水肥協(xié)作對(duì)華北平原豆禾混播牧草生產(chǎn)性能和品質(zhì)的影響

收稿日期：2024-05-06；修回日期：2024-06-30

基金項(xiàng)目：優(yōu)質(zhì)飼草和種子豐產(chǎn)栽培與高效利用技術(shù)（2022YFD1300804）資助

作者簡(jiǎn)介：

吳瓊（2001-），女，漢族，河北邢臺(tái)人，碩士研究生，主要從事糧草輪作生產(chǎn)力提升與土壤改良效應(yīng)研究，E-mail：wuqiong200126@163.com；*通信作者Author for correspondence， E-mail：shaoxinqing@163.com；weixiaoting6@163.com

摘要：為探明減水減肥對(duì)華北平原豆禾混播牧草生產(chǎn)性能和品質(zhì)的影響，并篩選適宜該地區(qū)的水肥處理。本研究以小黑麥（Triticale）+毛苕子（Vicia villosa）（XM）和燕麥（Avena sativa）+箭筈豌豆（Vicia sativa）（YJ）混播建植的牧草為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)置2個(gè)灌水（W1和W2）和2個(gè)施肥（N1和N2）梯度，比較水肥協(xié)作下混播牧草生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等指標(biāo)，并利用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：兩種模式干物質(zhì)產(chǎn)量均在1500 m3·hm^-2+94 kg·hm^-2（W2N1）處理下最高；而750 m3·hm^-2+188 kg·hm^-2（W1N2）處理下干物質(zhì)產(chǎn)量、中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量較低，但可溶性糖含量較高。通過模糊綜合評(píng)價(jià)表明，兩種模式均在750 m3·hm^-2+188 kg·hm^-2（W1N2）處理下綜合表現(xiàn)較好，隸屬度在0.6以上。綜上，在華北平原地區(qū)，混播牧草栽培以干物質(zhì)產(chǎn)量為目的時(shí)，適宜水肥處理為1500 m3·hm^-2+94 kg·hm^-2（W2N1）；以追求綜合性能（干物質(zhì)產(chǎn)量+牧草品質(zhì)）為目的時(shí)，適宜水肥處理為750 m3·hm^-2+188 kg·hm^-2（W1N2）。

關(guān)鍵詞：水肥協(xié)作；豆禾混播；生產(chǎn)性能；模糊綜合評(píng)價(jià)；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S542;S544""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" 文章編號(hào)：1007-0435（2024）11-3547-07

Effects of Water and Fertilizer Cooperation on Production Performance and

Quality of Legume-Grass Mixed Pasture in North China Plain

WU Qiong1， YAO Ze-ying1， WEI Xiao-ting^2*， LU Xin-ming4， WU Rui-xin3， YOU Yong-liang3，

HU Meng-ai1， SHI Li-na1， SHI Yu-chuan1， LI Yuan3， ZHAO Hai-ming3， HAN Jia-yi1，

SHAO Xin-qing^1*

（1.College of Grassland Science and Technology， China Agricultural University， Beijing 100193， China; 2.Chinese Academy of

Forestry， Institute of Ecological Conservation and Restoration， Beijing 100091， China; 3.Dryland Farming Institute， Hebei

Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Hebei Key Laboratory of Crops Drought Resistance， Hengshui， Hebei

Province 053000， China;4.Tianshui Fruit Research Institute， Tianshui， Gansu Province 741002， China）

Abstract：In order to investigate the effects of water reduction and fertilizer reduction on the performance and quality of mixed sowing grass in North China Plain，and to screen suitable water and fertilizer treatment in this area. In this study，the forage established by mixed sowing of Triticale + Vicia villosa and Avena sativa + Vicia sativa was taken as the test object. Two gradients were set for irrigation and fertilization，respectively. The performance and nutritional quality of forage mixed with water and fertilizer were compared and evaluated by fuzzy comprehensive evaluation method. The results showed that the dry matter yield of both modes was the highest under 1500 m3·hm^-2+94 kg·hm^-2（W2N1） treatment，and the dry matter yield and the content of medium acid detergent fiber were lower under 750 m3·hm^-2+188 kg·hm^-2 （W1N2） treatment，but the soluble sugar content was higher. The results of fuzzy comprehensive evaluation showed that both models performed well under the treatment of 750 m3·hm^-2 +188 kg·hm^-2 （W1N2），and the membership degree was above 0.6. In conclusion，in the North China Plain，the optimum water and fertilizer treatment for mixed forage cultivation for dry matter yield is 1500 m3·hm^-2 +94 kg·hm^-2 （W2N1）. In order to pursue comprehensive performance （dry matter yield +forage quality），750 m3·hm^-2+188 kg·hm^-2（W1N2） was suitable for water and fertilizer treatment.

