寧夏干旱區滴灌條件下燕麥與毛苕子的混播方式

王 斌，李滿有，李小云，曹立娟，沈笑天，蘭 劍，董 秀，郜軍榮

（1.寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2.蘭州大學草地農業科技學院，甘肅蘭州 730020；3.固原市原州區畜牧技術推廣服務中心，寧夏固原 756000）

為緩解寧夏干旱區草原禁牧封育以來草畜不平衡的矛盾，建植栽培草地是緩解這一矛盾的重要途徑。混播作為建植栽培草地的重要方式之一，其中豆科和禾本科牧草混播尤其受到重視[1]。豆科和禾本科牧草混播可依據其生物學和形態學特性，充分利用環境資源(養分、水分、光照和空間)來提高牧草產量[2]、營養價值[3]和群落穩定性[4]，降低雜草發生率[5]；也可以充分利用豆科牧草固氮作用來提高土壤肥力，改善土壤養分狀況和牧草的氮素吸收[6-7]。雖然豆禾混播草地表現出眾多優越性，但不同種類牧草在特定地區所表現的生態適應性和種間相容性存在較大差異，在生產實踐中由于混播方式不當或受資源環境的限制，往往會出現牧草產量低、營養品質下降的現象[8]。

近年來，針對豆禾混播方式的研究，學者們重點關注了同行混播與間行混播[9-11]，例如，王富強等[12]在西藏河谷區以箭筈豌豆(Vicia sativa)和黑麥(Secale cereale)為材料，開展同行、間行混播種植方式的研究，發現同行混播處理的產量總體優于間行混播處理。關正翾等[13]在對燕麥與箭筈豌豆不同混播方式的研究中，認為同行混播既能提高土壤肥力，還能收獲產量較高和品質較優的牧草。朱亞瓊等[14]為了闡明紅豆草(Oxytropis viciaefolia)與無芒雀麥(Bromus inermis)混播草地高效生產機制，以混播方式作為地下根系競爭環境的影響因素，發現間行混播可使牧草產量和無芒雀麥的根系生物量增加。祁軍等[15]選擇鴨茅(Dactylis glomerata)、無芒雀麥、梯牧草(Phleum pratense)、紅豆草和紅三葉(Trifolium pratense)建植同行與間行豆禾混播草地，發現間行混播提高了草地生產性能和牧草品質，增加了種間相容性。總之，適宜的混播方式能有效發揮混播草地的優勢和生產力。目前，針對燕麥與毛苕子的混播，主要集中在混播比例和混播密度對牧草營養品質[16-17]、牧草種間競爭關系[18-19]、牧草生態位[20-21]以及比根長分布格局[22-23]的影響研究，鮮見有燕麥與毛苕子混播方式的報道。因此，本研究通過分析寧夏干旱地區滴灌條件下燕麥與毛苕子同行、間行、交叉、條撒等混播方式對草地生產力、牧草品質和種間關系的影響，來探討適合該區域自然條件和栽培條件的混播技術和高效生產模式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏大學草業科學專業教學科研基地(107°26′16″E，37°46′26″N，海拔1 460 m)進行。該基地位于寧夏鹽池縣花馬池鎮四墩子村，屬典型大陸性季風氣候，年均降水量289.5 mm，且65%集中在6月至9月，年均蒸發量2 132.5 mm；干雨季分明，雨熱同季；年均氣溫7.7℃，1月平均氣溫?8℃，7 月平均氣溫24℃；年均無霜期164 d，年均大風日數21 d。土壤類型為黃綿土，pH 8.5，有機質含量53.45 g·kg?1，堿解氮含量29.75 mg·kg?1，速效鉀含量63.21 mg·kg?1，速效磷含量21.24 mg·kg?1。

1.2 試驗設計

試驗材料為“夢龍”燕麥(Avena sativa)和普通毛苕子(Vicia villosa)，均由北京百斯特草業有限公司提供。試驗采用單因素隨機區組設計，設6個處理，即燕麥與毛苕子同行混播(TH)、間行混播(JH)、交叉混播(JC)、條撒混播(TS)、燕麥單播(YD)和毛苕子單播(MD)，小區面積15 m2(3 m×5 m)，3次重復，共18個小區。小區間隔1 m，四周設1 m 保護行。2019年5月1日進行翻耕、耙耱、平整、開溝播種，燕麥、毛苕子理論播種量分別為120.00和57.00 kg·hm?2，行距30 cm，播深3～4 cm。

