，，，，

(河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所,河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 衡水 053000)

海河平原位于河北省的東南部，屬半干旱、半濕潤季風(fēng)氣候，地勢平坦，土層深厚，光熱資源豐富，是河北省主要的糧食生產(chǎn)基地，同時(shí)也是河北省草食畜牧業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。紫花苜蓿(Medicagosativa)作為全世界廣泛栽培的豆科飼草作物，具有適應(yīng)性廣、品質(zhì)優(yōu)良、高效固氮等特性，海河平原區(qū)是紫花苜蓿傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，種植紫花苜蓿對草食畜牧業(yè)發(fā)展具有重要意義。但在該地區(qū)苜蓿草生產(chǎn)中，多年存在著以下主要問題，一直沒有得到徹底解決：1)海河平原苜蓿第3～4茬草收獲期正值雨季，導(dǎo)致雨季晾曬干草困難；雖可進(jìn)行青貯收獲，但50%的年份會出現(xiàn)連陰雨天氣，造成青貯機(jī)械根本無法下地收獲；2)海河平原苜蓿第3～5茬草生長的7-9月，正值高溫、高濕季節(jié)，導(dǎo)致苜蓿生長緩慢，產(chǎn)草量不足全年的40%[1-3]，造成所謂的苜蓿“夏眠”現(xiàn)象[4-5]；而且此時(shí)，薊馬、蚜蟲等蟲害嚴(yán)重，苜蓿品質(zhì)有所下降；3)海河平原苜蓿第3～5茬草生長的季節(jié)(7-9月)，正是該區(qū)光、溫、熱資源最豐富時(shí)期，其中：多年平均氣溫在25.9 ℃，降水量329.9 mm，占全年64.7%(圖1)，苜蓿不能充分利用，在一定程度上造成了光熱水資源的浪費(fèi)?；诖耍芊駨姆N植制度出發(fā)，在海河平原區(qū)創(chuàng)建一種新型間套作種植模式？既能解決單作苜蓿田第3～4茬草雨季收獲難、同時(shí)又能提高苜蓿第3～5茬草的土地資源利用率，是本研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。

有關(guān)苜蓿間作技術(shù)的研究報(bào)道，多以苜蓿間作于玉米(Zeamays)、小麥(Triticumaestivum)等糧食作物的行間為主，劉忠寬等[6]在80 cm/50 cm、100 cm/40 cm、120 cm/35 cm、140 cm/24 cm玉米的大行距間作苜蓿處理，明確間作單位面積純收益均顯著高于對照，通過苜蓿間作有增加土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)氮、速效氮的趨勢；陳玉香等[7]研究得出，間作條件下，玉米、苜蓿產(chǎn)量均低于單作，但間作的土地單位面積產(chǎn)值增加，提高了土地利用率；張桂香等[8]通過設(shè)置苜蓿、玉米行數(shù)比為2∶2，3∶2，4∶2，5∶2的4個間作處理進(jìn)行研究得出，苜蓿和玉米以5∶2行數(shù)比進(jìn)行間作，生物產(chǎn)量最佳，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效益最高；Smith等[9]研究玉米和苜蓿帶狀間作得出，在美國生產(chǎn)模式下6 m帶寬是較為適合的間作模式；Skelton等[10]對苜蓿-小麥間作體系研究也得出，相對于單作，間作的產(chǎn)量優(yōu)勢和土地的可持續(xù)利用性明顯。本研究主要針對單作紫花苜蓿田3～5茬草雨季收獲難、資源利用效率低、病蟲害嚴(yán)重的問題，在單作紫花苜蓿田前2茬草收獲后，通過套作不同飼草作物，旨在篩選一種適合于單作紫花苜蓿田套作的新型飼草種植模式，為海河平原農(nóng)區(qū)苜蓿草產(chǎn)品高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)在位于河北衡水的河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所試驗(yàn)站進(jìn)行。該站地處海河平原腹地(E 115°42′，N 37°44′，海拔20 m)，屬暖溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候。多年(1981-2016年)平均氣溫14.1 ℃，年平均降水509.8 mm，其中7-9月降水量占全年64.7%。本試驗(yàn)所在地區(qū)，2012-2016年，年平均氣溫14.0 ℃，平均降水量為474.0 mm，7-9月降水量占全年62.5%，氣象因子與多年平均基本相同(圖1)。試驗(yàn)田土壤為粘質(zhì)壤土，0～20 cm土壤pH為8.23，全鹽量為0.069%，有機(jī)質(zhì)8.8 g·kg-1，堿解氮43.1 mg·kg-1，速效磷6.6 mg·kg-1和速效鉀94.1 mg·kg-1。

圖1 試驗(yàn)地2012-2016年及多年(1981-2016)溫度和降水量Fig.1 Meteorological parameters from 2012 to 2016 and long-term (1981-2016) at the experimental location

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)紫花苜蓿品種為‘中苜1號’，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供。

