寧夏引黃灌區燕麥與箭筈豌豆的混播效果研究

馮琴，何小莉，王斌，王騰飛，倪旺，馬霞，明雪花，鄧建強，蘭劍，3*

（1. 寧夏大學林業與草業學院，寧夏 銀川 750021；2. 寧夏草牧業工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021；3. 農業農村部飼草高效生產模式創新重點實驗室，北京 100125；4. 石嘴山市畜牧水產技術推廣服務中心，寧夏 石嘴山 753000）

近年來，持續增長的畜產品需求為實踐農牧系統一體化提供了動力，同時也加劇了飼草料短缺[1］。引黃灌區地處寧夏境內黃河上游，是傳統的農牧業經濟區，但受傳統灌溉方式、經濟技術條件、農業生產經營方式粗放以及種植結構不合理等問題影響，致使該區農業生產過程資源利用率低下，飼草可獲得性和質量有限，極大地限制了農民的收入和區域畜牧業的發展[2-3］。因此，大力開發利用飼料資源、多渠道增加優質飼草供應對保障畜產品供應具有重要意義[4］。建植人工草地是提高該區飼草產量的有效途徑[5］。

箭筈豌豆（Vicia sativa）作為一年生半攀援性豆科牧草，富含粗蛋白質，且纖維含量低[6］；燕麥（Avena sativa）是一年生禾本科牧草，盡管其產量高，但粗蛋白含量相對較低，單種草提供的質量水平對大多牲畜來說是不夠的，而將燕麥與箭筈豌豆混播可以解決這些問題[7］。兩者混播后，燕麥可為攀爬的箭筈豌豆提供機械支撐，改善水和養分的吸收以及光的攔截，從而獲得更多的干物質積累[8］，同時提高牧草的質量[9］。而豆禾混播作物的產量和品質很大程度上取決于混播物種及其所占比例[8，10］。近年來，與豆禾混播相關的研究已有大量報道，如徐強等[11］將不同品種箭筈豌豆與黑麥（Secale cereale）混播，發現混播后草地生產性能明顯增強，箭筈豌豆和黑麥的株高、總枝條數均增大；劉彥培等[12］研究發現小黑麥（×Triticosecale）和飼用豌豆（Pisum sativum）適宜比例混播可有效改善飼草營養品質，同時改善土壤理化性質。扁蓿豆（Medicago ruthenica）和無芒雀麥（Bromus inermis）在20∶80 混播比例下的干草產量較扁蓿豆和無芒雀麥單播分別提高了93.14%和25.06%[13］。楊鵬年等[14］研究發現，燕麥與箭筈豌豆在比例為50∶50 混播模式下，粗蛋白含量較燕麥單播提高46.89%。馮廷旭等[15］研究表明，燕麥與箭筈豌豆7∶3 混播時，不但具有較高的飼草產量，而且還有效增加了土壤養分積累。研究發現，混播比例的變化會影響混播物種的競爭關系，進而影響作物產量[2］。以上研究結果表明，適宜的混播比例可豐富群落結構，促進空間合理搭配，提高資源利用效率，加強群落穩定性，從而提高牧草產量[16］。目前，關于燕麥與箭筈豌豆混播的研究主要側重于混播組合、比例及方式等對飼草生產性能、營養品質和種間關系的影響，其中二者相對獨立。不同混播比例是影響種間競爭和群體生長潛力的主要因素。因此，研究不同混播比例條件下燕麥與箭筈豌豆的混播效果，對維持較高生產力具有重要意義。鑒于此，本研究以燕麥與箭筈豌豆為試驗材料，探討混播比例對草地生產性能、營養價值、種間競爭以及經濟效益的影響，確定適宜寧夏引黃灌區的燕麥與箭筈豌豆混播比例，以期為當地農民增收和畜牧業健康持續發展提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2022 年5-10 月在寧夏回族自治區銀川市寧夏農墾茂盛有限公司草業基地（38°55′ N，106°06′ E，海拔1135 m）開展，屬典型溫帶大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫11.3 ℃，年日照時數2718.9 h，年降水量為146.3 mm 左右，主要集中在3、9 月（圖1），無霜期170 d 左右。土壤類型為灰鈣土，田間持水量19.17%，容重1.52 g·cm-3，土壤總孔隙度38.25%，土壤有機質9.55 g·kg-1，土壤全氮1.18 g·kg-1，土壤全磷0.75 g·kg-1，土壤全鉀19.48 g·kg-1。

