種植黃花草木樨的當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食效應(yīng)

林年豐++梁碩

摘要：鑒于黃花草木樨（Melilotus officinalis）富含蛋白質(zhì)，并具有改良鹽堿土的顯著效果，通過(guò)種植黃花草木樨改良鹽堿土的綜合試驗(yàn)對(duì)其可能產(chǎn)生的當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食效應(yīng)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在每公頃鹽堿退化草地上（pH平均為9.06）種植黃花草木樨可生產(chǎn)牧草80 000 kg，牧草的粗蛋白質(zhì)含量為17.50%，即粗蛋白質(zhì)總含量為1 400.64 kg/hm2。玉米的粗蛋白質(zhì)含量為9.00%，牧草中的蛋白質(zhì)相當(dāng)于3.557 hm2中等質(zhì)量耕地所生產(chǎn)的15.562 t玉米中所含的蛋白質(zhì)總量，因而，相當(dāng)于增加了3.557 hm2的耕地和15.562 t的玉米。同理，以大豆為例，大豆的蛋白質(zhì)含量為39.20%，為了獲得與80 000 kg黃花草木樨牧草中等量的蛋白質(zhì)，需要在1.786 hm2的中產(chǎn)田播種并生產(chǎn)大豆3.573 t。根據(jù)這一原理，對(duì)生物-土壤系統(tǒng)進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)，可以獲得相應(yīng)的當(dāng)量農(nóng)田和當(dāng)量谷物資源。

關(guān)鍵詞：黃花草木樨（Melilotus officinalis）；農(nóng)田；糧食；當(dāng)量效應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S541+.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）13-2438-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.13.010

Effects of Equivalent Land and Equivalent Grain by Planting Melilotus officinalis

LIN Nian-fenga， LIANG Shuob

（a.College of Environment and Resource； b.College of Earth Science， Jilin University， Changchun 130061， China）

Abstract： In view of high protein and significant effect to improve saline alkali soil of Melilotus officinalis， a comprehensive experiment about improving saline alkali soil by planting M. officinalis was carried out to study its effects of potential equivalent land and equivalent grain. The results show that the field of grass is 8 000 kg/hm2 and the content of protein is 1 400.64 kg/hm2 with a percent of 17.50% which is equal to 15.562 t corns protein with a percent of 9.00%， and they needed to be produced in 3.557 hm2 medium-quality arable lands. Similarly， the protein percent of soybean is 39.20% and we needs 1.786 hm2 medium-quality arable lands to product 3.573 t soybeans in order to acquire equal protein. According to this principle， we can acquire the equivalent land and equivalent grain resources by developing the comprehensive creatures-soil system.

Key words： Melilotus officinalis； farmland； grain； equivalent effects

草木樨（Melilotus Mill.）為多年生豆科草本植物，株高1 m左右，全草有香氣。草木樨有26個(gè)品種，以白花草木樨（Melilotus albus）和黃花草木樨（Melilotus offcinalia）為多，白花草木樨起源于亞洲西部，黃花草木樨起源于歐洲，后來(lái)傳到中亞、西伯利亞和中國(guó)的西藏等地[1]。中國(guó)有9個(gè)草木樨品種。

1999年筆者從俄羅斯西伯利亞地區(qū)引進(jìn)了二年生的斯列金1號(hào)黃花草木樨（Melilotus officinalis cv. Sligen 1），其由阿穆?tīng)栔莸囊吧S花草木樨經(jīng)赤塔州育種站人工授粉培育而成，株高1.5 m左右，具有生命力強(qiáng)，繁殖率高，適于在較惡劣的氣候、土壤環(huán)境中生長(zhǎng)，具有抗嚴(yán)寒、抗風(fēng)沙、抗鹽堿、抗干旱、固氮、肥田等多種功能[2，3]。黃花草木樨富含蛋白質(zhì)，為優(yōu)質(zhì)的牧草飼料。對(duì)保護(hù)西伯利亞地區(qū)的農(nóng)牧生態(tài)環(huán)境和發(fā)展畜牧業(yè)起了重要作用。自引進(jìn)俄羅斯黃花草木樨以來(lái)，曾先后開(kāi)展了小規(guī)模的引進(jìn)試驗(yàn)研究，包括試種、栽培、種子擴(kuò)繁、鹽堿土改良、牧草生產(chǎn)和畜禽飼喂等，取得了初步成果[2-4]。2004年俄羅斯斯列金1號(hào)黃花草木樨被認(rèn)定為吉林省推廣牧草品種。2005年獲得全國(guó)牧草品種審定委員會(huì)頒發(fā)的“中國(guó)牧草品種合格證書(shū)”。從而，初步顯示了該牧草在中國(guó)的開(kāi)發(fā)利用前景。

