三江源区小黑麦与豆科饲草混播最佳组合及比例研究

冯廷旭，德科加，向雪梅，魏希杰，徐成体，王 伟，钱诗祎，林伟山

(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)

近年来，随着国家生态文明的建设加快和农业产业结构的调整，高产、优质饲草的建植越来越成为人们关注的重点[1]。三江源地区作为中国乃至世界重要的牧区之一，其地理环境与气候形成了以牦牛、藏羊等为主的独特的草地畜牧业[2]。但牧区经济等方面发展较为落后，三江源地区的草地畜牧业面临着严峻的草畜矛盾问题，天然草地的生长期短，返青期迟，使牧区每年冬、春两季能够维持牲畜生长发育的可食用饲草产量严重缺乏[3]，而且受到高海拔、恶劣气候的影响，天然草地饲草茎短叶小、适口性差、营养价值低等问题越来越突出，严重影响高寒地区草地畜牧业的可持续发展[4]。而人工草地禾豆混播模式作为一种辅助天然草地解决饲草产量及品质的方案，能够有效地改善饲草缺乏的现状[5-8]。

小黑麦作为小麦属与黑麦属经过有性杂交及染色体加倍而人工培育的新型禾本科饲草选育品种，具有根系发达、耐寒性、抗旱性好等优点，能够适应高寒地区恶劣的环境条件[9]，单播小黑麦饲草虽产量高，但其粗纤维含量高而造成的适口性差的问题也普遍存在。豆科饲草富含丰富的蛋白质、钙、磷等营养成分，能够为牲畜提供大量的营养元素，单播的豆科饲草低矮，饲草底部叶片在生长过程中接受不到阳光而逐渐会枯萎腐烂，严重影响饲草的产量及品质。诸多学者研究表明，豆科饲草与禾本科饲草混播能有效提高产量与品质，利用豆科饲草喜攀援的特点，提高豆科饲草生长高度，降低了底部叶片腐烂的现象，豆科饲草根系的根瘤菌还可以吸收固定游离的氮素，提高了饲草的产量及品质、改良土壤理化性质，提高土地利用效率[10-12]。本试验在青海省三江源地区开展1年生小黑麦+箭筈豌豆、小黑麦+饲用豌豆混播试验，探究高海拔地区禾-豆混播最佳混播组合及比例，为解决冬季饲草供应不足提供试验依据，同时也为该区域建植大面积1年生禾豆混播人工草地提供理论支撑。

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至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为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

供试小黑麦品种为‘甘农2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2020-05-20开展，采取裂区试验设计，主区试验混播品种，即小黑麦+箭筈豌豆(A1)、小黑麦+饲用豌豆(A2)，副区为混播比例，禾本科和豆科混播共设7个处理混播比例(表1)，分别为B1～B7，另设小黑麦单播(B8)、箭筈豌豆单播(B9)、饲用豌豆单播(B10)作为对照处理。各处理设3次重复，共计9个处理，54个小区，每个小区面积为15 m2(3 m×5 m)。播前(5月19日)对试验地进行了翻耕耙耱并采集土壤样品作为试验对照，播种时施磷酸二铵450 kg·hm-2，播种方法为同行条播，播深3～4 cm，各小区均人工开沟10行，行距30 cm，饲草生长期间不进行施肥及灌溉，在小黑麦拔节期进行人工除草1次。每个小区禾本科与豆科播量按各单播处理的百分比分别播入，以小黑麦+箭筈豌科8∶2混播为例，小黑麦播量=单播小黑麦的播量(300.01 kg·hm-2)×80%=240.01 kg·hm-2、箭筈豌豆播量=箭筈豌豆单播播量(76.67 kg·hm-2)×20%=15.33 kg·hm-2。

表1 试验小区及各处理播种量

1.4 测定指标及方法

1.4.1 株高 每小区随机取小黑麦(抽穗期和开花期)、箭筈豌豆与饲用豌豆(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(小黑麦灌浆期)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)，齐地表刈割，称其鲜质量，之后将新鲜样品在遮阴条件下自然风干1个月，称取风干质量。

1.4.3 茎叶比 在测定完鲜草产量之后，将每个单播、混播处理的饲草茎、叶分离，装袋标记、称量，用茎质量与叶质量的比值来表示茎叶比。

1.4.4 营养成分 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，用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)随机在试验地采集0～20 cm的6份土样均匀混合作为空白对照组，重复3次，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，土样均送至青海韵驰检测技术有限公司检测。

1.4.6 灰色关联度综合评价 选择所测定的各项指标的最优值为参考列，记为{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，记为{Xi(k)}(i=1，2，3…m；k=1，2，3，…，n)。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，计算出参试混播比例与性状之间的关联系数。

