不同播种量毛苕子与燕麦混播对草地生产性能及营养品质的影响

冯 琴， 王 斌， 王腾飞， 倪 旺， 邓建强， 兰 剑*

(1.宁夏大学农学院， 宁夏 银川 750021； 2.宁夏草牧业工程技术研究中心， 宁夏 银川 750021; 3.农业农村部饲草生产模式创新重点实验室， 宁夏 银川 750021)

近年来，宁夏畜牧业发展迅速，但受种植结构和自然条件影响，该区域草畜供需失衡。已有研究表明，建植优质高产的人工草地是弥补饲草缺乏、缓解草畜矛盾和促进畜牧业健康发展的有效措施之一[1-2]。人工混播草地主要以豆科与禾本科牧草混播为主，通过对其科学合理的组合与配比，可有效提升对养分、光照及空间等资源的利用效率[3-4]，进而提高草地生产力，为混播草地的稳产、高产奠定坚实基础[5]。豆禾混播以其较高的生产性能和均衡的营养品质备受关注，但不同牧草在不同地区表现出的生态适应性和种间相容性存在较大差异，在生产实践中更是限制于混播组合及混播比例，造成种间竞争加剧，最终呈现出生产力及营养品质下降的结果[6]。因此，分析特定环境条件下不同物种混播搭配及混播比例对生产性能的影响是建植人工混播草地极其重要的研究内容，对混播草地维持较高生产力具有重要意义。

牧草品种的选择及合理配比是建植高效生产混播草地的关键[7-8]。张辉辉等[9]在陇中地区对紫花苜蓿(Medicagosativa)与三种不同的禾本科饲草混播研究发现，紫花苜蓿与苇状羊茅(Festucaarundinacea)播种量分别为4.5 kg·hm-2和14.0 kg·hm-2混播时，紫花苜蓿株高较单播降低0.53%～5.04%，苇状羊茅株高较单播升高11.18%～23.89%；秦燕等[10]对燕麦与箭筈豌豆(Viciasativa)进行混播试验发现，牧草产量较燕麦单播增产28.3%；Sadeghpour等[11]对大麦(Hordeumvulgare)与苜蓿(Medicagoscutellata)的研究发现，当苜蓿播种量为8.0 kg·hm-2时，土地当量比(Land equivalent ratio，LER)值更高(1.07)，说明其混播优势更为明显。苟文龙等[12]研究豆禾混播草地营养品质对混播比例的响应，发现多花黑麦草(Loliummultiflorum)与箭筈豌豆混播时混合牧草粗蛋白含量较多花黑麦草提高36.55%。燕麦因其抗逆性强、产草量高等优良特点在我国西北地区广泛种植；毛苕子作为一年生豆科植物，具有攀援生长习性，富含蛋白质但产量较低，二者混播可在一定程度上提高饲草产量和改善营养品质。前人对混播草地的研究主要集中在牧草生产性能与营养品质方面，其中关于毛苕子与燕麦混播的研究主要集中于混播比例和混播方式[13-14]，对毛苕子不同播种量的研究鲜见报道，鉴于此，本试验将不同播种量毛苕子与燕麦混播，探讨在燕麦播种量不变的情况下，混播不同播种量的毛苕子对草地生产性能及牧草营养价值的影响，以期为宁夏干旱区毛苕子与燕麦混播草地高效生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏盐池县花马池镇四墩子行政村(37°46′26″ N，107°26′16″ E，海拔1 460 m)，属典型大陆性季风气候，年均气温9.0℃，年均日照时数3 265.0 h，年均降水量205.2 mm，且65%集中在6—9月；干雨季分明，雨热同季；年均无霜期164 d。土壤类型为灰钙土，pH值8.3，0～20 cm土层有机质含量为6.80 g·kg-1，碱解氮含量89.65 mg·kg-1，速效氮含量24.57 mg·kg-1，速效钾含量122.57 mg·kg-1，速效磷含量7.62 mg·kg-1。

图1 2021年试验区降水和温度情况Fig.1 Precipitation and temperature in the test area in 2021

1.2 试验材料

毛苕子品种为‘VILLANA’，燕麦品种为‘喜越’(表1)。

表1 供试材料信息Table 1 Information of test materials

1.3 试验设计

采用单因素随机区组设计，设置7个处理组，即毛苕子不同播种量(V1：33.0 kg·hm-2、V2：45.0 kg·hm-2、V3：57.0 kg·hm-2、V4：69.0 kg·hm-2和V5：81.0 kg·hm-2)与燕麦(120.0 kg·hm-2)混播、毛苕子单播(VD：57.0 kg·hm-2)和燕麦单播(OD：180.0 kg·hm-2)，混播方式为同行混播。小区面积63 m2(10.5 m×6 m)，3个重复，总计21个小区。小区间隔1 m，设2 m保护行。2021年5月6日以条播方式进行人工翻耕、耙耱、整平、开沟播种，行距30 cm，播深3～4 cm。各指标于2021年7月22日测定(燕麦灌浆期)。

