燕麥與箭筈豌豆混播草地牧草產(chǎn)量及種間關(guān)系研究

辛亞芬，張 磊，陳 晨，李嘉怡，佘 寧，何偉先，劉志偉，閆艷紅*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院，成都 611130；2.齊全農(nóng)牧集團(tuán)股份有限公司，四川 遂寧 629000；3.四川農(nóng)墾牧原天堂農(nóng)牧科技有限責(zé)任公司，四川 若爾蓋 624000）

川西北高原藏區(qū)地處青藏高原東緣，是我國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)的重要區(qū)域。然而，畜牧業(yè)生產(chǎn)的生物和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展受到氣候條件、草原環(huán)境等影響[1]，長(zhǎng)期超載過(guò)牧造成草地退化嚴(yán)重，牧草總供應(yīng)量難以滿足牲畜生長(zhǎng)的需求。人工草地建植可有效解決草原畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中優(yōu)質(zhì)飼草提供不足的瓶頸[2]。因此，迫切需要在高寒藏區(qū)建植高產(chǎn)人工草地，有利于該區(qū)的草原生態(tài)修復(fù)，提高牧草生產(chǎn)水平。

燕麥（Avena sativa）是高寒牧區(qū)主栽牧草之一，葉量豐富、含糖量較高、適應(yīng)性好、消化率高[3]。箭筈豌豆（Vicia sativa）莖枝柔嫩、適口性好、抗寒抗旱，還可培肥固氮，是一種廣泛利用的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)草料兼用牧草[4]。作物單一種植會(huì)由于大量使用不可再生資源而造成環(huán)境退化[5]，混作可以充分地利用土地資源和氣候資源，實(shí)現(xiàn)集約化種植，提高土地利用率，改善土壤結(jié)構(gòu)，是促進(jìn)農(nóng)作物高產(chǎn)、增產(chǎn)的一項(xiàng)有效種植方式[6-9]。燕麥和箭筈豌豆是禾本科與豆科作物所組成的一種典型混作模式[10]，通過(guò)科學(xué)合理的配比實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物間的互補(bǔ)效應(yīng)，獲得較高的生產(chǎn)效益[11]。

目前，關(guān)于禾豆混播草地在栽培管理措施[12-13]、群落結(jié)構(gòu)特征[14]及土壤理化性質(zhì)[15]等方面均有研究，但牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)仍然是混播草地的核心問題。有研究認(rèn)為，禾豆混播不僅可提高牧草產(chǎn)量，還可改善牧草品質(zhì)，為家畜提供優(yōu)質(zhì)牧草[16]。不同的混播形式是決定生物群落、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[17]。秦燕等[18]在青海海北地區(qū)研究結(jié)果表明，牧草混播比例影響植物種間關(guān)系，燕麥和箭筈豌豆2∶1混播牧草產(chǎn)量最高；而馮延旭等[19]在玉樹地區(qū)的研究結(jié)果則表明，燕麥和箭筈豌豆7∶3混播草地牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較優(yōu)，與周娟娟等[20]的研究結(jié)果一致。向潔等[21]在西藏河谷地區(qū)也進(jìn)行了燕麥與箭筈豌豆的混播試驗(yàn)，結(jié)果表明最佳混播比例為3∶3?？梢?，不同地區(qū)、不同混播比例對(duì)燕麥和箭筈豌豆產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不同。本研究在川西北高原藏區(qū)探究不同燕麥-箭筈豌豆播種比例對(duì)混播草地生物產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及種間關(guān)系的影響，旨在篩選出最佳混播比例，為川西北高原藏區(qū)畜牧業(yè)增加優(yōu)質(zhì)飼草料供給提供實(shí)踐指導(dǎo)，有利于緩解高寒農(nóng)牧區(qū)牦牛冬春季飼草料短缺的問題。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣唐克鎮(zhèn)（102°28'35″E，33°24'37″N），海拔3 461m，屬高原寒溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫1.1℃，年降水量648.5 mm，降雨多集中于5月下旬至7月中旬，年均相對(duì)濕度69%，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試燕麥材料為‘青引3號(hào)’（Avena sativa'Qin‐gyin No.3'），箭筈豌豆為‘西牧 324’（Vicia sativa'Ximu 324'）。

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)5個(gè)處理，燕麥與箭筈豌豆混播比例及播種量見表1。采用免耕播種機(jī)于2021年4月中旬播種，各處理小區(qū)面積6 667 m2，處理間距為0.5 m，同行條播種植，行距13 cm，播種深度3～5 cm，播前施底肥尿素120 kg/hm2，磷酸二銨112.5 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣拌種用量為90 kg/hm2。各處理田間管理措施一致。

