冀西北地區(qū)錯期交叉混播對第3年草地生產(chǎn)力的影響

李 軍， 杜俊穎， 楊 莉， 宋連昭， 李鑫洋， 薛祝林， 劉貴河*

(1. 河北北方學(xué)院， 河北 張家口 075000； 2. 張家口市草原監(jiān)理站， 河北 張家口 075000)

冀西北壩上地區(qū)屬于典型的北方農(nóng)牧交錯帶[1]，該地區(qū)是我國華北地區(qū)重要的生態(tài)屏障，是維護(hù)京津地區(qū)生態(tài)安全，促進(jìn)區(qū)域發(fā)展的重要水源涵養(yǎng)功能區(qū)[2-3]，對首都經(jīng)濟(jì)圈具有非常重要的意義[4]。近年來，由于自然及人為因素的影響，當(dāng)?shù)赝寥郎郴c堿化日趨嚴(yán)重，草原生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞[5]，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展[6]。而混播草地建植可以有效恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、重建生態(tài)系統(tǒng)，并為畜牧業(yè)提供足夠的優(yōu)良牧草，能夠?qū)崿F(xiàn)草牧的良性循環(huán)[7-9]，對生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要支撐作用。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)是世界上栽培面積最廣、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的多年生豆科牧草[10]，常作為建植人工草地的首選草種[11]。無芒雀麥(Bromusinermis)被譽(yù)為“禾草飼料之王”[12]，垂穗披堿草(Elymusnutans)根系發(fā)達(dá)，二者具有耐旱、耐寒、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是退耕還草、生態(tài)恢復(fù)的主要禾本科牧草[13-14]。紫花苜蓿與禾草混播時，禾草的競爭力呈逐漸減弱趨勢，而紫花苜蓿會隨著混播年限的延長擴(kuò)大種群，占據(jù)更多的資源與生存空間[15-16]。因此，延長豆禾混播草地的使用年限，并使其獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的關(guān)鍵是根據(jù)不同牧草的生物學(xué)特性確定其播量及播期，降低紫花苜蓿與禾草的種間競爭，以增大混播群落的協(xié)調(diào)性[17-18]。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，常因混播方式或播種期不當(dāng)而使牧草種間相容性降低，加劇不同物種間對各種資源的競爭進(jìn)而導(dǎo)致生長不良[19]。

國內(nèi)對豆禾混播的相關(guān)研究主要集中在混播對草地的提質(zhì)增產(chǎn)效應(yīng)、混播組合與混播比例上[20-23]，而豆禾不同播期及交叉混播方式對草地生產(chǎn)力影響的研究卻少有報道[24]，持續(xù)研究未見報道。因此本試驗(yàn)以冀西北壩上地區(qū)豆禾牧草不同時期交叉混播第3年的混播群落為研究對象，探究在禾草行間分期播種紫花苜蓿對草地生產(chǎn)力的影響，為該地區(qū)建立高產(chǎn)、穩(wěn)定的多年生人工草地提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選擇在國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系張家口綜合試驗(yàn)站，地處41°10′ N，114°00′ E，平均海拔1 400 m左右。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.5℃，年降雨量396 mm，且多集中在7，8，9月，雨量占全年的70%，無霜期110 d，全年日照時數(shù)平均2 931.7 h。土壤為砂壤土，土壤表層有機(jī)質(zhì)25.4 g·kg-1，堿解氮121.25 mg·kg-1，速效磷6.33 mg·kg-1，速效鉀125.38 mg·kg-1，pH值為8.03[24]。

1.2 試驗(yàn)材料及來源

豆科牧草選用黑龍江省農(nóng)科院提供的‘龍牧801’紫花苜蓿(凈度>95%，發(fā)芽率>94%)，禾本科牧草選擇由北京正道生態(tài)科技有限公司提供的無芒雀麥、垂穗披堿草(凈度>98%，發(fā)芽率>75%)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，使用播種機(jī)分別播種無芒雀麥(W)與垂穗披堿草(P)，后垂直于禾草播種行人工開溝分期播種紫花苜蓿(M)，以15 d為一個播期，設(shè)6個播期：0 d，15 d，30 d，45 d，60 d，75 d，分別以無芒雀麥單播、垂穗披堿草單播為對照。小區(qū)面積3 m×13 m，行距30 cm，播種深度3～5 cm，3次重復(fù)。各小區(qū)豆禾比3∶7，具體播量見表1，其中紫花苜蓿單播播量為18 kg·hm-2，無芒雀麥單播播量為 45 kg·hm-2，垂穗披堿草單播播量為60 kg·hm-2。試驗(yàn)樣地建植于2019年5月25日，前茬作物為燕麥，試驗(yàn)期間未進(jìn)行灌溉和施肥，每年人工除雜草2次，建植當(dāng)年刈割1次，2020—2021年每年刈割2次。

