西藏高寒区禾-豆混播对牧草营养品质及土壤养分的影响

周娟娟，白玛嘎翁，魏 巍，德科加

(1.省部共建青稞和牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室，西藏 拉萨 850009；2.西藏自治区农牧科学院草业科学研究所，西藏 拉萨 850009；3.青海大学畜牧兽医科学院，青海 西宁 810016)

禾本科与豆科(禾-豆)混播是最为常见的人工草地建植方式，其具有提高牧草生产性能、营养品质和控制杂草等优势[1]，并在高寒农区和雨养农业区得到广泛应用[2-3]。国内外科研工作者在禾-豆混播草地的空间和养分利用率、种间关系、土壤保育效应等方面进行了大量的研究[4-5]。研究发现，禾本科和豆科混播可通过种间互补协同利用空间、光能、养分和水分，提高了光资源利用效率，优化了根系构型，进而提高牧草产量[6-7]。禾本科植物能够刺激豆科作物的结瘤提高固氮能力[8]，一部分供自我利用，多余的部分回归土壤，增加土壤氮含量；禾-豆混播能够改善土壤理化性质，促进土壤微生物活性、酶活性，加速有机物分解，有效增加土壤养分积累[9-10]；提高混播中豆科植物的比例有利于土壤有效磷的增加[11]，单播与混播系统相比，会造成土壤养分不均衡利用，豆科牧草单播降低了有效磷的量，禾本科牧草单播降低土壤碱解氮的含量[12]。因此，建植禾-豆混播草地的关键在于选择正确的品种组合及平衡混播组合间的关系。

西藏位于青藏高原腹地，肩负着国家生态安全屏障和畜牧业基地的双重使命[13]。牧草增产增收、土壤环境改善和土壤肥力提升需要兼顾。豆科植物的生物固氮途径是一种绿色、可持续的氮源[14]，禾-豆混播优势凸显[7]，因此，开展禾-豆混播人工草地建植，探索合理的混播模式，是实现西藏地区人工草地系统可持续生产利用的有效途径。本研究以燕麦(A.sativa)、箭筈豌豆(V.sativa)、饲用豌豆(P.arvense)为材料，开展单播及相互混播组合的比较试验，研究单播和混播处理下牧草的生产性能、营养品质及不同种植方式对土壤养分的影响，以期为高寒区牧草种植及土壤可持续利用提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于拉萨市墨竹工卡县的斯布牧场(E91°47′，N29°40′)，海拔4 360 m，该区为局地小气候，夏季湿润多雨日照强，冬季干燥寒冷多大风。年均温5.1℃～9.1℃，最热月(6月)平均气温15.1℃，年均日照时数3 012 h；年均降雨量500 mm以上，主要集中在6—9月，年蒸发量是降雨量的4倍。植物生长季在5—9月，无霜期约90 d。境内夏季多冰雹，春季时有干旱。试验小区为河漫滩开垦的农田，开垦时间为2010年，农业耕作以青稞、油菜、豌豆和燕麦为主。试验地主要杂草种类有野燕麦(Avenafatua)、微孔草(Microulasikkimensis)、荠(Capsellabursapastoris)、猪殃殃(Galiumaparine)等。土壤为砂质壤土，有机质含量为4.7%，全氮含量0.21%[15]。

1.2 供试材料

燕麦、箭筈豌豆、饲用豌豆均由青海省畜牧兽医科学院提供。

1.3 试验方法

试验于2019年进行。设置燕麦、箭筈豌豆和饲用豌豆单播，燕麦+箭筈豌豆、燕麦+饲用豌豆不同比例混播处理，试验设计见表1，单播处理编号为S1～S3，混播处理编号为M4～M9。试验为完全随机区组设计，9个处理，3次重复，共计27个小区，小区面积4 m×5 m=20 m2。4月20日开始灌水(水渠漫灌)、翻耕、平整和小区布置等准备工作。4月25日进行播种，播种方式为条播，行距30 cm，播种深度3～4 cm。9月12日进行收获测定牧草产量，并采集土壤样品。试验期间不进行施肥和灌溉，人工除杂草1次。混播处理为同行播种，播种比例计算以M4处理为例：箭筈豌豆∶燕麦=70∶30，燕麦播种量=S1(单播燕麦播种量225 kg·hm-2)×70%=157.5 kg·hm-2)，箭筈豌豆播种量=S2(单播箭筈豌豆播种量75 kg·hm-2)×30%=22.5 kg·hm-2。

