西藏河谷区燕麦与箭筈豌豆混间作对产量和营养品质的影响

向洁，王富强，郭宝光，王庆刚，余成群，沈振西，邵小明,3*

（1.中国农业大学资源与环境学院/生物多样性与有机农业北京市重点实验室，北京100193；2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101；3.西藏高原草业工程技术研究中心，拉萨850000）

西藏处于我国西南的高原地区，是青藏高原的主体，平均海拔在4 000 m以上，素有“世界屋脊”之称，是青藏高原生态安全屏障的核心区域[1]。但是，西藏高原地区自然条件恶劣，生态系统脆弱，生态环境承载力有限，随着西藏人口增加与畜牧业的不断发展，天然草地的生产力已远远不能满足其需求，人畜矛盾日益激烈。因此，为了解决西藏地区的草畜矛盾，提高农牧民的经济收入和生活水平，保护西藏草原生态环境，响应西藏生态安全屏障建设规划，大力推广人工牧草栽培已成为一项关键措施[2]。

如何通过降低建植成本，建立优质且高产的人工草地群落，提高经济生态效益，已成为人工草地栽培发展亟须解决的问题[3]。豆禾混播往往成为人工草地建植的首选类型，原因在于豆禾牧草可以通过功能生态位互补、时间生态位互补来提高作物产量、营养品质和土地利用率[4-5]，而且不同地上部及地下部在空间上较为合理的配置比例，能够充分地利用阳光、二氧化碳、土壤养分和水分[6]，一方面可以提高单位面积的产草量和蛋白质含量，另一方面还能增加土壤中的氮素养分和有机质含量[7]，从而提高土壤肥力，使其具备优良生产与生态性能的基础[8]。

燕麦（Avena sativa L.）和箭 筈 豌豆（Vicia sativa L.）均为一年生牧草和饲料作物，因其具有较高的产量与营养价值而被广泛种植，同时箭筈豌豆与燕麦混播也是我国高寒地区生产上常见的种植方式，其产物主要用于喂养家畜、调制成干草或制作青贮饲料[6,9]。本试验通过研究燕麦与箭筈豌豆混间作的生产性能，以产量和营养品质为主要评价指标，筛选出适宜在西藏河谷区种植燕麦与箭筈豌豆的最佳种植方式和播种比例，以期为西藏地区建植优质高产的人工草地提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点在中国科学院地理科学与资源研究所达孜农业生态试验站（东经91°17′，北纬29°40′）。该试验站位于西藏典型的河谷农业区内，当地气候属高原季风温带半干旱气候类型。年平均气温为7.5℃，最热月平均气温为15.4℃，最冷月平均气温为1.7℃，极端最高和极端最低气温分别为27.4℃和－11.8℃；≥0℃积温2 900℃，持续日数289 d；≥10 ℃积温2 200 ℃，持续日数153 d；无霜期136 d。平均年降水量497.7 mm，主要集中在6月至9月，约占全年的90%；年蒸发量2 192.4 mm（1994—2014年的平均值），远远超过年降水量。太阳年总辐射达7 700 MJ/m2。

试验地土壤为砂壤土，土层较薄且不均匀，大约20 cm以下可见大块石砾。2016年4月17—27日深翻试验地，并将20 cm以上土层混匀后重新覆土，重新划定小区并设置防渗的田埂。播种前灌溉，晾晒3～4 d后整地施肥，适期播种。试验地土壤的体积质量（容重）为1.41 g/cm3，pH值为7.2，含有机质18.2 mg/g，全氮0.84 mg/g，总磷0.21 mg/g。

