成都平原青貯玉米間作拉巴豆對混合飼草產量及品質的影響

董志曉，何潤濠，況鑒洋，聶 聰，楊 建，茍文龍，馬 嘯

（1.四川農業大學草業科技學院，四川 成都 611130；2.四川省草原科學研究院，四川成都 611730）

牧草是畜牧業發展的物質基礎，加快牧草產業的發展，能夠有效減輕飼料對糧食安全的壓力[1]。隨著“糧改飼”和“農業供給側結構性的改革”政策的實施，種植業由“糧–經–飼”的三元種植結構逐步向“糧–經–飼–草”的四元種植結構轉變，使我國草牧業得以迅速發展[2]。但用于種植飼草的可利用土地有限，因此發展高效、優質的飼草種植模式是促進畜牧業現代化發展的有效保證。禾–豆混播是生產優質牧草的主要方式之一[3]，與單播相比可以充分利用農田空間及環境資源，豆科作物還可以為禾本科作物提供氮素，并且能夠提高土壤肥力。前人通過研究青貯玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)間作模式對青貯玉米產量、品質及土壤微生物群落影響的結果表明，混合飼草的產量、粗蛋白、淀粉含量較單播明顯增加，并使玉米根系土壤中有益真菌含量增加，促進玉米的生長[4]。

玉米具有營養豐富、非結構性碳水化合物和干物質含量高、木質素含量低等優點，與其他青貯飼料相比具有較高的能量和消化率，享有“飼料之王”的美譽[5]。拉巴豆(Dolichos lablab)為一年生或越年生豆科草本植物，其具有耐陰性好、抗逆性強、適應性廣等特點，主要與玉米、高粱(Sorghum bicolor)等作物進行混播作為青貯飼料或作為青干草進行利用[6]。并且拉巴豆根系的根瘤菌具有固氮的作用，能夠為其他植物提供氮素[7]，即能使兩作物相互促進生長，又能夠對土壤結構進行改良。玉米含有較多的碳水化合物，但其蛋白含量較低，而豆科牧草雖然蛋白含量高，但產量和含糖量較低，二者結合可以取長補短[8]。

成都平原地區畜牧產業帶是四川省四大優勢畜牧業產業帶之一，對優質牧草有較大的需求，因此在有限的土地上生產出更多的優質飼草料為成都平原畜牧業發展的保證[9]。關于玉米和拉巴豆混播對飼草產量和青貯品質的研究多見于甘肅[10]、新疆、貴州[11]和四川涼山[12]等地。而在成都平原地區玉米間作不同密度的拉巴豆對混合飼草產量及品質影響的研究還尚未見報道。因此，本研究根據玉米和拉巴豆的生物學特性及生長發育規律，采用單因素完全隨機區組設計，探究玉米與拉巴豆間作的最佳比例及其對混合飼草產量及品質的影響，以期為成都平原地區栽培高產、優質的玉米混合飼草提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地處四川省成都市崇州地區的四川農業大學現代研發基地草學試驗田(103°07′E，30°30′N)，海拔高度為509 m，氣候為亞熱帶濕潤季風氣候。全年平均溫度為16.1℃，年平均降水量1 021.3 mm，土壤pH為6.4。土壤有機質含量13.56 g·kg?1，有效磷(P2O5)含量9.6 mg·kg?1，全氮(N)含量2.15 g·kg?1，有效鉀(K2O)含量79 mg·kg?1。

1.2 試驗材料

玉米‘德美亞一號’(‘Demeiya No.1’)由黑龍江墾豐種業有限公司提供，拉巴豆‘潤高’(‘Rungao’)由四川沙打旺園林綠化有限公司提供。

1.3 試驗設計

本研究采用單因素完全隨機區組設計，設置不同 播 量(T1：45 000株·hm?2；T2：67 500株·hm?2；T3：90 000株·hm?2；T4：112 500株·hm?2；T5：135 000株·hm?2)的拉巴豆和玉米(T0：52 500株·hm?2)進行間作，并以單播玉米(T0：52 500株·hm?2)為對照，共設置6個處理，每個處理設置3次重復。小區面積為24 m2(4 m× 6 m)，小區間隔0.5 m，隨機排列。播種方式為條播，玉米行距60 cm，株距30 cm，每行20株，拉巴豆按照T1、T2、T3、T4、T5的播量均勻地條播在兩行玉米中間。試驗于2020年6月8日播種，2020年9月5日收割。播種前施入有機肥6000 kg·hm?2，在玉米拔節期施入尿素300 kg·hm?2，其他管理措施與其他作物相同。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 農藝性狀測定

