復種初島燕麥╋中豌六號混播效應的動態研究

張學洲,李學森,張麗萍,蘭吉勇,陳 強,范天文,馬來書

（1.新疆畜牧科學院草業研究所,新疆烏魯木齊 830000；2.新疆伊犁州草原總站,新疆伊犁 835000）

伊犁河流域是我國土地開發整理七大重點工程之一。合理的土地資源開發是建立在土地質量可持續利用的生態優化基礎上的,新疆農業發展目前正處于結構調整的重大轉變時期,發展畜牧業則是產業結構調整的重點,而發展高效畜牧業的核心在于舍飼畜牧業。伊犁地區是新疆畜牧業發展的重點區域,但優質飼草飼料不足是這一地區畜牧業發展的重要限制因素之一。因此,在新墾土地資源的開發利用過程中,充分利用土地資源及熱能資源,在單位耕地面積上獲取最大的綠色生物量并降低舍飼畜牧業飼養成本,才是種植業與養殖業共為一體的新型生態農業生產體系必然的發展道路。結合新疆伊犁河流域舍飼畜牧業發展缺乏優質飼草料,但部分地區光、熱資源豐富,冬小麥（Triticum aestivum）、冬油菜（Brassica napus）種植面積大,收獲后大多數土地閑置,對光、熱資源的利用不充分,而復種飼草料作物既能開發利用夏收閑田、充分利用自然資源和提高土地利用率,又能保護生態環境、拓寬飼草料來源、提高土壤肥力,可解決冬春飼草料不足、增加經濟和社會生態效益。因此,開展復種飼草料作物是實現伊犁地區農業可持續發展及高效生態農業的有效途徑之一。

燕麥（Avena sativa）在許多國家被廣泛種植,用于青刈飼喂家畜、調制干草。由于禾本科飼草料中營養成分單純,蛋白質含量低,不能滿足草食家畜對蛋白質的需求,而一年生豆科牧草與一年生禾本科牧草混播,不但可以提高牧草產量,而且可以增加蛋白質含量,改善牧草品質[1-2]。目前國內外對高寒地區建立一年生豆科和禾本科牧草混播栽培草地研究報道不少[3-7],但對夏收復種建立栽培草地研究特別是冬小麥、冬油菜夏收后復種燕麥與豌豆（Pisum sativum）混播的研究國內外報道甚少[8]。為此,2009年6-9月在新疆伊犁州的察布查爾縣中洲牛場試驗點對初島燕麥和中豌六號豌豆進行了復種混播試驗,通過對混播草地生物量、品質及種間競爭力的動態研究,以確定適應當地自然條件復種的混播比例及適宜的刈割時期,為建立復種的高產優質一年生混播栽培草地提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

1.1.1氣候條件 試驗設在新疆伊犁州察布查爾縣中洲牛場 ,位于81°06′23″E,43°58′51″N,海拔高度616 m,地勢較平坦。年均溫7.3～9.2℃,≥10℃積溫3 300℃·d；全年日照時數1 810 h,無霜期150～160 d,年降水量206 mm,空氣干燥,蒸發旺盛,時有干熱風、大風、冰雹天氣。

1.1.2土壤農化性狀 土地開發前為荒漠草原,原生植被主要有伊犁絹蒿（Seriphidium transiliense）、木地膚（Kochia prostrata）、灰綠藜（Chenopodium glaucum）、角果藜（Ceratocarpus arenarius）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、狗牙根（Cynodon dactylon）、假葦佛子茅（Calamagrostispseudophramgmites）等。試驗地前茬種植玉米（Zea mays）,土壤屬灰鈣土,全氮、全磷、硫酸根、氯根、有機質、全鹽含量分別為 0.88、1.06、1.30、0.22、13.80和2.40 g/kg,速效氮、速效磷、速效鉀含量分別為60.0、17.4和370.0 mg/kg,pH 值為8.72。

1.2 試驗處理

1.2.1材料來源 初島燕麥種子（凈度≥95%,發芽率≥94%）由新疆畜牧科學院草業研究所疆綠草業公司提供。中豌六號（凈度≥98%,發芽率≥85%）由河北固安縣益民種子有限公司生產。初島燕麥秸稈產量高,刈割后再生性強,有利于秋后茬地放牧。中豌六號豌豆生育期為85 d,適宜在當地復種。

