隴中黃土高原混播草地生產(chǎn)性能

周棟昌，沈禹穎，武慧娟，耿小麗，李智燕，張 潔，付 萍，朱 倩

（1. 甘肅省草原技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730010；2. 蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

草地作為陸地上主要生物群落之一，在我國乃至全球生態(tài)系統(tǒng)中都發(fā)揮著巨大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會服務(wù)功能[1]，不僅為人類提供了自身所需的生物資源，還對保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維持陸地生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要作用[2]，具有極高的研究價值。甘肅省氣候類型多樣，草地資源豐富，是全國草原面積較大的省份之一。截至2016 年底，全省草原面積達(dá)1.8 ×107hm2[3]，在調(diào)節(jié)氣候、改良土壤、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源及維持生態(tài)平衡等方面發(fā)揮了重要的生態(tài)效應(yīng)，有效地促進(jìn)了甘肅省地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民收入的增加[4]。

定西(通稱“隴中”)，位于甘肅省中部。2015 年以來，定西市委市政府規(guī)劃將定西市打造成為“中國西部草都”，形成草畜協(xié)調(diào)發(fā)展、一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的格局，在全省乃至全國都產(chǎn)生了較大的影響力，開啟了隴中黃土高原丘陵區(qū)現(xiàn)代草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新局面。紫花苜蓿(Medicago sativa)與紅豆草(Onobrychis viciaefolia)作為該地區(qū)推廣種植面積較大的兩個草種，傳統(tǒng)以單播為主的栽培方式往往在應(yīng)對干旱氣候、病蟲害發(fā)生及土壤養(yǎng)分利用等方面能力較差。將紫花苜蓿和紅豆草混播有以下幾方面的優(yōu)點：第一，非灌區(qū)種植紫花苜蓿時，如果種植當(dāng)年土壤墑情不好或降水偏少，紫花苜蓿由于缺水而生長受限，第1 年和第2 年的地上生物量較低[5]；然而，紅豆草則不同，紅豆草產(chǎn)草量穩(wěn)定、產(chǎn)草高峰來臨早，二者混播可以彌補(bǔ)紫花苜蓿前兩年產(chǎn)量低的不足，也補(bǔ)足了紅豆草為短壽命牧草的缺陷，能夠有效地利用土地，保證利用期穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。第二，紫花苜蓿根、莖、葉中均含有皂苷[6]，過量飼喂會引起家畜臌脹，而紅豆草中則含有單寧，兩者混合可降低家畜臌脹病的發(fā)生率。第三，紫花苜蓿和紅豆草雖均屬于多年生豆科牧草，但二者根系在深淺及側(cè)根數(shù)量多少等方面均存在差異，植物根系分布互補(bǔ)[7]，調(diào)整兩種牧草之間的競爭關(guān)系，可降低環(huán)境的制約。本研究針對改善隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)牧草的群落結(jié)構(gòu)、改變單一栽培的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)?shù)卦耘嗖莸亟ㄔO(shè)的實際，因地制宜，研究不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草混播草地的混播機(jī)理、競爭關(guān)系等，通過比較不同播種比例下紫花苜蓿和紅豆草的株高、地上生物量、分枝數(shù)、相對密度、相對產(chǎn)量總和、相對競爭力及單位面積營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量等指標(biāo)，篩選出綜合效果最佳的混播組合，以期為黃土高原丘陵溝壑區(qū)大面積建植多年生豆科混播栽培草地和促進(jìn)當(dāng)?shù)夭莓a(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點位于甘肅省定西市安定區(qū)李家堡鎮(zhèn)黃金村，地理位置為35°31′17.3′′ N，104°46′51.4′′ E，海拔2 145 m，年平均氣溫7.2 ℃，極端最高氣溫35.1 ℃，極端最低氣溫?29.7 ℃，年平均降水量377 mm，主要集中在7 月 ? 9 月，年相對濕度66%，無霜期平均151 d，絕對無霜期平均88 d，年均日照時長達(dá)2 437.7 h。土壤類型為黃綿土，播前測定試驗地0 ? 20 cm 土層的養(yǎng)分情況，pH 8.42，有機(jī)質(zhì)含量9.60 g·kg?1，土壤全氮含量0.64 g·kg?1，速效氮含量16.23 mg·kg?1，速效磷含量107.67 mg·kg?1，速效鉀含量19.85 mg·kg?1。

