一年生禾豆混播人工草地产量及品质影响因素的研究进展

冯廷旭 ，德科加，向雪梅，魏希杰

(1.青海大学农牧学院，西宁810013；2.青海大学畜牧兽医科学院，西宁810016)

天然草地在调节气候、维持生态稳定、发展草地畜牧业方面起着重要作用，据统计全球天然草地面积为3.5×109hm2,覆盖约26%的陆地面积，我国天然草地的面积约在3.37×106hm2，居于世界第二[1]。但是，由于过度放牧、管理粗放，加之干旱等自然因素的影响，90%的天然草地发生了不同程度的退化，其生态和生产功能均十分低下,未能得到有效发挥[2]。实践表明，我国草原牧区主要以天然草地为饲草来源的传统的粗放型畜牧业模式已经难以为继，到了必须变革的重要关口[3],综合国内外的经验，发展优质高产的人工草地对于我国草原牧区的可持续发展至关重要[4]。人工草地种植规模和生产水平是衡量一个国家或地区畜牧业发达程度的标志[5]，草地畜牧业发达国家，其人工种植草地占该国家总草地面积的比重较大。因此，建立高产高效人工草地，提供发展畜牧业所需要的优质牧草，从根本上解决草畜矛盾，有效缓解天然草场放牧压力，实现其生产与生态功能的双提升[6]。

人工草地按牧草组合划分分为单播人工草地和混播人工草地[7]。混播主要以禾豆混播为主，混播草地不仅能够提高饲草的产量、改良土壤、降低植物间资源的竞争，而且对改善种间关系，提高饲草的营养价值以及干草的调制和青贮均有很大帮助[8]。研究表明，禾本科饲草与豆科饲草进行混播种植时可实现互补，同时混播草地也能减低化肥等对环境的污染，实现农业与环境，生产与环境之间的互惠互利局面[9]。因此，本文通过对多年来国内外学者对禾—豆混播体系中混播模式(种类、比例、方式等)对草地生产力、饲草营养价值、土壤理化性质等方面的影响进行梳理和总结[10]，为一年生禾豆混播人工草地建植和管理提供理论依据和科学指导。

1 禾豆混播对饲草产量及品质的影响

1.1 混播组合对饲草产量及品质的影响

混播组合中禾本科与豆科草种的选择与饲草的产量及品质密切相关[11]，混播草地中选择适宜建植的不同禾豆饲草组合不仅能够提高饲草的产量，而且对饲草品质也有极大的提升[12]。马海天才等[13]研究燕麦(AVenasativa)、多花黑麦草(Loliummultiflorum)与光叶紫花苕(Violaglabra)混播表明，光叶紫花苕与多花黑麦草70∶30产量比单播光叶紫花苕和单播多花黑麦草均提高50%以上，混播组合蛋白质含量比单播黑麦草提高25.3%，粗纤维含量有所降低，光叶紫花苕+燕麦蛋白质含量比单播燕麦提高35%，而混播的粗纤维含量与燕麦单播差异不明显。马春晖等[14]研究表明，不同品种的燕麦与豌豆组合混播较单播豆科饲草产量提高34.0%～59.2%，混播饲草的品质比单播禾本科饲草有较大的提升。苟文龙等[15]研究表明，箭筈豌豆与黑麦草8种组合混播下均优于单播草地。周雅欣[16]利用燕麦与箭筈豌豆、金花菜等豆科饲草混播时，干草产量比单播燕麦增产10.4%和9.5%，提高了饲草产量和土地利用。郑伟等[17]用6种禾豆饲草混播对营养物质含量影响的研究表明，各混播组合的粗蛋白产量、粗脂肪产量均有显著提高，因为豆科饲草固定的氮素替代了一部分外源氮素，缓解了混播禾豆饲草对氮素的竞争，提高了草地生产性能。李志昆等[18]研究表明，混播饲草粗蛋白含量介于豆科饲草单播和禾本科饲草单播之间，混播饲草比单播饲草营养成分全面，燕麦与箭筈豌豆混播草地与燕麦单播相比,其粗蛋白增加了30.09%，而中性洗涤纤维含量降低了7.85%，酸性洗涤纤维降低了6.03%。但是也有研究表明混播组合也会导致产量比单播饲草产量低或者差异不显著的现象，马研琪[19]禾豆混播试验结果表明，燕麦+蚕豆组合下饲草的总产量高于燕麦单播，但是差异不明显，而燕麦与箭筈豌豆混播后产量均有提高，显著高于箭筈豌豆单播，但饲草总产量略低于燕麦单播。

通过对比不同学者的研究结果发现，不同混播组合的产草量均比单播豆科高，而饲草品质比单播禾本科高，但是提质增产的程度却不尽相同，造成这种现象的原因除了混播组合不同外，试验地区的气候、播种方式等都会对其产生影响[20]。

