寧夏干旱區(qū)滴灌條件下燕麥與光葉紫花苕不同混播模式的生產(chǎn)性能、品質(zhì)及綜合評價研究

李滿有，楊彥軍，王斌，沈笑天，曹立娟，李小云，倪旺，蘭劍*

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.彭陽縣草原工作站，寧夏 固原 756000）

合理的豆禾混播模式能夠充分發(fā)揮種間互補效應(yīng)，提高飼草產(chǎn)量［1-2］，改善飼草品質(zhì)［3-5］，減輕牧草病蟲和雜草危害［6］，同時豆科植物能夠充分發(fā)揮根瘤菌的生物固氮能力［7］，對于恢復(fù)土壤結(jié)構(gòu)具有重要作用［8-9］。寧夏是我國北方干旱地區(qū)重要的畜牧業(yè)發(fā)展基地之一，近年來該地區(qū)也注重發(fā)展豆禾牧草混播草地以解決飼草供應(yīng)不足的問題。但混播草地往往由于模式選擇不當，加上資源環(huán)境的限制，經(jīng)常出現(xiàn)牧草生長不良、種間競爭導(dǎo)致生態(tài)穩(wěn)定性變差等一系列問題［10］，使草地達不到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的。

目前，在豆禾混播模式優(yōu)勢形成機理的解析中，學(xué)者在同行和間行混播方面做了不少研究。柳茜等［11］對‘特高’多花黑麥草（Lolium multiflorum‘Tetragold’）與光葉紫花苕（Vicia villosa）混播研究發(fā)現(xiàn)，與單播相比，同行混播種植模式能更好地發(fā)揮‘特高’多花黑麥草和光葉紫花苕的種間互補優(yōu)勢，獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量。郭孝等［12］的研究結(jié)果表明，燕麥（Avena sativa）與光葉紫花苕同行混播，更有利于提高混播草群的穩(wěn)定性，更有利于提高飼用牧草的產(chǎn)量和營養(yǎng)水平。張鮮花等［13］研究表明，紅豆草（Onobrychis viciaefolia）與鴨茅（Dactylis glomerata）間行混播處理下各項經(jīng)濟性狀指標最優(yōu)，有利于提高牧草產(chǎn)量，改善了牧草品質(zhì)。朱亞瓊等［14］發(fā)現(xiàn)，無芒雀麥（Bromus inermis）和紅豆草間行混播模式相對于同行混播具有較高群體光合效率和豆科牧草種間競爭力，形成了組分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生產(chǎn)性能較高的群體。向潔等［15］研究表明，燕麥與箭筈豌豆（Vicia sativa）間作處理較燕麥單播更能表現(xiàn)出產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)上的優(yōu)勢?？傊m宜的豆禾混播模式能提高草地生產(chǎn)性能，增強牧草種間生態(tài)位互補。然而，針對豆禾混播模式的研究主要致力于一種或最多兩種混播模式對草地生產(chǎn)潛力、種間關(guān)系的影響，鮮有同時考慮3種以上混播模式的研究，尤其在寧夏干旱地區(qū)未見報道。基于此，本試驗研究燕麥與光葉紫花苕同行混播、間行混播、交叉混播、條撒混播及豆禾單播對草地生物產(chǎn)量、牧草品質(zhì)和種間關(guān)系的影響，探尋燕麥與光葉紫花苕最佳混播模式，為寧夏干旱地區(qū)滴灌條件下混播草地建植提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏大學(xué)草業(yè)科學(xué)專業(yè)教學(xué)科研基地（N 37°46′26″，E 107°26′16″，海拔1460 m）進行。該地位于寧夏鹽池縣花馬池鎮(zhèn)四墩子行政村，屬典型大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量為289.5 mm，且65%集中在6-9月，年均蒸發(fā)量為2132.5 mm；干雨季分明，雨熱同季；年均氣溫7.7℃，1月最冷，平均氣溫為-8℃，7月最熱，平均氣溫為24℃（圖1）。年均無霜期為164 d，年均大風(fēng)日數(shù)為21 d。土壤為黃綿土（0～10 cm），p H值為8.5，有機質(zhì)含量為53.45 g·kg-1，堿解氮含量為29.75 mg·kg-1，速效氮含量為22.23 mg·kg-1，速效 鉀 含 量 為63.21 mg·kg-1，速 效 磷 含 量45.35 mg·kg-1。

