿與禾草混播比例為3∶7和5∶5時(shí)，群落產(chǎn)草量得到顯著提高。綜合來看，豆禾混播比例為3∶7、5∶5時(shí)，草地生產(chǎn)力更為持久穩(wěn)定。

3.2 混播組合與混播比例對(duì)牧草品質(zhì)的影響

豆禾混播后牧草CP、CF含量顯著高于禾草單播[31]。研究發(fā)現(xiàn)，混播當(dāng)年各組合在豆禾比7∶3處理下牧草品質(zhì)優(yōu)越[16]，混播第2年混播比例為5∶5，3∶7，6∶4時(shí)全年綜合品質(zhì)更為顯著[28]，豆禾比3∶7，5∶5在混播第3年CP、CF含量具有顯著優(yōu)勢(shì)?；觳サ?年，相同混播比例下，各組合第1茬牧草CP、CF含量無顯著差異，第2茬牧草紫花苜蓿+無芒雀麥、紫花苜蓿+無芒雀麥+垂穗披堿草組合顯著高于紫花苜蓿+垂穗披堿草組合。這可能是由于第1茬牧草刈割后，持續(xù)晴天導(dǎo)致土壤干旱，進(jìn)而使牧草花期提前，影響到牧草的品質(zhì)。牧草ADF和NDF含量與牧草消化率及品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)[32]。牧草ADF,NDF含量越高，牧草消化率及適口性越差，直接影響到牲畜對(duì)牧草的消化吸收及采食量[33]。混播后牧草ADF、NDF含量較單播禾草顯著降低，與前人研究結(jié)果[34-35]相似。草地建植當(dāng)年與第2年，MWP5∶5纖維含量較低且顯著低于單播禾草，其RFV與RFQ較同年其他處理得到顯著提升[16,28]。本研究中，混播第3年第1茬牧草收獲時(shí)，MW3∶7RFV，RFQ值最高且顯著高于同茬其他處理；MWP3∶7第2茬牧草纖維含量最低，其RFV,RFQ達(dá)到同年最高值。由此可見，豆禾比在3∶7，5∶5時(shí)，較其他混播比例可以獲得更優(yōu)質(zhì)的牧草。此外，多組分混播較簡單混播營養(yǎng)更均衡[36]，本研究也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，且無芒雀麥較垂穗披堿草更適合壩上地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，與紫花苜蓿的種間相容性更好，導(dǎo)致在混播組合中加入無芒雀麥的處理品質(zhì)顯著高于紫花苜蓿+垂穗披堿草組合。

4 結(jié)論

混播草地建植第3年，豆科與禾本科在混播比例為3∶7，5∶5時(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)顯著提升；綜合產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)分析，以紫花苜蓿+無芒雀麥與紫花苜蓿+無芒雀麥+垂穗披堿草同行混播效果較好。