宁夏绿洲禾豆牧草混播组合及其比例效应

2015-04-10祁亚淑

草业科学 2015年9期

祁亚淑，朱林，许兴

（1．宁夏大学农学院，宁夏银川750021；2．宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点试验室培育基地，宁夏银川750021）

近年来随着农业结构的调整，建立栽培草地是发展集约化草地畜牧业的重大措施，也是实施生态恢复、发展高效草食畜牧业的物质基础［1］。目前国内外有不少针对豆科和禾本科牧草混播建立栽培草地的研究报道，众多研究结果表明，豆科牧草与禾牧草混播不仅可以改善草地生态系统氮素营养平衡［2］、提高单位面积的产草量［3］、增加土壤中氮素和有机质含量，提高土壤肥力［4－5］，而且通过调整混播种类及混播比例等，还能增加草地的空间利用率、减轻相同牧草对土壤矿物质营养元素的竞争，使土壤中各种养分得以充分利用［6－7］。混播比例也影响混播牧草的产量和品质［8］，科学合理搭配禾本科和豆科牧草的比例，可充分发挥各自的优势和生产潜力。虽然许多研究表明科牧草与禾本科牧草混播可以提高草地产量［9－10］，但张永亮等［11］报道苜蓿（Medicago sativa）与禾本科牧草混播后产量没有显著提高。不同牧草的播种比例显著影响草地产量［12－16］。因此，混播的种类及比例搭配对群落的稳定性及产量等有着重要的影响。

宁夏回族自治区地处西北半干旱地区，干旱少雨，粮食作物产量低，广种薄收，并且由于连年的耕作，对生态环境造成了极大的破坏。牧草的水分利用效率以及热量利用效率远远高于粮食作物，并且具有良好的经济效益和生态效益［17］。因此，在该地区可将栽培草地和畜牧业结合起来发展草地生态农业或进行草田轮作，实现生产发展和生态建设相结合的可持续发展道路［18］。

众多关于禾豆牧草混播的研究多是在降水量较高的典型草原或在绿洲农业区开展的，而在降水量较少的西北荒漠草原区，关于禾豆牧草混播效应的报道较少。程中秋等［19］通过对生态位的研究揭示了荒漠草原区天然草地植被的生长状况，并且研究了羊草（Ley mus chinensis）被引入宁夏中部半干旱荒漠草原后的产量表现以及与紫花苜蓿和沙打旺（Astr agal us adsur gens）与不同禾本科牧草混播后的产量表现，这对于该区域栽培草地的构建具有重要指导意义。本研究通过在宁夏中部半干旱带红寺堡区对两种豆科牧草紫花苜蓿、沙打旺和两种禾本科牧草羊草、老芒麦（El y mus sibiricus）开展混播试验，在比较不同混播组合及比例对其投入产出比、产量、营养成分总产量、相对总产量及竞争力等影响的基础上，试图确定适用于宁夏中部半干旱地区的最优组合，以期为该区禾豆混播栽培草地的建植及可持续管理提供合理的理论依据和技术支持。

1 研究区域及试验设计

1．1 研究区自然概况

试验地点选在宁夏回族自治区吴忠市红寺堡孙家滩开发区（106°06′499″E，37°46′625″N，海拔在1 240～1 450 m），位于宁夏中部荒漠干旱区，属典型大陆性气候，干旱少雨，年降水量只有277 mm，而年平均蒸发量则高达2 050 mm［20］。土壤以灰钙土为主，且其结构松散沙性大，全磷含量0．353 g·kg－1，全氮含量0．187 g·kg－1，全钾含量17．0 g·kg－1，有机质含量2．65 g·kg－1，速效磷含量4．63 mg·kg－1，速效钾含量74．7 mg·kg－1，碱解氮含量23．0 mg·kg－1。

1．2 试验材料

两种豆科牧草：紫花苜蓿（美国牧歌401）和沙打旺，两种禾本科牧草：羊草、老芒麦。

1．3 试验设计

采取随机区组设计，播种小区面积5 m×4 m，单播播种量豆科牧草为22．5 kg·h m－2、禾本科牧草为60 kg·h m－2。将两种豆科牧草（紫花苜蓿、沙打旺）分别与两种禾本科牧草（羊草、老芒麦）两两混合播种，共4个混播组合。按豆科∶禾本科为3∶7、5∶5、7∶3共3 种混播比例等距同行条播（表1）。同时将这4种牧草分别单播，以作对照。每个处理设置3个重复。在试验小区铺设灌水装置，安装水表以监测2013、2014年混播试验各小区补灌水的立方数，然后计算转换成降水量的表示方法，分别为506和477 mm。

