燕麦-豆草混播组合对草地生产性能的影响

李满有，蒙向武，王 斌，李小云，沈笑天，曹立娟，兰 剑

（1. 宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2. 隆德县畜牧技术服务推广中心，宁夏 固原 756300）

混播草地是栽培草地建植的主要方式之一，其中豆禾混播草地最为常见[1]。合理的豆禾混播能够充分利用时间、空间、光、热、水、气、肥、微生物等资源，从而获得较高的草地生物产量和营养品质[2-3]，亦可使牧草更充分地占据地上和地下空间，抑制杂草出苗和生长[4]，同时豆禾混播能增强豆科牧草自身根瘤菌的生物固氮能力，对改良土壤理化性质，提高土壤肥力有显著效果[5-6]。宁夏是我国西北地区主要的畜牧业发展重地，为响应2015 年中央“一号文件”提出的“深化推进农业结构调整，加快发展草牧产业”的总体要求，该地区开始注重发展豆禾混播草地来优化种植产业结构，通过提产、增质以缓解当地家畜饲草补给不足和品质低的问题。不同种类牧草自身具有差异性，在特定地区所表现的生态适应性、生产性能也存在较大差异[7]，在利用过程中由于混播组合搭配不当，加上环境资源的限制，不利于草地实现优质、高产的初衷[8]。因此探索合理的豆禾混播组合对于解决畜牧业发展中优质饲草料短缺的困境具有重要意义。

当前，关于豆禾混播组合的研究主要集中在紫花苜蓿(Medicago sativa)与不同种类禾草组合对草地产量和品质的影响[9-11]，并得出不同地区混播栽培草地易实现优质、高产的组合。燕麦(Avena sativa)拥有环境适应性强、产量高和品质优良等特点[12-13]，是我国重要的饲用牧草之一。然而，针对燕麦与不同种类豆科牧草混播组合的研究鲜见，尤其在宁夏干旱地区更未见报道，适合该地区的燕麦与豆科混播草地建植方式尚未定论。当前豆科种类较多，选择与燕麦具有互补性的物种组合对草地实现优质和高产尤为重要。光叶紫花苕(Vicia villosaRoth)、箭筈豌豆(Vicia sativa)和毛苕子(Vicia villosa)都富含蛋白质、钙、磷等营养成分，且茎斜生、喜攀援，以禾本科为主体进行混播组合可充分利用空间优势[14-15]。间行混播是指在同一时期把两种或两种以上的作物按行或条带间隔种植在同一田块的播种方式[16]。同行混播是指在同一时期把两种或两种以上作物种植在同一行的播种方式[17]。目前，对于混播草地的研究多集中在间行混播[18-19]，而对同行混播的研究较少，因此探究同行混播对草地实现高产和稳产具有重要的意义。灌溉作为农业管理的重要措施之一，不仅能够调节土壤的水分含量，而且能够显著提高混播草地的产量。地面滴灌技术是宁夏等干旱期地区推广速度最快、面积最大的节水灌溉技术，与漫灌方式相比水分利用效率可提高42%～44%，增产20%～30%[20]。鉴于此，以光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子3 种豆科牧草分别与燕麦进行同行混播，探究了宁夏干旱区滴灌条件下燕麦-豆草混播组合对牧草生长状况(株高、分蘖数、生物产量等)和营养成分(粗灰分、粗蛋白、中酸性洗涤纤维含量等)的影响，以期为该地区建植优质、高产的混播草地提供技术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏大学草业科学专业教学科研基地(37°47′26″ N，107°26′16″ E，海拔1 457 m)进行，该区位于宁夏盐池县花马池镇四墩子行政村。是宁夏中部干旱带山区，属于典型大陆性季风气候，光照长、温差大，冬夏两季气候迥异，平均温差27 ℃左右，秋冬交节之际，昼夜温差可达21 ℃，年均气温7.8 ℃。晴天多，阴天少，年均降水量290.5 mm，且65%集中在6 月 - 9 月，年均蒸发量2 132.5 mm，年均无霜期165 d，年均大风日20 d。土壤有机质含量为53.45 g·kg-1，碱解氮含量为29.75 mg·kg-1，速效氮含量为22.23 mg·kg-1，速效钾含量为63.21 mg·kg-1，pH 8.5。

