祁亞淑，朱 林，許 興

（1．寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川750021；2．寧夏大學西北土地退化與生態(tài)恢復國家重點試驗室培育基地，寧夏 銀川750021）

近年來隨著農(nóng)業(yè)結構的調(diào)整，建立栽培草地是發(fā)展集約化草地畜牧業(yè)的重大措施，也是實施生態(tài)恢復、發(fā)展高效草食畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎［1］。目前國內(nèi)外有不少針對豆科和禾本科牧草混播建立栽培草地的研究報道，眾多研究結果表明，豆科牧草與禾牧草混播不僅可以改善草地生態(tài)系統(tǒng)氮素營養(yǎng)平衡［2］、提高單位面積的產(chǎn)草量［3］、增加土壤中氮素和有機質(zhì)含量，提高土壤肥力［4－5］，而且通過調(diào)整混播種類及混播比例等，還能增加草地的空間利用率、減輕相同牧草對土壤礦物質(zhì)營養(yǎng)元素的競爭，使土壤中各種養(yǎng)分得以充分利用［6－7］?；觳ケ壤灿绊懟觳ツ敛莸漠a(chǎn)量和品質(zhì)［8］，科學合理搭配禾本科和豆科牧草的比例，可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢和生產(chǎn)潛力。雖然許多研究表明科牧草與禾本科牧草混播可以提高草地產(chǎn)量［9－10］，但張永亮等［11］報道苜蓿（Medicago sativa）與禾本科牧草混播后產(chǎn)量沒有顯著提高。不同牧草的播種比例顯著影響草地產(chǎn)量［12－16］。因此，混播的種類及比例搭配對群落的穩(wěn)定性及產(chǎn)量等有著重要的影響。

寧夏回族自治區(qū)地處西北半干旱地區(qū)，干旱少雨，糧食作物產(chǎn)量低，廣種薄收，并且由于連年的耕作，對生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞。牧草的水分利用效率以及熱量利用效率遠遠高于糧食作物，并且具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益［17］。因此，在該地區(qū)可將栽培草地和畜牧業(yè)結合起來發(fā)展草地生態(tài)農(nóng)業(yè)或進行草田輪作，實現(xiàn)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)建設相結合的可持續(xù)發(fā)展道路［18］。

眾多關于禾豆牧草混播的研究多是在降水量較高的典型草原或在綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)開展的，而在降水量較少的西北荒漠草原區(qū)，關于禾豆牧草混播效應的報道較少。程中秋等［19］通過對生態(tài)位的研究揭示了荒漠草原區(qū)天然草地植被的生長狀況，并且研究了羊草（Ley mus chinensis）被引入寧夏中部半干旱荒漠草原后的產(chǎn)量表現(xiàn)以及與紫花苜蓿和沙打旺（Astr agal us adsur gens）與不同禾本科牧草混播后的產(chǎn)量表現(xiàn)，這對于該區(qū)域栽培草地的構建具有重要指導意義。本研究通過在寧夏中部半干旱帶紅寺堡區(qū)對兩種豆科牧草紫花苜蓿、沙打旺和兩種禾本科牧草羊草、老芒麥（El y mus sibiricus）開展混播試驗，在比較不同混播組合及比例對其投入產(chǎn)出比、產(chǎn)量、營養(yǎng)成分總產(chǎn)量、相對總產(chǎn)量及競爭力等影響的基礎上，試圖確定適用于寧夏中部半干旱地區(qū)的最優(yōu)組合，以期為該區(qū)禾豆混播栽培草地的建植及可持續(xù)管理提供合理的理論依據(jù)和技術支持。

1 研究區(qū)域及試驗設計

1．1 研究區(qū)自然概況

試驗地點選在寧夏回族自治區(qū)吳忠市紅寺堡孫家灘開發(fā)區(qū)（106°06′499″E，37°46′625″N，海拔在1 240～1 450 m），位于寧夏中部荒漠干旱區(qū)，屬典型大陸性氣候，干旱少雨，年降水量只有277 mm，而年平均蒸發(fā)量則高達2 050 mm［20］。土壤以灰鈣土為主，且其結構松散沙性大，全磷含量0．353 g·kg－1，全氮含量0．187 g·kg－1，全鉀含量17．0 g·kg－1，有機質(zhì)含量2．65 g·kg－1，速效磷含量4．63 mg·kg－1，速效鉀含量74．7 mg·kg－1，堿解氮含量23．0 mg·kg－1。