試驗地采用地面滴灌，滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm。生長季灌水4次(5月2日、5月28日、6月17日和7月11日)，每次灌水60 mm；拔節期施尿素(總氮≥ 46%) 150 kg·hm?2、磷酸二銨(P2O5≥ 46%)120 kg·hm?2，人工除草兩次。

1.3 測定指標與方法

株高：隨機在每個小區選取20株燕麥和20株毛苕子，測量并記錄灌漿期燕麥和開花末期毛苕子的自然高度。

分蘗(枝)數：每個小區內隨機選取9個0.6 m×0.6 m 的樣方測定并記錄禾本科牧草分蘗數和豆科牧草枝條數。

生物量：在毛苕子開花期采樣，在各小區隨機選取6個0.6 m×0.6 m 的樣方刈割，留茬高度為5 cm，收獲后將混播毛苕子、燕麥分開稱量鮮草重量，于烘箱中105℃殺青30 min，65℃烘干至48 h后冷卻，稱量干重。

相對產量總和(relative yield total，RYT)可表明混播牧草之間的種間關系[24]：

式中：Ymn為種m 與種n 混播時種m 的產量；Ym為種m 單播時的產量；Ynm為種m 與種n 混播時種n 的產量；Yn為種n 單播時的產量。RYT> 1時表示兩物種占有不同生態位，表現為共生；RYT<1時表示兩物種為相互競爭關系；RYT= 1時表示兩物種利用共同的資源。

1.4 營養成分測定

在燕麥灌漿期(毛苕子開花末期)，從各小區隨機取500 g 混合牧草樣品，剪成4～5 cm 長，于烘箱中105℃下殺青30 min 左右，65℃烘干48 h 至恒重。將烘干牧草樣粉碎，過0.45 mm 篩。根據《飼料分析及飼料質量檢測技術》[25]測定粗灰分(crude ash,CA)、粗蛋白(crude protein,CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量。計算飼料相對飼喂價值(relative feed value,RFV)，公式為RFV= (88.9?0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29[26]。

1.5 統計分析

采用Excel 2013軟件整理數據，利用SPSS Statistics 22.0軟件進行方差分析，多重比較，用Origin 2018作圖，并用SAS 9.4軟件進行主成分分析(principal component analysis，PCA)。

2 結果分析

2.1 不同混播方式對牧草株高與分蘗(枝)數的影響

混播方式對燕麥和毛苕子株高有顯著影響(P<0.05)(圖1)。在條撒混播(TS)、同行混播(TH)和燕麥單播(YD)處理下，燕麥的株高均低于間行混播(JH)和交叉混播(JC)，其中JH 處理下燕麥的株高最高，達到103.07 cm，比燕麥單播(YD)提高了20.79%；在毛苕 子單播(MD)處理下，毛苕子的株高最高，為87.45 cm，顯著高于TH、JH 和TS(P<0.05)。混播方式對燕麥和毛苕子分蘗(枝)數有顯著影響(P<0.05)。在JH處理下，燕麥的分蘗數最大，為1 160.78株·m?2，顯著高于TH、JC、TS和YD(P<0.05)；不同處理間的毛苕子分枝數均有顯著差異(P<0.05)，MD處理的毛苕子分枝數最大，為673.24株·m?2。

圖1 不同混播方式牧草株高與分蘗(枝)數的比較Figure 1 Comparison of forageheight and density using different mixed sowing methods

2.2 不同混播方式處理的牧草種間關系

TH、JH、JC和TS處理相對產量總和(RYT)分別為1.24、1.64、1.37和1.33(圖2)，都大于1，且顯著高于燕麥和毛苕子單播(P<0.05)。說明TH、JH、JC、TS種間具有一定生態位分化，有效發揮了燕麥和毛苕子對資源利用的種間互補效應。

圖2 不同混播方式牧草種間關系的比較Figure 2 Comparison of the relationships between forage species using different mixed sowing methods