套作的飼草作物共5種，所選用的品種均為本地主栽品種，其中：高丹草(Sorghumbicolor×Sorghumsudanense)品種為‘冀草2號’，由河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所提供；青貯玉米品種為‘懷研青貯6號’、 ‘先玉335’，分別引自北京萬農(nóng)種子研究所有限公司、北京新實(shí)泓豐種業(yè)有限公司；秣食豆(Glycinemax)品種為‘牡丹江秣食豆’，引自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)；拉巴豆(Dolichoslablab)品種為‘潤高’，引自北京克勞沃集團(tuán)；飼用谷子(Setariaitalica)品種為‘衡谷10號’，來自河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究 套作飼草作物試驗(yàn)處理：于2011-2015年進(jìn)行，苜蓿田的苜蓿行距分為：30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行2種方式。套作飼草作物種類有5種，分別為：高丹草(冀草2號)、青貯玉米(懷研青貯6號)、拉巴豆(潤高)、秣食豆(牡丹江秣食豆)、飼用谷子(衡谷10號)，以單作苜蓿田不套作飼草作物為對照。表1為套作不同飼草作物的試驗(yàn)處理，圖2為飼草作物套作的田間種植示意圖。套作時(shí)，在苜蓿田30-30 cm等行距的隔行中間、20-40 cm寬窄行的寬行中間，套作不同飼草作物。試驗(yàn)共12個組合，3次重復(fù)，單因素隨機(jī)區(qū)組排列，共36個小區(qū)，小區(qū)面積16.5 m2(5.5 m×3.0 m)。

田間管理：苜蓿于2011年9月3日秋播，條播種植，播種量15 kg·hm-2，播深2～3 cm。采用造墑播種，灌水量為600 m3·hm-2，播前底施復(fù)合肥750 kg·hm-2(N、P、K含量各15%)。單作苜蓿小區(qū)(對照)管理同大田苜蓿正常管理，以現(xiàn)蕾期為刈割標(biāo)準(zhǔn)，每年均刈割5茬，刈割時(shí)留茬高度3～5 cm。自播種后至試驗(yàn)結(jié)束，單作苜蓿小區(qū)不再進(jìn)行施肥、澆水。從2012年6月第2茬苜蓿草收獲后，連續(xù)4年(2012-2015年)，分別于當(dāng)年的6月26日、6月25日、6月11日、6月12日開始套作飼草作物，每小區(qū)套作4行(圖2)。套作的青貯玉米、高丹草、拉巴豆、秣食豆、飼用谷子的留苗密度分別為7.5、15.0、22.5、37.5、40.5 萬株·hm-2。套作后小區(qū)的施肥、澆水、病蟲害防治等與生產(chǎn)上套作作物大田的正常管理一致，分別于當(dāng)年的9月27日、9月27日、9月25日、9月25日進(jìn)行收獲。套作不同飼草作物的苜蓿小區(qū)，苜蓿每年刈割3次，第1、2茬苜蓿的田間管理、收獲同單作紫花苜蓿小區(qū)(對照)的1、2茬一致，而種植套作作物后苜蓿小區(qū)的田間管理以套作作物為主，苜蓿不再按單作時(shí)進(jìn)行刈割，第3茬收獲同套作作物一起收獲，分別計(jì)算產(chǎn)量。

表1 單作紫花苜蓿田夏季套作5種不同飼草作物試驗(yàn)處理Table 1 Experiment treatment of the single alfalfa field interplanting five different forage crops in summer

注：CK表示不套作作物；C表示青貯玉米；S表示高丹草；D表示拉巴豆；F表示秣食豆；M表示飼用谷子。下同。

Note: CK means no forage crops, C means silage corn, S meansS.bicolor×S.sudanense, D meansD.lablab, F means fodder soybean, M means forage millet. The same below.

圖2 單作紫花苜蓿田夏季套作5種不同飼草作物的田間示意圖Fig.2 Field diagram of the single alfalfa field interplanting five different forage crops in summer

單作飼草作物試驗(yàn)處理：為比較不同套作模式下的土地當(dāng)量，在同等肥力臨近地塊，于2013年6月25日、2014年6月11日，連續(xù)2年設(shè)置了5種飼草作物的單作小區(qū)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積27.5 m2(5.5 m×5.0 m)，單作青貯玉米(懷研青貯6號)、高丹草(冀草2號)、拉巴豆(潤高)、秣食豆(牡丹江秣食豆)、飼用谷子(衡谷10號)的留苗密度分別為7.5、22.5、37.5、60.0、60.0萬株·hm-2，青貯玉米行距60 cm，高丹草行距50 cm，飼用谷子、拉巴豆、秣食豆行距40 cm。播種時(shí)，底施復(fù)合肥375 kg·hm-2，全生育期灌水1次，灌水量675 m3·hm-2，追施尿素375 kg·hm-2。刈割時(shí)期以青貯玉米進(jìn)入蠟熟期后開始對各小區(qū)試驗(yàn)測產(chǎn)。

