高寒地区燕麦与豌豆不同混播组合和比例对饲草产量及品质的影响

冯廷旭， 德科加， 向雪梅， 魏希杰， 徐成体， 王 伟， 林伟山， 钱诗祎

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

燕麦(Avenasativa)是禾本科燕麦属一年生草本植物，在我国种植历史悠久，因其产量高、抗逆性强、饲用和营养品质好等特点在我国有极高的种植和推广价值[1]。特别是是在高海拔、寒冷地区，燕麦作为一种优质饲草种植面积逐年增加，已经成为牧区重要的饲草料作物之一，为高寒牧区抗灾保畜、提升草地畜牧业生产水平做出了巨大贡献[2]。但研究发现[3]常年在同一地块连作燕麦，存在饲草产量逐年降低、土壤肥力下降、杂草增加的状况，燕麦与豆科混播具有提高牧草生产性能、营养品质和控制杂草等优势[4]，燕麦和一年生豆科混播通过种间互补协同利用空间、光能、养分和水分，提高光资源利用效率，优化根系构型，增加了牧草产量[5-6]，燕麦还能够刺激一年生豆科作物的结瘤，提高固氮能力，一部分供自我利用，多余的部分回归土壤，增加土壤氮含量[7]，改善土壤理化性质，促进土壤微生物活性、酶活性，加速有机物分解，有效增加土壤养分积累。燕麦单播较禾豆混播系统而言，造成土壤养分不均衡利用，表现为土壤碱解氮的含量降低，一年生豆科牧草单播则降低了有效磷的量[8]。从饲草产量和品质角度来看，一年生豆科牧草单播产量低但饲草品质高，而燕麦单播则表现为产量高但饲草品质相对低[9]，因此，建植一年生禾豆混播草地的关键应综合饲草的产量及品质、土壤改良几个方面，筛选出适宜的品种组合与比例。青藏高原高寒牧区由于海拔高、牧草生长季短，在低海拔地区研究得出的混播结论可能并不适用，本试验地处青海省三江源地区高寒草甸区域，开展一年生禾豆混播草地研究，筛选出适宜三江源区高寒牧区建植燕麦与一年生豆科混播组合，为区域人工草地生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于青海省玉树州称多县青海大学三江源生态系统教育部野外科学观测站(33°24′30′′ N，97°18′00′′ E，海拔4 270 m)，属典型高原大陆性气候，年平均气温为-5.6℃～3.8℃，年均降水量为562.2 mm，降水主要分布在6—9月份，约占全年降水的75%。试验小区土壤为高山草甸土，虽腐殖质含量丰富，但因分解不良而土壤肥力不高。土壤pH值6.92，有机质含量2.36%，全氮0.95%，全磷0.82%，全钾1.35%，无灌溉条件，试验地前茬作物均为小黑麦+饲用豌豆混播。

1.2 试验材料

供试燕麦品种为‘青甜1号’，饲用豌豆品种为‘青建1号’，箭筈豌豆品种为‘西牧333A’，均由青海省畜牧兽医科学院草原所提供。

1.3 试验设计

试验于2020年5月份开展，采取裂区试验设计，主区为混播组合，燕麦+箭筈豌豆(A1)、燕麦+饲用豌豆(A2)，副区为混播比例，即燕麦+箭筈豌豆、燕麦+饲用豌豆不同混播比例处理，试验设计见表1，设混播处理7个，分别为B1～B7，单播处理2个，编号为B8(单播燕麦)、B9(单播豆科)，共9个处理，每个处理3次重复，共计54个小区，小区面积为15 m2(3 m×5 m)。5月19日对试验地进行了翻耕耙耱，播种前施磷酸二铵450 kg·hm-2，2020年5月20日播种，播种方法为条播，播深3～4 cm，各小区均人工开沟10行，行距30 cm，9月25日进行收获并测定饲草产量，同时采集土壤样品。试验期间不进行施肥及灌溉，在燕麦拔节期进行人工除草一次。混播为同行播种，每行内禾本科与豆科播量按计算的各单播处理播量分别播入，以燕麦+箭筈豌豆8∶2混播组合为例，燕麦播量为=B8(燕麦单播播种量225.01 kg·hm-2)×80%=180.01 kg·hm-2、箭筈豌豆播量=B9(箭筈豌豆单播量76.67 kg·hm-2)×20%=15.33 kg·hm-2。