2.3 不同混播方式對牧草產量的影響

不同混播方式對燕麥和毛苕子牧草產量有顯著影響(P<0.05)(表1)。在JH處理下燕麥的鮮草和干草產量均最高，分別為24 142.21和7 951.64 kg·hm?2，分 別 較YD提 高了21.79%和7.34%。在MD處理下毛苕子的鮮草和干草產量均顯著高于其他處理，分別為27 516.55和7 546.67 kg·hm?2。在JH 處理下鮮草總產量和干草總產量均達到最高，分別為34 290.24和11 164.47 kg·hm?2。

表1 不同混播方式牧草產量的比較Table 1 Comparison of the forage yield obtained using different mixed sowing methods kg·hm?2

2.4 不同混播方式對牧草營養成分的影響

JH處理的粗灰分含量最高，除TH處理外，顯著高于其他處理(P<0.05)；TH、JC、TS和YD處理間粗灰分含量無顯著差異(P>0.05)(表2)。燕麥與毛苕子各混播處理(JH 處理除外)的粗蛋白和粗脂肪含量都顯著低于毛苕子單播的粗蛋白和粗脂肪含量(P<0.05)，高于燕麥單播的粗蛋白和粗脂肪含量。TH、JC、TS處理的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均顯著高于毛苕子單播(P<0.05)，低于燕麥單播；JH 處理的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量與毛苕子單播的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量無顯著差異(P>0.05)。毛苕子單播的牧草相對飼喂價值最高，為133.04；JH 處理的牧草相對飼喂價值為124.38，顯著高于TH、JC、TS和YD處理(P< 0.05)。

表2 不同混播方式牧草營養成分的比較Table 2 Comparison of the nutrient composition of forage obtained with different mixed sowing methods

2.5 不同混播方式牧草主要性狀的PCA 分析

對不同混播處理進行PCA 綜合評價時，不能只考慮某一個或幾個指標的優劣，而應該科學、綜合地評價其所有指標。因此，對分蘗(枝)數(X1)、干草產量(X2)、粗灰分含量(X3)、粗蛋白含量(X4)、粗脂肪含量(X5)、中性洗滌纖維含量(X6)、酸性洗滌纖維含量(X7)、相對飼喂價值(X8)進行PCA 分析，結果表明，遵循特征值大于1的原則(表3)，可提取兩個主成分，貢獻率分別為60.682%和31.441%，二者解釋了總體信息的92.123%。

表3 各主成分特征值和貢獻率Table 3 The eigenvalues and proportional contribution of principal components

主成分對應的特征向量和載荷矩陣如表4所列，主成分1主要綜合了粗蛋白含量(X4)、相對飼喂價值(X8)、粗脂肪含量(X5)、中性洗滌纖維含量(X6)，其載荷值較大，權重系數分別為0.990、0.990、0.980和0.966，可稱為營養因子。主成分2主要綜合了干草產量(X2)、分蘗(枝)數(X1)其載荷值較大，權重系數分別為0.946和0.927，可稱為產量因子。通過主成分1和主成分2的特征向量矩陣，得出各主成分綜合得分線性方程，以各主成分對應的方差相對貢獻率作為權重建立綜合評價模型：

表4 主成分對應的特征向量和載荷矩陣Table 4 Theeigenvectorsand load matricesof the principal components

通過以上綜合評價模型計算各處理得分并進行排名。主成分1和主成分2中，排名靠前的均是JH、MD、JC，它們的干草產量和粗蛋白含量較高，中性洗滌纖維含量較低。不同混播方式綜合排名為JH >MD>JC> TH> TS> YD(表5)。

表5 不同混播方式綜合排名Table 5 Comprehensive ranking of different mixed broadcasting methods

3 討論

不同混播方式可以改變牧草的株叢密度、同種牧草之間的距離以及鄰株的大小，同時，也限制了植株可利用的水、肥、氣、熱、光、空間等環境因子[27]。種內和種間競爭影響了燕麥與毛苕子的株高和密度。江舟等[28]在燕麥與金花菜(Medicago hispida)的混播方式研究中表明，間行混播的燕麥株高顯著高于單播燕麥；陳恭等[29]在燕麥與箭筈豌豆的混播研究中發現，間行混播對燕麥的生長有促進作用，株高增長明顯，但對箭筈豌豆的生長有抑制作用；茍蓉等[30]研究了燕麥與箭筈豌豆的混播方式，發現撒播的燕麥株高顯著高于間播。本研究結果表明，間行混播方式下的燕麥株高顯著高于單播及其他混播方式，這與江舟等[28]和陳恭等[29]的研究結果一致，與茍蓉等[30]的研究結果相反，造成這一現象的原因可能是豆禾混播的行距不同引起的。分蘗(枝)數是決定牧草產量的第一因子[31]。在本研究中4 種混播方式的分蘗(枝)數均高于單播，主要由于豆禾混播可增加禾草的根長和根表面積，促進了燕麥對氮素的吸收和毛苕子的根瘤固氮，提高了土壤養分轉化效率，使得牧草分蘗/分枝出更多的枝條。