1.3.2單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米生產(chǎn)性能比較研究 上述試驗(yàn)經(jīng)過2012-2013兩年實(shí)施，初步得出套作青貯玉米效果更好。在此基礎(chǔ)上，2014-2016年進(jìn)一步開展了單作苜蓿田套作青貯玉米模式的生產(chǎn)性能比較試驗(yàn)，旨在探討套作玉米后對苜蓿生長的影響情況。試驗(yàn)設(shè)2個套作方式處理：單作紫花苜蓿田等行距30-30 cm隔行套作青貯玉米、紫花苜蓿田寬窄行20-40 cm寬行套作青貯玉米；2個單作處理對照：單作紫花苜蓿田，行距為20-40 cm；單作青貯玉米田，行距為60-60 cm。采用單因素隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，共12個小區(qū)。紫花苜蓿品種為中苜1號，青貯玉米品種為先玉335。紫花苜蓿于2014年3月27日條播，播種量15 kg·hm-2，播深2～3 cm，采用造墑播種，灌水量為600 m3·hm-2，苜蓿播前底施復(fù)合肥750 kg·hm-2(N、P、K含量各15%)。小區(qū)面積30 m2，行長6 m，苜蓿種植18行。由于苜蓿為春播種植，因此當(dāng)年套作的青貯玉米是從2014年6月11日苜蓿第1茬草收獲后開始套作，2015、2016年則分別是當(dāng)年的6月12日、6月19日苜蓿第2茬草收獲后開始套作青貯玉米，各種植8行。單作青貯玉米小區(qū)的播期、種植行數(shù)同套作青貯玉米，套作玉米小區(qū)的播種、施肥、澆水等同單作玉米正常田間管理，分別于當(dāng)年的9月23日、9月24日、9月24日進(jìn)行收獲，收獲時(shí)連同苜蓿一起收獲，分別計(jì)算產(chǎn)量。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1生產(chǎn)性能測定方法 苜蓿、套作作物的關(guān)鍵生育時(shí)期，主要記載播種、出苗、拔節(jié)、現(xiàn)蕾(抽穗)、開花、成熟等時(shí)期。

苜蓿鮮干比測定，在每小區(qū)取代表性樣品500 g，稱其鮮重，自然風(fēng)干后稱其干重，然后計(jì)算鮮干比；套作作物鮮干比測定，每小區(qū)選取代表性單株10株，稱其鮮重，自然風(fēng)干后稱其干重，然后計(jì)算鮮干比。

苜蓿、套作作物草產(chǎn)量的測定，測產(chǎn)時(shí)去掉小區(qū)兩側(cè)邊行及行頭各50 cm的區(qū)域，對余下的中間行數(shù)以小區(qū)為面積稱其小區(qū)鮮重，然后換算成全年鮮草產(chǎn)量，再通過鮮干比折算成全年干草產(chǎn)量。

1.4.2效益指標(biāo)計(jì)算方法 經(jīng)濟(jì)效益：經(jīng)濟(jì)效益=累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量×苜蓿干草單價(jià)+累計(jì)套播作物鮮草產(chǎn)量×套作作物鮮草價(jià)格-不同套作模式投入值；投入值包括：種子、農(nóng)藥、化肥、播種、收獲、管理等費(fèi)用。其中，單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究的年限為4年，苜蓿干草及套作作物鮮草的單價(jià)均采用2012-2015年市場價(jià)的平均值；單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米生產(chǎn)性能驗(yàn)證試驗(yàn)的年限為3年，苜蓿干草及套作作物鮮草價(jià)格為2014-2016年市場價(jià)平均值。

水分利用效率：水分利用效率=Y/(W1-W2+P+G)；式中：Y為套作作物和苜蓿的地上部干草產(chǎn)量總和；W1為套作作物播前土壤貯水量(mm)；W2為飼草收獲時(shí)土壤貯水量(mm)；P為套作作物播種開始到收獲測產(chǎn)時(shí)的降水量(mm)；G為套作作物種植期間的灌水量(mm)，水分利用效率用kg·hm-2·mm-1表示，本試驗(yàn)計(jì)算的是0～60 cm土層的水分利用效率。

土地當(dāng)量比：土地當(dāng)量比(land equivalent ratio，LER)=套播作物干草產(chǎn)量/單作作物干草產(chǎn)量+套播苜蓿全年干草產(chǎn)量/單作苜蓿全年干草產(chǎn)量。當(dāng)LER>1時(shí)，說明間作模式有增產(chǎn)效應(yīng)；LER<1說明間作模式與單作相比表現(xiàn)為產(chǎn)量劣勢。

光能利用率：能量產(chǎn)出=△W×H，光能利用率=△W×H/∑S[11]；式中：△W為單位面積干物質(zhì)產(chǎn)量；H為作物產(chǎn)熱率(此處苜蓿、高丹草、青貯玉米、拉巴豆、秣食豆、飼用谷子H值的參照值分別為：16.58、18.07、17.79、13.98、15.11、14.86 kJ·g-1)[12-14]；∑S為套作作物生長期內(nèi)的總太陽輻射量，其中套作作物年平均生長期為95 d，日平均太陽輻射量為18.82 MJ·m-2[15]。