试验地灌水方式采用地面滴灌，滴灌带间隔60 cm，滴头间隔30 cm。生长季灌水3次(2021年5月21日，6月18日，7月10日)，每次灌水量为825 m3·hm-2；拔节期施尿素120 kg·hm-2(总氮≥46%)、磷酸二铵120 kg·hm-2(P2O5≥46%)，生育期内人工除草2次。

1.4 指标测定与方法

1.4.1农艺性状 株高：在每个小区内随机选取燕麦、毛苕子各20株，测定其自然高度。

密度：每个小区内随机选取6个0.6 m×0.6 m的样方测定毛苕子和燕麦密度。

1.4.2干草产量 干草产量：于燕麦灌浆期(毛苕子开花期)刈割，每个小区随机选取6个0.6 m×0.6 m的样方收获，留茬高度5～6 cm，收获后将毛苕子与燕麦分开，放置在烘箱中105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重并测定干重，通过计算鲜干比，换算混播草地每公顷干草产量。

1.4.3土地当量比 当LER=1时，表示两个品种混播与其单播产量相当，对同有限资源有相等的利用能力，当LER>1时，物种间表现出混播优势；LER<1时则相反[15]。计算公式如下：

LER毛苕子=Yvo/Yv

(1)

LER燕麦=Yov/Yo

(2)

LER=LER毛苕子+LER燕麦

(3)

式中：Yv和Yo分别代表单播条件下毛苕子、燕麦的产量，Yvo、Yov分别代表混播条件下毛苕子、燕麦的产量。LER毛苕子、LER燕麦分别代表毛苕子、燕麦的偏土地当量比，LER为土地利用效率。

1.4.4营养成分测定 本文牧草品质评价选取营养成分指标进行分析，将干草样品粉碎后，测定5个营养成分指标，包括粗灰分(Crude ash，Ash)、粗脂肪(Ether extract，EE)、粗蛋白(Crude protein，CP)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)，测定方法参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[16]。根据中性、酸性洗涤纤维含量，计算相对饲喂价值(Relative feed value，RFV)[17]：

(4)

1.5 综合评价

关联度系数：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：xi(k)为原始数据；x0(k)为参考数据；min(i)min(k)|x0(k)-xi|为两极度差最小差；ρ为分辨系数，一般取0.5；max(i)max(k)|

x0(k)-xi(k)|为两极度差最大差；|x0(k)-xi(k)|为k点的绝对值；ξi(k)为关联度系数；γi为等权关联度；N为样本数；ωi为权重系数；γi′为加权关联度。

1.6 统计分析

采用Excel 2019进行数据整理，SPSS Statistics 26.0进行数据统计分析(显著性分析、Duncan多重比较)，用Origin 2021b作图。

2 结果与分析

2.1 混播处理对牧草株高与密度的影响

如图2a所示，播种量对燕麦和毛苕子株高有显著影响(P<0.05)，燕麦株高较毛苕子高，且随着毛苕子播种量的增加，毛苕子株高呈先下降后上升再下降趋势，燕麦株高呈先下降后上升趋势；其中V4处理下毛苕子株高显著高于V3，V5和VD处理，达到81.60 cm，较VD提高了51.67%，V1，V2和V4处理间株高无显著差异，介于75.20～81.60 cm之间；V1，V2和V5处理下燕麦株高均显著高于V3和V4，其中V2处理下燕麦株高最高，达到104.80 cm，较OD处理提高了5.86%，V1，V2和V5处理间燕麦株高无显著差异，介于102.20～104.80 cm之间。

图2 毛苕子不同播种量与燕麦混播对牧草株高与密度的比较Fig.2 Comparison of plant height and density of forage grasses by mixed seeding of vetch seed and oat with different seeding rates注：图中(V1：33.0 kg·hm-2、V2：45.0 kg·hm-2、V3：57.0 kg·hm-2、V4：69.0 kg·hm-2和V5：81.0 kg·hm-2)为不同播种量毛苕子与燕麦(120.0 kg·hm-2)混播；VD：毛苕子单播；OD：燕麦单播。不同小写字母表示不同处理间存在显著性差异(P<0.05)Note:In the figure (V1:33.0 kg·hm-2,V2:45.0 kg·hm-2,V3:57.0 kg·hm-2,V4:69.0 kg·hm-2 and V5:81.0 kg·hm-2),vetch were mixed with oats (120.0 kg·hm-2) at different sowing rates;VD:vetch monocropping;OD:oat monocropping. Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at the 0.05 level

