燕麦与箭筈豌豆混播草地牧草产量及种间关系研究

辛亚芬，张 磊，陈 晨，李嘉怡，佘 宁，何伟先，刘志伟，闫艳红*

（1.四川农业大学草业科技学院，成都 611130；2.齐全农牧集团股份有限公司，四川 遂宁 629000；3.四川农垦牧原天堂农牧科技有限责任公司，四川 若尔盖 624000）

川西北高原藏区地处青藏高原东缘，是我国畜牧业生产的重要区域。然而，畜牧业生产的生物和经济可持续发展受到气候条件、草原环境等影响[1]，长期超载过牧造成草地退化严重，牧草总供应量难以满足牲畜生长的需求。人工草地建植可有效解决草原畜牧业生产发展中优质饲草提供不足的瓶颈[2]。因此，迫切需要在高寒藏区建植高产人工草地，有利于该区的草原生态修复，提高牧草生产水平。

燕麦（Avena sativa）是高寒牧区主栽牧草之一，叶量丰富、含糖量较高、适应性好、消化率高[3]。箭筈豌豆（Vicia sativa）茎枝柔嫩、适口性好、抗寒抗旱，还可培肥固氮，是一种广泛利用的优质高产草料兼用牧草[4]。作物单一种植会由于大量使用不可再生资源而造成环境退化[5]，混作可以充分地利用土地资源和气候资源，实现集约化种植，提高土地利用率，改善土壤结构，是促进农作物高产、增产的一项有效种植方式[6-9]。燕麦和箭筈豌豆是禾本科与豆科作物所组成的一种典型混作模式[10]，通过科学合理的配比实现农作物间的互补效应，获得较高的生产效益[11]。

目前，关于禾豆混播草地在栽培管理措施[12-13]、群落结构特征[14]及土壤理化性质[15]等方面均有研究，但牧草产量及营养品质仍然是混播草地的核心问题。有研究认为，禾豆混播不仅可提高牧草产量，还可改善牧草品质，为家畜提供优质牧草[16]。不同的混播形式是决定生物群落、生态系统多样性和稳定性的关键因素[17]。秦燕等[18]在青海海北地区研究结果表明，牧草混播比例影响植物种间关系，燕麦和箭筈豌豆2∶1混播牧草产量最高；而冯延旭等[19]在玉树地区的研究结果则表明，燕麦和箭筈豌豆7∶3混播草地牧草产量及营养品质较优，与周娟娟等[20]的研究结果一致。向洁等[21]在西藏河谷地区也进行了燕麦与箭筈豌豆的混播试验，结果表明最佳混播比例为3∶3。可见，不同地区、不同混播比例对燕麦和箭筈豌豆产量和品质的影响不同。本研究在川西北高原藏区探究不同燕麦-箭筈豌豆播种比例对混播草地生物产量、营养品质及种间关系的影响，旨在筛选出最佳混播比例，为川西北高原藏区畜牧业增加优质饲草料供给提供实践指导，有利于缓解高寒农牧区牦牛冬春季饲草料短缺的问题。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验地位于四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县唐克镇（102°28'35″E，33°24'37″N），海拔3 461m，属高原寒温带湿润季风气候，年平均气温1.1℃，年降水量648.5 mm，降雨多集中于5月下旬至7月中旬，年均相对湿度69%，无绝对无霜期。

1.2 试验设计

供试燕麦材料为‘青引3号’（Avena sativa'Qin‐gyin No.3'），箭筈豌豆为‘西牧 324’（Vicia sativa'Ximu 324'）。

试验共设计5个处理，燕麦与箭筈豌豆混播比例及播种量见表1。采用免耕播种机于2021年4月中旬播种，各处理小区面积6 667 m2，处理间距为0.5 m，同行条播种植，行距13 cm，播种深度3～5 cm，播前施底肥尿素120 kg/hm2，磷酸二铵112.5 kg/hm2，过磷酸钙拌种用量为90 kg/hm2。各处理田间管理措施一致。