1.2 材料與方法

1.2.1 試驗材料

甘農(nóng)1 號紫花苜蓿(Medicago sativa ‘Gannong No.1’)由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院提供，甘肅紅豆草(Onobrychis viciaefolia ‘Gansu’)由甘肅省草原技術(shù)推廣總站提供，發(fā)芽率均不低于80%。

1.2.2 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機(jī)設(shè)計，設(shè)3 個區(qū)組，5 個處理，分別為紫花苜蓿和紅豆草混播比例分別為1 ? 0(H1)、7 ? 3 (H2)、5 ? 5 (H3)、3 ? 7 (H4)、0 ? 1 (H5)，共15個小區(qū)，小區(qū)面積3 m × 5 m = 15 m2。于2016 年5 月10日播種，同行撒播，播種量分別為紅豆草60 kg·hm?2、紫花苜蓿30 kg·hm?2，紅豆草播深5 cm，紫花苜蓿播深3 cm，行距30 cm，混播時先播紅豆草，再播紫花苜蓿，播前整地，播后耙耱。小區(qū)間隔為50 cm，采用人工除草，無灌溉，無施肥，田間管理同大田生產(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)與測定方法

種植第2 年起，選擇紫花苜蓿孕蕾期(此時紅豆草處于初花期)時測定。株高：各小區(qū)隨機(jī)選擇紫花苜蓿和紅豆草各10 株，測定其絕對高度。分枝數(shù)：各小區(qū)隨機(jī)選擇紫花苜蓿和紅豆草各10 株，從根頸部位對分枝數(shù)進(jìn)行計數(shù)。地上生物量：各小區(qū)隨機(jī)確定1 m2的樣方，刈割后測產(chǎn)，留茬高度5～6 cm；混播小區(qū)將紫花苜蓿和紅豆草分開稱重，置于60～65 ℃烘箱中烘干至恒重，計算干鮮比和地上生物量。

粗蛋白含量采用凱式定氮法測定；酸性洗滌纖維含量采用NY/T 1459–2007 酸性洗滌法測定；中性洗滌纖維含量采用GB/T 20806–2006 中性洗滌法測定；粗脂肪含量采用索氏抽提法測定；鈣含量采用吸收分光光譜的方法測定；全磷含量采用鉬黃分光光度法測定；鉀含量采用GB/T 13885–2003 原子吸收分光光度法測定，具體方法參考楊勝[8]。

1.4 指標(biāo)計算

相對密度：紫花苜蓿(紅豆草)相對密度 = 混播時紫花苜蓿(紅豆草)分枝數(shù)/混播組合中紫花苜蓿(紅豆草)所占比例 × 單播時紫花苜蓿(紅豆草)分枝數(shù)。

相對產(chǎn)量總和：紫花苜蓿和紅豆草相對產(chǎn)量總和 = 混播時紫花苜蓿地上生物量/單播時紫花苜蓿地上生物量 + 混播時紅豆草地上生物量/單播時紅豆草地上生物量。

相對產(chǎn)量：紫花苜蓿(紅豆草)相對產(chǎn)量 = 混播時紫花苜蓿(紅豆草)地上生物量/單播時紫花苜蓿(紅豆草)地上生物量。

種間競爭力：種間競爭力 = (紫花苜蓿相對產(chǎn)量 ×混播組合中紫花苜蓿占比)/(紅豆草相對產(chǎn)量 × 混播組合中紅豆草占比)[9]。

粗蛋白產(chǎn)量 = 地上生物量 × 粗蛋白含量；酸性洗滌纖維產(chǎn)量 = 地上生物量 × 酸性洗滌纖維含量；中性洗滌纖維產(chǎn)量 = 地上生物量 × 中性洗滌纖維含量。

相對飼喂價值 = (88.9 ? 0.779 × 酸性洗滌纖維含量) × (120/中性洗滌纖維含量)/1.29[10-11]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

運用SPSS 17.0 分別對混播草地的生產(chǎn)性能和營養(yǎng)成分進(jìn)行單因素方差分析，使用Duncan 法進(jìn)行數(shù)據(jù)多重比較，運用Excel 2007 統(tǒng)計軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 混播草地生物量

