不同播量拉巴豆与青贮玉米混播对草地生产性能及牧草品质的影响

2021-05-07李满有杨雨琦

草地学报 2021年4期

王斌，董秀，李满有，杨雨琦，兰剑

(宁夏大学农学院，宁夏银川 750021)

优质饲草有效供给和高效利用是草畜产业健康可持续发展的基础。近年来，宁夏草食家畜饲养量呈逐年增长态势，饲草需求量相应增加。青贮玉米(Zeamays)作为家畜日粮中最主要的饲料来源之一，是发展畜牧业最理想、最经济的饲草作物[1-2]，但其粗蛋白含量低，不能满足家畜日粮需求，为提高宁夏雨养区青贮玉米的产量和营养价值，选择拉巴豆(Dolichoslabla)与青贮玉米混播是有效的途径之一[3-5]。拉巴豆为一种多年生豆科牧草，维生素和蛋白含量丰富，固氮能力强，经常被用作轮茬作物、间套作模式植物来提升土壤利用率[6]。

混播是人工草地建植的重要方式之一，尤其豆禾混播不仅能够提高牧草产量[7-10]、营养价值[11-13]，还可以充分利用豆科牧草固氮作用来提高土壤肥力[14]。在混播草地中，研究豆草比例对混播草地豆科植物生物固氮的生理生态机制和提高混播草地建植管理具有重要理论和实践意义。例如，孙东升[15]在辽宁地区研究了野生大豆(Glycinesoja)不同播种量与青贮玉米混播，结果表明野生大豆密度在6.75万株·hm-2下效果最佳;郭郁频等[16]以青贮玉米与扁豆(Lablabpurpureus)为研究对象，探讨其最佳密度，结果表明在冀西北地区扁豆密度为3.75万株·hm-2时为最佳，比对照增产11.6%；王爱军[17]在甘肃庄浪进行玉米与不同密度拉巴豆混播试验表明，当拉巴豆的密度为7.5万株·hm-2时总生物产量最高;柳茜等[18]通过对青贮玉米与拉巴豆混播生产性能研究表明，在西昌地区玉米的播量为33.0 kg·hm-2，拉巴豆播种量为37.0 kg·hm-2时，其饲草产量较单播高，营养品质最佳。综上所述，豆科作物的混播比例对混播草地生产性能和营养价值尤为重要[19-21]，关于宁夏雨养区拉巴豆不同播种量与青贮玉米混播的研究鲜见报道。因此，本试验基于前人的研究基础，在宁夏彭阳县开展不同播种量拉巴豆与青贮玉米混播试验，探讨在青贮玉米最适密度不变的情况下，混播不同播量的拉巴豆对青贮玉米生产性能及饲草营养价值的影响，旨在为宁夏雨养区畜牧业的发展提供理论支撑和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏固原市彭阳县城阳村进行。试验地位于106°48′36″ E，35°50′36″ N，海拔1 600 m，属典型的温带半干旱大陆性季风气候，年平均气温7.4～8.5℃，日照时数2 311.2 h，无霜期140～170 d。2019年生育期内降水量626.5 mm。试验地土壤pH 8.7，碱解氮46 mg·kg-1，速效磷9.2 mg·kg-1，速效钾94 mg·kg-1，有机质8.4 g·kg-1。前茬作物为青贮玉米。

1.2 试验材料

供试青贮玉米‘宁单46’由彭阳县畜牧技术推广服务中心提供；拉巴豆‘海沃’由北京百斯特草业有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，拉巴豆不同播种量(D0，D22.5，D45，D67.5，D90依次为0 kg·hm-2，22.5 kg·hm-2，45.0 k g·hm-2，67.5 kg·hm-2，90.0 kg·hm-2)与青贮玉米(播种量为75 758粒·hm-2)混播，3次重复，小区面积55 m2(5.5 m×10 m)，小区间隔2 m，四周设2 m保护行。采用双沟三垄覆膜种植，行距55 cm，株距24 cm，每穴1粒，拉巴豆以5种比例(0粒、2粒、4粒、6粒、8粒)分别点播在青贮玉米周围。试验于2019年4月28日播种，在播种前统一施入有机肥6 000 kg·hm-2。生育期内除草2次，在青贮玉米拔节期追施一次尿素300 kg·hm-2(总氮≥46.4%)。

