不同播種量毛苕子與燕麥混播對草地生產(chǎn)性能及營養(yǎng)品質(zhì)的影響

馮 琴， 王 斌， 王騰飛， 倪 旺， 鄧建強(qiáng)， 蘭 劍*

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏草牧業(yè)工程技術(shù)研究中心， 寧夏 銀川 750021; 3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草生產(chǎn)模式創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 寧夏 銀川 750021)

近年來，寧夏畜牧業(yè)發(fā)展迅速，但受種植結(jié)構(gòu)和自然條件影響，該區(qū)域草畜供需失衡。已有研究表明，建植優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的人工草地是彌補(bǔ)飼草缺乏、緩解草畜矛盾和促進(jìn)畜牧業(yè)健康發(fā)展的有效措施之一[1-2]。人工混播草地主要以豆科與禾本科牧草混播為主，通過對其科學(xué)合理的組合與配比，可有效提升對養(yǎng)分、光照及空間等資源的利用效率[3-4]，進(jìn)而提高草地生產(chǎn)力，為混播草地的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5]。豆禾混播以其較高的生產(chǎn)性能和均衡的營養(yǎng)品質(zhì)備受關(guān)注，但不同牧草在不同地區(qū)表現(xiàn)出的生態(tài)適應(yīng)性和種間相容性存在較大差異，在生產(chǎn)實(shí)踐中更是限制于混播組合及混播比例，造成種間競爭加劇，最終呈現(xiàn)出生產(chǎn)力及營養(yǎng)品質(zhì)下降的結(jié)果[6]。因此，分析特定環(huán)境條件下不同物種混播搭配及混播比例對生產(chǎn)性能的影響是建植人工混播草地極其重要的研究內(nèi)容，對混播草地維持較高生產(chǎn)力具有重要意義。

牧草品種的選擇及合理配比是建植高效生產(chǎn)混播草地的關(guān)鍵[7-8]。張輝輝等[9]在隴中地區(qū)對紫花苜蓿(Medicagosativa)與三種不同的禾本科飼草混播研究發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿與葦狀羊茅(Festucaarundinacea)播種量分別為4.5 kg·hm-2和14.0 kg·hm-2混播時，紫花苜蓿株高較單播降低0.53%～5.04%，葦狀羊茅株高較單播升高11.18%～23.89%；秦燕等[10]對燕麥與箭筈豌豆(Viciasativa)進(jìn)行混播試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，牧草產(chǎn)量較燕麥單播增產(chǎn)28.3%；Sadeghpour等[11]對大麥(Hordeumvulgare)與苜蓿(Medicagoscutellata)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)苜蓿播種量為8.0 kg·hm-2時，土地當(dāng)量比(Land equivalent ratio，LER)值更高(1.07)，說明其混播優(yōu)勢更為明顯。茍文龍等[12]研究豆禾混播草地營養(yǎng)品質(zhì)對混播比例的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)多花黑麥草(Loliummultiflorum)與箭筈豌豆混播時混合牧草粗蛋白含量較多花黑麥草提高36.55%。燕麥因其抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)草量高等優(yōu)良特點(diǎn)在我國西北地區(qū)廣泛種植；毛苕子作為一年生豆科植物，具有攀援生長習(xí)性，富含蛋白質(zhì)但產(chǎn)量較低，二者混播可在一定程度上提高飼草產(chǎn)量和改善營養(yǎng)品質(zhì)。前人對混播草地的研究主要集中在牧草生產(chǎn)性能與營養(yǎng)品質(zhì)方面，其中關(guān)于毛苕子與燕麥混播的研究主要集中于混播比例和混播方式[13-14]，對毛苕子不同播種量的研究鮮見報道，鑒于此，本試驗(yàn)將不同播種量毛苕子與燕麥混播，探討在燕麥播種量不變的情況下，混播不同播種量的毛苕子對草地生產(chǎn)性能及牧草營養(yǎng)價值的影響，以期為寧夏干旱區(qū)毛苕子與燕麥混播草地高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于寧夏鹽池縣花馬池鎮(zhèn)四墩子行政村(37°46′26″ N，107°26′16″ E，海拔1 460 m)，屬典型大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫9.0℃，年均日照時數(shù)3 265.0 h，年均降水量205.2 mm，且65%集中在6—9月；干雨季分明，雨熱同季；年均無霜期164 d。土壤類型為灰鈣土，pH值8.3，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)含量為6.80 g·kg-1，堿解氮含量89.65 mg·kg-1，速效氮含量24.57 mg·kg-1，速效鉀含量122.57 mg·kg-1，速效磷含量7.62 mg·kg-1。