1．2 試驗材料

兩種豆科牧草：紫花苜蓿（美國牧歌401）和沙打旺，兩種禾本科牧草：羊草、老芒麥。

1．3 試驗設計

采取隨機區(qū)組設計，播種小區(qū)面積5 m×4 m，單播播種量豆科牧草為22．5 kg·h m－2、禾本科牧草為60 kg·h m－2。將兩種豆科牧草（紫花苜蓿、沙打旺）分別與兩種禾本科牧草（羊草、老芒麥）兩兩混合播種，共4個混播組合。按豆科∶禾本科為3∶7、5∶5、7∶3共3 種混播比例等距同行條播（表1）。同時將這4種牧草分別單播，以作對照。每個處理設置3個重復。在試驗小區(qū)鋪設灌水裝置，安裝水表以監(jiān)測2013、2014年混播試驗各小區(qū)補灌水的立方數(shù)，然后計算轉(zhuǎn)換成降水量的表示方法，分別為506和477 mm。

表1 混播組合及混播比例Table 1 The mixed sowing combinations and proportion

1．4 測定方法

分別在2013年7月23號、9月19號和2014年6月8號、7月24號、9月20號在每個小區(qū)里隨機選取1．0 m×0．3 m 的樣方刈割采樣，每個樣品取3個重復，測定植物樣的產(chǎn)草量等經(jīng)濟性狀，產(chǎn)草量用干草重測算。將采集的植物樣用恒溫鼓風烘干箱在105 ℃下殺青10 min，然后在65 ℃下烘干至恒重，測定干重，計算產(chǎn)草量。將烘干的牧草粉碎過0．25 mm 篩后干燥保存，以供分析測定粗纖維（CF）、粗蛋白（CP）和粗脂肪（EE）等營養(yǎng)成分。粗纖維、粗蛋白、粗脂肪的測定分別參照GB／T6434－2006酸堿洗 滌 法、GB／T6432－94 凱 氏 定 氮 法、GB／T6433－2006索氏抽提法［21］。統(tǒng)計試驗過程中所花銷的人工費、生產(chǎn)費、水費、電費、機耕費、管理費、交通費、種子及肥料的費用，用于計算投入產(chǎn)出比。

1．5 數(shù)據(jù)處理及分析方法

混播牧草的競爭關系采用張永亮等［11］的相對總產(chǎn)量和競爭率來表達，具體計算公式如下：

式中，Yij為i、j混播時i的單位面積產(chǎn)量；Yii為單播時i單位面積產(chǎn)量；Yji為j、i混播時j 的單位面積產(chǎn)量；Yjj為單播時j 的單位面積產(chǎn)量；當RYT＞1時，說明種間干擾小于種內(nèi)干擾，混播組分可以利用部分不同的資源，從而減少種間競爭，此時各個混播組分可能有某種程度的生態(tài)位分化，表現(xiàn)出一定的共存關系；當RYT＝1時，說明在該混播比例下，混播組分共同利用了部分資源，環(huán)境資源沒有得到充分利用；當RYT＜1時，混播組分爭奪共同的資源，表現(xiàn)出相互競爭的種間關系，不適宜混播種植。

式中，Yij、Yii、Yji、Yjj與式（1）相同；Zij為i、j混播時i所占比例；Zji為i、j 混播時j 所占比例；CRi可用來衡量各混播組分競爭力的大小，當CRi＞1 時表明i的競爭力強；當CRi＝1 時混播組分競爭力相當；當CRi＜1時i的競爭力弱。

采 用Excel 2007 和SPSS 17．0 數(shù) 據(jù) 處 理 軟 件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析、計算均值等統(tǒng)計分析，分別對同一指標在不同混播組合、混播比例間進行單因素方差分析，并用LSD 法對各測定數(shù)據(jù)進行多重比較。