2019 年4 月–10 月，试验地月平均气温和降水量总体符合宁夏中部干旱带气候现状(图1)。平均温度较高的月份为6 月–8 月，气温最高出现在7 月，气温最低出现在10 月。月平均降水量主要集中在8 月–10 月，其中9 月降水量最为突出。

图1 试验期间月平均气温与降水量Figure 1 Average monthly air temperature and precipitation during the test period

1.2 试验材料

“梦龙”燕麦、光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子均由北京百斯特草业公司提供。经过对所有播种材料测定，种子发芽率均为90%以上，且品质和产量均表现突出，符合试验的播种要求。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，共设7 个处理(表1)，即燕麦与光叶紫花苕、箭筈豌豆、毛苕子同行混播及燕麦、光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子单播为对照。小区面积3 m × 5 m，3 次重复，共21 个小区。小区间隔1 m，四周设1 m 保护行。燕麦、光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子单播播种量及燕麦与3 种豆草同行混播时燕麦、光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子播种量如表1 所列。试验于2019 年5 月1 日以条播方式进行播种，行距30 cm，播深3～4 cm。

表1 试验处理Table 1 Test treatment

试验地采用地面滴灌，滴灌带间隔60 cm，滴头间隔30 cm。生长季灌水6 次，每次灌水60 mm；拔节期随灌溉施氮 150 kg·hm-2、磷 160 kg·hm-2、钾100 kg·hm-2，人工除草两次。测定时燕麦生育期为灌浆期，光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子生育期为开花末期。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 株高

刈割前在每个小区随机选取长势具有代表性的燕麦、光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子各30 株，用卷尺测量植株从地面到顶部最高点的绝对垂直高度。

1.4.2 分蘖数/分枝数

刈割前在每个小区用正方形柱框随机选取植株长势均一、有代表性的3 个1 m2(1 m × 1 m)样方，统计燕麦茎基部的分蘖数及光叶紫花苕、箭筈豌豆和毛苕子根颈部着生的一级分枝数。

1.4.3 生物产量和鲜干比

在灌浆期/开花末期，随机在每小区选取植株长势均一、有代表性的3 个1 m2(1 m × 1 m)样方人工用镰刀进行刈割，留茬高度3～5 cm，将鲜样编号装进轻型网袋，用精确度为克的Meilen 便携式弹簧手提秤称鲜草产量。然后将鲜样带回实验室在105 ℃下杀青35 min，于65 ℃烘干至恒重，称干草产量，最后折算出每公顷产量，鲜干比 = 鲜草产量/干草产量。

1.4.4 营养指标

测产时，每个小区随机取3 个500 g 具有代表该小区总体现状的鲜样，带回试验室在自然条件下阴干后用万能高速粉碎机粉碎成末，过0.38 mm 筛。参照《饲料及饲料添加剂质量检测方法与品质管理》[21]测定牧草粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、粗灰分(crude ash, Ash)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量。相对饲喂价值[22](relative feeding value, RFV)通过下列公式计算：

RFV=DMI×DDM/1.29。

式中：DMI(dry matter intake) = 120/NDF，DMI为单位体重家畜粗饲料干物质的随意采食量(%)，NDF为中性洗涤纤维含量(%)；DDM(digestible dry matter) = 88.9 - 0.779 ×ADF，为可消化的干物质占干物质总量的比例(%)，ADF为酸性洗涤纤维含量(%)。

1.5 数据处理

利用Excel 2010 软件对原始数据进行基础整理，Origin 2019 制图。采用SPSS 25 软件对整理好的数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)和主成分分析(principal component analysis, PCA)。用新复极差法(Duncan)进行多重比较，显著性水平为0.05。

采用主成分分析对燕麦-豆草混播牧草6 个主要性状：总分蘖(枝)数(X1)、鲜干比(X2)、干草产量(X3)、粗灰分(X4)、粗蛋白(X5)、相对饲喂价值(X6)进行分析，根据特征值大于1 的原则，提取2 个主要成分，并得出累计贡献率。利用主成分载荷矩阵中的数值除以主成分相对应的特征值再开平方[23]即得到2 个主成分中每个性状所对应的系数(即特征向量A1、A2)。将特征向量A1、A2 和饲草主要指标的标准化数据代入主成分计算模型计算公因子Y1 和Y2。然后根据主成分的特征值所占主成分特征值之和的比例为权重，计算主成分综合得分(Y)并进行排序。

