甘肅中部地區(qū)秋播小黑麥套作式復種甜高粱的效應及品質研究

常丹丹，王旭，田新會，杜文華

（甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅蘭州730070）

復種是常見的一種農業(yè)種植制度，利用生物種間互利關系，提高土地、水分、光能等各種自然條件的利用率，增加牧草種類并提高生物產量，可為優(yōu)化牧草種植業(yè)結構創(chuàng)造有利條件［1?4］。 在青海省干旱地區(qū)，冬小麥（Triticum aestivum）收獲后復種甜高粱（Sorghum bicolor）能夠獲得較高的鮮草產量，可為農區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展提供優(yōu)質飼草料［5］。在甘肅省平涼市東部旱塬區(qū)冬小麥或飼用小黑麥（×Triticosecale）復種玉米（Zea mays）在可顯著提高經濟效益的情況下，還能解決冬春季飼草料短缺等問題［6?7］。隨著農業(yè)結構發(fā)展和調整，飼用小黑麥可替代冬小麥與玉米進行復種，形成一年兩熟種植模式［8］。甘肅中部地區(qū)屬于干旱半干旱氣候的農牧交錯帶，年降水量較低，日照充足，冬冷夏熱，在傳統(tǒng)農業(yè)生產中一季有余，兩季不足；而牧草常在抽穗、灌漿或乳熟期收獲［9?11］，即使積溫不足導致常規(guī)種植無法完成孕穗、抽穗也可以提前收割獲得較高飼草產量，有效解決種植中“一熟有余、兩熟不足”的問題，因此，在甘肅中部地區(qū)種植牧草一年收兩茬草的模式具有很大的發(fā)展?jié)摿Α８拭C省中部地區(qū)存在大面積冬閑田，小黑麥屬冷季型牧草，耐寒性強，可在秋季播種并安全越冬［12］，能充分利用冬閑田進行生長發(fā)育，翌年春夏季復種甜高粱等喜溫作物，兩種牧草通過合理搭配可在甘肅省發(fā)展復種模式，實現(xiàn)一年兩茬種植制度，大幅提高單位面積草產量，同時可增加種植區(qū)冬春季地表覆蓋度，具有重要的生態(tài)意義。同時小黑麥和甜高粱是高品質的飼料資源，利用形式多樣，既可以做牧草，又可刈割做青飼、青貯和干草，可為農牧區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)質飼料。

目前尚未有小黑麥復種甜高粱一年兩熟種植技術方面的研究報道。為此，本試驗擬以秋播小黑麥種植模式為主區(qū)，小黑麥復種甜高粱種植模式為副區(qū)，甜高粱品種為副副區(qū)，通過測定不同處理下秋播小黑麥的枝條數、株高和草產量，甜高粱的株高、葉片數、葉長、葉寬、莖粗、草產量，以及小黑麥和甜高粱的粗蛋白、酸（中）性洗滌纖維含量、干物質消化率，以明確甘肅省中部地區(qū)最佳的小黑麥和甜高粱一年兩熟種植模式，為實現(xiàn)一年兩熟種植模式提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

甘農2 號小黑麥種子由甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院提供，甜高粱品種大獎505 和大獎1000 種子由甘肅猛犸農業(yè)有限公司提供。

1. 2 試驗地概況

試驗在甘肅農業(yè)大學蘭州牧草試驗站進行。該站地處黃土高原西端，E 105°41′，N 34°05′，海拔1525 m，屬溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫11. 2 °C，年均降水量327 mm，全年平均日照時數2446 h，無霜期180 d 左右。試驗地地勢平坦，土壤為黃綿土，黃土層較薄，肥力均勻，有灌溉條件。