表1 试验小区及各处理播种量Table 1 test plot and seeding amount of each treatment

1.4 测定指标及方法

1.4.1株高 每小区随机取燕麦(抽穗期和开花期)和饲用豌豆(初花期和盛花期)、箭筈豌豆(初花期和盛花期)各10株，测量从地面至植株最高部位的自然高度。

1.4.2鲜干草产量 2020年9月下旬(燕麦灌浆期)在各小区随机选取3个具有代表性的1 m的样段(远离边行)，齐地刈割，称取其鲜重，之后将新鲜样品在遮阴条件下自然风干一个月，称取风干重。

1.4.3茎叶比 在测定完鲜草产量之后，将每个单播、混播处理内饲草茎、叶分离，装袋标记、称重，用茎重与叶重的比值来表示茎叶比。

1.4.4营养成分测定 在测定完鲜、干草产量之后，将饲草茎秆、叶片用粉碎机粉碎后混和均匀，用凯氏定氮法测定粗蛋白含量，索氏浸提法测定粗脂肪含量，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量用范式纤维法，测定送交青海韵驰检测技术有限公司检测。

1.4.5土壤养分分析 在饲草播种前(5月19日)随机在实验地采集0～20 cm的6份土样均匀混合作为空白对照组，共3次重复，收获后(9月26日)将每个试验处理小区用土钻采集0～20 cm的土样，每个小区重复采样3次，晒干后过筛去杂质后测定土壤养分，全氮采用LY/T 1228-1999测定标准进行检测，全磷采用碱熔法LY/T 1232-2015测定标准进行测定，全钾采用碱熔法LY/T 1234-2015测定标准进行测定，有机碳采用NY/T 1121.6-2006测定标准进行测定。土样测定均送至青海韵驰检测技术有限公司检测。

1.5 数据处理

用Excel和SPSS软件汇总与分析，处理间差异分析用One-way ANOVA法，处理间多重比较用Duncan法；因素间相关性分析用Pearson法。

灰色关联度评价方法：选取所有混播方式各项指标的最优值为参考列，记{X0(k)}(k=1，2，3，...，n)，各项指标作为评价指标为比较数列，即参评指标观测值集合，记{Xi(k)}(i=1，2，3…m；k=1，2，3，…，n)。选择饲草生产性能及营养品质指标进行权重比较，以此为基础构建综合评价模型。采用均值法对原始数据进行无量纲化处理，再根据标准化处理的结果求出X0与对应Xi的绝对差值，然后计算出参试混播比例与性状之间的关联系数。

2 结果与分析

2.1 燕麦+豆科饲草混播不同处理与各指标间的差异

两种混播组合与禾本科株高、豆科株高、茎叶比、粗脂肪、全钾、有机碳均存在极显著差异(P<0.01)(表2)。混播比例与粗脂肪、可溶性糖差异显著(P<0.05)，与其余生产性能、饲草养分、土壤养分指标均存在极显著差异(P<0.01)。混播比例×混播组合交互作用与生产性能、饲草养分、土壤养分指标均存在极显著差异(P<0.01)，与全磷含量差异显著(P<0.05)。进一步对存在显著或极显著差异的指标进行多重比较。

表2 混播组合间、混播比例间、混播组合×混播比例间生产性能、品质及土壤养分的方差分析Table 2 Variance analysis of production performance,quality and soil nutrients between mixed-planting combinations,mixed-planting proportion and variety×mixed-planting proportion

2.2 混播组合间生产性能、品质及土壤养分差异

由表3可知，A1处理的禾本科株高与粗脂肪低于A2处理(P<0.05)，豆科株高、茎叶比、全钾以及有机碳含量均高于A2处理(P<0.05)。

表3 混播组合间生产性能、品质及土壤养分的差异Table 3 Differences in production performance,quality and soil nutrients between mixed-planting combinations

