祁 軍，鄭 偉，張鮮花，唐高溶，王 祥，朱進(jìn)忠

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第四師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆伊寧 835000; 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052; 3.新疆維吾爾自治區(qū)草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830052)

不同豆禾混播模式的草地生產(chǎn)性能

祁 軍1，鄭 偉2，3，張鮮花2，3，唐高溶2，王 祥2，朱進(jìn)忠2，3

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第四師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆伊寧 835000; 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052; 3.新疆維吾爾自治區(qū)草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830052)

選擇5種豆科與禾本科牧草建植同行與異行豆禾混播草地，混播種類(lèi)為2種豆禾牧草混播、5種豆禾牧草混播，豆禾混播比例為豆禾比6∶4、5∶5和4∶6。依據(jù)2012－2013年各混播組合的牧草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、粗脂肪產(chǎn)量、中性洗滌纖維產(chǎn)量、相對(duì)產(chǎn)量總和(RYT)及豆科牧草與禾草的相對(duì)密度和相對(duì)產(chǎn)量相異度，分析了不同混播群落空間結(jié)構(gòu)下各混播處理的生產(chǎn)性能變化。結(jié)果表明，混2-1(鴨茅Dactylis glomerata +紅豆草Onobrychis viciaefolia)、混2-2(無(wú)芒雀麥Bromus inermis +紅豆草)的1∶1行處理具有較高的牧草產(chǎn)量與粗蛋白、粗脂肪和中性洗滌纖維產(chǎn)量，且均高于同行混播;同行混播牧草產(chǎn)量均低于異行混播。各混播處理RYT值均高于1，且混2-1、混2-2的1∶1行處理RYT值高于同行混播。2∶2行、3∶3行具有較高的相對(duì)密度和相對(duì)產(chǎn)量相異度，同行混播具有較低的相對(duì)密度和相對(duì)產(chǎn)量相異度。由此可見(jiàn)，從同行混播改為異行混播，可提高牧草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)和種間相容性，維持較高的群落穩(wěn)定性，使豆禾混播草地的生產(chǎn)性能進(jìn)一步增加。

豆禾混播草地;同行混播;異行混播;生產(chǎn)性能;模糊綜合評(píng)價(jià)