圖1 2022 年試驗區不同月份降水量和平均氣溫情況Fig.1 Precipitation and average temperature in 2022

1.2 試驗材料

‘喜越’燕麥，‘普通’箭筈豌豆，詳細信息如表1所示。

表1 供試材料信息Table 1 Information of test materials

1.3 試驗設計

試驗采用單因素隨機區組設計，設置6個處理，即4個不同混播比例（燕麥∶箭筈豌豆）分別是：5∶5（A5V5）、6∶4（A6V4）、7∶3（A7V3）和8∶2（A8V2），以 及2個單播處理：燕麥單播（A）和箭筈豌豆單播（V），燕麥與箭筈豌豆的具體播種量如表2 所示?；觳シ绞綖橥谢觳?，以條播方式進行人工翻耕、耙耱、整平、開溝播種，行距30 cm，播深4～5 cm。小區面積18 m2（3 m×6 m），每個處理3 次重復，總計18個小區。小區間隔1 m，設2 m 保護行。試驗地前茬作物為小黑麥，第1 茬 于2022 年5 月20 日 播 種，2022 年7 月24 日 收 獲（燕麥灌漿期、箭筈豌豆開花期）；第2 茬于2022 年7 月26 日播種，2022 年10 月2 日收獲（燕麥灌漿期、箭筈豌豆開花期）。

表2 各處理播種量詳細信息Table 2 Test processing information （kg·hm-2）

試驗地灌水方式采用地面滴灌，滴灌帶間隔60 cm，滴頭間隔30 cm。生長季灌水3 次（第1 茬灌水日期：2022 年5 月21 日、6 月18 日和7 月10 日；第2 茬灌水日期：7 月25 日、8 月20 日和9 月12 日），每次灌水量為825 m3·hm-2；拔節期施尿素120 kg·hm-2（總氮≥46%）、磷酸二銨120 kg·hm-2（P2O5≥46%），生育期內人工除草1 次。

1.4 指標測定及方法

1）株高：刈割前在每個小區內隨機選取燕麥、箭筈豌豆各20 株，測定其自然高度。

2）干草產量：于燕麥灌漿期刈割，每個小區隨機選取6個0.6 m×0.6 m 的樣方收獲，留茬高度5～6 cm，收獲后將箭筈豌豆與燕麥分開，放置在烘箱中105 ℃殺青30 min，陰干至恒重，并測定干重，通過計算鮮干比，換算混播草地每hm2干草產量。

3）土地當量比（land equivalent ratio， LER）：在混播系統的研究中，經常用于評定混播優勢，它可以表示混播系統內物種對資源利用的競爭性大小。

式中：LERa和LERv分別表示燕麥和箭筈豌豆的偏土地當量比，LER為混播群落的土地當量比；Yaa和Yvv分別表示燕麥和箭筈豌豆的單播產量，Yav表示燕麥同箭筈豌豆混播時燕麥的產量，Yva表示燕麥同箭筈豌豆混播時箭筈豌豆的產量。當LER＞1，具有產量優勢，LER越大則增產效益越明顯；當LER=1，表示燕麥和箭筈豌豆混播與兩個草種單播產量相當，對相同有限資源有相等的利用能力；當LER＜1，表明混播拮抗，在混播系統中，無混播優勢[17］。

4）相對產量（relative yield， RY）及相對產量總和（total relative yield， RYT）

式中：RYa和RYv分別表示燕麥和箭筈豌豆的相對產量，RYT表示混播系統豆禾相對產量總和。Xav為燕麥所占混播比例，Xva為箭筈豌豆所占混播比例，其中Xav+Xva=1。若RY＞1，說明該草種種內競爭大于其種間競爭；RY=1，說明該草種種內競爭與種間競爭相似；RY＜1，說明該草種種間競爭大于其種內競爭（圖2）。若RYT＞1 說明混播系統種間干擾小于種內干擾，燕麥和箭筈豌豆間表現出一定的共生關系；RYT=1，說明混播草地燕麥和箭筈豌豆間利用共同的資源；RYT＜1，說明混播草地燕麥和箭筈豌豆對資源競爭激烈，二者之間存在拮抗[18］。

圖2 兩物種的競爭模式Fig.2 Competition patterns between the two species

5）侵略強度（aggressivity， A）：侵略強度可用于確定兩物種間的競爭關系。

式中：Aa和Av分別代表燕麥和箭筈豌豆的侵略強度。若Aa＞0，表示燕麥為優勢作物；若Aa=0，表示燕麥與箭筈豌豆具有相同的競爭力；若Aa＜0，表示箭筈豌豆為優勢作物[19］。

