蘭州地區不同間套作飼草組合對其營養和飼用品質的影響

收稿日期：2024-02-13；修回日期：2024-04-23

基金項目：國家自然科學基金（32171674）；甘肅省重點研發計劃項目（2020YF8 NA130）資助

作者簡介：趙雅姣（1990-），女，漢族，江蘇銅山人，博士，講師，主要從事牧草栽培與加工研究，E-mail：zhaoyj@gsau.edu.cn；*通信作者Author for correspondence，E-mail： liuxj@gsau.edu.cn

摘要：合理的間套作組合是改善飼草品質，發揮間套作優勢的關鍵。本研究于2016—2019年在蘭州地區對紫花苜蓿（Medicago sativa）與玉米（Zea mays）和甜高粱（Sorghum saccharatum）（行比4∶2）、紫花苜蓿與燕麥（Avena sativa）和小黑麥（Triticale Wittmack）（行比4∶4）進行間套作。研究發現，紫花苜蓿在不同間套作組合中其粗蛋白含量均較其單作均表現出極顯著地下降，降幅達到7.2%～14.1%；燕麥和小黑麥在間套作下其粗蛋白含量顯著高于單作，3年分別平均提高了5.7%和7.4%。2018年和2019年，燕麥在間套作下酸性洗滌含量較其單作顯著降低了7.6%。燕麥的相對飼用價值在2018年和2019年時表現為間套作較其單作顯著提高了8.7%和8.3%。綜上，蘭州地區紫花苜蓿與玉米、甜高粱、燕麥和小黑麥間套作時，有利于禾本科飼草品質的提升，但降低了紫花苜蓿的品質。

關鍵詞：間套作；飼草；營養品質；飼用品質

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0435（2024）10-3241-11

Effects of Different Intercropping Systems with Forage Combinations on Their Nutrition and Feeding Quality in Lanzhou Area

ZHAO Ya-jiao， LIU Xiao-jing^*， LIN Fang

（College of Pratacultural Science， Gansu Agricultural University Lanzhou/Key Laboratory of Grassland Ecosystem Gansu Agricultural University， Ministry of Education/Pratacultural Engineering Laboratory of Gansu Province/Sino-U.S. Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability， Lanzhou， Gansu Province 730070， China）

Abstract：Reasonable intercropping system with forage combination is the key to improve forage quality and play the advantages of intercropping system. In this study，alfalfa （Medicago sativa） with maize （Zea mays） and sorghum （Sorghum saccharatum） （line ratio 4∶2），alfalfa with oat （Avena sativa） and triticale （Triticale Wittmack） （row ratio 4∶4） were intercropped in Lanzhou from 2016 to 2019. It was found that the crude protein content of alfalfa in different intercropping systems was decreased significantly compared to that of corresponded monoculture，the decline ranged from 7.2% to 14.1%. The crude protein content of oat and triticale was significantly higher than that of corresponded monoculture，with an average increase of 5.7% and 7.4% in 3 years，respectively. In 2018 and 2019，the acid detergent fiber content was significantly decreased by 7.6% compared to that of corresponded monoculture. The relative feed value of oat showed a significant increase of 8.7% and 8.3% in intercropping compared to that of monoculture in 2018 and 2019，respectively. In summary，intercropping systems between alfalfa and gramineae forages in Lanzhou were beneficial for improving the quality of gramineae forages，but it reducing the quality of alfalfa.

Key words：Intercropping;Forage;Nutritional quality;Feeding quality

間套作（間作套種）是我國傳統農業中一種極其普遍和重要的多元種植技術，它與單一種植技術相比具有明顯優勢^［1］，尤其是豆科與禾本科作物進行間套作^［2］。豆科與禾本科作物間套作不僅可以改善作物的群體結構，充分利用光能、CO、水和土壤養分，提高自然資源利用率和群體抗逆性；同時，系統中禾本科作物對氮素的競爭可以刺激豆科作物的結瘤固氮^［3］，作物也可活化根際土壤中難溶性的磷和鐵^［4］以及減少病蟲草害^［5］等，進而減少農藥和化肥施用量，具有明顯的環境、社會和經濟效益^［6］。因此，在農業可持續發展中，豆/禾間套作占有越來越重要的地位。

