成都平原青貯玉米間作拉巴豆對混合飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

董志曉，何潤濠，況鑒洋，聶 聰，楊 建，茍文龍，馬 嘯

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科技學(xué)院，四川 成都 611130；2.四川省草原科學(xué)研究院，四川成都 611730）

牧草是畜牧業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，加快牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能夠有效減輕飼料對糧食安全的壓力[1]。隨著“糧改飼”和“農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性的改革”政策的實施，種植業(yè)由“糧–經(jīng)–飼”的三元種植結(jié)構(gòu)逐步向“糧–經(jīng)–飼–草”的四元種植結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，使我國草牧業(yè)得以迅速發(fā)展[2]。但用于種植飼草的可利用土地有限，因此發(fā)展高效、優(yōu)質(zhì)的飼草種植模式是促進畜牧業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的有效保證。禾–豆混播是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草的主要方式之一[3]，與單播相比可以充分利用農(nóng)田空間及環(huán)境資源，豆科作物還可以為禾本科作物提供氮素，并且能夠提高土壤肥力。前人通過研究青貯玉米(Zea mays)和大豆(Glycine max)間作模式對青貯玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤微生物群落影響的結(jié)果表明，混合飼草的產(chǎn)量、粗蛋白、淀粉含量較單播明顯增加，并使玉米根系土壤中有益真菌含量增加，促進玉米的生長[4]。

玉米具有營養(yǎng)豐富、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和干物質(zhì)含量高、木質(zhì)素含量低等優(yōu)點，與其他青貯飼料相比具有較高的能量和消化率，享有“飼料之王”的美譽[5]。拉巴豆(Dolichos lablab)為一年生或越年生豆科草本植物，其具有耐陰性好、抗逆性強、適應(yīng)性廣等特點，主要與玉米、高粱(Sorghum bicolor)等作物進行混播作為青貯飼料或作為青干草進行利用[6]。并且拉巴豆根系的根瘤菌具有固氮的作用，能夠為其他植物提供氮素[7]，即能使兩作物相互促進生長，又能夠?qū)ν寥澜Y(jié)構(gòu)進行改良。玉米含有較多的碳水化合物，但其蛋白含量較低，而豆科牧草雖然蛋白含量高，但產(chǎn)量和含糖量較低，二者結(jié)合可以取長補短[8]。

成都平原地區(qū)畜牧產(chǎn)業(yè)帶是四川省四大優(yōu)勢畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)帶之一，對優(yōu)質(zhì)牧草有較大的需求，因此在有限的土地上生產(chǎn)出更多的優(yōu)質(zhì)飼草料為成都平原畜牧業(yè)發(fā)展的保證[9]。關(guān)于玉米和拉巴豆混播對飼草產(chǎn)量和青貯品質(zhì)的研究多見于甘肅[10]、新疆、貴州[11]和四川涼山[12]等地。而在成都平原地區(qū)玉米間作不同密度的拉巴豆對混合飼草產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究還尚未見報道。因此，本研究根據(jù)玉米和拉巴豆的生物學(xué)特性及生長發(fā)育規(guī)律，采用單因素完全隨機區(qū)組設(shè)計，探究玉米與拉巴豆間作的最佳比例及其對混合飼草產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為成都平原地區(qū)栽培高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的玉米混合飼草提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地處四川省成都市崇州地區(qū)的四川農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代研發(fā)基地草學(xué)試驗田(103°07′E，30°30′N)，海拔高度為509 m，氣候為亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。全年平均溫度為16.1℃，年平均降水量1 021.3 mm，土壤pH為6.4。土壤有機質(zhì)含量13.56 g·kg?1，有效磷(P2O5)含量9.6 mg·kg?1，全氮(N)含量2.15 g·kg?1，有效鉀(K2O)含量79 mg·kg?1。

1.2 試驗材料

玉米‘德美亞一號’(‘Demeiya No.1’)由黑龍江墾豐種業(yè)有限公司提供，拉巴豆‘潤高’(‘Rungao’)由四川沙打旺園林綠化有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