1.2.2試驗設計 采用隨機區組設計,分別以當地初島燕麥單播（A）和中豌六號豌豆單播（B）播種量為依據,以初島燕麥與中豌六號豌豆同行混播8.0∶2.0（AB1）,6.5∶3.5（AB2）,5.0∶5.0（AB3）,3.5∶6.5（AB4）,2.0∶8.0（AB5）的比例進行混播（表1）。于2009年6月15日收完冬油菜后,施入有機肥60 t/hm2,足水灌溉,5 d后對土壤進行翻耕、耙地、平整播種,行距30 cm,每處理重復5次,小區面積2 m×5 m,隨機排列。播種前施二銨120 kg/hm2,苗期除草1次。

表1 初島燕麥與中豌六號混播設計

1.3 測產與研究方法

1.3.1地上生物量測定及樣品的收集和分析 以燕麥各物候期（分蘗、拔節、抽穗、開花、灌漿）測定生物量、干鮮比及高度。每次測定時,各重復小區測1 m長樣段,齊地面刈割,稱鮮草總質量,分撿初島燕麥與中豌六號,分別稱量,自然風干稱干物質質量；另取混合鮮樣,自然風干后稱量,然后測干物質質量,再粉碎,過篩,由新疆分析測試研究院測定粗蛋白、中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量[9]。

1.3.2生物量積累強度的測定 單位時間植物生長的質量稱為生長強度。設第1次測定質量為a,第2次測定質量為b,經過t時段,則其植物生長強度（d）為:d=（b-a）/t[10]。

1.3.3種間競爭力的測定 相對總生物量（RYT）是測定混播2種植物間競爭力的重要指標,RYT值表明2種植物間的相互關系以及對同一環境資源的利用情況,該指標被很多植物生態學家應用[11-13],用公式表示為:

式中,YAB為混播中物種A的生物量,YBA為混播中物種B的生物量,YAA為單播中物種A的生物量,YBB為單播中物種B的生物量。RY T＞1時,植物種占有不同的生態位,利用不同的資源,表現出一些共生關系；RY T=1時,植物種間利用共同的資源；RY T＜1時,表示植物間相互拮抗。

為進一步說明植物種間競爭力的大小,引用競爭率（competition ratio,CR）這一概念[14]。用公式表示為:

綜合不同類型的步進式直線壓電驅動器來看，從性能上，行走式壓電驅動器與推動式壓電驅動器輸出驅動力較大，速度較慢，驅動頻率較低，步距可在大范圍內調整，而摩擦慣性式壓電驅動器輸出驅動力較小，但速度快，頻率高。

式中,ZAB為混播中物種A的混播比例,ZBA為混播中物種B的比例。當CRA＞1時,表示A的競爭力小于B；CRA=1時,表示A和B的競爭力相同；當CRA＜1時,表示 A的競爭力小于 B。RY T、CRA、CRB計算生物量都是用干物質產量。

1.4 數據分析應用DPS數據處理系統對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 復種草地地上生物量動態地上生物量是植物生產的有機物的質量,是多種測定的基礎向量。地上生物量的高低主要取決于植物莖、葉空間上的分布有效接受光輻射及植物根系對土壤資源的利用[15]。因此,植物群落學的研究離不開對生物量的研究。

2.1.1生物量動態 供試處理各物候期生物量測定結果表明（表2）,初島燕麥單播產量從分蘗至抽穗一直高于其他處理,直到8月25日初島燕麥開花期測產,混播組合AB1、AB2和AB3的干草產量（干物質）才高于初島燕麥單播干草產量,而混播組合AB4、AB5的干草產量（干物質）一直低于初島燕麥單播干草產量。在9月10日刈割（初島燕麥灌漿、中豌六號豌豆乳熟）,AB2的鮮草產量最高（26 161.26 kg/hm2）。中豌六號豌豆干草產量較低,呈緩慢增長,這可能與早熟品種有關。