1. 3 試驗設計

本試驗為裂區(qū)設計。主區(qū)設置了3 種秋播小黑麥（前茬作物）的種植方式（A1：種3 行小黑麥留30 cm 空行；A2：種4 行小黑麥留30 cm 空行；A3：種5 行小黑麥留45 cm 空行），副區(qū)為3 種小黑麥和甜高粱復種方式（由于是跨年復種，因此簡寫為小黑麥→甜高粱［13］；B1：3→1，即3 行小黑麥套作式復種1 行甜高粱；B2：4→1，即4 行小黑麥套作式復種1 行甜高粱；B3：5→2，即5 行小黑麥套作式復種2 行甜高粱），副副區(qū)為兩個甜高粱品種（C1：大獎1000；C2：大獎505；生育時期基本一致）。試驗小區(qū)面積為2 m×5 m=10 m2，設3 次重復。甘農2 號小黑麥于2017 年10月16 日播種，播種行距為15 cm，播種量為300 kg·hm?2；甜高粱播種期為2018 年5 月4 日，株距為10 cm，行距根據不同處理而異，小黑麥→甜高粱復種方式為3→1 時甜高粱行距為60 cm，4→1 時甜高粱行距為75 cm，5→2 時為寬窄行種植，甜高粱行距為75 cm（寬行）+30 cm（窄行）；播種時每穴播種1～2 粒種子，播種深度3～4 cm。試驗布置如圖1。小黑麥于開花期［14］（5 月29 日）刈割，甜高粱于抽穗期［15］（8 月28 日）刈割，共生期為18 d，總生長時間為10 個月左右。

圖1 小黑麥→甜高粱復種方式Fig. 1 Multiple intercropping method of triticale and sweet sorghum

1. 4 田間管理

每個小區(qū)的田間管理相同，施肥量分別為：小黑麥播種前90 kg N·hm?2，260 kg P2O5·hm?2；小黑麥返青后135 kg N·hm?2；小黑麥拔節(jié)期135 kg N·hm?2；小黑麥抽穗期90 kg N·hm?2，260 kg P2O5·hm?2［16］；甜高粱拔節(jié)期135 kg N·hm?2；甜高粱抽穗期135 kg N·hm?2［17］。每次施肥后進行灌水，試驗期間及時防除雜草。

1. 5 測定指標與方法

1. 5. 1 秋播小黑麥 株高：開花期［18］刈割前進行測定。每個小區(qū)內選擇代表性植株10 株，測量從地面至最高點的自然高度。10 株的平均值作為該區(qū)小黑麥的株高。

枝條數：開花期刈割前測定。每個小區(qū)內隨機選取1 m 樣段（除去邊行和地頭兩邊50 cm 部分），統(tǒng)計樣段內株高高于30 cm 的枝條數［18］。

草產量：開花期進行測定。齊地面刈割每個小區(qū)內所有植株的地上部分（除去邊行和地頭兩邊50 cm 部分），稱重，得到鮮草產量。從每個小區(qū)分別取樣500 g，105 °C 烘箱中殺青30 min，然后在70 °C 烘箱中烘至恒重（48 h），稱重得到干草重，計算鮮干比。根據500 g 鮮草樣的鮮干比計算每個小區(qū)的干草產量。

營養(yǎng)價值：將草樣粉碎，過1 mm 孔徑的篩子，從混合均勻的草樣中隨機取3 份樣品，平行測定各項指標，采用凱氏定氮法測定粗蛋白（crude protein，CP）含量，采用范氏的洗滌纖維分析法測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量，干物質消化率（dry matter digestibility，DMD）采用公式DMD=88. 9?0. 779×ADF 計算［19］。

1. 5. 2 甜高粱 葉片數、葉長、葉寬、株高、莖粗生長動態(tài)：甜高粱從間苗后（分蘗期）開始，每個小區(qū)內固定10個單株，并做好標記。每隔5 d 分別數出每個單株完全展開葉片的數量，并測定標記植株頂部往下數第3 片葉子的長和寬（葉片中部的寬度）［20］，測定每個單株的自然高度和基部第1 節(jié)間的莖粗（測莖粗時包括葉鞘在內）。

