宁夏干旱区滴灌条件下拉巴豆不同播种量与甜高粱混播饲草生产性能研究

王腾飞，王斌，邓建强，李满有，倪旺，冯琴，妥昀昀，兰剑

（1. 宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2. 宁夏草牧业工程技术研究中心，宁夏 银川 750021；3. 中粮饲料银川有限公司，宁夏 银川 750021）

牧草有效供给是草畜产业发展的基础。近年来，宁夏干旱区草食家畜饲养量呈逐年增长态势，牧草需求量增大，但受自然条件和种植技术水平的影响，牧草总量不足，限制了草畜产业进一步发展。探索合理的牧草生产方式，对于缓解牧草短缺问题，提高牧草供给能力具有重要的保障作用。研究表明豆-禾混播是一种高效生产的种植模式，不仅可充分利用自然资源，发挥各草种的生物学优势，提高草地生产力，改善牧草品质［1］；还能平衡草地生态系统氮素营养、促进草食动物蛋白质的合成［2］。混播草地中，豆科牧草比例是决定草地功能的关键因素，同时豆科牧草氮素固定是决定豆禾混播草地土壤培肥的关键过程［3-4］。研究豆科牧草比例对混播草地生产性能和牧草营养品质的影响，对了解混播生产功能关系，提高混播草地建植管理具有重要理论和实践意义。

拉巴豆（Dolichos lablab）为一年或越年生豆科草本植物，茎缠绕，主根发达，侧根多，固氮能力强，能够为禾本科牧草提供氮素，经常被用作轮茬作物、间套作模式植物来提升土壤利用率［5］。甜高粱（Sorghum bicolor）作为C4植物，光合作用效率高，生物产量和经济产量大［6］。甜高粱富含较多碳水化合物，粗蛋白产量低，而拉巴豆富含粗蛋白，但产量和糖分低，二者组合混播混收，便于收获调制贮藏，利于改善和均衡牧草营养品质，可提高牧草利用率［7］。此外，甜高粱与拉巴豆混播增强了对杂草和病虫害等不利条件的抵抗能力，从而减轻自然灾害的损失，进而提高草地生产性能［8］。影响混播人工草地建植管理、生产性能和牧草营养品质的关键因素是混播物种及其所占比例［9］。近年来，与豆-禾混播相关的研究已有大量报道，如李亚娇等［8］将不同品种青贮玉米（Zea mays）与拉巴豆混播，发现混播后草地生产性能明显增加，青贮玉米的株高、叶宽和穗数均增大；杨帆等［10］研究表明，随着拉巴豆播种量的增加，甜高粱1～4 节茎秆强度和5～7 节茎秆强度显著降低；席杏媛等［11］通过甜高粱与豆科牧草混播试验表明，混播后草地干草产量可增加16.74%～43.30%；董志晓等［12］研究发现，甜高粱与不同播种量拉巴豆混播后，甜高粱株高和茎粗较单播均有所降低，但干草产量和营养品质均显著提高；李春喜等［13］在高寒牧区进行了甜高粱与箭筈豌豆（Vicia sativa）混播研究，发现牧草营养品质显著提高。目前，宁夏关于甜高粱与拉巴豆混播的最佳播种量研究主要集中在雨养区［10］，在干旱区滴灌条件下的最适播种量未见报道。鉴于此，本研究以拉巴豆与甜高粱为试验材料，在宁夏干旱区开展滴灌条件下豆禾混播试验，探讨在甜高粱密度不变的情况下，混播不同播种量的拉巴豆对草地生产性能及牧草营养价值的影响，旨在为宁夏干旱区豆禾混播草地提供技术与理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于宁夏回族自治区吴忠市盐池县花马池镇四墩子行政村的宁夏大学草业科学专业教学科研基地（37°46′26″N，107°26′16″E，海拔1380 m）开展，2020 和2021年该区域月平均降水量和气温如图1 所示。该地属典型大陆性季风气候，年均降水量289.4 mm，且主要集中在6-9 月，年均蒸发量2131.8 mm，雨热同期，年均气温7.8 ℃，年均无霜期162 d。土壤类型为灰钙土，pH值8.5，有机质5.45 g·kg-1，碱解氮29.75 mg·kg-1，速效氮22.23 mg·kg-1，速效钾113.21 mg·kg-1，速效磷21.24 mg·kg-1。