1.2 混播比例对饲草产量及品质的影响

混播比例也是影响饲草是否高产、高品质的因素之一[21]。研究表明，在混播草地中，如果禾本科饲草所占的比例较大，饲草的产量就越高。影响产量的原因有很多，禾本科饲草的茎杆粗、返青快、生长速率高等均能够提高产量[22]。刘敏等[23]研究混播与单播的结果得出，混播草地禾豆混播2∶1时饲草产量明显高于单播，主要因为禾本科牧草叶片集中于下部,豆科牧草叶片集中在上部，能充分利用地上空间提高光合利用效率，同时豆科饲草提供大量的氮素，促进了禾本科生长，因此提高了产量。孙爱华等[24]在甘肃临夏开展箭筈豌豆+燕麦1∶1试验结果表明，混播比单播产量显著提高，比单播燕麦提高40%。姬万忠[25]在甘肃省天祝县采用燕麦+箭筈豌豆试验结果表明，2∶1的混播草地产草量最高，比单播燕麦产草量高15.7%，比单播箭筈豌豆产草量高68.6%，燕麦与箭筈豌豆在竞争的基础上相互促进与协同，提高了对光、养分、水分的利用以及在生长过程中合理的空间分布，提高了饲草的产量。张瑜等[26]在贵州高寒山区研究结果也表明，混播处理的生产能力显著优于单播处理，小黑麦+箭筈豌豆1:1混播处理的鲜草产量高于其他混播比例。李佶恺等[27]在西藏日喀则地区研究燕麦与箭筈豌豆混播效应试验结果显示，燕麦和箭筈豌豆混播3∶1组合的干草产量最高。

混播中豆科饲草的占比越高，饲草的品质则越好[28]，因为豆科饲草中叶片数量多，营养成分大多都集中于叶片中，因此提高了饲草品质[29]，随着混播比例中豆科饲草的增加，禾豆混播草地粗蛋白与粗脂肪等营养含量逐渐增加，而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量减少[30]。苟文龙等[15]试验结果表明，与多花黑麦草单播相比，不同混播比例饲草的有机质含量、速效氮含量和速效磷含量随着混播中箭筈豌豆比例的增加而增加。周青平[31]试验研究也表明，不同的混播比例会导致不同的结果，营养物质等都会有差异，所以在混播时候要合理选择混播比例。韩建国等[32]试验结果也表明不同的混播比例在粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量上差异显著，随着豆科比例增加，粗蛋白含量随之提高，中性和酸性洗涤纤维含量则有所下降。杨晓鹏等[33]试验表明，不同混播比例对分蘖数、可消化干物质含量、中性洗涤纤维含量和累计粗蛋白产量有显著性影响。罗天琼等[34]试验结果表明，豆禾比例为1∶3时粗蛋白质含量达17.22%,粗脂肪含量为5.34%，与单播禾本科饲草差异显著。

因此，禾本科与豆科的混播比例不同，不仅能够影响饲草产量，而且对饲草品质也有较大的影响。但是，混播比例仅仅是影响饲草产量和品质的一方面，播种方式、气候等也是影响原因。因此，在禾豆混播建植时，在考虑播种方式、气候等对饲草产量及品质的影响之外，混播比例的合理选择是提高饲草品质的关键。

1.3 播种方式对饲草产量及品质的影响

人工草地在建植过程中，混播方式的选择也是影响饲草产量及品质的关键因素之一[35]。混播方式不同，饲草产量、品质均有显著差异，而且间作能够延长饲草青绿期[36]，在提高土地利用效率的同时也提高饲草的品质，同时饲草能吸收更多营养物质，增加草产量的潜力。蒋海亮等[37]试验表明，燕麦与箭筈豌豆间行条播产量比单播高，但是受到气候和施肥等条件的影响，混播产量与品质均有一定的差异，而混播中燕麦的比例对产量起着决定性作用。关正翾等[38]采用同行混播与异行混播的对比试验表明，同行混播饲草产量大于相同混播比例下的异行混播，各混播组合粗蛋白产量均高于单播燕麦，并且豆科混播比例较高时，有利于增加土壤氮素养分的供应与积累。张永亮等[39]试验表明,间作方式对禾豆产量及其稳定性以及持续性均有显著性影响。王旭等[40]试验也表明，同行混播各处理干物质产量均显著高于单播燕麦和单播箭筈豌豆,且同行混播各处理之间无显著差异，而间行混播有利于提高饲草饲喂价值，与单播相比，间行混播的饲喂价值提高2.7%。而且间作种植能更好地发挥燕麦和箭筈豌豆的种间互补优势,获得较高的干物质产量,可能与燕麦和箭筈豌豆田间带距和行比的合理搭配有关[41]。