從牧草生物量形成的動態分析,單播初島燕麥和中豌六號豌豆的最高鮮草產量分別在9月10日初島燕麥灌漿期和8月25日中豌六號結莢期獲得,分別為24 711.25和6 050.4 kg/hm2,而5個混播組合鮮草產量最高值也是在9月10日刈割時獲得。最高干草產量是混播組合AB2在9月10日刈割時獲得,干草產量為7 246.44 kg/hm2。由于受當地氣候條件的制約,初島燕麥復種不能完成整個生育期,但為了獲取優質青干草,初島燕麥與中豌六號豌豆混播地牧草刈割應根據具體情況在初島燕麥開花至灌漿期刈割。

表2 單播及混播初島燕麥與中豌六號牧草群落地上生物量動態 kg/hm2

表3 單播及混播初島燕麥與中豌六號牧草群落生物量積累強度 g/（m2·d）

2.1.2復種草地生物量積累強度 測定各時期產量積累強度計算結果見表3,單播與混播各處理生物量積累模式均為前期慢,拔節-抽穗期（或現蕾-開花期）生物量積累強度最快,以后開始減慢,從開花期至灌漿期（初島燕麥）積累強度又加快。說明生物量積累強度出現2次高峰期,即拔節-抽穗期和開花期-灌漿期,因此,加強這2個時期的田間管理,可有效地提高牧草產量。

2.1.3復種草地生物量構成動態 混播草地是由初島燕麥和中豌六號共同構成,二者在各生物量構成中所占比例及其變化趨勢見表4。混播群落在形成過程中,初島燕麥和中豌六號在生物量中所占比例也隨之變化。在混播組合AB1、AB2、AB3、AB4和AB5中,初島燕麥生物量占總生物量的比例保持在91%、89%、85%、78%和69%以上。說明初島燕麥生物量在混播生物量構成中一直占主導地位,在群落中占優勢地位。

2.2 復種草地草群高度變化在混播組合AB1、AB2、AB3、AB4和 AB5中初島燕麥和中豌六號（開花期）比其單播高度（自然高度）都有所增加,初島燕麥在混播組合AB1（118.5 cm）、AB2（120.2 cm）、AB3（118.8 cm）、AB4（119.4 cm）和AB5（118.6 cm）中高度分別比其單播提高了3.4%、4.9%、3.7%、4.2%和 3.5%,增高不明顯；而中豌六號則在混播組合 AB1（46.5 cm）、AB2（47.0 cm）、AB3（46.2 cm）、AB4（47.2 cm）和AB5（47.5 cm）中高度分別比其單播草群增高了21.1%、22.4%、20.3%、22.9%和23.7%。初島燕麥與中豌六號單播草群高度分別為114.6和38.4 cm。說明混播草群中初島燕麥莖稈的支撐作用對中豌六號起到扶持作用,使其不倒伏,下層枝葉能夠保持良好生長,有利于刈割。

表4 初島燕麥與中豌六號混播群落禾、豆生物量比例動態 %

表5 初島燕麥與中豌六號混播群落相對總生物量及種間競爭率

2.4 復種草地粗蛋白含量及產量動態由表6可知,復種草地粗蛋白含量隨著牧草群落的生長發育逐漸下降。在同一物候期內,不同混播處理粗蛋白含量隨著中豌六號豌豆混播比例的增加而逐漸增加。以灌漿期（9月10日刈割）為例,AB1粗蛋白含量與初島燕麥單播相比差異明顯（P＜0.05）,其中AB3的粗蛋白含量與A 、AB1相比差異也很明顯（P＜0.01）,AB2、AB3的粗蛋白含量分別比初島燕麥單播提高了45.12%和58.24%。由此說明適當增加豆類等播種量,可以提高禾本科牧草的經濟價值。

