成都平原青贮玉米间作拉巴豆对混合饲草产量及品质的影响

董志晓，何润濠，况鉴洋，聂 聪，杨 建，苟文龙，马 啸

（1.四川农业大学草业科技学院，四川 成都 611130；2.四川省草原科学研究院，四川成都 611730）

牧草是畜牧业发展的物质基础，加快牧草产业的发展，能够有效减轻饲料对粮食安全的压力[1]。随着“粮改饲”和“农业供给侧结构性的改革”政策的实施，种植业由“粮–经–饲”的三元种植结构逐步向“粮–经–饲–草”的四元种植结构转变，使我国草牧业得以迅速发展[2]。但用于种植饲草的可利用土地有限，因此发展高效、优质的饲草种植模式是促进畜牧业现代化发展的有效保证。禾–豆混播是生产优质牧草的主要方式之一[3]，与单播相比可以充分利用农田空间及环境资源，豆科作物还可以为禾本科作物提供氮素，并且能够提高土壤肥力。前人通过研究青贮玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)间作模式对青贮玉米产量、品质及土壤微生物群落影响的结果表明，混合饲草的产量、粗蛋白、淀粉含量较单播明显增加，并使玉米根系土壤中有益真菌含量增加，促进玉米的生长[4]。

玉米具有营养丰富、非结构性碳水化合物和干物质含量高、木质素含量低等优点，与其他青贮饲料相比具有较高的能量和消化率，享有“饲料之王”的美誉[5]。拉巴豆(Dolichos lablab)为一年生或越年生豆科草本植物，其具有耐阴性好、抗逆性强、适应性广等特点，主要与玉米、高粱(Sorghum bicolor)等作物进行混播作为青贮饲料或作为青干草进行利用[6]。并且拉巴豆根系的根瘤菌具有固氮的作用，能够为其他植物提供氮素[7]，即能使两作物相互促进生长，又能够对土壤结构进行改良。玉米含有较多的碳水化合物，但其蛋白含量较低，而豆科牧草虽然蛋白含量高，但产量和含糖量较低，二者结合可以取长补短[8]。

成都平原地区畜牧产业带是四川省四大优势畜牧业产业带之一，对优质牧草有较大的需求，因此在有限的土地上生产出更多的优质饲草料为成都平原畜牧业发展的保证[9]。关于玉米和拉巴豆混播对饲草产量和青贮品质的研究多见于甘肃[10]、新疆、贵州[11]和四川凉山[12]等地。而在成都平原地区玉米间作不同密度的拉巴豆对混合饲草产量及品质影响的研究还尚未见报道。因此，本研究根据玉米和拉巴豆的生物学特性及生长发育规律，采用单因素完全随机区组设计，探究玉米与拉巴豆间作的最佳比例及其对混合饲草产量及品质的影响，以期为成都平原地区栽培高产、优质的玉米混合饲草提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地处四川省成都市崇州地区的四川农业大学现代研发基地草学试验田(103°07′E，30°30′N)，海拔高度为509 m，气候为亚热带湿润季风气候。全年平均温度为16.1℃，年平均降水量1 021.3 mm，土壤pH为6.4。土壤有机质含量13.56 g·kg−1，有效磷(P2O5)含量9.6 mg·kg−1，全氮(N)含量2.15 g·kg−1，有效钾(K2O)含量79 mg·kg−1。

1.2 试验材料

玉米‘德美亚一号’(‘Demeiya No.1’)由黑龙江垦丰种业有限公司提供，拉巴豆‘润高’(‘Rungao’)由四川沙打旺园林绿化有限公司提供。

1.3 试验设计

本研究采用单因素完全随机区组设计，设置不同 播 量(T1：45 000株·hm−2；T2：67 500株·hm−2；T3：90 000株·hm−2；T4：112 500株·hm−2；T5：135 000株·hm−2)的拉巴豆和玉米(T0：52 500株·hm−2)进行间作，并以单播玉米(T0：52 500株·hm−2)为对照，共设置6个处理，每个处理设置3次重复。小区面积为24 m2(4 m× 6 m)，小区间隔0.5 m，随机排列。播种方式为条播，玉米行距60 cm，株距30 cm，每行20株，拉巴豆按照T1、T2、T3、T4、T5的播量均匀地条播在两行玉米中间。试验于2020年6月8日播种，2020年9月5日收割。播种前施入有机肥6000 kg·hm−2，在玉米拔节期施入尿素300 kg·hm−2，其他管理措施与其他作物相同。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状测定