本研究采用單因素完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置不同 播 量(T1：45 000株·hm?2；T2：67 500株·hm?2；T3：90 000株·hm?2；T4：112 500株·hm?2；T5：135 000株·hm?2)的拉巴豆和玉米(T0：52 500株·hm?2)進行間作，并以單播玉米(T0：52 500株·hm?2)為對照，共設(shè)置6個處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)。小區(qū)面積為24 m2(4 m× 6 m)，小區(qū)間隔0.5 m，隨機排列。播種方式為條播，玉米行距60 cm，株距30 cm，每行20株，拉巴豆按照T1、T2、T3、T4、T5的播量均勻地條播在兩行玉米中間。試驗于2020年6月8日播種，2020年9月5日收割。播種前施入有機肥6000 kg·hm?2，在玉米拔節(jié)期施入尿素300 kg·hm?2，其他管理措施與其他作物相同。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀測定

在玉米籽粒的乳熟末期，每個試驗小區(qū)隨機選取10株玉米對其株高、葉片數(shù)、葉長(從地表起第7節(jié))、葉寬(從地表起第7節(jié))、莖粗(從地表起第3節(jié))等指標進行測定。

1.4.2 產(chǎn)量測定

在玉米乳熟末期，用感量小于0.01 kg 的秤將該試驗小區(qū)的全部鮮草進行稱重。在每個試驗小區(qū)中隨機選取5株分裝，在實驗室中進行莖葉分離后稱重，并于105℃高溫殺青30 min，65℃烘至恒重。做好數(shù)據(jù)記錄用于鮮干比和莖葉比的計算。

1.4.3 營養(yǎng)成分的測定

將測量干鮮比所取樣用FOSSCT410旋風(fēng)式樣品粉碎機進行粉碎，樣品過2 mm 篩。采用近紅外分析儀，選擇相應(yīng)的分析模型對待測樣品進行數(shù)據(jù)的測定[13]。測定的營養(yǎng)成分主要包括粗蛋白(crude protein,CP)含量、粗脂肪(ether extract,EE)含量、粗灰分(crude ash,Ash)含量、總可消化養(yǎng)分(total digestible nutrients,TDN)含量、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)含量、干物質(zhì)體外消化率(in vitro dry matter digestion,IVDMD)、相對牧草質(zhì)量(relative forage quality,RFQ)、相對飼喂價值(relative feeding value,RFV)和非纖維性碳水化合物(nonfibrous carbohydrate, NFC)含量等指標，各營養(yǎng)成分單位的表示方法均為質(zhì)量分數(shù)(%)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

所有試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010進行整理，在Data Processing System(DPS)系統(tǒng)中用隨機區(qū)組單因素Duncan 新復(fù)極差法對混合飼草的鮮干草產(chǎn)量、玉米的農(nóng)藝性狀、混合飼草的營養(yǎng)成分、經(jīng)濟效益等指標進行方差顯著性分析，用GraphPad Prism 5進行繪圖。采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法對玉米間作不同播量拉巴豆處理的干草產(chǎn)量和營養(yǎng)成分進行綜合評價。求出6個不同處理的鮮草產(chǎn)量和營養(yǎng)成分在間作不同播量拉巴豆處理下的平均隸屬值[14]：

式中：x為每個特征數(shù)值，xmax為最大特征數(shù)值，xmin為最小特征數(shù)值。當測定指標為負向指標時，應(yīng)采用反隸屬函數(shù)，即公式(2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作不同播量拉巴豆對混合飼草產(chǎn)量的影響

不同處理下混合飼草鮮草產(chǎn)量介于44 942.46～63 711.86 kg·hm?2(圖1)，其中T4處理的鮮草產(chǎn)量顯著高于其他處理(P<0.05)；T0處理的鮮草產(chǎn)量最低，僅為T4處理的70.54%?；旌巷暡莸母刹莓a(chǎn)量介于10 753.49～17 047.35 kg·hm?2，T4處理的干草產(chǎn)量最高，為17 047.35 kg·hm?2，較T0處理增產(chǎn)58.53%，除T1外，其他處理較單播處理增產(chǎn)顯著(P<0.05)。