2 结果与分析

2.1 混播对牧草株高和分蘖(枝)数的影响

燕麦-豆草混播对牧草株高有显著影响(P＜0.05)。YG 处理燕麦株高达90.17 cm，显著高于其他处理，YJ、YM 和YD 处理间燕麦株高差异不显著(P＞ 0.05)，介于82.32～84.21 cm，其中YJ 处理相对最低，为82.32 cm；MD 处理毛苕子株高最高，达87.45 cm，显著高于其他处理豆草株高，YG、YM 和GD 处理豆草株高相近，介于75.33～75.88 cm，JD 处理箭筈豌豆株高显著低于其他处理，仅占MD 处理毛苕子株高的47.46% (表2)。

燕麦-豆草混播对牧草分蘖(枝)数有显著影响(P＜ 0.05)。YJ 处理燕麦分蘖数最高，达1 050.04 个·m-2，显著高于YM 和YD 处理，其中YD 燕麦分蘖数最低，与YJ 相差164.45 个·m-2；GD、JD 和MD 处理豆草分枝数显著高于YG、YJ 和YM 处理，其中JD 处理最高，达778.09 个·m-2；YJ 处理最低，与JD 相差576.44 个·m-2；在燕麦-豆草混播总分蘖(枝)数方面，YM 处理最高，达1 269.64 个·m-2，显著高于GD、JD 和MD 处理，其中GD 处理相对最低，仅为616.78 个·m-2(表2)。

表2 混播组合牧草株高和分蘖(枝)数的比较Table 2 Comparison of plant height and number of tillers (branches) of mixed sowing combinations

2.2 混播对牧草鲜干比和干草产量的影响

燕麦-豆草混播对牧草鲜干比和干草产量有显著影响(P＜ 0.05)。GD 处理牧草鲜干比最高，达4.24，显著高于其他处理，YD 处理牧草鲜干比最低，仅占GD 处理的58.50%。YG 和YM 处理干草产量相近，分别为9 490.67 和9 235.51 kg·hm-2，均显著高于其他处理，GD 处理干草产量最低，仅3 085.04 kg·hm-2(图2)。

图2 混播组合牧草鲜干比和干草产量的比较Figure 2 Comparison of fresh-to-dry ratio and hay yield of mixed sowing combinations

2.3 混播对牧草营养品质的影响

燕麦-豆草混播对牧草各项营养指标均有显著影响(P＜ 0.05)。牧草Ash 含量最高的是YM 处理，达6.68%，显著高于其他处理；YJ 处理相对最低，仅为4.70%。MD 处理牧草EE 含量最高，达1.91%；YJ 处理最低，两者相差0.76%。JD 处理下牧草CP 含量最高，为12.85%，虽与GD 和MD 处理无显著差异(P＞ 0.05)，但显著高于其他处理；YG 和YM 处理相对较低，分别仅为8.34%和8.24%。YG 处理牧草NDF 含量相对较高，为55.25%，虽与YM、YJ 和YD 处理差异不显著，但显著高于其他处理；GD 处理最低，为40.16%。牧草ADF 含量在GD处理下达45.17%，显著高于其他处理；JD 处理最低，仅占GD 处理的66.32%。MD 处理牧草相对饲喂价值最高，达133.04，显著于其他处理；YD 处理最低，仅为99.38 (表3)。

表3 混播组合牧草营养指标的比较Table 3 Comparison of nutrient indexes of mixed combination forage

2.4 混播牧草主要性状的主成分分析

对燕麦-豆草混播牧草6 个主要指标进行主成分分析(表4)。根据特征值大于1 的原则，可提取2 个主要成分，贡献率分别为60.010%和22.169%，代表了总体信息的82.179%。

表4 饲草主要性状的特征值和累计贡献率Table 4 The characteristic value and cumulative contribution rate of the main traits of forage

第一主成分的特征值为3.601，此成分中载荷绝对值较高的有粗蛋白含量(-0.935)、干草产量(0.871)和总分蘖(枝)数(0.838)，主要反映草地营养和产出状况，可解析为综合因子。该成分中数值为正的指标还有鲜干比和粗灰分，说明随着第一主成分的增加有利于除负数指标粗蛋白和相对饲喂价值以外的各个正数指标的增大。第二主成分的特征值为1.330，此成分中载荷较高的为干草产量(0.440)，主要反映草地产出状况，可解析为产量因子。此成分中只有鲜干比和粗灰分为负，其余几个指标均为正，说明随着该主成分的增加，除了鲜干比和粗灰分下降外，其余各个正数指标呈增加趋势。利用1.5 中主成分特征向量和公因子计算公式算出特征向量A1、A2 (表5)和公因子Y1、Y2 (表6)。综合公因子Y1 中，YG 得分最高；Y2 为产量公因子，得分最高的是YM。通过对2 种公因子进行综合评价，得出各处理得分排名前3 依次为YG、YM 和YD(表7)。