1.4 测定指标与方法

1.4.1生产性能植株性状：于青贮玉米乳熟期进行数据采集，测定包括株高、穗位高、茎粗、叶片数、穗位叶叶长、叶宽6项农艺性状。每个小区随机选取30株进行统计。

茎秆强度：在每个小区内随机选取30株，用茎秆强度仪(YYD-1)测定其1～4节和5～7节的茎秆强度。

鲜草产量、干鲜比、干草产量：在每个小区内随机选取9个1 m样段收割鲜草，立即称重即为混合鲜草产量；将青贮玉米与拉巴豆分开，再次称玉米鲜重，用混合鲜重减去玉米鲜重即为拉巴豆鲜重。在每个小区内随机选取1株青贮玉米，重复9次，称得鲜草产量后，截成小段，自然风干称重，称重后计算干鲜比，干鲜比=干草产量/鲜草产量×100%。利用干鲜比计算干草产量。

叶茎比：在小区内随机取1株青贮玉米，重复9次，人工分离茎和叶(含叶鞘、花序)后截成小段，置于烘箱中105℃杀青15 min，65℃烘干至恒重，得到茎干重和叶干重，计算叶茎比。

1.4.2营养成分参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[22]测定粗灰分(Crude ash，Ash)、粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(Acid detergent fibe，ADF)含量。根据上述指标，计算饲料相对饲喂价值(Relative feed value，RFV)，表达式为：RFV=DMI×DDM/1.29，其中：DMI(Dry matter intake)为粗饲料干物质的随意采食量，DMI=120/NDF；DDM (Digestible dry matter)为可消化的干物质，DDM =88.9-0.779×ADF。

1.5 综合评价

采用灰色关联度分析进行综合评价[23]，选择5个处理的11个生产性能指标(株高、穗位高、茎粗、叶片数、叶长、叶宽、1～4节茎节强度、5～7节茎节强度、叶茎比、干鲜比、干草产量)和4个营养指标(粗灰分、粗蛋白、粗脂肪含量、RFV)视为一个整体进行综合评价，不同处理用X表示，性状用k表示，各处理X在性状k处的值构成比较数列Xk，选择测定项目中各指标大于最高值的组成参考数列X0。利用以下公式计算关联度系数、等权关联度、权重系数及加权关联度。ρ为分辨系数，取值范围在0～1，一般取ρ=0.5。

关联度系数：

(1)

等权关联度：

(2)

(3)

(4)

式中：xi(k) 为原始数据；x0(k)为参考数据；min(i)min|x0(k)-x1(k)|为两个层次的最小差；max max|x0(k)-xi(k)|为两个层次的最大差；ξi(k)为关联度系数；γi为等权关联度；ωi为权重系数；γi′为加权关联度。

1.6 数据处理与统计方法

使用Excel 2010进行数据整理，用SPSS 21.0软件进行统计方差分析，显著性分析和Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同混播处理对青贮玉米农艺性状的影响

不同播种量拉巴豆对青贮玉米农艺性状的影响见表1，就株高而言，D67.5最高，平均株高达294.0 cm，D22.5最低，D67.5株高显著高于D22.5(P<0.05)，较D22.5高16.8 cm，与其他处理无显著性差异。玉米的穗位高是指从地面量至果穗第一着生节的高度。各处理间的穗位高无显著性差异，穗位最低的是D67.5，穗位高为123.5 cm。D90的茎粗最大，为26.9 mm，比D0大1.8 mm，D90显著高于D0，且与其他处理无显著性差异。叶片数在12.2～14.3片之间，各处理间无显著性差异，D22.5最多。叶长最长的是D45，为87.0 cm，D90最短，为73.6 cm，D22.5与D45显著高于D67.5和D90(P<0.05)，且D22.5与D45差异不显著。叶宽最窄的是D90，为9.0 cm，显著低于其他处理(P<0.05)。从叶片长度和宽度看，D0，D22.5，D45显著高于D90(P<0.05)。