隨著我國人民食物結構的改變，我國糧食需求已基本滿足，但飼草相對匱乏，豆/禾間套作被認為一種可以減緩飼草供應危機的有效途徑之一，對于解決當前畜牧產業發展中飼草供給匱乏問題及實現農牧業安全、高效發展具有重要意義^［7］。禾本科飼草具有產量高、適口性好、可溶性碳水化合物含量高等特點；紫花苜蓿（Medicago sativa）也具有產量高、固氮能力強、蛋白含量高且一年多茬種植等特點。因而，將禾本科飼草與紫花苜蓿進行間套作，不僅可以充分利用地上地下的資源，提高飼草產量及品質；還可以將禾本科飼草與紫花苜蓿進行混收混貯，提高青貯飼料的營養及發酵品質^［8］。這是由于豆科飼草具有固氮能力，并且在氮素濃度降低的條件下其固氮能力提高，在豆/禾飼草間套作時由于禾本科飼草對氮素的競爭進而促進豆科飼草的結瘤固氮，進而提高群體飼草的營養品質^［9］。目前已有許多學者對不同豆/禾飼草間套作營養品質進行了研究，如馬軍等^［10-11］認為，燕麥（Avena sativa）/箭筈豌豆（Vicia sativa）間套作對飼草營養品質具有改善效果。因此，發展豆/禾飼草間套作是提高飼草品質的可行途徑。

間套作組合是影響飼草品質的主要因素^［11］。由于不同飼草的生長差異，導致不同間套作組合對不同飼草營養品質的影響不同；同時也會影響其飼用品質，飼用品質常通過相對飼用價值和相對飼用品質來評估，是評價飼料價值和適口性的重要指標，對于畜牧業的發展和生產效益至關重要^［12］。選擇合適的間套作組合應根據飼草種類、形態、生理生態特性、根系分布特征以及對養分吸收特點的不同來最大限度地發揮間套作優勢，使得光照和養分等資源被合理利用，達到最佳生態效益^［13］。基于此，本研究對該區域廣泛種植的主要豆科飼草紫花苜蓿與4種廣泛種植的禾本科飼草玉米（Zea mays）、甜高粱（Sorghum saccharatum）、燕麥和小黑麥（Triticale Wittmack）進行間套作，通過連續3年（2017年，2018年和2019年）的田間定位試驗探討紫花苜蓿與4種禾本科飼草間套作在不同年份下飼草營養品質和飼用品質的變化特征。在蘭州地區篩選出適宜的紫花苜蓿與不同禾本科飼草的間套作組合對于調節飼草的營養和飼用品質具有重要意義，以期為優化飼草種植管理提供科學依據，推動畜牧業的發展和提高養殖效益。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗于甘肅省蘭州市進行（103°40′E，36°03′N，海拔1525 m），該地處于西北半干旱區，為溫帶大陸性氣候，日照時數平均2600 h，無霜期180 d。試驗區地勢平坦，土壤為灰鈣土，耕層土壤基本理化性狀為pH值 8.23，有機質12.23 g·kg^-1，全氮0.81 g·kg^-1、速效氮81.24 mg·kg^-1、有效磷15.22 mg·kg^-1、速效鉀1018.12 mg·kg^-1。2017—2019三年間平均氣溫分別為14.5℃、14.7℃和14.7℃，降水量分別為327 mm、457 mm和428 mm。

1.2 供試材料

紫花苜蓿（LW6010）由甘肅農業大學提供、玉米（KD-3）由河南省農科院提供，甜高粱（海獅）和燕麥（海威）由北京克勞沃公司提供，小黑麥（中飼1048）由河北省農科院提供。

1.3 試驗設計

試驗為2017—2019年連續3年的田間小區試驗，試驗采用完全隨機區組設計，設紫花苜蓿/玉米、紫花苜蓿/甜高粱、紫花苜蓿/燕麥、紫花苜蓿/小黑麥4種間套作組合以及紫花苜蓿單作、玉米單作、甜高粱單作、燕麥單作和小黑麥單作5種單作，每種種植模式重復3次，共27個小區，每個小區面積為4.8 m×5 m=24 m²，每個小區之間用70 cm小田埂分開，種植總面積為648 m²。單作與間套作下，紫花苜蓿的播量均為15 kg·hm^-2，條播，行距20 cm；玉米和甜高粱的播量均為60 606株·hm^-2，穴播，行距40 cm，株距40 cm；燕麥的播量均為180 kg·hm^-2，條播，行距20 cm；小黑麥的播量均為225 kg·hm^-2，條播，行距20 cm。4種間套作模式中的紫花苜蓿和禾本科飼草的行數比采用的是生產上較為常見的比例進行種植，即：紫花苜蓿與玉米（或甜高粱）的行數比例為4∶2（4行紫花苜蓿與2行玉米或甜高粱相鄰間套作），紫花苜蓿與小黑麥（或燕麥）的行數比例為4∶4（4行紫花苜蓿與4行燕麥或小黑麥相鄰間套作），紫花苜蓿、玉米、甜高粱、燕麥和小黑麥在間套作中其種植面積均占各間套作組合中總面積的50%。紫花苜蓿與4種禾本科飼草間套作時帶寬均為1.6 m。

