宁夏干旱区滴灌条件下燕麦与光叶紫花苕不同混播模式的生产性能、品质及综合评价研究

李满有，杨彦军，王斌，沈笑天，曹立娟，李小云，倪旺，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）

合理的豆禾混播模式能够充分发挥种间互补效应，提高饲草产量［1-2］，改善饲草品质［3-5］，减轻牧草病虫和杂草危害［6］，同时豆科植物能够充分发挥根瘤菌的生物固氮能力［7］，对于恢复土壤结构具有重要作用［8-9］。宁夏是我国北方干旱地区重要的畜牧业发展基地之一，近年来该地区也注重发展豆禾牧草混播草地以解决饲草供应不足的问题。但混播草地往往由于模式选择不当，加上资源环境的限制，经常出现牧草生长不良、种间竞争导致生态稳定性变差等一系列问题［10］，使草地达不到优质、高产的目的。

目前，在豆禾混播模式优势形成机理的解析中，学者在同行和间行混播方面做了不少研究。柳茜等［11］对‘特高’多花黑麦草（Lolium multiflorum‘Tetragold’）与光叶紫花苕（Vicia villosa）混播研究发现，与单播相比，同行混播种植模式能更好地发挥‘特高’多花黑麦草和光叶紫花苕的种间互补优势，获得较高的干物质产量。郭孝等［12］的研究结果表明，燕麦（Avena sativa）与光叶紫花苕同行混播，更有利于提高混播草群的稳定性，更有利于提高饲用牧草的产量和营养水平。张鲜花等［13］研究表明，红豆草（Onobrychis viciaefolia）与鸭茅（Dactylis glomerata）间行混播处理下各项经济性状指标最优，有利于提高牧草产量，改善了牧草品质。朱亚琼等［14］发现，无芒雀麦（Bromus inermis）和红豆草间行混播模式相对于同行混播具有较高群体光合效率和豆科牧草种间竞争力，形成了组分结构稳定、生产性能较高的群体。向洁等［15］研究表明，燕麦与箭筈豌豆（Vicia sativa）间作处理较燕麦单播更能表现出产量与营养品质上的优势。总之，适宜的豆禾混播模式能提高草地生产性能，增强牧草种间生态位互补。然而，针对豆禾混播模式的研究主要致力于一种或最多两种混播模式对草地生产潜力、种间关系的影响，鲜有同时考虑3种以上混播模式的研究，尤其在宁夏干旱地区未见报道。基于此，本试验研究燕麦与光叶紫花苕同行混播、间行混播、交叉混播、条撒混播及豆禾单播对草地生物产量、牧草品质和种间关系的影响，探寻燕麦与光叶紫花苕最佳混播模式，为宁夏干旱地区滴灌条件下混播草地建植提供理论依据和技术支撑。

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（N 37°46′26″，E 107°26′16″，海拔1460 m）进行。该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，年均降水量为289.5 mm，且65%集中在6-9月，年均蒸发量为2132.5 mm；干雨季分明，雨热同季；年均气温7.7℃，1月最冷，平均气温为-8℃，7月最热，平均气温为24℃（图1）。年均无霜期为164 d，年均大风日数为21 d。土壤为黄绵土（0～10 cm），p H值为8.5，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，速 效 磷 含 量45.35 mg·kg-1。

图1 试验期间月平均气温和降水量Fig.1 Average monthly temperature and precipitation during the test period

1.2 试验材料

试验材料为‘梦龙’燕麦（A.sativa‘Magnum’）、光叶紫花苕，均由北京百斯特草业有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用单因素完全随机设计，共设6个处理，即燕麦与光叶紫花苕同行混播、间行混播、交叉混播、条撒混播、燕麦单播和光叶紫花苕单播（同行混播：燕麦与光叶紫花苕按设计播种量播于同行；间行混播：燕麦与光叶紫花苕按设计播种量间隔播种，各种1行，依次交替；交叉混播：燕麦与光叶紫花苕播向垂直，如燕麦为东西向，光叶紫花苕为南北向，分别按设计播种量交叉播种；条撒混播：燕麦按设计播种量条播，光叶紫花苕按设计播种量撒播）。小区面积15 m2（3 m×5 m），3次重复，共18个小区。小区间隔1 m，四周设1 m保护行。2019年5月1日进行翻耕、耙耱、平整、开沟播种。燕麦、光叶紫花苕单播播种量分别为120、60 kg·hm-2，燕麦与光叶紫花苕混播播种量分别为75、40 kg·hm-2（本研究播种量均指理论播种量），详见表1，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（nitrogen，N）150 kg·hm-2、磷（phosphorus，P）160 kg·hm-2、钾（potassium，K）100 kg·hm-2，人工除草2次。测定时燕麦和光叶紫花苕生育期分别为灌浆期和开花末期。