2.3 混播比例对生产性能、营养品质、土壤养分差异分析

由表4可知，随着豆科饲草的混播占比增加，混播组合的鲜、干草产量整体呈现下降趋势，单播燕麦B8处理干草产量最高，与其他各处理组之间均差异显著(P<0.05)。随着豆科饲草的混播比例逐渐增加，豆科饲草株高逐渐降低，单播豆科处理组B9株高与各混播处理组之间均差异显著(P<0.05)。B1处理的茎叶比与各混播处理、单播豆科饲草处理间均差异显著(P<0.05)。单播豆科B9处理组与B2混播处理间饲草鲜干比存在显著差异(P<0.05)，其余各处理间均无显著差异。

表4 混播比例间生产性能的差异Table 4 Differences in production performance between mixed-planting ratios

单播燕麦B8处理的NDF,ADF含量最高，单播豆科饲草B9处理NDF,ADF含量最低，且随着豆科饲草比例增加显著性逐渐降低。单播豆科B9处理组的粗蛋白含量最高，与各处理间均显著差异(P<0.05)，单播燕麦B8处理组CP含量最低，与B6,B7处理间差异显著(P<0.05)。粗脂肪含量单播燕麦B8与B2,B4,B6间差异不显著，与其余各处理均差异显著(P<0.05)。可溶性糖含量整体间呈现先增大后减小趋势。

单播燕麦B8处理组间全磷含量最高，随着豆科饲草混播比例的增加，土壤全磷含量逐渐升高，混播比例间显著性降低。单播燕麦处理B8全钾含量与B1,B7、单播豆科B9差异显著(P<0.05)。单播燕麦处理B8全氮含量与各处理间均差异显著(P<0.05)。且随着豆科饲草占比的增加，土壤中有机碳含量也在逐渐增加，单播豆科处理B9含量最高，与各处理均差异显著(P<0.05)。

2.4 混播组合与混播比例交互作用下生产性能差异

由表5可知，混播品种与比例交互作用下，燕麦+箭筈豌豆组合中鲜草产量呈先增加后减小趋势，燕麦+饲用豌豆则呈现先降低后增加趋势，单播燕麦与单播豆科处理与混播处理间无显著性差异。饲草干草产量与饲草鲜草产量变化基本一致，两种组合单播燕麦处理下干草产量最高，为11 467.90 kg·hm-2，11 884.13 kg·hm-2，单播豆科处理下干草产量最低，为5 600.50 kg·hm-2，5 344.71 kg·hm-2。燕麦+箭筈豌豆混播处理燕麦株高与单播燕麦处理相比，混播处理燕麦株高有所降低，与单播处理差异显著(P<0.05)，燕麦+饲用豌豆混播处理燕麦株高整体并无显著性差异。两种组合处理间饲草茎叶比燕麦+箭筈豌豆组合与燕麦+饲用豌豆差异显著(P<0.05)。两种混播处理间粗脂肪含量燕麦+饲用豌豆高于燕麦+箭筈豌豆处理。

表5 混播组合与混播比例交互作用下生产性能、品质的差异Table 5 Differences in production performance,quality and soil nutrients under the interaction of mixed-planting combination×mixed-planting ratio

土壤全磷含量燕麦+箭筈豌豆处理与燕麦+饲用豌豆处理均呈现逐渐增加趋势，单播燕麦处理含量最高，随着豆科饲草比例增加显著性逐渐降低。土壤全氮含量中燕麦+箭筈混播组合呈现先增加后降低再增加趋势，燕麦+饲用豌豆组合则呈现先增加后降低趋势。两种处理下单播燕麦全氮含量最高，与混播处理差异显著(P<0.05)。两种混播组合间全钾含量差异显著(P<0.05)，且两种组合内各混播比例间并无显著差异。土壤有机碳含量均呈现逐渐增加趋势，燕麦+箭筈豌豆组合中有机碳积累量高于燕麦+饲用豌豆，单播燕麦处理与燕麦+箭筈豌豆组合比较随着箭筈豌豆混播比例增加差异不显著，与燕麦+饲用豌豆组合间差异显著(P<0.05)。

