饲草间混套作在农区的应用前景

许瑞轩，张英俊

中国农业大学草业科学与技术学院；农业农村部草地管理与合理利用重点实验室，北京 100193

0 引言

我国持续了数千年的传统农业以生产粮食为目的，畜牧业仅为副业。随着我国经济持续增长，城乡居民收入增加及食物消费结构的变化，畜牧养殖业迅猛发展且畜牧业生产结构逐渐从猪禽生产为主向稳生猪、促牛羊、兴奶业的方向调整，这意味着以耗粮型畜牧业向节粮型畜牧业发展。近年来，在“振兴奶业苜蓿发展行动”和“粮改饲”等政策的推动下，紫花苜蓿、青贮玉米、饲用燕麦、多花黑麦草、甜高粱等优质饲草的种植及其在节粮型家畜日粮中的应用越来越得到重视，但仍供不应求。据海关统计，仅2021年1—7月，我国苜蓿干草进口量达到79.18 万t，燕麦草进口13.98 万t，苜蓿粗粉及颗粒进口2.41 万t，且价格持续走高。此外，长期单一的谷物种植也面临着水土资源短缺、产品质量安全问题突出、生态环境压力大、生产效率不高等窘境。大力发展农区种草，既可以提高水、光、热等气候资源和土地资源的转化效率，增加单位面积产出，为畜牧业提供必需的饲草，又有利于减少化肥、灌溉水和农药等投入，提升耕地质量，保护生态环境。

间、混、套作是我国传统农业的精髓，其特点是通过各类作物的不同组合、搭配，构成多种作物、多层次、多功能的作物复合群体，利用不同作物在生长中形成的“空间差”“时间差”，有效地发挥有限土地与空间等农业资源的生产潜力。如西北地区的小麦/玉米带田和南方的“稻-豆”“油-豆-稻”等模式均取得了较高的产量和生态、经济效益[1]。饲草是以收获营养体为目的，不需要完整的生育期，且不同类饲草往往可混合饲喂。根据以上特点，饲草间混套作相较于传统农作物更易管理和收获，并可充分利用不同物种的优势提高产量和饲草品质。

本文综述了适宜我国农区的饲草间混套作模式及农学、生态和经济效益，并对农区饲草间混套作的前景进行了展望，旨在为农业种植系统的可持续发展和农牧高效耦合提供支持。

1 农区代表性饲草间混套作模式

1.1 苜蓿/一年生饲草间套作模式

紫花苜蓿是奶牛养殖中最重要的蛋白饲料，但是由于我国北方大部分地区雨热同季，苜蓿在高温多雨的夏季具有生长缓慢、收获晾晒干草困难等问题。刘贵波[2]最早提出在凉爽干燥的春季进行苜蓿干草生产，进入夏季后在苜蓿行间套种青贮玉米并转为青贮玉米生产，并于秋季一同混收玉米和苜蓿制作混合青贮，既可解决苜蓿收获难的问题，玉米作为C4植物又可充分利用夏季的光雨热资源。Xu等[3]进一步确定该紫花苜蓿夏季套作青贮玉米模式在黄淮海地区最佳的玉米种植密度为45000 株/hm2，施氮肥量为120 kg N/hm2，产量分别较苜蓿单作和青贮玉米单作提高了31.1%和27.7%，4 年平均土地当量比达1.27。虽然套作玉米降低了苜蓿的植株密度，但并未影响套作苜蓿春季的产量。

在传统的带状间套作模式中，不同作物均按照各自的生长规律分别进行收获，通过设置最佳的行数配比以获得更高的产量潜力，但这类间套作模式不利于大面积种植中的机械操作。张桂国[4]在山东泰安地区研究了苜蓿和籽实玉米间作，并得出苜蓿玉米行数比为5:2时较苜蓿单作表现出明显的产量和经济优势，三年平均LER为1.14。Sun等[5]在东北地区的研究得出3 行玉米5 行苜蓿间作可提高作物产量、经济效益和资源利用率，改善土壤肥力。苜蓿在该系统中的竞争力强于玉米，往往造成玉米根系和地上生物量降低，但苜蓿在间作中的产量较单作增加了117%～171%。

紫花苜蓿和青贮玉米为目前我国种植面积最大的饲草，在世界范围内，两种作物在间套作或轮作中均有广泛实践。除此之外，苜蓿与其他一年生禾本科饲草如甜高粱、高丹草、饲用谷子等间套作的模式也具有进一步挖掘的潜力。