在公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)（2009-2014年）的資助下，開(kāi)展了以“斯列金1號(hào)黃花草木樨防治土壤退化與綜合開(kāi)發(fā)示范試驗(yàn)研究”為題的系列研究，在松嫩平原西南（吉林省西部）等地進(jìn)行了牧草栽培、鹽堿土改良[5，6]與谷物增產(chǎn)、牧草生產(chǎn)與家畜飼喂[7，8]等試驗(yàn)，并對(duì)牧草中的生物活性成分進(jìn)行了開(kāi)發(fā)利用試驗(yàn)研究[9-12]，取得了多項(xiàng)成果。尤其是在當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食資源的開(kāi)發(fā)利用方面開(kāi)展了新的探索。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基地自然概況

試驗(yàn)基地于2010年設(shè)置于吉林省大安市姜家甸草場(chǎng)，位于松嫩平原西南部低平原，地處天然羊草草場(chǎng)腹地。地勢(shì)平坦，海拔高度120～160 m，平均氣溫4.3 ℃，年平均降水量413.7 mm，年均蒸發(fā)量1 610 mm，干燥度年均1.15。春季干旱多風(fēng)，平均風(fēng)速16 m/s，最大瞬時(shí)風(fēng)速30 m/s。主要的土壤類(lèi)型為鹽堿化草甸土。該草場(chǎng)以羊草為優(yōu)勢(shì)品種，羊草占90%以上，植株高達(dá)1.5 m左右。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，許多地區(qū)已演變?yōu)辂}堿退化草地，pH 8.30～9.89，平均為9.06。該區(qū)土壤肥力較差，有機(jī)質(zhì)含量一般低于1%，普遍缺氮，嚴(yán)重缺磷，部分缺鉀，已逐漸退化為不宜農(nóng)不宜牧的撂荒地。

1.2 供試材料與栽培管理

采用引進(jìn)的俄羅斯黃花草木樨斯列金1號(hào)第二代種子，其發(fā)芽率為95%以上。試驗(yàn)基地面積100 hm2。2010 年5 月初翻耕，深度30 cm，以過(guò)磷酸鈣做底肥，施肥量200 kg/hm2，用耙耙耱一遍。5 月中旬機(jī)械條播，播種量10 kg/hm2，播種深度1～2 cm，全部采用“坐水種”。播種后用鎮(zhèn)壓器鎮(zhèn)壓，兩鏟兩趟，中期灌溉，滅蟲(chóng)保草，7-8月收割，完成第一年牧草的栽培過(guò)程。留茬15～20 cm，自然越冬。翌年5 月中旬，試驗(yàn)基地全部返青，待株高30～40 cm，追肥一次，兩鏟兩趟，灌溉保墑。牧草地于現(xiàn)蕾前收割，株高60～80 cm。種子地7月初黃花盛開(kāi)，花期40～45 d。9月初收割種子，晾曬，打場(chǎng)，歸倉(cāng)。

1.3 樣品采集與測(cè)試

1.3.1 土壤樣品采集與測(cè)試 黃花草木樨為兩年生豆科牧草，試驗(yàn)全過(guò)程采土樣4次，第一次于2010年5月初翻地前，第二次于2010年10月中旬，割地后一個(gè)月，第三次為2011年5月中旬返青前，第四次于2011年10月中旬，收割后一個(gè)月。采用GPS，均勻布點(diǎn)60個(gè)。取30 cm深耕作層的混合土樣，4次重復(fù)取樣，共計(jì)采樣240個(gè)。土樣測(cè)試項(xiàng)目包括陰陽(yáng)離子、pH、總堿度、可溶性鹽總量、陽(yáng)離子交換總量（CEC）、交換性鈉離子、有機(jī)質(zhì)總量、氮、磷、鉀等。pH采用pH計(jì)測(cè)定（玻璃電極法）；有機(jī)質(zhì)總量采用重鉻酸鉀消化-亞鐵鹽容量滴定法；陽(yáng)離子交換總量采用EDTA-銨鹽浸提交換法；總氮采用H2SO4-K2SO4-CuSO4消化，凱式瓶蒸餾，鹽酸滴定法；水解氮的測(cè)定方法為向樣品中加入還原劑（Zn-FeSO4），在堿性溶液中用凱式瓶蒸餾，鹽酸滴定；總堿度、酚酞堿度（P）（pH>8.3）、甲基橙堿度（M）（8.3>pH>4.4）采用中和法測(cè)定；K+、Na+含量采用火焰分光光度法或原子吸收法；Ca2+、Mg2+含量采用絡(luò)合滴定（EDTA）法；Cl-含量采用AgNO3沉淀法或氯離子電極滴定法；SO42-含量采用Ba-Mg合劑（EDTA）滴定法；NO3-含量采用分光光度法。