圖1 2021年試驗(yàn)區(qū)降水和溫度情況Fig.1 Precipitation and temperature in the test area in 2021

1.2 試驗(yàn)材料

毛苕子品種為‘VILLANA’，燕麥品種為‘喜越’(表1)。

表1 供試材料信息Table 1 Information of test materials

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置7個處理組，即毛苕子不同播種量(V1：33.0 kg·hm-2、V2：45.0 kg·hm-2、V3：57.0 kg·hm-2、V4：69.0 kg·hm-2和V5：81.0 kg·hm-2)與燕麥(120.0 kg·hm-2)混播、毛苕子單播(VD：57.0 kg·hm-2)和燕麥單播(OD：180.0 kg·hm-2)，混播方式為同行混播。小區(qū)面積63 m2(10.5 m×6 m)，3個重復(fù)，總計(jì)21個小區(qū)。小區(qū)間隔1 m，設(shè)2 m保護(hù)行。2021年5月6日以條播方式進(jìn)行人工翻耕、耙耱、整平、開溝播種，行距30 cm，播深3～4 cm。各指標(biāo)于2021年7月22日測定(燕麥灌漿期)。

試驗(yàn)地灌水方式采用地面滴灌，滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm。生長季灌水3次(2021年5月21日，6月18日，7月10日)，每次灌水量為825 m3·hm-2；拔節(jié)期施尿素120 kg·hm-2(總氮≥46%)、磷酸二銨120 kg·hm-2(P2O5≥46%)，生育期內(nèi)人工除草2次。

1.4 指標(biāo)測定與方法

1.4.1農(nóng)藝性狀 株高：在每個小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取燕麥、毛苕子各20株，測定其自然高度。

密度：每個小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取6個0.6 m×0.6 m的樣方測定毛苕子和燕麥密度。

1.4.2干草產(chǎn)量 干草產(chǎn)量：于燕麥灌漿期(毛苕子開花期)刈割，每個小區(qū)隨機(jī)選取6個0.6 m×0.6 m的樣方收獲，留茬高度5～6 cm，收獲后將毛苕子與燕麥分開，放置在烘箱中105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重并測定干重，通過計(jì)算鮮干比，換算混播草地每公頃干草產(chǎn)量。

1.4.3土地當(dāng)量比 當(dāng)LER=1時，表示兩個品種混播與其單播產(chǎn)量相當(dāng)，對同有限資源有相等的利用能力，當(dāng)LER>1時，物種間表現(xiàn)出混播優(yōu)勢；LER<1時則相反[15]。計(jì)算公式如下：

LER毛苕子=Yvo/Yv

(1)

LER燕麥=Yov/Yo

(2)

LER=LER毛苕子+LER燕麥

(3)

式中：Yv和Yo分別代表單播條件下毛苕子、燕麥的產(chǎn)量，Yvo、Yov分別代表混播條件下毛苕子、燕麥的產(chǎn)量。LER毛苕子、LER燕麥分別代表毛苕子、燕麥的偏土地當(dāng)量比，LER為土地利用效率。

1.4.4營養(yǎng)成分測定 本文牧草品質(zhì)評價選取營養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行分析，將干草樣品粉碎后，測定5個營養(yǎng)成分指標(biāo)，包括粗灰分(Crude ash，Ash)、粗脂肪(Ether extract，EE)、粗蛋白(Crude protein，CP)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)，測定方法參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[16]。根據(jù)中性、酸性洗滌纖維含量，計(jì)算相對飼喂價值(Relative feed value，RFV)[17]：

(4)

