苜蓿+禾草混播方式对二龄混播草地牧草产量的影响

张永亮，潘 东，吴明浩

(内蒙古民族大学农学院/内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心，内蒙古 通辽 028042)

科尔沁沙地处于我国北方典型农牧交错地区，是重要的牛羊生产基地。由于过去不合理的放牧和开垦等致使土地发生了不同程度的沙漠化。如何合理利用科尔沁沙地资源，实现经济建设与生态建设协调发展是该地区亟待解决的课题。在水资源较好的退化草地或退耕地上建植豆禾混播草地是该地区实行草牧业建设和生态文明建设协调发展的有效途径之一。目前该地区栽培草地以单播苜蓿草地为主，缺乏牧刈兼用的豆禾混播栽培草地。豆禾混播草地既可直接放牧利用，也可调制干草，且因豆禾混播草地在非生长季地表植被覆盖度较大，加之禾本科牧草须根系保持土壤水分能力较强，其防风固沙能力和保持土壤水分能力强于单播苜蓿地，同时在适宜混播组合下可显著提高牧草的产量和品质[1-3]。

在豆科与禾本科牧草混播中，只有找到最适合的混播比例和混播草种，才能获得最高的产量和群落稳定性。为此国内许多学者进行了豆禾混播草地研究，有学者认为豆禾1∶1(占单播量比)同行混播[4-7]或豆禾单位面积株数比为1∶1混播[8-9]是较理想的禾豆混播比例；但也有学者认为豆禾4∶1[10](占单播量比，同行播种)或2∶1(间行播种)[11]或1∶2(同行播种)[12]混播是较为理想的组合。在混播禾草种类方面，有学者认为在旱作条件下紫花苜蓿(Medicagosativa)与无芒雀麦(Bromusinermis)1∶1混播优于苜蓿与老芒麦(Elymussibiricus)1∶1混播[13]，而在宁夏中部半干旱带建植栽培草地时，紫花苜蓿∶羊草(Leymuschinensis)为7∶3的混播组合有较好的产量效应和最低的投入产出比[14]。也有学者认为，在旱作条件下苜蓿与冰草(Agropyroncristatum2∶1或2∶2间行混播更有利于维持混播草地的稳定性[15]。由此可见，由于各地气候和土壤条件上的差异，适宜豆禾混播的草种和比例不尽相同。针对科尔沁沙地土壤养分贫乏，保水、保肥性差，冬春季风蚀较严重等特点，参考前人的研究成果，综合分析混播草地产量及稳定性，本研究采用公农1号紫花苜蓿(M.sativa‘Gongnong No.1’)与无芒雀麦、通草1号虉草(Phalarisarundinacea‘Tongcao No.1’)和垂穗披碱草(Elymusnutans)3种禾本科牧草以1∶1、1∶2、2∶1和2∶2间行种植，比较科尔沁沙地不同混播组合牧草的生长状况和混播效果，为科尔沁沙地混播栽培草地建植与管理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于西辽河平原内蒙古民族大学农牧业科技示范园区。试验地区为典型的温带大陆性季风气候，年平均气温6.4 ℃，极端最低温-30.9 ℃，≥10 ℃年积温3 184 ℃·d，无霜期150 d，年均降水量399.1 mm，生长季(4-9月)降水量占全年的89%。土壤为风沙土，土壤有机质含量4.86 g·kg-1，速效钾含量94.65 mg·kg-1，速效磷含量10.46 mg·kg-1，碱解氮含量11.15 mg·kg-1，pH为8.2。