图1 2020 和2021年试验区不同月份降水量和温度Fig. 1 Precipitation and temperature in different months of the pilot area in 2020 and 2021

1.2 试验材料

供试甜高粱品种为‘绿巨人’，拉巴豆品种为‘润高’，详细信息见表1。

表1 供试材料信息Table 1 Information of test materials

1.3 试验设计与田间管理

试验于2020年5 月2 日至2021年9 月11 日进行，采用单因素随机区组设计，设置5 个处理，拉巴豆播种量 分 别 为：S0：0 kg·hm-2，S1：16.5 kg·hm-2，S2：33.0 kg·hm-2，S3：49.5 kg·hm-2，S4：66.0 kg·hm-2。每个处理设4 个重复，总计20 个小区，小区面积为50 m2（10 m×5 m）。甜高粱播种量为18.0 kg·hm-2，采用穴播方式播种，行距50 cm，株距23 cm。根据拉巴豆播种量和千粒重可计算出在甜高粱穴间以5 种比例（0、1、2、3、4粒）点播拉巴豆。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4 次（2020年5 月21 日，6 月18 日，7 月15 日，8 月11 日；2021年5 月22 日，6 月17 日，7 月15 日，8 月12 日），每次灌水1320 m3·hm-2；在甜高粱拔节期追施尿素300 kg·hm-2（总氮≥46%）、磷酸二铵150 kg·hm-2（P2O5≥46%），生育期内人工除草2 次。

试验用具：勺式多功能点播机2BFG-2×7，产自山东临沂强农机械厂。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状 以下各农艺性状指标均在甜高粱抽穗期时测定：

株高、茎粗：在每个小区随机选取10 株甜高粱测量其自然高度和茎粗（从地表起第3 茎节处），取平均值。

茎秆强度：在每个小区内随机选取10 株甜高粱，用茎秆强度仪（YYD-1，浙江托普云农科技股份有限公司）测定其1～4 节和5～7 节的茎秆强度。

干草产量：在每个小区内随机取9 个1 m 样段，将所采集的甜高粱和拉巴豆鲜草分开风干至恒重后称量干草重量，换算为每hm2干草产量。

1.4.2 粗蛋白产量 表达式为：粗蛋白产量（crude protein yield，CPY）=CP×DM［14］，式中：CP（crude protein）为牧草粗蛋白质量分数，单位%；DM（dry matter yield）为干物质产量，单位t·hm-2。

1.4.3 营养品质 在每个小区内随机取整株甜高粱和拉巴豆鲜草样品500 g，剪4～5 cm，置于105 ℃烘箱中杀青0.5 h 左右，65 ℃烘干48 h 至恒重。将烘干甜高粱和拉巴豆草样粉碎，过0.45 mm 筛。参照《饲料及饲料添加剂质量检测方法与品质管理》［15］，测定粗蛋白（crude protein，CP）、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）含量。根据测定的NDF 和ADF 含量，计算饲料相对饲喂价值（relative feed value，RFV），表达式为［16］：

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2019 软件整理数据，利用SPSS Statistics 25.0 软件进行方差分析，多重比较，用Origin 2021 作图，利用SAS 9.4 软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 结果与分析