表1 燕麦与箭筈豌豆混播比例及播种量Table 1 Mixture proportion and sowing amount of oat and common vetch

1.3 试验方法

1.3.1 牧草产量

于2021年8月29日（此时燕麦处于灌浆期，箭筈豌豆进入结荚期），在每个试验小区随机选取3个样方，样方面积2.6 m2（1.3 m×2 m），留茬3～5 cm进行刈割，按照混播种类进行分拣，分别称重记录样方鲜草产量。然后各样方选取500 g样品装入信封袋带回实验室，105℃杀青30 min，65℃下烘干至恒重，测定含水量，并根据牧草鲜草产量，计算其干草产量。

1.3.2 营养品质

将烘干干草样品粉碎后过4 mm筛，采用蒽酮比色法[22]测定可溶性碳水化合物（water soluble car‐bohydrate，WSC）含量，杜马斯燃烧法[23]测定粗蛋白（crude protein，CP）含量，中性洗涤纤维（neutral de‐tergent fiber，NDF）及酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）含量参照范式纤维洗涤法[24]测定，根据公式计算各处理的相对饲用价值（relative feeding value，RFV）。

式中DDM为可消化干物质（%），DMI为干物质采食量（%）。

1.3.3 群落稳定性测定

相对产量[25]（relative yield，RY）、相对产量总和[25]（relative yield total，RYT）及种间竞争率[25]（com‐petition ratio，CR），在测定牧草产量时测定。

式中：Yji、Yij分别代表混播时禾草和豆科牧草的单位面积产量；Yj、Yi分别代表单播禾草和豆科牧草的单位面积产量；p、q分别代表禾草和豆科牧草在混播时的播种比例。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2019进行数据整理和绘图。用SPSS 27.0软件对数据进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），结果用平均值±标准差表示。用隶属函数法对混播草地进行综合评价，隶属函数值[X（µ1），X（µ2）]公式如下：

式中：Xµ为某个混播处理下某个指标的隶属度；X为某个混播处理某个指标的测定值；Xmin、Xmax为所有处理中某个指标的最小值和最大值。若所测指标与其营养价值呈负相关，则采用X（µ2）计算隶属度。

2 结果与分析

2.1 不同混播比例对牧草产量的影响

如表2所示，混播比例对牧草产量影响显著（P<0.05）。其中A1处理的鲜草总产量最高，为92 308.15 kg/hm2，分别比A0、A4处理增产64.7%、32.5%，A2处理次之。所有混播处理中燕麦鲜草产量均显著高于A0处理（P<0.05），A1处理箭筈豌豆鲜草产量显著高于A2、A3（P<0.05）；所有混播处理的干草总产量均显著高于单播处理（P<0.05），且A1处理干草总产量最高，为25 301.22 kg/hm2，分别较A0、A4处理提高了60.8%、107.8%。所有混播处理中燕麦干草产量均高于A0处理，A1处理箭筈豌豆鲜草产量显著高于A2、A3（P<0.05）。

表2 播种比例对燕麦和箭筈豌豆产量的影响Table 2 Effects of sowing proportion on oat and common vetch grass yield kg·hm-2

如表3所示，从产量构成来看，A0处理杂草产量显著高于其他处理（P<0.05），A3处理杂草产量最低，占牧草总鲜重的0.38%。燕麦与箭筈豌豆混播体系中，燕麦鲜草产量占混播总鲜草产量的主要部分，箭筈豌豆和杂草产量随燕麦比例的增加呈降低趋势，其中，A3处理燕麦鲜草产量占比显著高于A1、A2处理（P<0.05），占牧草总鲜重的98.76%。A1处理箭筈豌豆产量显著高于A2和A3处理（P<0.05），占牧草总鲜重的3.04%。

表3 不同处理的牧草鲜草产量占比Table 3 The proportion of fresh forage yield in different treatments %

