宁夏引黄灌区燕麦与箭筈豌豆的混播效果研究

冯琴，何小莉，王斌，王腾飞，倪旺，马霞，明雪花，邓建强，兰剑，3*

（1. 宁夏大学林业与草业学院，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. 农业农村部饲草高效生产模式创新重点实验室，北京 100125；4. 石嘴山市畜牧水产技术推广服务中心，宁夏 石嘴山 753000）

近年来，持续增长的畜产品需求为实践农牧系统一体化提供了动力，同时也加剧了饲草料短缺[1］。引黄灌区地处宁夏境内黄河上游，是传统的农牧业经济区，但受传统灌溉方式、经济技术条件、农业生产经营方式粗放以及种植结构不合理等问题影响，致使该区农业生产过程资源利用率低下，饲草可获得性和质量有限，极大地限制了农民的收入和区域畜牧业的发展[2-3］。因此，大力开发利用饲料资源、多渠道增加优质饲草供应对保障畜产品供应具有重要意义[4］。建植人工草地是提高该区饲草产量的有效途径[5］。

箭筈豌豆（Vicia sativa）作为一年生半攀援性豆科牧草，富含粗蛋白质，且纤维含量低[6］；燕麦（Avena sativa）是一年生禾本科牧草，尽管其产量高，但粗蛋白含量相对较低，单种草提供的质量水平对大多牲畜来说是不够的，而将燕麦与箭筈豌豆混播可以解决这些问题[7］。两者混播后，燕麦可为攀爬的箭筈豌豆提供机械支撑，改善水和养分的吸收以及光的拦截，从而获得更多的干物质积累[8］，同时提高牧草的质量[9］。而豆禾混播作物的产量和品质很大程度上取决于混播物种及其所占比例[8，10］。近年来，与豆禾混播相关的研究已有大量报道，如徐强等[11］将不同品种箭筈豌豆与黑麦（Secale cereale）混播，发现混播后草地生产性能明显增强，箭筈豌豆和黑麦的株高、总枝条数均增大；刘彦培等[12］研究发现小黑麦（×Triticosecale）和饲用豌豆（Pisum sativum）适宜比例混播可有效改善饲草营养品质，同时改善土壤理化性质。扁蓿豆（Medicago ruthenica）和无芒雀麦（Bromus inermis）在20∶80 混播比例下的干草产量较扁蓿豆和无芒雀麦单播分别提高了93.14%和25.06%[13］。杨鹏年等[14］研究发现，燕麦与箭筈豌豆在比例为50∶50 混播模式下，粗蛋白含量较燕麦单播提高46.89%。冯廷旭等[15］研究表明，燕麦与箭筈豌豆7∶3 混播时，不但具有较高的饲草产量，而且还有效增加了土壤养分积累。研究发现，混播比例的变化会影响混播物种的竞争关系，进而影响作物产量[2］。以上研究结果表明，适宜的混播比例可丰富群落结构，促进空间合理搭配，提高资源利用效率，加强群落稳定性，从而提高牧草产量[16］。目前，关于燕麦与箭筈豌豆混播的研究主要侧重于混播组合、比例及方式等对饲草生产性能、营养品质和种间关系的影响，其中二者相对独立。不同混播比例是影响种间竞争和群体生长潜力的主要因素。因此，研究不同混播比例条件下燕麦与箭筈豌豆的混播效果，对维持较高生产力具有重要意义。鉴于此，本研究以燕麦与箭筈豌豆为试验材料，探讨混播比例对草地生产性能、营养价值、种间竞争以及经济效益的影响，确定适宜宁夏引黄灌区的燕麦与箭筈豌豆混播比例，以期为当地农民增收和畜牧业健康持续发展提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年5-10 月在宁夏回族自治区银川市宁夏农垦茂盛有限公司草业基地（38°55′ N，106°06′ E，海拔1135 m）开展，属典型温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大，年平均气温11.3 ℃，年日照时数2718.9 h，年降水量为146.3 mm 左右，主要集中在3、9 月（图1），无霜期170 d 左右。土壤类型为灰钙土，田间持水量19.17%，容重1.52 g·cm-3，土壤总孔隙度38.25%，土壤有机质9.55 g·kg-1，土壤全氮1.18 g·kg-1，土壤全磷0.75 g·kg-1，土壤全钾19.48 g·kg-1。