1.3.2 植物樣品采集與測(cè)試 黃花草木樨植株樣品于2010年7月采自試驗(yàn)基地。在植株開(kāi)花前采集，隨即進(jìn)行處理，分為根、莖、葉3部分，制備成待測(cè)試的粉末狀樣品。種子測(cè)試樣品為2011年生產(chǎn)的種子。將種子脫外殼，去內(nèi)皮，加工成粉狀，分裝備用。將處理好的黃花草木樨根、莖、葉、子粒樣品分別進(jìn)行蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪酸等成分的檢測(cè)。蛋白質(zhì)用凱氏定氮法和高效氣相色譜法（LC20-AB）；氨基酸用氨基酸自動(dòng)分析儀法；脂肪酸用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、分子蒸餾儀（KDL-1）進(jìn)行分離檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿土改良效果

以往的資料指出，適宜種植黃花草木樨土壤的pH≤8.5[2，3]。本試驗(yàn)表明，在pH為8.5～9.5的鹽堿草地上也可種植黃花草木樨。當(dāng)然，pH越高，其改良效果越差。這一結(jié)果提高了黃花草木樨抗鹽堿的級(jí)別，擴(kuò)大了鹽堿土的治理范圍。

土壤改良試驗(yàn)結(jié)果（表1）發(fā)現(xiàn)，在改良前后土壤的化學(xué)成分發(fā)生了較大的變化。pH、堿化度與可溶性鹽總量均明顯下降，其下降率分別為7.92%、33.99%和23.07%，產(chǎn)生了明顯的脫鹽、脫堿效果。土壤有機(jī)質(zhì)總量及水解氮上升較明顯，其上升率分別為5.91%和11.93%，土壤有機(jī)營(yíng)養(yǎng)組分有了提高；但土壤總磷、速效鉀含量明顯下降，下降率分別為27.10%和35.95%。總體而言，黃花草木樨對(duì)改良鹽堿化土壤有顯著效果[7]。

2.2 黃花草木樨的蛋白質(zhì)含量

蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命細(xì)胞的基礎(chǔ)物質(zhì)，是維持人體生命活動(dòng)的重要成分，蛋白質(zhì)在整個(gè)生命過(guò)程中起著重要作用。動(dòng)物必須從飼料中不斷攝取蛋白質(zhì)等含氮化合物。因此，飼料中蛋白質(zhì)含量的高低對(duì)家畜的生長(zhǎng)發(fā)育，乃至動(dòng)物性產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量都具有十分重要的作用。飼料是發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)的基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)的含量決定了飼料的質(zhì)量。目前，中國(guó)蛋白質(zhì)飼料資源缺乏，制約了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[13-15]。

對(duì)俄羅斯黃花草木樨根、莖、葉、子粒中的粗蛋白質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定，其含量分別為13.19%、13.78%、28.69%和51.14%（圖1）。作為飼料的羊草和玉米，其粗蛋白質(zhì)含量較低，分別為11.30%、9.00%。由此可知，俄羅斯黃花草木樨的蛋白質(zhì)含量比較豐富，可以作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)牧草飼料開(kāi)發(fā)利用。

2.3 黃花草木樨蛋白質(zhì)等原料的田間產(chǎn)量

通過(guò)黃花草木樨的田間種植試驗(yàn)和蛋白質(zhì)成分的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，獲得了相關(guān)的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2。由表2可知，每噸黃花草木樨中的粗蛋白質(zhì)、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸與不飽和脂肪酸的含量分別為175.075、155.850、50.275、14.025 和4.900 kg。以試驗(yàn)基地每公頃土地可產(chǎn)鮮草8 000 kg 計(jì)，每公頃土地粗蛋白質(zhì)、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸與不飽和脂肪酸的原料產(chǎn)量分別為1 400.60、1 246.80、402.20、112.20 和39.20 kg。若采用中輕度鹽堿化土地種植黃花草木樨，上述成分原料產(chǎn)量可增加1倍，其開(kāi)發(fā)潛力較大。

2.4 當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食資源的開(kāi)發(fā)