1.2 试验设计

试验设混播禾草种类(A因素)和混播比例(B因素)两个因素。混播禾草种类有紫花苜蓿+无芒雀麦(A1)、紫花苜蓿+垂穗披碱草(A2)和紫花苜蓿+虉草(A3)3个处理；混播比例(苜蓿∶禾草)为1∶1(B1)、2∶2(B2)、1∶2(B3)和2∶1(B4)4个处理。苜蓿单播量15 kg·hm-2，无芒雀麦和垂穗披碱草单播量30 kg·hm-2，虉草单播量15 kg·hm-2。混播组分中紫花苜蓿播种量分别占单播量的50%(B1)、50%(B2)、33%(B3)和67%(B4)；禾草播种量分别占单播量的50%(B1)、50%(B2)、67%(B3)和33%(B4)。采用随机区组设计，小区面积5 m×4 m，行距30 cm，每小区12行，3次重复。试验地于2016年5月22日播种，当年刈割两次。第2年全年施N 160 kg·hm-2(磷酸二铵N 18%+尿素N 46%)、P2O5120 kg·hm-2(磷酸二铵P2O546%)和K2O 100 kg·hm-2(硫酸钾K2O 50%)，其中返青期(4月22日)氮钾肥各施50%，磷肥全部施入，第1次刈割后施氮钾肥各20%，第2茬刈割后施氮钾肥30%，施肥后浇水。随时人工防除杂草，干旱时用摇臂式喷灌设备灌水，每次灌水量达到湿润土层20 cm以上，各处理灌水量一致。

1.3 测定项目与方法

在播种第2年进行产量测定。第1、2茬在苜蓿盛花期测定(6月4日，7月15日)，第3茬在初霜后(10月14日)测定，留茬高度5 cm。测产面积根据混播组合确定，即1∶1、2∶2组合每小区测定1 m长的4行，1∶2和2∶1组合每小区测定1 m长的3行(1个完整的混播组合)，禾豆分种测定称鲜重，再取200～500 g鲜样带回实验室在75 ℃烘干称干重，然后根据干鲜比和测产面积换算出单位面积干草产量。

1.4 数据处理

采用Excel 2007进行数据处理和绘图，用DPS数据处理系统软件将原始数据进行对数转换后采用Duncan法对不同处理间平均值进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 禾草、苜蓿及禾豆总产量对混播禾草种类的响应

禾草种类对混播禾草产量有显著影响(P<0.05)，且各茬次影响程度不同。第1茬和第2茬草A1和A3组合禾草产量极显著高于A2组合(P<0.01)，A3与A1组合间差异不显著(P>0.05，图1)。第3茬禾草产量以A1组合最高，极显著高于A2和A3组合，A3组合极显著高于A2组合。

禾草种类对第1茬和第3茬苜蓿产量有显著影响，而对第2茬苜蓿产量及第1茬和第2茬禾豆总产量影响不显著(P>0.05，图1)。第1茬苜蓿产量A2组合显著高于A1(P<0.05)，其余组合间差异均不显著(P>0.05)。第3茬苜蓿与禾豆总产量A1、A3组合极显著高于A2组合(P<0.01)，A1和A3组合苜蓿产量差异不显著，而禾豆总产量A1组合显著高于A3组合。

图1 混播禾草种类对禾豆产量的影响Fig. 1 Effect of mixed sowing grass species on grass and legume yield

A1，紫花苜蓿+无芒雀麦;A2，紫花苜蓿+垂穗披碱草;A3，紫花苜蓿+虉草。图柱上不同大写和小写字母分别表示不同混播处理间产量差异极显著(P<0.01)和差异显著(P<0.05)。下同。

A1,Medicagosativa+Bromusinermis; A2,M.sativa+Elymusnutans; A3,M.sativa+Phalarisarundinacea. Different capital and lowercase letters above bars indicate significant difference between different mixed sowing treatments at 0.01 and 0.05 levels, respectively; similarly for the following figures.