豆科與禾本科牧草混播可依據其生物學和形態學特性，高效地利用有限的環境資源，提高混播草地生產性能[32]。本研究表明，在燕麥與毛苕子的混播體系中，牧草高低相間，與燕麥和毛苕子單播的單一群體相比，混播改變了光在群體中的分配特點，促進了牧草對環境資源吸收[33]；同時，豆禾混播牧草之間存在對水分、養分等的競爭，最終均通過牧草生產力等指標表現出來[34]。結合不同混播方式的牧草產量來看，間行混播處理的牧草產量總體優于其他混播方式，與前人研究結果相似[35]。這主要是因為在同行、交叉以及撒播混播時，燕麥與毛苕子生長在一起，增加了其葉片對光資源的競爭，尤其是燕麥抽穗后，其上部的葉片對下部的毛苕子葉片形成遮陰，造成了毛苕子的光合作用面積減小，導致植株單位面積產量下降；而間行混播模式下，有足夠的空間供燕麥與毛苕子的葉片生長，毛苕子對光資源的競爭就沒有其他方式混播那么激烈，故而植株單位面積產量提高。同時，毛苕子通過共生固氮作用所固定的氮元素可提供給相鄰燕麥吸收利用[36]，促進了燕麥的生長從而提高產量。但也有學者[12]研究表明，同行混播優于間行混播，這主要是由于在不同混播方式中牧草播種量又有不同的搭配比例。另外，不同地區的氣候條件存在差異，建植混播相同牧草也會有不同的結果[37-38]。

豆禾混播相比于單播更能體現出利于增產的種間關系，與前人研究結果吻合[15,35]。本研究表明毛苕子在不同混播方式下處于競爭劣勢，燕麥則處于競爭優勢，這與豆禾混播體系中禾本科處于競爭優勢的觀點一致[39]。在本研究中，兩種混播牧草相對產量總和均大于1，其中，間行混播最優，說明燕麥與毛苕子均具有明顯的生態位分化，有效發揮了牧草對資源利用的種間互補效應。

豆禾混播比禾本科單播的牧草營養品質有一定程度的改善[40-41]。從本研究結果來看，毛苕子的粗蛋白、粗脂肪含量顯著高于燕麥，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量低于燕麥，所以混合牧草的營養品質總體高于燕麥低于毛苕子。謝開云等[42]研究得出，混播草地的粗蛋白含量主要取決于豆科牧草的干物質產量。Javanmard 等[43]認為，豆禾牧草間行混播可提高氮素利用率，從而增加牧草的粗蛋白含量。本研究發現，間行混播草地牧草品質優于其他混播方式，主要是因為間行混播的毛苕子干物質產量顯著高于其他混播方式，進而提高了牧草品質。也有學者[37,42]認為，在混播草地中，牧草營養價值的高低主要取決于建植混播草地的牧草種類及其所占的比例，然而本研究主要是研究不同混播方式對營養價值的影響，針對不同混播模式中燕麥與毛苕子的比例如何影響牧草的營養價值，還需要做進一步研究。

4 結論

燕麥與毛苕子4種混播方式提高了牧草產量，改善了牧草品質，增強了草地種間相容性。相比單播，混播牧草相對產量總和均大于1，表現出利于增產的種間關系。燕麥和毛苕子具有一定的生態位分化，有利于對環境資源的充分利用，其中間行混播尤為明顯。此外，間行混播牧草產量最高，達11 164.47 kg·hm?2，牧草相對飼喂價值為124.38，僅低于毛苕子單播，顯著高于燕麥單播以及同行、間行、交叉、條撒混播。通過對不同混播方式綜合分析，燕麥與毛苕子間行混播草地生產性能和牧草品質最好，適宜在寧夏干旱地區滴灌條件下推廣應用。