試驗于2016年9月下旬進行紫花苜蓿的種植，2017年、2018年和2019年3月中旬進行燕麥和小黑麥的種植，5月上旬進行玉米和甜高粱的種植。各指標于2017—2018年進行，6月中下旬進行燕麥和小黑麥（抽穗期）的刈割，同時進行紫花苜蓿（初花期）第二次刈割；8月中下旬進行玉米（吐絲期）和甜高粱（抽穗期）的刈割，同時進行紫花苜蓿（初花期）第四次刈割。單作與間套作下，紫花苜蓿播種前及每年返青前將磷肥和鉀肥均一次性施入，磷肥（PO）施量為105 kg·hm^-2、鉀肥（KO）施量為90 kg·hm^-2。紫花苜蓿返青前、刈割后及入冬前進行大水漫灌，其他田間管理為常規管理。

1.4 測定指標

粗蛋白（Crude protein，CP）含量：采用凱氏定氮法進行測定；中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber，NDF）與酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）含量：采用由濾袋技術改進的范氏酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維法進行測定；粗脂肪（Ether extract，EE）含量：采用索氏浸提法進行測定；粗灰分（Crude ash，Ash）含量：采用干灰法進行測定^［14］。

相對飼用價值（Relative feed value，RFV）計算公式為^［15］：

RFV=DMI×DDM1.29

DMI=120NDF%

DDM=88.9－（0.779×ADF%）

式中，DMI為干物質采食量（Dry matter intake），表示動物在無水條件下的飼草采食量，DMI越高，飼草的適口性越好。DDM為消化干物質（Digestible dry matter），表示飼草中可消化的干物質量，DDM越高，飼草的營養價值越高。

相對飼用品質（Relative feed quality，RFQ）計算公式為^［16］：

RFQ=DMI×TDN1.23

TDN=－1.291×ADF（%）+89.796

式中，TDN為可消化總養分（Total digestible nutrients）表示飼料中所有可消化營養物質的總和。

品質各指標變化規律=（間套作下營養品質-單作下營養品質）/單作下營養品質。

1.4 數據分析

試驗數據使用Excel 2007進行整理及作圖，采用SPSS 19.0進行單因素方差分析（ANOVE），采用Origin進行圖形的制作。

2 結果與分析

2.1 間套作對營養品質的影響

2.1.1 粗蛋白含量 2017年到 2019年，紫花苜蓿在不同間套作組合中其粗蛋白含量均較其單作極顯著下降（P＜0.01），降幅達到7.2%～14.1%（圖1）。玉米（除2017年）和甜高粱在間套作和單作下其粗蛋白含量未發生顯著變化。然而，燕麥和小黑麥在間套作下其粗蛋白含量顯著高于單作（P＜0.05），3年分別平均提高了5.7%和7.4%。

2.1.2 ADF/NDF含量 由圖2和圖3可知，紫花苜蓿、玉米、甜高粱和小黑麥ADF和NDF含量在間套作和單作下均無顯著變化。2018年和2019年中，燕麥在間套作下ADF含量較其單作分別顯著降低了7.9%和7.3%（P＜0.05），而燕麥的NDF含量在間套作和單作下無顯著差異。

2.1.3 粗脂肪含量 紫花苜蓿、玉米、甜高粱、燕麥和小黑麥在間套作和單作下其脂肪含量均無顯著變化（圖4）。

2.1.4 粗灰分含量 紫花苜蓿/玉米間套作下，紫花苜蓿粗灰分含量在2017年和2019年均較其單作分別顯著下降了9.3%和6.0%（P＜0.05），而紫花苜蓿粗灰分在其他間套作組合下與其單作均無顯著變化（圖5）。同時，2017年和2018年，間套作下燕麥粗灰分含量較其單作顯著下降5.7%和5.6%（P＜0.05）；燕麥和小黑麥粗灰分含量在2019年時間套作極顯著小于單作，分別下降10.5%和9.4%（P＜0.01）。