松嫩平原約有鹽堿土342萬(wàn)hm2，占土地總面積的20%；其西南（吉林省西部）重鹽堿土占土地總面積的12.89%。鹽堿土分布廣泛，其利用價(jià)值很低[16]，許多已成為撂荒地。試驗(yàn)表明，通過(guò)對(duì)黃花草木樨-鹽堿土系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可獲得豐富的當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食資源。由表3可知，在1 hm2的鹽堿退化草地上種植黃花草木樨可獲得8 t牧草，其中粗蛋白質(zhì)含量1.400 6 t，并與玉米、大豆中的蛋白質(zhì)進(jìn)行當(dāng)量計(jì)算，以玉米為例，可獲得3.557 hm2的當(dāng)量農(nóng)田和15.562 t的當(dāng)量玉米；以大豆為例，可獲得1.786 hm2的當(dāng)量農(nóng)田和3.573 t的當(dāng)量大豆。以開(kāi)發(fā)1 hm2鹽堿地為基數(shù)，只要乘以設(shè)計(jì)系數(shù)，便可產(chǎn)生開(kāi)發(fā)計(jì)劃中的當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食資源，并獲得當(dāng)量作物的價(jià)值。其資源開(kāi)發(fā)效益巨大，前景廣闊。

3 討論

3.1 開(kāi)發(fā)生物-土壤系統(tǒng)當(dāng)量資源效應(yīng)的重要性

耕地資源危機(jī)是中國(guó)當(dāng)前的一個(gè)重大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)問(wèn)題，雖然中國(guó)幅員遼闊，但宜農(nóng)宜牧地不多。由于受到人為和自然因素的影響，耕地面積越來(lái)越少。1949-1989年，耕地減少了2.53億hm2，年均減少632萬(wàn)hm2[17，18]。2005年中國(guó)的耕地面積突破了18億hm2的底線，首次顯露了中國(guó)的耕地資源危機(jī)。鑒于此，于2009-2014年建立了生物-土壤改良與綜合開(kāi)發(fā)利用示范試驗(yàn)基地，計(jì)劃對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)和利用。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了有一些因素導(dǎo)致了某些結(jié)果，在它們之間構(gòu)成了一定的因果關(guān)系，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為效應(yīng)。效應(yīng)具有一定的表現(xiàn)形式，并能產(chǎn)生功能性作用（物質(zhì)的）或物質(zhì)性結(jié)果及環(huán)境社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。就本研究系統(tǒng)而言，已產(chǎn)生了多種效應(yīng)。本研究將著重討論鹽堿土改良與草谷增產(chǎn)效應(yīng)；草糧取代效應(yīng)與當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食資源開(kāi)發(fā)效應(yīng)。

3.2 改土增產(chǎn)效應(yīng)的產(chǎn)生

采用俄羅斯黃花草木樨改良鹽堿土，其化學(xué)成分、物理結(jié)構(gòu)和性狀都發(fā)生較大的變化。呈現(xiàn)了明顯的脫鹽、脫堿現(xiàn)象，鹽堿土的物理結(jié)構(gòu)和性狀有了明顯改善。從而提高了土地生產(chǎn)力，使農(nóng)田、草地生態(tài)系統(tǒng)得以恢復(fù)和重建。在改良后的土地上種植各類(lèi)谷物，均獲得了相對(duì)較好的收成，例如，高粱5 000 kg/hm2，玉米4 000 kg/hm2，豇豆900 kg/hm2，鮮草產(chǎn)量為 8 000～10 000 kg/hm2。使不宜農(nóng)的鹽堿退化草地的產(chǎn)量達(dá)到低產(chǎn)田的生產(chǎn)水平，從而產(chǎn)生了明顯的改土增產(chǎn)效應(yīng)。