1.5 綜合評價

關(guān)聯(lián)度系數(shù)：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：xi(k)為原始數(shù)據(jù)；x0(k)為參考數(shù)據(jù)；min(i)min(k)|x0(k)-xi|為兩極度差最小差；ρ為分辨系數(shù)，一般取0.5；max(i)max(k)|

x0(k)-xi(k)|為兩極度差最大差；|x0(k)-xi(k)|為k點(diǎn)的絕對值；ξi(k)為關(guān)聯(lián)度系數(shù)；γi為等權(quán)關(guān)聯(lián)度；N為樣本數(shù)；ωi為權(quán)重系數(shù)；γi′為加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS Statistics 26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析(顯著性分析、Duncan多重比較)，用Origin 2021b作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播處理對牧草株高與密度的影響

如圖2a所示，播種量對燕麥和毛苕子株高有顯著影響(P<0.05)，燕麥株高較毛苕子高，且隨著毛苕子播種量的增加，毛苕子株高呈先下降后上升再下降趨勢，燕麥株高呈先下降后上升趨勢；其中V4處理下毛苕子株高顯著高于V3，V5和VD處理，達(dá)到81.60 cm，較VD提高了51.67%，V1，V2和V4處理間株高無顯著差異，介于75.20～81.60 cm之間；V1，V2和V5處理下燕麥株高均顯著高于V3和V4，其中V2處理下燕麥株高最高，達(dá)到104.80 cm，較OD處理提高了5.86%，V1，V2和V5處理間燕麥株高無顯著差異，介于102.20～104.80 cm之間。

圖2 毛苕子不同播種量與燕麥混播對牧草株高與密度的比較Fig.2 Comparison of plant height and density of forage grasses by mixed seeding of vetch seed and oat with different seeding rates注：圖中(V1：33.0 kg·hm-2、V2：45.0 kg·hm-2、V3：57.0 kg·hm-2、V4：69.0 kg·hm-2和V5：81.0 kg·hm-2)為不同播種量毛苕子與燕麥(120.0 kg·hm-2)混播；VD：毛苕子單播；OD：燕麥單播。不同小寫字母表示不同處理間存在顯著性差異(P<0.05)Note:In the figure (V1:33.0 kg·hm-2,V2:45.0 kg·hm-2,V3:57.0 kg·hm-2,V4:69.0 kg·hm-2 and V5:81.0 kg·hm-2),vetch were mixed with oats (120.0 kg·hm-2) at different sowing rates;VD:vetch monocropping;OD:oat monocropping. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at the 0.05 level

播種量對混播草地密度有顯著影響(P<0.05)，如圖2b所示，隨著毛苕子播種量的增加，毛苕子密度呈先上升再下降趨勢，而燕麥的變化趨勢與之相反；其中，VD處理下毛苕子密度最大，達(dá)227枝·m-2，顯著高于其它處理，V5處理的毛苕子密度最小，與VD相差176枝·m-2；燕麥密度在OD處理達(dá)到最高，為158株·m-2，顯著高于V3和V4處理，混播處理中V5密度最高，且較OD處理下降了5.70%。

2.2 混播處理對土地當(dāng)量比的影響

通過測定燕麥和毛苕子的干草產(chǎn)量來計(jì)算土地當(dāng)量比(LER)，可表明混播草地土地利用效率。由圖3可知，LER燕麥?zhǔn)冀K大于LER毛苕子，表明在不同播種量下，燕麥在混播系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢地位。除V4處理外，其他處理的LER值均大于1，表明在V1，V2，V3和V5的混播模式中具有產(chǎn)量優(yōu)勢，說明燕麥和毛苕子種間存在生態(tài)位互補(bǔ)效應(yīng)，在一定程度上可高效利用光照、水和肥等資源提高草地生產(chǎn)力。

圖3 混播草地LER值的比較Fig.3 Comparison of LER values of mixed grassland

2.3 混播處理對牧草干草產(chǎn)量的影響

如表2所示，適宜的混播比例是提高牧草產(chǎn)量的前提，不同播種量毛苕子與燕麥混播對草地生產(chǎn)力有顯著影響(P<0.05)，VD(7.61 t·hm-2)和OD(10.73 t·hm-2)處理的干草產(chǎn)量顯著高于混播燕麥和毛苕子的干草產(chǎn)量。在V2處理下，草地總干草產(chǎn)量達(dá)到最高，較VD，OD處理分別提高了63.21%,15.75%。隨著毛苕子播種量的增加，毛苕子產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例呈先上升后下降趨勢，而燕麥產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例變化趨勢與之相反。

