夏河農牧交錯區小黑麥與豆科牧草混播的生產性能研究

邵春慧， 徐 強， 史志強， 杜文華， 田新會

(甘肅農業大學草業學院， 草業生態系統教育部重點實驗室， 中-美草地畜牧業可持續研究中心， 甘肅 蘭州 730070)

夏河農牧交錯區主要分布在甘南州合作市、夏河縣和臨潭縣[1]，由于海拔高氣候寒冷，作物生長季短，可栽培牧草品種少且人工草地面積占比小[2]。隨著人們對經濟效益的追求，旅游業和畜牧業成為主導產業，過度放牧對自然資源的破壞，打破了草畜平衡[3]。建植禾本科和豆科混播草地可以極大地提高草產量、改善飼草的營養價值，同時對生態恢復與植被重建及草地畜牧業持續發展也極為重要[4-5]。禾-豆混播有利于增加土壤氮素和有機質的含量，適宜的禾-豆混播比例可以增加草地的空間利用率，促進土地資源的有效利用[6-7]。禾-豆混播的增產效果在很大程度上取決于混播比例，草產量和飼用價值與禾-豆混播組合中草種的選擇和混播比例的變化密切相關[8]。高晨曦等[9]研究發現，燕麥(AvenasativaL.)和箭筈豌豆(ViciasativaL.)以不同的比例混播時，草產量、營養價值及土壤養分等均顯著高于相應的單播處理。不同禾-豆混播組合其增產效果明顯不同，甚至有些混播組合增產效果極不明顯[10]。張永亮等[11]研究發現，4個雜花苜蓿(MedicagovariaMartin.)品種與無芒雀麥(BromusinermisL.)混播后，草產量并沒有顯著提高。因此，只有合理的混播組合以適宜的比例混播時才能取得較好的混播效果。

小黑麥(SecalecerealeL.)是由小麥屬(Triticum)和黑麥屬(Secale)植物經有性雜交及染色體加倍形成的。其結合了雙親的優點，具有生物產量高、營養價值好以及抗病、抗旱、抗寒性強等優良特點[12]。由于其抗寒性較強，草產量高于青稞(HordeumvulgareL.)、垂穗披堿草(ElymusnutansL.)和箭筈豌豆等常見牧草，近年來在青藏高原牧區的種植面積逐年擴大，在當地草牧業發展中發揮了舉足輕重的作用[13]。豌豆(PisumsativumL.)是一年生攀緣性豆科牧草，蛋白質、脂肪、碳水化合物、粗纖維以及多種維生素的含量高，生育期短，此外，其適應性強，種植范圍廣，具有良好的經濟效益[14-17]。但是，豌豆單播時易倒伏，造成下部葉片的腐爛脫落，極大地降低了豌豆的產量和適口性[18-19]。馬曉東等[20]研究了高寒牧區‘甘農2號’小黑麥與燕麥的最佳混播比例為4∶6。西然朋措等[4]研究了青海稱多縣‘甘農2號’小黑麥與‘加拿大’飼用豌豆混播的草產量和品質，‘甘農2號’小黑麥與‘加拿大’飼用豌豆的適宜混播比例為7∶3。項目組之前研究了‘甘農2號’小黑麥與3個箭筈豌豆品種(‘綠箭1號’，‘綠箭2號’，‘綠箭431’)在甘肅高寒牧區的混播效果，發現‘綠箭431’箭筈豌豆和‘甘農2號’小黑麥以50∶50的比例混播時干草產量最高(11.15 t·hm-2)[21]。‘加拿大’飼用豌豆為青海畜牧獸醫科學院從加拿大引進的飼用豌豆品種，具有生長發育快、鮮草產量高等優勢[4]。‘青海’箭筈豌豆為青海省的一個箭筈豌豆地方品種，生育時期與小黑麥相近[22]。但尚未有夏河農牧交錯區‘甘農2號’小黑麥與‘加拿大’飼用豌豆和‘青海’箭筈豌豆混播方面的研究報道。因此，本試驗擬在項目組前期研究[21]基礎上，通過進一步研究‘甘農2號’小黑麥與‘加拿大’飼用豌豆、‘青海’箭筈豌豆和‘綠箭1號’箭筈豌豆不同混播比例的草產量，以篩選更有利于提高單位面積草產量的混播組合及比例，為夏河農牧交錯區‘甘農2號’小黑麥的混播提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地位于甘肅省夏河縣達麥鄉黃茨灘村(35°11′37.44″ N，102°35′09″ E)，地處青藏高原東北緣，海拔3 050 m，屬高寒濕潤型氣候區。年平均氣溫2.6℃，年均降水量516 mm，年均蒸發量1 232 mm，無霜期56 d。土壤為栗鈣土，2019年播種前土壤營養成分如下：有機質2.73 %、堿解氮153.97 mg·kg-1、有效磷21.36 mg·kg-1、速效鉀87.8 mg·kg-1，前茬作物為油菜。2020年播種前土壤營養成分如下：有機質含量4.95%，堿解氮262.40 mg·kg-1，有效磷75.04 mg·kg-1、速效鉀187.18 mg·kg-1，前茬為禾-豆混播草地，年際間積溫、降水、病蟲害、管理措施等情況均相同。其中，2019年試驗地土壤相對較為貧瘠，2020年試驗地土壤相對較為肥沃。

