宁夏雨养区拉巴豆与甜高粱混播对草地产量和牧草品质的影响

杨 帆，刘 卓，韩旭彪，李 剑，时兴伟，兰 剑

(1 宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021； 2 彭阳县畜牧技术推广服务中心，宁夏 固原 756000)

近年来，禾本科和豆科饲草混播是人工草地建植的主要方式之一[1]。与单播模式相比，“豆-禾混播草地”可充分利用空间及环境资源，在保证草地高产的前提下改善牧草营养品质[2-4]，且豆科植物的固氮作用还能有效提高土壤肥力[5]。如祁军等[6]以鸭茅(Dactylisglomerata)、无芒雀麦(Bromusinermis)和绿莓草(Fragariavirdis)等为试验材料，进行了不同混播模式研究；张骞等[7]以披碱草(Elymusnutans)、早熟禾(Poapratensis)和呼伦贝尔苜蓿(Medicagofalcata)为研究对象，探讨了混播对退化高寒草甸土壤养分和生物量的影响。但现有研究大多偏向于矮秆牧草作物，而随着畜牧业的不断发展，高秆饲草作物被广泛利用。当前针对高秆作物的研究主要在玉米与牧草混播和套种方向[8-11]，有关甜高粱与拉巴豆的研究也主要集中在混合青贮后的品质方面[12-13]。

随着国家对畜牧业发展力度的不断加大，饲草种植逐渐成为宁夏重头产业之一，高产、优质饲草的选育也是重要目标之一。甜高粱(Sorghumdochna(Forssk.) Snowden)作为禾本科1年生饲草，是目前世界上公认的生物学产量最高的作物之一，其适应性强，具有耐干旱和耐水涝等多重特点[14]，而且甜高粱在宁夏各地区早有种植并得到广泛推广。与普通高粱相比，甜高粱茎秆含糖量高，尤为牛羊喜食[1]。拉巴豆(Lablabpurpureus(L.)Sweet)是1年生或多年生豆科草本植物，可与玉米或高粱混播，具有草质优良、适应性广和抗逆性强的特点[15]。因此，本研究采用单因素随机区组设计，以“海牛”甜高粱和“海沃”拉巴豆为研究材料，研究不同播量拉巴豆与甜高粱混播对饲草产量和牧草营养品质的影响，以期为宁夏雨养区甜高粱生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

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

1.2 试验材料

“海牛”甜高粱种子由华丰草业有限公司提供，“海沃”拉巴豆种子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，设置不同播种量(T1～T4播种量依次为22.5，45.0，67.5 和90.0 kg/hm2)的拉巴豆与甜高粱(播种量为22.5 kg/hm2)混播处理，以单播甜高粱T0(播种量22.5 kg/hm2)与拉巴豆(播种量45.0 kg/hm2，只用于计算种间竞争率)为对照，共计6个处理，每个处理3次重复，小区面积50 m2(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，甜高粱行距55 cm，穴株距20 cm，每穴2～3粒；拉巴豆以T1～T4设置的播种量，按比例分别点播在甜高粱四周。试验于2019年5月2日播种，在播种前统一施入有机肥6 000 kg/hm2和尿素150 kg/hm2(总氮≥46.4%)。生育期内除草4次，在甜高粱拔节期追施1次尿素(300 kg/hm2)。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状测定 在甜高粱适宜收获期进行测产，去除边缘效应后，在小区中随机选取9个1 m长样段测定鲜样，再随机称取500 g制成小样带回实验室，60 ℃烘干6 h后测定小样干草质量，计算干鲜比，再根据干鲜比计算单位面积干草产量。每个小区随机选取30株植株测定甜高粱株高、茎粗、单株叶片数、1～4节茎节强度、5～7节茎节强度。种间竞争率(CRi)[16]按下式计算：

CRi=(Yij/YiZij)/(Yji/YjZji)。

式中：Yij为混播中种i的产量，Yi为i单播时的产量，Zij为混播时i的比例；Yji为混播中种j的产量，Yj为j单播时的产量，Zji为混播时j的比例。本试验中，i为甜高粱,j为拉巴豆。当CRi>1时，物种i的种间竞争力大于物种j；当CRi=1时，物种i的种间竞争力等于物种j；当CRi<1时，物种i的种间竞争力小于物种j。

1.4.2 牧草营养成分测定 牧草烘干后粉碎，过孔径2 mm筛，用于牧草营养成分测定。参照文献[17]，粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法，粗灰分含量测定采用灼烧法，粗脂肪含量测定采用索氏提取法；参照文献[18]，中性洗涤纤维含量(NDF)测定采用范氏-中性洗涤法，酸性洗涤纤维含量(ADF)测定采用范氏-酸性洗涤法。各营养成分单位均为质量分数(%)。

1.4.3 灰色关联度分析 根据灰色关联理论[19]进行灰色关联度分析。将营养指标看作一个灰色系统,每个处理(T0～T4)为该系统中的一个因素，将所测指标的最优值设为参考序列X0，各品种所测指标构成比较序列Xi。