表1 燕麥與箭筈豌豆混播比例及播種量Table 1 Mixture proportion and sowing amount of oat and common vetch

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 牧草產(chǎn)量

于2021年8月29日（此時(shí)燕麥處于灌漿期，箭筈豌豆進(jìn)入結(jié)莢期），在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)樣方，樣方面積2.6 m2（1.3 m×2 m），留茬3～5 cm進(jìn)行刈割，按照混播種類進(jìn)行分揀，分別稱重記錄樣方鮮草產(chǎn)量。然后各樣方選取500 g樣品裝入信封袋帶回實(shí)驗(yàn)室，105℃殺青30 min，65℃下烘干至恒重，測(cè)定含水量，并根據(jù)牧草鮮草產(chǎn)量，計(jì)算其干草產(chǎn)量。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

將烘干干草樣品粉碎后過(guò)4 mm篩，采用蒽酮比色法[22]測(cè)定可溶性碳水化合物（water soluble car‐bohydrate，WSC）含量，杜馬斯燃燒法[23]測(cè)定粗蛋白（crude protein，CP）含量，中性洗滌纖維（neutral de‐tergent fiber，NDF）及酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量參照范式纖維洗滌法[24]測(cè)定，根據(jù)公式計(jì)算各處理的相對(duì)飼用價(jià)值（relative feeding value，RFV）。

式中DDM為可消化干物質(zhì)（%），DMI為干物質(zhì)采食量（%）。

1.3.3 群落穩(wěn)定性測(cè)定

相對(duì)產(chǎn)量[25]（relative yield，RY）、相對(duì)產(chǎn)量總和[25]（relative yield total，RYT）及種間競(jìng)爭(zhēng)率[25]（com‐petition ratio，CR），在測(cè)定牧草產(chǎn)量時(shí)測(cè)定。

式中：Yji、Yij分別代表混播時(shí)禾草和豆科牧草的單位面積產(chǎn)量；Yj、Yi分別代表單播禾草和豆科牧草的單位面積產(chǎn)量；p、q分別代表禾草和豆科牧草在混播時(shí)的播種比例。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。用SPSS 27.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-Way ANOVA），結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用隸屬函數(shù)法對(duì)混播草地進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，隸屬函數(shù)值[X（μ1），X（μ2）]公式如下：

式中：Xμ為某個(gè)混播處理下某個(gè)指標(biāo)的隸屬度；X為某個(gè)混播處理某個(gè)指標(biāo)的測(cè)定值；Xmin、Xmax為所有處理中某個(gè)指標(biāo)的最小值和最大值。若所測(cè)指標(biāo)與其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值呈負(fù)相關(guān)，則采用X（μ2）計(jì)算隸屬度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混播比例對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

如表2所示，混播比例對(duì)牧草產(chǎn)量影響顯著（P<0.05）。其中A1處理的鮮草總產(chǎn)量最高，為92 308.15 kg/hm2，分別比A0、A4處理增產(chǎn)64.7%、32.5%，A2處理次之。所有混播處理中燕麥鮮草產(chǎn)量均顯著高于A0處理（P<0.05），A1處理箭筈豌豆鮮草產(chǎn)量顯著高于A2、A3（P<0.05）；所有混播處理的干草總產(chǎn)量均顯著高于單播處理（P<0.05），且A1處理干草總產(chǎn)量最高，為25 301.22 kg/hm2，分別較A0、A4處理提高了60.8%、107.8%。所有混播處理中燕麥干草產(chǎn)量均高于A0處理，A1處理箭筈豌豆鮮草產(chǎn)量顯著高于A2、A3（P<0.05）。

表2 播種比例對(duì)燕麥和箭筈豌豆產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of sowing proportion on oat and common vetch grass yield kg·hm-2

如表3所示，從產(chǎn)量構(gòu)成來(lái)看，A0處理雜草產(chǎn)量顯著高于其他處理（P<0.05），A3處理雜草產(chǎn)量最低，占牧草總鮮重的0.38%。燕麥與箭筈豌豆混播體系中，燕麥鮮草產(chǎn)量占混播總鮮草產(chǎn)量的主要部分，箭筈豌豆和雜草產(chǎn)量隨燕麥比例的增加呈降低趨勢(shì)，其中，A3處理燕麥鮮草產(chǎn)量占比顯著高于A1、A2處理（P<0.05），占牧草總鮮重的98.76%。A1處理箭筈豌豆產(chǎn)量顯著高于A2和A3處理（P<0.05），占牧草總鮮重的3.04%。

表3 不同處理的牧草鮮草產(chǎn)量占比Table 3 The proportion of fresh forage yield in different treatments %