在玉米籽粒的乳熟末期，每个试验小区随机选取10株玉米对其株高、叶片数、叶长(从地表起第7节)、叶宽(从地表起第7节)、茎粗(从地表起第3节)等指标进行测定。

1.4.2 产量测定

在玉米乳熟末期，用感量小于0.01 kg 的秤将该试验小区的全部鲜草进行称重。在每个试验小区中随机选取5株分装，在实验室中进行茎叶分离后称重，并于105℃高温杀青30 min，65℃烘至恒重。做好数据记录用于鲜干比和茎叶比的计算。

1.4.3 营养成分的测定

将测量干鲜比所取样用FOSSCT410旋风式样品粉碎机进行粉碎，样品过2 mm 筛。采用近红外分析仪，选择相应的分析模型对待测样品进行数据的测定[13]。测定的营养成分主要包括粗蛋白(crude protein,CP)含量、粗脂肪(ether extract,EE)含量、粗灰分(crude ash,Ash)含量、总可消化养分(total digestible nutrients,TDN)含量、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)含量、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)含量、干物质体外消化率(in vitro dry matter digestion,IVDMD)、相对牧草质量(relative forage quality,RFQ)、相对饲喂价值(relative feeding value,RFV)和非纤维性碳水化合物(nonfibrous carbohydrate, NFC)含量等指标，各营养成分单位的表示方法均为质量分数(%)。

1.5 数据处理与统计分析

所有试验数据用Excel 2010进行整理，在Data Processing System(DPS)系统中用随机区组单因素Duncan 新复极差法对混合饲草的鲜干草产量、玉米的农艺性状、混合饲草的营养成分、经济效益等指标进行方差显著性分析，用GraphPad Prism 5进行绘图。采用模糊数学中隶属函数法对玉米间作不同播量拉巴豆处理的干草产量和营养成分进行综合评价。求出6个不同处理的鲜草产量和营养成分在间作不同播量拉巴豆处理下的平均隶属值[14]：

式中：x为每个特征数值，xmax为最大特征数值，xmin为最小特征数值。当测定指标为负向指标时，应采用反隶属函数，即公式(2)。

2 结果与分析

2.1 间作不同播量拉巴豆对混合饲草产量的影响

不同处理下混合饲草鲜草产量介于44 942.46～63 711.86 kg·hm−2(图1)，其中T4处理的鲜草产量显著高于其他处理(P<0.05)；T0处理的鲜草产量最低，仅为T4处理的70.54%。混合饲草的干草产量介于10 753.49～17 047.35 kg·hm−2，T4处理的干草产量最高，为17 047.35 kg·hm−2，较T0处理增产58.53%，除T1外，其他处理较单播处理增产显著(P<0.05)。

图1 间作不同播量拉巴豆处理的混合饲草产量Figure 1 Yield of mixed forage grass treated with Dolichos lablab at different sowing ratesin intercropping

2.2 间作不同播量拉巴豆对玉米农艺性状的影响

6个处理中单播玉米(T0)处理的株高最高，显著高于T2、T3、T4、T5处理(P<0.05)；茎粗最大的也为T0处理，且T0处理的茎粗显著高于T2、T3、T4、T5处理(P<0.05)，T5处理的茎粗最小，仅为T0处理的85.82% (表1)。6个处理中玉米单株叶片数为10.11～11.33片，T5处理的叶片数最少，较T0处理减少10.77%，二者之间差异显著(P<0.05)；T4处理的叶长最长，较T0处理显著增加7.55%(P<0.05)。各处理混合饲草的干鲜比为0.24～0.28，其中T5处理的饲草干鲜比值显著高于T0处理(P< 0.05)；茎叶比值随拉巴豆播量的增加呈下降趋势，T0处理的茎叶比显著高于T5处理(P< 0.05)。

表1 间作不同播量拉巴豆处理下玉米的农艺性状Table 1 Agronomic traits of corn treated by intercropping with Dolichos lablab at different sowing rates

2.3 间作不同播量拉巴豆对混合饲草的营养成分的影响

不同处理下混合饲草的各营养成分含量不同(表2)。T5处理的混合饲草粗蛋白含量最高，显著高于T0和T1处理(P<0.05)，而与其他处理之间差异不显著(P>0.05)。粗脂肪和粗灰分含量均以T4处理最高，各混播处理的粗脂肪含量显著高于单播处理(P<0.05)；粗灰分含量在T4处理时显著高于T0处理(P<0.05)，其他处理间差异不显著(P>0.05)。TDN含量以T1和T4处理较高，均与T0处理间差异显著(P<0.05)，其他处理间差异不显著(P>0.05)。NDF和ADF含量均以T0处理最高，T4处理最低，且T0处理与T4处理间差异显著(P<0.05)，而其他处理之间差异不显著(P> 0.05)。