3.3 開(kāi)發(fā)以草代糧效應(yīng)，節(jié)約飼用糧食

開(kāi)發(fā)黃花草木樨蛋白質(zhì)牧草飼料，推行以草代糧的生態(tài)工程措施，可減少飼用糧食，促進(jìn)糧食安全[14，19，20]。就蛋白質(zhì)而言，牧草或谷物都是蛋白質(zhì)的不同載體，它們經(jīng)動(dòng)物的過(guò)腹轉(zhuǎn)化形成動(dòng)物體內(nèi)的蛋白質(zhì)。因此，可選擇任何一種低蛋白質(zhì)飼料谷物進(jìn)行黃花草木樨牧草、谷物間蛋白質(zhì)的當(dāng)量換算，這是一種當(dāng)量計(jì)量方法和直觀的表現(xiàn)形式。不論是牧草，還是谷物，被家畜吸收的主要是蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分。黃花草木樨含有豐富的蛋白質(zhì)，而玉米等谷物蛋白質(zhì)含量相對(duì)較低。所以，以草代糧實(shí)際上是以牧草中含量較高的蛋白質(zhì)去代替谷物中含量較低的蛋白質(zhì)。由此，便產(chǎn)生了草糧取代的正效應(yīng)。若以草代糧，能達(dá)到全國(guó)家畜日糧的30%，每年將可節(jié)約飼料用糧0.72億t。這是一個(gè)比較容易達(dá)到的目標(biāo)。將家畜蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化方式由糧食蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化改變?yōu)橛赡敛莸鞍踪|(zhì)的轉(zhuǎn)化，這樣便產(chǎn)生了草糧取代效應(yīng)。

3.4 開(kāi)發(fā)當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食效應(yīng)的重要意義

在中重度鹽堿化土地上（pH 8.5～9.0）種植1 hm2黃花草木樨，可收獲黃花草木樨鮮草8 000 kg，其中粗蛋白質(zhì)含量為1 400.60 kg。黃花草木樨牧草（莖、葉）中和玉米中的蛋白質(zhì)含量分別為17.50%和9.00%[19]，為了獲得與牧草等量的蛋白質(zhì)，則需要生產(chǎn)15.562 t玉米，以大安市當(dāng)?shù)刂挟a(chǎn)田平均玉米產(chǎn)量4 375 kg/hm2計(jì)算，需要播種3.557 hm2的玉米，才能獲得與之等量的蛋白質(zhì)；同理，大豆中蛋白質(zhì)含量為39.20%[20，21]，為了獲得與牧草等量的蛋白質(zhì)，則需要生產(chǎn)3.573 t大豆。以當(dāng)?shù)刂挟a(chǎn)田大豆的平均產(chǎn)量2 000 kg/hm2計(jì)算，則需要播種1.786 hm2的大豆。將牧草中的蛋白質(zhì)與玉米中的蛋白質(zhì)進(jìn)行當(dāng)量換算，在鹽堿土中每播種1 hm2黃花草木樨，則相當(dāng)于增加了3.557 hm2的當(dāng)量玉米耕地和15.562 t當(dāng)量玉米。進(jìn)行牧草與大豆之間蛋白質(zhì)的當(dāng)量換算，則相當(dāng)于增加了1.786 hm2當(dāng)量的大豆耕地和3.572 t的當(dāng)量大豆。若開(kāi)發(fā)1萬(wàn)hm2的鹽堿地種植黃花草木樨，可生產(chǎn)14 006 t蛋白質(zhì)，即相當(dāng)于增加35 570 hm2的當(dāng)量玉米農(nóng)田、155 620 t當(dāng)量玉米，價(jià)值 19 919.46萬(wàn)元，或增加17 860 hm2的當(dāng)量大豆地、35 730 t當(dāng)量大豆，當(dāng)量作物價(jià)值14 077.46萬(wàn)元，從而產(chǎn)生了巨大的當(dāng)量農(nóng)田效應(yīng)、當(dāng)量糧食效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。

4 小結(jié)

俄羅斯斯列金1號(hào)黃花草木樨具有生命力強(qiáng)、繁殖率高、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)良的生理特性，具有抗風(fēng)沙、耐鹽堿、耐干旱、固氮肥田等功能。可以改良鹽堿土，提供蛋白質(zhì)牧草，開(kāi)發(fā)植物活性成分等。對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)植物生理活性成分產(chǎn)品等有重要作用。黃花草木樨適合在較惡劣的氣候、土壤環(huán)境中生長(zhǎng)。不與農(nóng)爭(zhēng)地、不與人爭(zhēng)糧，是一種很值得推薦的優(yōu)良牧草。更重要的是黃花草木樨-鹽堿土作為生物土壤系統(tǒng)有重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，尤其是當(dāng)量效應(yīng)。當(dāng)量效應(yīng)產(chǎn)生的關(guān)鍵在于俄羅斯黃花草木樨可用于改良鹽堿土，并生產(chǎn)較大的生物量；牧草中又含有豐富的蛋白質(zhì)，并可進(jìn)行草料取代，產(chǎn)生當(dāng)量農(nóng)田、當(dāng)量糧食效應(yīng)，進(jìn)而可促進(jìn)中國(guó)的糧食安全和鹽堿土資源的再生利用。

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