播种量对混播草地密度有显著影响(P<0.05)，如图2b所示，随着毛苕子播种量的增加，毛苕子密度呈先上升再下降趋势，而燕麦的变化趋势与之相反；其中，VD处理下毛苕子密度最大，达227枝·m-2，显著高于其它处理，V5处理的毛苕子密度最小，与VD相差176枝·m-2；燕麦密度在OD处理达到最高，为158株·m-2，显著高于V3和V4处理，混播处理中V5密度最高，且较OD处理下降了5.70%。

2.2 混播处理对土地当量比的影响

通过测定燕麦和毛苕子的干草产量来计算土地当量比(LER)，可表明混播草地土地利用效率。由图3可知，LER燕麦始终大于LER毛苕子，表明在不同播种量下，燕麦在混播系统中占据优势地位。除V4处理外，其他处理的LER值均大于1，表明在V1，V2，V3和V5的混播模式中具有产量优势，说明燕麦和毛苕子种间存在生态位互补效应，在一定程度上可高效利用光照、水和肥等资源提高草地生产力。

图3 混播草地LER值的比较Fig.3 Comparison of LER values of mixed grassland

2.3 混播处理对牧草干草产量的影响

如表2所示，适宜的混播比例是提高牧草产量的前提，不同播种量毛苕子与燕麦混播对草地生产力有显著影响(P<0.05)，VD(7.61 t·hm-2)和OD(10.73 t·hm-2)处理的干草产量显著高于混播燕麦和毛苕子的干草产量。在V2处理下，草地总干草产量达到最高，较VD，OD处理分别提高了63.21%,15.75%。随着毛苕子播种量的增加，毛苕子产量占总产量比例呈先上升后下降趋势，而燕麦产量占总产量比例变化趋势与之相反。

表2 毛苕子不同播种量与燕麦混播草地生产力的比较Table 2 Comparison of the productive forces of mixed seeding of vetch and oat with different seeding rates

2.4 混播处理对牧草营养成分的影响

如表3所示，毛苕子不同播种量与燕麦混播对牧草各项营养指标均有显著影响(P<0.05)。V4处理的Ash含量最高，较OD提高了16.79%。VD处理的EE含量显著高于V1、V2和V3(P<0.05)，OD处理的EE含量最低。VD处理的CP含量最高，为14.99%，显著高于其他处理(P<0.05)，混播牧草的CP含量较OD处理提高，尤其是V4和V5处理提高的最为显著，分别较OD处理提高了35.96%～36.07%。VD处理的NDF，ADF含量均最低，混播牧草的NDF，ADF含量较VD处理均升高，较OD处理均下降。同时，VD处理的相对饲喂价值最高(130.17)，与OD和V1处理有显著差异。

表3 不同处理对牧草营养品质影响的比较Table 3 Comparison of effects of different treatments on forage nutritional quality

2.5 混播处理综合评价

2.5.1数据无量纲化处理 各指标测定值存在差异，不易比较，须进行标准化处理。采用均值化法，即以参考数列相应的期望指标作为单位，全部数据均去除以期望指标，得到一个在[0,1]范围的新数列。

2.4.2绝对差 将参考数列各项指标的数值分别减去各处理相应指标的数值，得到一系列的绝对差[最小绝对差(min(i)min(k)|x0(k)-xi|=0.05)和最大绝对差(max(i)max(k)|x0(k)-xi(k)|=0.75)]。

2.4.3关联系数 根据关联系数公式(5)，将各绝对差值代入，并取ρ=0.50，得到相应的关联系数ξ。由表4可知道，各性状的关联系数在0.38～1.00之间。

表4 各指标的关联系数Table 4 Correlation coefficient of each index

2.4.4关联度 根据灰色关联度分析理论，关联度越大表明越接近参考组合，综合评价表现越优。由表5可知，等权关联度的排序与加权关联度分析存在差异，本文采用加权关联度进行排名，不同处理综合评价排名依次为：V2>V1>V5>V3=V4，其中毛苕子的最佳播种量为45.0 kg·hm-2。