禾草种类对全年苜蓿产量影响不显著(P>0.05)，但对全年禾草产量及禾豆总产量有显著影响(P<0.05,图1)。全年禾草产量A1组合极显著高于A2组合(P<0.01)，并显著高于A3组合，A3组合极显著高于A2组合。全年禾豆总产量A1组合极显著高于A2组合，A3组合高于A2组合，但差异不显著(P>0.05)，A1与A3组合无显著差异。上述结果表明，无芒雀麦与苜蓿混播较好，其次是虉草，而披碱草生长受苜蓿影响较大，在混播群落中披碱草产量普遍低于同比例混播的无芒雀麦和虉草，而苜蓿产量有所增加。

2.2 禾草、苜蓿及禾豆总产量对混播比例的响应

混播比例对禾豆产量影响明显。第1茬和第3茬禾草产量均以B3处理最高，第2茬以B2处理最高，B4处理各茬次禾草产量最低(图2)。第1茬禾草产量在B1、B2和B3处理间差异不显著(P>0.05)，但均极显著高于B4处理(P<0.01)。第2茬禾草产量在B1与B2处理间差异不显著，但二者显著高于B3(P<0.05)和B4处理(P<0.01)。第3茬禾草产量B3处理最高，其次是B1处理，其中B3处理分别比B2和B4处理高53.67%和130.32%(P<0.01)，B1处理分别比B2和B4处理高30.67%(P>0.05)和95.85%(P<0.01)，B3与B1处理间差异不显著。B4处理各茬次禾草产量均极显著低于其他处理。

第1茬苜蓿产量及禾豆总产量均以B1处理最高，B3处理最低(图2)，各处理间差异均达极显著水平(P<0.01)。B4处理第2茬苜蓿产量极显著高于B3和B1处理(P<0.01)，显著高于B2处理(P<0.05)，禾豆总产量显著高于B3(P<0.01)和B1处理(P<0.05)，与B2处理间差异不显著(P>0.05)。B1、B2处理苜蓿和禾豆总产量极显著高于B3处理，B2处理显著高于B1处理。在第3茬草中，B1处理苜蓿及禾豆总产量极显著高于B3处理(P<0.01)，B4处理苜蓿产量和禾豆总产量极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)高于B3处理，B2处理苜蓿产量显著高于B3处理(P<0.05)。

图2 混播比例对禾豆产量的影响Fig. 2 Effect of different mixed sowing ratio on grass and legume yield

B1，苜蓿∶禾草=1∶1;B2，苜蓿∶禾草=2∶2;B3，苜蓿∶禾草=1∶2;B4，苜蓿∶禾草=2∶1。

B1， Alfalfa∶Grass=1∶1; B2， Alfalfa∶Grass=2∶2; B3， Alfalfa∶Grass=1∶2; B4， Alfalfa∶Grass=2∶1.

全年禾草产量在B1、B2和B3处理间差异不显著(P>0.05,图2)，但极显著高于B4处理(P<0.01)。全年苜蓿及禾豆总产量均以B1处理最高，B3处理最低。B1处理全年苜蓿产量极显著高于B2和B3处理(P<0.01)，显著高于B4处理(P<0.05)。B1处理全年禾豆总产量分别比B2、B3和B4处理高39.09%、82.09%和22.92%，差异均达极显著水平(P<0.01)。B2处理全年苜蓿产量及禾豆总产量极显著高于B3处理。B4处理全年苜蓿产量分别比B2和B3处理高30.34%和88.45%(P<0.01)，禾豆总产量分别比B2和B3处理高13.15%(P<0.05)和48.14%(P<0.01)。由此可见，豆禾1∶2和2∶2混播有利于禾草生长，而1∶1和2∶1混播有利于苜蓿生长。

2.3 禾草、苜蓿及禾豆总产量对混播组合的响应

不同混播组合间，禾草产量差异显著(P<0.05)。第1茬、第2茬及第3茬禾草产量分别以A3B3、A3B2和A1B3组合最高，A2B4组合最低(表1)，差异均达极显著水平(P<0.01)。全年禾草产量以A1B3组合最高，A2B4组合最低，差异极显著(P<0.01)。

第1茬和第3茬全年苜蓿产量均以A1B1组合最高(表2)，其次分别为A2B1、A3B1和A1B4组合；第2茬以A1B4组合最高，其次为A2B4组合。A2B3组合第1茬苜蓿产量最低，比A1B1和 A2B1组合低72.11%和70.99%(P<0.01)。第2茬、第3茬及全年苜蓿产量均以A1B3组合最低，其中，第2茬产量比 A1B4和A2B4组合低60.53%和55.28%(P<0.01)；第3茬产量分别比A1B1和A3B1组合低61.95%和61.69%(P<0.01)；全年苜蓿产量分别比A1B1和A1B4组合低62.67%和56.85%(P<0.01)。

