干旱地区滴灌条件下燕麦与箭筈豌豆混播模式研究

李满有，杨彦军，王 斌，曹立娟，沈笑天，兰 剑

(1宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021；2彭阳县草原工作站，宁夏 固原 756000)

混播人工饲草地以其较强的生产力、较好的适口性和较高的营养价值备受重视[1-2]。豆科作物通过自身固氮可以节约土壤硝态氮，其与禾本科作物混播，不仅能够改善土壤肥力状况，提高作物产量，减轻杂草和病虫害[3-5]；还可进行营养互补，提高粗蛋白含量，降低中性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤纤维(NDF)含量，提高饲草品质[6-8]。因此，豆禾混播草地已成为许多地区人工草地建植的首选类型[9]。

燕麦(Arenasativa)与箭筈豌豆(Viciasativa)具有较好的互补体系结构，且箭筈豌豆还能通过根瘤菌固定大气中的氮气，从而改善土壤肥力，提高混播草地产量[9-10]。因此，燕麦和箭筈豌豆已成为重要的混播作物组合方式。曹仲华等[11]研究表明，播种比例以箭筈豌豆(50%)+丹麦“444”燕麦(50%)为佳，在此条件下饲草产量较高，品质较好。关正翾等[12]研究认为，相对于异行混播，燕麦+箭筈豌豆同行混播饲草产量和品质更优。赵彩霞等[13]的研究结果显示，燕麦与箭筈豌豆间混播最佳刈割期为燕麦乳熟期+箭筈豌豆结荚期，此时混合饲草产量最高，饲草相对饲喂价值(RFV)较高，而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较低。此外，琚泽亮等[14]通过含水量对燕麦与箭筈豌豆裹包青贮品质的研究表明，燕麦与箭筈豌豆混播(6∶4)，在箭筈豌豆盛花期、燕麦灌浆期刈割，在65%～70%含水量下裹包青贮，可获得优质青贮料。渠佳慧等[15]的研究结果显示，箭筈豌豆与燕麦1∶3间作处理土壤微生物量碳、氮最高。

目前，关于燕麦与箭筈豌豆混播草地的研究，主要集中在不同混播比例[11,14-15]、播种模式(单一或两种)[2,12]、刈割期[13]对草地产量、草群结构、微生物碳和氮含量的影响方面，很少涉及3种以上建植模式的研究，尤其在宁夏干旱地区尚未见报道。因此，本研究在宁夏干旱区比较了燕麦与箭筈豌豆混播模式对饲草产量和品质的影响，从中筛选该区域燕麦与箭筈豌豆的最佳混播模式，以期为提高燕麦与箭筈豌豆混播草地的饲草产量和品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘梦龙’燕麦和普通箭筈豌豆，均由北京百斯特草业有限公司提供。

1.2 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°46′26″ N， 107°26′16″ E，海拔1 460 m)进行。试验地位于宁夏盐池县花马池镇四墩子行政村，属典型大陆性季风气候，年均降雨量289.5 mm，且65%的降雨集中在6-9月，年均蒸发量2 132.5 mm；干雨季分明，雨热同季。年均气温7.7 ℃；1月最冷，平均气温-8 ℃；7月最热，平均气温24 ℃。年均无霜期164 d，年均大风日21 d。土壤为黄绵土，pH 8.5，有机质53.45 g/kg，碱解氮29.75 mg/kg，速效氮22.23 mg/kg，速效磷45.35 mg/kg。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设6个处理，分别为燕麦与箭筈豌豆同行混播模式、间行混播模式、交叉混播模式、条撒混播模式、燕麦单播和箭筈豌豆单播，小区面积15 m2(5 m×3 m)，3次重复，小区间隔1 m，四周设1 m保护行。于2019-05-01播种，燕麦和箭筈豌豆单播播种量分别为120.00和75.00 kg/hm2；4种混播模式下，燕麦和箭筈豌豆混播播种量分别为75.00和45.00 kg/hm2，行距30 cm，播深3～4 cm。

