甘南高寒牧區小黑麥與豌豆混播草地對施肥種類的響應

摘要：為探究施肥種類對小黑麥（Triticosecale）與飼用豌豆（Pisum sativa）和箭筈豌豆（Vicia sativa）混播草地生產性能，營養品質和經濟效益的影響。本試驗采用裂區設計，主區為施肥種類（不施肥、化學肥料、有機肥和菌肥），副區為混播組合（M1：50%小黑麥×50%‘加拿大’飼用豌豆，M2：50%小黑麥×50%‘西牧333’箭筈豌豆，M3：50%小黑麥×50%‘綠箭1號’箭筈豌豆）。結果表明：從施肥種類來看，與化肥相比，有機肥和菌肥使混播草地的干草產量分別下降了7.62%和16.40%，但粗蛋白含量分別提高了0.68%和1.29%，相對飼喂價值分別提高了7.46%和5.38%。從混播組合來看，50%小黑麥和50%‘西牧333’箭筈豌豆的混播效果較好，純收益高，適合在甘南高寒牧區推廣種植。總體來看，與化肥相比，單獨施用有機肥或菌肥使混播草地的純收益顯著降低。在氮用量相近時，施用有機肥使施肥成本增加6171 CNY·hm-2。因此，甘南州在飼草生產中不宜采用有機肥或菌肥完全替代化肥的方案，應考慮部分替代化肥的策略，以保障作物高產，增加農牧民收入。

關鍵詞：高寒牧區；施肥種類；生產性能；營養品質

中圖分類號：S812.4 " " " "文獻標識碼：A " " " "文章編號：1007-0435（2025）01-0295-12

Response of Mixed Grassland of Triticale and Peas to Fertilizer Types in the Alpine Pastoral Areas of Gannan

SHI Zhi-qiang， YU Zhi-qiang， LIU Han-cheng， DU Wen-hua*

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

Abstract：In this study we explored the effects of fertilizer types on the productivity， nutritional quality， and economic benefits of mixed cropping of triticale （Triticosecale） with forage pea （Pisum sativa） and common vetch （Vicia sativa）. A split-plot design with three replicates were used in the experiments. The main plots were the fertilizer types， including four levels， i.e. no fertilizer application， chemical fertilizer， organic fertilizer， and bacterial fertilizer. The subplot was the mixed combinations， which included three levels， i.e. 50% of triticale mixed with 50% of forage pea variety ‘Canadian’ （M1）， 50% of triticale mixed with 50% of common vetch variety ‘Ximu333’ （M2）， 50% of triticale mixed with 50% of common vetch variety ‘Lvjian No.1’ （M3）. The results showed that compared to chemical fertilizers， the application of organic fertilizers and microbial fertilizers decreased hay yield by 7.62% and 16.40%， respectively. However， the crude protein content increased by 0.68% and 1.29%， and the relative feed value improved by 7.46% and 5.38%， respectively. In terms of the mixed combinations， the mixture 50% of triticale and 50% of common vetch variety ‘Ximu333’ showed better results with higher net income， making it suitable for promotion and cultivation in the alpine pastoral areas of Gannan. Overall， compared to chemical fertilizers， the sole application of organic fertilizers or microbial fertilizers significantly reduced the net income of the mixed cropping system. When the nitrogen rates were similar， using organic fertilizers increased the fertilization cost by 6171 CNY·hm-2. Therefore， in forage production in Gannan Prefecture， organic fertilizers or microbial fertilizers should not replace chemical fertilizers completely. Instead， a strategy of partial substitution should be considered to ensure high yield of crops and increase the income of farmers and herders.

Key words：Alpine pastoral area；Fertilizer type；Productive performance；Nutritional quality

甘南藏族自治州位于青藏高原東北邊緣，屬于高原大陸氣候區。畜牧業是該地區的主要經濟支柱之一。近年來，由于氣候變化和過度放牧，草原退化問題日益嚴重，草畜矛盾不斷加劇［1］。為了解決冬末春初飼草短缺問題，通常采取“以小保大”的草地保護與利用模式。這種模式利用5%甚至更少的土地建立季節性人工草地，從而緩解草畜矛盾；同時，對其余95%以上的天然草地進行生態環境修復，以實現生產和生態功能的雙重提升［2］。然而，在當地人工草地管理過程中，存在過量使用化學肥料和連年單作的問題，導致飼草產量較低［3］。因此，引入豆科作物，并通過混播的方式設計高產的種植系統，顯得尤為重要［4］。

禾-豆混播是一種適合甘南高寒牧區的高效飼草生產技術，能夠降低人工草地的建植成本，并提高飼草產量和品質。這主要得益于地上、地下部在空間上能夠合理搭配，充分利用了水熱資源［5］。然而，禾-豆混播草地的草產量和營養品質與混播材料的選擇和混播比例密切相關［6-7］。此外，禾-豆混播后，豆科牧草可以通過生物固氮的方式向禾本科牧草轉移部分氮素，提高生物固氮效率［8］。例如，在燕麥（Avena sativa）中混播12.5%或50%箭筈豌豆（Vicia sativa）具有代替33.65%～45.15%氮肥的潛力［9］。在禾-豆混播草地生產管理中，合理選擇施肥種類至關重要［10］。菌肥作為一種新型環保型肥料，能夠提高宿主植物對養分的利用率，促進豆科植物根瘤的發育，增強有機磷化合物的礦化［11］，同時它還能通過抑制植物病害的發生來提高作物產量［12］。化學肥料的養分有效性高，能提高混播草地中禾草的粗蛋白和總氮含量，但作用時效短［13-14］。有機肥養分的有效性低，但作用時效長，同時能提高作物抗旱能力［15-16］，改善飼草品質［17］。與單施有機肥相比，有機肥和化學肥料結合施用能使燕麥和箭筈豌豆混播草地的草產量提高19.39%［18］。從油菜（Brassica napus）和燕麥混播草地的肥效比較試驗來看，其肥效表現依次為：化學肥料gt;有機肥gt;不施肥［19］，然而，此類研究在小黑麥和豌豆混播草地中未見報道。