表2 毛苕子不同播種量與燕麥混播草地生產(chǎn)力的比較Table 2 Comparison of the productive forces of mixed seeding of vetch and oat with different seeding rates

2.4 混播處理對牧草營養(yǎng)成分的影響

如表3所示，毛苕子不同播種量與燕麥混播對牧草各項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)均有顯著影響(P<0.05)。V4處理的Ash含量最高，較OD提高了16.79%。VD處理的EE含量顯著高于V1、V2和V3(P<0.05)，OD處理的EE含量最低。VD處理的CP含量最高，為14.99%，顯著高于其他處理(P<0.05)，混播牧草的CP含量較OD處理提高，尤其是V4和V5處理提高的最為顯著，分別較OD處理提高了35.96%～36.07%。VD處理的NDF，ADF含量均最低，混播牧草的NDF，ADF含量較VD處理均升高，較OD處理均下降。同時，VD處理的相對飼喂價值最高(130.17)，與OD和V1處理有顯著差異。

表3 不同處理對牧草營養(yǎng)品質(zhì)影響的比較Table 3 Comparison of effects of different treatments on forage nutritional quality

2.5 混播處理綜合評價

2.5.1數(shù)據(jù)無量綱化處理 各指標(biāo)測定值存在差異，不易比較，須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用均值化法，即以參考數(shù)列相應(yīng)的期望指標(biāo)作為單位，全部數(shù)據(jù)均去除以期望指標(biāo)，得到一個在[0,1]范圍的新數(shù)列。

2.4.2絕對差 將參考數(shù)列各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值分別減去各處理相應(yīng)指標(biāo)的數(shù)值，得到一系列的絕對差[最小絕對差(min(i)min(k)|x0(k)-xi|=0.05)和最大絕對差(max(i)max(k)|x0(k)-xi(k)|=0.75)]。

2.4.3關(guān)聯(lián)系數(shù) 根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)公式(5)，將各絕對差值代入，并取ρ=0.50，得到相應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ。由表4可知道，各性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)在0.38～1.00之間。

表4 各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient of each index

2.4.4關(guān)聯(lián)度 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析理論，關(guān)聯(lián)度越大表明越接近參考組合，綜合評價表現(xiàn)越優(yōu)。由表5可知，等權(quán)關(guān)聯(lián)度的排序與加權(quán)關(guān)聯(lián)度分析存在差異，本文采用加權(quán)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排名，不同處理綜合評價排名依次為：V2>V1>V5>V3=V4，其中毛苕子的最佳播種量為45.0 kg·hm-2。

表5 不同處理的關(guān)聯(lián)度及其排名Table 5 Correlation degree and ranking of different processing

3 討論

牧草株高和密度是影響干草產(chǎn)量的主要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，混播后毛苕子與燕麥株高和密度發(fā)生不同程度的變化，隨著毛苕子播種量的增加，燕麥株高呈先下降后上升趨勢，毛苕子密度呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，燕麥株高變化與魏曉麗等[19]研究結(jié)果相似，但毛苕子密度變化與楊鵬年等[20]研究結(jié)果不一致，可能是植株通過調(diào)整株高和密度響應(yīng)混播情況，以增強(qiáng)植株對環(huán)境的適應(yīng)能力[21]，而牧草種類、播種量以及自然條件不同，導(dǎo)致植株株高和密度趨勢出現(xiàn)差異。其中，V2處理干草產(chǎn)量最高，該處理下植株的密度居中、株高較高，而V5處理的植株密度最大，但其干草產(chǎn)量相較V2處理較低，造成這一現(xiàn)象的原因可能是V5處理的株高較V2低，植株葉片捕獲的光資源較少，則干草產(chǎn)量較小,這與史志強(qiáng)等[22]研究結(jié)果吻合。