圖1 間作不同播量拉巴豆處理的混合飼草產(chǎn)量Figure 1 Yield of mixed forage grass treated with Dolichos lablab at different sowing ratesin intercropping

2.2 間作不同播量拉巴豆對玉米農(nóng)藝性狀的影響

6個處理中單播玉米(T0)處理的株高最高，顯著高于T2、T3、T4、T5處理(P<0.05)；莖粗最大的也為T0處理，且T0處理的莖粗顯著高于T2、T3、T4、T5處理(P<0.05)，T5處理的莖粗最小，僅為T0處理的85.82% (表1)。6個處理中玉米單株葉片數(shù)為10.11～11.33片，T5處理的葉片數(shù)最少，較T0處理減少10.77%，二者之間差異顯著(P<0.05)；T4處理的葉長最長，較T0處理顯著增加7.55%(P<0.05)。各處理混合飼草的干鮮比為0.24～0.28，其中T5處理的飼草干鮮比值顯著高于T0處理(P< 0.05)；莖葉比值隨拉巴豆播量的增加呈下降趨勢，T0處理的莖葉比顯著高于T5處理(P< 0.05)。

表1 間作不同播量拉巴豆處理下玉米的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of corn treated by intercropping with Dolichos lablab at different sowing rates

2.3 間作不同播量拉巴豆對混合飼草的營養(yǎng)成分的影響

不同處理下混合飼草的各營養(yǎng)成分含量不同(表2)。T5處理的混合飼草粗蛋白含量最高，顯著高于T0和T1處理(P<0.05)，而與其他處理之間差異不顯著(P>0.05)。粗脂肪和粗灰分含量均以T4處理最高，各混播處理的粗脂肪含量顯著高于單播處理(P<0.05)；粗灰分含量在T4處理時顯著高于T0處理(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。TDN含量以T1和T4處理較高，均與T0處理間差異顯著(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。NDF和ADF含量均以T0處理最高，T4處理最低，且T0處理與T4處理間差異顯著(P<0.05)，而其他處理之間差異不顯著(P> 0.05)。

表2 間作不同播量拉巴豆處理下混合飼草的營養(yǎng)成分Table 2 Nutrient components of mixed foragetreated by intercropping with Dolichos lablab at different sowing rates

為更加客觀地評價間作不同播量的拉巴豆處理對混合飼草營養(yǎng)品質(zhì)的影響，將干草產(chǎn)量、CP含量、相對牧草質(zhì)量、相對飼喂價值、總可消化養(yǎng)分含量、非纖維性碳水化合物含量等指標進行隸屬函數(shù)綜合評價及排序，結(jié)果表明T4處理時混合飼草的綜合評價最高(表3)。

表3 間作不同播量拉巴豆處理下混合飼草產(chǎn)量和營養(yǎng)成分的隸屬函數(shù)及排序Table 3 Membership functionsand sequencing of yield and nutrient componentsof mixed forage treated by intercropping with Dolichoslablab at different sowing rates

2.4 間作不同播量拉巴豆對混合飼草的體外干物質(zhì)消化率的影響

IVDMD能有效衡量牧草營養(yǎng)物質(zhì)的消化程度，也能對牧草的營養(yǎng)價值進行綜合評判[15]。IVDMD 30在T4處理時最高，顯著高于T0處理(P< 0.05)，其他處理均高于T0處理，但差異不顯著(P> 0.05)；IVDMD 48以T4處理最高，T3和T4處理顯著高于T0處理(P<0.05)，其他處理之間差異不顯著(P>0.05)(圖2)。

圖2 間作不同播量拉巴豆處理下混合飼草的體外干物質(zhì)消化率Figure2 In vitro dry matter digestibility of mixed forage intercropped with different sowing ratesof Dolichos lablab

2.5 間作不同播量拉巴豆對混合飼草經(jīng)濟效益的影響

根據(jù)中國報告大廳2020年下半年對四川省秸稈飼料價格最新行情預(yù)測[16]，對本研究對不同間作模式產(chǎn)生的經(jīng)濟效益進行初步評估。秸稈飼料價位是0.48 CNY·kg?1，不同間作處理下，混合飼草的收入 為21 572.38～30 581.69 CNY·hm?2(表4)，其 中T4處理的經(jīng)濟效益最高，為30 581.69 CNY·hm?2。T1、T2、T3、T4、T5處理下混合飼草的經(jīng)濟收入分別較T0處理增加8.64%、14.69%、26.49%、41.76%和28.92%。