2.2 不同混播比例对牧草品质的影响

由表4可知，燕麦和箭筈豌豆混播对牧草营养品质影响显著（P<0.05）。A0处理WSC含量最高，为11.34%；混播WSC含量在8.80%～10.58%之间，显著高于A4处理（P<0.05），且随燕麦比例的增大WSC含量增加。A4处理的NDF和ADF含量分别为37.79%、22.56%，显著低于其他处理（P<0.05）；混播处理中，NDF、ADF含量随箭筈豌豆播种比例的增加呈降低趋势。A4处理CP含量最高，为18.64%；混播处理中A1处理CP含量显著高于A2、A3处理（P<0.05）。播种比例对牧草RFV指数影响显著（P<0.05）。A4处理RFV最高，达175.57，显著高于其他处理（P<0.05）；混播处理间RFV差异显著（P<0.05），且A1处理最高。

表4 播种比例对燕麦和箭筈豌豆混播草地营养成分的影响Table 4 Effects of sowing proportion on oat and common vetch nutrient content in mixed grassland

2.3 不同混播处理对牧草种间关系的影响

由图1所示，A1、A2、A3处理相对产量均在RYi<1，RYj>1之间。混播处理中，RYj随着燕麦播种比例的增加逐渐增大，不同混播比例对RYT影响显著（P<0.05）。A1处理的RYT显著高于A2和A3处理（P<0.05），A3处理RYT最低，但各混播处理的RYT均大于1。混播比例对燕麦与箭筈豌豆CR影响显著（P<0.05）。在混播草地中，燕麦的CR均大于1，箭筈豌豆的CR均小于1，A2处理燕麦的CR显著高于A1和A3处理（P<0.05），A1处理箭筈豌豆CR显著高于A2和A3处理（P<0.05）。

图1 不同混播处理对牧草种间关系的影响Figure 1 Effects of different mixed treatments on forage relationships

2.4 综合分析

采用模糊数学隶属函数法，对供试5个处理的干草产量、WSC、NDF、ADF、CP含量进行隶属函数值计算，综合评价牧草的生产性能和营养品质，其大小为A4>A1>A2>A0>A3（表5）。虽然A4处理隶属函数值最高，但箭筈豌豆单播易倒伏，不易收获。

表5 燕麦和箭筈豌豆混播对草地产量和营养成分的综合评价Table 5 Comprehensive evaluation of grassland yield and nutrition content of oat and common vetch mixture

3 讨论

3.1 混播比例对牧草生产性能的影响

牧草产量是衡量混播系统生产力的重要因素[26]。合理的牧草混播比例能够充分发挥种间互补效应，有利提高饲草产量。本研究表明，不同比例的燕麦与箭筈豌豆混播均可提高饲草产量，这与周娟娟等[20]研究结果一致，主要是因为混播草地中箭筈豌豆通过根瘤菌的生物固氮能力增加了土壤氮素养分的供应与积累，促进了燕麦根部分蘖能力[27-28]。同时，该混播群落形成生态位分离，可充分利用空间和光热资源，从而有利于提高草地生产力[19,29]。然而，随着燕麦播种比例的提高，混播体系中牧草产量优势逐渐降低，这与江舟等[30]的研究结果一致。燕麦播种比例的增加使得燕麦对土壤养分的需求量增加，而箭筈豌豆播种比例较小，无法提供充分的养分供应，过高的燕麦播种比例导致土壤养分资源利用不能合理互补。本研究发现，燕麦单播的杂草比例显著高于其他处理，主要以香薷（Elsholtzia ciliata(Thunb.)Hyland.）等低矮植物为主，使燕麦和杂草形成合理的冠层结构，二者互补相容。混播体系中，燕麦鲜草产量占混播总鲜草产量的主要部分，杂草产量随燕麦比例的增加呈降低趋势，可能是因为混播后株高较高的燕麦优先捕获光资源，抑制了低矮植物对光资源的捕获[15]，同时杂草与箭筈豌豆属于同一生态位，二者对资源的竞争较强，导致混播草地中杂草生物量比例下降。