單位面積獲取粗蛋白產量是確定牧草何時刈割的一個重要指標[16]。由表6可知,隨著牧草的生長發育,粗蛋白質產量隨著牧草生物量的增加呈逐漸增加,單播初島燕麥8月25日開花期粗蛋白產量最高（507.8 kg/hm2）,到9月10日灌漿期刈割時有所下降（419.8 kg/hm2）。單播中豌六號豌豆在9月10日乳熟期刈割時最高（348.4 kg/hm2）。5個混播組合中,AB1、AB3在 8月25日獲得最高粗蛋白產量,AB2、AB4、AB5在 9月10日獲得最高粗蛋白產量。說明初島燕麥單播在開花期刈割可獲得最高粗蛋白產量,而與中豌六號豌豆混播則宜在初島燕麥灌漿早期和中豌六號豌豆結莢后期刈割,可獲得最高的粗蛋白產量。

表6 單播及混播初島燕麥和中豌六號草地粗蛋白含量與產量動態

2.5復種草地NDF、ADF含量動態牧草中的NDF、ADF含量的高低直接影響牧草的品質及消化率。NDF含量與干物質的采食量呈負相關[15],NDF含量高,則牧草的適口性差,采食量低；NDF含量低,則能提高家畜的采食量。而牧草的ADF含量直接影響牧草的消化率[17],ADF含量高,牧草消化率降低,適口性變差；ADF含量低,牧草易被家畜瘤胃消化吸收,其利用率提高。由表7可知,隨著混播草地的生長發育,NDF、ADF含量不斷增加,但在同一物候期,NDF含量除AB4處理在開花和灌漿期比AB3高外,其他各處理NDF含量隨著中豌六號的比例增加而逐漸降低；ADF含量除AB4、AB5處理在開花期比AB3高外,其他各處理ADF含量隨著中豌六號的比例增加也逐漸降低。以灌漿期（9月10日刈割）為例,AB2、AB3處理NDF和ADF含量與初島燕麥單播相比差異極顯著（P＜0.01）,NDF含量分別比初島燕麥單播降低了5.4%和9.7%,ADF含量分別比初島燕麥單播降低了10.6%和11.6%。

表7 單播及混播初島燕麥和中豌六號草地NDF、ADF含量動態 %

2.6 復種混播草地綜合評價栽培草地產草量的高低是衡量其生產力水平的重要指標；單位面積粗蛋白的產量是確定牧草何時刈割的關鍵因素。從表2、表6草地生物量及粗蛋白產量變化可知,9月10日刈割的5個混播組合和2個單播產草量的高低依次為AB2＞AB3＞AB1＞A＞AB4＞AB5＞B,AB2、AB3、AB13個混播組合產草量分別比單播初島燕麥提高了2.53%、0.94%、0.92%,增產效果不明顯,但也體現混播草地的生產力優勢。粗蛋白產量的高低依次為AB3＞AB4＞AB2＞AB5＞AB1＞A ＞B,混播組合 AB1、AB2、AB3、AB4和 AB5的粗蛋白產量,分別比單播初島燕麥提高了 30.8%、48.8%、59.7%、54.3%、41.8%,說明混播草地牧草品質明顯優于單播初島燕麥。

通過綜合比較,一年生禾本科與豆科牧草混播的各水平組合中選用AB2、AB3組合較為理想,在 9月 10日刈割時獲得干草產量分別為7 246.44和7 133.91 kg/hm2；AB2組合在9月10日初島燕麥灌漿期獲得最高粗蛋白產量（624.64 kg/hm2）,AB3組合在8月25日初島燕麥開花期獲得最高粗蛋白產量（677.1 kg/hm2）。因此,復種一年生初島燕麥混播草地,獲取優質高產飼草料應依據當地的氣候條件,在初島燕麥開花-灌漿期刈割為宜。