图1 2022 年试验区不同月份降水量和平均气温情况Fig.1 Precipitation and average temperature in 2022

1.2 试验材料

‘喜越’燕麦，‘普通’箭筈豌豆，详细信息如表1所示。

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

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设置6个处理，即4个不同混播比例（燕麦∶箭筈豌豆）分别是：5∶5（A5V5）、6∶4（A6V4）、7∶3（A7V3）和8∶2（A8V2），以 及2个单播处理：燕麦单播（A）和箭筈豌豆单播（V），燕麦与箭筈豌豆的具体播种量如表2 所示。混播方式为同行混播，以条播方式进行人工翻耕、耙耱、整平、开沟播种，行距30 cm，播深4～5 cm。小区面积18 m2（3 m×6 m），每个处理3 次重复，总计18个小区。小区间隔1 m，设2 m 保护行。试验地前茬作物为小黑麦，第1 茬 于2022 年5 月20 日 播 种，2022 年7 月24 日 收 获（燕麦灌浆期、箭筈豌豆开花期）；第2 茬于2022 年7 月26 日播种，2022 年10 月2 日收获（燕麦灌浆期、箭筈豌豆开花期）。

表2 各处理播种量详细信息Table 2 Test processing information （kg·hm-2）

试验地灌水方式采用地面滴灌，滴灌带间隔60 cm，滴头间隔30 cm。生长季灌水3 次（第1 茬灌水日期：2022 年5 月21 日、6 月18 日和7 月10 日；第2 茬灌水日期：7 月25 日、8 月20 日和9 月12 日），每次灌水量为825 m3·hm-2；拔节期施尿素120 kg·hm-2（总氮≥46%）、磷酸二铵120 kg·hm-2（P2O5≥46%），生育期内人工除草1 次。

1.4 指标测定及方法

1）株高：刈割前在每个小区内随机选取燕麦、箭筈豌豆各20 株，测定其自然高度。

2）干草产量：于燕麦灌浆期刈割，每个小区随机选取6个0.6 m×0.6 m 的样方收获，留茬高度5～6 cm，收获后将箭筈豌豆与燕麦分开，放置在烘箱中105 ℃杀青30 min，阴干至恒重，并测定干重，通过计算鲜干比，换算混播草地每hm2干草产量。

3）土地当量比（land equivalent ratio， LER）：在混播系统的研究中，经常用于评定混播优势，它可以表示混播系统内物种对资源利用的竞争性大小。

式中：LERa和LERv分别表示燕麦和箭筈豌豆的偏土地当量比，LER为混播群落的土地当量比；Yaa和Yvv分别表示燕麦和箭筈豌豆的单播产量，Yav表示燕麦同箭筈豌豆混播时燕麦的产量，Yva表示燕麦同箭筈豌豆混播时箭筈豌豆的产量。当LER＞1，具有产量优势，LER越大则增产效益越明显；当LER=1，表示燕麦和箭筈豌豆混播与两个草种单播产量相当，对相同有限资源有相等的利用能力；当LER＜1，表明混播拮抗，在混播系统中，无混播优势[17］。

4）相对产量（relative yield， RY）及相对产量总和（total relative yield， RYT）

式中：RYa和RYv分别表示燕麦和箭筈豌豆的相对产量，RYT表示混播系统豆禾相对产量总和。Xav为燕麦所占混播比例，Xva为箭筈豌豆所占混播比例，其中Xav+Xva=1。若RY＞1，说明该草种种内竞争大于其种间竞争；RY=1，说明该草种种内竞争与种间竞争相似；RY＜1，说明该草种种间竞争大于其种内竞争（图2）。若RYT＞1 说明混播系统种间干扰小于种内干扰，燕麦和箭筈豌豆间表现出一定的共生关系；RYT=1，说明混播草地燕麦和箭筈豌豆间利用共同的资源；RYT＜1，说明混播草地燕麦和箭筈豌豆对资源竞争激烈，二者之间存在拮抗[18］。