表4 間作拉巴豆處理下混合飼草鮮草的經(jīng)濟效益Table 4 Economic benefit of fresh grass of mix forage grass intercropped with Dolichos lablab at different sowing rates

3 討論

3.1 間作不同播量拉巴豆處理對混合飼草鮮、干草產(chǎn)量的影響

間作主要利用不同農(nóng)作物間生物學(xué)特性的差異以及合理的配比方式，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源、空間及時間的集約利用和持續(xù)的高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)[17]。本研究中玉米與不同密度的拉巴豆間作，混合飼草的鮮、干草產(chǎn)量并非一直上升，當拉巴豆的種植密度超過112 500株·hm?2時，混合飼草的鮮、干草產(chǎn)量會有所下降，這與Armstrongt 和Albrecht[18]在玉米和拉巴豆混播時干物質(zhì)產(chǎn)量并非一直上升的研究結(jié)論一致。其中T4處理的鮮草產(chǎn)量顯著高于其他處理；雖然T4與T5處理之間干草產(chǎn)量差異不顯著，但T4處理的干草產(chǎn)量高于T5處理，并顯著高于其他處理。因為不同間作模式下不同的作物有不同的生態(tài)位[19]，二者的根系分布、葉片朝向以及生長速率不同，優(yōu)勢互補，從而充分利用環(huán)境資源，在T4處理時玉米和拉巴豆可以在空間上形成最佳互補生態(tài)位[20]。并且在春季禾本科牧草的干物質(zhì)生產(chǎn)較多，在夏季豆科牧草的干物質(zhì)產(chǎn)量較高，禾–豆混播后牧草干物質(zhì)產(chǎn)量在季節(jié)上更加的均衡，且混播飼草產(chǎn)量更高[21]。

3.2 間作不同播量拉巴豆處理對青貯玉米農(nóng)藝性狀的影響

間作對作物農(nóng)藝性狀的影響多向有利的方向改變[11]。本研究中T1? T5處理下玉米的株高、莖粗和葉片數(shù)均小于單播(T0)處理，T2?T5處理的葉長顯著高于T0處理。因為拉巴豆具有較高的光飽和點和較低的光補償點，當群體密度過大時，玉米和拉巴豆會對土壤養(yǎng)分以及光照等資源產(chǎn)生一定的競爭。二者為了適應(yīng)生長環(huán)境的光照變化，通過改變植株形態(tài)，減少光抑制，產(chǎn)生較多的生態(tài)位折疊[22]。并且拉巴豆的纏繞作用會在一定程度上阻礙玉米莖稈的橫向生長[23]。拉巴豆攀緣在玉米莖稈上時，葉片交錯立體配置，增加植株總體葉面積，且拉巴豆通過固氮作用向玉米提供一定量的氮素，促進玉米葉片合成較多的有機物[24]。此時期玉米的植株正由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長，水分含量較前期減少，將較多的營養(yǎng)成分在植株體內(nèi)積累[11]。因此在本研究中間作處理的混合飼草莖葉比值最低，干鮮比值最高。間作處理在提高混合飼草葉量和適口性的同時，能夠降低莖葉比，提高干鮮比，改善混合飼草的品質(zhì)。