草產量：于甜高粱抽穗期齊地面刈割每個小區(qū)內的地上部莖稈（除去邊行和地頭兩邊50 cm 部分），稱重，得到鮮草產量。然后從每個小區(qū)選取3 個單株分別稱重，切碎，帶回實驗室，105 °C 烘箱中殺青30 min，然后在70 °C烘箱中烘至恒重，稱重得到干草重，計算鮮干比及每個小區(qū)的干草產量。測產后的草樣用于測定營養(yǎng)成分，測定指標及方法同小黑麥。

1. 6 數據統(tǒng)計與分析

利用Excel 2010 軟件對數據進行統(tǒng)計和處理，運用SPSS 20. 0 軟件進行方差分析，如果差異顯著，用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

方差分析（表1）表明，主區(qū)各處理間，株高、鮮草產量、干草產量存在極顯著差異（P<0. 01）；副區(qū)各處理間差異不顯著；副副區(qū)各處理間，鮮、干草產量差異達到極顯著水平（P<0. 01），CP 含量差異顯著（P<0. 05）。從交互作用看，主區(qū)×副區(qū)以及主區(qū)×副副區(qū)間，鮮、干草產量差異均達到極顯著水平（P<0. 01），副區(qū)×副副區(qū)間，鮮草產量差異顯著（P<0. 05），干草產量差異達到極顯著水平（P<0. 01）。主區(qū)×副區(qū)×副副區(qū)交互作用間，鮮、干草產量差異達到極顯著水平（P<0. 01）。需對上述存在顯著或極顯著差異的指標進行多重比較。

表1 單因素間、兩因素交互作用間和三因素交互作用間株高、枝條數、鮮草產量、干草產量、CP、NDF、ADF 及DMD 的方差分析Table 1 Variance analysis on the plant height，number of branches，fresh weight，hay yield，CP content，NDF content，ADF content and DMD values among the single factors，interaction of two factors，and interaction of three factors

2. 1 單因素間飼草生產性能和營養(yǎng)品質的差異

2. 1. 1 主區(qū)間 由表2 可知，主區(qū)3 種小黑麥種植方式間的生產性能有顯著差異。從株高來看，A2處理的株高最高，顯著高于A3，但與A1無顯著差異；A1處理的鮮、干草產量均顯著高于A2和A3（P<0. 05），且A2與A3之間無顯著差異，其中A1的鮮、干草產量分別比A3高32. 34、9. 24 t·hm?2。

表2 主區(qū)間株高、鮮草產量和干草產量的差異Table 2 Differences of the plant height，fresh weight and hay yield among the main plot

2. 1. 2 副副區(qū)間 由表3 看出，C1的平均鮮、干草產量極顯著高于C2，且分別比C2高11. 47 和3. 63 t·hm?2；C2的平均CP 含量顯著高于C1。

表3 副副區(qū)間鮮草產量、干草產量和CP 含量的差異Table 3 Differences of fresh yield，hay yield and CP content among the sub-sub plots

2. 2 兩因素交互作用間飼草生產性能和營養(yǎng)品質的差異

2. 2. 1 主區(qū)×副區(qū)交互作用間 由表4 看出，A1B1處理的平均鮮、干草產量最高，顯著高于A2B2、A3B3（P<0. 05），其中A3B3最低，但與A2B2處理差異不顯著。A1B1的平均鮮、干草產量比A3B3分別高35. 15、10. 29 t·hm?2。

表4 主區(qū)×副區(qū)交互作用間鮮草產量和干草產量的差異Table 4 Differences of the fresh yield and hay yield for the interaction of the main plot and sub-plot

2. 2. 2 主區(qū)×副副區(qū)交互作用間 由表5 看出，主區(qū)×副副區(qū)交互作用間，A1C1處理的平均鮮、干草產量最高，顯著高于其他處理；A1C2處理次之，其鮮草產量顯著高于除A1C1外的其他處理，干草產量顯著高于除A1C1和A2C1外的其他處理；A3C2處理的平均鮮、干草產量最低，顯著低于除A2C2外的其他處理；其中A1C1處理平均鮮、干草產量比A3C2處理分別高出43. 82、12. 87 t·hm?2。鮮、干草產量從大到小排列為：A1C1>A1C2>A2C1>A3C1>A2C2>A3C2。