玉米茎秆强度直接决定着玉米的抗倒伏能力[17]。由表1可知，青贮玉米1～4节茎秆强度>5～7节茎秆强度，1～4节茎秆强度中，D90最低，除D0外，茎秆强度随拉巴豆播种量的增加而减小，D67.5和D90显著低于D22.5及D45(P<0.05)。各处理间的5～7节茎秆强度差异性不显著。由表1可知，除单播外，干鲜比随拉巴豆播种量的增加先增加后减小，D67.5的干鲜比显著高于D90(P<0.05)，且与其他处理无显著性差异。各处理间叶茎比差异不显著，随拉巴豆播种量的增加呈先降后升趋势，D90最大，D67.5最小。

2.2 不同混播处理对鲜、干草产量的影响

由表2可知，总鲜草产量最高的是D0，为82.09 t·hm-2，其次是D22.5，为76.54 t·hm-2。D0显著高于D45和D90(P<0.05)，且与D22.5，D67.5无显著性差异。玉米鲜草产量最高的是D0，其次是D22.5，D67.5。总干草产量最高的是D0，为25.21 t·hm-2，其次是D67.5，D22.5，最低的是D90，为19.72 t·hm-2，D0比D90高27.83%；D0显著高于D45和D90(P<0.05)，与其他处理无显著性差异。青贮玉米干草产量最高的是D90，显著高于其它处理(P<0.05)。拉巴豆产量占总产量比例最高的是D90，其次是D45，D67.5，最低的是D22.5。

2.3 不同混播处理对饲草营养品质的影响

比较不同处理对饲草营养成分含量可知(表3)，各混播处理的粗灰分、粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量均高于单播。其中，各处理间的粗脂肪和中性洗涤纤维含量无显著性差异。粗灰分含量最高的是D67.5，显著高于D22.5(P<0.05)，与其他处理无显著性差异。粗蛋白含量最高的是D67.5，显著高于D0(P<0.05)，且与其他处理无显著性差异。D22.5，D45，D67.5和D90的粗蛋白较单播(D0)分别提高了8.51%，17.42%，22.22%和12.20%。酸性洗涤纤维最大的是D90，最小的是D0，D90显著高于D0和D22.5(P<0.05)。相对饲喂价值最大的是D0，显著高于D90(P<0.05)。

表1 不同处理间青贮玉米农艺性状的比较

表2 不同混播处理间鲜、干草产量的比较

表3 不同混播处理间营养成分的比较

2.4 不同混播处理生产性能及营养价值综合评价

2.4.1数据无量纲化处理各性状测定值相差较大，不易比较，须进行标准化处理。采用均值化法，即用各测定值除以参考数列相应的期望指标(粗灰分指标作为负向指标处理，采用商值的倒数)，得到都在[0，1]之间的新数列[27]。

2.4.2绝对差将参考数列各项指标的数值分别减去各处理相应指标的数值，得到一系列的绝对差，其中最小绝对差和最大绝对差分别为：min(i) min|x0(k)-x1(k)|=0；max(i) max |x0(k)-xi(k)|=0.3103。

2.4.3关联系数根据关联系数公式(1)，将各绝对差值代入，并取ρ=0.5，得到相应的关联系数ξi (k)。由表4可知道，各性状的关联系数在0.3333～1.000之间。

2.4.4关联度将关联系数带入公式(2)，计算出各性状指标的关联度。在灰色关联度分析中，关联度的大小反映了各因子重要性的差异，关联度越大，则表示该因子的作用越大。由表4可知，青贮玉米各性状关联度的大小顺序为：株高>穗位高>叶茎比>叶宽>茎粗>叶长>RFV>粗脂肪>叶片数>粗灰分>干鲜比>干草产量>粗蛋白>1～4节茎节强度>5～7节茎节强度。该关联度为等权关联度，是在各种性状都同等重要的情况下的反映，即各种性状同等重要的条件下才能用等权关联度评判性状优劣。然而，牧草中各性状指标对综合评价的贡献率是不同的。因此，为了客观地评价饲草质量，需采用加权关联度，将求得的各关联系数值代入公式(3)求出对应的权重，赋予各指标不同的权重，再根据公式(4)计算得到加权关联度。由表5可知：加权关联度的排序与等权关联度不一致，由加权关联度排序可知，D22.5的综合表现最好，之后依次是D45，D0，D67.5，D90。其结果能够真实地反映各混播处理生产性能的优劣。