2 結果與分析

2．1 投入產(chǎn)出比

在相同面積的土地上，不同播種方式下的投入產(chǎn)出比差異很大（表2），2013和2014年兩年A3C1（紫花苜?！醚虿轂?∶3）這個組合的產(chǎn)出均顯著高于4種單播牧草及其他3個混播組合的，投入產(chǎn)出比均顯著小于4種單播牧草及其他3個混播組合的，其經(jīng)濟效果最好，并且該混播組合2014年的投入產(chǎn)出比明顯小于2013年的，產(chǎn)出量的增長明顯。

2．2 不同年限、茬次及混播比例下牧草產(chǎn)量的變化

2013和2014年兩年間幾種禾、豆科牧草在單播條件下，豆科牧草的產(chǎn)量均高于禾本科牧草的產(chǎn)量（表3），除2014年第3茬外，單播的沙打旺產(chǎn)量顯著高于苜蓿單播的產(chǎn)量（P＜0．05）?；觳ギa(chǎn)量與單播產(chǎn)量相比較，各混播組合的產(chǎn)量隨著豆科牧草播種比例的增加而上升，2014年第3茬中，豆科牧草∶禾本科牧草為7∶3的混播組合的產(chǎn)量顯著低于豆科牧草的單播產(chǎn)量。

表2 2013－2014年的投入產(chǎn)出比Table 2 The input－output ratio of 2013－2014

紫花苜蓿＋禾草的產(chǎn)量和沙打旺＋禾草的產(chǎn)量相比較，相同播種比例下，2013年第1 次刈割紫花苜蓿＋禾草的產(chǎn)量顯著高于沙打旺＋禾草的產(chǎn)量（P＜0．05），第2茬沙打旺＋禾草的產(chǎn)量顯著高于紫花苜蓿＋禾草的產(chǎn)量。

相同播種比例下豆科牧草＋羊草的產(chǎn)量與豆科牧草＋老芒麥的產(chǎn)量比較，整體上2013 年紫花苜蓿＋老芒麥的產(chǎn)量A1D3顯著高于A1C3（P ＜0．05），A3D1顯著低于A3C1，沙打旺＋羊草的產(chǎn)量均明顯高于沙打旺＋老芒麥的產(chǎn)量。2014年大部分第1茬、第2茬是豆科牧草＋羊草的產(chǎn)量顯著高于豆科牧草＋老芒麥的產(chǎn)量，第3茬是紫花苜蓿＋羊草的產(chǎn)量顯著高于紫花苜蓿＋老芒麥的產(chǎn)量，沙打旺＋老芒麥的產(chǎn)量明顯高于沙打旺＋羊草的產(chǎn)量。

2．3 飼草主要的營養(yǎng)成分產(chǎn)量

將各個牧草混播組合的主要營養(yǎng)成分的總產(chǎn)量按照不同混播組合和不同播種比例進行比較，發(fā)現(xiàn)A3C1（紫花苜蓿∶羊草為7∶3）混播組合的粗蛋白和粗脂肪總產(chǎn)量均顯著高于4種單播牧草和其他3個混播組合的粗蛋白和粗脂肪總產(chǎn)量，粗纖維含量顯著高于4種單播牧草及其他混播組合，但顯著低于A3D1、B3C1、B3D1（表4）。

2．4 不同年限及混播比例下各混播牧草組合的相對總產(chǎn)量

各混播組合的RYT 隨著組合中豆科牧草播種比例的增加而增大（表5），在豆科牧草∶禾本科牧草為7∶3的混播比例下最大。沙打旺＋禾本科牧草混播組合中RYT＞1 的組合多于紫花苜蓿＋禾本科牧草混播組合。在相同混播比例情況下，同一種豆科牧草分別與羊草及老芒麥混播時的RYT 也明顯不同。除2014年B1D3的RYT 略高于B1C3的RYT 外，其他羊草與豆科牧草混播的RYT 均高于老芒麥與相同豆科牧草在相同混播比例時的RYT。