2.1.1 株高

建植后第2 年(2017 年)，不同處理對株高的影響不同，但兩茬紫花苜蓿和紅豆草的株高均表現(xiàn)為單播高于混播。第1 茬，紫花苜蓿的株高在H1顯著高于H2、H3和H4(P ＜ 0.05)，但H2、H3和H4各處理間差異不顯著(P ＞ 0.05)；紅豆草的株高在H5最高，H4次之，H3最低，各處理間差異均不顯著。第2 茬，紫花苜蓿的株高表現(xiàn)為H1＞ H2＞ H4＞ H3，紅豆草表現(xiàn)為H5＞ H2＞ H4＞ H3，但各混播處理間差異均不顯著(圖1)。

建植后第3 年(2018 年)，紫花苜蓿和紅豆草的株高表現(xiàn)為單播高于混播，與第2 年一致。第1 茬，紫花苜蓿和紅豆草的株高分別以H1和H5最高，但與各處理間差異均不顯著(P ＞ 0.05)，紫花苜蓿的株高從大到小依次為H1＞ H2＞ H4＞ H3，紅豆草的株高為H5＞ H2＞ H3＞ H4。第2 茬，紫花苜蓿的株高在H1最高，分別比H3和H4高11.40 和16.28 cm，且差異顯著(P ＜ 0.05)；紅豆草的株高在H5最高，分別比H3和H4高9.19 和14.05 cm，且差異顯著(P ＜ 0.05) (圖1)。

2.1.2 分枝數(shù)

建植后第2 年和第3 年，紫花苜蓿和紅豆草的分枝數(shù)在各處理間差異均不顯著(P ＞ 0.05)。第2 年，紫花苜蓿的分枝數(shù)在H4最高，H1次之，H2最低；紅豆草的分枝數(shù)在H5最高，H4次之，H2最低。第3 年，紫花苜蓿的分枝數(shù)為H1最高，H2次之，H3最低；紅豆草的分枝數(shù)變化與第2 年一致；第3年紫花苜蓿和紅豆草的分枝數(shù)均高于第2 年(圖2)。

圖 1 2017 年和2018 年不同混播比例下苜蓿和紅豆草的株高變化Figure 1 Variation of p lant height of alfalfa and sainfoin under different m ixed proportions in 2017 and 2018

圖 2 不同混播比例下苜蓿和紅豆草的分枝數(shù)變化Figure 2 Variation in branch numbers of alfalfa and sainfoin under different m ixed proportions

建植生長第2 年和第3 年，隨著混播組合中紫花苜蓿比例的降低，其相對密度呈上升趨勢，紅豆草的相對密度呈下降趨勢。第2 年，在H2紫花苜蓿的相對密度小于1，在H3、H4均大于1，其中H4最高；在H2、H3和H4紅豆草的相對密度均大于1，其中H2最高，H4次之，在H3紫花苜蓿和紅豆草的相對密度近似相等。第3 年，在H2、H3和H4紫花苜蓿和紅豆草的相對密度均大于1 (圖3)。

圖 3 不同混播比例下苜蓿和紅豆草的相對密度變化Figure 3 Variation in the relative density of alfalfa and sainfoin under different m ixed proportions

2.1.3 干鮮比

建植生長第2 年，不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草的干鮮比變化不明顯，各處理間差異不顯著(P ＞ 0.05)；第3 年，第1 茬紫花苜蓿和紅豆草的干鮮比在各處理間差異不顯著，第2 茬紫花苜蓿的干鮮比在各處理間差異也不顯著，紅豆草的干鮮比表現(xiàn)為在H3處理顯著高于H4和H5處理(P ＜ 0.05)，但與H2處理差異不顯著(圖4)。

2.1.4 地上生物量

建植后第2 年，第1 茬紫花苜蓿的地上生物量在H1最高，且顯著高于H2、H3和H4(P ＜ 0.05)，H3次之；紅豆草的地上生物量在H5最高，且顯著高于H2、H3和H4(P ＜ 0.05)，H3次之；比較第1 茬各處理的單位面積地上生物量，表現(xiàn)為H5＞ H3＞ H1＞ H2＞H4。第2 茬，紫花苜蓿的地上生物量在H2顯著高于H1、H3和H4(P ＜ 0.05)，與H1相比，產(chǎn)量增加了0.14 kg·m?2；紅豆草的地上生物量隨著混播組合中紅豆草比例的增加而逐漸增大，在H5最高，且顯著高于H2、H3和H4(P ＜ 0.05)；比較第2 茬單位面積地上生物量，H5最高，顯著高于H1(P ＜ 0.05)。從全年地上生物量來看，各處理的地上生物量由高到低排序為H5＞ H2＞ H3＞ H4＞ H1(表1)。