2.1 不同播种量拉巴豆对甜高粱株高、茎粗、茎秆1～4 节强度和茎秆5～7 节强度的影响

由表2 可知，2020-2021年甜高粱株高变化范围分别为270.99～313.48 cm 和252.00～293.92 cm，且2年混播处理株高除S1外均显著高于单播（S0）处理（P＜0.05），相同拉巴豆播种量下，2020年甜高粱株高整体高于2021年。其中2020 和2021年均在S2处理下甜高粱株高最高，分别达313.48 和293.92 cm，且2020年S2处理显著高于其他处理，甜高粱株高均在S0处理下最低，分别为270.99 和252.00 cm，同一年限S0较S2分别低13.55%和14.26%。甜高粱茎粗在2020-2021年变化范围分别是13.82～15.85 mm 和13.20～15.23 mm；其中2年甜高粱茎粗均在S1处理下最大，分别为15.85 和15.23 mm，在S4处理下最小，分别为13.82 和13.20 mm，与S1均相差2.03 mm。2020-2021年甜高粱茎秆1～4 节强度变化范围分别是39.58～47.36 N 和37.60～46.28 N，其中2020年S3处理下甜高粱茎秆1～4 节强度最大，达到47.36 N，S4最小，为39.58 N，二者相差7.78 N；2021年甜高粱茎秆1～4 节强度在S3处理下最大，达到46.28 N，S4最小，仅37.60 N，较S3低18.76%。2020-2021年甜高粱茎秆5～7 节强度变化范围分别是23.05～32.32 N 和21.36～30.21 N；其中2020年S3处理下甜高粱茎秆5～7 节强度最大，达到32.32 N，S2最小（23.05 N），与S3相差9.27 N；2021年甜高粱茎秆5～7 节强度在S3处理下最大，为30.21 N，S4最小（21.36 N），较S3低29.29%。

表2 不同处理间甜高粱株高、茎粗、茎秆1～4 节强度和茎秆5～7 节强度的比较Table 2 Comparison of plant height，stem diameter，stem 1-4 knot strength and stem 5-7 knot strength among different treatments of S.bicolor

2.2 不同处理对拉巴豆干草产量和甜高粱干草产量的影响

由图2 可知，2020-2021年甜高粱干草产量变化范围分别是30.56～36.03 t·hm-2和22.51～28.21 t·hm-2；其中2020 和2021年甜高粱干草产量最高的处理均是S3，分别为36.03 和28.21 t·hm-2；2020年S1最低，为30.56 t·hm-2，2021年S0最 低，仅22.51 t·hm-2，2020年S1和S3相 差5.47 t·hm-2，2021年S0较S3低20.21%。2020-2021年拉巴豆干草产量变化范围分别是4.45～5.38 t·hm-2和2.55～3.06 t·hm-2；其中2年拉巴豆干草产量最高的均是S2，分别为5.38 和3.06 t·hm-2，最低的均为S3，分别为4.45 和2.55 t·hm-2，S2与S3二者分别相差0.93 和0.51 t·hm-2。

图2 不同处理间总干草产量、拉巴豆干草产量和甜高粱干草产量的比较Fig.2 Comparison of total hay yield，D. lablab hay yield and S. bicolor hay yield among different treatments不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05）。Different lowercase letters iindicate significant differences among treatments（P＜0.05）.

2.3 不同处理对混合牧草粗蛋白产量的影响

由图3 可知，2020-2021年混合牧草粗蛋白产量变化范围分别是3.01～4.62 t·hm-2和2.16～3.64 t·hm-2，随着拉巴豆播种量的增加粗蛋白产量呈先增加后降低趋势；2年粗蛋白产量由高到低排序均为S3＞S4＞S2＞S1＞S0，其中在拉巴豆播种量S3处理下，粗蛋白产量达到最高，分别为4.62 和3.64 t·hm-2，在拉巴豆播种量S0条件下，粗蛋白产量最低，仅有3.01 和2.16 t·hm-2，二者分别相差1.61 和1.48 t·hm-2。

图3 不同处理间混合牧草粗蛋白产量的比较Fig.3 Comparison of crude protein yield among different treatments of mixed forage grass

2.4 不同播种量拉巴豆对混合牧草粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量及相对饲喂价值的影响