图2 两物种的竞争模式Fig.2 Competition patterns between the two species

5）侵略强度（aggressivity， A）：侵略强度可用于确定两物种间的竞争关系。

式中：Aa和Av分别代表燕麦和箭筈豌豆的侵略强度。若Aa＞0，表示燕麦为优势作物；若Aa=0，表示燕麦与箭筈豌豆具有相同的竞争力；若Aa＜0，表示箭筈豌豆为优势作物[19］。

6）竞争比率（competition ratio， CR）：竞争比率是反映混播群体中植物竞争强弱的一个指标。

式中：CRa和CRv分别代表燕麦和箭筈豌豆的竞争比率。CRa＞1 表明燕麦竞争能力更强；反之，则是箭筈豌豆竞争能力更强[20］。

7）系统生产力指数（system productivity index， SPI）：系统生产力指数可用于评估混作系统的生产力和稳定性[21］。

8）营养成分测定：将燕麦和箭筈豌豆干样整株粉碎，使用极光手持近红外仪（SN 117618，德国）测定样品的营养成分[包括粗蛋白（crude protein， CP）、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber， NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber， ADF）的含量］，每个样品扫描4 次，然后计算平均值，每个样品中进行了3 次技术重复分析。根据粗蛋白含量可计算粗蛋白产量（crude protein yield， CPY）[22］；根据中性、酸性洗涤纤维含量，计算相对饲喂价值（relative feed value， RFV）[23］。

9）经济效益分析：经济效益用以评估燕麦与箭筈豌豆混播的经济可行性。包括混播和单播处理下燕麦与箭筈豌豆生产的总支出：燕麦与箭筈豌豆种子、机械（土地准备）、肥料、灌溉、人工（田间管理，包括人工除草）和收割的成本。每种处理的总收入根据宁夏燕麦与箭筈豌豆干草的年度市场价格估算（表3）。

表3 各项目的价格信息Table 3 Price information of each item

1.5 统计分析

采用Microsoft Excel 2019 进行数据整理，使用SPSS Statistics 26.0 进行数据分析，采用Shapiro-Wilk 检验各数据分布的正态性，部分数据不符合正态分布时，采用非参数检验中的Kruskal-Wallis 检验（P＜0.05）进行进一步分析，且通过Bonferroni 校正法调整显著性值。研究的主要因子（茬次、不同混播比例）以及它们之间的相互作用，采用Scheirer-Ray-Hare 检验进行两因素非参数方差分析[24］。采用Origin 2021 制图。

2 结果与分析

2.1 混播比例对牧草农艺性状的影响

如图3 所示，燕麦株高相较箭筈豌豆高，茬次、混播比例及其交互作用对燕麦株高均有极显著影响，茬次与混播比例交互作用对箭筈豌豆株高有极显著影响（P＜0.01）。 在A 处 理 下 燕 麦 平 均 株 高 最 高（103.40 cm），较A7V3、A5V5、A8V2和A6V4处理分别高5.40%、5.38%、4.92%和3.82%。第1 茬燕麦与箭筈豌豆株高均无显著差异（P＞0.05），燕麦株高最高的是A6V4处理，为105.90 cm；箭筈豌豆株高最高的是A5V5处理，为84.25 cm。第2 茬燕麦株高最高的为A 处理（101.80 cm），与A5V5、A6V4、A7V3和A8V2处理分别相差9.94、8.50、10.10 和10.00 cm；箭筈豌豆最高 的 是V 处 理，较A5V5、A7V3和A8V2处 理 分 别 增 加15.99%、11.23%和21.26%。

