高寒牧區黑麥和箭筈豌豆混播對草產量和營養品質的影響研究

徐強，田新會，杜文華

（甘肅農業大學草業學院，草業生態系統教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業可持續研究中心，甘肅 蘭州730070）

甘肅省高寒牧區主要分布于甘南州和祁連山東部沿線地區［1］，具有氣候寒冷干燥、年積溫低和作物生長季較短等特點［2］。由于特殊的地理環境和氣候條件，適宜在該地區種植的牧草品種極少，加之近年來，人們為追求經濟效益，大力發展旅游業和畜牧業，超載過牧和對自然資源的過度攫取，致使草場嚴重退化，草畜矛盾加劇［3］。建植優質高效的人工混播草地是解決該地區冷季缺草、緩解草畜矛盾、保護生態環境和促進畜牧業可持續發展的重要措施之一［4］。

禾-豆混播可以提高飼草的粗蛋白含量，改善飼草營養品質，為家畜提供優質飼草［5］。無芒雀麥（Bromus inermis）與苜蓿（Medicago sativa）混播時，粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量分別比單播無芒雀麥提高22.80%、10.59%和38.66%，粗纖維降低9.33%［6］。合理的牧草組合和適宜的種植比例是混播草地能夠保持理想生產力的前提［7］。在燕麥（Avena sativa）和箭筈豌豆（Vicia sativa）混播草地中，隨著箭筈豌豆比例的增加，草產量、莖葉比、鈣和粗蛋白含量呈上升趨勢，中（酸）性洗滌纖維和粗脂肪含量呈下降趨勢，各混播組合的牧草產量和粗脂肪含量顯著高于單播箭筈豌豆，粗蛋白含量顯著高于單播燕麥［8］。此外，適宜的混播比例可調節和減輕種間競爭，甚至使混播組分發揮協同作用，顯著提高草地產量［9］，而禾-豆混播組合不當時，會使牧草出現產量及品質下降的現象［10］。張永亮等［11］報道，4個雜花苜蓿（Medicago varia）品種與無芒雀麥混播后，草產量并沒有顯著提高。因此，只有將適宜牧草品種以適宜比例進行混播才能產生最佳的混播效果。

黑麥（Secale cereale）為禾本科黑麥屬（Secale）植物［12］，具有莖稈高大，秸稈中可溶性糖含量高的特點，是牛、羊、馬的優質飼草［13］。由于其抗寒性較強，近年來在青藏高寒牧區的種植面積逐年擴大，在當地畜牧業發展中具有舉足輕重的作用［14］。箭筈豌豆為一年生優質豆科牧草，具有蛋白質含量高和抗寒性強的特性［15］，但其單播時易倒伏［16］、草產量低［17］。黑麥與箭筈豌豆混播，不僅能通過有效利用空間、光、熱和水分等資源來提高飼草產量，還可營養互補，為家畜提供優質飼草，滿足畜牧業發展需求。目前，關于黑麥的研究主要集中在種植密度［18］、刈割期［19］、抗寒性［20］、抗旱性［21］、抗病性［22］、抗倒伏性［23］、籽粒特性［24］和莖稈結構特征［25］等方面，但對甘肅省高寒牧區黑麥與箭筈豌豆混播研究的報道較少［26-27］，因此，本試驗擬通過研究甘肅省高寒牧區黑麥新品系C33與不同箭筈豌豆品種在不同混播比例下的草產量及營養價值，以篩選有利于提高單位面積草產量和飼草營養品質的混播組合與混播比例，為該區建設優質高產的人工混播草地提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地自然概況

試驗地位于青藏高原東北緣的甘南藏族自治州夏河縣桑科鎮（35°12′10.14″N，102°31′19.17″E），海拔3050 m。年均溫2.6℃，最高氣溫28.9℃，最低氣溫-26.7℃，為高寒濕潤型氣候。年降水量516 mm，無霜期56 d，日照時間2296 h。土壤類型為亞高山草甸土，有機質2.66 g·kg-2，速效氮195.24 mg·kg-2，速效磷45.18 mg·kg-2，速效鉀236.72 mg·kg-2，pH為8.14。黑麥分蘗期中耕除草一次，試驗地無灌溉條件，前茬作物為燕麥。