表1 混播播量Table 1 Seeding rate

1.4 測定項目與方法

1.4.1牧草產(chǎn)量測定 禾草抽穗期進(jìn)行刈割,刈割前選用1 m×1 m樣方進(jìn)行測產(chǎn)，每個小區(qū)測定3次。留茬高度5 cm，稱量鮮重并置于105℃烘箱中殺青30 min，后于65℃下烘干至恒重，計算其干物質(zhì)產(chǎn)量。

1.4.2牧草品質(zhì)測定 每個小區(qū)取混合烘干草樣100 g,粉碎過篩后送于烏蘭察布市易馬農(nóng)牧科技有限公司進(jìn)行粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Crude fat，CF)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)等品質(zhì)指標(biāo)的測定。相對飼喂價值(Relative feeding value，RFV)：(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29[25]；相對飼草品質(zhì)(Relative feeding quality，RFQ)：1.949 9RFV-67.038(R2=0.755 2)[26]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過Excel軟件處理，用SPSS26.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 交叉混播對牧草產(chǎn)量的影響

混播第3年，MW-0第1茬達(dá)6 493.15 kg·hm-2，MW-30第2茬牧草產(chǎn)量達(dá)4 278.36 kg·hm-2，分別較同茬無芒雀麥提高了102.05%，9.35%，且顯著高于同茬其他處理；其中MW-0，30，45之間年干草產(chǎn)量無顯著差異，但顯著高于MW其他處理。MP-15年干草產(chǎn)量最高，較單播披堿草提高了171.95%，且顯著高于其他處理，MP-0第1茬、MP-45第2茬牧草產(chǎn)量顯著高于除MP-15外的其他處理(圖1)。

圖1 不同播期交叉混播對第3年干草產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of cross sowing at different sowing days on hay yield in the third year注：圖中不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Note：Different letters in the figure indicate significant differences at the 0.05 level

2.2 交叉混播對牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響

如表2所示，混播第3年，第1茬牧草中，MW-0,15,30處理粗蛋白(CP)、粗脂肪(CF)含量均無顯著差異且顯著高于同茬MW-75，其酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)含量顯著低于同茬MW-60,75與對照；第2茬牧草中，MW-0處理CP含量最高且顯著高于同茬MW-60處理，MW-15處理粗脂肪含量最高，較CK顯著提高了20.00%，而MW-0，15，30，60處理NDF含量無顯著差異且顯著低于同茬MW-75與對照，各處理間ADF含量無顯著差異。

表2 MW不同播期交叉混播對第3年牧草品質(zhì)的影響/%Table 2 Effect of M and W cross sowing at different sowing days on forage quality in the third year/%

此外，第1茬牧草收獲時，MP-0，MP-30處理CP含量較高且顯著高于MP-15，45，60處理及對照，其ADF含量顯著低于MP-60,75處理，MP-0，15，30處理NDF含量顯著低于其他處理，而除MP-60外的各處理間CF含量無顯著差異；第2茬牧草中，MP-0，15處理CP含量較高，與MP-30，45間無顯著差異但顯著高于MP-60，75與對照，MP-15處理CF含量最高且顯著高于除MP-0外的其他處理，MP-15，MP-30處理ADF、NDF含量較低且顯著低于MP-60，75與對照，但與MP-0，45間差異不顯著(表3)。

表3 MP不同播期交叉混播對第3年牧草品質(zhì)的影響Table 3 Effect of M and P cross sowing at different sowing days on forage quality in the third year

2.3 交叉混播對牧草綜合品質(zhì)的影響

研究結(jié)果表明，MW-0，15，30第1茬牧草相對飼喂價值(RFV)與相對牧草品質(zhì)(RFQ)較高且顯著高于同茬其他處理及對照；其第2茬牧草RFQ顯著高于同茬其他處理，而RFV顯著高于同茬MW-75，但與MW-45，60間無顯著差異。MP組合中，MP-0第1茬牧草RFV最高且顯著高于同茬其他處理，較CK提高了24.61%，RFQ顯著高于除MP-30外的其他處理及對照；MP-15，30處理第2茬牧草RFV、RFQ均較高且顯著高于同茬MP-60，75及對照(表4)。

表4 不同播期交叉混播對牧草綜合品質(zhì)的影響Table 4 Effect of cross sowing at different sowing days on forage overall quality in the third year