表1 混播组合及混播比例Table 1 The mixed sowing combinations and proportion

1．4 测定方法

分别在2013年7月23号、9月19号和2014年6月8号、7月24号、9月20号在每个小区里随机选取1．0 m×0．3 m 的样方刈割采样，每个样品取3个重复，测定植物样的产草量等经济性状，产草量用干草重测算。将采集的植物样用恒温鼓风烘干箱在105 ℃下杀青10 min，然后在65 ℃下烘干至恒重，测定干重，计算产草量。将烘干的牧草粉碎过0．25 mm 筛后干燥保存，以供分析测定粗纤维（CF）、粗蛋白（CP）和粗脂肪（EE）等营养成分。粗纤维、粗蛋白、粗脂肪的测定分别参照GB／T6434－2006酸碱洗涤法、GB／T6432－94 凯氏定氮法、GB／T6433－2006索氏抽提法［21］。统计试验过程中所花销的人工费、生产费、水费、电费、机耕费、管理费、交通费、种子及肥料的费用，用于计算投入产出比。

1．5 数据处理及分析方法

混播牧草的竞争关系采用张永亮等［11］的相对总产量和竞争率来表达，具体计算公式如下：

式中，Yij为i、j混播时i的单位面积产量；Yii为单播时i单位面积产量；Yji为j、i混播时j 的单位面积产量；Yjj为单播时j 的单位面积产量；当RYT＞1时，说明种间干扰小于种内干扰，混播组分可以利用部分不同的资源，从而减少种间竞争，此时各个混播组分可能有某种程度的生态位分化，表现出一定的共存关系；当RYT＝1时，说明在该混播比例下，混播组分共同利用了部分资源，环境资源没有得到充分利用；当RYT＜1时，混播组分争夺共同的资源，表现出相互竞争的种间关系，不适宜混播种植。

式中，Yij、Yii、Yji、Yjj与式（1）相同；Zij为i、j混播时i所占比例；Zji为i、j 混播时j 所占比例；CRi可用来衡量各混播组分竞争力的大小，当CRi＞1 时表明i的竞争力强；当CRi＝1 时混播组分竞争力相当；当CRi＜1时i的竞争力弱。

采用Excel 2007 和SPSS 17．0 数据处理软件对试验数据进行方差分析、计算均值等统计分析，分别对同一指标在不同混播组合、混播比例间进行单因素方差分析，并用LSD 法对各测定数据进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 投入产出比

在相同面积的土地上，不同播种方式下的投入产出比差异很大（表2），2013和2014年两年A3C1（紫花苜蓿∶羊草为7∶3）这个组合的产出均显著高于4种单播牧草及其他3个混播组合的，投入产出比均显著小于4种单播牧草及其他3个混播组合的，其经济效果最好，并且该混播组合2014年的投入产出比明显小于2013年的，产出量的增长明显。

2．2 不同年限、茬次及混播比例下牧草产量的变化

2013和2014年两年间几种禾、豆科牧草在单播条件下，豆科牧草的产量均高于禾本科牧草的产量（表3），除2014年第3茬外，单播的沙打旺产量显著高于苜蓿单播的产量（P＜0．05）。混播产量与单播产量相比较，各混播组合的产量随着豆科牧草播种比例的增加而上升，2014年第3茬中，豆科牧草∶禾本科牧草为7∶3的混播组合的产量显著低于豆科牧草的单播产量。

表2 2013－2014年的投入产出比Table 2 The input－output ratio of 2013－2014

紫花苜蓿＋禾草的产量和沙打旺＋禾草的产量相比较，相同播种比例下，2013年第1 次刈割紫花苜蓿＋禾草的产量显著高于沙打旺＋禾草的产量（P＜0．05），第2茬沙打旺＋禾草的产量显著高于紫花苜蓿＋禾草的产量。