1.2 供試材料

黑麥新品系C33；箭筈豌豆：綠箭1號，綠箭2號，綠箭431。上述種子均由甘肅農業大學草業學院提供。

1.3 試驗設計

裂區設計。主區為混播組合，設3個水平，分別為A1：C33與綠箭1號箭筈豌豆混播（簡稱C33×綠箭1號，下同）；A2：C33×綠箭2號；A3：C33×綠箭431。副區為混播比例，設9個水平，分別為B（10∶100），B（220∶80），B3（30∶70），B（440∶60），B（550∶50），B（660∶40），B（770∶30），B（880∶20），B（9100∶0）。禾-豆等比例混播時播種量按其單播量的80%計算［28］，不同混播比例下黑麥與箭筈豌豆的播種量如表1所示。小區面積8.2 m（2=4.0 m×2.1 m），每個小區種7行，行距0.3 m，3次重復，共81個小區。播種時（2018年5月8日），將每個處理的箭筈豌豆和黑麥種子混勻后條播。播種前施磷酸二銨（N+P2O5≥64.0%）250 kg·hm-2，黑麥出苗期和拔節期分別追施尿素（N≥46.0%）157 kg·hm-2，分蘗期中耕除草一次，開花期（2018年8月22日）刈割測產。

表1 不同混播比例下黑麥與箭筈豌豆的播種量Table 1 Seeding rate of rye and common vetch of different mixed ratio（kg·hm-2）

1.4 測定指標及方法

1.4.1 生產性能 在黑麥開花期刈割前，從每個小區中選出10株，測量從地面至最高點的自然高度，將10株的平均株高作為該小區的平均株高［2］；在每個小區中，隨機選取一個1 m長樣段（邊行和距地邊0.5 m部分除外），數取樣段內株高高于0.2 m的黑麥莖蘗數和箭筈豌豆枝條數，計算總枝條數［2］。

在黑麥開花期將每個小區內所有植株的地上部分齊地面刈割（除邊行和地頭兩邊0.5 m部分），稱重，計算得到總鮮草產量。從中隨機選取500 g草樣，帶回實驗室，置于105℃烘箱中殺青0.5 h，然后在70℃烘箱中烘8 h，恒重，計算鮮干比。根據鮮干比計算每個小區的干草產量。粉碎干草樣，過0.425 mm篩后置于陰涼干燥處保存并進行營養指標測定［2］。

1.4.2 營養品質 參照GB/T 30395-2013處理草樣，用凱氏定氮法測定粗蛋白（crude protein，CP，%）含量，采用范氏尼龍布袋法測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF，%）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF，%）含量［29］，并計算干物質消化率（dry matter digestibility，DMD，%）［30］：

1.5 綜合評價

用隸屬函數法對3個混播組合和9個混播比例下的牧草營養價值進行綜合評價。隸屬函數值［X（μ1），X（μ2）］計算公式為：

式中：X為某一混播組合（或混播比例）下某一指標的測定值；Xmax為所有混播組合（或混播比例）下某一指標的最大值；Xmin為所有混播組合（或混播比例）下某一指標的最小值。若所測指標與其營養價值呈正相關，則采用（1）式計算隸屬值，負相關則用（2）式。

混播群體營養價值綜合評價時，根據總干草產量、CP、ADF、NDF和DMD在其生產中的重要程度，對各指標分配權重，利用公式（3）計算不同混播組合和混播比例下的綜合評價值（comprehensive evaluation value，r ij）。

式中：i代表箭筈豌豆品種，1~3分別代表混播組合A1~A3；j代表混播比例，1~9分別代表混播比例B1~B9；k代表單播或混播群體的營養品質，1代表總干草產量，2代表CP，3代表ADF，4代表NDF，5代表DMD；r ij代表黑麥在第i個混播組合、第j個混播比例下的綜合評價值；ξijk代表第i個混播組合、第j個混播比例下營養品質對應的隸屬函數值；W k代表營養品質指標的權重。

1.6 數據統計與分析

用Excel 2019進行數據整理和作圖。用SPSS 25.0軟件進行方差分析，用裂區試驗設計的方差分析法分析混播組合間、混播比例間、混播組合×混播比例交互作用間各指標的差異顯著性。如果差異顯著，分別用Duncan法進行多重比較。用隸屬函數法對每個處理的總干草產量和營養價值進行綜合評價。