2.2 不同混播比例對(duì)牧草品質(zhì)的影響

由表4可知，燕麥和箭筈豌豆混播對(duì)牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響顯著（P<0.05）。A0處理WSC含量最高，為11.34%；混播WSC含量在8.80%～10.58%之間，顯著高于A4處理（P<0.05），且隨燕麥比例的增大WSC含量增加。A4處理的NDF和ADF含量分別為37.79%、22.56%，顯著低于其他處理（P<0.05）；混播處理中，NDF、ADF含量隨箭筈豌豆播種比例的增加呈降低趨勢(shì)。A4處理CP含量最高，為18.64%；混播處理中A1處理CP含量顯著高于A2、A3處理（P<0.05）。播種比例對(duì)牧草RFV指數(shù)影響顯著（P<0.05）。A4處理RFV最高，達(dá)175.57，顯著高于其他處理（P<0.05）；混播處理間RFV差異顯著（P<0.05），且A1處理最高。

表4 播種比例對(duì)燕麥和箭筈豌豆混播草地營(yíng)養(yǎng)成分的影響Table 4 Effects of sowing proportion on oat and common vetch nutrient content in mixed grassland

2.3 不同混播處理對(duì)牧草種間關(guān)系的影響

由圖1所示，A1、A2、A3處理相對(duì)產(chǎn)量均在RYi<1，RYj>1之間。混播處理中，RYj隨著燕麥播種比例的增加逐漸增大，不同混播比例對(duì)RYT影響顯著（P<0.05）。A1處理的RYT顯著高于A2和A3處理（P<0.05），A3處理RYT最低，但各混播處理的RYT均大于1?；觳ケ壤龑?duì)燕麥與箭筈豌豆CR影響顯著（P<0.05）。在混播草地中，燕麥的CR均大于1，箭筈豌豆的CR均小于1，A2處理燕麥的CR顯著高于A1和A3處理（P<0.05），A1處理箭筈豌豆CR顯著高于A2和A3處理（P<0.05）。

圖1 不同混播處理對(duì)牧草種間關(guān)系的影響Figure 1 Effects of different mixed treatments on forage relationships

2.4 綜合分析

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，對(duì)供試5個(gè)處理的干草產(chǎn)量、WSC、NDF、ADF、CP含量進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算，綜合評(píng)價(jià)牧草的生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，其大小為A4>A1>A2>A0>A3（表5）。雖然A4處理隸屬函數(shù)值最高，但箭筈豌豆單播易倒伏，不易收獲。

表5 燕麥和箭筈豌豆混播對(duì)草地產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分的綜合評(píng)價(jià)Table 5 Comprehensive evaluation of grassland yield and nutrition content of oat and common vetch mixture

3 討論

3.1 混播比例對(duì)牧草生產(chǎn)性能的影響

牧草產(chǎn)量是衡量混播系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要因素[26]。合理的牧草混播比例能夠充分發(fā)揮種間互補(bǔ)效應(yīng)，有利提高飼草產(chǎn)量。本研究表明，不同比例的燕麥與箭筈豌豆混播均可提高飼草產(chǎn)量，這與周娟娟等[20]研究結(jié)果一致，主要是因?yàn)榛觳ゲ莸刂屑Q豌豆通過(guò)根瘤菌的生物固氮能力增加了土壤氮素養(yǎng)分的供應(yīng)與積累，促進(jìn)了燕麥根部分蘗能力[27-28]。同時(shí)，該混播群落形成生態(tài)位分離，可充分利用空間和光熱資源，從而有利于提高草地生產(chǎn)力[19,29]。然而，隨著燕麥播種比例的提高，混播體系中牧草產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)逐漸降低，這與江舟等[30]的研究結(jié)果一致。燕麥播種比例的增加使得燕麥對(duì)土壤養(yǎng)分的需求量增加，而箭筈豌豆播種比例較小，無(wú)法提供充分的養(yǎng)分供應(yīng)，過(guò)高的燕麥播種比例導(dǎo)致土壤養(yǎng)分資源利用不能合理互補(bǔ)。本研究發(fā)現(xiàn)，燕麥單播的雜草比例顯著高于其他處理，主要以香薷（Elsholtzia ciliata(Thunb.)Hyland.）等低矮植物為主，使燕麥和雜草形成合理的冠層結(jié)構(gòu)，二者互補(bǔ)相容。混播體系中，燕麥鮮草產(chǎn)量占混播總鮮草產(chǎn)量的主要部分，雜草產(chǎn)量隨燕麥比例的增加呈降低趨勢(shì)，可能是因?yàn)榛觳ズ笾旮咻^高的燕麥優(yōu)先捕獲光資源，抑制了低矮植物對(duì)光資源的捕獲[15]，同時(shí)雜草與箭筈豌豆屬于同一生態(tài)位，二者對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)較強(qiáng)，導(dǎo)致混播草地中雜草生物量比例下降。