食物當(dāng)量：就是以熱量與蛋白質(zhì)含量為基礎(chǔ)綜合而成的用以衡量食物的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。其計(jì)算公式為：食物當(dāng)量(food equivalent unit，F(xiàn)EU)=H/1585.0+P/77.0[16]；H、P分別為單位重量(100 g)食物中的熱量和蛋白質(zhì)含量。其中苜蓿、高丹草、青貯玉米、拉巴豆、秣食豆、飼用谷子H值的參照值分別為16.58、18.07、17.79、13.98、15.11、14.86 kJ·g-1[12-14]；P值分別為16、10、7、10、5、8 g·100 g-1，來自試驗(yàn)測定結(jié)果。

1.5 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2010軟件對不同處理下的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值計(jì)算，表中所列數(shù)據(jù)均用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示。采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)分析，采用Auto CAD 2008、SigmaPlot 12.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究

2.1.1套作不同飼草作物處理下的生育期 2012-2015年連續(xù)4年對單作苜蓿田的苜蓿生育期調(diào)查發(fā)現(xiàn)(表2)，苜蓿第3茬草生長時(shí)期為6月下旬，第5茬草刈割時(shí)期為9月下旬，但產(chǎn)量數(shù)據(jù)表明，苜蓿第3～5茬干草產(chǎn)量所占比例不足全年的45%(圖3)，而此時(shí)期正是氣溫、降水等雨熱資源在一年中最豐富的時(shí)期，降水量占全年60.5%，平均氣溫25 ℃(圖4)；但生產(chǎn)的干草產(chǎn)量與雨熱資源的不匹配導(dǎo)致資源浪費(fèi)。對2012-2015年套作飼草作物的生育期調(diào)查顯示(表2)，套作飼草作物的播種期為6月下旬，收獲時(shí)期為9月下旬，套作的飼草作物播種和收獲時(shí)期正好與苜蓿第3～5茬草的生長時(shí)期相吻合(圖4虛線方框部分)，從時(shí)間上證明了單作紫花苜蓿田第3～5茬草套作飼草作物的合理性。

表2 單作苜蓿及套作飼草作物的生育期比較 Table 2 Growth period of the single alfalfa and interplanting forage crops (月-日 Month-day)

2.1.2套作不同飼草作物處理下苜蓿第2年前2茬的干草產(chǎn)量 本研究主要目的是解決苜蓿第3～5茬雨季收獲干草難的問題，套作的前提是保證飼草作物套作后不能影響到第2年苜蓿前2茬的干草產(chǎn)量，這是確定套作模式可行的必需條件。據(jù)此，首先對不同飼草作物套作處理下第2年苜蓿前2茬干草產(chǎn)量進(jìn)行了分析(表3)，結(jié)果得出，2013-2015年，12個不同套作作物處理下苜蓿前2茬干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，但在30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行套作青貯玉米、飼用谷子以及單作苜蓿小區(qū)處理下苜蓿前2茬干草產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)。累計(jì)3年得出，在30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行套作青貯玉米、秣食豆、飼用谷子處理下苜蓿前2茬草的干草產(chǎn)量與單作紫花苜蓿小區(qū)無顯著差異(P>0.05)，但是套作高丹草、拉巴豆模式下苜蓿前2茬干草產(chǎn)量顯著低于單作苜蓿小區(qū)處理的苜蓿前2茬干草產(chǎn)量(P<0.05)。

圖3 單作苜蓿各茬次苜蓿干草產(chǎn)量所占比例Fig.3 The ratio of hay yield of each cutting for single alfalfa

2.1.3套作不同飼草作物處理下的全年干草產(chǎn)量 對2012-2015年各年度的苜蓿干草產(chǎn)量分析得出(表4)，以30-30 cm、20-40 cm行距處理下的單作苜蓿小區(qū)的全年苜蓿干草產(chǎn)量為最高，其次是套作青貯玉米、飼草谷子處理，而套作高丹草、拉巴豆處理下的全年苜蓿干草產(chǎn)量最低；不同飼草作物套作處理下的苜蓿干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，其中以套作高丹草、拉巴豆處理下的苜蓿干草產(chǎn)量顯著低于單作苜蓿小區(qū)(P<0.05)。對2012-2015年各年度的套作作物干草產(chǎn)量分析得出，以套作高丹草、青貯玉米處理下的套作作物干草產(chǎn)量最高，其次是套作拉巴豆處理，而套作秣食豆、飼用谷子處理下的套作作物干草產(chǎn)量最低，各年度套作作物處理間的干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)。

圖4 苜蓿、套作作物生育期及月平均氣溫、降水量Fig.4 Growth period of alfalfa and forage crops and monthly average temperature and precipitation

