冀西北坝上地区豆禾混播草地建植第三年草地生产力变化研究

2022-08-04杜俊颖李鑫洋宋连昭周志明薛祝林刘贵河

草地学报 2022年7期

杜俊颖，李鑫洋，杨莉，宋连昭，周志明，李军，薛祝林，刘贵河*

(1. 河北北方学院，河北张家口 075000； 2. 张家口市草原监理站，河北张家口 075000；3. 康保县自然资源和规划局，河北张家口 075000)

冀西北坝上地区位于我国北方农牧交错带，是典型的生态环境脆弱区[1]。近几十年来，不合理的土地利用方式，致使土壤沙化、盐渍化，草原退化，土地生产力逐年衰退[2]。因此，建植人工草地成为快速改善生态环境、保障畜牧业发展的重要举措[3-4]。禾本科牧草品质优良，具有较高的饲用价值，是人工草地的主要建群草类[5]，但禾本科牧草单播粗蛋白含量较低[6]，且长期单播会导致草地氮素缺乏，产草量下降[7]。而紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是豆科苜蓿属一种优良的豆科牧草，蛋白质含量高，饲用价值高，且具有生物固氮作用，可以改良土壤，提高土壤肥力[8-9]，也是我国北方地区畜牧业生产及生态恢复的重要草种之一[4,10]。因此，豆科牧草与禾本科牧草混播可以合理利用环境资源与养分，进而提高人工草地的产量与牧草品质，是当今人工草地建植的首选方式，且具有良好的生态效益和经济效益[11]。混播草地群落在第3年趋于稳定，并且地上生物量在第3～4年达到峰值[12-13]。但由于各地资源环境的差异，不同牧草品种乃至不同地域间混播群落的稳定性有所不同[14]，因此研究特定环境条件下不同混播草地的生产性能，尤其是建植后草地的稳定性就显得十分重要[15]。为此，本研究以冀西北坝上地区建植3年的豆禾混播草地为研究对象，对不同混播比例及组合下的产量和营养品质等综合性状进行探究，以揭示豆禾混播对草地生产性能的影响，为当地休耕种草地建植模式及退化草原生态修复提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地选择在国家牧草产业技术体系张家口综合试验站，地处41°10′ N，114°00′ E，平均海拔1 400 m左右。属温带大陆性季风气候，年平均气温2.5℃，年降雨量396 mm，且多集中在7，8，9月，雨量占全年的70%，无霜期110 d，全年日照时数平均2 931.7 h。土壤为砂壤土，土壤表层有机质25.4 g·kg-1，碱解氮121.25 mg·kg-1，速效磷6.33 mg·kg-1，速效钾125.38 mg·kg-1，pH值为8.03[16]。

1.2 试验材料及来源

豆科牧草选用‘龙牧 801 ’紫花苜蓿(净度>95%，发芽率>94%)，禾本科牧草选择无芒雀麦(BromusinermisLeyss.)(净度>98%，发芽率>85%)、垂穗披碱草(ElymusnutansGriseb.)(净度>98%，发芽率>75%)。

1.3 试验设计

试验为双因素随机区组试验。a因素为混播组合，MW、MP、MWP(M为紫花苜蓿，W为无芒雀麦，P为垂穗披碱草)；b因素为豆禾混播比例，设5种豆禾混播比例分别为3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3，以紫花苜蓿(M)、无芒雀麦(W)、垂穗披碱草(P)单播为对照，播种方式为同行播种。小区面积3 m×5 m，行距30 cm，播种深度为2～5 cm，3次重复。紫花苜蓿单播播量为18 kg·hm-2，无芒雀麦单播播量为 45 kg·hm-2，垂穗披碱草单播播量为60 kg·hm-2；混播比例及播量见表1。试验样地建植于2019 年 5月 25 日，前茬作物为燕麦，试验期间未进行灌溉和施肥，每年人工除杂草2次，建植当年刈割一次，2020—2021年每年刈割2次。

表1 试验设计Table 1 Experimental design

1.4 测定项目及方法

1.4.1牧草产量测定紫花苜蓿初花期进行刈割,刈割前选用1 m×1 m样方进行测产，每个小区测定三次。留茬高度5 cm，称量鲜重并置于105℃烘箱中杀青30 min，后于65℃下烘干至恒重，计算干物质产量。