由表3 可知，2020-2021年混合牧草粗蛋白含量变化范围分别是9.30%～12.41%和9.21%～12.21%，混播粗蛋白含量显著高于单播（P＜0.05），随着拉巴豆播种量的增加，粗蛋白含量呈上升趋势；其中2020 和2021年粗蛋白含量最高的处理均为S4，分别达到12.41%和12.21%，2年S0处理的粗蛋白含量均为最低，仅有9.30%和9.21%，与S4分别相差3.11%和3.00%。2020-2021年混合牧草中性洗涤纤维含量变化范围分别是52.49%～59.41%和53.09%～59.41%；其中2020年中性洗涤纤维含量最低的处理是S4，为52.49%，S0最高，为59.41%，二者相差6.92%；2021年S4处理的中性洗涤纤维含量最低，为53.09%，较S0（59.41%）低6.32%。2020-2021年混合牧草酸性洗涤纤维含量变化范围分别是26.66%～32.87%和26.90%～33.35%；其中2020年酸性洗涤纤维含量最低的是S3，为26.66%，与最高的S1（32.87%）相差6.21%；2021年S3处理的酸性洗涤纤维含量最低，为26.90%，较S0（33.35%）低6.45%。2020-2021年混合牧草相对饲喂价值变化范围分别是99.35～116.79 和105.23～117.82，随着拉巴豆播种量的增加，相对饲喂价值先增加后减小；其中2020年相对饲喂价值最大的是S3处 理，达 到116.79，S0最 小，仅99.35，较S3低14.93%；2021年S3处 理 的RFV 最 大，达 到117.82，S2最 小，为105.23，与S3相差12.59。

表3 不同处理间粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量及相对饲喂价值的比较Table 3 Comparison of crude protein，neutral detergent fiber and acid detergent fiber content and relative feed value among different treatments

2.5 利用主成分分析法对不同处理进行综合评价

由图4 可知，拉巴豆与甜高粱混播草地10 个指标存在极显著相关性（P＜0.01）。其中有11 对指标间呈极显著正相关（P＜0.01），如总干草产量和株高、粗蛋白产量间均呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.90 和0.96；株高和粗蛋白产量、CP 间均呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.94 和0.95；粗蛋白产量和CP、RFV 间均呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.98 和0.93。9 对指标间呈极显著负相关（P＜0.01），如NDF 和总干草产量、株高、粗蛋白产量及CP 间均呈极显著负相关（P＜0.01），其中NDF 与CP 间相关性最强，相关系数为-0.96；ADF 和总干草产量、茎秆5～7 节强度及粗蛋白产量间均呈极显著负相关（P＜0.01），相关系数分别为-0.92、-0.81 和-0.83；RFV 和NDF、ADF 间均呈极显著负相关（P＜0.01），相关系数分别为-0.95和-0.89。

图4 拉巴豆与甜高粱混播草地10 个指标间的相关性Fig.4 Correlation between 10 indexes of mixed grassland of D. lablab and S. bicolorA：总干草产量；B：株高；C：茎秆1～4 节强度；D：茎秆5～7 节强度；E：茎粗；F：粗蛋白产量；G：粗蛋白；H：中性洗涤纤维；I：酸性洗涤纤维；J：相对饲喂价值。*表示在0.01 水平下极显著相关（P＜0.01）。A：Total hay yield；B：Plant height；C：Stem 1-4 knot strength；D：Stem 5-7 knot strength；E：Stem diameter；F：Crude protein yield；G：Crude protein；H：Neutral detergent fiber；I：Acid detergent fiber；J：Relative feed value. * represents extremely significant differences at 0.01 level（P＜0.01）.

对拉巴豆与甜高粱混播草地10 个指标进行主成分分析（表4）。根据特征值大于1 原则提取出3 个主成分，其方差贡献率依次为54.556%、27.642%和11.743%，累积贡献率为93.941%。第一主成分的特征值为5.456，此成分中绝对值载荷较高的是粗蛋白产量、粗蛋白、总干草产量和相对饲喂价值，可解析为综合因子；第二主成分的特征值为2.764，此成分中绝对值较高的是茎秆1～4 节强度、茎秆5～7 节强度和茎粗，可解析为抗倒伏因子；第三主成分中载荷较高的是株高（0.51），可解析为生长因子。