2.5 灰色关联度综合评价

本试验采用灰色关联度综合评价方法，采用鲜、干草产量、茎叶比、鲜干比反映饲草生产性能，ADF，NDF、粗蛋白、粗脂肪、可溶性糖含量则作为饲草营养品质，根据灰色系统理论，将两种混播组合及各比例的生产性能及品质均作为评价指标，关联度值越大表明越接近“最优配比”。由表6可知，燕麦+箭筈豌豆组合加权关联度从大到小为：A1B2>A1B5>A1B3>A1B4>A1B7>A1B1>A1B6。其中A1B2(7∶3)的综合评价最高，加权关联度为0.1801，在燕麦+箭筈豌豆组合各比例中最适宜建植。燕麦+饲用豌豆组合加权关联度从大到小为：A2B3>A2B7>A2B5>A2B6>A2B1>A2B4>A2B2，其中A2B3(6∶4)的综合评价最高，加权关联度为0.1689，在燕麦+饲用豌豆组合各比例中最适宜建植。

表6 燕麦+箭筈豌豆、燕麦+饲用豌豆处理灰色关联度综合评价Table 6 Comprehensive evaluation of grey correlation degree of Avena sativa+Vicia sativa,Avena sativa+Pisum sativa

3 讨论

3.1 混播组合对饲草产量与品质以及土壤养分的影响

混播组合作为影响饲草产量及品质的重要因素之一，不同禾豆混播组合选择对提高饲草产量及品质有很大的影响[10]，混播组合的选择是否合理会影响混播草地潜力的发挥，而且不同种类的饲草所表现出的生态适应性、生产性能等在特定区域有较大的差异性[11-13]。本试验研究结果表明，燕麦与箭筈豌豆、饲用豌豆的混播组合产量比单播燕麦略有所降低，饲草品质远高于单播燕麦，产量远高于单播箭筈豌豆、单播饲用豌豆，品质接近单播豆科饲草。两种不同混播组合饲草产量及饲草品质无规律性变化，试验中鲜干比指标的变化也印证了这一结果。主要的原因可能是海拔高度对饲草产生较大影响，禾豆混播组合在低海拔地区产量及品质高于高海拔地区[14]，在同一海拔高度下混播>单播燕麦>单播豆科。本试验地处青海省玉树州称多县，海拔高度为4 270 m，燕麦在达到灌浆期时因气温降低便会停止生长，饲草未达到完熟期便已收获，可能导致了饲草产量降低。禾豆混播不仅仅可以增加土壤中氮、磷总量，还可以增加有机碳的含量[6]。本试验研究也表明混播草地有利于土壤有机碳库的稳定，随着豆科饲草混播比例的逐渐增加，土壤中全磷、有机碳的含量会逐渐增加，提高了土壤的养分积累。燕麦+箭筈豌豆组合中土壤全钾含量高于燕麦+饲用豌豆组合，表明燕麦+饲用豌豆的组合可能更有利于促进植物吸收土壤全钾，可能在于饲用豌豆能更好的促进燕麦的根系的生长发育，加快了饲草对土壤养分的吸收速率。

3.2 混播比例对饲草产量及品质及土壤养分的影响

混播草地在种植时，禾本科与豆科种子所占的比例直接会影响到饲草的产量，在同种混播模式下，混播比例不同造成的差异也较大[15-16]，随着豆科饲草混播比例的逐渐增加，禾本科与豆科饲草株高变化有所差异，燕麦株高逐渐提高，豆科饲草却逐渐降低，相比单播饲草处理，混播草地燕麦株高比单播燕麦有所降低，产量却无明显变化，说明混播草地中饲草对养分的吸收及积累量大于单播燕麦组合，饲草更具有较高的饲用价值，混播草地的豆科饲草株高显著高于单播豆科饲草，因为混播草地中豆科饲草附着于燕麦茎秆向上生长，提高豆科饲草对水、热、光等自然资源的利用效率。株高是影响产量的主要因素之一，合理的混播比例可以调节饲草株高，提高饲草产量[17]。

混播草地中，豆科饲草如果利用到更多的水、热、光等自然资源，会提高饲草茎叶比，降低饲草NDF与ADF含量，粗蛋白含量会随着豆科饲草的增加而增加[18]。本试验结果则表明饲草茎叶比、NDF、ADF含量随着豆科播种比例的增加而逐渐降低，粗蛋白含量逐渐增加。不同混播比例间草地的土壤全磷、有机碳会随着豆科饲草比例的增加而增加，土壤全钾、全氮含量则无明显差异，但与单播饲草相比，混播草地中随着豆科饲草含量增加，土壤中全钾、有机碳含量会逐渐升高，这可能是豆科饲草的固氮效应促进了养分的积累[19]，也可能与混播草地促进土壤根系与微生物活动有关[20]，还需要进一步的试验验证。

