三江源區小黑麥與豆科飼草混播最佳組合及比例研究

馮廷旭，德科加，向雪梅，魏希杰，徐成體，王 偉，錢詩祎，林偉山

(1.青海大學 農牧學院，西寧 810013；2.青海大學 畜牧獸醫科學院，西寧 810016)

近年來，隨著國家生態文明的建設加快和農業產業結構的調整，高產、優質飼草的建植越來越成為人們關注的重點[1]。三江源地區作為中國乃至世界重要的牧區之一，其地理環境與氣候形成了以牦牛、藏羊等為主的獨特的草地畜牧業[2]。但牧區經濟等方面發展較為落后，三江源地區的草地畜牧業面臨著嚴峻的草畜矛盾問題，天然草地的生長期短，返青期遲，使牧區每年冬、春兩季能夠維持牲畜生長發育的可食用飼草產量嚴重缺乏[3]，而且受到高海拔、惡劣氣候的影響，天然草地飼草莖短葉小、適口性差、營養價值低等問題越來越突出，嚴重影響高寒地區草地畜牧業的可持續發展[4]。而人工草地禾豆混播模式作為一種輔助天然草地解決飼草產量及品質的方案，能夠有效地改善飼草缺乏的現狀[5-8]。

小黑麥作為小麥屬與黑麥屬經過有性雜交及染色體加倍而人工培育的新型禾本科飼草選育品種，具有根系發達、耐寒性、抗旱性好等優點，能夠適應高寒地區惡劣的環境條件[9]，單播小黑麥飼草雖產量高，但其粗纖維含量高而造成的適口性差的問題也普遍存在。豆科飼草富含豐富的蛋白質、鈣、磷等營養成分，能夠為牲畜提供大量的營養元素，單播的豆科飼草低矮，飼草底部葉片在生長過程中接受不到陽光而逐漸會枯萎腐爛，嚴重影響飼草的產量及品質。諸多學者研究表明，豆科飼草與禾本科飼草混播能有效提高產量與品質，利用豆科飼草喜攀援的特點，提高豆科飼草生長高度，降低了底部葉片腐爛的現象，豆科飼草根系的根瘤菌還可以吸收固定游離的氮素，提高了飼草的產量及品質、改良土壤理化性質，提高土地利用效率[10-12]。本試驗在青海省三江源地區開展1年生小黑麥+箭筈豌豆、小黑麥+飼用豌豆混播試驗，探究高海拔地區禾-豆混播最佳混播組合及比例，為解決冬季飼草供應不足提供試驗依據，同時也為該區域建植大面積1年生禾豆混播人工草地提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于青海省玉樹州稱多縣青海大學三江源生態系統教育部野外科學觀測站(33°24′30″N，97°18′00″E，海拔4 270 m)，屬典型高原大陸性氣候，年平均氣溫為-5.6 ℃～3.8 ℃。年均降水量為562.2 mm，降水主要分布在6至9月份，約占全年降水的75%。試驗小區土壤為高山草甸土，雖腐殖質含量豐富，但因分解不良而土壤肥力不高。土壤pH為6.92，有機質含量 2.36%，全氮0.95%，全磷0.82%，全鉀1.35%，無灌溉條件，試驗地前茬作物均為小黑麥+飼用豌豆混播。

1.2 試驗材料

供試小黑麥品種為‘甘農2號’，飼用豌豆品種為‘青建1號’，箭筈豌豆品種為‘西牧333A’，均由青海省畜牧獸醫科學院草原所提供。

1.3 試驗設計

試驗于2020-05-20開展，采取裂區試驗設計，主區試驗混播品種，即小黑麥+箭筈豌豆(A1)、小黑麥+飼用豌豆(A2)，副區為混播比例，禾本科和豆科混播共設7個處理混播比例(表1)，分別為B1～B7，另設小黑麥單播(B8)、箭筈豌豆單播(B9)、飼用豌豆單播(B10)作為對照處理。各處理設3次重復，共計9個處理，54個小區，每個小區面積為15 m2(3 m×5 m)。播前(5月19日)對試驗地進行了翻耕耙耱并采集土壤樣品作為試驗對照，播種時施磷酸二銨450 kg·hm-2，播種方法為同行條播，播深3～4 cm，各小區均人工開溝10行，行距30 cm，飼草生長期間不進行施肥及灌溉，在小黑麥拔節期進行人工除草1次。每個小區禾本科與豆科播量按各單播處理的百分比分別播入，以小黑麥+箭筈豌科8∶2混播為例，小黑麥播量=單播小黑麥的播量(300.01 kg·hm-2)×80%=240.01 kg·hm-2、箭筈豌豆播量=箭筈豌豆單播播量(76.67 kg·hm-2)×20%=15.33 kg·hm-2。