1.4.2牧草品质测定每个小区取混合烘干草样100 g,粉碎过筛后送于乌兰察布市易马农牧科技有限公司进行粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Crude fat，CF)、酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)等品质指标的测定。

相对饲喂价值(Relative feeding value，RFV)：

(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29[17]

相对饲草品质(Relative feeding quality，RFQ)：

1.949 9RFV-67.038(R2=0.755 2)[18]

1.5 数据分析

试验数据通过Excel软件处理，用SPSS 23.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 混播比例与混播组合对牧草产量的影响

同行混播第3年，MWP3∶7的年干草产量最高，达9 612.52 kg·hm-2，与同年单播紫花苜蓿、无芒雀麦、垂穗披碱草的年干草量相比，分别显著提高了11.40%，56.64%，61.80%。相同混播组合中，无论在第1茬还是第2茬收获时，3∶7，5∶5处理较其他混播比例具有更显著的优势，但与紫花苜蓿单播间无显著差异；而相同混播比例下，MW组合第1茬产量较其他两个组合更有优势，MWP组合则第2茬产量较高。综合产量分析，MW与MWP混播组合较MP混播干草产量更高(图1)。

图1 同行混播对第3年干草产量的影响Fig.1 Effect of mixed sowing on hay yield in the third year注：图中不同小写字母表示不同混播比例间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示不同混播组合间差异显著(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant differences in mixture ratio at the 0.05 level,and different capital letters indicate significant differences in mixture sown at the 0.05 level,the same as below

2.2 混播比例与混播组合对牧草各营养成分的影响

试验结果见图2和图3。混播第3年，MWP 3∶7处理第1茬和第2茬牧草粗蛋白(CP)含量最高，与单播紫花苜蓿间无显著差异。MWP组合在豆禾比为3∶7,4∶6,5∶5时，其第2茬牧草粗蛋白显著高于MW、MP组合。相同混播组合中，4∶6处理第1茬与3∶7处理第2茬牧草CP含量最高，与6∶4处理间差异显著。MWP3∶7处理第1茬与MW5∶5处理第2茬牧草粗脂肪(CF)含量最高，且显著高于禾草单播。相同混播比例下，各组合第1茬牧草CF含量无显著差异；MP4∶6与MP 6∶4第2茬牧草CF含量显著低于MW、MWP相应处理。

图2 同行混播对第3年第1茬牧草营养成分的影响Fig.2 Effect of mixed sowing on nutrient content of the first cutting forage in the third year

图3 同行混播对第3年牧草第2茬营养成分的影响Fig.3 Effect of mixed sowing on nutrient content of the second cutting forage in the third year

第1茬牧草酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量均以MWP3∶7处理最低，其中ADF含量显著低于MWP各处理，NDF含量与MWP4∶6个处理间无显著差异。第2茬牧草ADF与NDF含量分别以MW3∶7,MWP3∶7处理最低，MW3∶7处理ADF含量显著低于MW4∶6处理，MWP3∶7处理NDF含量与MWP6∶4,MWP7∶3间存在显著差异。相同混播比例下，MWP组合第1茬牧草ADF含量显著低于MW组合，第2茬牧草各组合间无显著差异；第1茬牧草NDF含量除MWP5∶5外，MWP其他处理均显著低于MW各处理。

2.3 混播组合与混播比例对牧草综合品质的影响

第1茬牧草相对饲喂价值(RFV)以MW3∶7处理最高，且显著高于MW各处理；MWP3∶7处理第2茬牧草RFV最高且与其他处理间差异显著。相同混播比例下，MWP组合第1茬牧草RFV含量最高，与MP组合之间差异显著；而各组合间第2茬牧草RFV除4∶6外的其他处理间无显著差异，见表2。

表2 同行混播对第3年牧草相对饲喂价值的影响Table 2 Effect of mixed sowing on relative feeding value of forage in the third year

第1茬牧草相对饲草品质(RFQ)以MW3∶7处理最高，且显著高于MW4∶6、MW6∶4,MW7∶3；MWP3∶7处理第2茬牧草RFQ最高且显著高于MWP4∶6,MWP5∶5。相同混播比例下，MWP组合第1茬牧草RFQ含量显著高于MP组合；MWP4∶6,MWP5∶5处理第2茬牧草RFQ含量显著高于MW4∶6,MW5∶5,MP5∶5处理，其他处理间无显著差异，见表3。