1.2 供試材料

供試材料見表1。

表1 供試材料Table 1 The experimental materials

1.3 試驗設計

本試驗采用裂區設計。主區為年份A，設2個水平，A1為2019年，A2為2020年；副區為混播組合，設3個水平，分別為B1：‘甘農2號’小黑麥與‘加拿大’飼用豌豆混播(簡稱‘甘農2號’×飼用豌豆，下同)，B2：‘甘農2號’ב青海’箭筈豌豆，B3：‘甘農2號’ב綠箭1號’箭筈豌豆；副副區為小黑麥和豆科牧草的混播比例，設9個水平，分別為C1(100∶0)，C2(80∶20)，C3(70∶30)，C4(60∶40)，C5(50∶50)，C6(40∶60)，C7(30∶70)，C8(20∶80)，C9(0∶100)。

禾-豆等比例混播時播種量按其單播量的80%計算[23]，不同混播比例下小黑麥與箭筈豌豆的播種量見表2。小區面積：4 m×3 m=12 m2，每個小區種10行，行距0.3 m，3次重復，共81個小區。播種時間為分別為2019年4月17日和2020年5月3日，播種時將每個處理的小黑麥和豆科牧草種子混勻后條播。播種前施磷酸二銨(N+P2O5≥64.0%)250 kg·hm-2，小黑麥出苗期和小黑麥拔節期分別追施尿素(N≥46.0%)157 kg·hm-2。小黑麥分蘗期和拔節期各除草1次，開花期刈割測產，留茬高度約5 cm。

表2 不同混播比例下小黑麥與豆科牧草的播種量Table 2 Seeding rate of triticale and legumes of different mixed ratio

1.4 測定指標及方法

株高：小黑麥開花期進行。從每個小區中隨機選出小黑麥和豆科牧草的單株10株，測量其自然高度，將10株的平均株高作為該小區小黑麥和豆科牧草的株高[24]。

枝條數：小黑麥開花期進行。在每個小區中，隨機選取一個1 m長樣段(邊行和距兩頭地邊0.5 m部分除外)，數樣段內株高高于0.2 m的小黑麥分蘗數和箭筈豌豆枝條數[24]。

草產量：小黑麥開花期進行。刈割各小區內所有植株的地上部分，留茬高度約5 cm，稱重后得到鮮草產量。從中隨機選取500 g鮮草，帶回實驗室，在105℃下殺青30 min，然后在80℃條件下烘6～7 h至恒重，計算鮮干比。根據500 g鮮草的鮮干比計算每個小區的干草產量。

1.5 數據統計分析

用Excel 2019進行數據整理和作圖。用SPSS 25.0軟件進行方差分析，用裂區試驗設計的方差分析法分析單因素、二因素和三因素交互作用間各指標的差異顯著性。如果差異顯著，分別用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