表1 試驗小區及各處理播種量

1.4 測定指標及方法

1.4.1 株高 每小區隨機取小黑麥(抽穗期和開花期)、箭筈豌豆與飼用豌豆(初花期和盛花期)各10株，測量從地面至植株最高部位的自然高度。

1.4.2 鮮干草產量 2020年9月下旬(小黑麥灌漿期)在各小區隨機選取3個具有代表性的 1 m的樣段(遠離邊行)，齊地表刈割，稱其鮮質量，之后將新鮮樣品在遮陰條件下自然風干1個月，稱取風干質量。

1.4.3 莖葉比 在測定完鮮草產量之后，將每個單播、混播處理的飼草莖、葉分離，裝袋標記、稱量，用莖質量與葉質量的比值來表示莖葉比。

1.4.4 營養成分 在測定完鮮、干草產量之后，將飼草莖稈、葉片用粉碎機粉碎后混和均勻，用凱氏定氮法測定粗蛋白含量，用索氏浸提法測定粗脂肪含量，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量用范式纖維法，測定送交青海韻馳檢測技術有限公司檢測。

1.4.5 土壤養分分析 在飼草播種前(5月19日)隨機在試驗地采集0～20 cm的6份土樣均勻混合作為空白對照組，重復3次，收獲后(9月26日)將每個試驗處理小區用土鉆采集0～20 cm的土樣，每個小區重復采樣3次，曬干過篩去雜質后測定土壤養分，全氮采用LY/T 1228-1999測定標準進行檢測，全磷采用堿熔法LY/T 1232-2015測定標準進行測定，全鉀采用堿熔法LY/T 1234-2015測定標準進行測定，有機碳采用NY/T 1121.6-2006測定標準進行測定，土樣均送至青海韻馳檢測技術有限公司檢測。

1.4.6 灰色關聯度綜合評價 選擇所測定的各項指標的最優值為參考列，記為{X0(k)}(k=1，2，3，…，n)，各項指標作為評價指標為比較數列，即參評指標觀測值集合，記為{Xi(k)}(i=1，2，3…m；k=1，2，3，…，n)。采用均值法對原始數據進行無量綱化處理，再根據標準化處理的結果求出X0與對應Xi的絕對差值，計算出參試混播比例與性狀之間的關聯系數。

注：ρ=(0,∞)稱為分辨系數。ρ越小，分辨力越大，一般ρ的取值區間為(0,1)。

第六步，綜合關聯度排序。

1.5 數據處理

用Microsoft Excel2016進行數據處理及做圖，運用IBM SPSS 23.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 混播組合間、混播比例間和混播組合×混播比例間處理對生產性能的影響

試驗結果表明(表2)，混播組合與鮮草產量、豆科株高、莖葉比、粗脂肪、土壤全鉀含量存在極顯著差異(P<0.01)。混播比例與土壤全鉀含量差異顯著(P<0.05)，與其余各項指標均差異極顯著(P<0.01)。混播組合×混播比例的交互作用下與鮮草產量、禾本科株高、莖葉比、土壤全磷含量顯著差異(P<0.05)，與干草產量、豆科株高、鮮干比、粗脂肪、全鉀、全氮、土壤有機碳存在極顯著差異(P<0.01)。因此還需對以上存在顯著或極顯著差異的指標進行多重比較。