1.4 测定指标

牧草产量：在燕麦灌浆期(9月12日)进行测定，每小区随机选取1 m×1 m的样方，留茬3 cm刈割，称重，随后在65℃烘箱内烘48 h后称重，计算鲜草产量和干草产量。

枝条数：测定产量前，每个小区内按照条播条带随机选取1 m单行样段，记录总分蘖枝条数(株高>30 cm为有效枝条数)，计算分枝数。

表1 试验设计

牧草营养品质：在收获期间，各小区取样面积0.5 m×0.5 m，3次重复，混合均匀后随机取样1.0 kg，带回实验室烘干后粉碎，过0.5 mm筛，用于营养价值测定。粗蛋白(CP)含量测定采用凯氏定氮法，酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量测定采用范氏洗涤纤维分析法。

土壤养分测定：于4月15日小区灌溉前利用土钻对整个试验地“S”型采集0～10 cm和10～20 cm土层的土壤样品作为空白对照组，9月12日牧草采收后，不同小区分别于0～10、10～20 cm土层采集土壤样品，每个小区取样5次混合，剔除明显的根系及石头后，带回实验室自然风干。样品均分2份，其中过0.25 mm土壤筛的样品用于全量养分测定：采用重铬酸钾油浴加热法测定有机质，半微量凯氏法测定全氮；过1 mm土壤筛的样品用于速效养分测定：碱解扩散法测定速效氮，碱熔-钼锑抗比色法测定速效磷，火焰光度计法测定速效钾[16]。

1.5 数据分析

牧草粗蛋白营养产量=单位质量粗蛋白含量×牧草产量。

采用Excel软件进行不同处理间各项指标的数据整理及图表的绘制，不同处理间用SPSS 16.0对试验数据进行DUNCAN方差检验。

2 结果与分析

2.1 不同混播处理对牧草产量和品质的影响

2.1.1 牧草产量 由表2可知，就鲜草产量而言，单播饲用豌豆S3处理、燕麦+饲用豌豆混播M8和M9处理显著高于其他混播组合和单播处理(p<0.05)，单播燕麦(S1)的鲜草产量最低。对于干草产量而言，燕麦+箭筈豌豆混播M4、M5处理与单播箭筈豌豆(S2)差异显著(p<0.05)；燕麦+饲用豌豆(M7～M9)混播处理与单播燕麦(S1)、单播箭筈豌豆(S2)差异显著(p<0.05)，燕麦+箭筈豌豆混播中M4处理的干草产量最高，较单播燕麦(S1)干草产量提高11.8%，较单播箭筈豌豆(S2)提高24.5%；燕麦+饲用豌豆混播处理中M8干草产量最高，较单播燕麦(S1)提高28.0%，较单播饲用豌豆(S3)提高17.4%。燕麦单播枝条数367.5万枝·hm-2，箭筈豌豆单播88.5万枝·hm-2，饲用豌豆单播枝条数为60.0万枝·hm-2，燕麦+箭筈豌豆混播M4处理的枝条数较燕麦单播有所增加，其他混播处理随其播种量降低其枝条数也随之减少。

表2 不同单播、禾-豆混播处理的牧草产量及枝条数变化

2.1.2 营养品质 不同混播、单播处理间牧草的粗蛋白(CP)含量差异显著(p<0.05)(见表3)，单播箭筈豌豆CP含量最高(19.29%)，其次为单播饲用豌豆(15.74%)，而单播燕麦CP含量最低(5.90%)，燕麦+箭筈豌豆(M4～M6)、燕麦+饲用豌豆(M7～M9)混播处理中CP含量随着燕麦播种量的降低呈现增加的趋势。单播箭筈豌豆(S2)和单播饲用豌豆(S3)CP产量显著高于不同混播处理(M4～M9)和单播燕麦(S1)(p<0.05)，混播组合中，燕麦+箭筈豌豆M5 处理和燕麦+饲用豌豆M9处理的CP产量最高，增加豆科牧草播种量，CP产量至少提升102.0 kg·hm-2。