Key words：Water and fertilizer cooperation;Mixed sowing of beans and grains;Production performance;Fuzzy comprehensive evaluation;Nutritional quality

華北平原是我國(guó)第二大平原，也是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地^［1］。自上世紀(jì)70年代開始，該地區(qū)種植模式主要以冬小麥（Triticum aestivum L.）—夏玉米（Zea mays L.）輪作為主^［2］。這兩種作物均屬禾本科，需水需肥量較大^［3］，傳統(tǒng)氮肥投入往往超出作物需求，但作物氮肥利用率極低，僅有22.7%^［4］，殘余的大量氮肥往往對(duì)土壤和大氣造成嚴(yán)重污染^［5］。華北平原水資源極度匱乏，僅占到全國(guó)的6%^［6］，而農(nóng)業(yè)灌溉用水占用水總量的70%。由于長(zhǎng)期抽取地下水灌溉，導(dǎo)致了地下水位急劇下降^［7-8］。此外，優(yōu)質(zhì)牧草的缺乏也逐步成為該地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展的制約因素^［9］。

針對(duì)冬小麥—夏玉米水肥投入過量問題，徐春燕等^［10］采用了有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥的方法，研究其對(duì)作物產(chǎn)量及土壤肥力的影響，以期保證產(chǎn)量的同時(shí)減少氮肥投入；翟思龍等^［11］研究了秸稈還田條件下氮肥運(yùn)籌對(duì)作物產(chǎn)量和土壤可利用氮的影響；王東等^［12］通過按需補(bǔ)灌方式，在保持高產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，節(jié)約了灌溉用水；王慧軍等^［13］探索了冬小麥的雨養(yǎng)旱作模式，結(jié)果表明雖然其產(chǎn)量相比于充足灌溉降低34%，但耗水降低了45%；孫蕊等^［14］則致力于節(jié)水抗旱新品種的選育，以從根本上達(dá)到節(jié)水的目的。以往研究主要集中于有機(jī)肥替代^［10］、秸稈還田^［11］、氮肥減施^［3］、節(jié)水灌溉技術(shù)^［12］、抗旱品種培育^［14］等方面，而在華北平原傳統(tǒng)種植體系中引入豆科植物，利用其生物固氮作用及其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值^［15］以期達(dá)到減肥和提高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究相對(duì)較少。

豆禾混播通過改善混播的種植結(jié)構(gòu)，提高光合作用面積，從而提高產(chǎn)量^［16］。然而，其生產(chǎn)性能隨混播種類或者比例的不同，存在較大差異^［17］。在生產(chǎn)實(shí)踐中，水肥處理也是限制生產(chǎn)性能的關(guān)鍵因素，不適宜的水肥處理往往會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力降低^［18］。因此，分析不同水肥處理下混播牧草對(duì)生產(chǎn)性能的影響，對(duì)于該地區(qū)節(jié)水減肥、提高牧草生產(chǎn)力具有重要意義。