1.2 试验材料与设计

试验材料包括箭筈豌豆和燕麦，品种分别为西牧324和青海444。试验设置混播、间作和2个单播对照，混、间作配比各设置5个梯度，共12个处理，每个处理3个重复，共计36个小区，采用随机区组排列。参照前期试验结果和当地的种植经验，并结合种子发芽率设置播量，其中箭筈豌豆单播量为90 kg/hm2，燕麦单播量为225 kg/hm2。混播比例分别按箭筈豌豆与燕麦的种子占单播质量的实际用价来计算，同行条播、混播与单播密度相同，播量及混播比例如表1所示：J与Y分别表示箭筈豌豆与燕麦单播；混播处理分别设置20%（J）+80%（Y）（JY1）、30%+70%（JY2）、40%+60%（JY3）、50%+50%（JY4）、60%+40%（JY5）共5个比例，进行同行条播；间作处理按行数占比分别设置3（J）∶1（Y）（JY6）、2∶1（JY7）、1∶1（JY8）、1∶2（JY9）、1∶3（JY10）共5种播种方式，进行异行条播，每行的播种量与单播相同。行间距0.25 m，小区面积3 m×4 m，小区间田埂宽0.5 m。播种前每个小区施等量基肥（尿素75 kg/hm2和磷酸二铵150 kg/hm2），于2016年4月28日播种，出苗后人工除杂草1次。

表1 豆禾混播草地混、间作比例与播量Table 1 Sowing ratios and quantity of legume-grass mixture and intercropping

1.3 评价方法

1.3.1 牧草生长发育

株高的测定。分别于箭筈豌豆分枝期（燕麦拔节期）、箭筈豌豆现蕾期（燕麦抽穗期）、箭筈豌豆开花期（燕麦灌浆期）、箭筈豌豆结荚期（燕麦乳熟期）4个时期测定牧草的株高，每个小区内每种牧草各随机选取5株进行测量。

生物量的测定。分别于箭筈豌豆分枝期（燕麦拔节期）、箭筈豌豆现蕾期（燕麦抽穗期）、箭筈豌豆开花期（燕麦灌浆期）、箭筈豌豆结荚期（燕麦乳熟期）4个时期取样，每个小区随机选取2个0.5 m×0.5 m的样方进行刈割，留茬高度5 cm，收获后将混播和间作的箭筈豌豆、燕麦分开，分别称量鲜质量，然后在80℃烘箱中烘干至恒量，并称量干质量。

1.3.2 牧草品质

在测定牧草产量的同时，每个小区按“十字法”随机选取500 g牧草混合样，3次重复，混匀，将烘干样品粉碎后，过0.4 mm筛，测定牧草的粗蛋白（crude protein,CP）、中 性 洗 涤 纤 维（neutral detergent fiber,NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber,ADF）的含量，同时根据产草量，换算成CP、NDF、ADF的产量[10]。

牧草的相对饲用价值（relative feeding value,RFV）用NDF和ADF含量计算[11-12]：

1.3.3 评价模型的构建

应用模糊数学的隶属函数法对豆禾混、间作草地的产量和营养品质进行综合评价[13]。先对参评各因子值进行标准化处理：每一因子数值除以该因子的最大值，再乘以1 000即得到其标准化值；然后利用模型 U(Xik)=(Xik－Xkmin)/(Xkmax－Xkmin)，计算牧草产量与营养品质的隶属度；最后采用上述2项指标隶属度的均值对12种不同混、间作模式的生产性能进行综合评价。其中：U(Xik)为第i种混播群落第k项指标的隶属度，Xik为评价指标的标准值或多项参评因子标准值的平均值，Xkmax、Xkmin分别为所有混播群落第k项指标的最大值和最小值。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据录入和处理，用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），用邓肯新复极差法（Duncan’s new multiple range test）进行多重比较，采用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同混、间作处理对牧草生长发育的影响

2.1.1 不同混、间作处理对牧草株高的影响

株高是直观表现牧草生长发育状况的重要指标，受土壤、气候和栽培措施等因素影响。由表2可知：在箭筈豌豆分枝期，JY1、JY2、JY4、JY5混播处理组合的箭筈豌豆株高显著高于箭筈豌豆单播对照（P＜0.05），而间作处理与单播对照之间无显著性差异；在现蕾期，5个混播处理和JY7间作处理的箭筈豌豆株高都显著高于其单播对照（P＜0.05），而其他混播和间作处理与单播对照之间无显著性差异，但数值均高于对照；在开花期，所有混播和间作处理的箭筈豌豆株高都显著高于单播对照（P＜0.05），且处理间均无显著性差异；在结荚期，JY3、JY5和JY9处理的箭筈豌豆株高显著高于单播对照（P＜0.05），而其他混播和间作处理与单播对照之间均无显著性差异。