表1 混播组合对禾草产量的影响Table 1 Effect of different mixed sowing combinations on the yield of grass mixture t·hm-2

同列不同大写字母和小写字母分别表示不同混播组合间产量差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)。A1B1、A1B2、A1B3、A1B4分别表示无芒雀麦与紫花苜蓿1∶1、2∶2、1∶2和2∶1混播组合；A2B1、A2B2、A2B3、A2B4分别表示垂穗披碱草与紫花苜蓿1∶1、2∶2、1∶2和2∶1混播组合；A3B1、A3B2、A3B3、A3B4分别表示虉草与紫花苜蓿1∶1、2∶2、1∶2和2∶1混播组合，下表同。

Different capital and lowercase letters within the same column indicate significant difference between different mixed-sowing combinations at 0.01 and 0.05 level, respectively. A1B1, A1B2, A1B3and A1B4represent the 1∶1, 2∶2, 1∶2 and 2∶1 mixture combinations ofB.inermisandM.sativa, respectively, A2B1, A2B2, A2B3and A2B4represent the 1∶1, 2∶2, 1∶2 and 2∶1 mixture combinations ofE.nutansandM.sativa, respectively, A3B1, A3B2, A3B3and A3B4represent the 1∶1, 2∶2, 1∶2 and 2∶1 mixture combinations ofP.arundinaceaandM.sativa, respectively; similarly for the following tables.

表2 混播组合对苜蓿产量的影响Table 2 Effect of different mixed sowing combinations on the yield of alfalfa mixture t·hm-2

表3 混播组合对禾草+苜蓿总产量的影响Table 3 Effect of different mixed sowing combinations on the total grass-legume yield t·hm-2

混播组合对各茬次及全年禾豆总产量影响极显著(P<0.01)。第1茬、第3茬和全年禾豆总产量均以A1B1组合最高(表3)，其次均为A3B1组合，其中A1B1和A3B1组合,第1茬禾豆总产量分别比单播苜蓿高90.85%(P<0.01)和79.92%(P<0.01)，第3茬禾豆总产量分别比单播苜蓿高12.15%(P>0.05)和2.26%(P>0.05)，全年禾豆总产量分别比单播苜蓿高34.38%(P<0.01)和14.23%(P>0.05)。第2茬禾豆总产量以A1B4组合最高，其次为A3B2组合，分别比单播苜蓿高4.47%和1.56%(P>0.05)。A1B3、A2B3和A3B3组合(苜蓿∶禾草为1∶2混播)全年禾豆总产量分别比单播苜蓿低47.28%、50.58%和29.77%(P<0.01)。上述结果表明，混播草地中苜蓿产量在豆禾总产量中起决定性作用，而适宜的混播方式可显著提高草地总产量，苜蓿+无芒雀麦1∶1混播草地总产量显著高于单播苜蓿。

2.4 禾草产量比对混播组合的响应

禾草种类和混播比例对混播禾草产量比影响明显。A1处理各茬次及全年禾草产量比分别比A2处理高46.83%、78.88%、100.06%和89.90%(P<0.01)(图3)，第3茬及全年禾草产量比分别比A3处理高73.33%(P<0.01)和23.61%(P<0.05)。A3处理第1茬和第2茬禾草产量比分别比A2处理高45.53%和77.16%(P<0.01)，A3与A1处理间无显著差异(P>0.05)。在4个混播比例中(图4)，B3处理第1茬和全年禾草产量比分别比B1、B2和B4处理高164.36%、52.04%、308.53%和73.70%、30.66%、236.96%(P<0.01)。第2茬B1、B2和B3处理禾草产量比差异不显著(P>0.05)，但均极显著(P<0.01)高于B4处理。第3茬禾草产量比以B3处理最高，分别比B1、B2和B4处理高39.87%(P>0.05)、51.57%(P<0.05)和162.76%(P<0.01)，而B2与B1处理间禾草产量比无显著差异。B4处理各茬次及全年禾草产量比最低，与其他处理间差异均达极显著水平。