1.2 多年生饲草混作模式

多年生饲草混作是多年生饲草生产系统中最重要的一种，是充分利用不同牧草的生物学、生态学特性和植物营养代谢特点的差异性和互补性建成的高效人工种植群落。这一种植模式既可以割草制作干草或青贮，也可以进行放牧，在农区或农牧交错带均可种植。

我国北方地区目前应用最广泛的多年生混作模式为紫花苜蓿+无芒雀麦，研究表明[6～8]，该模式中苜蓿为决定混播草地产量的主要草种，混作的产量高于禾草单作，苜蓿和无芒雀麦以5:5混播并在苜蓿初花期刈割为最佳组合。魏雨其[9]的研究发现苜蓿与鸭茅的混播效果较无芒雀麦更好，二者的生长势相匹配，可获得稳定的高产。Xue等[10]在河北涿州的研究表明鸭茅：苜蓿的播种比例为75%：25%时土地利用效率最高，适量施氮可提高系统的生产力。此外，在紫花苜蓿+老芒麦、箭筈豌豆+老芒麦、野豌豆+披碱草等混作模式在北方地区也有成功的应用。

南方地区最典型的混作模式为红（白）三叶+鸭茅（多年生黑麦草），这类模式在我国多年生饲草生产中应用非常广泛。任继周[11]在贵州威宁的研究表明，在补播和施肥的条件下，混播人工草地平均鲜草产量达到37.5 t/hm2，最高鲜草产量可达66 t/hm2，草地平均载畜量达7.5 只羊/hm2，人工草地产量为天然草地的10 倍，粗蛋白产量为天然草地的13 倍以上。白三叶+多年生黑麦草混播草地不仅无性分蘖能力强，且因适应草食牲畜采食而具有超补偿效应，在中等放牧强度下（70%利用率）表现出较好的稳定性。

1.3 一年生饲草间套作模式

种植生长迅速的一、二年生饲草可以充分利用土地并达到高产的目的。一、二年生饲草分布范围广泛，从高寒地区到亚热带、热带地区均有丰富的资源，种植和管理措施相较多年生饲草简单，可为当地草食畜牧业提供重要的支撑。在河北坝上的研究结果[12]表明，“冬牧70”黑麦50%+箭筈豌豆50%和燕麦25%+箭筈豌豆75%的混作模式均获得了较高的产量和品质。刚永和[13]在青海东北农业区的研究发现燕麦与饲用豌豆混播比例为6:4时，其鲜草、干草和粗蛋白产量最高，分别为5.8 t/hm2、1.6 t/hm2和1.9 t/hm2，较燕麦单播分别提高28.3%、17.3%和59.6%，较饲用豌豆单播分别提高48.8%、92.7%和14.0%。紫云英是南方地区一种重要的绿肥作物，但目前越来越多的作为饲草种植，林多胡和陈云平[14]在福建的研究表明紫云英和多花黑麦草混作所获的鲜草产量最高可比单播增加46.7%。柳茜等[15]认为冬闲田种植多花黑麦草和光叶紫花苕较单作光叶紫花苕粗蛋白产量提高2.94%，是燕麦单作的2.11倍。

2 间混套作饲草的营养价值

营养全面、适口性好、消化率高的优质饲草的供应能够确保草食家畜的健康养殖，提高生产效率，降低饲喂成本。相比于单作，不同种的饲草间混套作不仅有利于饲草品质的提升和营养物质的产量，混合收获后更能实现养分的互补，营养成分更加全面。如禾本科饲草含有较高的碳水化合物，豆科饲草则富含蛋白质、钙、磷和多种维生素。若制作青贮，豆科饲草单贮由于其可溶性糖含量较低，粗蛋白含量高的特点，缓冲能力较高，青贮难度大，与禾草混贮则可大大提高青贮成功率和青贮品质。向洁等[16]研究表明，燕麦和箭筈豌豆间、混作后的粗蛋白含量不及箭筈豌豆单作，但显著高于燕麦单作，且提高了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量。许瑞轩等[17]评估了紫花苜蓿夏季套作青贮玉米后的青贮饲料品质，结果表明虽然由于苜蓿在套作玉米后未进行刈割，秋季收获时比例较低，仅有8%，但与玉米单贮相比，其粗蛋白含量，可溶性糖含量和乳酸含量仍显著提高，且并未影响青贮饲料的pH值和氨态氮含量，青贮的营养品质和发酵品质均达到较高水平，弥补了套作期间玉米产量的损失。连露等[18]研究了青贮玉米和秣食豆的混作模式并制作混贮，研究发现玉米种植密度7.95万株/hm2、混播比例1:1时收获的混合青贮品质最佳。Xue等[10]的研究表明，鸭茅-苜蓿混播青贮的粗蛋白含量较单播鸭茅青贮提高2.5%～6.9%，体外干物质消化率提高1.1%～3.9%。苜蓿播种比例为50%时，可以获得较好的青贮品质和较高的消化率，同时降低CH4排放。