由表3可知：在各个生育时期，不同混播和间作处理的燕麦株高与单播对照之间无显著性差异，且各个处理间也基本无显著性差异。由此表明，在各个生育时期，混播和间作处理对燕麦株高的影响并不显著。

表2 不同混、间作处理下箭筈豌豆的株高Table 2 Plant height of Vicia sativa L.in different mixture and intercropping treatments

表3 不同混、间作处理下燕麦的株高Table 3 Plant height ofAvena sativa L.in different mixture and intercropping treatments

2.1.2 不同混间作处理对牧草生物量的影响

生物量是牧草生产和研究中最重要的评价指标之一，尤其在西藏天然草地生产力不足、草畜矛盾严重的背景下，提高牧草生物量是最亟须解决的问题之一。由图1可知：在分枝期/拔节期，对于鲜质量而言，箭筈豌豆与燕麦的混播处理（JY1～JY5）与燕麦单播处理（Y）之间无显著性差异，但燕麦单播显著高于所有间作处理（JY6～JY10）（P＜0.05），且所有混播和间作处理都显著高于箭筈豌豆单播处理（J）。对于干质量而言，箭筈豌豆与燕麦的混播处理与燕麦单播之间无显著性差异，且随着燕麦占比（80%～40%）的下降而降低，而所有间作处理均低于混播处理，但均显著低于燕麦单播处理（P＜0.05），且随着燕麦占比（1∶3～3∶1）的增加呈升高趋势。

图1 分枝期/拔节期箭筈豌豆与燕麦混、间作处理的牧草生物量Fig.1 Biomass of common vetch-oat in mixture and intercropping treatments at branching/jointing stage

由图2可知：在现蕾期/抽穗期，箭筈豌豆与燕麦混播处理的鲜质量总体高于间作处理，而所有间作处理显著低于燕麦单播（P＜0.05）；除了间作处理JY6，其他混播和间作处理则都显著高于箭筈豌豆单播（P＜0.05）。混播与间作处理的鲜质量都随着燕麦占比的升高而呈增加趋势。干质量与鲜质量的表现基本一致。

图2 现蕾期/抽穗期箭筈豌豆与燕麦混、间作处理的牧草生物量Fig.2 Biomass of common vetch-oat in mixture and intercropping treatments at budding/heading stage

由图3可知：在开花期/灌浆期，所有箭筈豌豆与燕麦的混播处理中，JY5鲜质量最高，且显著高于燕麦单播和其他混播处理（P＜0.05），而其他混播处理与燕麦、箭筈豌豆单播之间无显著性差异；间作处理则都低于燕麦单播和箭筈豌豆单播处理，其中JY8和JY10与2个单播处理之间差异不显著；混播处理的鲜质量随着燕麦占比的降低呈现先降低后增高的趋势，而间作处理之间无显著性差异。对于干质量而言，混播处理显著高于箭筈豌豆单播处理（P＜0.05），而与燕麦单播之间无显著性差异，其中JY1和JY5的干质量最高，显著高于除燕麦单播处理外的其他所有处理；5个间作处理都显著低于燕麦单播处理（P＜0.05），其中JY6和JY7干质量最低，且与箭筈豌豆单播之间无显著性差异。

图3 开花期/灌浆期箭筈豌豆与燕麦混、间作处理的牧草生物量Fig.3 Biomass of common vetch-oat in mixture and intercropping treatments at blooming/filling stage