3 討論

混播草地豆科、禾本科牧草種子所占比例直接影響種群的生長、產量和品質。由于各地區生態條件的不同,其混播的燕麥和豌豆生產性能存在較大的差異,尤其混播后與燕麥單播相比,能否顯著提高單位面積的干物質產量,各種報道不盡一致。本研究表明,燕麥與豌豆5∶5和6.5∶3.5混播草地的干草產量和蛋白質產量都高于單播草地。這與國內大多數學者在其他地區的研究結果一致。在高寒地區進行的燕麥與豌豆混播組合研究表明,燕麥與豌豆以1∶1或3.5∶6.5混播是高寒牧區較為理想的混播組合[4]。孫愛華等[8]在高寒陰濕地區進行的燕麥和箭筈豌豆（Vicia sativa）混播復種試驗表明,燕麥和箭筈豌豆以1∶1混播復種,產草量比單播燕麥提高了40%。馬春暉和韓建國[18]研究了箭筈豌豆+燕麥較箭筈豌豆單播產草量提高了96%,比燕麥單播提高了44.53%。周青平[19]在西寧地區對燕麥單播草地和多種播量組合的燕麥和箭筈豌豆混播草地的研究也證明,混播草地與燕麥單播草地相比較,干物質產量的差異不顯著。這一結果與本試驗結果相一致。混播草地的干物質產量與單播燕麥相比差異不顯著。但在提高單位面積粗蛋白產量方面,混播草地具有明顯的優勢。燕麥與箭筈豌豆混播的研究表明,箭筈豌豆在混播群落中表現為競爭弱勢,燕麥一直處于優勢地位,箭筈豌豆的生長嚴重受到燕麥的抑制；燕麥與豌豆混播,燕麥也一直在競爭中占優勢[1,20]。燕麥莖稈粗壯直立,能支撐豆科牧草枝葉的攀緣生長,枝葉交錯立體配置,增加資源利用空間,減少了葉片損失,為提高單位面積產草量及光能轉化率創造了有利條件。同時,豆科通過固氮作用向燕麥提供氮素,促進其生長。因此,在不減少干物質產量的同時有效提高蛋白飼料生產量,緩解草畜供求矛盾。確定適宜刈割期,以獲得單位面積營養物質最大產量,這是調制高產優質干草時需要考慮的重要因素之一。關于燕麥單播或與豆科牧草混播何時刈割調制干草,國內外研究看法不一。國外一般認為[21-22]在乳熟期、蠟熟期刈割可獲得較高的干物質,而國內研究了在河北壩上地區燕麥和箭筈豌豆混播群落,結果表明[15]燕麥單播或與豆科牧草混播時,最佳刈割期應為燕麥乳熟末期至蠟熟期；而在高寒牧區進行的試驗[4,23-24]表明,燕麥單播和豆科牧草混播最佳刈割期為抽穗期、開花期、灌漿期。這一結果與本試驗結果基本一致。通過復種初島燕麥和中豌六號豌豆產量、品質各參數及其內在相關性的研究,對伊犁地區混播草地的管理與利用提供了科學依據。

4 結論

在不同的混播比例中選用AB2、AB3組合較為理想,在 9月 10日刈割時獲得干草產量為7 246.44和7 133.91 kg/hm2,獲得粗蛋白產量為624.64和670.6 kg/hm2。復種草地受當地氣候條件的限制,根據生長期產量積累強度計算結果表明,拔節—抽穗期（或現蕾—開花期）生物量積累強度最快,以后開始減慢,從開花期至灌漿期（初島燕麥）積累強度又加快。因此,加強這2個時期的田間管理,可有效地提高復種牧草產量。同時,收獲后的再生草尚有半個月以上生長期,可作為秋后茬地放牧利用。

復種草地9月10日刈割,5個混播組合AB1、AB2、AB3、AB4、AB5 的粗蛋白產量均比單播初島燕麥高。其中AB1、AB3混播組合在8月25日獲得最高粗蛋白產量,AB2、AB4、AB5在9月10日獲得最高粗蛋白產量。因此,為獲取優質干草和受復種條件的制約,初島燕麥與中豌六號混播草地刈割時間應在初島燕麥開花至灌漿期刈割為宜。

從整個混播群落看,初島燕麥的干物質積累速率快,植株高度占優勢,在競爭中一直處于優勢地位,其競爭力強于中豌六號豌豆。

復種人工草地建植要根據當地的氣候特點,選擇適宜的一年生草種和牧草組合,因地制宜地進行草地開發、利用與管理,生產優質、高產的牧草,以滿足當地畜牧業發展的需要,同時也要兼顧保護當地的生態環境,以滿足可持續發展的要求。

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