3 农区饲草间混套作生态与经济效益

3.1 生态效益

自20世纪80年代以来，以高投入、高产出、高排放为特征的现代农业在带来巨大的经济效益的同时，也带来了一系列的环境问题。现代农业过度依赖化肥投入，导致土壤有机质含量减少，并造成土壤、水体和大气污染，而农药的大量使用则使生态系统生物多样性降低，并最终导致农产品农药残留，影响人类健康。此外，农区土壤退化、水土流失、水资源短缺等问题日益严重，种植饲草作物对于改善农区生态环境有着重要的意义。

冬小麦-夏玉米一年两熟的轮作系统是我国华北地区主要实行的耕作制度，与这一谷物种植系统相比，苜蓿套作青贮玉米系统单位产量消耗的氮肥量减少了58.2%，单位产量灌溉水消耗量则减少了48.0%，因紫花苜蓿作为多年生深根系豆科牧草不仅可通过生物固氮减少化肥的用量，而且在华北地区可实现雨养，对于华北平原这一水资源短缺情况最为严峻的地域可起到重要的作用[17]。套作3 年后，该套作系统土壤总氮、土壤总碳和土壤有机质含量较冬小麦夏玉米提高了11.9%，14.8%，23.8%，而土壤微生物氮和土壤微生物碳则提升了249.2%和57.1%，有效改善由于长期单一禾本科种植带来的土壤退化等问题。苜蓿的种植还降低了土壤硝酸盐淋洗的风险，苜蓿玉米系统土壤120～210 cm土层的硝酸盐累积量在种植3年后较冬小麦夏玉米系统降低了93.8%[17]。

我国东北玉米带长期连作造成了土壤养分单一消耗，肥力下降，土传病害和虫害加重等一系列问题。此外，东北黑土带大部分为波状起伏的漫岗地形，具有黄土特性，易遭受侵蚀，多年生饲草茎叶茂盛根系发达，可增加土壤孔隙度，改善土壤的理化性状，有效减少地表径流。Sun等[19]在吉林的研究表明苜蓿与玉米轮作后表层土壤容重增加，毛管含水量降低，种植苜蓿后0～60 cm土壤有机质和全氮含量显著增加。

我国南方大部分地区实行的“粮–经”种植体系高产量的维持需要通过化肥施补、冬季休耕等方式进行，导致一定程度的土壤污染和水土资源浪费。周寿荣等[20，21]研究结果表明多花黑麦草+豆科饲草（紫云英/南苜蓿/白三叶）与水稻短期轮作，其水稻产量高于对照的情况下可额外收获饲草，并改善了土壤肥力状况，其中土壤有机质含量提高4.7%～26.3%，全氮含量提高13.1%～17.3%。

3.2 经济效益

我国人口众多，耕地面积紧张，利用有限的耕地资源获得更高的经济效益并与生态效益协调统一，是现代农业可持续发展的现实要求。如为了减少灌溉水的消耗，华北地区试行春季休耕，但种植一季玉米的经济效益则大大降低。相比而言，苜蓿玉米套作系统的年平均净利润达20520 元/hm2，分别较单作玉米和单作苜蓿提高了46.6%和16.8%，较冬小麦-夏玉米系统提高了7.2%，各项生产投入则较冬小麦-夏玉米减少了41.7%，尤其是氮肥和灌溉用水的投入降低70%以上，对于节能增效有重要意义。通过对江淮地区小麦及牧草生产现状的分析发现[22]，相较于小麦的种植，黑麦草、燕麦、苜蓿等饲草种植的收益普遍高于小麦，同等条件下比小麦更具优势，农户种植牧草的经济效益极其可观。Sun等[19]进行苜蓿与玉米轮作的研究表明苜蓿与玉米的5年净收入分别比玉米连作1.54～ 4.27 万元/hm2。因此，合理的饲草种植模式能在保障土地利用率的基础上，提高饲草和粮食的产量，降低化肥、灌溉水等生产投入，以更低的环境代价创造更高的经济效益。