表4 各性状的关联系数及其排名

表5 不同混播处理的关联度及其排名

3 讨论

3.1 拉巴豆不同播种量与青贮玉米混播对青贮玉米农艺性状的影响

豆科牧草与青贮玉米混播时对青贮玉米生产性能的影响多是有利的、正向的，选用适宜播种量的豆科牧草来提高青贮玉米的生产性能，对农业可持续发展具有重要意义。占海云等[24]研究发现，青贮玉米‘科多8号’与秣食豆(Glycinemax)混播，青贮玉米株高、穗位高、茎粗随着播量的增加而增加，利于玉米的生长；而贺囡囡[25]研究表明，播量对株高和穗位高影响不大。本研究发现，随着拉巴豆播种量的增加，青贮玉米的株高各处理间无显著差异、穗位高变化趋势不大，茎粗呈上升趋势，这与贺囡囡[25]研究结果一致，与占海云[24]研究结果相反，这一现象可能是青贮玉米品种或者豆科作物品种不同引起的。本研究表明，随着拉巴豆播种量的增加，青贮玉米叶片数、叶茎比变化不明显，而1～4，5～7节茎节强度呈现先增加后降低的趋势，主要原因可能是高播量拉巴豆对青贮玉米产生了强有利竞争并且缠绕青贮玉米时对茎秆造成了一定影响。青贮玉米叶长、叶宽、干鲜比在拉巴豆高播种量下最低，这主要是由于高密度植株间相互影响，造成生长空间不足[26]。因此，青贮玉米与拉巴豆混播要选择适宜的播种量。

3.2 拉巴豆不同播种量与青贮玉米混播对青贮玉米产量的影响

适宜播量的拉巴豆与青贮玉米混播可以改变青贮玉米群体植株的农艺性状，有效提高生物产量，同时，饲草产量会随着混播比例、种类产生不同的结果[27]。Kevin等[28]研究发现不同播种密度的玉米与拉巴豆混播时干物质产量并非一直保持上升，当拉巴豆种植密度达到一定量时，饲草产量会下降。柳茜[18]研究发现，玉米的播量为33 kg·hm-2，拉巴豆播量为37.5 kg·hm-2时，收获鲜草132 366.15 kg·hm-2，干草30 669.30 kg·hm-2，比单播提高11.85%。本试验结果显示，不论是鲜草产量还是干草产量，单播均高于混播，与Kevin等[28]研究结果相似，与柳茜等[18,29]研究结果相反。造成这一现象的原因可能是拉巴豆作为一种攀援植物，在生长季节的大部分时间里，其阔叶被放置在混合冠层的顶部或四周，使其成为光合作用的有利竞争者，而随拉巴豆播种量增大，拉巴豆与青贮玉米对光照、水分等资源竞争增加，植株间相互制约，生长空间不足，植株由营养生长转为生殖生长，导致产量下降；此外，拉巴豆叶片大且多，青贮玉米叶片较大，相互产生的遮蔽作用影响有机物积累，造成产量下降[30]。

3.3 拉巴豆不同播种量与青贮玉米混播对饲草营养价值的影响

禾本科牧草与豆科牧草混播后，其营养价值相对于禾本科单播时更加均衡，显著改善牧草的营养品质[29]。混播较单播可提高牧草干物质和粗蛋白含量，降低ADF，NDF含量[31]。本试验结果表明：混播较单播营养更丰富、全面，混播模式下，饲草的粗蛋白、粗脂肪均高于单播，其原因可能是混播促进了地上部分群落光能利用率的提高以及地下部分豆科牧草根系的共生固氮作用，促使青贮玉米植株的生长获益，最终提升了混播体系中青贮玉米的营养品质，这与前人研究结论一致[29,32]；ADF含量变化不大，与前人已有研究一致[18,26]。NDF随拉巴豆播种量的的增加而增加，导致RFV随拉巴豆播种量的增加呈下降趋势，原因可能是青贮玉米受拉巴豆缠绕、遮蔽的影响，使部分叶片变干、脱落等。不同品种青贮玉米株型有所差异，拉巴豆与其他株型的青贮玉米混播对牧草品质有何影响需进一步研究。