注：ρ=(0,∞)称为分辨系数。ρ越小，分辨力越大，一般ρ的取值区间为(0,1)。

第六步，综合关联度排序。

1.5 数据处理

用Microsoft Excel2016进行数据处理及做图，运用IBM SPSS 23.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 混播组合间、混播比例间和混播组合×混播比例间处理对生产性能的影响

试验结果表明(表2)，混播组合与鲜草产量、豆科株高、茎叶比、粗脂肪、土壤全钾含量存在极显著差异(P<0.01)。混播比例与土壤全钾含量差异显著(P<0.05)，与其余各项指标均差异极显著(P<0.01)。混播组合×混播比例的交互作用下与鲜草产量、禾本科株高、茎叶比、土壤全磷含量显著差异(P<0.05)，与干草产量、豆科株高、鲜干比、粗脂肪、全钾、全氮、土壤有机碳存在极显著差异(P<0.01)。因此还需对以上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、品质及土壤养分方差分析

2.2 混播组合间生产性能、品质及土壤养分的差异

由表3可知，A1处理组的鲜草产量、茎叶比高于A2处理组(P<0.05)，豆科饲草株高、粗脂肪含量、土壤全钾含量均低于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

2.3 不同混播比例间生产性能、营养品质及土壤养分差异分析

由表4可知，B1处理组鲜、干草产量最高，与其他处理组均差异显著(P<0.05)，B3处理与单播小黑麦B8处理间差异显著(P<0.05)，B5、B7处理组与单播豆科处理组间差异显著(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，B1处理豆科株高与B2、B3无显著差异，与其他各处理间均差异显著(P< 0.05)。单播豆科处理株高与各混播处理间均差异显著(P<0.05)。单播小黑麦B8茎叶比与其他处理间均差异显著(P<0.05)，B2、B3混播处理组与其他各处理组间均差异显著(P<0.05)。单播豆科处理饲草鲜干比与B4、B5处理组间无显著差异，与其他处理组均差异显著(P<0.05)。

表4 混播比例间生产性能、饲草品质及土壤养分的差异

饲草品质分析结果表明单播豆科处理与其余各处理组间NDF、ADF含量差异显著(P< 0.05)。单播小黑麦处理B8的NDF含量最高，与B2、B3、B6、单播豆科处理组差异显著(P< 0.05)。混播处理组B7的ADF含量最高，与B2、B3、B6、单播豆科处理组间均差异显著(P< 0.05)。单播豆科处理组的CP含量较高，与各混播处理间均存在显著差异(P<0.05)，B3处理组与B6、B7处理组间差异显著(P<0.05)。粗脂肪含量单播豆科饲草处理最高，与单播小黑麦B8处理组间差异显著(P< 0.05)。B3处理组的可溶性糖含量最高，与B2处理组无显著差异，与其余各处理间均差异显著(P<0.05)。

单播小黑麦B8处理组全磷含量最高，与混播处理B3、B4、B5间差异显著(P<0.05)。全钾含量各处理间均无显著差异。单播处理B6、B7全氮与B1、B3、单播处理组间均存在显著差异(P<0.05)。混播处理组B7的有机碳含量最高，与B6处理组间无显著差异，与其他各处理组间均差异显著(P<0.05)。

2.4 混播组合与混播比例交互作用下生产性能及营养品质的差异

由表5可知，混播组合与混播比例交互作用下小黑麦+箭筈豌豆混播组合鲜草产量呈先降低后增加再降低的趋势，小黑麦+饲用豌豆组合则呈现先降低后增加趋势，混播处理A2B1最高，为70 440.19 kg·hm-2，与A1B1、A1B5、A1B7处理无显著差异外，与其他各处理间均差异显著(P<0.05)，饲草干草产量A1B1最高，为 16 925.92 kg·hm-2，与A1B3、A1B7、A2B1、A2B7无显著差异外，与其他各处理之间均差异显著(P<0.05)。禾本科株高小黑麦+饲用豌豆组合高于小黑麦+箭筈豌豆组合，但无显著差异。单播豆科B9、B10处理株高与各混播处理均差异显著(P<0.05)。饲草茎叶比单播小黑麦处理B8最高，与A1B1处理无显著差异外，与其余各处理均差异显著(P<0.05)。饲草鲜干比A1B4、A1B5、A2B6、单播豆科饲草B9、B10间无显著差异，与其余各处理均差异显著。粗脂肪含量各处理均无显著差异。