圖1 試驗期間月平均氣溫和降水量Fig.1 Average monthly temperature and precipitation during the test period

1.2 試驗材料

試驗材料為‘夢龍’燕麥（A.sativa‘Magnum’）、光葉紫花苕，均由北京百斯特草業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用單因素完全隨機設(shè)計，共設(shè)6個處理，即燕麥與光葉紫花苕同行混播、間行混播、交叉混播、條撒混播、燕麥單播和光葉紫花苕單播（同行混播：燕麥與光葉紫花苕按設(shè)計播種量播于同行；間行混播：燕麥與光葉紫花苕按設(shè)計播種量間隔播種，各種1行，依次交替；交叉混播：燕麥與光葉紫花苕播向垂直，如燕麥為東西向，光葉紫花苕為南北向，分別按設(shè)計播種量交叉播種；條撒混播：燕麥按設(shè)計播種量條播，光葉紫花苕按設(shè)計播種量撒播）。小區(qū)面積15 m2（3 m×5 m），3次重復(fù)，共18個小區(qū)。小區(qū)間隔1 m，四周設(shè)1 m保護行。2019年5月1日進行翻耕、耙耱、平整、開溝播種。燕麥、光葉紫花苕單播播種量分別為120、60 kg·hm-2，燕麥與光葉紫花苕混播播種量分別為75、40 kg·hm-2（本研究播種量均指理論播種量），詳見表1，行距30 cm，播深3～4 cm。

表1 試驗處理Table 1 Test treatment

試驗地采用地面滴灌，滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm。生長季灌水6次，每次灌水60 mm；拔節(jié)期隨灌溉施氮（nitrogen，N）150 kg·hm-2、磷（phosphorus，P）160 kg·hm-2、鉀（potassium，K）100 kg·hm-2，人工除草2次。測定時燕麥和光葉紫花苕生育期分別為灌漿期和開花末期。

1.4 測定指標及方法

1.4.1生物量 隨機在每個小區(qū)選取1 m2（1 m×1 m）樣方刈割，留茬5 cm，重復(fù)3次，稱鮮重（kg·hm-2）。每個樣方取500 g左右鮮樣帶回實驗室，在105℃下殺青35 min后65℃烘干至恒重，稱干重（kg·hm-2）。

1.4.2株高 在測生物量的同時，每個小區(qū)隨機選取燕麥與光葉紫花苕各30株，用卷尺測量其自然株高（cm）。

1.4.3分蘗數(shù)/分枝數(shù) 在測生物量的同時，每個小區(qū)隨機選取3個1 m2（1 m×1 m）樣方，分別測定并記錄燕麥的分蘗數(shù)和光葉紫花苕的分枝數(shù)。

1.4.4營養(yǎng)指標 將自然陰干的樣品用粉碎機粉碎成末，過0.38 mm篩。粗蛋白（crude protein，CP）、粗脂肪（ether extract，EE）、粗灰分（crude ash，ASH）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維含量（acid detergent fiber，ADF）參照《飼料及飼料添加劑質(zhì)量檢測方法與品質(zhì)管理》［16］測定。根據(jù)ADF和NDF計算相對飼喂價值（relative feeding value，RFV）：

相對產(chǎn)量總和（relative yield total，RYT）計算公式［17］如下：

式中：Y ij是豆禾混播條件下種i的產(chǎn)量；Y i是單播條件下種i的產(chǎn)量；Y ji是豆禾混播條件下種j的產(chǎn)量；Y j是單播條件下種j的產(chǎn)量。RYT＞1時，說明混播群體種間在生態(tài)位上呈分層現(xiàn)象，表現(xiàn)為共生；RYT=1時，牧草種間利用共同的資源；RYT＜1時，表明混播牧草種間存在對資源的激烈競爭，混播群體種間存在一定程度的拮抗。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)初步整理，采用Origin 2019作圖。利用SPSS Statistics 25軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）、新復(fù)極差法（Duncan）多重比較和主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混播模式對燕麥和光葉紫花苕株高和分蘗（枝）數(shù)的影響

燕麥株高在JH處理下最高，達102.35 cm，顯著高于TH、TS和YD處理（P＜0.05），其中YD處理最低，僅占JH處理的82.18%；JH處理下光葉紫花苕株高最高，達82.88 cm，與TS和JC處理無顯著差異（P＞0.05），顯著高于TH和GD處理（P＜0.05），其中GD處理最低，比JH處理低7.06 cm（表2）。