2021年，甘南州實施“五無甘南”戰略，鼓勵農牧民使用有機肥，并將其替代化學肥料納入農業發展“十四五”規劃中。在過去的20～30年間，有機農業一直被倡導用來替代傳統農業［20］，但有機農業會使作物產量降低25%～50%［21］。有機肥替代化學肥料對生態環境的改善已被證實，但其替代效果和經濟效益尚不明確。此外，可否用菌肥替代化學肥料也需進一步探究。為此，在團隊前期研究的基礎上［5-6］，本試驗以小黑麥（Triticosecale）與飼用豌豆（Pisum sativa）和箭筈豌豆的混播群體為研究對象，探討有機肥和菌肥施用對混播草地生產性能、營養品質和經濟效益的影響，為甘南藏族自治州有機肥或菌肥替代化學肥料計劃提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

田間試驗于2021年5月1日至2021年8月29日在甘肅省甘南藏族自治州夏河縣博拉鄉（34°55′18″ N，102°42′59″ E）進行，海拔3099 m。試驗地草原類型為草甸草原，無灌溉條件，前茬作物為小黑麥。土壤為栗鈣土，基本養分情況如下，pH值6.13，土壤有機質61.33 g·kg—1，堿解氮含量289.30 mg·kg—1，有效磷含量為26.89 mg·kg—1，速效鉀含量為203.60 mg·kg—1。禾-豆混播草地生長期的降水量和溫度見圖1。

1.2 試驗材料

禾本科材料為‘甘農2號’小黑麥（以下簡稱小黑麥）。豆科材料為‘加拿大’飼用豌豆，‘西牧333’箭筈豌豆和‘綠箭1號’箭筈豌豆，這些材料均由甘肅農業大學草業學院提供。化學肥料為磷酸二銨（N，16%；P2O5，46%）和尿素（N，46%），由云南云天華有限公司生產。有機肥（2.25% N + 2.00% P2O5 + 0.95% K2O≥5%，有機質≥45%）由夏河縣達哇央宗有機肥料加工銷售有限公司生產，主要原料為菜籽餅和牛羊糞混合物。菌肥（有效活菌數≥108 cfu·g—1）由蘭州大興農業科技發展有限公司生產，是一種農業生長促進劑，含有根瘤菌、磷酸鹽增溶菌、生防菌等功能菌株，具有固氮、增磷、抗病等多種功能。同時，該菌肥是針對高寒地區開發的微生物菌劑，能適應高寒環境。

1.3 試驗設計及田間管理

試驗采用裂區設計。主區為施肥種類，分別為不施肥（CK），化學肥料（CF），有機肥（OF），菌肥（BF）。副區為混播組合，分別為50%小黑麥×50%‘加拿大’飼用豌豆（M1），50%小黑麥×50%‘西牧333’箭筈豌豆（M2），50%小黑麥×50%‘綠箭1號’箭筈豌豆（M3）混播。重復3次，共36個處理。小黑麥和豆科植物的播種密度分別為4.80×106和1.60×106基本苗·hm—2，分別按各自單播量的80%計算。小區面積30 m2（5 m×6 m），各小區種植20行，行距30 cm，播種深度3～5 cm。施用化學肥料包括磷酸二銨和尿素，磷酸二銨為基肥，施入量為225 kg·hm—2；尿素為追肥，于小黑麥的分蘗期和拔節期各施入77.58 kg·hm—2，共計施入N≈108 kg·hm—2，接近團隊前期得出的最佳施氮量。有機肥用量按照化學肥料中N含量等量換算而得，用量為4800 kg·hm—2（N≈108 kg·hm—2），以基肥的方式一次性開溝施入。菌肥（微生物菌劑）在施用時先稀釋，后用噴壺將其均勻噴灑于種植溝內側，施用量為60 kg·hm—2。播種時間為2021年5月1日，并分別于6月5日和7月2日人工清除雜草。

1.4 測定指標及方法

分蘗（枝）數：于小黑麥開花期（2021年8月29日）進行測定。每個小區內隨機選取1 m樣段（邊行和地頭兩邊50 cm部分除外），分別數取樣段內小黑麥的分蘗數和豌豆的分枝數。

株高：刈割前進行。分別從各小區隨機選擇小黑麥和豌豆的代表性植株10株，測量從地面至最高點的自然高度，將10株的平均值分別作為小黑麥的和豌豆的株高。

草產量：開花期刈割整個小區地上部分并稱重，得到鮮草產量。然后從每個小區分別隨機取樣500 g，帶回實驗室，105°C殺青30 min后，在72°C烘箱中烘48 h，稱重得到干草重，計算鮮干比。根據鮮干比計算出干草產量。