草地生產(chǎn)力是體現(xiàn)混播草地價值的重要指標(biāo)，干草產(chǎn)量越高表明其生產(chǎn)性能越好。劉啟宇等[23]研究發(fā)現(xiàn)，適宜比例的雜花苜蓿(Medicagovaria)與新麥草(Psathyrostachysjuncea)混播更能表現(xiàn)出混播優(yōu)勢，能夠發(fā)揮飼草對資源的有效利用，產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng)，進(jìn)而提高草地產(chǎn)量。但當(dāng)豆禾混播組合不科學(xué)或混播比例不合理時，會出現(xiàn)種間競爭強(qiáng)于種內(nèi)競爭導(dǎo)致飼草產(chǎn)量下降的現(xiàn)象。本研究發(fā)現(xiàn)，就草地總干草產(chǎn)量而言，除V4處理外，其他處理均表現(xiàn)出產(chǎn)量優(yōu)勢(表2)，其中燕麥與毛苕子混播總干草產(chǎn)量較毛苕子單播提高26.41%～63.21%，較燕麥單播干草產(chǎn)量提高0.52%～15.75%，與王富強(qiáng)等[24]的研究結(jié)果相似。此外，謝開云等[25]研究表明，混播草地中豆科牧草所占比例較高時，可通過豆科植物生物固氮作用，增加禾本科牧草對氮素的吸收與利用，促進(jìn)牧草生長，提高牧草產(chǎn)量。

土地當(dāng)量比是衡量混播優(yōu)勢的重要指標(biāo)，其值大于1表明混播草地具有產(chǎn)量優(yōu)勢[26]。在本試驗(yàn)中，各混播草地除V4處理外LER值均大于1，種間關(guān)系表現(xiàn)為促進(jìn)作用大于競爭作用(圖3)，其中V2處理(LER=1.25)較單播增產(chǎn)效果最為明顯，說明該混播處理體現(xiàn)出較好的協(xié)調(diào)關(guān)系，這與王斌等[13]研究結(jié)果一致，原因可能是燕麥與毛苕子具有明顯的生態(tài)位分化，高效發(fā)揮了牧草對資源利用的種間互補(bǔ)效應(yīng)。混播草地中各物種干草產(chǎn)量所占比例既能反映其對草地總生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)率，還能體現(xiàn)各物種對資源的競爭能力[27]。本研究表明，燕麥干草產(chǎn)量顯著高于毛苕子(P<0.05)，且LER燕麥>LER毛苕子，這與朱亞瓊等[28]結(jié)果相似，原因可能是燕麥植株較高，在空間和光照資源的競爭中占據(jù)優(yōu)勢，成為混播草地中干草產(chǎn)量的主要貢獻(xiàn)者。

豆禾混播可以提高牧草粗蛋白含量，降低粗纖維含量，改善牧草品質(zhì)，增加家畜采食量，提高消化率[29]。何雙琴等[30]研究表明，在燕麥與箭筈豌豆的混播草地中適當(dāng)增加箭筈豌豆的播種量，可改善混合牧草營養(yǎng)品質(zhì)。謝開云等[27]在紅三葉(Trifoliumpratense)與無芒雀麥(Bromusinermis)混播草地中增加紅豆草比例后，混合飼草粗蛋白含量顯著增加。在本試驗(yàn)中，燕麥與毛苕子混和牧草粗蛋白、酸性和中性洗滌纖維含量均高于燕麥單播，低于毛苕子單播，與前人研究結(jié)果一致[13]，主要原因是豆科牧草的粗蛋白含量整體高于禾本科，纖維含量低于禾本科。同時本研究發(fā)現(xiàn)，隨著毛苕子播種量的增加，牧草粗蛋白含量呈上升趨勢，酸性和中性洗滌纖維含量呈下降趨勢，相對飼喂價值呈增加趨勢，說明在混播草地中增加豆科牧草占比可有效提高牧草營養(yǎng)價值，較豆科和禾本科牧草單播，混播牧草營養(yǎng)物質(zhì)含量更均衡，與徐強(qiáng)等[1]、張學(xué)梅等[31]結(jié)果一致。

4 結(jié)論

毛苕子與燕麥混播，播種量45.0 kg·hm-2時干草產(chǎn)量最高。毛苕子與燕麥混播后均可提高牧草粗蛋白含量，降低酸性和中性洗滌纖維含量，有利于牧草營養(yǎng)價值的提高。綜合分析得出，毛苕子播種量為45.0 kg·hm-2與燕麥混播效果最佳，適宜在寧夏干旱區(qū)滴灌條件下推廣種植。