基于此，本研究以“燕麥+箭筈豌豆”“小黑麥+毛苕子”混播牧草為研究對(duì)象，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)混播牧草生產(chǎn)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并篩選最優(yōu)水肥處理，為華北平原高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)豆禾混播體系建植與推廣提供理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)該地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展也有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于河北省衡水市的河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，地處海河平原腹地（37°44′N，115°42′E，海拔20 m）。該地屬暖溫帶半干旱半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，年平均氣溫（1980—2020年）13.4℃，年均降水量480.6 mm，其中7—9月的降水占全年總降水的64%。無(wú)霜期202 d，年蒸發(fā)量 1670 mm。試驗(yàn)開始前0～20 cm基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分情況：pH值 8.33，全鹽量0.042%，有機(jī)質(zhì)含量19.18 g·kg^-1，全氮含量1.19 g·kg^-1，堿解氮含量72.92 mg·kg^-1，速效磷含量17.93 mg·kg^-1，速效鉀含量162.50 mg·kg^-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，建立小黑麥+毛苕子（XM），燕麥+箭筈豌豆（YJ） 2種模式，每種模式設(shè) 4個(gè)水肥處理（表1），每個(gè)處理設(shè) 3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積4 m×5 m，共24個(gè)小區(qū)。播種方式為條播，豆禾混播比例為1∶1，小黑麥和燕麥播種量均為75 kg·hm^-2，箭筈豌豆、毛苕子分別為45 kg·hm^-2和30 kg·hm^-2。每個(gè)小區(qū)播種14行，行距30 cm。于2022年10月中旬同行混合播種小黑麥+毛苕子，2023年3月初同行混合播種燕麥+箭筈豌豆。播種時(shí)施用375 kg·hm^-2復(fù)合肥（N∶P∶K=15∶15∶15）作為底肥。在小黑麥返青期及灌漿期、燕麥孕穗期及灌漿期分別設(shè)置375（W1）和750（W2） m3·hm^-22個(gè)灌溉梯度。在小黑麥、燕麥拔節(jié)期分別設(shè)置94（N1）和188（N2） kg·hm^-22個(gè)追肥梯度（含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.4%）。小黑麥+毛苕子、燕麥+箭筈豌豆混播組合分別于5月底、6月中旬進(jìn)行刈割。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 牧草產(chǎn)量 各小區(qū)去除邊行后隨機(jī)選取1個(gè)樣方（1 m×1 m）進(jìn)行刈割，留茬高度10 cm，稱取鮮重，以3個(gè)重復(fù)小區(qū)均值作為該處理的鮮草產(chǎn)量（kg·hm^-2）。植物置于105℃烘箱內(nèi)殺青 30 min，65℃烘干至恒重，冷卻后稱取干草產(chǎn)量，并計(jì)算干鮮比。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 將烘干后的牧草樣品粉碎并過 2 mm篩，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定，利用索氏浸提法測(cè)定粗脂肪（Ether extract，EE）含量^［19］，采用FIWE Advance全自動(dòng)纖維素測(cè)定儀測(cè)定中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）含量^［20］，采用硫酸-蒽酮法測(cè)定可溶性糖（Solible sugar，SS）含量^［21］。

1.3.3 營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法：

α=［（120／β）×（88.9－0.779×γ）］／1.29^［22］（1）

δ=ε×λ／1.23^［23］（2）

λ=120／β^［24］（3）

式中：α表示相對(duì)飼喂價(jià)值；β表示中性洗滌纖維；γ表示酸性洗滌纖維；δ表示粗飼料相對(duì)質(zhì)量；ε表示總可消化養(yǎng)分；λ表示干物質(zhì)采食量；

1.4 綜合評(píng)價(jià)模型

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法，通過計(jì)算牧草產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等9項(xiàng)指標(biāo)的隸屬值，對(duì)不同水肥處理下牧草生產(chǎn)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。U（Xik）=（Xik-Xkmin）/（Xkmax-Xkmin）。式中：U（Xik） 為不同水肥處理下各指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值，Xik不同水肥處理下第k項(xiàng)指標(biāo)的均值；Xkmax和Xkmin分別表示不同水肥處理下第k項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。將同一水肥處理下各指標(biāo)隸屬值進(jìn)行累加，求取均值作為評(píng)價(jià)生產(chǎn)性能的依據(jù)^［16］。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，使用Origin 2022 軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥協(xié)作對(duì)混播牧草生產(chǎn)性能的影響

干物質(zhì)產(chǎn)量在XM模式中差異顯著（Plt;0.05），W2N1，W2N2處理顯著高于W1N2處理（Plt;0.05，圖1b），而在YJ模式各處理間無(wú)顯著變化（圖1a）。兩種模式干物質(zhì)產(chǎn)量均在W2N1處理下較高，W1N2處理下較低。隨灌水量的增加，混播牧草干物質(zhì)產(chǎn)量增加，YJ及XM模式在W2N1處理下分別比W1N1處理增幅5.0%，19.0%。但牧草干物質(zhì)產(chǎn)量隨施氮量的增加而減少，在W1N2處理下，YJ及XM模式分別比W1N1處理降幅1.3%，6.6%，在W2N2處理下，兩種模式分別比W2N1降幅2.3%，0.4%，在較高氮素投入下，并沒有增加牧草產(chǎn)量，反而低于低氮處理。不同水肥處理下兩種模式的干鮮比無(wú)顯著差異，均在W2N1處理下較高（圖2）。