表2 混播組合間、混播比例間、混播組合×混播比例間生產性能、品質及土壤養分方差分析

2.2 混播組合間生產性能、品質及土壤養分的差異

由表3可知，A1處理組的鮮草產量、莖葉比高于A2處理組(P<0.05)，豆科飼草株高、粗脂肪含量、土壤全鉀含量均低于A2處理(P< 0.05)。

表3 混播組合間生產性能、品質及土壤養分的差異

2.3 不同混播比例間生產性能、營養品質及土壤養分差異分析

由表4可知，B1處理組鮮、干草產量最高，與其他處理組均差異顯著(P<0.05)，B3處理與單播小黑麥B8處理間差異顯著(P<0.05)，B5、B7處理組與單播豆科處理組間差異顯著(P< 0.05)。隨著豆科飼草的混播比例逐漸增加，豆科飼草株高逐漸降低，B1處理豆科株高與B2、B3無顯著差異，與其他各處理間均差異顯著(P< 0.05)。單播豆科處理株高與各混播處理間均差異顯著(P<0.05)。單播小黑麥B8莖葉比與其他處理間均差異顯著(P<0.05)，B2、B3混播處理組與其他各處理組間均差異顯著(P<0.05)。單播豆科處理飼草鮮干比與B4、B5處理組間無顯著差異，與其他處理組均差異顯著(P<0.05)。

表4 混播比例間生產性能、飼草品質及土壤養分的差異

飼草品質分析結果表明單播豆科處理與其余各處理組間NDF、ADF含量差異顯著(P< 0.05)。單播小黑麥處理B8的NDF含量最高，與B2、B3、B6、單播豆科處理組差異顯著(P< 0.05)。混播處理組B7的ADF含量最高，與B2、B3、B6、單播豆科處理組間均差異顯著(P< 0.05)。單播豆科處理組的CP含量較高，與各混播處理間均存在顯著差異(P<0.05)，B3處理組與B6、B7處理組間差異顯著(P<0.05)。粗脂肪含量單播豆科飼草處理最高，與單播小黑麥B8處理組間差異顯著(P< 0.05)。B3處理組的可溶性糖含量最高，與B2處理組無顯著差異，與其余各處理間均差異顯著(P<0.05)。

單播小黑麥B8處理組全磷含量最高，與混播處理B3、B4、B5間差異顯著(P<0.05)。全鉀含量各處理間均無顯著差異。單播處理B6、B7全氮與B1、B3、單播處理組間均存在顯著差異(P<0.05)。混播處理組B7的有機碳含量最高，與B6處理組間無顯著差異，與其他各處理組間均差異顯著(P<0.05)。

2.4 混播組合與混播比例交互作用下生產性能及營養品質的差異

由表5可知，混播組合與混播比例交互作用下小黑麥+箭筈豌豆混播組合鮮草產量呈先降低后增加再降低的趨勢，小黑麥+飼用豌豆組合則呈現先降低后增加趨勢，混播處理A2B1最高，為70 440.19 kg·hm-2，與A1B1、A1B5、A1B7處理無顯著差異外，與其他各處理間均差異顯著(P<0.05)，飼草干草產量A1B1最高，為 16 925.92 kg·hm-2，與A1B3、A1B7、A2B1、A2B7無顯著差異外，與其他各處理之間均差異顯著(P<0.05)。禾本科株高小黑麥+飼用豌豆組合高于小黑麥+箭筈豌豆組合，但無顯著差異。單播豆科B9、B10處理株高與各混播處理均差異顯著(P<0.05)。飼草莖葉比單播小黑麥處理B8最高，與A1B1處理無顯著差異外，與其余各處理均差異顯著(P<0.05)。飼草鮮干比A1B4、A1B5、A2B6、單播豆科飼草B9、B10間無顯著差異，與其余各處理均差異顯著。粗脂肪含量各處理均無顯著差異。

表5 混播組合×混播比例交互作用下生產性能及品質的差異

土壤全磷含量A1B1最高，小黑麥+箭筈豌豆各處理間均差異顯著(P<0.05)，隨著箭筈豌豆混播比例增加而呈逐漸降低趨勢，小黑麥+飼用豌豆混播組合中則隨著飼用豌豆的占比增加而呈現增加趨勢。土壤全鉀含量小黑麥+箭筈豌豆組合整體呈現逐漸降低趨勢，而小黑麥+飼用豌豆組合則呈現逐漸增加趨勢，兩種組合與單播處理間無顯著差異。土壤全氮含量小黑麥+箭筈豌豆組合整體呈現逐漸增加趨勢，而小黑麥+飼用豌豆則呈現先增加后減少趨勢，A2B7處理含量最高，與其他各處理均差異顯著(P<0.05)。有機碳含量A2B7含量最高，與其余各處理間均差異顯著(P<0.05)。