豆科與禾本科植物混播后對(duì)共同棲居的空間和各種資源進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng);豆禾混播群落還能使土壤水分、養(yǎng)分和光資源的供給得到改善，增加了這些資源的可利用性，從而產(chǎn)生互利［1］。競(jìng)爭(zhēng)和互利在豆禾混播群落中可同時(shí)存在，兩者的相對(duì)大小及對(duì)混播優(yōu)勢(shì)的貢獻(xiàn)隨間作/混播植物建植年限(作物的生育期)及空間結(jié)構(gòu)變化而變化［2-3］。在混播植物的整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)，當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)作用強(qiáng)度大于互利時(shí)，混播群落對(duì)資源的整體利用能力下降，反之，混播群落對(duì)資源的整體利用能力增加，具有混播優(yōu)勢(shì)［4］。調(diào)控種間競(jìng)爭(zhēng)與互利作用的相對(duì)大小對(duì)獲得混播優(yōu)勢(shì)具有重要作用［4］。目前關(guān)于豆禾牧草混播優(yōu)勢(shì)的研究主要集中在物種組成、豆禾混播比例［5］、刈割強(qiáng)度［6］和施肥［7］等領(lǐng)域，對(duì)群落空間結(jié)構(gòu)的關(guān)注較少［3，8］。群落空間結(jié)構(gòu)可反映群落內(nèi)各植物種的空間關(guān)系，各植物種之間的競(jìng)爭(zhēng)狀況及空間生態(tài)位，在很大程度上決定了群落組分的穩(wěn)定性和發(fā)展的可能性［9］。與此同時(shí)，許多學(xué)者將混播草地牧草產(chǎn)量等同于其生產(chǎn)性能，將牧草產(chǎn)量的差異作為評(píng)價(jià)不同混播模式下草地生產(chǎn)性能優(yōu)劣的最主要指標(biāo)［10］?；觳ゲ莸氐纳a(chǎn)性能應(yīng)考慮草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)［11］、種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系［12］、群落穩(wěn)定性［13］等諸多因素，如果僅以牧草產(chǎn)量的差異來(lái)評(píng)價(jià)其生產(chǎn)性能，進(jìn)而判定混播優(yōu)勢(shì)的大小或劣勢(shì)，往往因割裂了各個(gè)因素對(duì)混播草地生產(chǎn)性能的綜合影響而在一定程度上影響混播優(yōu)勢(shì)判定的科學(xué)性［14］。因此，本研究以3種豆禾牧草種類(lèi)組合和3種豆禾混播比例的同行混播與異行混播草地為研究對(duì)象，以群落空間結(jié)構(gòu)的差異為切入點(diǎn)，對(duì)比分析其牧草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)、種間相容性和群落穩(wěn)定性，探索利用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)豆禾混播草地的混播優(yōu)勢(shì)，以期為利用空間結(jié)構(gòu)調(diào)控來(lái)獲得較高混播優(yōu)勢(shì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州昭蘇盆地的昭蘇馬場(chǎng)山前草地(43°07'33.12″N，80°59'56.18″E，海拔1 895 m)，昭蘇馬場(chǎng)屬溫帶山區(qū)半濕潤(rùn)易旱冷涼氣候類(lèi)型。年均溫度2.7℃，≥10℃年積溫1 416.8℃·d，無(wú)霜期85～100 d，年均降水量512 mm，年均蒸發(fā)量1 261.6 mm。試驗(yàn)小區(qū)原為退化的山地草甸，2011年重建成多年生豆禾混播草地。山地草甸植被主要有鴨茅(Dactylis glomerata)、無(wú)芒雀麥(Bromus inermis)、新疆鵝觀草(Roegneria sinkiangensis)、綠草莓(Fragaria virdis)、草原糙蘇(Phlomis pratensis)、草原老鸛草(Geranium pratense)、短柄苔草(Carex pediformis)等。蓋度65%～95%，草層高25～85 cm，牧草產(chǎn)量2 500 kg·hm－2［15］。土壤為黑鈣土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為10.32%～10.56%，全氮、全磷和全鉀含量分別為7.15、1.14和17.00 g·kg－1，堿解氮、有效磷和有效鉀含量分別為1 322.00、8.61和924.00 mg·kg－1［12］。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)同行混播與異行混播兩種混播方式(a因素，a =2)，混播組合設(shè)2種牧草混播(鴨茅+紅豆草Onobrychis viciaefolia、鴨茅+無(wú)芒雀麥)和5種牧草混播(鴨茅+無(wú)芒雀麥+貓尾草Phleum pratense +紅三葉Trifolium pretense +紅豆草) (b因素，b =3) ; c因素為混播比例(c =3)，豆禾比分別為6∶4、5∶5和4∶6; 5種牧草每種各設(shè)單播作為對(duì)照(CK =5) ; 3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共69個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積均為3 m×4 m，行距15 cm。鴨茅、紅三葉單播的播量均為15 kg·hm－2，貓尾草單播的播量為12 kg·hm－2，無(wú)芒雀麥單播的播量為30 kg ·hm－2，上述草種均為加拿大產(chǎn);紅豆草單播的播量為60 kg·hm－2，品種甘肅紅豆草(O.viciaefolia cv.Gansu)，為新疆本地產(chǎn);混播比例按種子占單播重量的實(shí)際用價(jià)來(lái)計(jì)算，混播與單播密度相同，播量及混播比例如表1所示。2011年5月15日播種，建植當(dāng)年花期(8月20日)刈割1次。試驗(yàn)期間不施肥、無(wú)灌溉，每年春季人工除雜草2次。

表1 豆禾混播草地混播比例與播量Table 1 Mixed sowing ratio and sowing quantity in legume-grass mixture

1.3評(píng)價(jià)方法

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇 牧草產(chǎn)量:每年刈割1次，均在牧草花期進(jìn)行刈割(7月15日左右)。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方(缺苗及邊行不設(shè)樣方)，樣方內(nèi)牧草按種留茬5 cm刈割并稱(chēng)鮮重，每種牧草取500 g鮮樣放入65℃恒溫箱烘干稱(chēng)重，計(jì)算干鮮比，折算成干重。