對2012-2015年累計(jì)4年的苜蓿干草產(chǎn)量得出(表5)，在30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行處理下的單作苜蓿小區(qū)的累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量為最高，二者無顯著差異(P>0.05)，但均顯著高于套作作物處理下的累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量(P<0.05)；套作不同飼草作物處理下的累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，其中以套作高丹草、拉巴豆處理下的累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量顯著低于單作苜蓿小區(qū)以及套作飼用谷子、青貯玉米、秣食豆的苜蓿干草產(chǎn)量(P<0.05)。對2012-2015年累計(jì)4年套作作物的干草產(chǎn)量分析得出(表5)，以套作高丹草的干草產(chǎn)量最高，其次是套作青貯玉米，而套作拉巴豆、秣食豆和飼用谷子的干草產(chǎn)量較低，顯著低于套作高丹草、青貯玉米的干草產(chǎn)量(P<0.05)。

表3 套作不同飼草作物對第2年苜蓿前2茬干草產(chǎn)量的影響 Table 3 Effect of interplanting different forage crops on the first two cutting hay yield for the second year’s alfalfa (kg·hm-2)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著 (P<0.05)，下同。

Note: Different small letters in the same column indicate significant differences at theP<0.05 level, the same below.

2.1.4套作不同飼草作物處理下的經(jīng)濟(jì)效益、食物當(dāng)量分析 本研究的經(jīng)濟(jì)效益，指的是2012-2015年累計(jì)4年苜蓿干草與套作飼草作物的鮮草產(chǎn)量的凈收入之和。對累計(jì)4年不同飼草作物套作處理下的經(jīng)濟(jì)效益分析得出(表5)，套作青貯玉米、高丹草的累計(jì)凈收入與單作苜蓿處理下的凈收入差異不顯著(P>0.05)，由此表明，苜蓿第3～5茬草雨季收獲困難而造成的經(jīng)濟(jì)損失，可以通過套作不同飼草作物來彌補(bǔ)，但套作拉巴豆、秣食豆和飼用谷子處理下的凈收入顯著低于套作青貯玉米、高丹草(P<0.05)。

本研究由于套作的是不同飼草作物，難以在相同量綱間比較產(chǎn)量和品質(zhì)的差異，為此，引入了食物當(dāng)量的概念[16]。通過分析比較不同種植模式處理的食物當(dāng)量，來進(jìn)一步篩選評價(jià)不同種植模式。研究表明(表5)，不同飼草作物之間食物當(dāng)量不同。2012-2015年，連續(xù)4年分析得出，套作高丹草處理下的累計(jì)食物當(dāng)量數(shù)最高，其次是套作青貯玉米，不同處理間累計(jì)食物當(dāng)量數(shù)差異顯著(P<0.05)。

2.1.5套作不同飼草作物處理下的光能利用率、水分利用效率、土地利用效率分析 2012-2015年，連續(xù)4年對套作不同飼草作物處理下的平均光能利用率、水分利用效率、土地當(dāng)量比進(jìn)行分析。結(jié)果得出(表6)，相同年份、不同套作處理間苜蓿第3～5茬平均干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，在30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行不套作飼草作物的產(chǎn)量為最高，套作不同飼草作物的平均干草產(chǎn)量以高丹草為最高，其次是青貯玉米，不同處理間差異顯著(P<0.05)。平均能量產(chǎn)出以套作高丹草、青貯玉米處理為最高，顯著高于單作苜蓿、套作飼用谷子處理(P<0.05)；相同年份的平均光能利用率以套作高丹草、青貯玉米處理較高，其次是單作苜蓿、套作青貯玉米處理，而套作拉巴豆、秣食豆處理下的能量產(chǎn)出均顯著低于單作苜蓿小區(qū)處理。與單作苜蓿小區(qū)處理相比，套作高丹草的光能利用率提高128.7%，套作青貯玉米的光能利用率提高89.6%。

平均水分利用效率分析得出(表6)，相同年份、不同套作處理間苜蓿3～5茬干草產(chǎn)量與套作作物的總干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，以30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行套作高丹草、青貯玉米的產(chǎn)量較高；寬窄行20～40 cm行距下套作青貯玉米處理下的平均耗水量與套作其他作物處理間無顯著差異(P>0.05)；套作高丹草處理下的平均水分利用效率最高，其次是套作青貯玉米，不同處理間平均水分利用效率差異顯著(P<0.05)。與單作苜蓿小區(qū)處理相比，套作高丹草的水分利用效率平均提高89.5%，套作青貯玉米的平均水分利用效率提高64.3%。

平均土地當(dāng)量比分析得出(表6)，套作飼草作物處理下的苜蓿干草產(chǎn)量平均比單作苜蓿降低24.1%，套作處理下的青貯玉米、拉巴豆、秣食豆、飼用谷子的干草產(chǎn)量平均比單作條件下的干草產(chǎn)量分別降低23.7%、47.4%、52.5%、60.3%，而套作高丹草處理下的干草產(chǎn)量比單作條件下的干草產(chǎn)量增加15.4%。套作高丹草處理下的平均土地當(dāng)量比最高，其次是套作青貯玉米，不同處理間平均土地當(dāng)量比差異顯著(P<0.05)。與單作苜蓿小區(qū)處理相比，套作高丹草處理下的土地當(dāng)量比平均提高81.5%，套作青貯玉米的平均土地當(dāng)量比提高49.5%。