圖 4 2017 年和2018 年不同混播比例下苜蓿和紅豆草的干鮮比Figure 4 Dry and fresh ratios of alfalfa and sainfoin under different m ixed proportions in 2017 and 2018

表 1 混播草地的地上生物量測定Table 1 Determ ination of the aboveground biomass of m ixed grassland kg·m?2

建植生長第3 年，第1 茬，紫花苜蓿的地上生物量隨著混播組合中紫花苜蓿比例的下降而逐漸降低，在H1最高，且顯著高于H4(P ＜ 0.05)，但與H2、H3差異不顯著(P ＞ 0.05)；紅豆草的地上生物量在H5最高，H3次之；比較第1 茬單位面積地上生物量，H2、H3的單位面積地上生物量顯著高于H1、H5(P ＜ 0.05)，H3略高于H2。第2 茬，紫花苜蓿地上生物量的變化趨勢與第1 茬一致，表現(xiàn)為H1最高，且顯著高于H3和H4(P ＜ 0.05)；紅豆草的地上生物量則隨著混播組合中紅豆草比例的增加而逐漸增大，在H5最高，且顯著高于H2、H3和H4(P ＜ 0.05)；比較第2 茬單位面積地上生物量，H2最高，H3、H4次之，顯著高于H1(P ＞ 0.05)。從全年地上生物量來看，H3最高，H2次之，分別比H1增產(chǎn)0.34、0.31 kg·m?2，比H5增產(chǎn)0.33、0.30 kg·m?2(表1)。

2.1.5 相對產(chǎn)量總和

建植生長第2 年，第1 茬，H2、H3和H4中紫花苜蓿和紅豆草的相對產(chǎn)量總和均小于1，且H1、H5顯著高于H4處理(P ＜ 0.05)，各處理表現(xiàn)為H1(H5) ＞H3＞ H2＞ H4；第2 茬，H2、H3和H4中紫花苜蓿和紅豆草的相對產(chǎn)量總和均大于1；與H1、H5相比，紫花苜蓿和紅豆草混播能夠有效提高土地利用率4.15%～78.22%。建植生長第3 年，兩茬H2、H3和H4中紫花苜蓿和紅豆草的相對產(chǎn)量總和均大于1，第1 茬H3最大，H2次之；第2 茬H2最大，H3次之；與H1、H5相比，紫花苜蓿和紅豆草混播能夠有效提高土地利用率19.29%～53.49% (表2)。

2.1.6 種間競爭力

種間競爭力是判斷混播群落中物種競爭能力大小的一項指標(biāo)。隨著混播組合中紫花苜蓿比例的降低，其競爭力逐漸減小，紅豆草的競爭力逐漸增大。H2中紫花苜蓿的競爭力均大于1，說明H2中紫花苜蓿占優(yōu)勢，競爭能力優(yōu)于紅豆草；H3中除建植生長第3 年第1 茬紫花苜蓿的競爭力小于1 外，在其余各年份各茬次紫花苜蓿的競爭力均大于1；H4中紅豆草的競爭力大于1，表明紅豆草的競爭能力優(yōu)于紫花苜蓿(表3)。

表 2 混播草地的相對產(chǎn)量及相對產(chǎn)量總和測定Table 2 Determ ination of the relative yield and total relative yield of m ixed grassland

表 3 相對競爭力測定Table 3 M easurem ent of relative com petitiveness

2.2 紫花苜蓿和紅豆草混播草地的牧草品質(zhì)