營養品質：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。粗蛋白（Crude protein， CP）含量用凱氏定氮法測定［22］。粗脂肪（Ether extract， EE）含量用FOSS Soxtce? 8000索氏抽提儀測定［23］。粗灰分（Crude ash， Ash）含量用直接灰化法測定。用范氏尼龍布袋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［24］，并計算相對飼喂價值（Relative feed value， RFV），計算公式如下［25］：

RFV= （120×（88.9-0.779）×ADF）/（NDF×1.29） （1）

1.5 數據處理

采用Excel 2021和SPSS 22.0軟件對所測數據［株高、分糵（枝）數、草產量、CP，EE，Ash，NDF，ADF和RFV］進行統計分析，用R 4.4.1繪圖。表中數據用“平均值±標準誤”表示。

綜合評價采用灰色關聯度法（Grey relation analysis）［5］。當研究不同施肥種類下3個混播組合的優劣時，假設一個理想數列，記為｛X0（k）|k=1，2，3，...，n｝；其余處理作為比較數列，記為｛Xi（k）|k=1，2，3，…，n｝（i=1，2，3…m；），m為試驗處理個數，n為評估指標個數。對數據進行無量綱化處理［27］，根據公式（2）計算出試驗中各處理與測定指標之間的關聯系數ξi（k），公式（3）計算出各處理的加權關聯度。加權關聯度越大，表明該施肥種類和混播組合越接近“理想處理”，其綜合表現越好。

關聯系數：

ξ_i （k）=（min┬i "min┬k "|X_0 （k）-X_i （k） |+ρ max┬i "max┬k "|X_0 （k）-X_i （k） |）/（|X_0 （k）-X_i （k） |+ρ max┬i "m┬k "|X_0 （k）-X_i （k） | ）

公式（2）中，ρ為分辨系數，取值為0.5，公式（3）中，ω_k表示第k個指標的權重值。

1.6 經濟效益

經濟效益是指單位面積土地的總收入扣除投入費用后所得的收入。計算公式如下［26］：

純收益（CNY·hm^（-2） ）=經濟效益-投入 （4）

公式（4）中，經濟效益指不同混播組合的干草產量和干草價格的乘積，投入包括小黑麥和豆科作物的種子費用、購買化學肥料、有機肥和菌肥的費用、人工（播種、除草、收割）的費用，均按實際花費和當地市場價格計算（保留整數）。其中，小黑麥種子10 CNY·kg-1，飼用豌豆和箭筈豌豆種子7 CNY·kg-1；磷酸二銨5 CNY·kg-1，尿素3 CNY·kg-1，有機肥1.6 CNY·kg-1，菌肥20 CNY·kg-1，人工費按4500 CNY·hm-2計算，干草按照1800 CNY·t—1計算。

2 結果與分析

方差分析（表1-2）表明，除施肥種類間豆科植物的株高和混播組合間混合飼草的CP含量和EE含量差異不顯著外，其余處理各指標均差異顯著（Plt;0.05）。需對上述存在顯著差異的指標進行多重比較（Duncan法）。

2.1 施肥種類間混播草地生產性能和營養品質的差異

2.1.1 施肥種類間混播草地生產性能的差異 由表3可知，對于株高而言，施肥后3個混播組合小黑麥平均株高顯著增加（Plt;0.05），但3種肥料間無顯著差異。對于分蘗（枝）數而言，CF和OF小黑麥的平均分蘗數顯著高于BF（Plt;0.05）；與CF相比，OF小黑麥的平均分蘗數增加2.21%，而BF小黑麥的平均分蘗數則減少27.58%。3種肥料間豆科植物的平均分枝數差異顯著（Plt;0.05）；與CF相比，OF使豆科植物的平均分枝數減少14.78%，而BF則使其增加18.04%。對于草產量而言，施肥后平均鮮草產量和干草產量均差異顯著（Plt;0.05），平均干草產量依次為CFgt;OFgt;BFgt;CK；與CF相比，OF和BF的平均干草產量分別降低7.62%和16.40%。

2.1.2 施肥種類間混播草地營養品質的差異 由表4可知，對于CP含量而言，施肥后3個混播組合混合飼草的平均CP含量顯著增加（Plt;0.05）；與CF相比，OF和BF混合飼草的平均CP含量分別增加0.68%和1.29%。對于Ash含量而言，施肥后混合飼草的平均Ash含量顯著降低（Plt;0.05）；與CF相比，OF和BF混合飼草的平均Ash含量分別降低3.18%和8.44%。對于NDF含量而言，施肥后混合飼草的平均NDF含量顯著降低，且肥料間差異顯著（Plt;0.05）；與CF相比，OF和BF混合飼草的平均NDF含量分別降低6.69%和3.53%。對于RFV而言，除CF外，施肥后混合飼草的平均RFV顯著升高（Plt;0.05）；與CF相比，OF和BF混合飼草的平均RFV分別升高7.46%和5.38%。