在禾豆总产量中禾草所占比例在不同混播组合间差异较大(表4)。第1茬禾草产量比是A3B3组合最高(32.79%)，其次是A1B3组合(29.99%)，极显著高于除A1B2外的其他组合(P<0.01)。第2茬禾草产量比A3B1组合最高(29.70%)，其次是A1B3组合(28.34%)，显著高于除A1B2、A3B2和A3B3外的其他组合(P<0.05)。第3茬及全年禾草产量比均以A1B3组合最高，分别为57.38%和37.57%，极显著高于第3茬的A1B2和全年的A1B2和A3B3外的其他组合禾草产量(P<0.01)。

图3 混播禾草种类对禾草产量比的影响Fig. 3 Effect of mixed sowing of grass species on the ratio of grass yield

图4 混播比例对禾草产量比的影响Fig. 4 Effect of mixed sowing ratios on the ratio of grass yield

3 讨论

3.1 禾草种类对群落产量的影响

不同种类牧草对生长环境的适应能力、生长节律以及生产能力等方面存在着明显的差异。在本研究中，垂穗披碱草喜冷凉湿润环境，春季生长良好，夏季再生力较差，且秋季褐斑病较重，因此，第2茬和第3茬草产量显著低于无芒雀麦和虉草。垂穗披碱草第2茬牧草产量最低，这是因为第2茬草生长期为6-7月，气温较高不利于垂穗披碱草生长，而此时苜蓿生长旺盛，因而抑制了禾草的生长[16]。另外，垂穗披碱草在播种当年第1茬草刈割后其再生能力较弱，且种群扩展能力低于无芒雀麦和虉草，因此全年牧草产量最低。无芒雀麦和虉草对夏季的高温环境适应能力及再生力强于垂穗披碱草，因此，第2茬无芒雀麦和虉草产量明显高于垂穗披碱草。而秋季冷凉气候条件下虉草再生能力弱于无芒雀麦，使第3茬虉草产量明显低于无芒雀麦，所以苜蓿与无芒雀麦混播全年禾草产量及产量比最高；苜蓿与垂穗披碱草混播全年禾草产量及产量比最低。

禾草种类对第1茬和全年苜蓿产量也有明显影响。在第1茬和第2茬草中，苜蓿+虉草混播草地苜蓿产量最低，而苜蓿+垂穗披碱草混播草地苜蓿产量最高，这是因为在苜蓿+垂穗披碱草混播草地中因垂穗披碱草密度相对较低，种间竞争力较弱，尤其第1茬刈割后其生长势明显降低，更有利于苜蓿生长；而在苜蓿+虉草和苜蓿+无芒雀麦混播草地，因禾草种群扩展能力较强，且生长较旺盛，对苜蓿产生了竞争影响，使第1茬苜蓿产量显著低于苜蓿+垂穗披碱草混播草地。在第2茬草中苜蓿生长旺盛，种间竞争力明显高于禾草，因此禾草种类对苜蓿产量影响不明显。这也说明混播牧草种类间的竞争关系在刈割茬次间有变化[17]，在整个生长季中，禾本科牧草的竞争力逐渐减弱，而紫花苜蓿的竞争力逐渐增强[18]。

3.2 混播比例对群落产量的影响

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[14-15，19]。本研究表明，混播比例对混播组分及群体产量均有显著影响，且在不同茬次间差异较大。混播禾草产量除第2茬草以2∶2混播最高外，其余茬次及全年禾草产量均以1∶2混播最高，2∶1混播各茬次及全年禾草产量最低。全年苜蓿及禾豆总产量以1∶1混播最高，其次是2∶1混播，而1∶2混播最低。这表明豆禾混播比例不仅影响禾草产量，而且影响苜蓿及禾豆总产量，在禾豆总产量中苜蓿产量起决定性作用。表明苜蓿与禾草间种间竞争力不同，苜蓿对光资源或空间资源的竞争力大于禾草，当豆禾2∶2或1∶2混播时，禾草获得光资源或空间资源大于2∶1混播，禾草生长较2∶1混播旺盛，第2茬草时差异更加明显。Li等[9]研究表明，在羊草与苜蓿混播草地中，禾豆1∶1混播更有利于苜蓿生物固氮，草地牧草总产量最高，本研究结果与其相似。