2.5 混播組合與混播比例交互作用下飼草產量與品質的灰色關聯度綜合評價

由表6可知，小黑麥+箭筈豌豆混播處理加權關聯度由大到小排序依次為；A1B2>A1B6>A1B1>A1B4>A1B3>A1B5>A1B7，A1B2(7∶3)混播比例下加權關聯度為0.172 1，在小黑麥+箭筈豌豆混播組合中排名最高。小黑麥+飼用豌豆混播處理加權關聯度由大到小排序依次為；A2B4>A2B5>A2B7>A2B1>A2B3> A2B2>A2B6，A2B4(5∶5)混播比例下加權關聯度為 0.185 0，在小黑麥+飼用豌豆混播組合中排名最高。因此，小黑麥+箭筈豌豆(7∶3)、小黑麥+飼用豌豆(5∶5)更適宜在高寒地區混播 種植。

表6 小黑麥+箭筈豌豆和小黑麥+飼用豌豆各處理間灰色關聯度綜合評價

3 討 論

3.1 混播組合對生產性能、飼用品質及土壤養分的影響

如何在保證飼草產量的同時提高飼草的品質，是目前混播草地中面臨的主要問題。飼草栽培品種選擇以及不同草種的混播組合是混播飼草建植的關鍵技術[13]。不同草種在不同的地區表現出的產量及品質均有很大的差異性，在建植過程中，飼草組合不當、管理不善以及自然環境的影響，都會導致飼草生長不良、穩定性差、產量及品質下降的現象發生[14]。本試驗選擇小黑麥與箭筈豌豆、飼用豌豆已在高寒地區進行多年的建植試驗，產量及品質穩定。小黑麥+箭筈豌豆、小黑麥+飼用豌豆兩種混播組合產量均高于單播小黑麥，粗蛋白、粗脂肪含量也優于單播小黑麥，接近單播豆科飼草品質，小黑麥+箭筈豌豆中最優組合比單播箭筈豌豆產量提高55.17%，粗脂肪含量比單播小黑麥與單播箭筈豌豆均提高了 35.67%。小黑麥+飼用豌豆最優組合比單播小黑麥產量提高5.49%，比單播飼用豌豆產量提高 111.97%，粗脂肪含量比單播小黑麥提高了 38.33%。同時試驗結果還表明2種混播組合均提高了土壤養分的積累量，隨著豆科飼草混播比例的逐漸增加，土壤中全磷、全氮、有機質含量均呈現逐漸增加趨勢。禾豆混播體系由于禾本科與豆科飼草對養分的敏感程度、根系的分布層次不同，會降低種間競爭壓力，同時混播增加土壤氮、磷、鉀的總量，提高草地有機碳的含量，對穩定土壤有機碳庫提供有利保障[15]，這與本試驗研究結果一致。

3.2 混播比例對生產性能、飼用品質及土壤養分的影響

飼草在建植過程中不同的混播比例對產量及品質有顯著性影響。混播草地中如果禾本科飼草所占的比例較大，表明飼草產量越高，但飼草品質會有所降低；反之，隨著豆科飼草的比例逐漸增加，飼草的粗蛋白等會逐漸升高[16]。本試驗結果表明各混播處理組鮮、干草產量均優于或者接近單播小黑麥產量，遠遠高于單播豆科飼草產量，說明禾豆混播在提高飼草產量方面有巨大潛力。試驗研究過程中也發現各個混播比例間禾本科飼草在收獲時均在乳熟期，并未達到完熟期，且各比例的混播產量并無規律，這可能與試驗地區的海拔高度有關系，隨著海拔高度的提升，產量會出現不規律的現象[17]，這與本試驗結果相似。飼草的莖葉比也表明，隨著豆科飼草混播比例的逐漸增加，混播組合中飼草的莖葉比逐漸減小，與單播小黑麥處理間差異顯著(P<0.05)，飼草的鮮干比則與單播豆科飼草處理差異顯著(P<0.05)，表明混播草地中飼草的含水量高于單播小黑麥，提高了飼草的飼用價值。隨著混播草地豆科飼草的比例逐漸增加，飼草的水分含量也會逐漸增加，從而提高了飼草的適口性等[18]，與本試驗結果相似。