通过多方面的研究表明，混播中不同的播种方式下，豆科饲草均能够为禾本科饲草提供所需的氮素等营养成分，延长了禾本科饲草的生育期，从而提高了饲草产量及品质。但是对比学者的研究结果我们也发现了不同，混播方式不同，产量及品质均是不一样的，因此针对不同的地区以及海拔等气候条件和种植因素，选择适宜的禾豆混播方式对提高饲草产量及品质至关重要。

2 禾豆混播对饲草产量与品质构成因素的影响

2.1 禾豆混播对饲草茎叶比的影响

茎叶比是饲草或饲料作物在植物构成中茎和叶的重量比率，是评价牧草适口性、营养品质的重要指标[42]。姜慧敏等[43]通过试验指出，茎叶比越小表明饲草叶量越高，适口性及饲用价值越高。在禾本科与豆科饲草的整个生育期，茎和叶都在不断生长。张仁平[44]试验指出，茎叶比在牧草的生长过程中是一个动态变化的过程。周雅欣[16]指出，混播能够在一定程度上降低茎叶比，提高饲草的适口性，混播饲草的营养价值较单播更为全面。茎叶比降低的原因可能是在禾豆混播建植中，豆科饲草攀附在禾本科饲草之上生长发育，使得豆科饲草减少伏地生长的现象，减少了底部叶片的腐烂情况，因此增加了豆科饲草的叶量，使得茎叶比变小[45]。邢越[46]的试验结果表明，由于豆科饲草通过固氮作用增加土壤中的氮等营养物质的含量，使土壤变得肥沃，禾本科饲草能吸收到更多的营养，饲草下层的叶片也能吸收到营养，从而增加了叶量，因此茎叶比也会变小，由于减少了饲草叶片的枯萎死亡，增加有机物的含量，因此茎叶比的变化对饲草的产量也会产生影响。张国荣等[47]试验表明，饲草的茎叶比越小叶量越高，而植物的营养成分大都集中于叶片中，表明饲草营养价值越高，这也意味着茎叶比的大小能够反映出饲草品质的好坏。相同的实验结果也在王文庶等[48]的研究中体现出来。

综上所述，茎叶比是评价牧草适口性、营养品质的重要指标，对饲草的产量以及品质均有影响，茎叶比越低，饲草的适口性越高，而随着茎叶比的降低，饲草干重可能降低，其原因是叶片含水量较高导致的。因此，在选择禾豆混播模式时，应考虑饲草的利用方式。通过研究茎叶比动态变化能够从侧面掌握饲草的产量及品质变化，可为人工混播草地的适时收获提供技术依据。

2.2 混播对饲草叶面积的影响

叶面积是衡量牧草光合作用强弱的指标之一，与饲草的品质有密切关系。在饲草生长发育初期，由于幼苗期主要的器官发育欠缺完善，叶片数量少，叶面积指数小，导致光合作用低[49]。随着饲草的生长发育，叶片数量增加，光合作用逐渐增强，叶面积逐渐增大，其光合作用越来越强，植物的含水量和生长能力则越强，植株抗旱、抗寒、抗倒伏等能力也越强。单播的禾本科因为茎叶比较大，叶面积较小，植株抗旱、抗寒、抗倒伏抵抗力不强，容易受到外界因素的影响而影响产量和饲用价值[50]。李强等[51]试验结果表明，各50%禾豆混播饲草种植比例下,豆科饲草有更大的枝条和叶片数量、叶片面积、叶片厚度及叶片生物量，不仅增加了饲草的抵抗能力，而且提高了产量及营养品质。而禾豆混播的比例影响着叶片的发育及光合作用，合理的混播能够通过互补作用，使得禾本科与豆科饲草相互促进[52]。混播饲草在光合作用及适口性、饲用价值上要远远高于单播饲草，因此混播饲草的种植前景要远远高于单播牧草[53]。郑伟等[54]研究表明，在植物竞争中,叶面积较大及叶片位置较高的植物在竞争中占据竞争等级的上部，而不受营养条件的影响，叶片位置较低的植物通常处于竞争等级的较低位置。因此在混播草地中豆科饲草攀附于禾本科饲草向上生长，提高了植株高度，下层的叶片也能接受到光合作用，所以减少了叶片的腐烂脱落，增加了叶量。