4 农区饲草间混套作的发展前景展望

人工栽培草地是草食畜牧业发展的基础资源和饲草保障，畜牧业发达的国家都十分重视草地建设，如欧洲的栽培草地面积占全部草地面积的50%以上，用于种草的新增面积多由耕地转变而来。但我国农区畜牧业的发展过度依赖种植业提供的精饲料，且丰富的农副产品未得到充分利用；同时，传统的草食畜牧业依靠无偿使用的天然草原生存，“以粮为纲”的思想根深蒂固，农区种草的积极性受到影响。此外，产业化程度低、技术研发和推广不足等因素也制约了我国农区种草的发展。目前，农区种草对畜牧业饲草供应、生态环境和农区可持续发展的重要性越来越凸显，逐渐改变传统农业生产的固有观念，不断提高草产业认知和发展水平，因地制宜发展农区种草，促进农区草产业与畜牧业有机结合，潜力巨大。饲草间混套作在一些生产条件下比单作更具有优势，是农区种草重要的种植方式。

（1）合理利用耕地资源

根据2013年公布的《关于第二次全国土地调查主要数据成果的公报》显示，我国有996.3 万hm2耕地位于林区、草原以及河流湖泊最高洪水位控制线范围内和25°陡坡，这类耕地将根据国家耕地休养生息的政策逐步调整种植结构。调查结果还显示，我国有1386.8 万hm2环境条件不良、产量很低的中低产田，又可分为土壤瘠薄型、干旱缺水型、坡耕地型、渍涝水田型、渍涝旱地型、盐碱型和风沙地等[23]。如利用中低产田种草，按年产饲草总干物质产量7.5 t/hm2计算，则年可获得饲草干物质产量达到1.04 亿t。我国还有大量的农闲田资源，在一年一熟有余，一年两熟不足或者一年两熟有余、一年三熟不足的地区，进行饲草填闲种植，可有效提高优质饲草产量，拓展相应地区草食畜牧业的发展空间。如江淮地区水热条件好，有大量的冬季闲田资源可利用，周雅欣等[24]提出在这一地区发展多花黑麦草+紫云英/白三叶/光叶紫花苕、燕麦+毛叶苕子/金花菜等冬闲田豆禾混播生产模式，可有效克服禾本科单播施肥较多、土地翻耕难、豆科单播产量较低和营养不全面等方面问题，配合当地作物的耕作制度，发展特色种植模式，建立优质饲草生产基地，可使江淮地区丰富的土地和水热资源得到充分的开发与利用。据统计，我国还有121.83 万hm2可利用四边地、217.00 万hm2滩海涂地和160.98 万hm2林间地可开发种植饲草。

我国的高产田仍为粮食作物和经济作物生产为主，且对保障粮食安全有重要的意义。但如今不断恶化的环境压力和草畜供需矛盾下，适当调整高产田的种植制度，形成粮草轮作或粮草间套作，有利于改土肥田、提升地力，且对提高饲料转化效率，缓解草畜矛盾具有重要作用。如东北玉米带黑土区种植业结构调整过程中可以尝试采用与苜蓿间作和苜蓿与玉米轮作模式来提高作物产量、经济效益，缓解连作障碍，改善土壤肥力[19]。

（2）挖掘适宜的饲草种植模式

我国幅员辽阔，气候、地形、土壤类型多样，地域差异性大，应结合农区各个区域具体条件和地域特点、种植习惯及畜牧业发展需求，选择适宜的草种，集成适宜的饲草种植模式。如紫花苜蓿夏季套作青贮玉米的种植模式在受雨季和高温影响苜蓿生产的区域均适宜种植，解决了苜蓿生产中的一大难题[2,17]。我国南方主要的天然草地牧草草质较差，部分地区“地无三尺平”，且季节性供需不平衡的矛盾十分突出，这部分地区适宜建立多年生混播人工草地。湖南南山牧场位于海拔1760 m的湘西边陲，多年来已经建成了以三叶草和黑麦草为主的人工草地7500 hm2，饲养奶牛3500 多头，建有年产5000 t奶粉、1 万t乳制品饮料的生产线，成为我国南方最大的现代化草地牧场和绿色食品生产基地[25]。而寒旱区由于寒冷种植粮食作物产量较低，或者无霜期短难以形成籽粒，适宜种植优质高产的一年生饲草，尤其是豆禾间作或混播，可充分利用气候和土地资源，提高饲草品质和产量，解决草食畜饲草资源，提高农业产出效益。

5 结语

我国农区适宜于种草的土地资源丰富，具有极大的饲草生产潜力。饲草间混套作是农区种草的重要方式，其在优化土地资源配制、提高自然资源利用效率以及对生产条件的适应性等方面均优于饲草单作。相信在国家政策的大力支持和草业生产经营者、畜牧业养殖企业和科研、技术推广工作人员等的共同努力下，农区种草将在现代农业中发挥越来越重要的作用。