表5 混播组合×混播比例交互作用下生产性能及品质的差异

土壤全磷含量A1B1最高，小黑麦+箭筈豌豆各处理间均差异显著(P<0.05)，随着箭筈豌豆混播比例增加而呈逐渐降低趋势，小黑麦+饲用豌豆混播组合中则随着饲用豌豆的占比增加而呈现增加趋势。土壤全钾含量小黑麦+箭筈豌豆组合整体呈现逐渐降低趋势，而小黑麦+饲用豌豆组合则呈现逐渐增加趋势，两种组合与单播处理间无显著差异。土壤全氮含量小黑麦+箭筈豌豆组合整体呈现逐渐增加趋势，而小黑麦+饲用豌豆则呈现先增加后减少趋势，A2B7处理含量最高，与其他各处理均差异显著(P<0.05)。有机碳含量A2B7含量最高，与其余各处理间均差异显著(P<0.05)。

2.5 混播组合与混播比例交互作用下饲草产量与品质的灰色关联度综合评价

由表6可知，小黑麦+箭筈豌豆混播处理加权关联度由大到小排序依次为；A1B2>A1B6>A1B1>A1B4>A1B3>A1B5>A1B7，A1B2(7∶3)混播比例下加权关联度为0.172 1，在小黑麦+箭筈豌豆混播组合中排名最高。小黑麦+饲用豌豆混播处理加权关联度由大到小排序依次为；A2B4>A2B5>A2B7>A2B1>A2B3> A2B2>A2B6，A2B4(5∶5)混播比例下加权关联度为 0.185 0，在小黑麦+饲用豌豆混播组合中排名最高。因此，小黑麦+箭筈豌豆(7∶3)、小黑麦+饲用豌豆(5∶5)更适宜在高寒地区混播 种植。

表6 小黑麦+箭筈豌豆和小黑麦+饲用豌豆各处理间灰色关联度综合评价

3 讨 论

3.1 混播组合对生产性能、饲用品质及土壤养分的影响

如何在保证饲草产量的同时提高饲草的品质，是目前混播草地中面临的主要问题。饲草栽培品种选择以及不同草种的混播组合是混播饲草建植的关键技术[13]。不同草种在不同的地区表现出的产量及品质均有很大的差异性，在建植过程中，饲草组合不当、管理不善以及自然环境的影响，都会导致饲草生长不良、稳定性差、产量及品质下降的现象发生[14]。本试验选择小黑麦与箭筈豌豆、饲用豌豆已在高寒地区进行多年的建植试验，产量及品质稳定。小黑麦+箭筈豌豆、小黑麦+饲用豌豆两种混播组合产量均高于单播小黑麦，粗蛋白、粗脂肪含量也优于单播小黑麦，接近单播豆科饲草品质，小黑麦+箭筈豌豆中最优组合比单播箭筈豌豆产量提高55.17%，粗脂肪含量比单播小黑麦与单播箭筈豌豆均提高了 35.67%。小黑麦+饲用豌豆最优组合比单播小黑麦产量提高5.49%，比单播饲用豌豆产量提高 111.97%，粗脂肪含量比单播小黑麦提高了 38.33%。同时试验结果还表明2种混播组合均提高了土壤养分的积累量，随着豆科饲草混播比例的逐渐增加，土壤中全磷、全氮、有机质含量均呈现逐渐增加趋势。禾豆混播体系由于禾本科与豆科饲草对养分的敏感程度、根系的分布层次不同，会降低种间竞争压力，同时混播增加土壤氮、磷、钾的总量，提高草地有机碳的含量，对稳定土壤有机碳库提供有利保障[15]，这与本试验研究结果一致。

3.2 混播比例对生产性能、饲用品质及土壤养分的影响

饲草在建植过程中不同的混播比例对产量及品质有显著性影响。混播草地中如果禾本科饲草所占的比例较大，表明饲草产量越高，但饲草品质会有所降低；反之，随着豆科饲草的比例逐渐增加，饲草的粗蛋白等会逐渐升高[16]。本试验结果表明各混播处理组鲜、干草产量均优于或者接近单播小黑麦产量，远远高于单播豆科饲草产量，说明禾豆混播在提高饲草产量方面有巨大潜力。试验研究过程中也发现各个混播比例间禾本科饲草在收获时均在乳熟期，并未达到完熟期，且各比例的混播产量并无规律，这可能与试验地区的海拔高度有关系，随着海拔高度的提升，产量会出现不规律的现象[17]，这与本试验结果相似。饲草的茎叶比也表明，随着豆科饲草混播比例的逐渐增加，混播组合中饲草的茎叶比逐渐减小，与单播小黑麦处理间差异显著(P<0.05)，饲草的鲜干比则与单播豆科饲草处理差异显著(P<0.05)，表明混播草地中饲草的含水量高于单播小黑麦，提高了饲草的饲用价值。随着混播草地豆科饲草的比例逐渐增加，饲草的水分含量也会逐渐增加，从而提高了饲草的适口性等[18]，与本试验结果相似。