由表3可知，除年份間干草產量和豆科牧草的分枝數、混播組合間干草產量外，其余指標均存在極顯著或顯著差異，需要對存在極顯著或顯著差異的指標進行多重比較。

2.1 單因素間混播草地生產性能的差異

年份間：A2處理小黑麥的平均株高、豆科牧草的平均株高和總鮮草產量的平均值極顯著高于A1(P<0.01)，但小黑麥的平均分蘗數極顯著低于A1(P<0.01)(圖1，圖2)。

混播組合間：B2和B3混播組合的小黑麥平均株高、豆科牧草平均株高、小黑麥平均分蘗數、豆科牧草平均分枝數均無顯著差異，均顯著高于B1(P<0.01)，但平均鮮草產量和鮮干比均顯著低于B1(P<0.01)(圖3～5)。

表3 各試驗處理測定指標的方差分析Table 3 Variance analysis of tested indexes for each experimental treatment

圖1 年份間小黑麥和豆科牧草平均株高和小黑麥分蘗數的差異Fig.1 Differences of the average plant height of triticale and legume and the average number of tillers of triticale among the years注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters mean significant difference at the 0.05 level,the same as below

圖2 年份間平均鮮草產量和鮮干比的差異Fig.2 Differences of the average fresh weight and fresh-dry ratio among the years

圖3 混播組合間小黑麥和豆科牧草平均株高的差異Fig.3 Differences of the average plant height of triticale and legume among the mixture combinations

圖4 混播組合間小黑麥和豆科牧草平均分蘗(枝)數的差異Fig.4 Differences of the average number of tillers (branches) of triticale and legume among the mixture combinations

圖5 混播組合間平均鮮草產量和鮮干比的差異Fig.5 Differences of the average fresh weight and fresh-dry ratio among the mixture combinations

混播比例間：隨著豆科牧草混播比例的增加，小黑麥的平均株高和分蘗數、豆科牧草的平均株高、總干草產量下降，平均鮮干比和豆科牧草的平均分枝數逐漸增加，平均鮮草產量則先升高后降低，其中C5和C6處理的鮮草產量最高(圖6～9)。

圖6 混播比例間小黑麥和豆科牧草平均株高的差異Fig.6 Differences of the average plant height of triticale and legume among the mixture ratios

圖7 混播比例間小黑麥和豆科牧草平均分蘗(枝)數的差異Fig.7 Differences of the average number of tillers (branches) of triticale and legume among the mixture ratios

圖8 混播比例間平均鮮(干)草產量的差異Fig.8 Differences of the average fresh weight and hay yield among the mixture ratios

2.2 二因素交互作用間混播草地生產性能的差異

年份(混播組合：表4表明，從同一年份看，A1處理9個混播比例下B3混播組合的小黑麥平均株高和分蘗數、豆科牧草的平均株高和分枝數、總鮮草產量和鮮干比均居中，但干草產量最高(11.97 t·hm-2)；A2處理下B2組合則表現出較好的生產性能，其干草產量顯著高于B1和B3(P<0.01)。

同一混播組合下，A2處理的小黑麥平均株高、豆科牧草的平均株高、總鮮草產量和鮮干比均高于A1，但小黑麥的平均分蘗數除B1混播組合增加外，B2和B3組合均顯著低于A1(P<0.01)，豆科牧草的枝條數除B1混播組合降低外，B2和B3組合均高于A1；從干草產量看，A2B2的平均干草產量(12.13 t·hm-2)顯著高于A1B2(P<0.01)，但B3組合則相反。

圖9 混播比例間平均鮮干比的差異Fig.9 Differences of the f average fresh-dry ratio among the mixture ratios