表2 混播模式對燕麥和光葉紫花苕株高和分蘗（枝）數(shù)的影響Table 2 Effect of mixed sowing mode on plant height and number of tillers（br anches）of A.sativa and V.villosa

JH處理下燕麥分蘗數(shù)最多，達1265個·m-2，顯著高于其他處理（P＜0.05），YD處理顯著低于其他處理（P＜0.05），其中比JH處理低380個·m-2；GD處理下光葉紫花苕分枝數(shù)達616個·m-2，顯著高于其他處理（P＜0.05），JH處理僅低于GD處理，為498個·m-2，TH、JC和TS處理光葉紫花苕分枝數(shù)相近，為227～271個·m-2，其中JC處理相對最低；在總分蘗（枝）數(shù)方面，GD處理顯著低于其他處理（P＜0.05），僅為616個·m-2，JH處理顯著高于其他處理（P＜0.05），其中比GD處理提高了186.20%（表2）。

2.2 不同混播模式對燕麥和光葉紫花苕鮮、干草產(chǎn)量、總產(chǎn)量及相對產(chǎn)量總和（RYT）的影響

JH處理燕麥鮮、干草產(chǎn)量分別為27595.26、9460.75 kg·hm-2，顯著高于其他處理（P＜0.05）。TH、JC、TS和YD處理燕麥鮮、干草產(chǎn)量相近，分別為19831.67～22337.82 kg·hm-2、6947.37～7973.53 kg·hm-2，其中YD處理燕麥鮮草產(chǎn)量、TS處理燕麥干草產(chǎn)量相對最低，分別占JH處理的71.87%、73.43%（圖2）。

圖2 混播模式對燕麥鮮、干草產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of the mixed sowing mode on A.sativa fresh and dry yields

GD處理光葉紫花苕鮮、干草產(chǎn)量顯著高于其他處理（P＜0.05），分別為13075.98、3085.04 kg·hm-2，JH處理光葉紫花苕鮮、干草產(chǎn)量雖低于GD處理，但顯著高于TH、JC和TS處理（P＜0.05），TH、JC和TS處理光葉紫花苕鮮、干草產(chǎn)量相近，分別為4395.14～5640.32 kg·hm-2、1502.91～1778.21 kg·hm-2，其中TH處理光葉紫花苕鮮草產(chǎn)量、TS處理光葉紫花苕干草產(chǎn)量相對最低，分別占GD處理鮮、干草產(chǎn)量的33.61%、48.72%（圖3）。

圖3 混播模式對光葉紫花苕鮮、干草產(chǎn)量的影響Fig.3 Effect of the mixed sowing mode on V.villosa fresh and dr y yields

JH處理總鮮、干草產(chǎn)量最高，分別為36495.88、11906.29 kg·hm-2，顯著高于其他處理（P＜0.05）。TH、JC、TS處理的總鮮、干草產(chǎn)量之間無顯著性差異，分別為25310.32～26732.97 kg·hm-2、8450.28～9490.67 kg·hm-2。YD和GD處理總鮮、干草產(chǎn)量顯著低于其他處理（P＜0.05），其中GD相對最低，分別占JH總鮮、干草產(chǎn)量的35.83%、25.91%（圖4）。

圖4 混播模式對總鮮、干草產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of mixed sowing mode on total fresh and dr y yields

相對產(chǎn)量總和（RYT）能夠反映混播牧草的種間關(guān)系?；觳ツＪ侥敛軷YT均大于1，表明混播群體種間在生態(tài)位上呈分層現(xiàn)象，能夠充分利用不同空間資源，其中JH處理RYT最高，達2.21，顯著高于其他處理（P＜0.05）。TH、JC和TS處理RYT相近，介于1.50～1.57。YD和GD處理RYT較低（P＜0.05），都為1（圖5）。

圖5 混播模式對牧草相對產(chǎn)量總和的影響Fig.5 Effect of mixed sowing mode on the relative yield total of forage

2.3 不同混播模式對牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響

混播模式對牧草ASH、EE、CP、NDF、ADF和RFV含量均有顯著性影響（表3）。TH、JC和GD處理牧草ASH含量相對較高，顯著高于TS處理（P＜0.05）；JH處理牧草EE含量最高，為1.74%，YD和GD處理相對較低，分別為1.35%、1.27%；GD處理牧草CP含量達12.58%，顯著高于其他處理（P＜0.05），YD最低，僅為6.24%；牧草NDF含量在GD處理下最低，僅為40.16%，TH最高，達55.25%，二者差異顯著（P＜0.05）；牧草ADF含量在GD處理下最高，達45.17%，雖與YD處理差異不顯著（P＞0.05），但顯著高于其他處理（P＜0.05），TH、JH、JC和TS牧草ADF相近，介于29.39%～33.90%；GD處理牧草RFV達124.42，顯著高于TH和YD處理（P＜0.05），其中YD最低，僅為99.38。