2.2.1 粗蛋白

對比不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草兩茬牧草中粗蛋白(crude protein, CP)含量，受不同混播比例的影響，兩茬紫花苜蓿和紅豆草的CP 含量均表現(xiàn)為H4最高，第1 茬表現(xiàn)為H4＞ H2＞ H3＞ H1(H5)，且相互之間差異均顯著(P ＜ 0.05)；第2 茬紫花苜蓿表現(xiàn)為H4＞ H1＞ H3＞ H2，紅豆草表現(xiàn)為H4＞ H5＞ H2＞H3；且紫花苜蓿的CP 含量略高于紅豆草(圖5)。對比不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草兩茬牧草的單位面積CP 產(chǎn)量總和，第1 茬，H5最高，且顯著高于H2、H4(P ＜ 0.05)，分別是H1、H2、H3和H4的1.80、2.00、1.66 和2.74 倍，H2、H3、H4紫花苜蓿在CP 產(chǎn)量總和中的貢獻(xiàn)率低于其在混播組合中的占比，紅豆草則相反。第2 茬，單位面積CP 產(chǎn)量總和在H4最高，為226.52 g·m?2，且顯著高于H5(P ＜ 0.05)，H2次之；H2中紫花苜蓿在CP 產(chǎn)量總和中的貢獻(xiàn)率低于其在混播組合中的占比，H3、H4中則高于其在混播組合中的占比，分別為67.67%、53.44%和44.10%，紅豆草相反(圖5)。

2.2.2 酸性洗滌纖維

不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草的酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量表現(xiàn)不同(圖6)。第1 茬，紫花苜蓿的ADF 含量表現(xiàn)為H3＞ H1＞ H2＞H4，各處理間均差異顯著(P ＜ 0.05)，紅豆草的ADF含量表現(xiàn)為H5＞ H3＞ H4＞ H2，各處理間均差異顯著(P ＜ 0.05)；第2 茬，紫花苜蓿的ADF 含量在各處理間無顯著差異(P ＞ 0.05)，H3最低，紅豆草的ADF含量表現(xiàn)為H5顯著高于H2、H3和H4(P ＜ 0.05)。不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草的單位面積ADF產(chǎn)量總和有一定差異(圖6)。第1 茬，H5最高，且顯著高于其余各處理 (P ＜ 0.05)，分別為H1、H2、H3、H4的2.47、2.95、2.19、3.94 倍，H2、H3、H4中紫花苜蓿在ADF 產(chǎn)量總和中的貢獻(xiàn)率低于其在混播組合中的占比，紅豆草相反。第2 茬中單位面積ADF 產(chǎn)量總和同樣表現(xiàn)為H5最高，為301.43 g·m?2，H2次之，且顯著高于H1(P ＜ 0.05)，H2和H3紫花苜蓿在ADF產(chǎn)量中的貢獻(xiàn)率低于其在混播組合中的占比，分別為62.89%和45.33%，H4高于其在混播組合中的占比，為44.68%，紅豆草則相反。

圖 5 混播草地中苜蓿和紅豆草粗蛋白含量和單位面積粗蛋白產(chǎn)量的測定Figure 5 Determ ination of crude protein content and crude protein yield per unit area of alfalfa and soinfoin in m ixed sow ing grassland

2.2.3 中性洗滌纖維

比較不同混播比例下紫花苜蓿和紅豆草的中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)含量(圖7)，第1 茬，紫花苜蓿和紅豆草的NDF 含量分別為H1和H5最高，H3次之，H4最低；第2 茬，H4的紫花苜蓿NDF 含量最高，且顯著高于其余處理(P ＜ 0.05)，H3最低，紅豆草的NDF含量則表現(xiàn)為H2最高。對比不同混播比例下單位面積紫花苜蓿和紅豆草的NDF 產(chǎn)量總和(圖7)，第1 茬，H5最高，且顯著高于其余各處理(P ＜ 0.05)，表現(xiàn)為H5＞ H3＞ H1＞ H2＞H4，H2、H3、H4中紫花苜蓿在NDF 產(chǎn)量總和中的貢獻(xiàn)率均低于其在混播組合中的占比，紅豆草相反；第2 茬，單位面積NDF產(chǎn)量總和在H2處理最高，H3次之，且顯著高于H1(P ＜ 0.05)，H2、H3中紫花苜蓿在NDF 產(chǎn)量總和中的貢獻(xiàn)率低于其在混播組合中的占比，分別為61.32%和45.45%，H4中則高于其在混播組合中的占比，為46.74%，紅豆草相反。