2.2 混播比例对牧草产量的影响

由表4 和图4 可知，茬次、混播比例及其交互作用对燕麦产量、箭筈豌豆产量、总干草产量和粗蛋白产量均有显著影响（P＜0.05），其中第2 茬产量极显著高于第1 茬（P＜0.01）。第1 茬A8V2处理的燕麦干草产量最高，较A处理提高36.00%。箭筈豌豆干草产量随着混播所占比例的增加而增加，且混播处理箭筈豌豆干草产量较V 处理降低83.30%～92.53%，其中A5V5处理的箭筈豌豆干草产量最高。A8V2处理的总干草产量最高，分别较A 和V 处理上升了40.41%和137.93%。各混播处理粗蛋白产量均高于单播处理，其中A6V4处理的粗蛋白产量最高，为0.95 t·hm-2。第2 茬，A7V3处理的燕麦干草产量最高，且较A 处理提高7.67%。混播处理箭筈豌豆干草产量较V 处理降低84.91%～92.74%。A6V4、A7V3和A8V2处理的总干草产量均高于单播，其中A7V3和A8V2处理总干草产量显著高于V 处理。各混播处理粗蛋白产量介于A 和V 处理之间，且各混播处理差异不显著。各处理年总干草产量介于9.05～17.62 t·hm-2之间，其中A8V2处理显著高于A5V5、A 和V 处理（P＜0.05）。V 处理的年总粗蛋白产量最高（2.06 t·hm-2），且与A7V3和A 处理分别相差0.37 和0.84 t·hm-2。

表4 牧草产量的显著性检验（F 值）Table 4 Significance test of forage yield （F value）

图4 不同混播比例下牧草的干草产量Fig.4 Hay yield of forage grass under different mixed sowing ratios

2.3 混播比例对牧草土地生产力的影响

结合表5 和图5 可知，第1 茬的LERa、LER均极显著高于第2 茬（P＜0.01）；且不同混播比例对LERa、LERv有显著影响（P＜0.05），LERa两茬的均 值表现 为A8V2＞A6V4＞A7V3＞A5V5，分别为：1.27、1.17、1.09、1.00。LERv两茬均值表现为：A5V5＞A6V4＞A7V3＞A8V2，分别为：0.16、0.12、0.09、0.08。LER 值均在LERa=LERv的左侧，即为LERa＞LERv，这表明燕麦在混播制度中存在优势。LERv值随着箭筈豌豆所占混播比例的减少而降低。两茬的LER 值，除第2 茬的A5V5处理外，其他均大于1，表明混播牧草间产生的互补作用大于竞争作用，且两茬中A8V2处理的LER 均为最高值，分别为1.45、1.15，表明单播需要增加45.00%、15.00%的土地才能达到混播的草产量。

表5 牧草土地生产力及竞争指标的显著性检验（F 值）Table 5 Significance test of pasture land productivity and competition index （F value）

图5 不同混播比例的偏土地当量比Fig.5 Partial land equivalent ratio of different mixed sowing ratio

2.4 混播比例对牧草竞争指标的影响

由表5、图6a 和b 可知，第1 茬的RYa、RYT=LER均显著高于第2 茬（P＜0.05）；且不同混播比例对RYa、RYv均有显著影响（P＜0.05）；两茬的RY 值分布区域根据图2 可知，燕麦抑制箭筈豌豆的生长，且燕麦占据竞争优势地位。混播草地第1 茬的侵略强度（A）和系统生产力指数（SPI）均极显著高于第2 茬（P＜0.01）。Aa＞0 ＞Av、CRa＞1 ＞CRv，表明燕麦的侵占力大于箭筈豌豆，燕麦占据优势地位。A8V2处理的SPI 值最大，为8.94，且显著高于A5V5处理（P＜0.05，图6）。