2.2 混播組合間混播草地生產性能和營養品質的差異

2.2.1 混播組合間混播草地生產性能的差異 由表5可知，對于株高而言，M2和M3小黑麥的平均株高顯著高于M1（Plt;0.05），但M2和M3之間無顯著差異；M2豆科植物平均株高顯著高于M1和M3（Plt;0.05）。對于分蘗數而言，M2小黑麥平均分蘗數分別比M1和M3增加118.83%和5.15%。對于草產量而言，M2和M3的平均鮮草產量均顯著低于M1（Plt;0.05）；M2的平均干草產量分別比M1和M3升高19.79%和7.62%。

2.2.2 混播組合間混播草地營養品質的差異 由表6可知，混播組合間混合飼草的平均CP含量和EE含量無顯著差異。對于Ash含量而言，M2的平均Ash含量顯著高于M1和M3（Plt;0.05）。對于NDF和ADF含量而言，M2混合飼草的平均NDF和ADF含量顯著高于M1和M3（Plt;0.05）。對于RFV而言，M1混合飼草的平均RFV顯著高于M2（Plt;0.05），但與M3差異不顯著。

2.3 施肥種類與混播組合互作間混播草地生產性能和營養品質的差異

2.3.1 施肥種類與混播組合互作間混播草地生產性能的差異 從株高來看（表7），對于同一施肥類型而言：CF處理，M1和M3小黑麥的株高顯著低于M2（Plt;0.05）；OF處理，M2和M3小黑麥的株高顯著高于M1（Plt;0.05）。從豆科植物的株高來看，對于同一施肥類型而言：CF處理，混播組合間豆科植物的株高差異顯著（Plt;0.05）；OF處理，M2豆科植物的株高比M1和M3分別增加35.44%和16.97%。

從分蘗（枝）數來看（表7），對于同一混播組合而言：M1中，OF比CF小黑麥的分蘗數多25.00%，而BF則比CF少34.68%。從豆科植物的分枝數來看，對于同一混播組合而言：M1中，相比CK，施用OF使豆科植物的分枝數減少20.59%。對于同一施肥類型而言：CF處理，M2豆科植物的分枝數分別比M1和M3增加4.09%和14.42%；OF處理，M3豆科植物的分枝數分別比M1和M2增加45.43%和33.33%。

從草產量來看（表7），對于同一混播組合而言：M2中，與CF相比，OF和BF的鮮草產量分別降低6.95%和16.15%。對于同一施肥類型而言：M1的鮮草產量顯著高于M2和M3（Plt;0.05），但M2和M3之間無顯著差異。從干草產量來看，施肥后混播草地的干草產量顯著提高（Plt;0.05）。對于同一混播組合而言：M2中，與CF相比，OF和BF的干草產量分別降低5.70%和22.72%。對于同一施肥類型而言：CF，OF和BF處理下M2的干草產量分別比M1和M3高32.56%和17.13%，35.94%和22.02%，11.39%和8.66%，這表明M2的混播效果較好。

2.3.2 施肥種類與混播組合互作間混播草地營養品質的差異 從混合飼草的CP來看（表8），對于同一混播組合而言：M2和M3中，CF，OF和BF混合飼草的CP含量無顯著差異。對于同一施肥類型而言：CF處理，M2和M3混合飼草的CP含量顯著高于M1（Plt;0.05）。

從混合飼草的Ash來看（表8），對于同一混播組合而言：M1和M2中，與CF相比，OF和BF的Ash含量分別降低5.98%和13.63%，1.31%和7.24%。對于同一施肥類型而言：CF和BF處理，混播組合間混合飼草的Ash含量均差異顯著（Plt;0.05）。

從NDF和ADF含量來看（表8），對于同一混播組合而言：M2中，OF和BF混合飼草的NDF含量顯著低于CF（Plt;0.05）。對于同一施肥類型而言：OF處理，混播組合間混合飼草的NDF含量均差異顯著（Plt;0.05）。對于同一混播組合而言：M1和M2中，與CF相比，BF混合飼草的ADF含量則下降2.95%和10.72%，這表明施用菌肥能提高混合飼草的可消化干物質含量。對于同一施肥類型而言：CF和OF處理，M2混合飼草的ADF含量顯著高于M1和M3（Plt;0.05）；BF處理，M2和M3的混合飼草ADF含量顯著高于M1（Plt;0.05）。

從混合飼草的RFV來看（表8），對于同一混播組合而言：M2中，與CF相比，OF和BF混合飼草的RFV分別升高13.60%和13.33%；M3中，CF和BF混合飼草的RFV顯著低于OF（Plt;0.05），這表明施用OF可改善飼草適口性。對于同一施肥類型而言：OF處理，M1和M2混合飼草的RFV顯著低于M3（Plt;0.05）；BF處理，M2和M3混合飼草的RFV顯著低于M1（Plt;0.05）。

2.4 小黑麥和豌豆混播草地生產性能和營養品質各指標及純收益的相關性分析

小黑麥和豌豆混播草地生產性能和營養品質各指標及純收益的相關性分析表明（圖2），CF和BF處理，豆科植物的株高與小黑麥的株高顯著正相關。CF處理，小黑麥的株高與ADF含量和純收益顯著正相關，這表明小黑麥的株高越高，純收益越高。OF處理，豆科植物的株高與純收益顯著正相關。BF處理，豆科植物的分枝數與鮮草產量顯著負相關，這表明豆科植物的分枝數越多則干草產量越低。綜上，CF在提高植物株高和純收益方面效果顯著，而OF和BF在改善牧草品質方面具有優勢。