2 結果與分析

方差分析（表2）表明，混播組合間箭筈豌豆的株高和總鮮（干）草產量存在極顯著差異（P<0.01）；混播比例間各指標均有極顯著差異（P<0.01）；混播組合×混播比例交互作用間各指標均有極顯著差異（P<0.01）。對存在顯著或極顯著差異的指標進行多重比較。

表2 混播組合間、混播比例間和混播組合×混播比例交互作用間株高、總枝條數、鮮（干）草產量、鮮干比和營養品質的方差分析Table 2 Variance analysis on the plant height of rye（RH）and common vetch（VH），total number of branches（No.），total fresh weight（FW），total hay yield（HY），FW/HY and nutrition quality within the mixture combination，mixed ratio and the interaction of mixture combination and mixed ratio

2.1 混播組合間草地生產性能的差異

A1和A2處理的箭筈豌豆平均株高無顯著差異，均極顯著高于A3。A1和A2處理的平均鮮（干）草產量均極顯著高于A（3P<0.01），平均干草產量分別比A3高34.84%和28.25%（表3）。

表3 混播組合間箭筈豌豆平均株高、平均鮮（干）草產量的差異Table 3 Differences of the averaged plant height，average fresh weight and average hay yield among the mixture combination

2.2 混播比例間草地生產性能及營養品質的差異

2.2.1 生產性能 在混播草地中，隨黑麥比例的降低，黑麥平均株高先升高后降低，B6處理最高，極顯著高于除B4和B5外的其他處理（P<0.01），B8處理最低；箭筈豌豆平均株高B5處理最高，極顯著高于除B6和B7外的其他處理（P<0.01），B9最低（圖1）。

圖1 混播比例間黑麥和箭筈豌豆株高的差異Fig.1 Differences of the plant height of rye and common vetch among different mixed ratio

在9個混播比例中，B6處理的總枝條數最多，極顯著高于B1、B7和B（9P<0.01），其他混播比例間無顯著差異；B9處理最低，極顯著低于其他混播比例。隨箭筈豌豆比例的增加，混播草地的鮮干比逐漸升高，B1最小，極顯著低于其他混播比例；B9最大，極顯著高于其他混播比例（圖2）。

圖2 混播比例間總枝條數和鮮干比的差異Fig.2 Differences of the total number of branches and fresh-dry ratio among different mixed ratio

B6處理的鮮草產量（極顯著高于B1、B3和B9）和平均總干草產量（極顯著高于B3、B8和B9）均最高，B9均最低，極顯著（P<0.01）低于其他處理（圖3）。

圖3 混播比例間鮮（干）草產量的差異Fig.3 Differences of fresh（hay）yield among different mixed ratio

2.2.2 營養品質 隨著箭筈豌豆比例增加，混播群體的平均粗蛋白含量逐漸升高，B9處理最高，極顯著高于其他處理，B1最低，極顯著低于除B2外的其他處理（表4）；平均NDF和ADF含量均逐漸降低，B9處理均極顯著低于其他處理；B1處理的平均NDF含量極顯著高于除B2和B3外的其他處理，ADF含量極顯著高于除B2、B3和B4外的其他處理；干物質消化率逐漸升高，B9最高，極顯著高于其他處理；B1最低，極顯著低于除B2、B3和B4外的其他處理。

表4 混播比例對平均粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量和干物質消化率的影響Table 4 Effect of mixed ratio on CP，NDF，ADF content and DMD（%）

2.3 混播組合×混播比例交互作用間混播草地生產性能及營養品質的差異

2.3.1 生產性能 在同一混播組合下，隨著箭筈豌豆比例的增加，黑麥和箭筈豌豆的株高、混播草地的鮮（干）草產量均先升高后降低，鮮干比則逐漸增大（表5）。

表5 混播組合×混播比例交互作用間黑麥株高、箭筈豌豆株高和混播草地總枝條數、鮮（干）草產量和鮮干比的差異Table 5 Differences of the plant height of rye（RH）and common vetch（VH），the total number of branches（No.），total fresh weight（FW），total hay yield（HY）and FW/HY for the interaction of mixture combination and mixed ratio

A2B6處理的黑麥株高最高，除與A1B6、A2B3、A2B4、A2B5、A3B4、A3B5和A3B6差異不顯著外，極顯著高于其他處理；A1B1最低，極顯著低于除A1B2、A1B7、A1B8、A2B1、A2B2、A2B8、A3B1、A3B2、A3B3和A3B8外的其他處理。