2.2 水肥協(xié)作對(duì)混播牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

粗脂肪含量在XM模式中W2N2處理顯著高于W2N1處理（Plt;0.05），而YJ模式各處理間無(wú)顯著差異。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維在YJ和XM兩種模式中W1N2處理最低，中性洗滌纖維在W1N2處理下分別比W1N1降低5.9%，2.3%，酸性洗滌纖維分別比W1N1下降6.7%，4.9%。W1N2處理下YJ和XM兩種模式可溶性糖含量較高，較W1N1分別增加27.5%，4.1%。增加氮肥投入降低了混播牧草的中酸洗滌纖維含量，增加了粗脂肪及可溶性糖含量（圖3）。

2.3 水肥協(xié)作對(duì)混播牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

不同水肥處理下YJ模式的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相關(guān)指標(biāo)差異顯著（Plt;0.05，表2），在W1N2處理下相對(duì)飼喂價(jià)值、飼料相對(duì)質(zhì)量及干物質(zhì)采食量均顯著高于W1N1處理（Plt;0.05），而XM模式各處理間無(wú)顯著差異（表3）。兩種模式的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值指標(biāo)均在W1N2處理下較高。在相同灌水量下，隨施氮量的增加，兩種模式的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相關(guān)指標(biāo)整體呈增加趨勢(shì)。

2.4 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)

采用隸屬函數(shù)模型計(jì)算其函數(shù)值，對(duì)9個(gè)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值進(jìn)行排序。綜合來看，對(duì)YJ模式而言，W1N2，W2N2處理綜合表現(xiàn)較好，隸屬度在0.6以上，W1N1，W2N1處理綜合表現(xiàn)較差，其隸屬度在0.5以下（表4）。XM模式，僅在W1N2處理下綜合性能較高，隸屬度在0.7以上，其他處理隸屬度均在0.4以下（表5）。且兩種模式均在W1N2處理下綜合性能最好。

3 討論

3.1 混播牧草生產(chǎn)性能對(duì)水肥協(xié)作的響應(yīng)

產(chǎn)草量是牧草重要的經(jīng)濟(jì)性狀之一^［25］，干草產(chǎn)量越高其生產(chǎn)性能越好^［22］。周燕飛等^［26］研究發(fā)現(xiàn)，水肥協(xié)作效應(yīng)對(duì)羊草干草產(chǎn)量有顯著影響，在一定范圍內(nèi)有明顯增加作物產(chǎn)量的作用^［18］。戚秋慧等^［27］發(fā)現(xiàn)，灌水和施肥處理后羊草群落內(nèi)植物生長(zhǎng)旺盛。本試驗(yàn)中，兩種模式干物質(zhì)產(chǎn)量在W2N1處理下分別是W1N2的1.1，1.3倍，說明不同水肥處理對(duì)混播牧草的生產(chǎn)力影響顯著。在同一施氮量下，隨灌水量的增加，混播牧草干物質(zhì)產(chǎn)量也增加，這與李源等^［28］研究一致。苗曉茸等人^［29］研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于高氮（N2）處理，低氮（N1）處理有利于滴灌苜蓿干草產(chǎn)量的提高。本試驗(yàn)結(jié)果與其相似，牧草干物質(zhì)產(chǎn)量隨施氮量的增加而減少，可能是因?yàn)榛觳r(shí)豆科牧草固定的氮可以維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育，而過量施氮會(huì)起到抑制作用^［29］。干鮮比反映了牧草的干物質(zhì)累積程度及含水量^［30］，也是評(píng)估牧草適口性的一個(gè)重要指標(biāo)^［31］。本試驗(yàn)兩種模式均在W2N1處理下，干鮮比最高，同時(shí)，在W2N1處理下兩種模式的干物質(zhì)產(chǎn)量達(dá)到最高，說明干鮮比越高，累積的干物質(zhì)越多，利用價(jià)值較高^［31］。