表3 不同单播、禾-豆混播处理的牧草营养成分变化

牧草的酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)的含量在不同单播和混播处理间存在差异。单播箭筈豌豆ADF和NDF含量最低，分别为27.18%和49.29%；单播燕麦的ADF和NDF含量最高，分别为33.51%和57.39%。燕麦+箭筈豌豆(M4～M6)、燕麦+饲用豌豆(M7～M9)混播处理中ADF和NDF含量随着燕麦播种量的降低而降低。牧草的粗脂肪(EE)含量S1处理与S2处理差异显著(p<0.05)。

2.2 不同单播和混播处理的土壤养分变化

2.2.1 土壤有机质和全氮的变化 不同单播和混播处理土壤有机质和全氮的变化见图1。不同单播、混播处理0～10 cm土层土壤有机质含量介于56.0～59.7 g·kg-1，S1和M4处理显著低于其他单播和混播处理(p<0.05)，与空白对照组相比，单播燕麦S1和燕麦+箭筈豌豆混播M4处理有机质含量有所下降，分别下降1.10、0.96 g·kg-1，其他处理与空白对照组相比土壤有机质增加了0.82～2.56 g·kg-1，最高增加4.5%；0～10 cm土层全氮含量介于3.30～3.48 g·kg-1，单播箭筈豌豆(S2)和燕麦+箭筈豌豆混播(M6)处理较空白对照组相比全氮含量增加最多，分别增加0.15 g·kg-1和0.16 g·kg-1。10～20 cm土壤有机质含量介于54.4～58.0 g·kg-1，除单播燕麦(S1)和单播饲用豌豆(S3)处理外，各处理之间有机质含量无明显差异(p>0.05)，单播饲用豌豆(S3)土壤有机质增加最多，增加了0.97 g·kg-1；与空白对照组相比，单播和混播处理全氮含量均有所增加，增加了0.2%～9.1%。

2.2.2 土壤速效养分的变化 由图2可知，0～10 cm土层，不同单播和混播处理土壤碱解氮含量介于259.2～292.5 mg·kg-1，其中单播S2和S3处理，混播M5、M6和M9 处理土壤碱解氮含量显著高于单播S1和混播M4、M7处理(p<0.05)；与空白对照组相比，S2、S3、M5和M6处理碱解氮含量都有不同程度增加，增幅3.04～10.29 mg·kg-1，其他处理与空白对照组相比均降低，降幅2.14～22.93 mg·kg-1。土壤有效磷含量介于30.7～40.3 mg·kg-1，S2、S3、M5、M6和M9处理显著高于S1和M4处理(p<0.05)，与空白对照组相比，S2、M5、M6和M9处理有效磷含量有所增加，其他处理均下降。混播处理中土壤碱解氮和有效磷含量随豆科牧草播量的增加有所升高；S3、M5和M8处理土壤速效钾含量有所增加，增幅2.09～5.22 mg·kg-1。相同处理10～20 cm土层土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量略低于0～10 cm土层。10～20 cm土层不同处理间土壤碱解氮含量的变化趋势与0～10 cm土层基本一致，与空白对照组相比，S2、S3、M5、M6和M9处理碱解氮含量有所增加，增幅1.95～9.45 mg·kg-1；10～20 cm土层S1和M4处理的有效磷含量显著低于M7、M8和M9处理(p<0.05)。