2.5 混播比例对牧草营养价值的影响

如表6 所示，茬次、混播比例及其相互作用对牧草营养品质有显著影响（P＜0.05）。从两茬平均结果来看，V处理的粗蛋白含量最高，较A7V3、A8V2和A 处理分别高11.49%、11.57%、13.25%，其中，混播处理的粗蛋白含量随着箭筈豌豆混播比例的增加而增加。V 处理的中性、酸性洗涤纤维含量最低，较A7V3处理分别降低了29.33%、16.30%。V 处理的相对饲喂价值最高（124.38），其次为A5V5。第1 茬，V 处理的粗蛋白含量最高，较A7V3、A8V2和A 处理分别提高66.76%、76.40%和80.82%；V 处理的中性洗涤纤维含量最低，与A6V4、A7V3和A8V2处理分别相差15.07%、17.09%和17.21%；V 处理的酸性洗涤纤维含量最低，较A8V2、A6V4和A7V3处理分别低9.40%、10.47%和13.75%；相对饲喂价值表现为：V＞A5V5＞A＞A6V4＞A8V2＞A7V3。第2 茬，V 处理粗蛋白含量最高，与A8V2、A7V3和A 处理相差15.33%、15.77%和18.46%；V 处理的中性洗涤纤维含量最低，较A8V2、A7V3和A 处理分别降低30.49%、31.63%和33.77%。V 处理的酸性洗涤纤维含量最低，较A、A7V3和A8V2处理分别相差7.13%、8.07%和8.72%；相对饲喂价值最高为V 处理，其次为A6V4处理。

2.6 经济效益分析

牧草产量可直接影响各处理的毛收入和净收入（表7）。在两茬牧草中，A8V2处理获得最高的毛收入（18617元·hm-2）和净收入（8209 元·hm-2），而V 处理则为最低毛收入（10858 元·hm-2）和净收入（1758 元·hm-2）。综合来看，A8V2处理的净收入较A 处理和V 处理分别提高了69.31%和366.95%，表明在A8V2处理下平均经济效益较优，有利于增加收入。

表7 不同处理草地支出、毛收入、净收入的比较Table 7 Comparison of grassland expenditure， gross income and net income under different treatments （元Yuan·hm-2）

3 讨论

3.1 不同混播比例对牧草产量和土地生产力的影响

混播作为高效种植制度，在牧草增产增效方面具有重要作用[22］。本研究中，燕麦与箭筈豌豆混播草地产量显著高于箭筈豌豆单播，燕麦混播产量相当于单播的94.50%～118.66%，箭筈豌豆混播产量相当于单播的7.98%～15.74%，说明混播时燕麦产量明显提高，而箭筈豌豆产量降低（图2）。这与前人研究结果一致[25］。本研究发现，燕麦与箭筈豌豆以A8V2混播时产量最高，这与孙杰等[26］所得到的混播比例一致，但播种量不同，主要是由于不同牧草品种以及不同地域表现出的种间相容性存在差异。

土地当量比（LER）是衡量土地生产力的重要指标，可用于评价复合种植方式下土地利用效率。研究发现，在不同生态类型区、不同混播组合和比例对土地生产力提高的幅度也不同。李兴龙等[27］对不同饲草混播模式的种间关系影响研究发现，玉米（Zea mays）与拉巴豆（Dolichos lablab）混播，其LER 值为1.31，资源利用效率最高，且群落结构最为稳定。郭常英等[28］对燕麦与饲用豌豆混播方式研究表明，混播处理的LER 值为1.26～1.74，表现出明显的混播优势。在本研究中，混播处理的平均LER 值均大于1，具有混播优势，其中A8V2和A6V4处理的LER值分别为1.30 和1.24，土地生产力提高30%和24%。同时研究发现LERa＞LERv，说明燕麦在此混播系统中表现出产量优势，而箭筈豌豆则表现出产量劣势。这与李兴龙等[27］、郭常英等[28］的研究结果相似，均在豆禾混播后表现出产量优势。