2.2 間套作對飼用品質的影響

2.2.1 可消化干物質 紫花苜蓿在間套作下其可消化干物質均小于其在單作，其中，2017年紫花苜蓿與玉米、甜高粱和小黑麥間套作時，2019年紫花苜蓿與燕麥間套作時較其相應的單作顯著下降（P＜0.05）（表1）。2017年的玉米間套作和2019年燕麥及小黑麥間套作時較其相應單作可消化干物質顯著升高（P＜0.05），其余年份下的禾本科飼草在間套作與單作下的可消化干物質無顯著變化。

2.2.2 干物質采食量 紫花苜蓿與玉米間套作（2017年和2019年）以及紫花苜蓿與甜高粱間套作（3年）時，紫花苜蓿的干物質采食量均較其單作顯著下降（P＜0.05），而紫花苜蓿與燕麥或小黑麥間套作時其干物質采食量與其單作無顯著變化（表2）。4種禾本科飼草在間套作和單作下其干物質采食量均無顯著變化。

2.2.3 可消化物總養分 由表3可知，紫花苜蓿在間套作下其可消化總養分均較單作降低，其中2017年紫花苜蓿與玉米、甜高粱及小黑麥間套作，2018年紫花苜蓿與甜高粱間套作，2019年紫花苜蓿與甜高粱、燕麥及小黑麥間套作時，其可消化總養分均較單作均顯著減少（P＜0.05）。同時。間套作玉米在2017年和2018年，間套作燕麥和小黑麥在2018年和2019年時的可消化總養分較其單作顯著升高（P＜0.05）。

2.2.4 相對飼用價值 由圖6所知，紫花苜蓿、玉米、甜高粱和小黑麥的相對飼用價值在間套作和單作下均無顯著變化，而燕麥的相對飼用價值在2018年和2019年時表現為間套作較其單作顯著提高了8.7%和8.3%（P＜0.05）。

2.2.5 相對飼用品質 燕麥與紫花苜蓿間套作時，其在2018年和2019年時相對飼用品質較其單作顯著提高了8.1%和8.0%（P＜0.05），玉米、甜高粱和小黑麥相對飼用品質在間套作和單作下均無顯著差異（圖7）。

2.3 間套作組合下飼草品質的變化規律

由圖8可知，在4種間套作組合中，紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分、相對飼用價值和相對飼用品質的變化幅度均為負值，而酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的變化幅度均為正值。4種禾本科飼草粗蛋白、粗脂肪、相對飼用價值和相對飼喂品質的變化幅度均為正值，而酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的變化幅度均為負值。同時，紫花苜蓿在間套作和單作下其粗蛋白含量的變化幅度顯著高于其他指標，而粗脂肪變化幅度顯著低于其他指標（P＜0.05）。

3 討論

在發達國家，豆/禾間套作已成為優質飼草生產的重要發展方向，有利于改善飼草的蛋白含量，獲得營養均衡的飼草^［17］。本研究中，禾本科飼草在間套作時的粗蛋白含量較其單作變化幅度上升了約6.38%，這說明間套作會增加禾本科飼草的粗蛋白含量，而粗蛋白含量的高低直接影響著飼草品質的優劣^［18］。一般而言，間套作的目的是更好地利用資源，間套作中的不同作物互相之間競爭不同生態位，從而增加蛋白質含量，改善飼草品質^［19］。而在大多數研究中，均與本研究結果一致，即豆/禾間套作可提升禾本科作物的品質^［20］，如李春喜等^［21］研究發現，與高粱單播相比，混播可提高飼草粗蛋白含量，降低中性和酸性洗滌纖維含量，進而提高相對飼喂價值，改善飼草品質；藺芳等^［22］研究表明，甜高粱與紫花苜蓿間套作后對提高甜高粱粗蛋白含量有積極作用；柱花草（Stybsanthes guianensis）與扭黃茅（Heteropogon contortus）間作可提高單位面積飼草產量和扭黃茅氮磷的吸收，有利于改善扭黃茅品質^［23］。