2.2 單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米生產(chǎn)性能比較研究

單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究的結(jié)果初步得出，單作紫花苜蓿田套作青貯玉米效果較好，但由于小區(qū)面積較小，套作作物行數(shù)少，通風(fēng)透光較好，可能影響試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性，為進(jìn)一步驗(yàn)證上述試驗(yàn)的結(jié)果，將試驗(yàn)小區(qū)面積變大為30 m2，從2014年開始進(jìn)一步進(jìn)行了單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米生產(chǎn)性能比較研究的試驗(yàn)。與上述試驗(yàn)不同的是，單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米生產(chǎn)性能比較研究的苜蓿小區(qū)是以春播苜蓿為基礎(chǔ)，是2014年春播苜蓿第1茬草收獲后開始套作青貯玉米。連續(xù)3年開展單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米的生產(chǎn)性能比較試驗(yàn)，旨在探討套作玉米后對苜蓿生長的影響情況。

試驗(yàn)結(jié)果得出(表7)，在30-30 cm、20-40 cm行距套作青貯玉米處理下，苜蓿第2年苜蓿前2茬干草產(chǎn)量之間差異不顯著(P>0.05)，但顯著低于單作苜蓿小區(qū)處理下的苜蓿干草產(chǎn)量(P<0.05)。對2014-2016年連續(xù)3年的累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量分析得出，30-30 cm、20-40 cm行距套作青貯玉米處理下的累計(jì)苜蓿干草產(chǎn)量無顯著差異(P>0.05)，但均顯著低于單作苜蓿小區(qū)的苜蓿干草產(chǎn)量(P<0.05)；對連續(xù)3年套作的累計(jì)青貯玉米干草產(chǎn)量分析得出，30-30 cm、20-40 cm的套作青貯玉米處理下的累計(jì)青貯玉米干草產(chǎn)量無顯著差異，但均顯著低于單作青貯玉米小區(qū)的青貯玉米干草產(chǎn)量(P<0.05)。在20-40 cm單作苜蓿處理，以及 30-30 cm、20-40 cm套作青貯玉米處理間的純效益無顯著差異(P>0.05)，但均顯著高于單作青貯玉米處理的純效益(P<0.05)。對連續(xù)3年的食物當(dāng)量數(shù)分析得出，30-30 cm、20-40 cm的套作青貯玉米處理下的累計(jì)食物當(dāng)量數(shù)顯著高于單作苜蓿處理小區(qū)和單作青貯玉米小區(qū)的累計(jì)食物當(dāng)量(P<0.05)。

套作青貯玉米處理下的平均光能利用率、平均水分利用效率以及平均土地當(dāng)量比分析得出(表8)，以30-30 cm、20-40 cm套作處理下的平均能量產(chǎn)出最高，二者無顯著差異(P>0.05)，但均顯著高于單作苜蓿、單作青貯玉米處理(P<0.05)； 與單作苜蓿小區(qū)處理相比， 套作青貯玉米的光能利用率平均提高152.6%。平均水分利用效率得出，單作玉米水分利用效率最高，其次是30-30 cm、20-40 cm套作青貯玉米處理，而單作苜蓿的水分利用效率最低，且顯著低于套作青貯玉米處理下的水分利用效率(P<0.05)，與單作苜蓿小區(qū)處理相比，套作青貯玉米的平均水分利用效率提高79.4%。平均土地當(dāng)量比可以看出，套作青貯玉米處理下的土地當(dāng)量比顯著高于單作苜蓿、單作青貯玉米(P<0.05)，表明套作可顯著提高單作苜蓿的土地當(dāng)量。與單作苜蓿小區(qū)處理相比，套作青貯玉米的平均土地當(dāng)量比提高58%。

3 討論

間套作種植，是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[17]；通過合理的間套作，不僅能夠提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)；還可有效提高光、溫、水等資源的利用效率,抑制雜草、減少病蟲害和農(nóng)藥使用[18-21]?？梢钥闯?，前人對間套作模式研究多是以糧食作物為基礎(chǔ)的，目的主要是用來增加糧食作物的產(chǎn)量，如:小麥-大豆(Glycinemax)、水稻(Oryzasativa)-花生(Arachishypogaea)、苜蓿-玉米、玉米-大豆、馬鈴薯(Solanumtuberosum)-大豆以及小麥-玉米[22-27]等。而且，前人在苜蓿間套作研究上多集中在間作研究上[6-8]，是將兩種以上的作物分行或分條帶相隔種植，不同作物雖種植在一塊相同田間，但均在各自空間生長。而本研究提到的苜蓿田夏季套作飼草作物模式研究，指的是在單作苜蓿田收獲前2茬草后，于第3～5茬草生長期開始套作不同飼草作物，這種模式下套作作物與苜蓿處在同一田地的同一空間內(nèi)生長，有關(guān)這種套作種植的模式創(chuàng)建研究國內(nèi)外未見報(bào)道，而且本研究中提到的單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米種植方法，本課題組已申報(bào)并獲國家發(fā)明專利[28]，這是紫花苜蓿栽培種植模式的創(chuàng)新。