表3 混播模式對牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 3 Effect of mixed sowing mode on the nutritional quality of forage

2.4 不同混播模式牧草主要性狀的主成分分析

PCA分析能夠充分地反映不同播種模式下牧草各指標間起主導(dǎo)作用的綜合指標。對牧草8個主要性狀：總分蘗（枝）數(shù)（X1）、干草產(chǎn)量（X2）、粗灰分（X3）、粗脂肪（X4）、粗蛋白（X5）、中性洗滌纖維（X6）、酸性洗滌纖維（X7）、相對飼喂價值（X8）進行相關(guān)性檢驗（表4），結(jié)果表明：3對指標極顯著正相關(guān)（P＜0.01），分別是總分蘗（枝）數(shù)（X1）與酸性洗滌纖維（X7）、干草產(chǎn)量（X2）與酸性洗滌纖維（X7）、粗蛋白（X5）與相對飼喂價值（X8）；3對指標顯著正相關(guān)（P＜0.05），分別是總分蘗（枝）數(shù)（X1）與干草產(chǎn)量（X2）、粗脂肪（X4）與酸性洗滌纖維（X7）、粗蛋白（X5）與中性洗滌纖維（X6）；1對指標顯著負相關(guān)（P＜0.05），為干草產(chǎn)量（X2）與中性洗滌纖維（X6）。根據(jù)特征值大于1的原則（表5），可提取2個主要成分，貢獻率分別為57.416%和27.603%，代表了總體信息的85.019%。

表4 不同混播模式牧草主要性狀的相關(guān)分析Table 4 Cor relation analysis of forage tr aits in different mixed patterns

表5 各因子特征值和累計貢獻率Table 5 Characteristic value and cumulative contribution rate of each factor

第一主成分中載荷絕對值比較高的是中性洗滌纖維（X6），為0.964，可解析為中性洗滌纖維因子，該成分中數(shù)值為正的指標還有總分蘗（枝）數(shù)（X1）、干草產(chǎn)量（X2）、粗灰分（X3）、粗脂肪（X4）和酸性洗滌纖維（X7），說明隨著該主成分的增加有利于前幾項數(shù)值為正的指標增大，而數(shù)值為負的粗蛋白（X5）和相對飼喂價值（X8）減少。第二主成分中載荷絕對值最高的是總分蘗（枝）數(shù)（X1），為0.857，可解析為分蘗（枝）因子，該成分中數(shù)值為正的指標還有干草產(chǎn)量（X2）、粗灰分（X3）、粗脂肪（X4）、粗蛋白（X5）和相對飼喂價值（X8），說明隨著該主成分的增加除了負數(shù)指標中性洗滌纖維（X6）和酸性洗滌纖維（X7）下降外，前面幾項正數(shù)指標呈增加趨勢。

利用主成分載荷矩陣中的數(shù)值除以主成分相對應(yīng)的特征值再開平方即得到2個主成分中每個指標所對應(yīng)的系數(shù)即特征向量A1、A2［18］（表6）。將原始數(shù)據(jù)進行標準化（表7）后根據(jù)主成分計算模型將特征向量A1、A2代入公式 計 算 公 因 子Y1和Y2（表8）：Y1=0.377X1+0.456X2+0.155X3+0.353X4-0.269X5-0.427X6+0.436X7-0.236X8；Y2=0.370X1+0.085X2+0.005X3+0.323X4+0.542X5+0.264X6+0.234X7+0.578X8。中性洗滌纖維公因子Y1中，JH得分最高，Y2為總分蘗（枝）公因子，JH得分最高。按照公式Y(jié)=（57.416Y1+27.603Y2）/85.019對2種公因子進行綜合評價，得出不同播種模式牧草各項指標綜合得分，排名前三依次為JH、JC和TS。