本研究中，紫花苜蓿與高桿禾本科飼草（玉米和甜高粱）間套作時較其單作粗蛋白含量下降了約12%，與低桿禾本科飼草（燕麥和小黑麥）間套作時下降了約9%，這也說明紫花苜蓿在間套作中處于劣勢地位，引起該現象的主要原因是紫花苜蓿與禾本科飼草間套作時其對氮素的競爭遠低于禾本科飼草。在本團隊前期研究中已證實紫花苜蓿與禾本科飼草間套作時，紫花苜蓿根際土壤中氮素會被禾本科飼草所競爭，進而促進紫花苜蓿的結瘤固氮^［24-25］。然而，研究中的紫花苜蓿在間套作下其粗蛋白含量依然會發生降低，這也進一步說明間套作雖可促進紫花苜蓿的結瘤固氮，但通過其自身固定的氮素依然小于被競爭的氮素，進而降低了自身粗蛋白的含量。大部分豆/禾間套作的研究表明中，豆科飼草在間套作系統中處于劣勢地位，并且其營養品質會降低^［26-27］。然而，在綠豆（Vigna radiata）/谷子（Setaria italica）間作的研究中，間作可同時提高谷子和綠豆中粗蛋白的含量以提高作物品質^［28］，與本研究結果相反，這主要是由于種植不同的植物，其地上和地下部分的生長特性、資源競爭及利用能力不同；同時，不同地區下氣候、土壤以及管理水平的不同也會造成營養變化的不同。

本研究中，紫花苜蓿/禾本科飼草間套作降低了禾本科飼草的酸性和中性洗滌纖維含量，但提高了紫花苜蓿的酸性和中性洗滌纖維含量；同時紫花苜蓿/禾本科飼草間套作提高了紫花苜蓿和禾本科飼草的粗脂肪含量以及降低了粗灰分含量，但酸性和中性洗滌纖維含量、粗灰分含量以及粗灰分含量變化均較小，說明4種豆禾飼草間套作主要影響的是其粗蛋白的含量，而對其他營養成分影響較小。向潔等^［29］在西藏河谷地區對燕麥與箭筈豌豆混間作作物產量和營養品質進行研究，表現出燕麥與箭筈豌豆混作和間作都能提高作物粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量，此結果與本研究不同，這是由于箭舌豌豆混作和間作時可纏繞燕麥進行生長，并較其單作匍匐生長具有更大的優勢，因此，該種植組合在混作和間作中其優勢性更加突出。種間配置引起的作物對土壤養分的競爭是間套作系統作物營養成分變化的主要原因^［30］。因此，適合的飼草搭配對間套作發揮出最大優勢起著至關重要的作用。

飼用價值是飼草重要的經濟性狀之一^［31］。相對飼用價值是酸性和中性洗滌纖維的綜合反映，是飼草質量的評定指數，其值越高說明飼草營養價值越高^［32］。但有研究表明，相對飼用價值適用于以紫花苜蓿為代表的豆科飼草，用相對飼用價值評價禾本科飼草質量會導致其飼養機制被低估^［33］。為更好地體現飼草的質量，該試驗還采用相對飼用品質進行評估。研究中，禾本科飼草的相對飼用價值和相對飼用品質在間套作下均高于其單作，紫花苜蓿表現相反。這說明紫花苜蓿/禾本科飼草間套作會降低紫花苜蓿的飼用價值，而增加了禾本科飼草的飼用價值。這主要是由于紫花苜蓿/禾本科飼草間套作中，無論是對地上光能的競爭還是對地下水分和養分的競爭，紫花苜蓿均處于劣勢地位，而禾本科飼草處于優勢地位，最終通過降低紫花苜蓿的營養價值和提升禾本科飼草的營養價值進而降低紫花苜蓿以及提高禾本科飼草的可消化物質^［34］。然而，對于飼草來說，相對飼用價值較小的變動也會影響該飼草的經濟價值。通過探究不同間套作組合對飼草品質，選擇適合的間套作組合，可優化飼料生產系統并提高飼草品質，同時降低飼料成本并增加牲畜生產性能，從而實現增產增效的目標。

4 結論

紫花苜蓿/禾本科飼草間套作降低了4種禾本科飼草的酸性和中性洗滌纖維含量，但提高了其粗蛋白、粗脂肪、相對飼喂價值和相對飼喂品質；同時，間套作降低了紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分、相對飼用價值和相對飼用品質，而提高了其酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量。綜上，蘭州地區紫花苜蓿與玉米、甜高粱、燕麥和小黑麥間套作時，有利于禾本科飼草品質的提升，但降低了紫花苜蓿的品質。

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（責任編輯 劉婷婷）