3.2 混播比例對(duì)牧草品質(zhì)的影響

牧草品質(zhì)的高低是衡量牧草優(yōu)質(zhì)程度的重要指標(biāo)，其養(yǎng)分也是草食動(dòng)物不可或缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。平措等[31]在拉薩地區(qū)的研究表明，燕麥與箭筈豌豆混播較單播產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)。本研究表明，燕麥與箭筈豌豆混播WSC含量均高于豆科單作，且隨燕麥比例的增加而增加，說(shuō)明燕麥的加入使得混播牧草質(zhì)量得以提升。適宜的NDF含量對(duì)維持牲畜消化功能、生產(chǎn)性能及牲畜健康非常必要[32]。研究表明，NDF含量較低時(shí)有利于牲畜育肥，較高時(shí)有利于泌乳動(dòng)物乳脂率的提高，但過(guò)高也會(huì)降低瘤胃微生物對(duì)飼料表面黏附以及在消化道的流通速度，從而引起牲畜采食量降低[33]。ADF含量與家畜消化率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著箭筈豌豆比例的增加，燕麥與箭筈豌豆混播草地的NDF、ADF含量逐漸下降，CP含量逐漸增加，說(shuō)明增加箭筈豌豆在混播中的比例可有效提高牧草的飼用品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，燕麥比例過(guò)高時(shí)，混播群體CP含量與燕麥單播無(wú)顯著差異，這可能是由于燕麥競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，抑制箭筈豌豆的生長(zhǎng)，導(dǎo)致混播群體中箭筈豌豆產(chǎn)量較低，未顯著提升混播群體的CP含量。RFV是生產(chǎn)實(shí)際中廣泛使用的粗飼料質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)。本試驗(yàn)研究表明，混播比例對(duì)RFV影響顯著，A4處理由于較低的NDF和ADF含量，RFV高達(dá)175.57，顯著高于其他處理，混播處理中A1處理RFV最高。

3.3 混播處理對(duì)牧草種間關(guān)系的影響

適宜的牧草混播比例可豐富群落層次，促進(jìn)作物空間搭配，使栽培草地更有效地利用資源，進(jìn)而提高混播系統(tǒng)牧草生產(chǎn)力及群落穩(wěn)定性[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，在混播草地中，箭筈豌豆均受到抑制（RYj1之間，這表明箭筈豌豆種間競(jìng)爭(zhēng)大于種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)（RYi<1），而燕麥種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)大于種間競(jìng)爭(zhēng)，燕麥比箭筈豌豆更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且隨著燕麥播種比例的增加，燕麥對(duì)箭筈豌豆的抑制作用越明顯。作物種間關(guān)系與不同比例下混播組分對(duì)資源的利用能力有關(guān)。RYT是研究?jī)煞N植物混播體系中種間競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)[15]。李思達(dá)等[25]研究表明，羊茅（Festuca）與早熟禾（Poa）混播時(shí)，整個(gè)生育期RYT均顯著小于1，兩種牧草不適宜進(jìn)行混播處理。本研究表明，燕麥與箭筈豌豆按不同比例混播時(shí)，各處理的RYT均大于1，表明二者混播在一定程度上避免了部分競(jìng)爭(zhēng)，可能發(fā)生了某種生態(tài)位分離，使混播比單播更能有效利用資源，這與張永亮等[28]對(duì)苜蓿（Medicago sativa）與垂穗披堿草（Elymus nutans）混播的研究結(jié)果相同。CR能說(shuō)明兩種作物混播時(shí)植物之間競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)弱。本研究表明，混播處理中燕麥的CR始終高于箭筈豌豆，A1處理箭筈豌豆CR顯著高于其他混播處理?？梢姡m宜的混播比例是避免作物激烈競(jìng)爭(zhēng)的必要條件[2]。

4 結(jié)論

燕麥與箭筈豌豆混播可有效提高川西北高原藏區(qū)的草地生產(chǎn)性能及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，其中燕麥與箭筈豌豆2∶1混播時(shí)干草總產(chǎn)量最高；混播組合的可溶性碳水化合物含量顯著高于箭筈豌豆單播，且粗蛋白含量隨箭筈豌豆比例的增加而增加。所有混播組合相對(duì)產(chǎn)量總和均大于1，說(shuō)明混播能有效地利用土地等資源。結(jié)合隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)及實(shí)際生產(chǎn)情況，推薦在川西北高原藏區(qū)建植燕麥與箭筈豌豆混播人工草地時(shí)，二者播量比為2∶1。