3.2 混播比例对牧草品质的影响

牧草品质的高低是衡量牧草优质程度的重要指标，其养分也是草食动物不可或缺的营养物质。平措等[31]在拉萨地区的研究表明，燕麦与箭筈豌豆混播较单播产量高、品质优。本研究表明，燕麦与箭筈豌豆混播WSC含量均高于豆科单作，且随燕麦比例的增加而增加，说明燕麦的加入使得混播牧草质量得以提升。适宜的NDF含量对维持牲畜消化功能、生产性能及牲畜健康非常必要[32]。研究表明，NDF含量较低时有利于牲畜育肥，较高时有利于泌乳动物乳脂率的提高，但过高也会降低瘤胃微生物对饲料表面黏附以及在消化道的流通速度，从而引起牲畜采食量降低[33]。ADF含量与家畜消化率呈负相关关系。本研究发现，随着箭筈豌豆比例的增加，燕麦与箭筈豌豆混播草地的NDF、ADF含量逐渐下降，CP含量逐渐增加，说明增加箭筈豌豆在混播中的比例可有效提高牧草的饲用品质。本研究发现，燕麦比例过高时，混播群体CP含量与燕麦单播无显著差异，这可能是由于燕麦竞争优势明显，抑制箭筈豌豆的生长，导致混播群体中箭筈豌豆产量较低，未显著提升混播群体的CP含量。RFV是生产实际中广泛使用的粗饲料质量评定指标。本试验研究表明，混播比例对RFV影响显著，A4处理由于较低的NDF和ADF含量，RFV高达175.57，显著高于其他处理，混播处理中A1处理RFV最高。

3.3 混播处理对牧草种间关系的影响

适宜的牧草混播比例可丰富群落层次，促进作物空间搭配，使栽培草地更有效地利用资源，进而提高混播系统牧草生产力及群落稳定性[34]。本研究发现，在混播草地中，箭筈豌豆均受到抑制（RYj1之间，这表明箭筈豌豆种间竞争大于种内竞争（RYi<1），而燕麦种内竞争大于种间竞争，燕麦比箭筈豌豆更具有竞争优势，且随着燕麦播种比例的增加，燕麦对箭筈豌豆的抑制作用越明显。作物种间关系与不同比例下混播组分对资源的利用能力有关。RYT是研究两种植物混播体系中种间竞争力的重要指标[15]。李思达等[25]研究表明，羊茅（Festuca）与早熟禾（Poa）混播时，整个生育期RYT均显著小于1，两种牧草不适宜进行混播处理。本研究表明，燕麦与箭筈豌豆按不同比例混播时，各处理的RYT均大于1，表明二者混播在一定程度上避免了部分竞争，可能发生了某种生态位分离，使混播比单播更能有效利用资源，这与张永亮等[28]对苜蓿（Medicago sativa）与垂穗披碱草（Elymus nutans）混播的研究结果相同。CR能说明两种作物混播时植物之间竞争力的强弱。本研究表明，混播处理中燕麦的CR始终高于箭筈豌豆，A1处理箭筈豌豆CR显著高于其他混播处理。可见，适宜的混播比例是避免作物激烈竞争的必要条件[2]。

4 结论

燕麦与箭筈豌豆混播可有效提高川西北高原藏区的草地生产性能及营养品质，其中燕麦与箭筈豌豆2∶1混播时干草总产量最高；混播组合的可溶性碳水化合物含量显著高于箭筈豌豆单播，且粗蛋白含量随箭筈豌豆比例的增加而增加。所有混播组合相对产量总和均大于1，说明混播能有效地利用土地等资源。结合隶属函数综合评价及实际生产情况，推荐在川西北高原藏区建植燕麦与箭筈豌豆混播人工草地时，二者播量比为2∶1。