相同播种比例下豆科牧草＋羊草的产量与豆科牧草＋老芒麦的产量比较，整体上2013 年紫花苜蓿＋老芒麦的产量A1D3显著高于A1C3（P ＜0．05），A3D1显著低于A3C1，沙打旺＋羊草的产量均明显高于沙打旺＋老芒麦的产量。2014年大部分第1茬、第2茬是豆科牧草＋羊草的产量显著高于豆科牧草＋老芒麦的产量，第3茬是紫花苜蓿＋羊草的产量显著高于紫花苜蓿＋老芒麦的产量，沙打旺＋老芒麦的产量明显高于沙打旺＋羊草的产量。

2．3 饲草主要的营养成分产量

将各个牧草混播组合的主要营养成分的总产量按照不同混播组合和不同播种比例进行比较，发现A3C1（紫花苜蓿∶羊草为7∶3）混播组合的粗蛋白和粗脂肪总产量均显著高于4种单播牧草和其他3个混播组合的粗蛋白和粗脂肪总产量，粗纤维含量显著高于4种单播牧草及其他混播组合，但显著低于A3D1、B3C1、B3D1（表4）。

2．4 不同年限及混播比例下各混播牧草组合的相对总产量

各混播组合的RYT 随着组合中豆科牧草播种比例的增加而增大（表5），在豆科牧草∶禾本科牧草为7∶3的混播比例下最大。沙打旺＋禾本科牧草混播组合中RYT＞1 的组合多于紫花苜蓿＋禾本科牧草混播组合。在相同混播比例情况下，同一种豆科牧草分别与羊草及老芒麦混播时的RYT 也明显不同。除2014年B1D3的RYT 略高于B1C3的RYT 外，其他羊草与豆科牧草混播的RYT 均高于老芒麦与相同豆科牧草在相同混播比例时的RYT。

表3 2013－2014年不同茬次各单播牧草及禾豆牧草混播的产量Table 3 Yield of mixed sowing combinations and single sowing forages during different cuttings in 2013－2014 kg·hm－2

表4 2014年主要营养成分的总产量Table 4 The production of major nutrients in 2014 kg·h m－2

表5 不同年限及混播比例下各混播牧草组合的相对总产量Table 5 Relative yield total of mixed sowing combinations during different years and sowing proportion

2．5 不同年限、茬次及混播比例下各混播牧草组合中禾豆牧草的比例

禾本科牧草的比例（Pg）随着播种量的减小呈明显的下降趋势，而播种比例对混播组合中豆科牧草的比例（Pl）影响较小（表6）。

除2013年2茬外，其余茬次紫花苜蓿＋羊草组合中紫花苜蓿的比例高于相同播种比例下沙打旺＋羊草组合中沙打旺的比例，沙打旺＋老芒麦中沙打旺就没有这样的规律。大多数情况下，相同播种比例下豆科牧草＋羊草的混播组合中羊草所占的比例明显高于豆科牧草＋老芒麦组合中老芒麦所占的比例。且在这4个混播组合中除2013年沙打旺＋羊草外，其余混播组合中羊草的Pg随着采样茬数的增加而逐渐增大，而老芒麦的Pg增长没有呈现出这样的规律。

2．6 不同年限及混播比例下各混播组合中禾、豆牧草竞争力的变化

总体上，紫花苜蓿＋禾本科牧草与沙打旺＋禾本科牧草这两种混播组合中，禾本科牧草的竞争率（CRg）随着豆科牧草播种比例的增加而降低，豆科牧草的竞争率（CRl）随着豆科牧草播种比例的增加而增加（表7）。2013年的4种混播组合中，紫花苜蓿＋禾草组合中紫花苜蓿的CRl随着豆科比例的增加而大幅度的增加，而沙打旺＋禾草组合中沙打旺的CRl上升幅度明显小于紫花苜蓿＋禾本科牧草中紫花苜蓿CRl的上升幅度。2013－2014年，相同混播比例下，紫花苜蓿＋禾草组合中紫花苜蓿的CRl大于沙打旺＋禾草组合中沙打旺的CRl，而紫花苜蓿＋禾草的CRg小于沙打旺＋禾草组合中禾草的CRg。相同混播比例下，羊草＋豆科牧草中羊草的CRg大于老芒麦＋豆科牧草中老芒麦的CRg，羊草＋豆科牧草中豆科牧草的CRl小于老芒麦＋豆科牧草中豆科牧草CRl。