牧草品質(zhì):在牧草產(chǎn)量測(cè)定的同時(shí)，在每個(gè)小區(qū)按“十”字法隨機(jī)取500 g牧草混合樣，3次重復(fù)，混勻，將烘干樣品粉碎后，過(guò)0.4 mm篩，測(cè)定牧草的粗蛋白(Crude Protein，CP)、粗脂肪(Ether Extract，EE)、中性洗滌纖維(Neutral Detergent Fiber，NDF)含量，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)草量，換算成CP、EE和NDF產(chǎn)量［16］。

種間相容性:利用相對(duì)產(chǎn)量總和(Relative Yield Yotal，RYT)表述種間相容性［17］，因?yàn)镽YT可從整體上說(shuō)明混播植物間是否存在種間競(jìng)爭(zhēng)［18］，且使用更為普遍［19］。

式中，Yij為種i與種j混播時(shí)種i的牧草產(chǎn)量; Yii為種i單播時(shí)的牧草產(chǎn)量; Yji為種j同種i混播時(shí)種j的牧草產(chǎn)量; Yjj為種j單播時(shí)的牧草產(chǎn)量［20-21］。RYT＜1，說(shuō)明在混播組分種間競(jìng)爭(zhēng)大于種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng); RYT=1，說(shuō)明混播組分種間和種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)相等; RYT＞1說(shuō)明種間競(jìng)爭(zhēng)小于種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，混播物種有某種程度的生態(tài)位分化，其資源利用效率高于單播。

群落穩(wěn)定性測(cè)定:草地群落穩(wěn)定性指群落特征對(duì)于外界干擾因素的狀態(tài)保持能力［14］。草地群落的穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在兩方面，一是群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，二是產(chǎn)量的穩(wěn)定性。而群落某些特征的變化可以反映其穩(wěn)定性［22］。

相對(duì)密度(Relative density，RD)可以理解為群落各組成結(jié)構(gòu)對(duì)資源潛在的占有能力的大小，相對(duì)產(chǎn)量(Relative yield，RY)則是物種對(duì)已占有資源量的評(píng)價(jià)［23-25］。通過(guò)對(duì)兩者“相異度(Dissimilarity)”(即干擾后與干擾前群落的相異程度)的評(píng)定，可以定量反映出群落穩(wěn)定性的變化［14］。

式中，RDg是禾本科相對(duì)密度，Dgl是混播下禾草分蘗數(shù)，Dg是單播下禾草的分蘗數(shù)，p是禾草的播種比例; RDl是豆科相對(duì)密度，Dll是混播下豆科牧草的分枝數(shù)，Dl是單播下豆科牧草的分枝數(shù)，q是豆科牧草的播種比例［23］。RYg是禾本科相對(duì)產(chǎn)量，Ygl是混播下禾草的產(chǎn)量，Yg是單播下禾草的產(chǎn)量; RYl是禾本科相對(duì)產(chǎn)量，Yll是混播下豆科牧草的產(chǎn)量，Yl是單播下豆科牧草的產(chǎn)量［26］。CD為相異度系數(shù); fAi表示干擾前的群落特征值(其特征數(shù)為i=1，2，3，…，n，這里取種植2011年的RD或RY) ; fBi為干擾后的群落特征值(這里取2013年的RD或RY)。當(dāng)CD=1時(shí)，說(shuō)明群落有極強(qiáng)的穩(wěn)定性;而當(dāng)CD≤0時(shí)，說(shuō)明其穩(wěn)定性在這一外力作用下極差，以至于完全喪失這一特征屬性; CD值的大小可反映干擾力對(duì)群落的影響程度，也就是草地的穩(wěn)定性［12］。

1.3.2評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對(duì)不同混播群落結(jié)構(gòu)下豆禾混播草地的生產(chǎn)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。首先對(duì)參評(píng)各因子值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:即每一因子數(shù)值除以該因子的最大值，再乘以1 000，得到其標(biāo)準(zhǔn)化值［27］。然后利用模型U(Xik)=(Xik－Xkmin) /(Xkmax－Xkmin)計(jì)算牧草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)、種間相容性和群落穩(wěn)定性4項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度。最后采用上述4項(xiàng)指標(biāo)隸屬度的均值對(duì)豆禾混播草地的生產(chǎn)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中，U(Xik)為第i種混播群落第k項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度，Xik為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值或多項(xiàng)參評(píng)因子標(biāo)準(zhǔn)值的平均值; Xkmax、Xkmin分別為所有混播群落第k項(xiàng)指標(biāo)最大值和最小值。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用IBM SPSS Statistics 21中的One-way ANOVA對(duì)不同混播群落結(jié)構(gòu)的各指標(biāo)進(jìn)行方差分析、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤，并利用LSD對(duì)指標(biāo)進(jìn)行處理間比較，差異顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1群落空間結(jié)構(gòu)對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