圖2 不同施肥種類下小黑麥和豌豆混播草地生產性能和營養品質各指標及純收益的相關性分析

Fig.2 Correlation analysis of production performance， nutritional quality indexes and net income of triticale and peas mixed pasture under different fertilizer types

注：CK， 不施肥； CF， 化學肥料； OF， 有機肥； BF， 菌肥； PHT， 小黑麥株高； PHL， 豆科株高； BT， 小黑麥分蘗數； BL， 豆科分枝數； FW， 鮮草產量； HY， 干草產量； CP， 粗蛋白； EE， 粗脂肪； Ash， 粗灰分； NDF， 中性洗滌纖維； ADF， 酸性洗滌纖維； NI， 純收益

Note：CK， no fertilizer application； CF， chemical fertilizer； OF， organic fertilizer； BF， bacterial fertilizer； PHT， plant height of triticale； PHL， plant height of legume； BT， number of tillers of triticale； BL， number of branches of legumes； FW， fresh weight； HY， hay yield； CP， crude protein； EE， ether extract； Ash， crude ash； NDF， neutral detergent fiber； ADF， acid detergent fiber； NI， net income. *， Plt;0.05； **， Plt;0.01； ***， Plt;0.001

2.5 禾-豆混播草地生產性能和營養品質綜合評價

干草產量是混播草地生產性能的重要體現，CP含量是決定混合飼草品質的重要因素，RFV是決定牧草適口性及消化率的重要指標，因此有必要依據各指標的重要性賦予權重值（ω），并計算加權關聯度，從而客觀地評價混播草地生產性能與混合飼草的營養品質。根據生產期望和指標的重要性，我們對干草產量，CP和RFV權重值依次賦值為0.60，0.20和0.20［6］，計算加權關聯度的大小并對所有試驗處理進行排序（表9）。加權關聯度的大小能夠真實反映出各施肥類型下不同混播組合與理想處理之間的差異。排名越高則越接近理想施肥種類和混播組合。對于同一混播組合：M1中，BF處理的排名靠前；M2和M3中，CF處理的排名靠前，其次是OF。對于同一施肥處理，M2和M3中的肥效排名依次為CFgt;OFgt;BFgt;CK。其中，CF處理下M2的加權關聯度（0.930）最大，綜合表現最好。

2.6 混播草地的經濟效益分析

混播草地經濟效益表明（表10），對于同一混播組合而言：M1中，CF的經濟效益和純收益較高，為14 760和3829 CNY·hm—2，但OF的經濟效益和純收益較低，分別為13 572和-3529 CNY·hm-2。M2中，CF的經濟效益和純收益較高，分別為19 566和9824 CNY·hm—2，但OF的純收益比CK降低588 CNY·hm-2。M3中，CF的經濟效益和純收益較高，分別為16 704和7137 CNY·hm-2，但OF的純收益為-617 CNY·hm-2，這表明用OF替代CF雖然能獲得較高的經濟效益，但純收益普遍較低。對于同一施肥類型而言：CF，OF和BF處理下M2的純收益較高，分別為9824，2538和5706 CNY·hm-2，這表明M2在當地推廣種植時能獲得較高的純收益。

3 討論

3.1 施肥種類間混播草地生產性能和營養品質的差異及原因

小黑麥的株高和分蘗數受其遺傳特性和外界環境條件的共同影響［28］。由于不同肥料在養分含量和性質上的差異，它們對作物的影響各不相同。施用菌肥后，豆科植物的比例增多，使小黑麥承受更大的支撐壓力，這可能是部分菌肥處理下小黑麥株高降低的原因之一。分蘗（枝）數是衡量牧草分蘗能力的重要指標，化學肥料，菌肥和有機肥處理的分蘗（枝）數差異明顯，這可能是因為它們通過影響土壤微生物群落，改變了土壤養分循環過程［29］，從而導致混播系統在整個生育期內養分供給存在差異。本試驗發現，施用菌肥后混合飼草的干草產量低于施用化學肥料，這可能與菌肥中的促生菌在宿主植物根部的定殖效果（定殖位置、時長）有關。研究表明，菌肥中促生菌的定殖數量與定殖環境中的生物因素（如根系分泌物、土壤中土壤菌的數量、活性及其產物等）和非生物因素（如氣候條件、土壤理化性質和土壤養分等）密切相關，部分促生菌并非直接對植物起作用，而是通過次級代謝產物間接影響小黑麥和豆科植物［30］。混播系統中干草產量的主要貢獻者是禾草［31］，這在本研究中也得到了驗證（圖2），當混播系統中的小黑麥增加時，草產量也會增加。另外，豆科植物需要根瘤菌發育成熟才可以進行固氮，雖然施用了菌肥，但在混播作物的生長初期，養分仍然不足，導致小黑麥和豆科植物互相競爭土壤養分，影響作物的生長發育，使干草產量降低。施用化學肥料能在生長初期及時提供養分，并且分次施用可顯著降低氮素損失率，使作物產量的增加量變大［32］，因此其肥效表現優于有機肥和菌肥。本試驗中，施用有機肥的增產效果與化學肥料接近，除了氮用量相近外，這可能是因為有機肥能夠增強混播作物的抗旱能力并能為混播系統持續供應養分［33］，提高了混播群體的穩定性。施用菌肥后混播草地飼草產量增加了20.06%，這與大多數復合微生物肥料對作物的增產幅度（10%～20%）相近［34］。此外，施用菌肥能使多年生黑麥草的CP含量提高，NDF的含量降低［35］，這與本研究的結果類似，這是因為菌肥的施用改變了小黑麥和豆科植物的種間關系，增加豆科植物的比例，提高了混合飼草的營養品質。當豆科植物的比例增加時，草產量的主要貢獻者小黑麥的占比會降低（圖2），這導致草產量降低。