3 讨论及结论

3．1 年限、茬次及混播比例对牧草产量以及相对总产量的影响

由于豆科牧草与禾本科牧草占有不同的生态位，所以豆禾牧草混播可以提高对光热以及养分等自然资源的利用［22］，还可以提高牧草的品质及产量等。吴姝菊［23］报道紫花苜蓿和无芒雀麦（Bromus iner mis）及扁穗冰草（Agropyron cristatu m）混播后，相比单播无芒雀麦以及单播扁穗冰草的3年产量分别提高了7．27%和15．46%，增产效果十分显著。陈自胜等［24］研究了多年生豆科牧草苜蓿、沙打旺等和禾本科牧草羊草、披碱草等的不同混播组合和比例，发现苜蓿∶羊草为6∶4时混播组合的产量最高。这是由于羊草是多年生根茎型禾草［25］，根系发达，根茎上具有潜伏芽，有很强的无性更新能力，早春返青早，生长速度快，秋季休眠晚，青草利用时间长。因此，羊草虽然苗期生长十分缓慢，但是后期生长发育能力强，与豆科牧草混播可以达到产量上的互补。洪绂曾［26］等研究发现利用羊草和苜蓿混播建植草地，不仅可以提高牧草产量，而且还可以增加草场的承载力；王祥忠等［27］研究发现羊草和草木樨（Melilotus of f icinalis）混播后经过3 年就能恢复草原植被、提高草原生产力并获得较高经济效益的有效措施，表明羊草与豆科牧草混播可以起到增产和改良草地的作用。

表6 不同年限、茬次及混播比例下各混播牧草组合中禾豆牧草的比例Table 6 Legu minous and graminaceous forages proportion of mixed sowing combinations during different years and cuttings and sowing proportion %

表7 不同年限及混播比例下各混播组合中禾豆牧草的竞争力Table 7 The competitive rate of leguminous and gr aminaceous f orages in the mixed sowing combinations during different years and sowing proportion

本研究表明，2013年和2014年的所有混播组合中当豆科牧草的播种比例为最小时，其产量总体低于豆科牧草的单播产量，但是高于禾本科牧草的单播产量，随着豆科牧草播种比例的增加，相同面积土地的产草量呈稳定的上升趋势，这说明混播组合中豆科牧草播种比例达到一定的数值时，对混播草地的相对总产草量具有重要的贡献。舒思敏等［28］关于扁穗牛鞭草（Hemarthria compressa）与紫花苜蓿不同混播比例的研究、马海天才和周寿荣［29］对豆科禾本科牧草混播比例的研究以及包桂荣等［30］关于不同混播比例对豆科与禾本科牧草生长发育的影响的研究等，报道的结果都与此结论相似。但是王平等［5］对禾豆混播的研究结果是禾本科牧草对产量的贡献大于豆科，与本研究结果不一致，这可能是因为其试验地在松嫩平原，降水充足，而宁夏的草原属于荒漠草原，降水量少，造成试验结果差异。

本研究发现不同混播组合对产量亦产生显著影响。紫花苜蓿＋羊草组合的总产量高于紫花苜蓿＋老芒麦组合的总产量，沙打旺＋羊草组合的总产量高于沙打旺＋老芒麦组合的总产量，在这4种豆禾混播组合中，羊草与豆科牧草混播得到较高的干草产量，说明不同的豆禾混播组合对产量会产生显著地影响。这与郑伟等［1］、潘正武和卓玉璞［31］等关于混播组合的研究结果一致。郑伟等［32］报道了禾豆混播的RYT 值大于1，表明禾豆牧草混播后占有不同生态位，表现出一定的协调关系，有利于禾草与豆科牧草在群落中的共存。本研究中沙打旺与禾草混播RYT＞1的组合比紫花苜蓿与禾草混播的组合多且沙打旺∶禾本科牧草为7∶3混播组合的RYT两年均值大于与之相对应相同播种比例的禾本科牧草与苜蓿混播的RYT，说明沙打旺和羊草混播的均衡性比苜蓿和羊草混播的好，即沙打旺和羊草的混播组合中，禾豆牧草可以更好地协调利用资源，更有利于栽培草地的稳定。通过对各个混播组合的相对总产量RYT 的对比发现沙打旺＋禾草组合中RYT＞1的组合比紫花苜蓿＋禾草混播的组合多，这个结果与朱林等［17］的研究结果一致。