表3 2013－2014年不同茬次各單播牧草及禾豆牧草混播的產(chǎn)量Table 3 Yield of mixed sowing combinations and single sowing forages during different cuttings in 2013－2014 kg·hm－2

表4 2014年主要營養(yǎng)成分的總產(chǎn)量Table 4 The production of major nutrients in 2014 kg·h m－2

表5 不同年限及混播比例下各混播牧草組合的相對總產(chǎn)量Table 5 Relative yield total of mixed sowing combinations during different years and sowing proportion

2．5 不同年限、茬次及混播比例下各混播牧草組合中禾豆牧草的比例

禾本科牧草的比例（Pg）隨著播種量的減小呈明顯的下降趨勢，而播種比例對混播組合中豆科牧草的比例（Pl）影響較小（表6）。

除2013年2茬外，其余茬次紫花苜蓿＋羊草組合中紫花苜蓿的比例高于相同播種比例下沙打旺＋羊草組合中沙打旺的比例，沙打旺＋老芒麥中沙打旺就沒有這樣的規(guī)律。大多數(shù)情況下，相同播種比例下豆科牧草＋羊草的混播組合中羊草所占的比例明顯高于豆科牧草＋老芒麥組合中老芒麥所占的比例。且在這4個混播組合中除2013年沙打旺＋羊草外，其余混播組合中羊草的Pg隨著采樣茬數(shù)的增加而逐漸增大，而老芒麥的Pg增長沒有呈現(xiàn)出這樣的規(guī)律。

2．6 不同年限及混播比例下各混播組合中禾、豆牧草競爭力的變化

總體上，紫花苜蓿＋禾本科牧草與沙打旺＋禾本科牧草這兩種混播組合中，禾本科牧草的競爭率（CRg）隨著豆科牧草播種比例的增加而降低，豆科牧草的競爭率（CRl）隨著豆科牧草播種比例的增加而增加（表7）。2013年的4種混播組合中，紫花苜蓿＋禾草組合中紫花苜蓿的CRl隨著豆科比例的增加而大幅度的增加，而沙打旺＋禾草組合中沙打旺的CRl上升幅度明顯小于紫花苜蓿＋禾本科牧草中紫花苜蓿CRl的上升幅度。2013－2014年，相同混播比例下，紫花苜蓿＋禾草組合中紫花苜蓿的CRl大于沙打旺＋禾草組合中沙打旺的CRl，而紫花苜蓿＋禾草的CRg小于沙打旺＋禾草組合中禾草的CRg。相同混播比例下，羊草＋豆科牧草中羊草的CRg大于老芒麥＋豆科牧草中老芒麥的CRg，羊草＋豆科牧草中豆科牧草的CRl小于老芒麥＋豆科牧草中豆科牧草CRl。

3 討論及結論

3．1 年限、茬次及混播比例對牧草產(chǎn)量以及相對總產(chǎn)量的影響

由于豆科牧草與禾本科牧草占有不同的生態(tài)位，所以豆禾牧草混播可以提高對光熱以及養(yǎng)分等自然資源的利用［22］，還可以提高牧草的品質(zhì)及產(chǎn)量等。吳姝菊［23］報道紫花苜蓿和無芒雀麥（Bromus iner mis）及扁穗冰草（Agropyron cristatu m）混播后，相比單播無芒雀麥以及單播扁穗冰草的3年產(chǎn)量分別提高了7．27%和15．46%，增產(chǎn)效果十分顯著。陳自勝等［24］研究了多年生豆科牧草苜蓿、沙打旺等和禾本科牧草羊草、披堿草等的不同混播組合和比例，發(fā)現(xiàn)苜?！醚虿轂?∶4時混播組合的產(chǎn)量最高。這是由于羊草是多年生根莖型禾草［25］，根系發(fā)達，根莖上具有潛伏芽，有很強的無性更新能力，早春返青早，生長速度快，秋季休眠晚，青草利用時間長。因此，羊草雖然苗期生長十分緩慢，但是后期生長發(fā)育能力強，與豆科牧草混播可以達到產(chǎn)量上的互補。洪紱曾［26］等研究發(fā)現(xiàn)利用羊草和苜蓿混播建植草地，不僅可以提高牧草產(chǎn)量，而且還可以增加草場的承載力；王祥忠等［27］研究發(fā)現(xiàn)羊草和草木樨（Melilotus of f icinalis）混播后經(jīng)過3 年就能恢復草原植被、提高草原生產(chǎn)力并獲得較高經(jīng)濟效益的有效措施，表明羊草與豆科牧草混播可以起到增產(chǎn)和改良草地的作用。