3.3 混播组合对群落产量的影响

在12个混播组合中，A1B3组合全年禾草产量比最高，其次是A3B3组合，表明苜蓿与无芒雀麦或虉草1∶2间行混播较有利于禾草生长。全年苜蓿与禾豆总产量最高的混播组合为A1B1组合，说明苜蓿与无芒雀麦1∶1混播更有利于苜蓿生长，第1茬及全年禾豆总产量极显著高于单播紫花苜蓿(P<0.01)。豆禾牧草混播有利于改善土壤速效氮、磷养分的供应[20-22]，适宜的混播组合可提高混播草地产量。Biligetu等[23]采用8种禾草与紫花苜蓿、普通红豆草(Onobrychisviciifolia)和鹰嘴紫云英(Astragaluscicer) 混播试验表明，紫花苜蓿与禾草混播干草产量最高，且高于单播苜蓿产量。王丹等[15]研究表明，苜蓿与冰草混播建植第3年，各种混播处理的干草总产量均显著高于单播。陈积山等[10]报道无芒雀麦20%+苜蓿80%混播组合产草量是单播苜蓿产量的1.28倍 。Foster等[24]研究表明，紫花苜蓿与8种多年生禾草混播草地总产量接近于单播苜蓿草地产量。刘敏等[12]研究表明，紫花苜蓿与无芒雀麦混播产量高于紫花苜蓿单播，而紫花苜蓿与垂穗披碱草混播与紫花苜蓿单播差异不明显。也有学者认为苜蓿与禾草混播产量高于单播禾草，但并不高于单播苜蓿[25]。由此可见，禾豆混播草地牧草总产量是否高于单播草地产量受混播牧草种类、混播比例、生长年限、刈割茬次以及管理水平等多因素影响。本研究中，仅有苜蓿与无芒雀麦1∶1混播处理全年禾豆总产量显著高于单播苜蓿，而A1B2、A1B3、A2B3、A3B3组合全年禾豆产量显著低于单播苜蓿，其余混播组合全年禾豆总产量与单播苜蓿差异不显著。

4 结论

禾草种类对全年禾草产量及禾豆总产量影响显著(P<0.05)，对全年苜蓿产量影响不显著(P>0.05)，苜蓿+无芒雀麦混播全年禾草产量及产量比最高，苜蓿+垂穗披碱草混播全年禾草产量及产量比最低，二者间差异极显著(P<0.01)。

混播比例对混播全年禾豆总产量有显著影响(P<0.05)。苜蓿+禾草1∶1混播全年禾豆总产量最高，1∶2混播最低，与其他混播比例间差异极显著(P<0.01)。但豆禾1∶2或2∶2混播全年禾草产量较高，可达到19.29%～37.57%，与1∶1和2∶1混播间差异极显著(P<0.01)。

混播组合对全年禾豆总产量有明显影响(P<0.05)。苜蓿+无芒雀麦1∶1混播全年禾豆总产量最高(18.41 t·hm-2)，其次是苜蓿+虉草1∶1混播(15.65 t·hm-2)，前者极显著高于单播苜蓿(13.70 t·hm-2)及其他(A3B1除外)混播组合(P<0.01)，后者比单播苜蓿高14.21%(P>0.05)，极显著(P<0.01)高于A1B1、A1B4、A2B1、A2B4之外的其他混播组合。在科尔沁沙地，苜蓿+无芒雀麦或苜蓿+虉草1∶1混播短期内可获得较高的禾豆总产量，2∶2或1∶2混播更有利于禾草生长。