3.2 混播組合間混播草地生產性能和營養品質差異及原因

合理的禾-豆混播組合能夠促進種間協同效應，提高飼草產量和改善品質［36］。禾-豆科植物的最佳播種比例一般為1∶1［37］，在江淮地區對燕麥和豆科牧草混播的生產性能進行研究，結果表明：50%燕麥與50%箭筈豌豆混播草地的草產量較高［38］。本試驗中，我們用50%小黑麥與50%箭筈豌豆來建植混播草地，這提高了混播群落的穩定性并產生混播優勢［7］，因此能獲得較高的飼草產量。本研究中，M1小黑麥和飼用豌豆的株高與分糵（枝）數均低于M2和M3，而鮮草產量卻高于M2和M3，這是因為加拿大飼用豌豆的單株鮮重較大（單株含水量高，葉片厚大）造成的。混播草地中混播物種間的種間競爭以及種間促進現象同時存在［39］，M1混播組合中加拿大飼用豌豆在初期生長較快，對資源的競爭強于小黑麥；而在小黑麥與箭筈豌豆的混播草地中，總體呈現小黑麥抑制箭筈豌豆生長的現象，小黑麥成為群落中的優勢牧草［31］，因此能獲得更高的飼草產量。CP，NDF和Ash是決定飼草品質的重要指標［40］。當引入豆科植物作為氮肥的替代品來提高草地生產力和改善飼草質量時，共生固氮量取決于豆科植物干物質產量，增加的氮素含量可以提高飼草的CP含量［41］，但混播組合間混合飼草的CP含量差異不顯著（表6），這可能是由于所采集的樣品中，飼用豌豆和箭筈豌豆的干物質質量相近所導致的。此外，鮮樣中飼用豌豆占比大，使M1混合飼草的Ash和NDF含量較低。本試驗中，與箭筈豌豆相比，飼用豌豆單株生物量大，混播時小黑麥并不能完全支撐飼用豌豆，導致該混播組合的倒伏率（約75%～95%）較高。因此，為方便后期機械收獲，在選擇小黑麥與飼用豌豆混播時，應降低飼用豌豆的播種量。

3.3 施肥種類與混播組合互作間混播草地生產性能和營養品質的差異及原因

施肥的主要目的是在豆科植物固氮開始前或者固氮前期為混播草地提供養分以滿足其正常生長［42］。研究表明，施肥會改變混播作物的種間關系，豆科植物生物固氮的一部分能夠被禾本科植物所利用［43］，這種利用現象發生在根瘤成熟之后，所以在混播系統中仍需要施肥。但施肥效果與施肥種類和施肥對象密切相關。本試驗中，施用化學肥料后3個混播組合的草產量均升高，這是因為其能增加小黑麥的分蘗數和生物量。相較于施有機肥和菌肥，施用化學肥料可能會減少豆科植物的有效根瘤數，降低固氮能力，使豆科植物的在混合飼草中的占比減少［44］，從而使混合飼草的品質降低。施用化學肥料后，小黑麥和飼用豌豆混播時混合飼草的CP含量出現低于不施肥處理的現象，這是因為施用化學肥料后該混播組合倒伏率極高，再加上后期降水增多，濕熱的環境使底部根莖發生腐爛，進而導致混合飼草的品質下降。施用菌肥后，豆科植物的競爭能力會增強，特別是飼用豌豆，這不僅與其形態特征相關，還與施用菌肥的特性有關。此外，飼用豌豆和箭筈豌豆除了營養物質的積累和儲存能力不同外，其固氮能力對肥料種類的響應也存在較大差異，這也是不同施肥種類下各混播組合生產性能和營養品質出現差異的主要原因之一。

3.4 混播草地的經濟效益及有機肥和菌肥完全替代化學肥料的可行性分析

經濟效益和純收益受干草產量、混合飼草的價格和投入成本的影響，在相同投入的情況下，混播草地的干草產量越高，經濟效益和純收益越高。本試驗中，由于不同混播組合的種子和肥料投入不同，導致經濟效益和純收益之間存在差異（表10）。研究表明，菌肥的施用成本略低于化學肥料［45］，這與本試驗的結果類似。本試驗中，施用菌肥后混播草地增產幅度和純收益遠低于化學肥料，這表明單獨施用菌肥無法顯著增加農牧民的收入。雖然菌肥的施用能夠改善土壤環境，但長期施用菌肥對環境效益的具體影響尚不明確，這需要進一步進行長期定位試驗來研究。在實際的飼草生產過程中一般要求兼顧生產利潤和環境成本，用有機肥替代化學肥料時作物的產出和純收益較差［46］，這與本試驗的研究結果類似。有機肥替代化學肥料使作物減產，過量施用有機肥還會增加土壤重金屬污染的風險［47］。在本試驗中，雖然施用有機肥可以增加飼草產量，但收益增加的部分并不能完全抵消有機肥的支出成本，這表明用有機肥完全替代化學肥料的施肥策略還需重新評估。