2.2.4 其他養(yǎng)分比較

測定結(jié)果顯示(表4)，第1 茬，紫花苜蓿的粗灰分(crude ash, Ash)含量在H4最高，H1次之，H3處理最低，各處理間差異顯著(P ＜ 0.05)；H1的粗脂肪(ether extract, EE)含量最高，顯著高于其余各處理(P ＜ 0.05)，H3最低；不同混播比例對紫花苜蓿中Ca、P、K 含量的影響不顯著(P ＞ 0.05)；H3處理的Mg 含量最高，顯著高于H1和H2(P ＜ 0.05)。第2 茬，紫花苜蓿的Ash 含量表現(xiàn)為H1＞ H4＞ H3＞ H2；H2的EE 含量最高，顯著高于其余處理(P ＜ 0.05)，H1最低；Ca 含量表現(xiàn)為H1＞ H3＞ H4＞ H2；H3的P 和K 含量均為最高，H2次之；H1的Mg 含量最高，H3次之。第1 茬，紫花苜蓿的相對飼喂價值從大到小依次為H4＞ H2＞ H3＞ H1，H4、H2、H3處理分別比H1處理高27.42%、15.1%和4.4%；第2 茬，H3處理的紫花苜蓿相對飼喂價值最高，顯著高于其余處理(P ＜ 0.05)。

圖 6 混播草地中苜蓿和紅豆草酸性洗滌纖維含量和單位面積酸性洗滌纖維產(chǎn)量的測定Figure 6 Determ ination of acid detergent fiber content and acid detergent fiber yield per unit area of alfalfa and soinfoin in m ixed grassland

第1 茬，紅豆草中粗灰分含量為H2最高，H3次之，顯著高于H4、H5(P ＜ 0.05)；粗脂肪含量表現(xiàn)為H4＞ H5＞ H2＞ H3，各處理間差異顯著(P ＜ 0.05)；鈣、磷、鉀含量均表現(xiàn)為H2最高；鎂含量在H2、H3和H4相同，顯著高于H5(P ＜ 0.05) (表5)。第2 茬，粗灰分含量均表現(xiàn)為H4最高，H5次之，均顯著高于H2、H3(P ＜ 0.05)；H4的粗脂肪含量最高，H3次之，H2最低，各處理間差異顯著(P ＜ 0.05)；H4的鈣含量較高，顯著高于H3、H5(P ＜ 0.05)；H4的磷、鉀、鎂含量均較高。第1 茬，紅豆草的相對飼喂價值從大到小依次為H2＞ H4＞ H3＞ H5，混播處理的相對飼喂價值高于單播處理；第2 茬，H4處理的紅豆草相對飼喂價值最高，顯著高于其余處理(P ＜ 0.05)，H3處理次之，H4、H3、H2處理分別比H5處理高49.73%、15.50%和8.23%。總體來看，紅豆草的相對飼喂價值低于紫花苜蓿。

3 討論與結(jié)論

3.1 混播對紫花苜蓿和紅豆草草地地上生物量的影響

混播組合中不同品種占有各自的生態(tài)位，互相之間具有補(bǔ)償協(xié)同效應(yīng)，群落結(jié)構(gòu)越豐富，穩(wěn)定性越強(qiáng)，草地利用效能越佳[12]。眾多研究表明，混播草地比單播草地可以更好地保持穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)[13-14]。紫花苜蓿和扁穗冰草(Agropyron cristaturn)及無芒雀麥(Bromus inermis)混播后，相比于扁穗冰草單播以及無芒雀麥單播的3 年地上生物量分別提高了15.46%和7.27%[15]。本研究在黃土高原丘陵溝壑區(qū)將紫花苜蓿和紅豆草按不同比例混播，建植生長第2 年的單位面積全年地上生物量均大于紫花苜蓿單播，建植生長第3 年的單位面積全年地上生物量均大于紫花苜蓿單播和紅豆草單播，可能是因為紫花苜蓿比紅豆草生育期晚，當(dāng)紅豆草達(dá)到初花期時，紫花苜蓿才剛進(jìn)入孕蕾期，同一時間二者達(dá)到的生育時期不同，對環(huán)境中光、熱、水、肥，以及土壤養(yǎng)分等的吸收利用也有一定差異，導(dǎo)致這兩種牧草的生態(tài)位分離，使它們之間的競爭強(qiáng)度減弱，種間協(xié)同性增強(qiáng)，優(yōu)化了資源的配置，提高了草地生產(chǎn)力。但是，受氣候和水肥等條件的影響，不同混播比例下草地的單位面積產(chǎn)量增幅有一定差異，同時適宜的混播比例也是影響混播草地長久穩(wěn)定性和持續(xù)高產(chǎn)力的重要因素。本研究中，在紫花苜蓿與紅豆草的混播比例為7 ? 3 和5 ? 5 時地上生物量較高，表明這兩個混播比例下二者對環(huán)境資源的利用以及協(xié)調(diào)性較好，可提高草地生產(chǎn)力，豐富草地群落結(jié)構(gòu)，最大限度發(fā)揮草地生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，這與寶音陶格濤[16]在無芒雀麥和苜蓿的混播試驗研究中得出的結(jié)論一致。