(1)数据初始化处理。将粗蛋白和粗脂肪含量作为正向指标，按照公式Xi′(k)=Xi(k)/X0(k)进行无量纲化处理；将粗灰分、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量作为负向指标，按照公式Xi′(k)=X0(k)/Xi(k)进行无量纲化处理。根据处理后的数据计算各点绝对差，公式为Δi(k)=|X0-Xi(k)|。上述式中，X0(k)表示参考序列第k个指标，Xi(k)表示第i个处理的第k个指标，Xi′(k)表示第i个处理第k个指标无量纲化处理后的值。

(2)关联系数的计算。公式如下：

εi(k)=[minΔi(k)+ρmaxΔi(k)]/[Δi(k)+ρmaxΔi(k)]。

式中：分辨系数ρ=0.5。

(3)等权关联度的计算。公式如下：

(4)权重系数的计算。公式如下：

Wi(k)=γi/γ。

(5)加权关联度的计算。公式如下：

式中：n为测量指标数。

1.5 数据处理与统计分析

用Microsoft Excel进行数据整理，在DPS中用随机区组试验设计的统计方法进行单因素方差分析，用Origin 2017绘图。

2 结果与分析

2.1 不同混播处理对甜高粱农艺性状的影响

由表1可以看出，不同混播处理后甜高粱农艺性状具有不同的表现。

表1 不同混播处理下甜高粱的农艺性状Table 1 Agronomic traits of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden under different mixed sowing treatments

5个处理中，单播甜高粱(T0)株高最高，且显著高于T2和T4处理(P<0.05)。茎粗最大的也是T0处理，显著高于4个混播处理(P<0.05)；T3处理茎粗最小，仅为T0处理的59.19%。5个处理间甜高粱单株叶片数为10.27～11.20片，差异不显著(P>0.05)。不同处理间茎节强度差异显著，T1处理1～4节茎节强度最大，显著高于其他处理(P<0.05)，而T0、T1和T2处理5～7节茎节强度显著高于T3和T4处理(P<0.05)。各处理的饲草干鲜比为0.19～0.24，其中T1、T2和T4处理饲草干鲜比显著大于T0和T3处理(P<0.05)，而T3处理干鲜比显著大于T0处理(P<0.05)。

2.2 不同混播处理对牧草地上部分种间竞争力的影响

由图1可知，豆、禾牧草不同混播量处理下种间竞争力不同。随着拉巴豆混播量的增加，甜高粱地上部分种间竞争力也随之变化。T1和T2处理下，甜高粱种间竞争率大于1；T3和T4处理下其种间竞争率小于1，其中T3处理下甜高粱种间竞争率最低。这说明拉巴豆混播比例不同，影响了甜高粱在混播群体中的竞争力。

图1 不同混播处理下甜高粱竞争率的变化Fig.1 Change of competition ratio of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden under different mixed sowing treatments

2.3 不同混播处理下饲草产量的比较

由图2可以看出，不同处理下牧草鲜草产量差异显著(P<0.05),介于72.69～122.98 t/hm2，其中单播甜高粱(T0)鲜草产量最高，显著高于其他处理(P<0.05)。随着拉巴豆混播量的增加，混合饲草鲜草产量呈现下降趋势，其中T1处理下鲜草产量显著高于其他混播处理(P<0.05)；T4处理下鲜草产量最低，仅为单播甜高粱(T0)的59.19%。各处理干草产量在16.84～25.09 t/hm2，其中T1处理下混合饲草干草产量最大，显著高于T2、T3和T4处理(P<0.05)，但与T0处理差异不显著(P>0.05)。

图2 不同混播处理下甜高粱和拉巴豆草产量的比较Fig.2 Comparison of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden and Lablab purpureus(L.) Sweet grass yield of different mixed sowing treatments

2.4 不同混播处理对牧草营养成分的影响

由表2可以看出，不同处理下混合牧草各营养成分含量有显著差异(P<0.05)。T3处理粗蛋白和粗脂肪含量最高，其中粗蛋白含量显著高于T0、T1和T2处理(P<0.05)，而与T4处理差异不显著(P>0.05)；粗脂肪含量显著高于其他处理(P<0.05)。粗灰分含量最高的是T1处理，最低的是单播甜高粱(T0)，二者差异显著(P<0.05)。T0处理的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量均最高，其中中性洗涤纤维含量显著高于4个混播处理(P<0.05),酸性洗涤纤维含量显著高于T2处理(P<0.05)。

表2 不同混播处理下甜高粱和拉巴豆混合牧草的营养品质Table 2 Nutritional quality under different mixed sowing treatments %

为了客观评价不同混播处理下牧草营养品质的优劣，更加真实地反映各处理间牧草营养品质的差异，将粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维作为一个灰色系统进行关联度分析，结果如表3所示。由表3可以看出，T3(22.5 kg/hm2甜高粱+67.5 kg/hm2拉巴豆)处理下混播饲草营养品质综合价值最高。