1.4 测定指标及方法

1.4.1生物量 随机在每个小区选取1 m2（1 m×1 m）样方刈割，留茬5 cm，重复3次，称鲜重（kg·hm-2）。每个样方取500 g左右鲜样带回实验室，在105℃下杀青35 min后65℃烘干至恒重，称干重（kg·hm-2）。

1.4.2株高 在测生物量的同时，每个小区随机选取燕麦与光叶紫花苕各30株，用卷尺测量其自然株高（cm）。

1.4.3分蘖数/分枝数 在测生物量的同时，每个小区随机选取3个1 m2（1 m×1 m）样方，分别测定并记录燕麦的分蘖数和光叶紫花苕的分枝数。

1.4.4营养指标 将自然阴干的样品用粉碎机粉碎成末，过0.38 mm筛。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）和酸性洗涤纤维含量（acid detergent fiber，ADF）参照《饲料及饲料添加剂质量检测方法与品质管理》［16］测定。根据ADF和NDF计算相对饲喂价值（relative feeding value，RFV）：

相对产量总和（relative yield total，RYT）计算公式［17］如下：

式中：Y ij是豆禾混播条件下种i的产量；Y i是单播条件下种i的产量；Y ji是豆禾混播条件下种j的产量；Y j是单播条件下种j的产量。RYT＞1时，说明混播群体种间在生态位上呈分层现象，表现为共生；RYT=1时，牧草种间利用共同的资源；RYT＜1时，表明混播牧草种间存在对资源的激烈竞争，混播群体种间存在一定程度的拮抗。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据初步整理，采用Origin 2019作图。利用SPSS Statistics 25软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）、新复极差法（Duncan）多重比较和主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 结果与分析

2.1 不同混播模式对燕麦和光叶紫花苕株高和分蘖（枝）数的影响

燕麦株高在JH处理下最高，达102.35 cm，显著高于TH、TS和YD处理（P＜0.05），其中YD处理最低，仅占JH处理的82.18%；JH处理下光叶紫花苕株高最高，达82.88 cm，与TS和JC处理无显著差异（P＞0.05），显著高于TH和GD处理（P＜0.05），其中GD处理最低，比JH处理低7.06 cm（表2）。

表2 混播模式对燕麦和光叶紫花苕株高和分蘖（枝）数的影响Table 2 Effect of mixed sowing mode on plant height and number of tillers（br anches）of A.sativa and V.villosa

JH处理下燕麦分蘖数最多，达1265个·m-2，显著高于其他处理（P＜0.05），YD处理显著低于其他处理（P＜0.05），其中比JH处理低380个·m-2；GD处理下光叶紫花苕分枝数达616个·m-2，显著高于其他处理（P＜0.05），JH处理仅低于GD处理，为498个·m-2，TH、JC和TS处理光叶紫花苕分枝数相近，为227～271个·m-2，其中JC处理相对最低；在总分蘖（枝）数方面，GD处理显著低于其他处理（P＜0.05），仅为616个·m-2，JH处理显著高于其他处理（P＜0.05），其中比GD处理提高了186.20%（表2）。

2.2 不同混播模式对燕麦和光叶紫花苕鲜、干草产量、总产量及相对产量总和（RYT）的影响

JH处理燕麦鲜、干草产量分别为27595.26、9460.75 kg·hm-2，显著高于其他处理（P＜0.05）。TH、JC、TS和YD处理燕麦鲜、干草产量相近，分别为19831.67～22337.82 kg·hm-2、6947.37～7973.53 kg·hm-2，其中YD处理燕麦鲜草产量、TS处理燕麦干草产量相对最低，分别占JH处理的71.87%、73.43%（图2）。

图2 混播模式对燕麦鲜、干草产量的影响Fig.2 Effect of the mixed sowing mode on A.sativa fresh and dry yields

GD处理光叶紫花苕鲜、干草产量显著高于其他处理（P＜0.05），分别为13075.98、3085.04 kg·hm-2，JH处理光叶紫花苕鲜、干草产量虽低于GD处理，但显著高于TH、JC和TS处理（P＜0.05），TH、JC和TS处理光叶紫花苕鲜、干草产量相近，分别为4395.14～5640.32 kg·hm-2、1502.91～1778.21 kg·hm-2，其中TH处理光叶紫花苕鲜草产量、TS处理光叶紫花苕干草产量相对最低，分别占GD处理鲜、干草产量的33.61%、48.72%（图3）。