從混播組合(圖1)來(lái)看，組合N、AF牧草產(chǎn)量較高，顯著高于其他組合(P＜0.05) ;組合B、C、E、F、G、J、L牧草產(chǎn)量較低，顯著低于組合R、S、V、X、AD、AH和AJ(P＜0.05)。從混播種類(lèi)(圖2)來(lái)看，混2-1(紅豆草+鴨茅)和混2-2(紅豆草+無(wú)芒雀麥)牧草產(chǎn)量高于混5。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，各混播種類(lèi)的1∶1行牧草產(chǎn)量顯著高于同行和3∶3行(P＜0.05) ;混5和混2-1的2∶2行牧草產(chǎn)量低于1 ∶1行，高于3∶3行，但差異不顯著(P＞0.05) ;混2-2的2∶2行、3∶3行和同行混播牧草產(chǎn)量無(wú)顯著差異(P＞0.05)。

圖1 不同混播組合牧草產(chǎn)量間的比較Fig.1 Forage yield of different cropping patterns and spatial structures

圖2 不同混播空間結(jié)構(gòu)牧草產(chǎn)量間的比較Fig.2 Forage yield of different mixed spatial structures

2.2群落空間結(jié)構(gòu)對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量的影響

從混播組合(圖3)來(lái)看，組合N、V、W、Z和AD粗蛋白(CP)產(chǎn)量較高，組合B、C、E、F、G、J、L、U、Y、AC和AG的CP產(chǎn)量較低。從混播種類(lèi)(圖4)來(lái)看，混2-1和混2-2的CP產(chǎn)量高于混5。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，混2-1和混2-2的1∶1行CP產(chǎn)量顯著高于同行和3∶3行(P＜0.05) ;混5的各處理間CP產(chǎn)量差異不顯著(P＞0.05) ;混2-1的2∶2行CP產(chǎn)量也顯著高于3∶3行和同行(P＜0.05)，而混2-2的2∶2行和3∶3行CP產(chǎn)量則顯著高于同行。從混播組合來(lái)看，組合N、R、S、V和W粗脂肪(EE)產(chǎn)量較高，組合F、Y的EE產(chǎn)量較低。從混播種類(lèi)來(lái)看，混2-1和混2-2的EE產(chǎn)量高于混5。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，混5、混2-1和混2-2的各處理間EE產(chǎn)量差異不顯著(P＞0.05) ;混5的同行EE產(chǎn)量高于1∶1行、2∶2行和3∶3行(P＞0.05) ;混2-1和混2-2處理EE產(chǎn)量則是1∶1行、2∶2行較高。從混播組合來(lái)看，組合F中性洗滌纖維(NDF)產(chǎn)量最低，組合N和V的NDF產(chǎn)量較高。從混播種類(lèi)來(lái)看，混5的NDF產(chǎn)量低于混2-1和混2-2。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，混5同行的NDF產(chǎn)量顯著高于其它混播群落結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，1∶1行、2∶2行和3∶3行之間則無(wú)顯著差異(P＞0.05) ;混2-1和混2-2的1∶1行NDF產(chǎn)量顯著高于其它混播群落結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，同行、2∶2行和3∶3行之間則無(wú)顯著差異(P＞0.05)。

圖3 不同混播組合牧草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量間的比較Fig.3 Forage nutrient yield of different cropping patterns

圖4 不同混播空間結(jié)構(gòu)下牧草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量間的比較Fig.4 Forage nutrient yield of different mixed spatial structures

2.3群落空間結(jié)構(gòu)對(duì)種間相容性的影響

所有混播組合的相對(duì)產(chǎn)量總和(RYT)值均高于1。從混播組合(圖5)來(lái)看，組合N和AF的RYT值較高，可達(dá)3.36以上，與組合O、P、R、S、T、V、X、Y、Z、AB、AD、AE、AH和AJ無(wú)顯著差異(P＞0.05)，但顯著高于其它組合(P＜0.05)。從混播種類(lèi)(圖6)來(lái)看，混2-1和混2-2的RYT值高于混5。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，混2-1的1∶1行的RYT值顯著高于同行(P＜0.05)，但2∶2行和3∶3行RYT值與其它混播群落結(jié)構(gòu)間無(wú)顯著差異(P＞0.05) ; 混5和混2-2各處理間的RYT值差異不顯著(P＞0.05)。