表3 不同混播处理下甜高粱和拉巴豆混合牧草品质的综合评价Table 3 Comprehensive evaluation of quality of Sorghum dochna (Forssk.) Snowden and Lablab purpureus(L.)Sweet mixed forage under different mixed sowing treatments

3 讨 论

3.1 不同混播处理对牧草农艺性状的影响

株高和茎粗是影响牧草产量的主要原因，也是影响抗倒伏的重要指标[20-21]。豆禾混播后，由于地上叶片对光照的竞争和地下根系对养分的竞争[22]，导致植物生长发育受到一定影响。本试验中，单播甜高粱(T0)处理的株高和茎粗均最大，单株叶片数在各处理间变化不明显，而1～4和5～7节茎节强度变化差异明显。T4处理的株高和茎粗相对较小，甜高粱1～4节和5～7节茎节强度均较弱，这可能是由于拉巴豆混播对甜高粱产生了强有力的竞争，并且缠绕甜高粱时对其茎秆造成了一定影响。干鲜比作为评价饲草干草产量的重要指标之一[23]，对制作干草饲料有一定指示作用。本试验中，T1、T2和T4处理下饲草干鲜比较高，说明这3种混合处理模式中水分含量较少，产量损失程度较小。

3.2 不同混播处理对牧草间竞争率的影响

植物生长存在两种竞争方式，即种内竞争和种间竞争[24]。不同植物混播种植后，其种间竞争力会因种类不同而产生不同的效果。多数情况下，种内或种间竞争力总是强者大于弱者。豆科和禾本科生态位不同，对空间利用的程度也不同[25-26]。本试验中，甜高粱与拉巴豆在不同混播比例下种间竞争率不同，其中甜高粱在T2处理下的竞争率与T1处理相比升高，其种间竞争力要强于拉巴豆；而T3和T4处理下拉巴豆种间竞争力要强于甜高粱，说明在这两种混播处理下，甜高粱的生长受到拉巴豆的抑制。

3.3 不同混播处理对牧草产量的影响

牧草产量是衡量牧草经济价值的主要性状，也是牧草生产过程中所要追求的指标之一[27]。不同混播模式下，牧草产量会因混播比例、草种种类不同而有不同的结果[6]。Armstrong等[28]研究发现，不同种植密度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值时，混播产量会下降。这是因为拉巴豆作为一种攀援植物，在生长季节的大部分时间，其叶片位于混合冠层的顶部或四周，使其成为光合作用的有力竞争者，从而影响高秆作物的生长。本试验中，甜高粱单播(T0)时鲜草产量显著高于T1、T2、T3和T4处理(P<0.05)，而干草产量T0与T1处理差异不显著，但显著高于其他混播处理。这可能是由于在混播处理下，拉巴豆会对甜高粱形成一定的竞争机制，阻碍甜高粱碳水化合物的合成，并且对于晚熟的拉巴豆来说刈割时间太早，尚未对混合牧草产量产生正面影响。

3.4 不同混播处理对牧草品质的影响

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丰富，显著改善了混合牧草的营养品质[29]。李春喜等[30]研究发现，甜高粱与箭筈豌豆混播后，其粗蛋白含量相较于单播增加了5.34%，灰分含量增加了1.42%，粗脂肪含量增加不明显，而中性洗涤纤维(NDF)含量和酸性洗涤纤维(ADF)含量均有所下降。NDF和ADF作为反映纤维质量优劣的指标，NDF含量越低，动物的采食率越高，ADF含量越低，饲料的消化率越高[31]。本试验中，混播后饲草粗蛋白含量均高于单播甜高粱，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量均低于单播，单播甜高粱时粗灰分含量显著低于所有混播处理组，而粗脂肪含量最低的是T1处理。

通过灰色关联度法对混播饲草多个营养品质指标进行综合分析，认为T3处理的综合品质最好，其次是T4和T2处理，这是由于这3个处理混合饲草中含有较高的粗蛋白、粗脂肪及较低的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维，符合优质饲草应有的营养价值。

4 结 论

混播拉巴豆对甜高粱农艺性状、产量及品质产生了不同程度的影响。随着拉巴豆混播量增大，甜高粱的株高和茎粗减小，对光照和养分的竞争力减弱，从而导致饲草产量低于甜高粱单播，而混播后营养价值得到提高，混播饲草粗蛋白、粗脂肪升高，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维降低，其中22.5 kg/hm2甜高粱与67.5 kg/hm2拉巴豆混播组合牧草品质最优。因此，在宁夏雨养区，仅注重饲草产量可按照22.5 kg/hm2的播种量进行甜高粱单播；在饲草产量充足、需要优质饲草时，可进行甜高粱与拉巴豆(22.5 kg/hm2+67.5 kg/hm2)的混播种植。