6）競爭比率（competition ratio， CR）：競爭比率是反映混播群體中植物競爭強弱的一個指標。

式中：CRa和CRv分別代表燕麥和箭筈豌豆的競爭比率。CRa＞1 表明燕麥競爭能力更強；反之，則是箭筈豌豆競爭能力更強[20］。

7）系統生產力指數（system productivity index， SPI）：系統生產力指數可用于評估混作系統的生產力和穩定性[21］。

8）營養成分測定：將燕麥和箭筈豌豆干樣整株粉碎，使用極光手持近紅外儀（SN 117618，德國）測定樣品的營養成分[包括粗蛋白（crude protein， CP）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber， NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber， ADF）的含量］，每個樣品掃描4 次，然后計算平均值，每個樣品中進行了3 次技術重復分析。根據粗蛋白含量可計算粗蛋白產量（crude protein yield， CPY）[22］；根據中性、酸性洗滌纖維含量，計算相對飼喂價值（relative feed value， RFV）[23］。

9）經濟效益分析：經濟效益用以評估燕麥與箭筈豌豆混播的經濟可行性。包括混播和單播處理下燕麥與箭筈豌豆生產的總支出：燕麥與箭筈豌豆種子、機械（土地準備）、肥料、灌溉、人工（田間管理，包括人工除草）和收割的成本。每種處理的總收入根據寧夏燕麥與箭筈豌豆干草的年度市場價格估算（表3）。

表3 各項目的價格信息Table 3 Price information of each item

1.5 統計分析

采用Microsoft Excel 2019 進行數據整理，使用SPSS Statistics 26.0 進行數據分析，采用Shapiro-Wilk 檢驗各數據分布的正態性，部分數據不符合正態分布時，采用非參數檢驗中的Kruskal-Wallis 檢驗（P＜0.05）進行進一步分析，且通過Bonferroni 校正法調整顯著性值。研究的主要因子（茬次、不同混播比例）以及它們之間的相互作用，采用Scheirer-Ray-Hare 檢驗進行兩因素非參數方差分析[24］。采用Origin 2021 制圖。

2 結果與分析

2.1 混播比例對牧草農藝性狀的影響

如圖3 所示，燕麥株高相較箭筈豌豆高，茬次、混播比例及其交互作用對燕麥株高均有極顯著影響，茬次與混播比例交互作用對箭筈豌豆株高有極顯著影響（P＜0.01）。 在A 處 理 下 燕 麥 平 均 株 高 最 高（103.40 cm），較A7V3、A5V5、A8V2和A6V4處理分別高5.40%、5.38%、4.92%和3.82%。第1 茬燕麥與箭筈豌豆株高均無顯著差異（P＞0.05），燕麥株高最高的是A6V4處理，為105.90 cm；箭筈豌豆株高最高的是A5V5處理，為84.25 cm。第2 茬燕麥株高最高的為A 處理（101.80 cm），與A5V5、A6V4、A7V3和A8V2處理分別相差9.94、8.50、10.10 和10.00 cm；箭筈豌豆最高 的 是V 處 理，較A5V5、A7V3和A8V2處 理 分 別 增 加15.99%、11.23%和21.26%。

2.2 混播比例對牧草產量的影響

由表4 和圖4 可知，茬次、混播比例及其交互作用對燕麥產量、箭筈豌豆產量、總干草產量和粗蛋白產量均有顯著影響（P＜0.05），其中第2 茬產量極顯著高于第1 茬（P＜0.01）。第1 茬A8V2處理的燕麥干草產量最高，較A處理提高36.00%。箭筈豌豆干草產量隨著混播所占比例的增加而增加，且混播處理箭筈豌豆干草產量較V 處理降低83.30%～92.53%，其中A5V5處理的箭筈豌豆干草產量最高。A8V2處理的總干草產量最高，分別較A 和V 處理上升了40.41%和137.93%。各混播處理粗蛋白產量均高于單播處理，其中A6V4處理的粗蛋白產量最高，為0.95 t·hm-2。第2 茬，A7V3處理的燕麥干草產量最高，且較A 處理提高7.67%?；觳ヌ幚砑Q豌豆干草產量較V 處理降低84.91%～92.74%。A6V4、A7V3和A8V2處理的總干草產量均高于單播，其中A7V3和A8V2處理總干草產量顯著高于V 處理。各混播處理粗蛋白產量介于A 和V 處理之間，且各混播處理差異不顯著。各處理年總干草產量介于9.05～17.62 t·hm-2之間，其中A8V2處理顯著高于A5V5、A 和V 處理（P＜0.05）。V 處理的年總粗蛋白產量最高（2.06 t·hm-2），且與A7V3和A 處理分別相差0.37 和0.84 t·hm-2。

表4 牧草產量的顯著性檢驗（F 值）Table 4 Significance test of forage yield （F value）

圖4 不同混播比例下牧草的干草產量Fig.4 Hay yield of forage grass under different mixed sowing ratios