本研究结果表明，播种比例为紫花苜蓿∶羊草为7∶3时，饲草的干草产量最高，粗蛋白和粗脂肪的总产量在4个混播组合中最高，其营养价值最好。播种比例为沙打旺∶羊草为7∶3时，组合的稳定性更好。

3．2 年限、茬次及混播比例对牧草混播之后各种牧草的比例、竞争力的影响

各混播组合中，豆科（禾本科）牧草的比例、竞争力随着其播种比例的增加（减少）总体上呈上升（降低）的趋势。2013年和2014年的各个混播组合中，豆科牧草＋羊草组合中羊草的Pg大于豆科牧草＋老芒麦组合中老芒麦的Pg，随着茬次的增加，豆科牧草的Pl、CRl逐渐减小，而禾本科牧草的Pg、CRg呈相反的趋势。由于羊草和老芒麦在苗期生长都十分缓慢，容易受其他牧草的抑制［33－34］，所以2013年第1茬紫花苜蓿＋禾本科牧草组合中禾本科牧草的Pg和CRg都比较低，并且紫花苜蓿的CRl远高于禾本科牧草的CRg。随着种植年限的增加，紫花苜蓿＋禾草组合中紫花苜蓿的CRl均高于其组合中禾草CRg且随着紫花苜蓿播种比例的增加其CRl呈上升趋势，所以紫花苜蓿的种间竞争率在不同的混播比例中都占有优势。这与锡文林和张仁平［35］描述的紫花苜蓿和无芒雀麦在不同混播比例下，紫花苜蓿的产量和种间竞争力始终占据优势，而且随着紫花苜蓿混播比例的增大，其竞争率增大的结果一致。

紫花苜蓿＋禾本科牧草组合中禾草的竞争力皆小于相同比例下沙打旺＋禾本科牧草组合中的禾草的竞争力，这与苜蓿和沙打旺的生长特性有关。由于沙打旺生长形态与苜蓿不同，其茎叶比高于苜蓿，即茎秆是构成产量的主要因素，所以对禾本科的遮挡较小，为禾本科牧草留出了一定的生存空间［9］，从而导致沙打旺＋禾草组合中禾本科的竞争力比苜蓿＋禾草组合中禾草的竞争力大。

虽然建植混播草地存在竞争退化等弱点，但是此问题可以通过选择适当的混播品种和混播比例来解决。加拿大的牧草混播技术相当发达，在建设放牧型栽培草地的时候经常使用牧草的混播，并且开发有关牧草混播技术的软件，以便实现高产，提高草地的利用效率［36］。目前，牧草混播已广泛应用于我国南方的草山开发、北方的天然草地改良和多年生栽培草地利用，以放牧草地中的应用最为广泛。此外，将豆科和禾本科混合青贮，不仅可减少豆科牧草青贮腐烂现象，也便于家畜获得更全面的营养［37］。

综上所述，在紫花苜蓿＋禾草混播组合中，当紫花苜蓿的比例最大时，其竞争力与组合中的禾草相比占绝对优势，且紫花苜蓿＋羊草混播组合的产量、粗蛋白和粗脂肪的总产量、相对总产量和竞争力等均优于紫花苜蓿＋老芒麦混播的组合。在沙打旺＋羊草混播组合中，随着时间的推移，羊草的比例不断增加并逐渐与沙打旺的比例持平，羊草的竞争力也逐渐增加甚至远大于沙打旺的竞争力。因此，在宁夏中部干旱带建植栽培草地时，如果注重产量、营养均衡和适口性等，可以优先考虑按紫花苜蓿∶羊草为7∶3的播种比例进行混播；如果注重栽培草地的稳定性和豆禾牧草的均衡性，可以选用沙打旺∶羊草为7∶3的播种比例进行混播。栽培草地稳定性的研究需要经历较长时间的检验，由于本研究只进行了两年，因此，还需要继续研究不同的混播组合及混播比例随年限的延续群落稳定性的演变规律。

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