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；拔节期施磷酸二铵(N≥18%，P2O5≥46%)120 kg/hm2、硫酸钾(K2O≥60%)100 kg/hm2，人工除草2次。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 株 高 在燕麦灌浆期和箭筈豌豆花末期，随机在每个小区选取20株植株，观察并记录燕麦和箭筈豌豆的自然高度。

1.4.2 叶茎比 在燕麦灌浆期和箭筈豌豆花末期，随机在每个小区选取1 m2样方刈割，重复6次，样品装袋编号，防止小区之间样品混淆，将样品在自然条件下晾干，分离叶片与茎干，分别称干质量，计算叶茎比。叶茎比=叶干质量/茎干质量。

1.4.3 鲜干比与生物产量 在燕麦灌浆期和箭筈豌豆花末期，随机在每小区选取1 m2样方刈割，留茬5 cm，重复6次，称鲜草产量(kg/hm2)；并带回实验室在105 ℃下杀青35 min，然后在65 ℃下烘干至恒质量，称干草产量(干草含水量15%～18%)；计算鲜干比，鲜干比=鲜草产量/干草产量。

1.4.4 营养成分测定 将1.4.2节晾干的试验样品用粉碎机粉碎成末，过0.42 mm筛。测定粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量。CP含量利用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪进行测定，EE含量采用索氏浸提法测定，Ash含量采用550 ℃烧灼残渣法测定，NDF和ADF含量采用Ankom A220i型纤维分析系统进行测定[16]。根据NDF和ADF计算相对饲喂价值(RFV)：

RFV=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据初步整理，Origin2019制图。利用SPSS Statistics 25软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA)、Duncan氏新复极差法 (Duncan’s new multiple-range test)多重比较和主成分分析(principal component analysis,PCA)。

2 结果与分析

2.1 不同混播模式对饲草株高的影响

株高是影响饲草产量的因素之一。如图1所示，燕麦单播株高与4种混播模式之间无显著差异(P>0.05)，不同播种模式下燕麦株高为82.15～86.16 cm，其中间行混播模式燕麦株高最高，为86.16 cm；条撒混播模式下燕麦株高最低，为82.15 cm。

由图1还可知，交叉混播模式下箭筈豌豆株高最高，为50.42 cm；箭筈豌豆单播株高显著低于其他4种混播模式(P<0.05)，但4种不同混播模式间无显著差异(P>0.05)。

图柱上标不同小写字母表示同一品种不同混播模式间差异显著(P<0.05)Different lowercase letters indicate significant differences in same variety among treatments(P<0.05)图1 不同混播模式饲草株高的比较Fig.1 Comparison of height of grass plants in different mixing modes

2.2 不同混播模式对饲草叶茎比、鲜干比和干草产量的影响

由表1可知，箭筈豌豆单播叶茎比显著高于其他混播模式(P<0.05)，可达1.30；燕麦单播最低，仅为0.38。4种混播模式下饲草叶茎比差异不显著(P>0.05)，其中交叉混播模式最高(0.68)，间行混播模式最低(0.50)。

由表1还可知，箭筈豌豆单播鲜干比最高，达3.32，显著高于其他播种模式(P<0.05)；燕麦单播鲜干比最低，仅为2.48。4种混播模式饲草鲜干比差异不显著(P>0.05)，为2.64～2.97，其中交叉混播模式最高，为2.97；条撒混播最低，为2.64。

表1显示，无论是燕麦单播还是箭筈豌豆单播，其干草产量均显著低于4种混播模式(P<0.05)，分别为6 662.67和5 723.45 kg/hm2。4种混播模式中以交叉混播模式干草产量最高，达9 412.18 kg/hm2，比燕麦单播提高了41.27%，比箭筈豌豆单播提高64.45%。

表1 不同混播模式饲草叶茎比、鲜干比和干草产量的比较Table 1 Comparison of leaf-stem ratio,fresh-dry ratio and hay yield of different mixing modes