混播草地的饲草养分结果表明，饲草NDF、ADF含量高于单播豆科饲草，略低于单播小黑麦组合，且差异不显著。研究表明饲草的茎叶纤维素、半纤维素以及木质素含量与植株的成熟度呈正相关，而禾本科茎叶中ADF含量随着生育期会逐渐升高，随着豆科饲草混播比例的增加，混播草地的粗蛋白与粗脂肪含量逐渐增加[19-20]，这与本试验结果有所不同，可能是种间竞争大于种间互补效应导致的品质下降，也有可能是海拔高度导致饲草品质的下降导致[21]，在低海拔地区饲草的产量及品质要高于高海拔地区。混播地会利用、消耗土壤中氮素等营养物质，降低土壤中氮的含量，从而刺激豆科饲草固氮能力，增加养分循环速率[22]，本试验结果也表明土壤全磷、全氮以及有机碳含量均随着豆科饲草含量的增加而增加，全钾含量则无显著变化。

3.3 混播组合×混播比例交互作用对生产性能、饲用品质及土壤养分的影响

大量的学者研究禾豆混播草地所表现出结果均存在显著的提质增产效应[23]，但是不同组合及比例的提质增产效应却是不一样的[24]，本试验结果表明混播组合与混播比例交互作用下小黑麦+箭筈豌豆组合饲草的鲜、干草均随着豆科饲草比例的增加而呈现下降趋势，而小黑麦+饲用豌豆组合鲜、干草产量却呈现先降低后增加的现象。对比单播豆科饲草产量，混播饲草产量远高于单播豆科饲草，会随着豆科饲草的占比增加而逐渐减少[25]，可能是在混播饲草生长过程中，豆科饲草茎叶中含大量的水分，在对饲草进行自然风干作用下，饲草水分大量流失，导致了干草产量明显降低，与单播小黑麦对照表明，干草产量并无显著差异。饲草茎叶比、鲜干比变化也从侧面证明了鲜、干草产量的变化情况，本试验结果与许多研究结果产量的变化有相似之处[26]，但也存在着不同，主要的原因可能在于本试验所处的地理位置、海拔、气候等影响因素不同导致。

关于饲草品质及土壤理化性质变化的大量研究中，豆科饲草含有大量的粗蛋白，酸性洗涤纤维与中性洗涤纤维含量较低，而禾本科饲草则含有较多的碳水化合物，粗纤维含量也较高，二者混播结果表明不仅仅可以提高饲草的产量，而且提高了饲草的品质。刘文辉等[27]研究表明混播处理中，随着豆科饲草比例的增加，土壤中碳、氮等含量增加。这与本研究结果一致，主要的原因可能是豆科饲草的固氮作用，增加全氮含量，进而改善了土壤CO2的吸收能力，也间接提高了土壤有机碳的含量。

3.4 综合评价

灰色关联度综合评价体系是由邓聚龙先生于1982年提出的一种统计方法[28]，与模糊综合评价、层次分析法不同的是，灰色系统分析作为一种较为真实和全面地反映对客观系统的实际认识程度，不但可以给出质的定性解释，而且也可以描述出确切的量，还可以避免因人为主观因素确定权重的随意性。灰色关联度评价方法可以系统地对指标进行全面、客观评价，关联度值越大表明越接近“最优配比”，综合表现则越好[29-30]。本试验中指标权重的确定采用熵权法，是根据实际生产现状以及生产目标进行确定，减少了人为因素对结果的影响。试验结果表明在三江源地区高海拔、气候条件等较为恶劣的环境中，小黑麦+箭筈豌豆(7∶3)混播比例下饲草产量及品质最优，小黑麦+饲用豌豆(5∶5)混播比例下饲草产量与品质最高。

4 结 论

本试验开展于三江源高寒地区，恶劣的环境气候对饲草的生长发育有较大的影响。通过对小黑麦+豆科饲草混播生产性能、营养品质等进行综合分析评价，结果表明；混播草地的产草量高于单播小黑麦、单播豆科饲草，饲草品质随着豆科饲草的比例增加而逐渐提高，同时因为豆科饲草的加入提高了土壤的利用效率，增加土壤养分含量。通过灰色关联度综合评价，小黑麦+箭筈豌豆(7∶3)、小黑麦+饲用豌豆(5∶5)在产量及品质方面有较大的优势，更适宜在高寒地区种植。对改善牧民严重的草畜矛盾有积极的指导意义，不仅缓解了天然草地载畜量过大的现状，而且对生态环境的保护提供了切实可行的途径。