圖 7 混播草地中苜蓿和紅豆草中性洗滌纖維含量及單位面積中性洗滌纖維產(chǎn)量的測定Figure 7 Determ ination of neutral detergent fiber content and neutral detergent fiber yield per unit area of alfalfa and soinfoin in m ixed grassland

表 4 混播草地中紫花苜蓿營養(yǎng)成分的測定Table 4 Determination of alfalfa nutrients in mixed grassland %

3.2 混播對紫花苜蓿和紅豆草種間關(guān)系及群落穩(wěn)定性的影響

對栽培草地而言，通過調(diào)控混播物種和混播比例往往能使混播草地實現(xiàn)系統(tǒng)資源的最優(yōu)化利用，并維持長期較高的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著混播組合中紫花苜蓿比例的下降，紫花苜蓿的相對密度呈上升趨勢，紅豆草的相對密度呈下降趨勢，這說明紫花苜蓿的分枝能力逐漸增強(qiáng)，紅豆草的分枝能力逐漸減弱；在紫花苜蓿與紅豆草為7 ? 3 的比例下，紅豆草的相對密度最大，在3 ? 7 的比例下，紫花苜蓿的相對密度最大。建植生長第2 年，在紫花苜蓿和紅豆草為7 ? 3 的比例下，紫花苜蓿的相對密度小于1，說明紅豆草的引入限制了紫花苜蓿種群的擴(kuò)大；其余均大于1，說明紫花苜蓿和紅豆草的種群均在擴(kuò)大；在5 ? 5 的比例下，紫花苜蓿和紅豆草的相對密度相近，均大于1，此時它們的種群數(shù)量近似相同。生長第3 年的相對密度大于第2 年，隨著時間的增長，紫花苜蓿和紅豆草的種群逐漸擴(kuò)大。鄭偉等[9]研究表明，相對產(chǎn)量總和大于1 表明混播組合中各牧草占有不同的生態(tài)位，二者為協(xié)同共存關(guān)系。

表 5 混播草地中紅豆草營養(yǎng)成分的測定Table 5 Determination of sainfoin nutrients in mixed grassland %

本研究中，在建植生長第2 年第1 茬紫花苜蓿和紅豆草混播的相對產(chǎn)量總和小于1，說明兩種牧草在建植初期為擴(kuò)大自己種群、形成自己穩(wěn)定群落，競爭激烈，存在種間干擾；而在建植生長第2 年第2 茬和第3 年第1、2 茬中相對產(chǎn)量總和均大于1，表明紫花苜蓿和紅豆草的混播組合中，也可以很好地協(xié)調(diào)利用光、熱、水、肥等資源，紫花苜蓿和紅豆草混播草地改善了草地群落的生產(chǎn)性能和資源利用結(jié)構(gòu)，豐富了群落結(jié)構(gòu)，兩個種群之間發(fā)生生態(tài)位分離或?qū)Y源的利用種間干擾較小，較單播草地具有一定的產(chǎn)量優(yōu)勢，更有利于栽培草地的穩(wěn)定。在紫花苜蓿與紅豆草為7 ? 3 和5 ? 5 的混播中紫花苜蓿在種間競爭中占有優(yōu)勢，隨著混播草地中紫花苜蓿比例的降低，紫花苜蓿相對于紅豆草的種間競爭力減小，主要是因為隨著混播群落中紫花苜蓿所占比例的降低，其競爭優(yōu)勢減弱，相對于紅豆草競爭力變?nèi)酰@與張仁平等[18]以及錫文林和張仁平[19]在無芒雀麥和紫花苜蓿的不同混播比例下的研究結(jié)果一致，紫花苜蓿的生物量和種間競爭力始終占據(jù)優(yōu)勢，而且隨著混播組合中紫花苜蓿比例逐漸減小，其競爭力也逐漸減小。