由图4可知：在结荚期/乳熟期，就鲜质量而言，箭筈豌豆与燕麦的混播处理都显著高于燕麦单播处理（P＜0.05），且JY5显著高于箭筈豌豆单播处理（P＜0.05），而其他混播处理与箭筈豌豆单播处理之间无显著性差异；间作处理中JY6、JY7和JY8显著高于燕麦单播（P＜0.05），其中，JY6和JY8显著高于箭筈豌豆单播（P＜0.05）。就干质量而言，箭筈豌豆与燕麦的5个混播处理与燕麦单播之间无显著性差异，且处理之间也无显著性差异，但都显著高于箭筈豌豆单播处理（P＜0.05）；间作中JY8的干质量最大，显著高于箭筈豌豆单播（P＜0.05），但与燕麦单播之间无显著性差异。

2.2 不同混、间作处理下牧草营养成分对比

2.2.1 粗蛋白含量

图4 结荚期/乳熟期箭筈豌豆与燕麦混、间作处理的牧草生物量Fig.4 Biomass of common vetch-oat in mixture and intercropping treatments at pod-setting/milky stage

由表4可知：单播箭筈豌豆的粗蛋白含量最高（21.9%），显著高于单播燕麦和其他混、间作处理（P＜0.05）。豆禾混播后牧草粗蛋白含量下降，在5个混播处理中，JY5粗蛋白含量最高（8.3%），显著高于单播燕麦和其他混播处理（P＜0.05）；在5个间作处理中，JY10粗蛋白含量最低（7.2%）。箭筈豌豆与燕麦各个混播和间作处理的CP产量都显著低于箭筈豌豆单播对照（P＜0.05）。其中：JY5和JY8的CP产量显著高于燕麦单播（P＜0.05），分别为114.3和102.7 g/m2，而其他处理则与燕麦单播之间无显著性差异。

2.2.2 中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）含量和相对饲用价值（RFV）

由表4可知：不同的混、间作处理会影响中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量。单播箭筈豌豆的NDF含量和ADF含量最低，分别为37.7%和29.6%，且显著低于其他间作处理（P＜0.05）。豆禾牧草混间作后，牧草的NDF含量和ADF含量均显著增高（P＜0.05），其中：JY10的NDF含量最高（54.1%），JY7的ADF含量最高（34.8%）；而JY4的NDF含量和ADF含量均最低，分别为48.0%、30.3%。由NDF和ADF计算得到的相对饲用价值（RFV）显示，单播箭筈豌豆的RFV最高（164.2），显著高于单播燕麦和其他混、间作处理（P＜0.05），但所有混、间作处理对牧草的RFV没有显著影响，处理间差异不大。

表4 箭筈豌豆与燕麦不同混、间作处理的牧草营养成分含量Table 4 Nutrient contents of common vetch-oat in different mixture and intercropping treatments

2.3 模糊综合评价

综合各个混、间作处理中牧草产量与营养品质评价指标的标准值或多项参评因子标准值的平均值，分别计算牧草产量与营养品质的隶属度，以这2个隶属度的均值综合评价各混、间作处理的差异。由表5可知：箭筈豌豆与燕麦以60%∶40%混播处理（JY5）的隶属度均值最高（0.71），单播箭筈豌豆最低（0.25）。除混播处理JY4外，其他4个混播处理均高于所有间作处理及单播箭筈豌豆与单播燕麦处理。