年份(混播比例：表4表明，同一年份小黑麥和3種豆科牧草以不同比例混播后，隨著豆科牧草比例增大，其株高顯著或不顯著降低、分枝數顯著或不顯著增加，小黑麥平均株高無顯著差異、分蘗數逐漸降低，鮮(干)草產量則呈正態分布，A1C5和A1C4的平均干草產量最高，A2C2和A2C3的平均干草產量較高。說明土壤貧瘠時，小黑麥和豆科牧草的比例為60∶40～50∶50時可獲得較高產量，禾豆混播種植一年后，小黑麥和豆科牧草的比例為80∶20～70∶30時就可以獲得較高產量。

就同一混播比例而言，A2處理3個混播組合下小黑麥的平均株高、豆科牧草的平均株高和分枝數、總鮮草產量均高于A1(P<0.01)，但小黑麥的平均分蘗數卻顯著或不顯著下降，干草產量略有下降，但無顯著差異。

混播組合(混播比例如表5所示，同一混播組合下，隨著豆科牧草混播比例的增加，2019年和2020年小黑麥的平均株高無顯著差異、分蘗數逐漸下降(P<0.05)，豆科牧草的平均株高和分枝數、混播群體的總鮮(干)草產量均稱正態分布，B1混播組合在C4比例(B1C4)下的干草產量顯著高于其他處理(P<0.01)，B2和B3混播組合在C2(B2C2,B3C2)和C3比例(B2C3,B3C3)下的干草產量顯著高于其他處理(P<0.01)。

就同一混播比例而言，B1組合下C4,C5,C6,C7和C8比例在A1處理和A2處理下小黑麥的平均株高顯著低于B2和B3組合(P<0.01)，所有混播比例的小黑麥平均分蘗數、豆科牧草的平均株高和分枝數顯著或不顯著低于B2和B3組合，總鮮草產量和鮮干比高于B2和B3組合(P<0.01)，干草產量相差較小。

表4 年份(混播組合和年份(混播比例二因素間混播草地生產性能的差異Table 4 Differences of the production performance of the mixture for the interaction of year×mixture combination and year×mixture ratio,respectively

表5 混播組合(混播比例二因素交互作用間混播草地生產性能的差異Table 5 Differences of the production performance of the mixture for the interaction of mixture combination and mixed ratio

2.3 年份×混播組合×混播比例三因素交互作用間生產性能的差異

表6表明，A1和A2處理3個混播組合9個混播比例下，隨著豆科牧草混播比例增加，小黑麥的株高無顯著差異、分蘗數降低，豆科牧草的株高和分枝數增加，但混播草地總鮮、干草產量均呈正態分布，A1B1C4,A1B1C5,A1B2C5,A1B3C5的干草產量較高，且無顯著差異(P<0.05)，為13.26～13.97 t·hm-2，A2B1C4,A2B2C2,A2B3C2的干草產量較高，為13.92～16.45 t·hm-2，其中B2C2的干草產量(16.45 t·hm-2)顯著高于其他所有處理(P<0.01)。

表6 年份×混播組合×混播比例三因素交互作用間生產性能的差異Table 6 Differences of the production performance of the mixture for the interaction of year,mixture combination and mixed ratio

續表6

2.4 禾-豆混播草地草產量與產量構成因素的相關分析

由表7可知，混播群體的鮮草產量與小黑麥株高、豆科牧草株高和干草產量極顯著正相關(P<0.01)，與小黑麥分蘗數顯著負相關(P<0.05)；干草產量與小黑麥株高和分蘗數極顯著正相關(P<0.01)，與豆科牧草株高顯著正相關(P<0.05)，與豆科牧草分枝數極顯著負相關(P<0.01)；其他草產量構成因素的相關性見表7。說明混播群體的草產量是由各混播組分及比例協同作用的結果。

表7 年份×混播組合×混播比例三因素交互作用間生產性能的相關性Table 7 Correlation of the production performance of the mixture for the interaction of year,mixture combination and mixed ratio

3 討論

3.1 單因素間混播草地生產性能的差異及原因

2020年3個混播組合9個混播比例下小黑麥的平均株高、豆科牧草的平均株高和總鮮草產量的平均值均極顯著高于2019年，但小黑麥的平均分蘗數卻極顯著降低，這主要是因為，2019年試驗地的土壤貧瘠，經過一年禾-豆混播后，土壤肥力改善，因此2020年混播草地中小黑麥和豆科牧草的平均株高和鮮草產量均提高。