3.3 混播對紫花苜蓿和紅豆草品質(zhì)的影響

紫花苜蓿因其蛋白質(zhì)含量高、營養(yǎng)物質(zhì)豐富，被譽(yù)為“牧草之王”[20]。青飼或是調(diào)制成干草飼喂均可提高牲畜產(chǎn)奶量。在實際生產(chǎn)中，粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、粗灰分、鈣、磷、鎂和相對飼喂價值等均被列為是評價飼草料營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果顯示，在3 ? 7 的混播比例下紫花苜蓿和紅豆草的粗蛋白含量均為最高，這說明將二者混播促進(jìn)了系統(tǒng)對氮磷的吸收和利用。第1 茬在紫花苜蓿和紅豆草為0 ? 1 的混播比例下粗蛋白產(chǎn)量總和最高，第2 茬在3 ? 7 的混播比例下粗蛋白產(chǎn)量總和最高，且二者在5 ? 5、3 ? 7 的比例下，紫花苜蓿在粗蛋白產(chǎn)量總和中的貢獻(xiàn)率高于其在混播組合中的占比，分別為53.44%和44.10%，這主要是因為混播草地中，在混播種類和混播比例相同的情況下，營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量不僅與牧草的營養(yǎng)物質(zhì)百分含量有關(guān)，還與其單位面積干物質(zhì)產(chǎn)量具有較高的相關(guān)性[21]。本研究中，在刈割時紫花苜蓿的生育時期比紅豆草晚，且紫花苜蓿的粗蛋白含量高于紅豆草，但在第1 茬中紅豆草的地上生物量較高。在牧草的營養(yǎng)品質(zhì)中，粗纖維是影響牧草適口性和消化率的重要因素。同樣，因單位面積干物質(zhì)產(chǎn)量和刈割時期的不同導(dǎo)致第1 茬單位面積酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維產(chǎn)量在紫花苜蓿和紅豆草為3 ? 7的比例下最低，第2 茬在紫花苜蓿單播和紅豆草單播時單位面積酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維產(chǎn)量較低，3 ? 7 的比例下次之，混播在一定程度上改善了牧草的品質(zhì)。牧草中粗蛋白、酸性洗滌纖維以及中性洗滌纖維是直接影響牧草相對飼喂價值的3 項重要指標(biāo)。本研究中紫花苜蓿和紅豆草混播通過對以上指標(biāo)的影響間接地影響了牧草的相對飼喂價值，其中，紫花苜蓿的相對飼喂價值第1 茬在3 ? 7的比例下最高，紅豆草則相反，在7 ? 3 的比例下相對飼喂價值最高；第2 茬紫花苜蓿在5 ? 5 的比例下相對飼喂價值最高，而紅豆草在3 ? 7 的比例下相對飼喂價值最高?？傮w來說，紫花苜蓿的相對飼喂價值高于紅豆草。不同混播比例下，紫花苜蓿和紅豆草中粗灰分、粗脂肪含量均有所變化，且在第一茬與第2 茬間也存在一定差異。紅豆草中粗灰分含量低于紫花苜蓿。紫花苜蓿第2 茬中鈣、磷、鉀和鎂含量高于第1 茬，這說明混播組合通過調(diào)控地上與地下資源的競爭，可以使混播草地獲得較大的牧草產(chǎn)量和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量優(yōu)勢[21]。

綜上所述，無論從地上生物量、群落結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性以及單位面積營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量來看，混播均優(yōu)于單播，混播草地較單播草地能夠更加優(yōu)化群落結(jié)構(gòu)和資源利用優(yōu)勢，從而提高單位面積干物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量，本研究中尤其以紫花苜蓿和紅豆草7 ? 3 和5 ? 5 的混播比例效果較好，生產(chǎn)中可以參考通過建立人工混播草地以提高草地產(chǎn)草量和營養(yǎng)品質(zhì)，同時還可以延長草地使用壽命。