混播草地的飼草養分結果表明，飼草NDF、ADF含量高于單播豆科飼草，略低于單播小黑麥組合，且差異不顯著。研究表明飼草的莖葉纖維素、半纖維素以及木質素含量與植株的成熟度呈正相關，而禾本科莖葉中ADF含量隨著生育期會逐漸升高，隨著豆科飼草混播比例的增加，混播草地的粗蛋白與粗脂肪含量逐漸增加[19-20]，這與本試驗結果有所不同，可能是種間競爭大于種間互補效應導致的品質下降，也有可能是海拔高度導致飼草品質的下降導致[21]，在低海拔地區飼草的產量及品質要高于高海拔地區。混播地會利用、消耗土壤中氮素等營養物質，降低土壤中氮的含量，從而刺激豆科飼草固氮能力，增加養分循環速率[22]，本試驗結果也表明土壤全磷、全氮以及有機碳含量均隨著豆科飼草含量的增加而增加，全鉀含量則無顯著變化。

3.3 混播組合×混播比例交互作用對生產性能、飼用品質及土壤養分的影響

大量的學者研究禾豆混播草地所表現出結果均存在顯著的提質增產效應[23]，但是不同組合及比例的提質增產效應卻是不一樣的[24]，本試驗結果表明混播組合與混播比例交互作用下小黑麥+箭筈豌豆組合飼草的鮮、干草均隨著豆科飼草比例的增加而呈現下降趨勢，而小黑麥+飼用豌豆組合鮮、干草產量卻呈現先降低后增加的現象。對比單播豆科飼草產量，混播飼草產量遠高于單播豆科飼草，會隨著豆科飼草的占比增加而逐漸減少[25]，可能是在混播飼草生長過程中，豆科飼草莖葉中含大量的水分，在對飼草進行自然風干作用下，飼草水分大量流失，導致了干草產量明顯降低，與單播小黑麥對照表明，干草產量并無顯著差異。飼草莖葉比、鮮干比變化也從側面證明了鮮、干草產量的變化情況，本試驗結果與許多研究結果產量的變化有相似之處[26]，但也存在著不同，主要的原因可能在于本試驗所處的地理位置、海拔、氣候等影響因素不同導致。

關于飼草品質及土壤理化性質變化的大量研究中，豆科飼草含有大量的粗蛋白，酸性洗滌纖維與中性洗滌纖維含量較低，而禾本科飼草則含有較多的碳水化合物，粗纖維含量也較高，二者混播結果表明不僅僅可以提高飼草的產量，而且提高了飼草的品質。劉文輝等[27]研究表明混播處理中，隨著豆科飼草比例的增加，土壤中碳、氮等含量增加。這與本研究結果一致，主要的原因可能是豆科飼草的固氮作用，增加全氮含量，進而改善了土壤CO2的吸收能力，也間接提高了土壤有機碳的含量。

3.4 綜合評價

灰色關聯度綜合評價體系是由鄧聚龍先生于1982年提出的一種統計方法[28]，與模糊綜合評價、層次分析法不同的是，灰色系統分析作為一種較為真實和全面地反映對客觀系統的實際認識程度，不但可以給出質的定性解釋，而且也可以描述出確切的量，還可以避免因人為主觀因素確定權重的隨意性。灰色關聯度評價方法可以系統地對指標進行全面、客觀評價，關聯度值越大表明越接近“最優配比”，綜合表現則越好[29-30]。本試驗中指標權重的確定采用熵權法，是根據實際生產現狀以及生產目標進行確定，減少了人為因素對結果的影響。試驗結果表明在三江源地區高海拔、氣候條件等較為惡劣的環境中，小黑麥+箭筈豌豆(7∶3)混播比例下飼草產量及品質最優，小黑麥+飼用豌豆(5∶5)混播比例下飼草產量與品質最高。

4 結 論

本試驗開展于三江源高寒地區，惡劣的環境氣候對飼草的生長發育有較大的影響。通過對小黑麥+豆科飼草混播生產性能、營養品質等進行綜合分析評價，結果表明；混播草地的產草量高于單播小黑麥、單播豆科飼草，飼草品質隨著豆科飼草的比例增加而逐漸提高，同時因為豆科飼草的加入提高了土壤的利用效率，增加土壤養分含量。通過灰色關聯度綜合評價，小黑麥+箭筈豌豆(7∶3)、小黑麥+飼用豌豆(5∶5)在產量及品質方面有較大的優勢，更適宜在高寒地區種植。對改善牧民嚴重的草畜矛盾有積極的指導意義，不僅緩解了天然草地載畜量過大的現狀，而且對生態環境的保護提供了切實可行的途徑。