表2 间作不同播量拉巴豆处理下混合饲草的营养成分Table 2 Nutrient components of mixed foragetreated by intercropping with Dolichos lablab at different sowing rates

为更加客观地评价间作不同播量的拉巴豆处理对混合饲草营养品质的影响，将干草产量、CP含量、相对牧草质量、相对饲喂价值、总可消化养分含量、非纤维性碳水化合物含量等指标进行隶属函数综合评价及排序，结果表明T4处理时混合饲草的综合评价最高(表3)。

表3 间作不同播量拉巴豆处理下混合饲草产量和营养成分的隶属函数及排序Table 3 Membership functionsand sequencing of yield and nutrient componentsof mixed forage treated by intercropping with Dolichoslablab at different sowing rates

2.4 间作不同播量拉巴豆对混合饲草的体外干物质消化率的影响

IVDMD能有效衡量牧草营养物质的消化程度，也能对牧草的营养价值进行综合评判[15]。IVDMD 30在T4处理时最高，显著高于T0处理(P< 0.05)，其他处理均高于T0处理，但差异不显著(P> 0.05)；IVDMD 48以T4处理最高，T3和T4处理显著高于T0处理(P<0.05)，其他处理之间差异不显著(P>0.05)(图2)。

图2 间作不同播量拉巴豆处理下混合饲草的体外干物质消化率Figure2 In vitro dry matter digestibility of mixed forage intercropped with different sowing ratesof Dolichos lablab

2.5 间作不同播量拉巴豆对混合饲草经济效益的影响

根据中国报告大厅2020年下半年对四川省秸秆饲料价格最新行情预测[16]，对本研究对不同间作模式产生的经济效益进行初步评估。秸秆饲料价位是0.48 CNY·kg−1，不同间作处理下，混合饲草的收入 为21 572.38～30 581.69 CNY·hm−2(表4)，其 中T4处理的经济效益最高，为30 581.69 CNY·hm−2。T1、T2、T3、T4、T5处理下混合饲草的经济收入分别较T0处理增加8.64%、14.69%、26.49%、41.76%和28.92%。

表4 间作拉巴豆处理下混合饲草鲜草的经济效益Table 4 Economic benefit of fresh grass of mix forage grass intercropped with Dolichos lablab at different sowing rates

3 讨论

3.1 间作不同播量拉巴豆处理对混合饲草鲜、干草产量的影响

间作主要利用不同农作物间生物学特性的差异以及合理的配比方式，以实现农业资源、空间及时间的集约利用和持续的高产与稳产[17]。本研究中玉米与不同密度的拉巴豆间作，混合饲草的鲜、干草产量并非一直上升，当拉巴豆的种植密度超过112 500株·hm−2时，混合饲草的鲜、干草产量会有所下降，这与Armstrongt 和Albrecht[18]在玉米和拉巴豆混播时干物质产量并非一直上升的研究结论一致。其中T4处理的鲜草产量显著高于其他处理；虽然T4与T5处理之间干草产量差异不显著，但T4处理的干草产量高于T5处理，并显著高于其他处理。因为不同间作模式下不同的作物有不同的生态位[19]，二者的根系分布、叶片朝向以及生长速率不同，优势互补，从而充分利用环境资源，在T4处理时玉米和拉巴豆可以在空间上形成最佳互补生态位[20]。并且在春季禾本科牧草的干物质生产较多，在夏季豆科牧草的干物质产量较高，禾–豆混播后牧草干物质产量在季节上更加的均衡，且混播饲草产量更高[21]。

3.2 间作不同播量拉巴豆处理对青贮玉米农艺性状的影响

间作对作物农艺性状的影响多向有利的方向改变[11]。本研究中T1− T5处理下玉米的株高、茎粗和叶片数均小于单播(T0)处理，T2−T5处理的叶长显著高于T0处理。因为拉巴豆具有较高的光饱和点和较低的光补偿点，当群体密度过大时，玉米和拉巴豆会对土壤养分以及光照等资源产生一定的竞争。二者为了适应生长环境的光照变化，通过改变植株形态，减少光抑制，产生较多的生态位折叠[22]。并且拉巴豆的缠绕作用会在一定程度上阻碍玉米茎秆的横向生长[23]。拉巴豆攀缘在玉米茎秆上时，叶片交错立体配置，增加植株总体叶面积，且拉巴豆通过固氮作用向玉米提供一定量的氮素，促进玉米叶片合成较多的有机物[24]。此时期玉米的植株正由营养生长转为生殖生长，水分含量较前期减少，将较多的营养成分在植株体内积累[11]。因此在本研究中间作处理的混合饲草茎叶比值最低，干鲜比值最高。间作处理在提高混合饲草叶量和适口性的同时，能够降低茎叶比，提高干鲜比，改善混合饲草的品质。