表6 不同年限、茬次及混播比例下各混播牧草組合中禾豆牧草的比例Table 6 Legu minous and graminaceous forages proportion of mixed sowing combinations during different years and cuttings and sowing proportion %

表7 不同年限及混播比例下各混播組合中禾豆牧草的競爭力Table 7 The competitive rate of leguminous and gr aminaceous f orages in the mixed sowing combinations during different years and sowing proportion

本研究表明，2013年和2014年的所有混播組合中當豆科牧草的播種比例為最小時，其產(chǎn)量總體低于豆科牧草的單播產(chǎn)量，但是高于禾本科牧草的單播產(chǎn)量，隨著豆科牧草播種比例的增加，相同面積土地的產(chǎn)草量呈穩(wěn)定的上升趨勢，這說明混播組合中豆科牧草播種比例達到一定的數(shù)值時，對混播草地的相對總產(chǎn)草量具有重要的貢獻。舒思敏等［28］關于扁穗牛鞭草（Hemarthria compressa）與紫花苜蓿不同混播比例的研究、馬海天才和周壽榮［29］對豆科禾本科牧草混播比例的研究以及包桂榮等［30］關于不同混播比例對豆科與禾本科牧草生長發(fā)育的影響的研究等，報道的結果都與此結論相似。但是王平等［5］對禾豆混播的研究結果是禾本科牧草對產(chǎn)量的貢獻大于豆科，與本研究結果不一致，這可能是因為其試驗地在松嫩平原，降水充足，而寧夏的草原屬于荒漠草原，降水量少，造成試驗結果差異。

本研究發(fā)現(xiàn)不同混播組合對產(chǎn)量亦產(chǎn)生顯著影響。紫花苜蓿＋羊草組合的總產(chǎn)量高于紫花苜蓿＋老芒麥組合的總產(chǎn)量，沙打旺＋羊草組合的總產(chǎn)量高于沙打旺＋老芒麥組合的總產(chǎn)量，在這4種豆禾混播組合中，羊草與豆科牧草混播得到較高的干草產(chǎn)量，說明不同的豆禾混播組合對產(chǎn)量會產(chǎn)生顯著地影響。這與鄭偉等［1］、潘正武和卓玉璞［31］等關于混播組合的研究結果一致。鄭偉等［32］報道了禾豆混播的RYT 值大于1，表明禾豆牧草混播后占有不同生態(tài)位，表現(xiàn)出一定的協(xié)調(diào)關系，有利于禾草與豆科牧草在群落中的共存。本研究中沙打旺與禾草混播RYT＞1的組合比紫花苜蓿與禾草混播的組合多且沙打旺∶禾本科牧草為7∶3混播組合的RYT兩年均值大于與之相對應相同播種比例的禾本科牧草與苜蓿混播的RYT，說明沙打旺和羊草混播的均衡性比苜蓿和羊草混播的好，即沙打旺和羊草的混播組合中，禾豆牧草可以更好地協(xié)調(diào)利用資源，更有利于栽培草地的穩(wěn)定。通過對各個混播組合的相對總產(chǎn)量RYT 的對比發(fā)現(xiàn)沙打旺＋禾草組合中RYT＞1的組合比紫花苜蓿＋禾草混播的組合多，這個結果與朱林等［17］的研究結果一致。

本研究結果表明，播種比例為紫花苜?！醚虿轂?∶3時，飼草的干草產(chǎn)量最高，粗蛋白和粗脂肪的總產(chǎn)量在4個混播組合中最高，其營養(yǎng)價值最好。播種比例為沙打旺∶羊草為7∶3時，組合的穩(wěn)定性更好。