表5 主區(qū)×副副區(qū)交互作用間鮮草產量和干草產量的差異Table 5 Differences of fresh yield and hay yield among the interaction of the main plot and sub-sub plots

2. 2. 3 副區(qū)×副副區(qū)交互作用間 甜高粱株高變化：不同處理下甜高粱株高的變化大體一致，6 月28日?7 月14 日株高增加緩慢（1. 54 cm·d?1），7 月14日?8 月3 日株高增加速度加快（4. 87 cm·d?1），8 月3日?20 日株高迅速增加（5. 20 cm·d?1）（圖2A）。刈割時各處理的株高變化范圍是219～259 cm，B1C1處理株高最高，B3C1處理次之，B1C2處理的株高最低。測定結果表明，C1處理的平均株高（245. 12 cm）大于C2（229. 47 cm）。

甜高粱葉片數變化：不同處理甜高粱整個生長時期葉片數的變化大體一致（圖2B）。生長后期基部葉片干枯導致葉片數有所下降，刈割時葉片數為9～10片且差異并不明顯，結果表明C1處理的平均葉片數（9. 67）大于C2（9. 33）。

圖2 副區(qū)×副副區(qū)交互作用間甜高粱株高和葉片數變化動態(tài)Fig. 2 Dynamic changes of the plant height and the number of leaves for the interaction of the sub plot and sub-sub plots

甜高粱葉長變化：整個生育期間B1C1處理的葉長均大于其他處理，6 月28 日?7 月14 日葉長增加速度較快（1. 52 cm·d?1），7 月14 日?8 月3 日葉長增加速度更快（2. 17 cm·d?1），8 月3?20 日葉長增加減慢（0. 17 cm·d?1）；B2C1次之，B1C2最低（圖3A）。刈割時各處理平均葉長的變化范圍為82～114 cm；C1處理的平均葉長（105. 83 cm）大于C2（86. 92 cm）。

甜高粱葉寬變化：6 月28 日?7 月14 日葉寬增加迅速（0. 15 cm·d?1），7 月14 日?8 月3 日葉寬增加速度較快（0. 09 cm·d?1），8 月3?20 日葉寬增加減慢（0. 02 cm·d?1）（圖3B）。刈割時葉寬的變化范圍是5. 4～7. 6 cm，B1C1處理葉寬最大，B2C1處理次之，B3C2處理最低；測定結果表明，C1處理的平均葉寬（7. 22 cm）大于C2（5. 68 cm）。

圖3 副區(qū)×副副區(qū)交互作用間甜高粱葉長和葉寬的變化動態(tài)Fig. 3 Dynamic changes of the leaf length and width for the interaction of the sub-plot and sub-sub plots

甜高粱莖粗變化：莖粗生長變化前期快速而后期緩慢，6 月28 日?7 月14 日莖粗增加速度較快（0. 04 cm·d?1），7 月14 日?8 月3 日莖粗增加速度稍快（0. 046 cm·d?1），8 月3?20 日莖粗增加緩慢（0. 01 cm·d?1）（圖4）。刈割時莖粗的變化范圍是1. 86～2. 53 cm；同一生長階段B1C1處理莖粗均最高，B2C1處理次之，B1C2處理最低；測定結果表明，C1處理的平均莖粗（2. 41 cm）大于C2（1. 96 cm）。

圖4 副區(qū)×副副區(qū)交互作用間甜高粱莖粗變化動態(tài)Fig. 4 Dynamic changes of the stem diameter for the interaction of the sub plot and sub-sub plots

鮮、干草產量：B1C1處理的鮮草產量最高，顯著高于除B3C1外的其他處理；B2C2處理的鮮草產量最低，與B1C2、B2C1和B3C2無顯著差異（表6）；其中B1C1處理的鮮草產量比B2C2處理高17. 40 t·hm?2，鮮草產量從高到低排列為B1C1>B3C1>B2C1>B1C2>B3C2>B2C2；從干草產量來看，B1C1處理最高，B3C1次之，二者之間無顯著差異，均顯著高于其他處理（P<0. 05），B1C2、B2C1、B2C2、B3C2處理較低，且無顯著差異；B1C1的干草產量比B3C2高6. 19 t·hm?2，干草產量由高到低排列為B1C1>B3C1>B2C1>B1C2>B2C2>B3C2。