在玉米籽粒的乳熟末期，每個試驗小區隨機選取10株玉米對其株高、葉片數、葉長(從地表起第7節)、葉寬(從地表起第7節)、莖粗(從地表起第3節)等指標進行測定。

1.4.2 產量測定

在玉米乳熟末期，用感量小于0.01 kg 的秤將該試驗小區的全部鮮草進行稱重。在每個試驗小區中隨機選取5株分裝，在實驗室中進行莖葉分離后稱重，并于105℃高溫殺青30 min，65℃烘至恒重。做好數據記錄用于鮮干比和莖葉比的計算。

1.4.3 營養成分的測定

將測量干鮮比所取樣用FOSSCT410旋風式樣品粉碎機進行粉碎，樣品過2 mm 篩。采用近紅外分析儀，選擇相應的分析模型對待測樣品進行數據的測定[13]。測定的營養成分主要包括粗蛋白(crude protein,CP)含量、粗脂肪(ether extract,EE)含量、粗灰分(crude ash,Ash)含量、總可消化養分(total digestible nutrients,TDN)含量、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)含量、干物質體外消化率(in vitro dry matter digestion,IVDMD)、相對牧草質量(relative forage quality,RFQ)、相對飼喂價值(relative feeding value,RFV)和非纖維性碳水化合物(nonfibrous carbohydrate, NFC)含量等指標，各營養成分單位的表示方法均為質量分數(%)。

1.5 數據處理與統計分析

所有試驗數據用Excel 2010進行整理，在Data Processing System(DPS)系統中用隨機區組單因素Duncan 新復極差法對混合飼草的鮮干草產量、玉米的農藝性狀、混合飼草的營養成分、經濟效益等指標進行方差顯著性分析，用GraphPad Prism 5進行繪圖。采用模糊數學中隸屬函數法對玉米間作不同播量拉巴豆處理的干草產量和營養成分進行綜合評價。求出6個不同處理的鮮草產量和營養成分在間作不同播量拉巴豆處理下的平均隸屬值[14]：

式中：x為每個特征數值，xmax為最大特征數值，xmin為最小特征數值。當測定指標為負向指標時，應采用反隸屬函數，即公式(2)。

2 結果與分析

2.1 間作不同播量拉巴豆對混合飼草產量的影響

不同處理下混合飼草鮮草產量介于44 942.46～63 711.86 kg·hm?2(圖1)，其中T4處理的鮮草產量顯著高于其他處理(P<0.05)；T0處理的鮮草產量最低，僅為T4處理的70.54%。混合飼草的干草產量介于10 753.49～17 047.35 kg·hm?2，T4處理的干草產量最高，為17 047.35 kg·hm?2，較T0處理增產58.53%，除T1外，其他處理較單播處理增產顯著(P<0.05)。

圖1 間作不同播量拉巴豆處理的混合飼草產量Figure 1 Yield of mixed forage grass treated with Dolichos lablab at different sowing ratesin intercropping

2.2 間作不同播量拉巴豆對玉米農藝性狀的影響

6個處理中單播玉米(T0)處理的株高最高，顯著高于T2、T3、T4、T5處理(P<0.05)；莖粗最大的也為T0處理，且T0處理的莖粗顯著高于T2、T3、T4、T5處理(P<0.05)，T5處理的莖粗最小，僅為T0處理的85.82% (表1)。6個處理中玉米單株葉片數為10.11～11.33片，T5處理的葉片數最少，較T0處理減少10.77%，二者之間差異顯著(P<0.05)；T4處理的葉長最長，較T0處理顯著增加7.55%(P<0.05)。各處理混合飼草的干鮮比為0.24～0.28，其中T5處理的飼草干鮮比值顯著高于T0處理(P< 0.05)；莖葉比值隨拉巴豆播量的增加呈下降趨勢，T0處理的莖葉比顯著高于T5處理(P< 0.05)。

表1 間作不同播量拉巴豆處理下玉米的農藝性狀Table 1 Agronomic traits of corn treated by intercropping with Dolichos lablab at different sowing rates

2.3 間作不同播量拉巴豆對混合飼草的營養成分的影響

不同處理下混合飼草的各營養成分含量不同(表2)。T5處理的混合飼草粗蛋白含量最高，顯著高于T0和T1處理(P<0.05)，而與其他處理之間差異不顯著(P>0.05)。粗脂肪和粗灰分含量均以T4處理最高，各混播處理的粗脂肪含量顯著高于單播處理(P<0.05)；粗灰分含量在T4處理時顯著高于T0處理(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。TDN含量以T1和T4處理較高，均與T0處理間差異顯著(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。NDF和ADF含量均以T0處理最高，T4處理最低，且T0處理與T4處理間差異顯著(P<0.05)，而其他處理之間差異不顯著(P> 0.05)。