3.3 間作不同播量拉巴豆處理對混合飼草營養(yǎng)成分的影響

禾–豆混播使得混合飼草的營養(yǎng)成分較單播豐富、全面，且還可以提高飼草產(chǎn)量[12]。本研究中各間作處理的混合飼草粗蛋白、粗脂肪和TDN 含量均高于單播(T0)處理，ADF和NDF含量均低于單播(T0)處理，以T4處理含量最低。禾–豆混播使植株在生長過程中相互促進，拉巴豆根瘤菌的固氮作用能夠為玉米的生長發(fā)育提供一定的氮素，而玉米為拉巴豆起到支撐作用，使其莖葉不腐敗，提高混合飼草品質(zhì)[25]。并且拉巴豆相較于玉米含有較多的粗蛋白、粗脂肪、鈣和磷等物質(zhì)，而玉米含有較多的碳水化合物，兩者混播后能在一定程度上改善混合飼草的營養(yǎng)品質(zhì)，拉巴豆中的NDF相對于玉米中的NDF更易于被反芻動物消化[26]。并且通過隸屬函數(shù)對各處理的干草產(chǎn)量和營養(yǎng)成分綜合分析認為，混播飼草的營養(yǎng)品質(zhì)高于單播。

3.4 間作不同播量拉巴豆處理對混合飼草體外干物質(zhì)消化率的影響

牧草的飼用價值不僅要以牧草所含的營養(yǎng)成分為依據(jù)，還要以牧草的消化程度為指標，進行綜合評價[27]。體外干物質(zhì)消化率取決于混合牧草的營養(yǎng)組成，在一定范圍內(nèi)NDF含量越低，動物的采食率越高；ADF含量越低，飼料的消化率越高[28]。粗蛋白含量增加也有助于提高飼草體外干物質(zhì)消化率[29]。而本研究中混播處理的體外干物質(zhì)消化率均高于單播處理，其中以T4處理最高，顯著高于單播處理。因為在各混播處理中ADF和NDF含量低于單播處理，并且其蛋白質(zhì)含量高于單播處理，有助于提高體外干物質(zhì)消化率。而且豆科牧草在瘤胃中降解緩慢，釋放出氮、硫等其他物質(zhì)[30]，含高蛋白的豆科作物還為瘤胃內(nèi)微生物生長提供了生長所必需的可消化纖維、氨基酸和支鏈脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，提高飼草干物質(zhì)消化率[31]。

3.5 間作不同播量拉巴豆對混合飼草經(jīng)濟效益的影響

在“農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性的改革”的背景下，將糧食、經(jīng)濟作物的二元結(jié)構(gòu)調(diào)整為糧食、經(jīng)濟、飼料作物的三元結(jié)構(gòu)[32]，使成都平原牧草種植行業(yè)得以發(fā)展。在成都平原不同品種青貯玉米的鮮草產(chǎn)量介于40 050～49 500 kg·hm?2[2]，收入為19 224～12 760 CNY·hm?2。在本研究中單播‘德美亞一號’玉米的鮮草產(chǎn)量為44 942.46 kg·hm?2，間作拉巴豆后T4處理的 產(chǎn)量最 高(63 711.86 kg·hm?2)，收益為30 581.69 CNY·hm?2，較單播處理收益顯著增加41.76%。而T1、T2、T3、T5處理的經(jīng)濟收入分別較單播處理增加8.64%、14.69%、26.49%和29.92%。在T4處理時去除土地(9 000 CNY·hm?2)、種子(玉米300 CNY·hm?2+拉 巴 豆1 200 CNY·hm?2)成 本，凈 收 入20 081.69 CNY·hm?2，較單播玉米收入增加9 009.31 CNY·hm?2。玉米與一定播量下的拉巴豆間作，可使經(jīng)濟收入有不同程度的提高，本研究中以T4處理經(jīng)濟效益最優(yōu)。

4 結(jié)論

在本研究中，玉米間作不同播量的拉巴豆，對玉米農(nóng)藝性狀以及混合飼草產(chǎn)量、品質(zhì)、經(jīng)濟效益具有不同程度的影響。隨著拉巴豆播量的增加，雖然玉米的株高和莖粗等指標有所下降，但混合飼草產(chǎn)量卻有所增加，營養(yǎng)品質(zhì)也得到了改善。間作后混合牧草的粗蛋白、粗脂肪含量增加，NDF和ADF含量下降，其中52 500株·hm?2的玉米和112 500株·hm?2的拉巴豆間作模式下混合飼草產(chǎn)量最高、品質(zhì)最優(yōu)、經(jīng)濟效益最高。因此，在成都平原地區(qū)可采用52 500株·hm?2的玉米和112 500株·hm?2的拉巴豆間作模式進行種植。