3 讨论

3.1 混、间作对牧草产量的影响

产量是牧草生产和研究中最重要的评价指标之一，不同的播种方式会影响产量，而在整个生长过程中不同生育时期对牧草生物量的影响也不一样。从分枝期到现蕾期，燕麦与箭筈豌豆混、间作的牧草生物量均显著高于单播箭筈豌豆，而混播与单播燕麦的生物量差异不明显，间作生物量却显著低于单播燕麦；到开花期，混播的鲜质量与单播箭筈豌豆、单播燕麦的差异不明显，但其干质量仍显著高于单播箭筈豌豆，而间作牧草的鲜质量显著低于混播和单播；直到生长后期，随着水和养分开始向果实转移，其产量也会逐渐下降，且间作后的牧草产量下降更快。综上所述，箭筈豌豆与燕麦混播和间作都能提高牧草产量，与豆科牧草箭筈豌豆单播相比尤为明显，这与富新年等[14]的研究结果一致。这可能是因为在生长过程中，豆科牧草的叶片集中在上部，而禾本科牧草的叶片主要集中在下部，提高了光能利用率从而增加了单位面积的产量[15]。同时，豆科牧草通过共生固氮作用所固定的氮元素提供给相邻禾草吸收利用[7]，促进了禾本科牧草的生长从而提高产量。而箭筈豌豆与燕麦混播较间作而言，更能表现出产量优势，但之前大多数研究者得出的结论却是间作优于混播。王旭等[6]的研究结果表明，燕麦与箭筈豌豆以3∶1的间作种植模式能更好地发挥燕麦和箭筈豌豆的种间互补优势，获得较高的干物质产量。张宏宇等[16]对无芒雀麦与紫花苜蓿混播的研究结果表明，间行混播的生产力高于同行混播，与祁军等[17]选择5种豆科与禾本科牧草建植同行与异行混播草地的试验结果相似。之所以得出的结果不一致，很有可能是因为牧草品种、地区及田间管理的不同，至于其中的生理机制还需要进一步探究。

表5 箭筈豌豆与燕麦混、间作草地综合指标的隶属度及其平均值Table 5 Subordinate function values of common vetch-oat in mixture and intercropping treatments and their means of different sowing treatments

与此同时，不同的混播比例也会影响牧草的产量。李佶恺等[18]在西藏日喀则的研究结果表明，210 kg/m2燕麦与75 kg/m2箭筈豌豆混播组合的干草产量最高；而曹仲华等[19]在山南地区的研究结果则表明，燕麦与箭筈豌豆的最佳混播比例是50%∶50%，与孙爱华等[20]、田福平等[21]的研究结果一致。孙磊等[22]在拉萨地区也进行了燕麦与箭筈豌豆的混播试验，结果表明最佳混播比例是60%∶40%。在本研究中，箭筈豌豆与燕麦以20%∶80%（JY1）的混播比例播种得到的牧草产量最高，与王伟等[23]的结果一致，说明以这个比例混播生长的箭筈豌豆与燕麦，在一定程度上减小了种间竞争，使2种牧草呈现出相互促进生长的关系。因此，应根据当地具体水热条件与牧草品种来确定豆禾牧草的最佳混播比例。

3.2 混、间作对牧草营养品质的影响

提高粗蛋白含量、降低纤维素含量是提高牧草营养品质的重要内容[24]。本试验中混、间作后的粗蛋白含量均高于单播燕麦中的含量，并随着箭筈豌豆播种比例的增加而增加，与韩建国等[25]、曹仲华等[19]、李佶恺等[18]、王伟等[23]的研究结果一致。这主要是由于豆科牧草含有较高的蛋白质、钙和磷，而禾本科含有较多的碳水化合物，这2种牧草混播后改善了种群饲草的营养成分，禾本科牧草对氮素的需求促进了豆科植物的生物固氮作用，同时，豆科牧草固定的氮素又会有一部分转移到禾本科牧草中，提高了养分利用率，从而使收获的牧草中粗蛋白含量增高[26]。但不论是混播还是间作处理，随着箭筈豌豆播种比例的增加，中性洗涤纤维含量整体呈现下降趋势，而酸性洗涤纤维含量变化趋势则相反，与前人的研究结果不一致[18-19,23]。这可能是由于不同地区的牧草对于水热条件的适应性不同。综合相对饲用价值和粗蛋白产量这2个因素，要获得较高的相对饲用价值，宜选择箭筈豌豆与燕麦以50%∶50%（JY4）的比例进行混播；要获得较高的粗蛋白产量，宜选择箭筈豌豆与燕麦以60%∶40%（JY5）的比例进行混播。

4 结论

与单播箭筈豌豆比较，混、间作可以显著提高箭筈豌豆的株高。同时，混、间作处理对混合牧草的营养品质均有显著改善，且箭筈豌豆与燕麦混播比间作更具有产量优势。运用隶属函数法综合产量与营养品质两方面，箭筈豌豆与燕麦最佳混播比例为60%∶40%，适宜在西藏河谷区进行推广应用。

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