表6 副區(qū)×副副區(qū)間鮮草產量、干草產量的差異Table 6 Differences of fresh yield and hay yield among the interaction of the sub plot and sub-sub plots

2. 3 三因素交互作用間生產性能的差異

A1B1C1的鮮草產量最高，A1B1C2次之，二者之間有顯著差異，且均顯著高于其他處理（P<0. 05）；A3B3C2的鮮草產量最低，顯著低于除A2B2C2外的其他處理；A1B1C1的鮮草產量比A3B3C2高49. 61 t·hm?2，鮮草產量由高到低為：A1B1C1>A1B1C2>A2B2C1>A3B3C1>A2B2C2>A3B3C2；A1B1C1的干草產量最高，顯著高于其他處理；A3B3C2的干草產量最低；其中A1B1C1的干草產量比A3B3C2高15. 05 t·hm?2，干草產量由高到低為：A1B1C1>A1B1C2>A3B3C1>A2B2C1>A2B2C2>A3B3C2。綜合三因素分析得出，A1B1C1的鮮、干草產量均顯著高于其他處理（表7）。

表7 主區(qū)×副區(qū)×副副區(qū)三因素交互作用間鮮、干草產量的差異Table 7 Differences of fresh and hay yield among the interaction of the main plot×sub-plot×sub-sub plots

3 討論

3. 1 單因素間飼草生產性能和營養(yǎng)價值的差異及原因

主區(qū)間：同一牧草同一播種密度，種植方式不同導致產量有所差異。前人研究表明，套作小麥可充分利用邊行優(yōu)勢提高產量［21］。另有學者研究表明：在一定的范圍內邊行優(yōu)勢隨小麥種植空帶寬度增加而增強，超過該范圍邊行優(yōu)勢不再增加［22］。本試驗中，A1、A2處理平均株高顯著高于A3處理，這是由于二者處理下每個小區(qū)內小黑麥分別有16 行、12 行處于邊行狀態(tài)，相較A3處理（8 行處于邊行狀態(tài)），邊行優(yōu)勢明顯，處于邊行狀態(tài)的小黑麥空間結構合理，可以更好地利用光能和土壤養(yǎng)分來增加株高并提高產量。本試驗A1處理的平均鮮、干草產量最高（77. 94、22. 27 t·hm?2），顯著高于A2（55. 00、15. 71 t·hm?2）和A3（45. 60、13. 03 t·hm?2），這主要是因為A1種植模式充分利用了邊行優(yōu)勢，發(fā)揮了邊行單株產量優(yōu)勢，隨著小黑麥種植行數增加，邊行優(yōu)勢減弱，因此草產量降低［23］。由于參試小黑麥只有甘農2 號小黑麥，所以本試驗中不同種植方式間營養(yǎng)品質無顯著差異。

副副區(qū)間：牧草品質和產量由遺傳特性決定，并受環(huán)境條件、栽培因子和土壤肥力等因素的影響［24］，牧草的CP 含量越高，NDF 和ADF 含量越低，飼喂效果越好［25］。甜高粱品種間平均CP 含量大獎1000（7. 95%）略低于大獎505（8. 66%），但NDF、ADF、DMD 無顯著差異；郭秀卿等［26］研究表明，甜高粱二次刈割可以顯著提高草產量，但由于甘肅中部地區(qū)積溫不足，甜高粱第1 茬刈割期較晚，第2 茬生長期間降水較多，溫度較低，草產量極低，因此本試驗中甜高粱的草產量只考慮了第1茬。從甜高粱草產量來看，大獎1000 的平均鮮、干草產量（53. 58、15. 37 t·hm?2）均高于大獎505（42. 11、11. 74 t·hm?2），在生產實踐中如果考慮飼草產量，大獎1000 品種有較好的種植前景。