2.3 不同混播模式对饲草营养品质的影响

由表2可知，饲草粗蛋白含量最高的是箭筈豌豆单播，达12.85%，与其他混播模式差异显著(P<0.05)；单播燕麦粗蛋白含量显著低于其他播种模式(P<0.05)，仅为6.24%。4种混播模式饲草粗蛋白含量差异不显著(P>0.05)，为9.34%～9.50%，其中交叉混播模式相对最高。

由表2还可知，在饲草粗灰分含量方面，箭筈豌豆单播最高，可达5.76%，与间行混播模式、交叉混播模式和条撒混播模式处理差异显著(P<0.05)；其次为燕麦单播，交叉混播模式最低，仅为4.05%。除箭筈豌豆单播以外,其余几种播种模式间饲草粗灰分含量差异不显著(P>0.05)。

燕麦单播中性洗涤纤维含量最高，为53.36%，显著高于交叉混播模式和箭筈豌豆单播(P<0.05)；且以交叉混播模式最低，为47.61%。燕麦单播酸性洗涤纤维含量也最高，为40.12%，除同行混播模式、间行混播模式外，与其他混播模式差异显著(P<0.05)。由中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维计算得出的饲草相对饲喂价值显示，交叉混播模式下饲草的相对饲喂价值最高，为129.14，显著高于燕麦单播(P<0.05)。

表2 不同混播模式下饲草营养品质的比较Table 2 Comparison of nutritional quality of grasses in different mixing modes

2.4 不同混播模式下饲草主要性状的主成分分析

主成分分析(PCA)能够充分反映饲草各指标中起主导作用的综合指标。由饲草主要性状的相关系数矩阵(表3)可以看出，饲草7个主要性状间存在不同程度的相关性。但性状间的相关性易导致信息重叠，因此为消除重叠信息的不利影响，对饲草7个主要性状进行主成分分析。根据特征值大于1的原则，可提取2个主要成分，方差贡献率分别为54.419%和32.844%，能够代表总体87.263%的信息(表4)。

第一主成分的特征值为3.809，此成分中载荷比较高的有粗蛋白含量和相对饲喂价值，分别为0.994 和0.982，主要反映了饲草的营养状况，可解析为营养因子。除酸性洗涤纤维含量为负外，其余几个性状均为正，说明随着第一主成分的增加有利于除酸性洗涤纤维含量以外的各个性状优化。第二主成分的特征值为2.299，载荷最高的是饲草产量和粗灰分含量，分别为0.928和0.820，主要反映饲草产量和营养状况，可解析为综合性因子。此成分中只有叶茎比和粗蛋白含量值为负，说明随着该主成分的增加，除了叶茎比和粗蛋白含量下降外，其余性状值均呈现增加趋势。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[17]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(表5)。将特征向量A1和A2及不同播种模式饲草主要性状的标准化数据(表6)代入主成分计算模型，得出饲草公因子Y1和Y2：

Y1=0.400×ZLS+0.167×ZHY+0.509×ZCP+0.247×ZAsh+0.362×ZNDF-0.327×ZADF+0.503×ZRFV；

Y2=-0.344×ZLS+0.612×ZHY-0.009×ZCP+0.541×ZAsh+0.050×ZNDF+0.456×ZADF+0.073×ZRFV。

营养公因子Y1中，箭筈豌豆单播得分最高；综合性公因子Y2中，交叉混播得分最高。按照公式Y=(54.419Y1+32.844Y2)/87.263对2种公因子进行综合评价，得出燕麦与箭筈豌豆不同混播模式得分，排名前3的依次为交叉混播模式、条撒混播模式和间行混播模式(表7)。

表3 饲草主要性状的相关系数矩阵Table 3 Correlation coefficient matrix of main characteristics of forage

表4 饲草主要性状的特征值和累积贡献率Table 4 Characteristic value and cumulative contribution rate of main traits of forage