表4 各因子特征向量与主成分特征值和累计贡献率Table 4 Feature vector of each factor，principal component eigenvalue and cumulative contribution rate

根据王斌等［16］的方法，将原始数据进行标准化后导入SPSS 代入模型，得出公因子F1、F2和F3，F1和F2中S3得分最高，分别为2.85 和1.74；F3中最靠前的是S2，得 分 为1.92；带 入Y=（54.556F1+27.642F2+11.743F3）/93.941 计算，得出不同处理综合得分，S3得分最高（2.11），根据得分由高到低排名依次为S3＞S2＞S4＞S1＞S0（表5）。

表5 不同处理公因子值及综合排名Table 5 Common factor values and comprehensive ranking of different treatments

3 讨论

3.1 不同播种量拉巴豆与甜高粱混播对其农艺性状的影响

豆科与禾本科牧草混播都会促进禾本科牧草的各农艺性状［5，12］。本研究表明，随着拉巴豆播种量的增加，甜高粱的株高和茎粗均先增加后降低，这与班骞等［17］的研究结果一致，与董志晓等［12］发现随着拉巴豆播种量的增加甜高粱的株高和茎粗呈现降低趋势的结果相反。本研究中，较甜高粱单播相比，拉巴豆与甜高粱混播可促进甜高粱生长，随着拉巴豆播种量的增加，甜高粱株高呈先增后降趋势，在拉巴豆播种量为33.0 kg·hm-2时达到最大值，说明适宜播种量的拉巴豆与甜高粱混播能够高效利用水、肥等环境资源促进生长，同时，当拉巴豆密度过大时，会缠绕整株高粱植物体，对光照资源的竞争强于甜高粱，造成甜高粱叶片光合作用下降［18］，抑制生长。茎秆强度是衡量甜高粱抗倒伏性的重要指标。甜高粱在生长过程中常会出现倒伏现象，不同程度的倒伏不仅会显著降低牧草产量，而且对机械的收割效率以及牧草品质造成极大影响［19］。有研究发现，茎粗越大，茎秆强度就越大，玉米茎秆不容易折断；茎粗越小，茎秆强度就越小，玉米茎秆易折断，断后的玉米茎秆阻碍土壤水分、营养物质和光合产物的纵向和横向运输，继而导致产量降低［20］。在本试验中，甜高粱茎粗随拉巴豆播种量增加呈减小趋势，同时2021年甜高粱1～4 节、5～7 节茎秆强度均在拉巴豆最大播种量下最低，与前人研究结果一致［10］。当拉巴豆密度过大时，在生长过程中紧紧缠绕在高粱茎秆上，不断向上攀缘竞争空间和光照等资源制约了茎秆横向生长，从而茎粗减小，导致茎秆强度降低，易倒伏。因此，在实际生产应用中，应当选择适宜拉巴豆播种量与甜高粱混播。

3.2 不同播种量拉巴豆与甜高粱混播对牧草生产性能和粗蛋白产量的影响

豆禾混播可以充分利用光、CO2及土壤养分、水分等环境资源提高草地生产性能［21］。有学者研究发现，适宜播种量的拉巴豆与甜高粱混播可以改善牧草农艺性状，进而提高草地生产性能［10］。也有研究表明，科学合理的混播比例能够促进植株发育，提高牧草产量［22］。张辉辉等［3］研究表明牧草产量会随混播比例、种类产生不同的结果。Armstrong 等［23］通过研究青贮玉米与拉巴豆混播，发现干物质产量与混播比例呈非线性相关，当拉巴豆密度达到一定量时，草地生产性能会下降。本研究表明，拉巴豆与甜高粱混播较甜高粱单播显著提高了草地生产性能，从本试验的结果来分析，混播草地收获的是甜高粱与拉巴豆的总干草产量，其整体高于甜高粱单播；其次是因为拉巴豆与甜高粱生态位互补，甜高粱茎秆直立为拉巴豆提供了充足的立体空间，有助于拉巴豆叶片在立体空间上交错配置，增加了拉巴豆的总体叶面积，同时通过拉巴豆固定的氮素增加，提供给甜高粱的氮素也相应增多，促进了甜高粱对有机物的合成［12，24］，进而提高牧草产量。然而，草地总干草产量随着拉巴豆播种量的增加呈先升高后降低趋势，造成这一现象的原因可能是：随着拉巴豆播种量的增加，其与甜高粱对光、水分等资源竞争激烈，种间相互制约，生长空间不足，致使产量下降［25］；此外，拉巴豆叶面积大且叶量丰富，与甜高粱相互产生的遮蔽作用影响有机物积累，造成产量下降［5］。本研究还发现，2021年牧草生产性能整体低于2020年，主要是受到气候因素的影响，2021年降水较2020年明显减少，尽管试验采用滴灌灌溉，但是连续的干旱天气导致牧草叶片卷曲，光合面积减小，光合产物积累较少，进而造成混播草地产量降低。