3.2 不同混播比例对牧草种间竞争关系的影响

在混播系统中，对于竞争同一资源的物种，当种内竞争强于种间竞争时，能够形成共存，并最终体现出生长和物质积累的优势[29］。不同混播比例导致混播作物竞争作用存在差异，因此作物种间关系也不同[2］。在本研究中，混播草地相对产量总和（RYT）均大于1.0，即燕麦与箭筈豌豆混播草地种内竞争大于种间竞争，表明燕麦与箭筈豌豆混播后种间相容性较好，因而有形成较高生产力的潜力（图6）。通常，禾本科牧草被认为是豆禾混播系统中的优势作物[30］。在本研究中获得了类似的结果，从Aa＞0、CRa＞1.0 可以看出，燕麦在混播系统中占据竞争优势地位[31］，其原因在于燕麦与箭筈豌豆混播，燕麦较高的株高导致叶片被遮挡（图3），燕麦地上光截获量增加以及地下养分、水分利用效率提高；箭筈豌豆的植物学特性与燕麦不同，在对土壤水分和养分吸收竞争[8］及对光截获争夺中处于不利地位[10］，其生长发育受到影响必然造成箭筈豌豆产量的降低。综上所述，燕麦对环境资源的获取能力强于箭筈豌豆。因此，本研究中箭筈豌豆的生产力较单播受到更强的限制，导致箭筈豌豆产量减少。

3.3 不同混播比例对牧草营养品质的影响

牧草的营养品质是评定草地生产力的重要方面，其中粗蛋白含量、纤维含量和相对饲喂价值是评价饲草品质的重要指标[25］。已有研究表明，与禾本科牧草单一栽培相比，在禾本科牧草中添加豆科牧草混播可提高整体的饲草质量[32］。本试验中，箭筈豌豆单播的平均粗蛋白含量（21.99%）显著高于燕麦单播（8.74%），燕麦单播的粗蛋白产量最低（0.61 kg·hm-2），混播处理中A6V4粗蛋白产量最高（0.95 t·hm-2），但与其他混播处理无显著差异，表明混播草地相较于燕麦单播提高了牧草的粗蛋白产量，这与王腾飞等[4］和Rinke 等[10］的研究结果一致。在本试验中，不同混播比例对牧草营养品质有显著影响（表6），在混播处理中，A5V5处理的粗蛋白含量、相对饲喂价值最高，且中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量最低。此外，A7V3和A8V2的相对饲喂价值均低于单播处理，主要因为燕麦的纤维含量高于箭筈豌豆，消化率较低，增加燕麦的比例会降低混合牧草的消化率。这些结果表明，采用适宜的比例混播是提高牧草品质的关键。

3.4 经济效益分析

净收入是评价采用任何新的种植方式或实践的主要因素。研究发现，复合种植较单作具有经济优势[33］。本研究中，与燕麦和箭筈豌豆单播相比，所有混播处理均具有较高的毛收入和净收入，而A8V2处理的经济总产值高于其他混播处理及单播，且其净收入较单播分别提高69.31%和366.95%，表明在燕麦与箭筈豌豆混播种植体系中，8∶2 混播模式能够有效协调作物群体和环境条件，有效利用环境资源，从而获得较高单位面积的草产量和经济效益。

4 结论

混播比例对燕麦与箭筈豌豆混播草地产量和品质均有显著影响。混播处理较箭筈豌豆单播处理显著增产。不同的混播比例对土地当量比及其他竞争指标均有影响，其中各混播处理的土地当量比均大于1，表明这些混播群落种间促进作用大于竞争作用，具有混播优势；竞争指标表明，燕麦的侵占力大于箭筈豌豆，呈现出燕麦抑制箭筈豌豆生长的现象。燕麦与箭筈豌豆以A5V5混播时，营养品质较为优良。综合各项指标发现，燕麦与箭筈豌豆以A8V2混播时，年干草产量（17.62 t·hm-2）和年净收入（16418 元·hm-2）为最高，粗蛋白产量为1.84 t·hm-2。综上，在宁夏引黄灌区建议优先施行燕麦与箭筈豌豆以8∶2 的比例混播。