3.2 混播牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)對(duì)水肥協(xié)作的響應(yīng)

營(yíng)養(yǎng)成分是評(píng)價(jià)牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量直接影響牧草品質(zhì)的優(yōu)劣^［32］。豆禾混播有利于提高牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、增加家畜采食量^［19］。合理水肥對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣有著至關(guān)重要的作用^［33］。本試驗(yàn)中，在相同灌水量下，兩種模式的中酸洗滌纖維含量均隨施氮量的增加有降低的趨勢(shì)，這與何亞靈^［21］等發(fā)現(xiàn)結(jié)果相似，也與白春生等^［34］發(fā)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)，即施氮量為300 kg·hm^-2時(shí)高丹草中酸洗滌纖維含量低于施氮量150 kg·hm^-2，說明增加氮肥投入降低了混播牧草的中酸洗滌纖維含量，牧草的消化率更高^［35］，提高了牧草的適口性及品質(zhì)。施氮可以提高牧草粗脂肪含量，增加適口性，改善營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)^［36］，本試驗(yàn)中，與W1N1相比，W1N2處理下YJ及XM模式的可溶性糖含量分別增加27.5%，4.1%，說明在相同灌水量下，隨施氮量的增加，兩種模式粗脂肪，可溶性糖含量整體均呈增加趨勢(shì)，這與前人^［37］研究結(jié)果保持一致。

3.3 混播牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值對(duì)水肥協(xié)作的響應(yīng)

營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)估指標(biāo)能夠反映飼料品質(zhì)的優(yōu)劣，是飼喂家畜的重要參考值^［23］。其中相對(duì)飼用價(jià)值是衡量牧草采食量和能量?jī)r(jià)值的重要指標(biāo)，該值越大，牧草可消化干物質(zhì)的采食量越高^［24］。胡冬雪等^［33］認(rèn)為，合理水肥對(duì)羊草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的優(yōu)劣有著至關(guān)重要的作用。本試驗(yàn)中，在相同灌水量下，兩種模式的相對(duì)飼喂價(jià)值隨著施氮量增加呈增加趨勢(shì)。這與何亞靈等^［21］、周燕飛等^［26］研究結(jié)果一致。其他營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相關(guān)指標(biāo)也呈現(xiàn)此趨勢(shì)，隨施氮量的增加，整體呈增加趨勢(shì)，且在W1N2處理下效果良好。這說明氮肥的投入提高了混播牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

3.4 平均隸屬函數(shù)綜合分析

篩選適宜的水肥處理，為作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)，往往采用綜合評(píng)價(jià)的方式^［38］，模糊綜合評(píng)價(jià)法可以對(duì)不同性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，將定性與定量相結(jié)合，量化諸如環(huán)境因素這類模糊性指標(biāo)，該隸屬函數(shù)可綜合反映不同處理對(duì)豆禾混播牧草的影響，隸屬函數(shù)值越高則促生越強(qiáng)，反之則越弱^［21］，最后按均值大小判斷評(píng)價(jià)體系的優(yōu)劣^［39］。本試驗(yàn)表明兩種模式均在W1N2處理下綜合表現(xiàn)最好，在該處理下兩種模式兼顧了較高的生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，可以為華北平原地區(qū)牧草水肥管理提供參考。

4 結(jié)論

同一施氮水平下，混播牧草干物質(zhì)產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加；但在同一灌水水平，隨施氮量的增加，混播牧草干物質(zhì)產(chǎn)量呈降低趨勢(shì)，而粗脂肪、可溶性糖及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相關(guān)指標(biāo)整體呈增加趨勢(shì)。綜上可知，混播牧草生產(chǎn)時(shí)，在保證灌水的前提下，適量減少化肥施用對(duì)牧草產(chǎn)量具有正向作用。因此，華北平原混播牧草根據(jù)不同的栽培目的，應(yīng)選擇不同的水肥處理，以干物質(zhì)產(chǎn)量為目的時(shí)，適宜水肥處理為1500 m3·hm^-2+94 kg·hm^-2（W2N1）；以追求牧草綜合性能（干物質(zhì)產(chǎn)量+牧草品質(zhì)）為目的時(shí)，適宜水肥處理為750 m3·hm^-2+188 kg·hm^-2（W1N2）。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯 付 宸）