3.3 间作不同播量拉巴豆处理对混合饲草营养成分的影响

禾–豆混播使得混合饲草的营养成分较单播丰富、全面，且还可以提高饲草产量[12]。本研究中各间作处理的混合饲草粗蛋白、粗脂肪和TDN 含量均高于单播(T0)处理，ADF和NDF含量均低于单播(T0)处理，以T4处理含量最低。禾–豆混播使植株在生长过程中相互促进，拉巴豆根瘤菌的固氮作用能够为玉米的生长发育提供一定的氮素，而玉米为拉巴豆起到支撑作用，使其茎叶不腐败，提高混合饲草品质[25]。并且拉巴豆相较于玉米含有较多的粗蛋白、粗脂肪、钙和磷等物质，而玉米含有较多的碳水化合物，两者混播后能在一定程度上改善混合饲草的营养品质，拉巴豆中的NDF相对于玉米中的NDF更易于被反刍动物消化[26]。并且通过隶属函数对各处理的干草产量和营养成分综合分析认为，混播饲草的营养品质高于单播。

3.4 间作不同播量拉巴豆处理对混合饲草体外干物质消化率的影响

牧草的饲用价值不仅要以牧草所含的营养成分为依据，还要以牧草的消化程度为指标，进行综合评价[27]。体外干物质消化率取决于混合牧草的营养组成，在一定范围内NDF含量越低，动物的采食率越高；ADF含量越低，饲料的消化率越高[28]。粗蛋白含量增加也有助于提高饲草体外干物质消化率[29]。而本研究中混播处理的体外干物质消化率均高于单播处理，其中以T4处理最高，显著高于单播处理。因为在各混播处理中ADF和NDF含量低于单播处理，并且其蛋白质含量高于单播处理，有助于提高体外干物质消化率。而且豆科牧草在瘤胃中降解缓慢，释放出氮、硫等其他物质[30]，含高蛋白的豆科作物还为瘤胃内微生物生长提供了生长所必需的可消化纤维、氨基酸和支链脂肪酸等营养物质，提高饲草干物质消化率[31]。

3.5 间作不同播量拉巴豆对混合饲草经济效益的影响

在“农业供给侧结构性的改革”的背景下，将粮食、经济作物的二元结构调整为粮食、经济、饲料作物的三元结构[32]，使成都平原牧草种植行业得以发展。在成都平原不同品种青贮玉米的鲜草产量介于40 050～49 500 kg·hm−2[2]，收入为19 224～12 760 CNY·hm−2。在本研究中单播‘德美亚一号’玉米的鲜草产量为44 942.46 kg·hm−2，间作拉巴豆后T4处理的 产量最 高(63 711.86 kg·hm−2)，收益为30 581.69 CNY·hm−2，较单播处理收益显著增加41.76%。而T1、T2、T3、T5处理的经济收入分别较单播处理增加8.64%、14.69%、26.49%和29.92%。在T4处理时去除土地(9 000 CNY·hm−2)、种子(玉米300 CNY·hm−2+拉 巴 豆1 200 CNY·hm−2)成 本，净 收 入20 081.69 CNY·hm−2，较单播玉米收入增加9 009.31 CNY·hm−2。玉米与一定播量下的拉巴豆间作，可使经济收入有不同程度的提高，本研究中以T4处理经济效益最优。

4 结论

在本研究中，玉米间作不同播量的拉巴豆，对玉米农艺性状以及混合饲草产量、品质、经济效益具有不同程度的影响。随着拉巴豆播量的增加，虽然玉米的株高和茎粗等指标有所下降，但混合饲草产量却有所增加，营养品质也得到了改善。间作后混合牧草的粗蛋白、粗脂肪含量增加，NDF和ADF含量下降，其中52 500株·hm−2的玉米和112 500株·hm−2的拉巴豆间作模式下混合饲草产量最高、品质最优、经济效益最高。因此，在成都平原地区可采用52 500株·hm−2的玉米和112 500株·hm−2的拉巴豆间作模式进行种植。