4 結論

從施肥種類來看，與化肥相比，施用有機肥和菌肥后，小黑麥和豌豆混播草地的干草產量分別下降7.62%和16.40%，但菌肥和有機肥對混合飼草的營養品質均有一定提升效果，粗蛋白含量分別比化學肥料提高0.68%和1.29%，相對飼喂價值提高7.46%和5.38%。從混播組合來看，50%小黑麥和50%‘西牧333’箭筈豌豆混播時，干草產量（8.96 t·hm—2）和粗蛋白含量（13.16%）較高，可在當地推廣種植。綜上，在氮用量相近的情況下，與化肥相比，施用有機肥使施肥成本增加6171 CNY·hm—2。單獨施用有機肥或菌肥會顯著降低禾-豆混播草地的經濟效益。因此，建議甘南州用有機肥或菌肥替代部分化肥，以建植優質高產的季節性人工草地。

參考文獻

［1］ CHEN J，YAN F，LU Q. Spatiotemporal variation of vegetation on the Qinghai–Tibet Plateau and the influence of climatic factors and human activities on vegetation trend （2000-2019）［J］. Remote Sensing，2020，12（19）：3150

［2］ 方精云，潘慶民，高樹琴，等.“以小保大”原理：用小面積人工草地建設換取大面積天然草地的保護與修復［J］. 草業科學，2016，33（10）：1913-1916

［3］ 段呈，石培禮，張憲洲，等. 藏北高原牧區人工草地建設布局的適宜性分析［J］. 生態學報，2019，39（15）：5517-5526

［4］ SMITH B M，GATHORNE-HARDY A，CHATTERJEE S，et al. The last mile：using local knowledge to identify barriers to sustainable grain legume production［J］. Frontiers in Ecology and Evolution，2018，6：102

［5］ 史志強，裴亞斌，徐強，等. 甘南高寒牧區甘農2號小黑麥與箭筈豌豆的混播效果［J］. 草業科學，2021，38（9）：1771-1781

［6］ 邵春慧，徐強，史志強，等. 夏河農牧交錯區小黑麥與豆科牧草混播的生產性能研究［J］. 草地學報，2022，30（10）：2791-2801

［7］ 裴亞斌，杜文華，劉漢成，等. 甘南高寒牧區3種飼草不同種植模式下的生產性能及經濟效益［J］. 草業科學，2020，37（4）：791-799

［8］ LEDGARD S F. Transfer of fixed nitrogen from white clover to associated grasses estimated using 15N methods in swards grazed by dairy cows［J］. Plant and Soil，1991，131（2）：215-223

［9］ 黎松松，于輝，王寧欣，等. 新疆昭蘇地區混播箭筈豌豆和施氮處理下燕麥草地的氮產量［J］. 草業科學，2021，38（10）：1918-1929

［10］ 王辛有，曹文俠，師尚禮，等. 基于生態位理論的豆禾混播草地群落穩定性利用管理研究［J］. 草地學報，2022，30（2）：456-463

［11］ KREY T，CAUS M，BAUM C，et al. Interactive effects of plant growth-promoting rhizobacteria and organic fertilization on P nutrition of Zea mays L. and Brassica napus L［J］. Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2011，174（4）：602-613

［12］ 張萬通，李超群，于露，等. 植物根際促生菌菌肥在高寒草甸替代化肥效應研究［J］. 草地學報，2021，29（7）：1423-1429

［13］ G?KKU? A，KO? A，SERIN Y，et al. Hay yield and nitrogen harvest in smooth bromegrass mixtures with alfalfa and red clover in relation to nitrogen application［J］. European Journal of Agronomy，1999，10（2）：145-151

［14］ TOMI? Z， BIJELI? Z， ?UJOVI? M， et al. Dry matter and protein yield of alfalfa，cocksfoot，meadow fescue，perennial ryegrass and their mixtures under the influence of various doses of nitrogen fertilizer［J］. Biotechnology in Animal Husbandry， 2011，27（3）：1219-1226

［15］ 金平，曾廣驥，于鳳芝，等. 有機肥對大豆抗旱性影響研究初報［J］. 黑龍江農業科學，1991，（3）：29-32

［16］ 張運龍. 有機肥施用對冬小麥-夏玉米產量和土壤肥力的影響［D］. 北京：中國農業大學，2017：29-47

［17］ 劉耀峰，藺軍，王紅平，等. 施用有機肥對隴西半干旱區豆禾混播牧草提質增效的研究［J］. 家畜生態學報，2022，43（9）：63-67

［18］ 張雁平. 施肥方式對高海拔地區混播草地鮮草產量的影響［J］. 青海大學學報（自然科學版），2015，33（5）：20-23

［19］ 李學博，李立軍，馬乃嬌. 油菜燕麥混播對飼草產量品質及土壤酶活性的影響［J］. 土壤通報，2020，51（4）：897-904

［20］ BADGLEY C，MOGHTADER J，QUINTERO E，et al. Organic agriculture and the global food supply［J］. Renewable Agriculture and Food Systems，2007，22（2）：86-108