豆禾混播可以提高草地群体产量和牧草品质，依据干物质产量和粗蛋白含量计算得出的粗蛋白产量也显著增加［26］。混播草地牧草的营养价值主要取决于参与混播草地物种及其所占的比例，其粗蛋白产量主要取决于干物质产量和牧草氮含量［27］。从本试验结果来分析，环境条件（自然降水量）和饲草对资源的竞争力通过影响混播草地干物质产量和牧草氮含量来影响混播草地牧草粗蛋白产量，混播草地物种比例随时间的推移发生变化，产生自疏效应，进而影响混播草地牧草粗蛋白产量［9］。本研究结果显示混播显著提高了草地粗蛋白产量，这与安昊云等［28］研究的青贮玉米与拉巴豆混播较单播显著提高了粗蛋白产量的试验结果相似。

3.3 不同播种量拉巴豆与甜高粱混播对牧草品质的影响

豆禾混播较禾本科牧草单播，品质更优，营养更均衡。如李春喜等［13］研究发现甜高粱与箭筈豌豆混播与甜高粱单播相比，混播可提高混合牧草粗蛋白含量，降低中性和酸性洗涤纤维含量，进而提高相对饲喂价值，改善牧草品质。田应学等［29］在拉巴豆与青贮玉米混播研究中也发现，混播显著提高了青贮玉米的粗蛋白含量。本研究表明，混播较单播营养更丰富、全面，不同处理的混合牧草粗蛋白含量整体高于甜高粱单播，与前人研究结果吻合。从试验结果来分析，拉巴豆混播的粗蛋白含量显著高于甜高粱单播，中性和酸性洗涤纤维含量低于甜高粱单播，二者混合后的牧草营养品质整体高于甜高粱单播，与董志晓等［12］的研究结果一致。也有学者认为在混播草地中，牧草营养品质的高低主要取决于豆科牧草所占的比例［30］。本研究发现，在拉巴豆播种量为66.0 kg·hm-2时，混播牧草粗蛋白含量最高，与前人研究结果一致。此外，本试验结果显示，混播牧草中性洗涤纤维含量整体随拉巴豆播种量的增加而减小，但酸性洗涤纤维含量变化与中性洗涤纤维含量不一致，当拉巴豆播种量为49.5 kg·hm-2时混播处理的混合牧草酸性洗涤纤维含量达到最低，说明拉巴豆播种量在一定范围内与甜高粱混播才能提高牧草营养品质。综合来看，甜高粱与拉巴豆混播能够显著降低混合牧草中性和酸性洗涤纤维含量，提高家畜采食量和消化率，改善牧草品质。

4 结论

甜高粱+拉巴豆混播显著提高了草地生产性能，改善了牧草品质。混播草地干草产量、粗蛋白产量整体高于甜高粱单播，粗蛋白含量和相对饲喂价值优于甜高粱单播。经主成分（PCA）综合分析得出，当拉巴豆播种量为49.5 kg·hm-2时排名第一，对甜高粱+拉巴豆混播草地提质增产效果明显，适宜在宁夏干旱区及其他气候条件相似且有灌溉条件的区域示范推广。