3 討論

3.1 不同播期對牧草產(chǎn)量的影響

混播較單播而言可以顯著提升草地生物量[27-28]，主要原因在于不同牧草的莖、葉在空間上的分布更合理，可以有效接受光輻射，制造更多的有機(jī)物質(zhì)[29]。豆禾混播草地不同物種間會產(chǎn)生種間競爭，且二者的競爭強(qiáng)度存在顯著差異[30]，為了促進(jìn)牧草生長，可以適當(dāng)降低優(yōu)勢牧草的競爭力[31]，以維持混播群落豆禾牧草間的平衡。混播草地的種間競爭呈階段性，在豆禾混播草地出苗期，混播草地的種間競爭更為激烈[32]；豆禾混播草地優(yōu)勢之一是豆科牧草的固氮效應(yīng)，但豆科牧草向相鄰植物轉(zhuǎn)移氮素的數(shù)量因物種、距離等因子而異[33]，因此，適宜的物種搭配可以降低物種競爭[34]。混播第3年，不同物種生態(tài)位分化完全，對各種資源的分配更加合理，草地群落穩(wěn)定性與種間相容性有所提高[19]，可以最大程度的發(fā)揮混播優(yōu)勢。謝開云[35]和徐炳成[36]等研究表明，在紫花苜蓿與禾草混播群體中，紫花苜蓿具有更顯著的競爭優(yōu)勢。本研究中，紫花苜蓿與無芒雀麥、垂穗披堿草交叉混播第3年，同期播種的紫花苜蓿較禾草返青早，是混播草地中的優(yōu)勢草種，結(jié)果與前人類似。蔣美艷等[37]在研究中發(fā)現(xiàn)，混播綠肥的生物量會隨播種期延遲而降低；姚澤英[23]發(fā)現(xiàn)，在建植當(dāng)年，垂穗披堿草播后一月內(nèi)播種紫花苜蓿產(chǎn)量最高。本研究中紫花苜蓿與無芒雀麥同期交叉混播年干草產(chǎn)量最高，在垂穗披堿草播后15 d交叉播種紫花苜蓿較其他處理具有顯著優(yōu)勢，與建植當(dāng)年結(jié)果相似；而在禾草播種60 d,75 d后交叉混播紫花苜蓿，干草產(chǎn)量明顯降低。這主要是由于牧草的產(chǎn)量峰值會隨播期變化[38]，在禾草抽穗期刈割，延后播種的紫花苜蓿尚未達(dá)到其產(chǎn)量峰值。而且隨著播期的延遲，紫花苜蓿越冬率下降，進(jìn)而影響生物量[39]，尤其在經(jīng)歷兩次越冬后，播期較早的混播群落優(yōu)勢更為顯著。由此可見，根據(jù)不同草種各自的生物學(xué)特性確定其播種時間，對維持混播群落高產(chǎn)及穩(wěn)定是至關(guān)重要的。

3.2 不同播期對牧草品質(zhì)的影響

CP和CF、ADF與NDF是評價牧草品質(zhì)的重要指標(biāo)[40]，其中ADF、NDF直接影響牧草消化率及適口性[41]。紫花苜蓿含有較高的蛋白質(zhì)，而禾本科牧草含有較高的碳水化合物，二者混播不僅可以顯著提高牧草營養(yǎng)品質(zhì)[17]，而且可以能夠盡快覆蓋地表，有效抑制雜草萌發(fā)與生長[42]。本研究表明，混播第3年，紫花苜蓿在禾草播后0～30 d與其交叉混播可以顯著提升牧草CP及CF含量，并且顯著降低牧草ADF與NDF含量；而在禾草播后60～75 d交叉混播牧草CP、CF含量與單播禾草間無顯著差異。混播草地牧草品質(zhì)與豆禾比例有關(guān)[43]，在混播草地中適當(dāng)提高紫花苜蓿的比例有利于提高牧草品質(zhì)[44]。但是隨著播期的延遲，紫花苜蓿的越冬率也隨之下降[39]。一方面，在本研究中，在禾草播后60～75 d播種的紫花苜蓿，不利于紫花苜蓿地上部與地下部生物量的積累[45]，尤其是本試驗(yàn)地經(jīng)歷2次越冬，在這一過程中，對紫花苜蓿造成損耗；另一方面，建植當(dāng)年，播期過晚的紫花苜蓿在捕獲資源的過程中不再具備強(qiáng)競爭力，產(chǎn)量所占比例變小，在禾草播后60～75 d播種紫花苜蓿的處理較同天播種的處理相對牧草品質(zhì)降低了23.93%～40.35%[46]。因而紫花苜蓿播期較晚的處理營養(yǎng)品質(zhì)顯著低于0～30 d內(nèi)播種的處理。由此可見，在生產(chǎn)實(shí)踐中牧草的播種時期會對牧草品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響[38]，掌握適宜的播種時期是有效調(diào)整不同牧草種間相容性，提高草地質(zhì)量的有效途徑。

4 結(jié)論

紫花苜蓿在無芒雀麥、垂穗披堿草播后30 d內(nèi)與其交叉播種可以顯著提高第3年草地產(chǎn)草量及牧草品質(zhì)；而在禾草播種30 d后播紫花苜蓿，與單播禾草間無顯著差異。綜上所述，在冀西北壩上地區(qū)建植豆禾混播草地時，可于禾草播后一月內(nèi)交叉播種紫花苜蓿。