剛永和等[25]研究發現，燕麥和豆科牧草混播時，燕麥的株高與單播無顯著差異，但豆科牧草的株高顯著低于單播。本試驗也得出相似結果，即禾-豆混播時豆科牧草的株高顯著高于單播，小黑麥的株高與單播無顯著差異。對于小黑麥(飼用豌豆而言，由于‘加拿大’飼用豌豆的水分含量高，鮮干比高(表4)，因此平均鮮草產量顯著高于小黑麥ב青海’箭筈豌豆和小黑麥ב綠箭1號’箭筈豌豆，但干草產量無顯著差異(表1)。從2年9個混播比例的平均效應看，隨著豆科牧草混播比例的增加，混播群體的平均鮮草產量呈正態分布，禾-豆混播比例為C4(60∶40)時，干草產量最高，這主要是因為小黑麥的平均株高和分蘗數、豆科牧草的平均株高下降，但豆科牧草的平均分枝數逐漸增加，60∶40的混播比例可能正好為其最佳點[26]。

3.2 二因素交互作用間混播草地生產性能的差異及原因

牧草的生產潛力可以通過株高和枝條數來反映，通常情況下株高和枝條數與草產量正相關[26]。但本試驗年份(混播組合交互作用中，2019年9個混播比例下小黑麥ב綠箭1號箭筈’豌豆混播組合的小黑麥平均株高和分蘗數、豆科牧草的平均株高和分枝數均居中，但干草產量最高；2020年土壤肥力改善的情況下，小黑麥ב青海’箭筈豌豆則表現出較好的生產性能，說明該組合喜肥沃土壤，土壤肥力有利于該混播組合生產潛力的發揮。同一混播組合下的草產量結果也進一步證實小黑麥ב青海’箭筈豌豆適宜于夏河農牧交錯區土壤肥力好的地塊，小黑麥ב綠箭1號’箭筈豌豆適宜于土壤貧瘠地塊。從年份(混播比例的交互作用看，土壤貧瘠時小黑麥和豆科牧草的比例為A1C4和A1C5(60∶40～50∶50)時可獲得較高產量，禾豆混播種植一年土壤肥力提高后，小黑麥和豆科牧草的比例為80:20～70:30(A2C2，A2C3)時就可以獲得較高產量。從混播組合(混播比例交互作用看，‘甘農2號’小黑麥與不同豆科牧草混播時，獲得較高干草產量的混播比例不同，小黑麥(飼用豌豆的最佳混播比例為60∶40，小黑麥ב青海’箭筈豌豆和小黑麥ב綠箭1號’箭筈豌豆的最佳混播比例均為80∶20，這主要是由豆科牧草的遺傳特性以及禾-豆混播的協調性決定的[4,21]。

3.3 年份×混播組合×混播比例三因素交互作用間生產性能的差異及原因

綜合2個年份3個混播組合9個混播比例的數據，如果土壤貧瘠，加大混播草地中豆科牧草的比例才能達到增產的目的，如本試驗2019年的‘甘農2號’小黑麥與3種豆科牧草的最佳混播比例均為50∶50，但土壤肥力一旦提高，如2020年，可以將小黑麥和豆科牧草的混播比例調整為80∶20，即可獲得較高草產量。這主要是因為，土壤貧瘠尤其是缺氮時，增大豆科牧草比例可以通過固定較多氮素為混播群體提供所需養分[21]，土壤肥力較好時則相反。

4 小結

小黑麥與豆科牧草混播可以改善夏河農牧交錯區土壤肥力狀況；土壤貧瘠條件下，‘甘農2號’小黑麥與‘綠箭1號’箭筈豌豆以50∶50的比例混播時效果最佳；土壤肥力狀況較好時，‘甘農2號’小黑麥與‘青海’箭筈豌豆以80∶20的比例混播時其生產性能最好。