3．2 年限、茬次及混播比例對牧草混播之后各種牧草的比例、競爭力的影響

各混播組合中，豆科（禾本科）牧草的比例、競爭力隨著其播種比例的增加（減少）總體上呈上升（降低）的趨勢。2013年和2014年的各個混播組合中，豆科牧草＋羊草組合中羊草的Pg大于豆科牧草＋老芒麥組合中老芒麥的Pg，隨著茬次的增加，豆科牧草的Pl、CRl逐漸減小，而禾本科牧草的Pg、CRg呈相反的趨勢。由于羊草和老芒麥在苗期生長都十分緩慢，容易受其他牧草的抑制［33－34］，所以2013年第1茬紫花苜蓿＋禾本科牧草組合中禾本科牧草的Pg和CRg都比較低，并且紫花苜蓿的CRl遠高于禾本科牧草的CRg。隨著種植年限的增加，紫花苜蓿＋禾草組合中紫花苜蓿的CRl均高于其組合中禾草CRg且隨著紫花苜蓿播種比例的增加其CRl呈上升趨勢，所以紫花苜蓿的種間競爭率在不同的混播比例中都占有優(yōu)勢。這與錫文林和張仁平［35］描述的紫花苜蓿和無芒雀麥在不同混播比例下，紫花苜蓿的產(chǎn)量和種間競爭力始終占據(jù)優(yōu)勢，而且隨著紫花苜蓿混播比例的增大，其競爭率增大的結果一致。

紫花苜蓿＋禾本科牧草組合中禾草的競爭力皆小于相同比例下沙打旺＋禾本科牧草組合中的禾草的競爭力，這與苜蓿和沙打旺的生長特性有關。由于沙打旺生長形態(tài)與苜蓿不同，其莖葉比高于苜蓿，即莖稈是構成產(chǎn)量的主要因素，所以對禾本科的遮擋較小，為禾本科牧草留出了一定的生存空間［9］，從而導致沙打旺＋禾草組合中禾本科的競爭力比苜蓿＋禾草組合中禾草的競爭力大。

雖然建植混播草地存在競爭退化等弱點，但是此問題可以通過選擇適當?shù)幕觳テ贩N和混播比例來解決。加拿大的牧草混播技術相當發(fā)達，在建設放牧型栽培草地的時候經(jīng)常使用牧草的混播，并且開發(fā)有關牧草混播技術的軟件，以便實現(xiàn)高產(chǎn)，提高草地的利用效率［36］。目前，牧草混播已廣泛應用于我國南方的草山開發(fā)、北方的天然草地改良和多年生栽培草地利用，以放牧草地中的應用最為廣泛。此外，將豆科和禾本科混合青貯，不僅可減少豆科牧草青貯腐爛現(xiàn)象，也便于家畜獲得更全面的營養(yǎng)［37］。

綜上所述，在紫花苜蓿＋禾草混播組合中，當紫花苜蓿的比例最大時，其競爭力與組合中的禾草相比占絕對優(yōu)勢，且紫花苜蓿＋羊草混播組合的產(chǎn)量、粗蛋白和粗脂肪的總產(chǎn)量、相對總產(chǎn)量和競爭力等均優(yōu)于紫花苜蓿＋老芒麥混播的組合。在沙打旺＋羊草混播組合中，隨著時間的推移，羊草的比例不斷增加并逐漸與沙打旺的比例持平，羊草的競爭力也逐漸增加甚至遠大于沙打旺的競爭力。因此，在寧夏中部干旱帶建植栽培草地時，如果注重產(chǎn)量、營養(yǎng)均衡和適口性等，可以優(yōu)先考慮按紫花苜蓿∶羊草為7∶3的播種比例進行混播；如果注重栽培草地的穩(wěn)定性和豆禾牧草的均衡性，可以選用沙打旺∶羊草為7∶3的播種比例進行混播。栽培草地穩(wěn)定性的研究需要經(jīng)歷較長時間的檢驗，由于本研究只進行了兩年，因此，還需要繼續(xù)研究不同的混播組合及混播比例隨年限的延續(xù)群落穩(wěn)定性的演變規(guī)律。

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