連續(xù)4年對單作紫花苜蓿田套作不同飼草作物的模式評價(jià)分析表明，在單作紫花苜蓿田套作高丹草、青貯玉米處理下的光能利用率，水分利用效率、土地當(dāng)量比值以及食物當(dāng)量數(shù)均較高，均顯著高于單作苜蓿處理，但套播高丹草處理后對苜蓿第2年前2茬草干草產(chǎn)量影響顯著，表明套作高丹草后對苜蓿生長影響較大，這樣就失去了本研究套作模式評價(jià)的意義，本研究套作的前提是必須保證飼草作物套作后不能影響到第2年苜蓿前2茬的干草產(chǎn)量。通過經(jīng)濟(jì)效益分析得出，雖然套作青貯玉米處理下的經(jīng)濟(jì)效益與單作苜蓿之間差異不顯著，但是生產(chǎn)上單作苜蓿3～5茬草一般由于雨季無法收獲而損失；這樣套作青貯玉米后正好彌補(bǔ)了雨季對苜蓿的損失。而在套作拉巴豆、秣食豆、飼用谷子處理下的經(jīng)濟(jì)效益、光能利用率，水分利用效率、土地當(dāng)量比值以及總食物當(dāng)量數(shù)均顯著低于套作青貯玉米處理。因此，綜合分析得出，單作紫花苜蓿田以套作青貯玉米的模式為最好。

海河平原區(qū)苜蓿田種植行距多為30-30 cm，青貯玉米種植行距多60-60 cm，苜蓿田套作青貯玉米的種植模式，是將青貯玉米在苜蓿田隔行種植，保持了青貯玉米行距60 cm不變，但由于苜蓿行距太窄，會不利于青貯玉米的機(jī)械播種。為此，本研究設(shè)置20-40 cm寬窄行處理，將套作青貯玉米播種在20-40 cm寬窄行的寬行中間。通過分析得出，30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行處理下的苜蓿前2茬草的干草產(chǎn)量無明顯差異，其他生產(chǎn)性能指標(biāo)、效益指標(biāo)也無顯著差異。由此表明，采用20-40 cm寬窄行苜蓿種植方式，既保證了套作青貯玉米行距60 cm不變，又便于青貯玉米的機(jī)械播種，符合青貯玉米田間管理，也實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的有效結(jié)合。

單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究試驗(yàn)中，由于小區(qū)面積較小，套作作物行數(shù)少，通風(fēng)透光較好，可能影響試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性，為進(jìn)一步驗(yàn)證該試驗(yàn)結(jié)果，于2014-2016年連續(xù)3年進(jìn)一步開展單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米的生產(chǎn)性能比較試驗(yàn)，將試驗(yàn)小區(qū)面積變大為30 m2，結(jié)果表明，套作青貯玉米對苜蓿第2年前2茬干草產(chǎn)量產(chǎn)生影響，但影響不是特別明顯，僅在P<0.05條件下差異顯著，分析原因可能受兩方面因素影響：一是2014年套作青貯玉米的苜蓿小區(qū)是當(dāng)年建植的，為春播條件下種植的苜蓿，在苜蓿第1茬收獲后直接套作青貯玉米，可能由于當(dāng)年苜蓿長勢較弱，根系較細(xì)，套作青貯玉米會對苜蓿生長產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響產(chǎn)量；二是青貯玉米密度的因素，單株青貯玉米田的種植密度一般在7.5 萬株·hm-2，而在紫花苜蓿田套作時(shí)也采用了這個種植密度，密度過大可能也會對苜蓿生長造成影響，因此，建議在單作紫花苜蓿中套作的青貯玉米種植密度在6萬株·hm-2可能會比較理想。同時(shí)研究得出，套作青貯玉米后的經(jīng)濟(jì)效益、食物當(dāng)量數(shù)、平均光能利用率、水分利用效率、土地當(dāng)量比值均顯著提高，表明這種模式能有效解決苜蓿田3～4茬草雨季收獲難的問題，又能最大限度提高苜蓿3～5茬草的土地資源利用率，但是，本研究只是從栽培技術(shù)角度對不同飼草作物的套作模式進(jìn)行了分析，這種套作模式下苜蓿、青貯玉米苗期田間相互競爭問題，肥水協(xié)同的作用機(jī)制，以及是否對土壤肥力、土壤微生物產(chǎn)生影響等關(guān)鍵問題還需進(jìn)一步從機(jī)理機(jī)制上深入研究。