表2 間作不同播量拉巴豆處理下混合飼草的營養成分Table 2 Nutrient components of mixed foragetreated by intercropping with Dolichos lablab at different sowing rates

為更加客觀地評價間作不同播量的拉巴豆處理對混合飼草營養品質的影響，將干草產量、CP含量、相對牧草質量、相對飼喂價值、總可消化養分含量、非纖維性碳水化合物含量等指標進行隸屬函數綜合評價及排序，結果表明T4處理時混合飼草的綜合評價最高(表3)。

表3 間作不同播量拉巴豆處理下混合飼草產量和營養成分的隸屬函數及排序Table 3 Membership functionsand sequencing of yield and nutrient componentsof mixed forage treated by intercropping with Dolichoslablab at different sowing rates

2.4 間作不同播量拉巴豆對混合飼草的體外干物質消化率的影響

IVDMD能有效衡量牧草營養物質的消化程度，也能對牧草的營養價值進行綜合評判[15]。IVDMD 30在T4處理時最高，顯著高于T0處理(P< 0.05)，其他處理均高于T0處理，但差異不顯著(P> 0.05)；IVDMD 48以T4處理最高，T3和T4處理顯著高于T0處理(P<0.05)，其他處理之間差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖2 間作不同播量拉巴豆處理下混合飼草的體外干物質消化率Figure2 In vitro dry matter digestibility of mixed forage intercropped with different sowing ratesof Dolichos lablab

2.5 間作不同播量拉巴豆對混合飼草經濟效益的影響

根據中國報告大廳2020年下半年對四川省秸稈飼料價格最新行情預測[16]，對本研究對不同間作模式產生的經濟效益進行初步評估。秸稈飼料價位是0.48 CNY·kg?1，不同間作處理下，混合飼草的收入 為21 572.38～30 581.69 CNY·hm?2(表4)，其 中T4處理的經濟效益最高，為30 581.69 CNY·hm?2。T1、T2、T3、T4、T5處理下混合飼草的經濟收入分別較T0處理增加8.64%、14.69%、26.49%、41.76%和28.92%。

表4 間作拉巴豆處理下混合飼草鮮草的經濟效益Table 4 Economic benefit of fresh grass of mix forage grass intercropped with Dolichos lablab at different sowing rates

3 討論

3.1 間作不同播量拉巴豆處理對混合飼草鮮、干草產量的影響

間作主要利用不同農作物間生物學特性的差異以及合理的配比方式，以實現農業資源、空間及時間的集約利用和持續的高產與穩產[17]。本研究中玉米與不同密度的拉巴豆間作，混合飼草的鮮、干草產量并非一直上升，當拉巴豆的種植密度超過112 500株·hm?2時，混合飼草的鮮、干草產量會有所下降，這與Armstrongt 和Albrecht[18]在玉米和拉巴豆混播時干物質產量并非一直上升的研究結論一致。其中T4處理的鮮草產量顯著高于其他處理；雖然T4與T5處理之間干草產量差異不顯著，但T4處理的干草產量高于T5處理，并顯著高于其他處理。因為不同間作模式下不同的作物有不同的生態位[19]，二者的根系分布、葉片朝向以及生長速率不同，優勢互補，從而充分利用環境資源，在T4處理時玉米和拉巴豆可以在空間上形成最佳互補生態位[20]。并且在春季禾本科牧草的干物質生產較多，在夏季豆科牧草的干物質產量較高，禾–豆混播后牧草干物質產量在季節上更加的均衡，且混播飼草產量更高[21]。

3.2 間作不同播量拉巴豆處理對青貯玉米農藝性狀的影響

間作對作物農藝性狀的影響多向有利的方向改變[11]。本研究中T1? T5處理下玉米的株高、莖粗和葉片數均小于單播(T0)處理，T2?T5處理的葉長顯著高于T0處理。因為拉巴豆具有較高的光飽和點和較低的光補償點，當群體密度過大時，玉米和拉巴豆會對土壤養分以及光照等資源產生一定的競爭。二者為了適應生長環境的光照變化，通過改變植株形態，減少光抑制，產生較多的生態位折疊[22]。并且拉巴豆的纏繞作用會在一定程度上阻礙玉米莖稈的橫向生長[23]。拉巴豆攀緣在玉米莖稈上時，葉片交錯立體配置，增加植株總體葉面積，且拉巴豆通過固氮作用向玉米提供一定量的氮素，促進玉米葉片合成較多的有機物[24]。此時期玉米的植株正由營養生長轉為生殖生長，水分含量較前期減少，將較多的營養成分在植株體內積累[11]。因此在本研究中間作處理的混合飼草莖葉比值最低，干鮮比值最高。間作處理在提高混合飼草葉量和適口性的同時，能夠降低莖葉比，提高干鮮比，改善混合飼草的品質。