3. 2 二因素交互作用間飼草生產性能的差異及原因

不同的小黑麥→甜高粱套作復種模式下，其總平均產量差異顯著。主區(qū)×副區(qū)交互作用間，A1B1產量表現(xiàn)最佳，鮮、干草產量可達129. 16、36. 85 t·hm?2；鄭亭等［27］研究表明，種植行數越少，群體行間通風透光條件越優(yōu)，可以提高內行群體及單株產量。相較于A1B1，A2B2和A3B3隨著小黑麥和甜高粱種植行數增加，導致行間群體空間結構分布不均衡，對單株產量造成一定影響，減少了個體干物質積累，以致平均總產量有所降低，說明合理的套作復種模式有利于構建合理的空間結構，增加單位面積草產量。

甜高粱生長動態(tài)（圖2～4）表明，不同處理的甜高粱長勢總體規(guī)律為前期同步增長，中期日新增長的速度快，后期增長較為緩慢，這與劉曉輝等［28］的研究結果一致。不同甜高粱品種其生產性能差異較大，葉片數、葉長和葉寬等可能會影響植物對能量的捕獲和轉化能力［29］。本試驗中大獎1000 的株高、葉長、葉寬、葉片數和莖粗等均高于大獎505，表明甜高粱的草產量與株高、葉片數、葉長、葉寬、莖粗的大小有直接關系，副區(qū)×副副區(qū)交互作用間，B1C1的株高、葉片數、葉長、葉寬和莖粗均高于其他各處理，其鮮、干草產量也顯著高于各處理，可達58. 57、16. 63 t·hm?2；主區(qū)×副副區(qū)交互作用間，A1C1表現(xiàn)最優(yōu)，鮮、干草產量可達131. 53、37. 64 t·hm?2，無論哪種復種模式下，甜高粱大獎1000 的產量均高于大獎505。

3. 3 三因素交互作用間飼草生產性能的差異及原因

兼顧小黑麥和甜高粱全年總產，A1B1C1種植模式下鮮、干草產量（136. 52、38. 52 t·hm?2）最高，飼草產量較為可觀，主要是由于小黑麥和甜高粱套作共生期間，3 行小黑麥帶兩側透光通氣條件改善，邊際效應顯著，提高了光能的利用率，所以小黑麥產量突出；在共生期間甜高粱為低位作物，受小黑麥遮陰較大，處于競爭劣勢地位，光能利用率較低，而小黑麥刈割后，增大了甜高粱群體的受光面積，減緩了個體之間對資源的競爭，單株光合作用增強，6?9 月正值甘肅光、熱、雨、氣最充足時期，甜高粱生長速度加快，干物質積累量不斷加大，所以產量較高，綜合產量也達最高，說明該復種模式有利于構建合理的空間結構，可提高復種系統(tǒng)的整體產量，為適宜的復種模式。本研究的小黑麥和甜高粱的最優(yōu)復種模式為種植3 行小黑麥留30 cm 空行且翌年套作式復種1 行甜高粱，通過搭配高產甜高粱品種大獎1000 并構建合理的空間結構以實現(xiàn)高產，不僅可以提高單位面積土地的產出量，而且可以提高對自然資源的利用效率，更好地實現(xiàn)經濟和生態(tài)效益。

4 結論

甘肅中部地區(qū)小黑麥復種甜高粱最佳復種方式為秋季甘農2 號小黑麥種植3 行留30 cm，翌年夏季空行間套作式復種1 行甜高粱大獎1000，小黑麥和甜高粱分別于開花期和抽穗期收獲，總鮮、干草產量分別可達136. 52、38. 52 t·hm?2。因此，在該區(qū)域內可適當推廣該復種模式，以便充分利用當地的秋閑田和自然資源，提高單位面積草產量，為甘肅中部地區(qū)秋播小黑麥復種甜高粱的生產實踐提供技術支持和理論依據。