［21］ KIRCHMANN H，BERGSTR?M L，K?TTERER T，et al. Springer Netherlands［M］. Dordrecht：Springer Netherlands，39-72

［22］ KRISHNAMOORTHY U，MUSCATO T V，SNIFFEN C J，et al. Nitrogen fractions in selected feedstuffs［J］. Journal of Dairy Science，1982，65（2）：217-225

［23］ 趙雅姣，劉曉靜，藺芳. 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［J］. 草地學報，2024，32（10）：3241-3251

［24］ VAN SOEST P J，ROBERTSON J B，LEWIS B A. Methods for dietary fiber，neutral detergent fiber，and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition［J］. Journal of Dairy Science，1991，74（10）：3583-3597

［25］ ROHWEDER D A，BARNES R，JORGENSEN N F. Proposed hay grading standards based on laboratory analyses for evaluating quality［J］. Journal of Animal Science，1978，47（3）：747-747

［26］ 楊永強. 川西北高寒牧區冬季覆蓋作物與復種作物的耦合效益及機制研究［D］. 蘭州：甘肅農業大學，2022：57

［27］ 楊秀芳，陳玲玲，烏艷紅，等. 應用灰色關聯度綜合評價26個青貯玉米的生產性能［J］. 草業科學，2012，29（1）：105-111

［28］ CORNELISSEN J H C， LAVOREL S， GARNIER E， et al. A handbook of protocols for standardised and easy measurement of plant functional traits worldwide［J］. Australian journal of Botany，2003，51（4）：335

［29］ TANG S，MA Q X，MARSDEN K A，et al. Microbial community succession in soil is mainly driven by carbon and nitrogen contents rather than phosphorus and sulphur contents［J］. Soil Biology and Biochemistry，2023，180：109019

［30］ 撖冬榮，姚拓，李海云，等. 化肥減量配施微生物肥料對垂穗披堿草生長的影響［J］. 草業學報，2022，31（4）：53-61

［31］ 權欣，武俊喜，楊培志，等. 拉薩河谷禾豆混播草地生產力與種間關系研究［J］. 草地學報，2023，31（3）：657-667

［32］ 魏翠蘭，曹秉帥，韓卉，等.施肥模式對中國稻田氮素徑流損失和產量影響Mete分析［J］. 中國土壤與肥料，2022，（7）：190-196.

［33］ 賀陽冬，馬均，魏萬蓉. 不同肥料種類對水稻強化栽培產量及稻米品質的影響［J］. 中國農學通報，2004，20（6）：177-181

［34］ 李小坤，魯劍巍，陳防. 牧草施肥研究進展［J］. 草業學報，2008，17（2）：136-142

［35］ 撖冬榮，姚拓，李海云，等. 微生物肥料與化肥減量配施對多年生黑麥草生長的影響［J］. 草業學報，2022，31（3）：136-143

［36］ 李滿有，蒙向武，王斌，等. 燕麥-豆草混播組合對草地生產性能的影響［J］. 草業科學，2021，38（6）：1147-1155

［37］ ABRAHA A B，TRUTER W F，ANNANDALE J G，et al. Forage yield and quality response of annual ryegrass （Lolium multiflorum） to different water and nitrogen levels［J］. African Journal of Range amp; Forage Science，2015，32（2）：125-131

［38］ 周雅欣，樂祥鵬，魏臻武，等. 江淮地區冬閑田豆禾牧草混播生產模式的發展前景［J］. 草業科學，2021，38（2）：304-315

［39］ 李興龍. 西北半干旱區不同光合型草種混播對飼草生產性能和土壤特征的影響［D］. 蘭州：甘肅農業大學，2021：23-25

［40］ 王旭，曾昭海，朱波，等. 箭筈豌豆與燕麥不同間作混播模式對產量和品質的影響［J］. 作物學報，2007，33（11）：1892-1895

［41］ UNKOVICH M J，BALDOCK J，PEOPLES M B. Prospects and problems of simple linear models for estimating symbiotic N2 fixation by crop and pasture legumes［J］. Plant and Soil，2010，329（1）：75-89

［42］ 遲靜嫻，徐方繼，劉譯陽，等. 豆科植物結瘤固氮及其分子調控機制的研究進展［J］. 山東農業科學，2022，54（3）：155-164

［43］ 王新宇，高英志. 禾本科/豆科間作促進豆科共生固氮機理研究進展［J］. 科學通報，2020，65（Sup1）：142-149

［44］ FAN J W， DU Y L， WANG B R， et al. Forage yield， soil water depletion， shoot nitrogen and phosphorus uptake and concentration， of young and old stands of alfalfa in response to nitrogen and phosphorus fertilisation in a semiarid environment［J］. Field Crops Research， 2016，198：247-257

［45］ 段淇斌，趙冬青，姚拓，等. 施用生物菌肥對飼用玉米生長和土壤微生物數量的影響［J］. 草原與草坪，2015，35（2）：54-58

［46］ 姜佰文，董雯昕，王春宏，等. 減氮配施液體牛糞對寒地玉米花后期干物質積累和養分吸收轉運規律的影響［J］. 東北農業大學學報，2021，52（9）：29-38

［47］ 李淑儀，鄧許文，陳發，等. 有機無機肥配施比例對蔬菜產量和品質及土壤重金屬含量的影響［J］. 生態環境，2007，16（4）：1125-1134

（責任編輯 "付宸）