3 禾豆混播对植物根系养分获取的影响

植物的根系是联系植物与土壤的纽带，做为植物吸收、转化养分的重要器官，根系的发育强弱表明了植物个体对土壤养分的吸收能力。宋清华等[55]研究草地密度的制约下燕麦+毛苕子根系的空间分布表明，混播草地燕麦的根长大于毛苕子，随着混播草地燕麦密度减少，燕麦与毛苕子根长都在增加。海棠等[56]也通过不同种植方式禾本科与豆科饲草不同混播模式下豆科饲草的根长比单播的增加4～14cm。而且根系固定植物、吸收营养的功能，对地上生物量与植物生长发育起着重要的作用。姚文超等[57]试验结果显示，豆科混播饲草地上与地下生物量季节性动态呈现双峰曲线，地上生物量峰期在完熟期以及果后营养中期，而地下生物量峰期则在完熟期和果后营养后期。蒋慧等[58]研究表明，混播草地中禾本科与豆科互利共生，根系会向土壤深处延伸，有效的吸收深层的营养成分，汇集土壤中的营养元素，增加土壤养分有效性，更加有利于草地土壤恢复肥力。

4 禾豆混播对土壤养分的影响

土壤养分含量是表征土壤质量和肥力的重要指标。作为饲草生长发育的关键性因素，土壤中营养成分的多少直接关系着饲草的产量以及营养价值。在混播草地中。由于禾本科与豆科饲草根系对土壤养分的敏感程度、养分的竞争能力不同[59]，二者以适当的比例混播能够相互协调生长。Hoglund等[60]研究表明，单播禾本科草地如果要达到混播草地生产水平的草地每年对氮素的需求量约在450kg/hm2，豆科饲草由于根部根瘤菌的生存，会吸收、固定大气中的游离氮素，减少了豆科饲草吸收土壤中的氮元素[61]，并且固定的氮素可以提供给禾本科饲草利用，也减少了禾本科饲草对土壤氮元素的大量吸收，增加了土壤速效养分的含量。因此混播草地不仅增加了土壤碳、氮、磷等元素的含量，而且增加了土壤肥力[62]。芦奕晓等[63]的研究表明，与单播相比，混播草地更加有利于土壤有机碳的稳定。并且在生长发育过程中禾本科与豆科饲草底部枯叶的腐败、分解循环等对土壤养分、加快土壤的分解能力有较大的改善。

5 禾豆混播对土壤微生物的影响

微生物作为土壤中的重要组成部分，是地上与地下生态系统的桥梁，也是禾豆混播建植的重要指标之一[64]。土壤中微生物的活性直接关系到土壤营养成分的转化，种类及数量受到诸多因素的影响，如土壤层次、土壤肥力、气候、土壤类型等[65]。韩永伟等[66]在研究农牧交错带退耕还草土壤微生物C、N的影响中表明，微生物在0～20cm的土壤层中数量为混播草地>单播草地>小麦地。单播草地比小麦地能提高土壤C、N含量，而混播草地在土壤微生物数量及种类方面效果最好。在混播的不同模式下(混播组合、混播比例等)，微生物的数量与种类也存在差异，王旭等[67]在研究燕麦与箭筈豌豆混播中表明，间行混播时土壤微生物数量比单播燕麦高1.1倍。陆炳章[68]在研究中发现黑麦草与毛苕子、箭筈豌豆混播根系中土壤微生物菌均显著高于单播。芦奕晓等[63]也表明了禾豆混播等变化会影响土壤微生物的多样性以及功能。可见土壤微生物的数量会受到混播的组合、比例等影响。禾豆混播草地通过对土壤养分的的改变来调节土壤微生物的数量以及种类，提高了土壤养分利用效率。

6 总结与展望

6.1一年生禾豆混播草地作为缓解天然草地草畜矛盾压力的重要手段，其提质增效作用显得较为重要，选择不同的混播模式，对饲草产量和品质的影响显著。因此，应针对不同用户的需求来确定混播模式。在饲草紧缺地区，可以选择禾本科为主豆科为辅的混播组合及比例建植混播草地，一定程度提升饲草品质，保证饲草产量高产且稳定；对于饲草生产条件较好的地区，可选择增加豆科牧草的比例建植混播草地，达到稳产提质的目的。因此如何利用有限的土地资源，选择适宜的禾豆混播模式，生产质优量足的饲草，是一年生混播草地未来发展的重要研究方向。

6.2饲草的茎叶比、叶面积作为植物在生长过程中对饲草产量及品质影响的潜在因素，不仅反映着饲草对环境的适应能力，而且对饲草组合及比例的选择起着重要作用。目前禾豆混播研究方向主要集中在混播后饲草的产量和品质方面，而对混播饲草茎叶比、叶面积等方面研究较少。因此研究混播草地饲草茎叶比和叶面积等对饲草产量及品质影响的潜在因素，有利于促进人工草地禾豆混播模式体系的完善。

6.3人工草地混播地下组成因素是饲草生长的基础，植物根系、土壤养分以及微生物之间密不可分，互相联系，为饲草的生长发育提供保障。为了更好的掌握一年生禾豆混播理论与技术体系，研究地下组成因素对饲草的作用机理以及混播草地豆科饲草的固氮效应，为建植适宜的禾豆混播组合，提高一年生饲草品质及产量提供理论依据。