A1B7處理下箭筈豌豆株高最高，極顯著高于除A1B5、A1B6、A2B5、A2B6和A2B7外的其他處理；A3B9最低，極顯著低于除A1B9、A2B2和A2B9外的其他處理。

A1B2的總枝條數最多，除與A1B6、A1B7、A1B8和A2B6差異不顯著外，與其他處理間均差異極顯著；A3B9最少，除與A1B9和A2B9差異不顯著外，與其他處理間均差異極顯著（P<0.01）。

A1B6的鮮草產量最高，極顯著高于除A1B5、A2B6和A2B7外的其他處理；A3B9最低，極顯著低于除A2B9、A3B1和A3B3外的其他處理。

A1B6的干草產量最高，極顯著高于除A1B5、A2B4、A2B5和A2B6外的其他處理；A2B9最低，極顯著低于除A1B9、A3B8和A3B9外的其他處理。

A2B9的鮮干比最高，極顯著高于其他處理；A3B1最低，極顯著低于除A1B1和A2B1外的其他處理。

2.3.2 營養品質 在同一混播組合下，隨著黑麥混播比例的降低及箭筈豌豆混播比例的增加，牧草的CP含量和DMD逐漸升高，NDF和ADF含量逐漸降低（表6）。

表6 混播組合×混播比例交互作用間粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量和干物質消化率的差異Table 6 Differences of the contents of CP，NDF，ADF and DMD for the interaction of the mixture combination and mixed ratio（%）

A1B9的CP含量最高，與除A2B9外的其他處理間均存在極顯著差異；A1B1最低，極顯著低于除A1B2、A2B1、A2B2、A3B1和A3B2外的其他處理。

A3B9處理的NDF含量最低，極顯著低于除A1B9和A2B9外的其他處理；A1B7和A1B8分別比A1B1降低10.24%和15.41%；A2B5、A2B6、A2B7和A2B8分別比A2B1降低8.99%、9.84%、13.76%和21.07%；A3B7和A3B8分別比A3B1降低16.38%和18.67%。

A1B9處理的ADF含量最低，極顯著低于除A1B8和A3B9外的其他處理；A1B3、A1B5、A1B7和A1B8分別比A1B1降低9.60%、8.35%、18.87%和31.95%；A2B7和A2B8分別比A2B1降低11.25%和24.85%；A3B7和A3B8分別比A3B1降低10.40%和11.11%。

A1B9的DMD最高，極顯著高于除A1B8、A2B9和A3B9外的其他處理；A2B3最低，極顯著低于除A1B1、A1B2、A2B1、A2B2、A2B4、A2B6、A3B1、A3B2和A3B4外的其他處理；A1B7和A1B8分別比A1B1提高9.56%和16.21%；A2B7和A2B8分別比A2B1提高5.92%和13.05%；A3B7和A3B8分別比A3B1提高5.22%和5.57%。

2.4 綜合評價

由于本試驗不同處理下混播草地的干草產量和營養品質表現不一致，無法獲得最佳混播組合和播種比例。隸屬函數法可以消除個別指標差異帶來的片面性，使各處理的草產量和營養品質的差異具有真實可比性，所以本研究利用隸屬函數法對不同處理下的草產量和營養價值進行綜合評價。

根據干草產量和營養品質在混播草地中的重要程度，依據任昱鑫等［3］的方法分配各指標的權重，干草產量：0.6，CP含量：0.1，ADF含量：0.1，NDF含量：0.1，DMD：0.1。根據權重，利用公式（3）計算不同處理下混播草地的綜合評價值。

3個混播組合中，A1的平均綜合評價值最高，A2次之；9個混播比例中B6最高；混播組合×混播比例互作下A1B6最高，因此，A1B6為最佳混播組合和混播比例處理（表7）。

表7 混播組合、混播比例和混播組合×混播比例交互作用的綜合評價值Table 7 Comprehensive evaluation values for the single factor and the interaction of mixture combination and mixed ratio