表6 特征向量Table 6 Feature vector

表7 數(shù)據(jù)標準化Table 7 Data standardization

表8 不同混播模式綜合排名Table 8 Compr ehensive ranking of differ ent mixed sowing mode

3 討論

合理的豆禾混播對草地生產(chǎn)性能具有一定的影響。本試驗表明，4種混播模式均增加了光葉紫花苕株高，促進了燕麥分蘗能力，從而提高了草地產(chǎn)量，與祁軍等［19］的研究結(jié)果一致。燕麥給光葉紫花苕生長提供了支撐，有利于其植株向上延伸，減少其倒伏，使草叢上層部位葉量大大增加而呈密集分布狀態(tài)，改善了草層結(jié)構(gòu)，提高了光合利用率，從而合成大量的有機物質(zhì)［20］。同時，燕麥與光葉紫花苕根系近距離接觸，促進光葉紫花苕根瘤菌的生物固氮能力，一部分被自身生長所消耗，另一部分釋放到土壤，再由燕麥吸收，氮元素對燕麥根部分蘗能力具有促進作用，從而有利于提高草地生產(chǎn)力［19］。對燕麥與光葉紫花苕不同混播模式而言，間行更能體現(xiàn)混播優(yōu)勢，張宏宇等［21］也認為間行混播牧草種間生態(tài)位互補能力強，對環(huán)境資源能以最大限度利用。但也有學(xué)者認為間行混播草地總產(chǎn)量低于同行混播［22］。主要是前人探討豆禾混播機制采用的豆科植物是箭筈豌豆，而本試驗采用的是光葉紫花苕，不同牧草自身的生理特性具有差異性［23］，導(dǎo)致不同豆禾混播組合牧草生態(tài)位分離和種間競爭關(guān)系具有差異，對環(huán)境資源的吸收不同，從而體現(xiàn)出不同的豆禾混播優(yōu)勢。也可能是不同地區(qū)的土壤特征、氣候條件的差異以及田間管理措施不同造成的。在不同地區(qū)探究相同豆禾混播組合也會得出不同的結(jié)論［24］。

不同混播模式草地的同化作用速度及物質(zhì)合成能力有差異，使混播草地干草營養(yǎng)成分含量發(fā)生變化［25］?；觳ハ啾群瘫究茊尾ッ黠@改善了牧草營養(yǎng)品質(zhì)［8］，本研究結(jié)果與此一致，各混播模式牧草粗灰分雖不都低于燕麥單播，但中性、酸性洗滌纖維含量明顯下降，粗蛋白含量和相對飼喂價值具有顯著性的提升。本試驗顯示，間行混播牧草相對于其他混播模式具有品質(zhì)優(yōu)勢，主要是由于間行混播模式顯著提高了光葉紫花苕株高、促進了燕麥分蘗，從而提高了頂部葉位和改變了葉位張角［22］，使大氣中水分、二氧化碳等以最大限度地吸收，并且頂部1～3位葉葉綠素含量高，光合作用強于其他位葉［26］，有利于蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的合成與積累。

相對產(chǎn)量總和（RYT）是衡量混播牧草種間競爭力的重要指標?；觳ツＪ较履敛菹鄬Ξa(chǎn)量總和顯著高于單播，與已有的研究結(jié)果一致［27］。混播群體種間在生態(tài)位上呈分層現(xiàn)象［10］，提高了燕麥分蘗能力，降低了光葉紫花苕分枝性能，與柳茜等［28］、王平等［29］關(guān)于豆禾混播體系中禾本科處于競爭優(yōu)勢的觀點一致。本研究發(fā)現(xiàn)不同混播模式牧草相對產(chǎn)量總和呈一定的差異性，其中間行混播最優(yōu)，說明間行混播牧草能夠較大程度的發(fā)揮種間協(xié)調(diào)性，減弱種間抑制性，增強燕麥與光葉紫花苕利用環(huán)境資源的能力。

4 結(jié)論

燕麥與光葉紫花苕4種混播模式均提高了牧草產(chǎn)量，其中間行混播干草產(chǎn)量最高，達11906.29 kg·hm-2；混播草地較燕麥單播顯著改善了牧草品質(zhì)，其中間行混播牧草相對飼喂價值為115.89，僅低于光葉紫花苕單播；混播草地相對產(chǎn)量總和（RYT）均大于1，燕麥和光葉紫花苕具有一定的生態(tài)位分化，增強了草地種間相容性，其中間行混播尤為明顯。通過對不同混播模式綜合分析，燕麥與光葉紫花苕間行混播草地生產(chǎn)性能和群落穩(wěn)定性最好。