图3 混播模式对光叶紫花苕鲜、干草产量的影响Fig.3 Effect of the mixed sowing mode on V.villosa fresh and dr y yields

JH处理总鲜、干草产量最高，分别为36495.88、11906.29 kg·hm-2，显著高于其他处理（P＜0.05）。TH、JC、TS处理的总鲜、干草产量之间无显著性差异，分别为25310.32～26732.97 kg·hm-2、8450.28～9490.67 kg·hm-2。YD和GD处理总鲜、干草产量显著低于其他处理（P＜0.05），其中GD相对最低，分别占JH总鲜、干草产量的35.83%、25.91%（图4）。

图4 混播模式对总鲜、干草产量的影响Fig.4 Effect of mixed sowing mode on total fresh and dr y yields

相对产量总和（RYT）能够反映混播牧草的种间关系。混播模式牧草RYT均大于1，表明混播群体种间在生态位上呈分层现象，能够充分利用不同空间资源，其中JH处理RYT最高，达2.21，显著高于其他处理（P＜0.05）。TH、JC和TS处理RYT相近，介于1.50～1.57。YD和GD处理RYT较低（P＜0.05），都为1（图5）。

图5 混播模式对牧草相对产量总和的影响Fig.5 Effect of mixed sowing mode on the relative yield total of forage

2.3 不同混播模式对牧草营养品质的影响

混播模式对牧草ASH、EE、CP、NDF、ADF和RFV含量均有显著性影响（表3）。TH、JC和GD处理牧草ASH含量相对较高，显著高于TS处理（P＜0.05）；JH处理牧草EE含量最高，为1.74%，YD和GD处理相对较低，分别为1.35%、1.27%；GD处理牧草CP含量达12.58%，显著高于其他处理（P＜0.05），YD最低，仅为6.24%；牧草NDF含量在GD处理下最低，仅为40.16%，TH最高，达55.25%，二者差异显著（P＜0.05）；牧草ADF含量在GD处理下最高，达45.17%，虽与YD处理差异不显著（P＞0.05），但显著高于其他处理（P＜0.05），TH、JH、JC和TS牧草ADF相近，介于29.39%～33.90%；GD处理牧草RFV达124.42，显著高于TH和YD处理（P＜0.05），其中YD最低，仅为99.38。

表3 混播模式对牧草营养品质的影响Table 3 Effect of mixed sowing mode on the nutritional quality of forage

2.4 不同混播模式牧草主要性状的主成分分析

PCA分析能够充分地反映不同播种模式下牧草各指标间起主导作用的综合指标。对牧草8个主要性状：总分蘖（枝）数（X1）、干草产量（X2）、粗灰分（X3）、粗脂肪（X4）、粗蛋白（X5）、中性洗涤纤维（X6）、酸性洗涤纤维（X7）、相对饲喂价值（X8）进行相关性检验（表4），结果表明：3对指标极显著正相关（P＜0.01），分别是总分蘖（枝）数（X1）与酸性洗涤纤维（X7）、干草产量（X2）与酸性洗涤纤维（X7）、粗蛋白（X5）与相对饲喂价值（X8）；3对指标显著正相关（P＜0.05），分别是总分蘖（枝）数（X1）与干草产量（X2）、粗脂肪（X4）与酸性洗涤纤维（X7）、粗蛋白（X5）与中性洗涤纤维（X6）；1对指标显著负相关（P＜0.05），为干草产量（X2）与中性洗涤纤维（X6）。根据特征值大于1的原则（表5），可提取2个主要成分，贡献率分别为57.416%和27.603%，代表了总体信息的85.019%。

表4 不同混播模式牧草主要性状的相关分析Table 4 Cor relation analysis of forage tr aits in different mixed patterns

表5 各因子特征值和累计贡献率Table 5 Characteristic value and cumulative contribution rate of each factor

第一主成分中载荷绝对值比较高的是中性洗涤纤维（X6），为0.964，可解析为中性洗涤纤维因子，该成分中数值为正的指标还有总分蘖（枝）数（X1）、干草产量（X2）、粗灰分（X3）、粗脂肪（X4）和酸性洗涤纤维（X7），说明随着该主成分的增加有利于前几项数值为正的指标增大，而数值为负的粗蛋白（X5）和相对饲喂价值（X8）减少。第二主成分中载荷绝对值最高的是总分蘖（枝）数（X1），为0.857，可解析为分蘖（枝）因子，该成分中数值为正的指标还有干草产量（X2）、粗灰分（X3）、粗脂肪（X4）、粗蛋白（X5）和相对饲喂价值（X8），说明随着该主成分的增加除了负数指标中性洗涤纤维（X6）和酸性洗涤纤维（X7）下降外，前面几项正数指标呈增加趋势。