3 討論

3.1 混播組合間牧草生產性能的差異及原因

不同箭筈豌豆品種的生產性能不同［31］，在與禾本科牧草混播時效果不同。株高能反映飼草的生產潛力，通常與總產量呈正相關關系［32］。混播群體增產的物質基礎主要在于莖、葉在空間上的合理分布。禾本科莖稈挺直可支撐豆科牧草進行攀緣生長，枝葉交錯立體配置，有利于光合作用能力提高和有機物積累［33］，本研究表明，3個混播組合中，A1和A2處理下箭筈豌豆的平均鮮（干）草產量均極顯著高于A3，主要是因為A1和A2混播組合下箭筈豌豆的平均株高較高，這與馬妍琪［4］的研究結果一致。

3.2 混播比例間牧草生產性能及營養品質的差異及原因

牧草混播比例由不同牧草的相對競爭力、自身功能特性、種群更新機制及營養配比需求來決定，因而不同牧草品種乃至不同地域間牧草的混播比例均有所不同［34］。由于不同作物種間和種內存在競爭作用，混播比例的變化會影響混播的競爭關系，進而影響作物產量和品質［35］。多花黑麥草和箭筈豌豆混播比例顯著影響分蘗/分枝數和干物質產量［36］。隨著燕麥比例的增加，燕麥與箭筈豌豆混播草地的粗蛋白含量逐漸下降，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維以及粗脂肪含量比單播箭筈豌豆高［37］。本研究表明，隨著箭筈豌豆混播比例增加和黑麥混播比例的降低，鮮（干）草產量先升高后降低，混播比例為B6時平均鮮（干）草產量均最高，主要是因為該混播比例下黑麥和箭筈豌豆的平均株高較高，且總枝條數較多。混播草地的平均粗蛋白含量和DMD隨箭筈豌豆比例的增加而增加，ADF和NDF含量隨箭筈豌豆比例增加而降低，說明增加箭筈豌豆的混播比例可以有效提高混播群體的飼用品質。本試驗中，箭筈豌豆比例過高時，混播群體的草產量無顯著提高，而混播草地中箭筈豌豆的比例較低時，粗蛋白含量無顯著增加，ADF和NDF含量也未顯著降低，說明只有適當的混播比例才能在維持草產量的同時進一步改善混播牧草的品質。

3.3 混播組合×混播比例交互作用間牧草生產性能及營養品質的差異及原因

適宜的禾-豆搭配和混播比例可以有效利用空間和光熱資源，在維持甚至提高禾本科牧草產量的基礎上改善群體營養品質，達到高產優質的目的［34］。紫花苜蓿與無芒雀麥、扁穗冰草（Agropyron cristatum）以25∶75混播時，草產量可分別比禾本科單播提高7.27%和15.46%［38］。紫花苜蓿與垂穗披堿草（Elymus nutans）的最佳混播比例為3∶2，混播牧草相對紫花苜蓿單播增長35.2%，相對垂穗披堿草單播增長54.8%，與葦狀羊茅（Festuca arundinacea）以7∶3混播時，可使總產量相對紫花苜蓿單播增產13.6%，相對葦狀羊茅單播增產19.4%［39］。本試驗表明，與黑麥單播相比，混播可通過增加群體中豆科牧草的比例及促進黑麥有效分蘗的方式，顯著提高群體產量和營養品質。不同混播組合和混播比例的干草產量有顯著差異，其中，A1B6處理的黑麥株高、箭筈豌豆株高及總枝條數較高，因而鮮（干）草產量也最高。NDF含量與家畜采食量呈負相關，ADF與家畜消化率呈負相關，粗蛋白含量高、NDF和ADF含量較低的牧草營養品質更好［40］。由于黑麥的粗蛋白含量較低，NDF和ADF含量較高；箭筈豌豆的粗蛋白含量較高，NDF和ADF含量較低，因而，在同一混播組合下，隨著箭筈豌豆比例的增加，混播群體的粗蛋白含量和DMD總體均呈升高趨勢，而NDF和ADF含量總體均呈下降趨勢。

4 結論

黑麥新品系C33與綠箭1號的最佳混播比例為B6；黑麥新品系C33與綠箭2號的最佳混播比例為B6；黑麥新品系C33與綠箭431的最佳混播比例為B4，其中黑麥新品系C33與綠箭1號以B（660∶40）的比例混播時，干草產量最高，營養品質較好，適宜在夏河及其他氣候條件相似的甘肅高寒牧區進行示范推廣。