3 讨 论

3.1 不同单播和混播处理对牧草产量和品质的影响

禾本科+豆科混播体系中，以其有提高生产力、增加营养品质和改善土壤肥力等优势被科研工作者长期重视。禾-豆在植物形态结构、地下根系分布等方面达到生态位互补，可以充分利用资源制造更多的有机物质，达到牧草增产的效果[17]。已有研究显示，混播较单播草地生产力提高14.0%～43.2%[18]。关正翾等[12]试验结果表明，燕麦+箭筈豌豆同行混播25%∶75%组合生产性能较高；曹仲华等[19]在山南试验得出最佳混播比例为50%∶50%。本研究得出，燕麦+箭筈豌豆比例70%∶30%、燕麦+饲用豌豆混播组合50%∶50%时干草产量最高，较单播燕麦分别提高11.8%和28.0%。产量的变化既有相似也有不同，主要原因是受生长环境、气候条件、成土母质和土壤肥力等多种因素的影响。尽管研究中关于混播比例多少存在差异，但混播较单播增产的结论是一致的。有关混播栽培牧草的营养品质变化，不同的研究结果基本相同[20]。本研究结果中，豆科牧草含有更多的粗蛋白、较低的纤维；而禾本科则含有较多的碳水化合物、较高的纤维；二者混播，与禾本科单播相比可增加牧草的粗蛋白含量，降低中、酸性洗涤纤维含量，提高了牧草的品质。

3.2 不同单播和混播处理对土壤养分的影响

充足的土壤肥力是牧草生产的保证，有机质和全氮储量是衡量土壤质量和肥力的重要指标。刘文辉等[21]研究发现混播处理中，随着箭筈豌豆播量提升，土壤中碳、氮储量增加。本研究中，箭筈豌豆和饲用豌豆单播均能提高0～20 cm土壤有机质和全氮的含量，原因是豆科牧草根系固氮作用导致土壤全氮增加，进而改变土壤CO2吸收能力，影响土壤碳的固定[22]。混播处理中，0～20 cm土壤有机质、全氮含量最高增加2.56 g·kg-1和0.18 g·kg-1。曹仲华等[19]研究发现，混播后土壤有机质最高增幅7.7%。不同研究增幅出现差异的主要原因可能是研究区温度较低，有机质分解缓慢。速效养分的高低表征土壤养分供给强度，是当季植物可直接利用的养分。混播处理有助于提高土壤速效养分[23]。有研究显示，禾-豆混播较燕麦单播有利于土壤微生物活动、提高酶活性，加速土壤速效养分积累[8]。本研究结果中，燕麦单播使得0～20 cm土层土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均有所降低，说明燕麦单播消耗了较多的速效养分。而燕麦+箭筈豌豆混播土壤碱解氮随着豆科牧草种植比例的增加呈现上升趋势，这与豆科牧草固氮作用相关；0～10 cm土层箭筈豌豆、饲用豌豆单播比燕麦+箭筈豌豆、饲用豌豆混播的土壤碱解氮略有升高，可能原因是禾本科牧草生长消耗的氮素较多[24]。0～10 cm土层，禾-豆混播处理土壤有效磷含量随豆科牧草播种比例的增加而增加，这与梁家慧等研究结果一致[25]。Li等[26]研究证明，豆禾混播中根际有机酸分泌增强，对土壤中稳定磷的活化具有重要作用。本研究土壤速效钾含量普遍高于曹仲华等[19]的研究结果，其原因可能与成土母质、土壤类型和耕作条件有关。

4 结 论

1)西藏墨竹工卡县开展禾-豆混播切实可行，且燕麦∶箭筈豌豆、燕麦∶饲用豌豆比例分别为70%∶30%、50%∶50%时其干草产量最高。混播组合中，增加豆科植物的播种比例，可有效提高牧草CP含量、降低NDF和ADF含量，提升牧草营养品质。混播与单播燕麦相比，CP产量至少提升102.0 kg·hm-2。

2)燕麦+箭筈豌豆、燕麦+饲用豌豆混播中，增加豆科植物的播种量可有效提高土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷的含量，0～10 cm土层燕麦+箭筈豌豆混播(M6)处理有机质增加最多，提升了4.5%；10～20 cm土层M6处理全氮增加最高，提升了9.1%；0～10 cm土层单播饲用豌豆(S3)处理土壤碱解氮增加最高，提升了3.6%，单播箭筈豌豆(S2)处理土壤速效磷增加最多，提升了6.1%。进行一年生禾-豆混播对实现农田保育有所帮助。