表5 不同处理的关联度及其排名Table 5 Correlation degree and ranking of different processing

3 讨论

牧草株高和密度是影响干草产量的主要指标。本研究发现，混播后毛苕子与燕麦株高和密度发生不同程度的变化，随着毛苕子播种量的增加，燕麦株高呈先下降后上升趋势，毛苕子密度呈现先上升后下降趋势，燕麦株高变化与魏晓丽等[19]研究结果相似，但毛苕子密度变化与杨鹏年等[20]研究结果不一致，可能是植株通过调整株高和密度响应混播情况，以增强植株对环境的适应能力[21]，而牧草种类、播种量以及自然条件不同，导致植株株高和密度趋势出现差异。其中，V2处理干草产量最高，该处理下植株的密度居中、株高较高，而V5处理的植株密度最大，但其干草产量相较V2处理较低，造成这一现象的原因可能是V5处理的株高较V2低，植株叶片捕获的光资源较少，则干草产量较小,这与史志强等[22]研究结果吻合。

草地生产力是体现混播草地价值的重要指标，干草产量越高表明其生产性能越好。刘启宇等[23]研究发现，适宜比例的杂花苜蓿(Medicagovaria)与新麦草(Psathyrostachysjuncea)混播更能表现出混播优势，能够发挥饲草对资源的有效利用，产生互补效应，进而提高草地产量。但当豆禾混播组合不科学或混播比例不合理时，会出现种间竞争强于种内竞争导致饲草产量下降的现象。本研究发现，就草地总干草产量而言，除V4处理外，其他处理均表现出产量优势(表2)，其中燕麦与毛苕子混播总干草产量较毛苕子单播提高26.41%～63.21%，较燕麦单播干草产量提高0.52%～15.75%，与王富强等[24]的研究结果相似。此外，谢开云等[25]研究表明，混播草地中豆科牧草所占比例较高时，可通过豆科植物生物固氮作用，增加禾本科牧草对氮素的吸收与利用，促进牧草生长，提高牧草产量。

土地当量比是衡量混播优势的重要指标，其值大于1表明混播草地具有产量优势[26]。在本试验中，各混播草地除V4处理外LER值均大于1，种间关系表现为促进作用大于竞争作用(图3)，其中V2处理(LER=1.25)较单播增产效果最为明显，说明该混播处理体现出较好的协调关系，这与王斌等[13]研究结果一致，原因可能是燕麦与毛苕子具有明显的生态位分化，高效发挥了牧草对资源利用的种间互补效应。混播草地中各物种干草产量所占比例既能反映其对草地总生产力的贡献率，还能体现各物种对资源的竞争能力[27]。本研究表明，燕麦干草产量显著高于毛苕子(P<0.05)，且LER燕麦>LER毛苕子，这与朱亚琼等[28]结果相似，原因可能是燕麦植株较高，在空间和光照资源的竞争中占据优势，成为混播草地中干草产量的主要贡献者。

豆禾混播可以提高牧草粗蛋白含量，降低粗纤维含量，改善牧草品质，增加家畜采食量，提高消化率[29]。何双琴等[30]研究表明，在燕麦与箭筈豌豆的混播草地中适当增加箭筈豌豆的播种量，可改善混合牧草营养品质。谢开云等[27]在红三叶(Trifoliumpratense)与无芒雀麦(Bromusinermis)混播草地中增加红豆草比例后，混合饲草粗蛋白含量显著增加。在本试验中，燕麦与毛苕子混和牧草粗蛋白、酸性和中性洗涤纤维含量均高于燕麦单播，低于毛苕子单播，与前人研究结果一致[13]，主要原因是豆科牧草的粗蛋白含量整体高于禾本科，纤维含量低于禾本科。同时本研究发现，随着毛苕子播种量的增加，牧草粗蛋白含量呈上升趋势，酸性和中性洗涤纤维含量呈下降趋势，相对饲喂价值呈增加趋势，说明在混播草地中增加豆科牧草占比可有效提高牧草营养价值，较豆科和禾本科牧草单播，混播牧草营养物质含量更均衡，与徐强等[1]、张学梅等[31]结果一致。

4 结论

毛苕子与燕麦混播，播种量45.0 kg·hm-2时干草产量最高。毛苕子与燕麦混播后均可提高牧草粗蛋白含量，降低酸性和中性洗涤纤维含量，有利于牧草营养价值的提高。综合分析得出，毛苕子播种量为45.0 kg·hm-2与燕麦混播效果最佳，适宜在宁夏干旱区滴灌条件下推广种植。