在間套作模式評價(jià)指標(biāo)研究上，前人研究多集中在間套作的產(chǎn)量效應(yīng)、光合作用以及生態(tài)效應(yīng)、土壤理化性質(zhì)方面，而在間套作模式的效應(yīng)評價(jià)研究上未給出統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，本研究從產(chǎn)草量、經(jīng)濟(jì)效益、食物當(dāng)量以及光能利用率、水分利用效率以及土地當(dāng)量比等指標(biāo)對單作紫花苜蓿田套作不同飼草種植模式進(jìn)行了綜合評價(jià)研究，得到了理想的結(jié)果。然而，在上述評價(jià)指標(biāo)中，食物當(dāng)量、光能利用率指標(biāo)中的熱量系數(shù)都是參考相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)得出的，對試驗(yàn)結(jié)果有一定的誤差，但結(jié)果基本反映出了套作不同飼草作物模式的相對值；在水分利用效率指標(biāo)上，采用的是將地上部干物質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行累加的基礎(chǔ)上計(jì)算出的不同模式水分利用效率，而忽略了不同作物干草量直接相加的科學(xué)性；在經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)上也存在一定的欠缺，不同飼草作物的價(jià)格在不同年際間，隨市場變化會出現(xiàn)波動，價(jià)格的不穩(wěn)定會直接影響幾種套作模式效益比較。試驗(yàn)結(jié)果總體具有一定的局限性，因此，進(jìn)一步探討科學(xué)合理的苜蓿套作模式評價(jià)方法還需進(jìn)一步深入研究。同時(shí)，單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米的生產(chǎn)性能比較試驗(yàn)得出，單作苜蓿處理以及30-30 cm、20-40 cm套作處理的平均光能利用率、水分利用率相比單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究中的結(jié)果較低，可能是由于單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米的生產(chǎn)性能比較試驗(yàn)的套作處理是在春播苜蓿基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而單作紫花苜蓿田夏季套作不同飼草作物模式評價(jià)研究的套作處理都是在秋播苜蓿的基礎(chǔ)上第2年開始的套作處理。

長期以來，海河平原區(qū)單作苜蓿田3～5茬草雨季收獲難、資源利用效率低、病蟲害嚴(yán)重的問題，一直是影響該區(qū)域苜蓿草產(chǎn)品高效生產(chǎn)的關(guān)鍵制約因素。本研究立足平原農(nóng)區(qū)農(nóng)作制度以及飼草高效生產(chǎn)，在單作苜蓿田前2茬草收獲后通過套作5種不同的暖季型飼草作物，最終篩選出了在單作苜蓿田套作青貯玉米的飼草高效種植模式，該模式在苜蓿前2茬草正常收獲后套種青貯玉米，有效解決苜蓿3～4茬草雨季收獲難的問題，同時(shí)在7～9月青貯玉米的生長期，可有效提高土地、光、溫、水等資源利用效率，提高了資源的利用率，9月底將套作的青貯玉米與苜蓿一起收獲，在此生長期不考慮苜蓿的生長，也從生態(tài)角度上自然規(guī)避了苜蓿病蟲害發(fā)生的問題。同時(shí)，結(jié)合國家“振興奶業(yè)苜蓿行動項(xiàng)目”“糧改飼”等政策的實(shí)施，以及從奶業(yè)發(fā)展對優(yōu)質(zhì)青貯玉米需求角度考慮，在紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米更便于種植戶接受，苜蓿與青貯玉米結(jié)合后也便于牛場進(jìn)一步利用。因此，該模式在海河平原區(qū)具有廣闊的推廣前景。

4 結(jié)論

本研究以海河平原單作紫花苜蓿田為研究對象，設(shè)置30-30 cm等行距、20-40 cm寬窄行不同行距苜蓿小區(qū)，通過套作青貯玉米、高丹草、拉巴豆、秣食豆以及飼用谷子5種不同飼草作物，分析了不同套作處理下苜蓿前2茬干草產(chǎn)量、全年經(jīng)濟(jì)效益，光能利用率、水分利用效率、土地當(dāng)量值、食物當(dāng)量數(shù)等指標(biāo)，同時(shí)，又進(jìn)一步探討了單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米生產(chǎn)性能比較研究。結(jié)果表明，創(chuàng)建的單作紫花苜蓿田夏季套作青貯玉米種植模式，在保證與單作苜蓿同等經(jīng)濟(jì)效益的前提下，可有效解決苜蓿3～5茬草雨季收獲難、資源利用效率低的問題。綜合分析，得出該模式的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)為：單作苜蓿田采用20-40 cm寬窄行秋播種植，于第2年前2茬苜蓿草收獲后，在寬行中間套作青貯玉米，青貯玉米密度在6 萬株·hm-2以內(nèi)，9月底將套作的青貯玉米與苜蓿一起收獲，之后苜蓿田苜蓿正常越冬。下一年再重復(fù)種植青貯玉米。該模式可為海河平原農(nóng)區(qū)苜蓿草產(chǎn)品高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。