2.4群落空間結(jié)構(gòu)對(duì)群落穩(wěn)定性的影響

從混播組合來(lái)看(表2)，組合T、AJ的豆科牧草相對(duì)密度相異度(CD-RDl)值較高，組合Q、W、Z、AC 的CD-RDl值較低。組合K、L、R、S、Z和AD的禾草相對(duì)密度相異度(CD-RDg)值較高，組合Y、A、E和U的CD-RDg值較低，與大部分組合差異顯著(P＜0.05)。組合N、AF的豆科牧草相對(duì)產(chǎn)量相異度(CD-RYl)值較高，組合U、B、K、W、AG的CD-RYl值較低，與大部分組合差異顯著(P＜0.05)。組合B、G、H、K、L、P、AB、AD、AE和AF的禾草相對(duì)產(chǎn)量相異(度CD-RYg)值較高，組合A、E、I、M、Q、Y和AC的 CD-RYg值較低，顯著低于其它組合(P＜0.05)。

圖5 不同混播組合相對(duì)產(chǎn)量總和的比較Fig.5 Relative yield total of different cropping patterns

圖6 不同混播空間結(jié)構(gòu)相對(duì)產(chǎn)量的比較Fig.6 Relative yield of different mixed spatial structures

從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看(表3)，混5同行的CD-RDl值顯著高于1∶1行的(P＜0.05)，2∶2行、3∶3行的CD-RDl值則與其它混播結(jié)構(gòu)無(wú)顯著差異(P＞0.05) ; 2∶2行、3∶3行的CD-RYg值顯著高于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，同行的CD-RYg值則顯著低于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)。混2-1和混2-2的3∶3行CD-RDl值顯著高于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，混2-1同行的CD-RDl值顯著低于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，而混2-2處理1 ∶1行的CD-RDl值最低;混2-2同行的CD-RYg值顯著低于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，混2-1處理2∶2行CDRYg值顯著高于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，而混2-2處理3∶3行CD-RYg值顯著低于1∶1行(P＜0.05)。混5同行的CD-RYl值顯著高于1∶1行和2∶2行(P＜0.05)，與3∶3行的無(wú)顯著差異(P＞0.05) ;同行的CDRYG值顯著低于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)?；?-1和混2-2處理3∶3行的CD-RYl值均顯著高于2∶2行和同行(P＜0.05)，混2-1的1∶1行CD-RYl值則與3∶3行無(wú)顯著差異(P＞0.05) ;混2-1和混2-2同行的CD-RYg值顯著低于其它混播結(jié)構(gòu)(P＜0.05)，混2-1處理1∶1行的CD-RYg值顯著低于2∶2行和3∶3行(P＜0.05)。從混播種類(lèi)來(lái)看，混2-1的CD-RDl值和CD-RYg值較高，而混2-2的CD-RDl值較低，混5的CD-RYg值較低; 混5的CD-RYl值低于混2-1和混2-2，混2-2的CD-RYg值低于混2-1和混5的。

2.5模糊綜合評(píng)價(jià)

綜合各個(gè)混播組合生產(chǎn)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值或多項(xiàng)參評(píng)因子標(biāo)準(zhǔn)值的平均值，分別計(jì)算牧草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)、種間相容性和群落穩(wěn)定性的隸屬度，以這4個(gè)隸屬度的均值綜合評(píng)價(jià)各混播組合的生產(chǎn)性能。組合N、AF的生產(chǎn)性能較高，其隸屬度在0.73以上;組合A、C、Q、U、J、B、AC、E和F生產(chǎn)性能較低，其隸屬度在0.30以下(表4)。從混播種類(lèi)來(lái)看，混5的生產(chǎn)性能較低，其隸屬度值低于混2-1和混2-2。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，同行的生產(chǎn)性能較低，各個(gè)混播種類(lèi)處理下其隸屬度值均低于異行混播。

表2 不同混播組相對(duì)密度和相對(duì)產(chǎn)量相異度的比較Table 2 Dissimilarity for relative density and yield of different cropping patterns