表3 同行混播对第3年牧草相对牧草品质的影响Table 3 Effect of mixed sowing on Relative feeding quality of forage in the third year

3 讨论

3.1 混播组合与混播比例对牧草产量的影响

研究结果表明，混播第3年，豆禾混播较单播禾草草地而言，具有显著优势。牧草的地上生物量与草地资源的合理利用息息相关[19-20]。混播体系中禾本科牧草可以利用豆科牧草固定的氮，增加禾本科牧草的含氮量[21-22]，充分实现生存资源与养分的互补利用[23-24]，使资源与养分利用达到最大化，且能更好地发挥各自的抗逆性与适应性，提高草地群落的生态稳定性[25]。在本研究中，紫花苜蓿+无芒雀麦(MW)与紫花苜蓿+无芒雀麦+垂穗披碱草(MWP)组合的干草产量显著高于紫花苜蓿+垂穗披碱草(MP)组合，无芒雀麦与紫花苜蓿在混播过程中表现出一定的协调关系[26]；紫花苜蓿与垂穗披碱草产草量与垂穗披碱草单播间差异不显著[27]。研究表明，草地建植当年与第2年，MW5∶5，MW3∶7年产量最高，分别为2 380.00 kg·hm-2，5 518.00 kg·hm-2[16,28]，混播第3年MWP3∶7年产量较第1、第2年最高产量分别提高了303.89%，74.23%。紫花苜蓿与无芒雀麦同行混播较紫花苜蓿与垂穗披碱草混播组合建植当年与第2年在产量上具有更显著的优势[16]。这可能是由于垂穗披碱草在混播群落中竞争力较弱所致。

为使混播物种的种内竞争维持在种间竞争之上，选择合适的混播比例十分重要[29]。在建植豆禾混播草地的过程中，适当降低豆科牧草的比例有利于维持混播群落的平衡[30]。姚泽英对建植1、2年的混播草地进行研究发现，混播当年，豆禾比3∶7处理下牧草具有产量优势[16]；而混播第2年，MW3∶7,MP3∶7,MP5∶5,MWP7∶3较同组合下其他处理具有显著优势[28]。本研究发现，混播草地建植第3年，紫花苜蓿与禾草混播比例为3∶7和5∶5时，群落产草量得到显著提高。综合来看，豆禾混播比例为3∶7、5∶5时，草地生产力更为持久稳定。

3.2 混播组合与混播比例对牧草品质的影响

豆禾混播后牧草CP、CF含量显著高于禾草单播[31]。研究发现，混播当年各组合在豆禾比7∶3处理下牧草品质优越[16]，混播第2年混播比例为5∶5，3∶7，6∶4时全年综合品质更为显著[28]，豆禾比3∶7，5∶5在混播第3年CP、CF含量具有显著优势。混播第3年，相同混播比例下，各组合第1茬牧草CP、CF含量无显著差异，第2茬牧草紫花苜蓿+无芒雀麦、紫花苜蓿+无芒雀麦+垂穗披碱草组合显著高于紫花苜蓿+垂穗披碱草组合。这可能是由于第1茬牧草刈割后，持续晴天导致土壤干旱，进而使牧草花期提前，影响到牧草的品质。牧草ADF和NDF含量与牧草消化率及品质呈负相关[32]。牧草ADF,NDF含量越高，牧草消化率及适口性越差，直接影响到牲畜对牧草的消化吸收及采食量[33]。混播后牧草ADF、NDF含量较单播禾草显著降低，与前人研究结果[34-35]相似。草地建植当年与第2年，MWP5∶5纤维含量较低且显著低于单播禾草，其RFV与RFQ较同年其他处理得到显著提升[16,28]。本研究中，混播第3年第1茬牧草收获时，MW3∶7RFV，RFQ值最高且显著高于同茬其他处理；MWP3∶7第2茬牧草纤维含量最低，其RFV,RFQ达到同年最高值。由此可见，豆禾比在3∶7，5∶5时，较其他混播比例可以获得更优质的牧草。此外，多组分混播较简单混播营养更均衡[36]，本研究也发现类似结果，且无芒雀麦较垂穗披碱草更适合坝上地区的生态环境，与紫花苜蓿的种间相容性更好，导致在混播组合中加入无芒雀麦的处理品质显著高于紫花苜蓿+垂穗披碱草组合。