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

表6 不同混播模式下饲草主要性状的标准化(Z)数据Table 6 Standardized data of main traits of forage for different sowing patterns

表7 燕麦与箭筈豌豆不同混播模式综合排名Table 7 Comprehensive ranking of different mixed-broadcast modes of Avena sativa and Vicia sativa

3 讨 论

3.1 混播模式对饲草产量的影响

混播植物枝条、叶片、根系在空间上的分布差异可使混播饲草间的竞争强度降低，实现光、水分和养分的利用互补，提高草地生产力[18]。灵敏等[19]指出，燕麦与箭筈豌豆混播草地产量较燕麦和箭筈豌豆单播分别提高了12.2%，26.5%。本研究结果表明，相对于单播，混播显著提高了饲草产量(P<0.05)，这与谢开云等[4]、余常兵等[18]、灵敏等[19]的研究结果相似。可能是混播饲草在地上部及地下部空间上具有合理的配置方式，能够充分吸收水分、二氧化碳、营养元素等，利用光能进行光合作用，合成大量的有机物质[20]。同时，燕麦给箭筈豌豆提供了生长支撑，减少了其倒伏，提高光合利用率，从而增加饲草产量[21]。本研究中，对燕麦与箭筈豌豆不同混播模式而言，交叉混播模式更能体现产量优势，但之前大多数研究者认为间行混播模式能够更好地发挥种间互补优势，对环境资源能以最大限度利用[22-23]。这与本研究结果不一致，主要因为前人研究豆禾混播模式时没有考虑交叉混播模式[22-23]，可能交叉混播模式下燕麦能更好地利用箭筈豌豆的固氮效应，其生长机理还需进一步探究。

3.2 混播模式对饲草品质的影响

不同混播模式草地的同化作用速度及物质合成能力有差异，使混播草地干草营养成分含量发生了变化[2]。相比禾本科单播，混播明显改善了饲草营养品质[24]，这与本研究结果一致。本研究表明，相比燕麦单播，燕麦与箭筈豌豆混播模式降低了饲草粗灰分、中性和酸性洗涤纤维含量，提升了饲草粗蛋白含量和相对饲喂价值，主要是因为箭筈豌豆含有较高的蛋白质和钙等营养元素，而燕麦含有较多的碳水化合物，这2种饲草混播后改善了种群饲草的营养成分[25]。同时，箭筈豌豆固定的氮素又会有一部分转移到燕麦中，提高了养分利用率，有利于改善混播草地品质[26]。本试验结果显示，交叉混播模式较其他3种混播模式更能体现饲草品质优势，主要是因为交叉混播模式相对其他混播模式提高了混播草地的叶茎比，叶片中含有丰富的粗蛋白质含量，而叶茎比越大，饲草营养价值越高[27]。

3.3 最佳混播模式的筛选

人工混播草地建植的主要目的是获得优质、高产的饲草，因此，饲草产量和营养价值表现尤为重要。本研究中，单播箭筈豌豆营养价值虽较高，但饲草产量较低；而燕麦和箭筈豌豆混播草地产量明显高于单播，不同混播模式饲草整体营养价值高于燕麦单播，但低于箭筈豌豆单播。就燕麦和箭筈豌豆混播模式而言，本试验对不同混播饲草主要营养和产量指标的综合评价结果表明，饲草综合性状表现较优、且位列前3的混播模式依次为交叉混播模式、条撒混播模式和间行混播模式。

4 结 论

4种混播模式均提高了饲草产量，其中交叉混播模式干草产量高达9 412.18 kg/hm2，比燕麦、箭筈豌豆单播分别提高了41.27%和64.45%；混播草地较燕麦单播显著改善了饲草品质，其中交叉混播模式饲草相对饲喂价值最高，达129.14。通过对不同混播模式评价分析发现，燕麦与箭筈豌豆交叉混播模式、条撒混播模式、间行混播模式下饲草的综合性状表现较优。