3.3 混播组合与混播比例交互作用对饲草生产性能与营养品质和土壤养分的影响

在实际应用中利用有限的土地资源，选择适宜的禾豆混播组合及比例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[21]。本试验表明在混播组合及比例的交互作用下，燕麦+箭筈豌豆组合中鲜草产量最高为76 246.03 kg·hm-2，鲜草产量高于单播箭筈豌豆处理119.96%，干草产量为9 338.46 kg·hm-2，干草产量比单播箭筈豌豆高66.74%，徐强等[22]认为混播处理下鲜、干草产量表现优异，与本试验结果一致。燕麦+箭筈豌豆混播组合干草产量略低于单播燕麦处理，但混播草地粗蛋白、粗脂肪含量均高于单播燕麦。燕麦+饲用豌豆混播组合中，燕麦+饲用豌豆的混播组合与单播燕麦处理无差异显著，鲜草产量最高为88 539.98 kg·hm-2，与单播饲用豌豆处理差异显著，干草产量最高为11 173.11 kg·hm-2，比单播饲用豌豆高109.05%，这与富新年等[23]研究结果相似，主要的原因可能与混播草地中豆科饲草的加入，使得混播草地在养分的吸收与积累量大于单播组合，从而提高饲草单位面积产量[24]。混播饲草粗蛋白高于单播燕麦0.67%～7.85%，粗脂肪含量高于单播燕麦0.06%～3.1%，随着豆科饲草含量的逐渐增加而增加，与韩建国[25]、王伟等[26]的研究结果均一致，因为豆科饲草含有的粗蛋白、磷元素较高，而燕麦含有的较高的碳水化合物，二者互相作用，提高了饲草的粗蛋白含量，也与豆科饲草固定的一部分氮素转移到禾本科中有关。土壤中全磷、全氮与有机碳养分含量相比单播禾本科较低，大部分高于单播豆科饲草，而全钾含量燕麦+箭筈豌豆组合均高于燕麦+饲用豌豆组合，表明混播草地能促进植物对土壤养分的吸收速率，从而提高饲草的产量及品质[27]。

3.4 综合评价

禾-豆混播草地的研究集中于研究饲草产量及品质[28-29]，对综合性状判定的关注较少，在确定评价指标时，人为主观因素较多，从而影响评价的准确性[30]。目前多指标综合评价体系主要是灰色关联度评价、模糊综合评价与层次分析法等，最关键的步骤为权重的确定[31]，模糊综合评价中权重是专家赋值法确定，主观性较强[32]。层次分析法根据不同条件与目的层次结构模型，权重的确定会因为目的不同而发生变化，人为因素影响较大。本试验地处青藏高原高海拔地区，气候环境较为恶劣，人为方法确定权重会对试验结果造成较大的试验误差，而灰色关联度权重的确定则是根据实际生产现状以及生产目标，参考相关试验文献赋予，利用熵权法对各项指标和最优生产性能条件下确定权重[33]，通过该方法筛选出的混播组合，兼顾饲草产量、品质，客观的反映了适宜在高寒地区建植的混播组合与混播比例，试验结果也表明两种混播组合在高海拔地区的最佳混播比例为燕麦+箭筈豌豆(7∶3)、燕麦+饲用豌豆(6∶4)混播产量与品质均在各混播比例前列，对高寒地区禾-豆混播草地建植、提高生产性能及生态效益有重要意义，可指导生产实践。

4 结论

在高寒地区开展禾-豆混播的试验对提高饲草产量及品质有较大意义，方法切实可行。

混播草地产量接近单播燕麦，远高于单播豆科饲草，随着混播组合中豆科饲草的比例增加，饲草的NDF、ADF含量逐渐降低，粗蛋白、粗脂肪含量逐渐增加，有效提高了饲草品质，对土壤养分有明显改善，提高了土壤养分的利用效率。采用灰色关联度评价方法，对饲草生产性能及品质进行综合评定，表明燕麦+箭筈豌豆(7∶3)、燕麦+饲用豌豆(6∶4)混播比例建植时，产量及品质最优。两种混播组合及比例适宜在青藏高原三江源区高寒牧区建植一年生混播人工草地时应用。