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即得到2个主成分中每个指标所对应的系数即特征向量A1、A2［18］（表6）。将原始数据进行标准化（表7）后根据主成分计算模型将特征向量A1、A2代入公式 计 算 公 因 子Y1和Y2（表8）：Y1=0.377X1+0.456X2+0.155X3+0.353X4-0.269X5-0.427X6+0.436X7-0.236X8；Y2=0.370X1+0.085X2+0.005X3+0.323X4+0.542X5+0.264X6+0.234X7+0.578X8。中性洗涤纤维公因子Y1中，JH得分最高，Y2为总分蘖（枝）公因子，JH得分最高。按照公式Y=（57.416Y1+27.603Y2）/85.019对2种公因子进行综合评价，得出不同播种模式牧草各项指标综合得分，排名前三依次为JH、JC和TS。

表6 特征向量Table 6 Feature vector

表7 数据标准化Table 7 Data standardization

表8 不同混播模式综合排名Table 8 Compr ehensive ranking of differ ent mixed sowing mode

3 讨论

合理的豆禾混播对草地生产性能具有一定的影响。本试验表明，4种混播模式均增加了光叶紫花苕株高，促进了燕麦分蘖能力，从而提高了草地产量，与祁军等［19］的研究结果一致。燕麦给光叶紫花苕生长提供了支撑，有利于其植株向上延伸，减少其倒伏，使草丛上层部位叶量大大增加而呈密集分布状态，改善了草层结构，提高了光合利用率，从而合成大量的有机物质［20］。同时，燕麦与光叶紫花苕根系近距离接触，促进光叶紫花苕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，再由燕麦吸收，氮元素对燕麦根部分蘖能力具有促进作用，从而有利于提高草地生产力［19］。对燕麦与光叶紫花苕不同混播模式而言，间行更能体现混播优势，张宏宇等［21］也认为间行混播牧草种间生态位互补能力强，对环境资源能以最大限度利用。但也有学者认为间行混播草地总产量低于同行混播［22］。主要是前人探讨豆禾混播机制采用的豆科植物是箭筈豌豆，而本试验采用的是光叶紫花苕，不同牧草自身的生理特性具有差异性［23］，导致不同豆禾混播组合牧草生态位分离和种间竞争关系具有差异，对环境资源的吸收不同，从而体现出不同的豆禾混播优势。也可能是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。在不同地区探究相同豆禾混播组合也会得出不同的结论［24］。

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变化［25］。混播相比禾本科单播明显改善了牧草营养品质［8］，本研究结果与此一致，各混播模式牧草粗灰分虽不都低于燕麦单播，但中性、酸性洗涤纤维含量明显下降，粗蛋白含量和相对饲喂价值具有显著性的提升。本试验显示，间行混播牧草相对于其他混播模式具有品质优势，主要是由于间行混播模式显著提高了光叶紫花苕株高、促进了燕麦分蘖，从而提高了顶部叶位和改变了叶位张角［22］，使大气中水分、二氧化碳等以最大限度地吸收，并且顶部1～3位叶叶绿素含量高，光合作用强于其他位叶［26］，有利于蛋白质等营养物质的合成与积累。

相对产量总和（RYT）是衡量混播牧草种间竞争力的重要指标。混播模式下牧草相对产量总和显著高于单播，与已有的研究结果一致［27］。混播群体种间在生态位上呈分层现象［10］，提高了燕麦分蘖能力，降低了光叶紫花苕分枝性能，与柳茜等［28］、王平等［29］关于豆禾混播体系中禾本科处于竞争优势的观点一致。本研究发现不同混播模式牧草相对产量总和呈一定的差异性，其中间行混播最优，说明间行混播牧草能够较大程度的发挥种间协调性，减弱种间抑制性，增强燕麦与光叶紫花苕利用环境资源的能力。

4 结论

燕麦与光叶紫花苕4种混播模式均提高了牧草产量，其中间行混播干草产量最高，达11906.29 kg·hm-2；混播草地较燕麦单播显著改善了牧草品质，其中间行混播牧草相对饲喂价值为115.89，仅低于光叶紫花苕单播；混播草地相对产量总和（RYT）均大于1，燕麦和光叶紫花苕具有一定的生态位分化，增强了草地种间相容性，其中间行混播尤为明显。通过对不同混播模式综合分析，燕麦与光叶紫花苕间行混播草地生产性能和群落稳定性最好。