表3 不同混播空間結(jié)構(gòu)下相對(duì)密度和相對(duì)產(chǎn)量相異度的比較Table 3 Dissimilarity for relative density and yield of different mixed spatial structures

3 討論

3.1同行與異行混播對(duì)豆禾混播草地牧草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量的影響

混播植物的枝條、葉片、根系在空間上的分布差異或時(shí)間上的生育時(shí)期差異均可導(dǎo)致混播物種的生態(tài)位分離，使混播牧草間的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度降低，實(shí)現(xiàn)光、水分和養(yǎng)分的利用互補(bǔ)，提高草地生產(chǎn)力［28-29］。同行混播時(shí)，豆科牧草與禾草種植在一起，地上部豆科牧草與禾草的葉片對(duì)光照形成激烈的競(jìng)爭(zhēng)，特別是禾草抽穗后，其上部的葉片位置較高，對(duì)下部的豆科牧草形成遮陰，造成了豆科牧草光合作用強(qiáng)度下降［30］。而異行混播下，豆科牧草與禾草的葉片有一定距離，位置較高的禾草遮陰效果有限，那么對(duì)光資源的競(jìng)爭(zhēng)就沒(méi)有同行混播那么激烈。本研究中，同行混播牧草產(chǎn)量顯著低于1∶1行(P＜0.05)，且低于其它異行混播處理。在混播種類(lèi)和混播比例相同的情況下，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量與牧草產(chǎn)量具有較高的相關(guān)性［12］，因此，除混5外，其它混播種類(lèi)下，也是同行混播營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量低于異行混播。

與此同時(shí)，豆禾牧草混播后，豆科牧草與禾草根系的相互作用有效促進(jìn)了系統(tǒng)對(duì)氮磷的吸收和利用［29，31］。同行混播、1∶1行處理下豆科牧草的根系能夠伸入到禾草根系區(qū)，通過(guò)生物固氮和磷的高效利用減少了養(yǎng)分的競(jìng)爭(zhēng)，使得其表現(xiàn)出混播優(yōu)勢(shì);而3∶3行使禾草根系遠(yuǎn)離了豆科牧草，地下養(yǎng)分資源無(wú)法高效利用，使其牧草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量均表現(xiàn)較差(圖1、2)。由此可見(jiàn)，1∶1行的異行混播有利于調(diào)控地上與地下資源的競(jìng)爭(zhēng)，使混播的豆禾牧草獲得較大的牧草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。

3.2同行與異行混播對(duì)豆禾混播草地種間關(guān)系與群落穩(wěn)定性的影響

對(duì)栽培草地而言，增加群落物種數(shù)量或功能群數(shù)量往往能使栽培草地更有效地利用環(huán)境資源，維持長(zhǎng)期較高的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性［32］。本研究中，各混播組合相對(duì)產(chǎn)量總和均高于1。這表明豆禾牧草混播時(shí)，混播物種所采取的生態(tài)對(duì)策是其共用的資源在時(shí)間和空間上可協(xié)調(diào)分配，種間競(jìng)爭(zhēng)下降［28］。但混播物種間的互利提高群落生產(chǎn)力被認(rèn)為在很低的物種豐富度水平上就可以達(dá)到飽和［33］，因此豆禾混播草地不可能無(wú)限地追求混播種類(lèi)的多樣性［34］。本研究中混5各處理豆科牧草與禾草相對(duì)密度、相對(duì)產(chǎn)量相異度均值均低于混2，因此，群落穩(wěn)定性未隨著混播種類(lèi)數(shù)量的增加而上升。從混播組分來(lái)看，豆科牧草相對(duì)密度相異度低于禾草;除同行混播外，豆科牧草相對(duì)產(chǎn)量相異度也低于禾草。由此可見(jiàn)，豆科牧草的競(jìng)爭(zhēng)力和耐刈割性均弱于禾草［35］，在混播群落中屬于競(jìng)爭(zhēng)力弱、持久性差的組分，而禾草屬于競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，持久性好的組分。從混播群落結(jié)構(gòu)來(lái)看，3∶3行豆科牧草與禾草相對(duì)產(chǎn)量及豆科牧草相對(duì)密度的相異度較高，2∶2行禾草相對(duì)密度相異度較高，同行混播禾草相對(duì)密度和相對(duì)產(chǎn)量相異度較低。因此，種間競(jìng)爭(zhēng)較弱的1∶1行、2∶2行、3∶3行具有較高的群落穩(wěn)定性，種間競(jìng)爭(zhēng)較強(qiáng)的同行混播具有較低的群落穩(wěn)定性。