表5 饲草主要性状的特征向量Table 5 Feature vector of main traits of forage

表6 饲草主要性状的标准化数据Table 6 Standardized data of main traits of forage

表7 燕麦−豆草混播组合综合排名Table 7 Comprehensive ranking of Avena sativa−bean grass mixed sowing combinations

3 讨论

合理的豆禾混播能够充分发挥种间互补效应，有利提高饲草产量[24]。本研究结果表明，燕麦与不同豆科混播组合较单播虽不能使牧草株高都得到提高，但混播显著促进了燕麦分蘖能力，草地产量总体呈增加趋势；这与郑伟等[7]关于豆禾混播组合草地生产力优于单播草地的研究结果吻合，主要是因为豆科牧草和禾本科牧草在形态学方面有着显著差异，豆科牧草叶片平展，分布较高，禾本科牧草叶片斜生，分布较低，豆科和禾本科牧草进行混播搭配，可充分利用环境资源[25]。同时，禾本科与豆科牧草根系近距离接触，促进豆科根瘤菌的生物固氮能力，一部分被自身生长所消耗；另一部分释放到土壤，再由禾本科牧草吸收，氮元素对禾本科牧草根部分蘖能力具有促进作用，从而有利于提高草地生产力[26]。针对燕麦与3 种豆科混播组合而言，燕麦与光叶紫花苕混播组合更表现出产量优势，说明燕麦与光叶紫花苕混播组合能更好地发挥种间互补性，提高对环境资源的利用率，与柳茜等[27]研究发现，一年生禾草与光叶紫花苕混播组合能获得较高的干物质产量结果一致。但张耀生等[28]在高寒地区研究表明，燕麦与箭筈豌豆混播组合产量高于燕麦与苕子的混播组合，与本研究结果不一致，这可能是由于不同地区的土壤特征、气候条件的差异以及田间管理措施不同造成的。

牧草品质在混播草地建植及利用中占有非常重要的地位，是牧草最基本的特性之一[29]。粗蛋白是衡量牧草品质的重要指标之一。本研究结果显示，燕麦与3 种豆科混播组合牧草粗蛋白含量较燕麦单播更加丰富，显著改善了牧草营养品质，与徐丽君等[30]研究结果相似，主要原因是豆科牧草的高蛋白含量以及混播条件下豆科牧草的固氮作用提高了豆禾混播组合牧草的粗蛋白含量[31]。中性洗涤纤维含量决定牧草的适口性，其含量过高会降低家畜的采食量。本研究发现，燕麦与3 种豆科混播牧草中性洗涤纤维含量较燕麦单播无显著变化，这与郭孝等[14]关于燕麦与3 种豆草混播较燕麦单播均能够降低牧草中性洗涤纤维含量的结果不一致，可能原因是本研究测定时燕麦和3 种豆科牧草样品的生育期分别为灌浆期、开花末期，而前者采用的样品生育期分别为抽穗期、扬花期，不同时期同种牧草纤维含量具有一定的差异性，导致两者混播结果有一定的出入。酸性洗涤纤维含量和家畜对牧草的消化率呈负相关关系[15]。本研究与前者研究结果一致[14]，都得出燕麦与3 种豆科混播的酸性洗涤纤维较燕麦单播有所下降(YJ 和YD 之间无显性差异，仅是数值上降低)，说明混播能提高家畜对牧草的消化率。目前关于燕麦与多种豆科牧草在同行条件下组合混播的研究鲜见报道，而深入解析植株种间互作对其品质影响的机制将成为今后一阶段的研究重点。

4 结论

燕麦与3 种豆草混播组合较单播均显著提高了牧草产量，其中燕麦与光叶紫花苕混播干草产量最高，达9 490.67 kg·hm-2；相对于燕麦单播，各混播组合均显著改善了牧草品质，其中燕麦与箭筈豌豆混播组合相对饲喂价值为108.61，仅低于3 种豆草单播。经PCA 分析，燕麦与光叶紫花苕同行牧草综合性状表现最好，可在宁夏干旱地区滴灌条件下推广应用。