3.3 間作不同播量拉巴豆處理對混合飼草營養成分的影響

禾–豆混播使得混合飼草的營養成分較單播豐富、全面，且還可以提高飼草產量[12]。本研究中各間作處理的混合飼草粗蛋白、粗脂肪和TDN 含量均高于單播(T0)處理，ADF和NDF含量均低于單播(T0)處理，以T4處理含量最低。禾–豆混播使植株在生長過程中相互促進，拉巴豆根瘤菌的固氮作用能夠為玉米的生長發育提供一定的氮素，而玉米為拉巴豆起到支撐作用，使其莖葉不腐敗，提高混合飼草品質[25]。并且拉巴豆相較于玉米含有較多的粗蛋白、粗脂肪、鈣和磷等物質，而玉米含有較多的碳水化合物，兩者混播后能在一定程度上改善混合飼草的營養品質，拉巴豆中的NDF相對于玉米中的NDF更易于被反芻動物消化[26]。并且通過隸屬函數對各處理的干草產量和營養成分綜合分析認為，混播飼草的營養品質高于單播。

3.4 間作不同播量拉巴豆處理對混合飼草體外干物質消化率的影響

牧草的飼用價值不僅要以牧草所含的營養成分為依據，還要以牧草的消化程度為指標，進行綜合評價[27]。體外干物質消化率取決于混合牧草的營養組成，在一定范圍內NDF含量越低，動物的采食率越高；ADF含量越低，飼料的消化率越高[28]。粗蛋白含量增加也有助于提高飼草體外干物質消化率[29]。而本研究中混播處理的體外干物質消化率均高于單播處理，其中以T4處理最高，顯著高于單播處理。因為在各混播處理中ADF和NDF含量低于單播處理，并且其蛋白質含量高于單播處理，有助于提高體外干物質消化率。而且豆科牧草在瘤胃中降解緩慢，釋放出氮、硫等其他物質[30]，含高蛋白的豆科作物還為瘤胃內微生物生長提供了生長所必需的可消化纖維、氨基酸和支鏈脂肪酸等營養物質，提高飼草干物質消化率[31]。

3.5 間作不同播量拉巴豆對混合飼草經濟效益的影響

在“農業供給側結構性的改革”的背景下，將糧食、經濟作物的二元結構調整為糧食、經濟、飼料作物的三元結構[32]，使成都平原牧草種植行業得以發展。在成都平原不同品種青貯玉米的鮮草產量介于40 050～49 500 kg·hm?2[2]，收入為19 224～12 760 CNY·hm?2。在本研究中單播‘德美亞一號’玉米的鮮草產量為44 942.46 kg·hm?2，間作拉巴豆后T4處理的 產量最 高(63 711.86 kg·hm?2)，收益為30 581.69 CNY·hm?2，較單播處理收益顯著增加41.76%。而T1、T2、T3、T5處理的經濟收入分別較單播處理增加8.64%、14.69%、26.49%和29.92%。在T4處理時去除土地(9 000 CNY·hm?2)、種子(玉米300 CNY·hm?2+拉 巴 豆1 200 CNY·hm?2)成 本，凈 收 入20 081.69 CNY·hm?2，較單播玉米收入增加9 009.31 CNY·hm?2。玉米與一定播量下的拉巴豆間作，可使經濟收入有不同程度的提高，本研究中以T4處理經濟效益最優。

4 結論

在本研究中，玉米間作不同播量的拉巴豆，對玉米農藝性狀以及混合飼草產量、品質、經濟效益具有不同程度的影響。隨著拉巴豆播量的增加，雖然玉米的株高和莖粗等指標有所下降，但混合飼草產量卻有所增加，營養品質也得到了改善。間作后混合牧草的粗蛋白、粗脂肪含量增加，NDF和ADF含量下降，其中52 500株·hm?2的玉米和112 500株·hm?2的拉巴豆間作模式下混合飼草產量最高、品質最優、經濟效益最高。因此，在成都平原地區可采用52 500株·hm?2的玉米和112 500株·hm?2的拉巴豆間作模式進行種植。