表4 豆禾混播草地綜合生產(chǎn)性能指標(biāo)的隸屬度值及均值Table 4 Subordinate function values of four production performance indexes and their means of different mixed patterns

4 結(jié)論

從牧草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)、種間相容性和群落穩(wěn)定性4個(gè)方面測(cè)度與比較了36個(gè)豆禾混播組合的生產(chǎn)性能。從牧草產(chǎn)量和品質(zhì)來(lái)看，混2-1(鴨茅+紅豆草)、混2-2(無(wú)芒雀麥+紅豆草)的1∶1行處理具有較高的牧草產(chǎn)量和牧草品質(zhì)，且均高于同行混播。從種間相容性來(lái)看，各混播處理相對(duì)產(chǎn)量總和均高于1，且混2-1、混2-2的1∶1行處理高于同行混播。從群落穩(wěn)定性來(lái)看，種間競(jìng)爭(zhēng)較弱的1∶1行、2∶2行和3∶3行具有較高的群落穩(wěn)定性，種間競(jìng)爭(zhēng)較強(qiáng)的同行混播具有較低的群落穩(wěn)定性。由此可見(jiàn)，從同行混播改為異行混播，可提高牧草產(chǎn)量、牧草品質(zhì)和種間相容性，維持較高的群落穩(wěn)定性，使豆禾混播草地的生產(chǎn)性能進(jìn)一步增加。

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(責(zé)任編輯 王芳)

Determination and comparison of the production performance of pastures among different spatial structure of legume－grass mixtures

Qi Jun1，Zheng Wei2，3，Zhang Xian-hua2，3，Tang Gao-rong2，Wang Xiang2，Zhu Jin-zhong2，3
(1.Fourth Division Institute of Agricultural Sciences，Xinjiang Production and Construction Corps，Yining 835000，China; 2.College of Pratacultural and Environmental Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China; 3.Xinjiang Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology，Urumqi 830052，China)

The seven indexes including herbage yield，dissimilarity of grass and legume relative density，relative yield total (RYT)，dissimilarity of grass and legume relative yield，crude protein yield，ether extract yield and neutral detergent fiber yield were selected to study the changes of the comprehensive production performance under different legume－grass mixtures in 2012―2013.The mixture patterns included two legume－grass combinations: 5，2 species mixture at three sowing ratios of legume︰grass (6︰4，5︰5，4︰6)，mixed cropping and intercropping respectively.The species for mixture include Onobrychis viciaefolia，Trifolium pratense，Dactylis glomerata，Bromus inermis and Phleum pratense.The results showed that the forage yield，CP yield，EE yield，NDF yield and RYT values of legume－grass mixture (1∶1) were higher than mixed cropping in mixed 2 species-1 and mixed 2 species-1.The forage yield of mixed cropping were lower than intercropping in all species mixtures.The RYT values of all mixtures were higher than 1.The dissimilarity of grass and legume relative density，grass and legume relative yield for 2 rows legume︰2 rows grass and 3 rows legume︰3 rows grass were higher than 1 legume︰1 grass and mixed cropping.Therefore，from mixed cropping to intercropping like 1 legume︰1 grass，2 rows legume︰2 rows grass and 3 rows legume︰3 rows grass，the forage yield and quality，the interspecific compatibility and the mixed community stability could improve.The comprehensive production performance of intercropping could further increase.

legume-grass mixtures; mixed cropping; intercropping; production performance; fuzzy synthetic evaluation

Zheng Wei E-mail: zw065@126.com

S812

A

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2015-05-06 接受日期: 2015-09-09

新疆維吾爾自治區(qū)高?？蒲杏?jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(XJEDU2012I19) ;農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201003023) ;中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)——應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題(XDA05050405) ;國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD45B03)

祁軍(1978-)，男，湖北房縣人，助理研究員，本科，研究方向?yàn)樽魑镌耘嗯c育種。E-mail: 46872752@ qq.com

鄭偉(1978-)，男，湖北武漢人，副教授，博士，研究方向?yàn)椴莸厣鷳B(tài)及植物生態(tài)。E-mail: zw065@126.com

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