2.3 混播比例對牧草土地生產力的影響

結合表5 和圖5 可知，第1 茬的LERa、LER均極顯著高于第2 茬（P＜0.01）；且不同混播比例對LERa、LERv有顯著影響（P＜0.05），LERa兩茬的均 值表現 為A8V2＞A6V4＞A7V3＞A5V5，分別為：1.27、1.17、1.09、1.00。LERv兩茬均值表現為：A5V5＞A6V4＞A7V3＞A8V2，分別為：0.16、0.12、0.09、0.08。LER 值均在LERa=LERv的左側，即為LERa＞LERv，這表明燕麥在混播制度中存在優勢。LERv值隨著箭筈豌豆所占混播比例的減少而降低。兩茬的LER 值，除第2 茬的A5V5處理外，其他均大于1，表明混播牧草間產生的互補作用大于競爭作用，且兩茬中A8V2處理的LER 均為最高值，分別為1.45、1.15，表明單播需要增加45.00%、15.00%的土地才能達到混播的草產量。

表5 牧草土地生產力及競爭指標的顯著性檢驗（F 值）Table 5 Significance test of pasture land productivity and competition index （F value）

圖5 不同混播比例的偏土地當量比Fig.5 Partial land equivalent ratio of different mixed sowing ratio

2.4 混播比例對牧草競爭指標的影響

由表5、圖6a 和b 可知，第1 茬的RYa、RYT=LER均顯著高于第2 茬（P＜0.05）；且不同混播比例對RYa、RYv均有顯著影響（P＜0.05）；兩茬的RY 值分布區域根據圖2 可知，燕麥抑制箭筈豌豆的生長，且燕麥占據競爭優勢地位?；觳ゲ莸氐? 茬的侵略強度（A）和系統生產力指數（SPI）均極顯著高于第2 茬（P＜0.01）。Aa＞0 ＞Av、CRa＞1 ＞CRv，表明燕麥的侵占力大于箭筈豌豆，燕麥占據優勢地位。A8V2處理的SPI 值最大，為8.94，且顯著高于A5V5處理（P＜0.05，圖6）。

2.5 混播比例對牧草營養價值的影響

如表6 所示，茬次、混播比例及其相互作用對牧草營養品質有顯著影響（P＜0.05）。從兩茬平均結果來看，V處理的粗蛋白含量最高，較A7V3、A8V2和A 處理分別高11.49%、11.57%、13.25%，其中，混播處理的粗蛋白含量隨著箭筈豌豆混播比例的增加而增加。V 處理的中性、酸性洗滌纖維含量最低，較A7V3處理分別降低了29.33%、16.30%。V 處理的相對飼喂價值最高（124.38），其次為A5V5。第1 茬，V 處理的粗蛋白含量最高，較A7V3、A8V2和A 處理分別提高66.76%、76.40%和80.82%；V 處理的中性洗滌纖維含量最低，與A6V4、A7V3和A8V2處理分別相差15.07%、17.09%和17.21%；V 處理的酸性洗滌纖維含量最低，較A8V2、A6V4和A7V3處理分別低9.40%、10.47%和13.75%；相對飼喂價值表現為：V＞A5V5＞A＞A6V4＞A8V2＞A7V3。第2 茬，V 處理粗蛋白含量最高，與A8V2、A7V3和A 處理相差15.33%、15.77%和18.46%；V 處理的中性洗滌纖維含量最低，較A8V2、A7V3和A 處理分別降低30.49%、31.63%和33.77%。V 處理的酸性洗滌纖維含量最低，較A、A7V3和A8V2處理分別相差7.13%、8.07%和8.72%；相對飼喂價值最高為V 處理，其次為A6V4處理。

2.6 經濟效益分析

牧草產量可直接影響各處理的毛收入和凈收入（表7）。在兩茬牧草中，A8V2處理獲得最高的毛收入（18617元·hm-2）和凈收入（8209 元·hm-2），而V 處理則為最低毛收入（10858 元·hm-2）和凈收入（1758 元·hm-2）。綜合來看，A8V2處理的凈收入較A 處理和V 處理分別提高了69.31%和366.95%，表明在A8V2處理下平均經濟效益較優，有利于增加收入。

表7 不同處理草地支出、毛收入、凈收入的比較Table 7 Comparison of grassland expenditure， gross income and net income under different treatments （元Yuan·hm-2）

3 討論

3.1 不同混播比例對牧草產量和土地生產力的影響

混播作為高效種植制度，在牧草增產增效方面具有重要作用[22］。本研究中，燕麥與箭筈豌豆混播草地產量顯著高于箭筈豌豆單播，燕麥混播產量相當于單播的94.50%～118.66%，箭筈豌豆混播產量相當于單播的7.98%～15.74%，說明混播時燕麥產量明顯提高，而箭筈豌豆產量降低（圖2）。這與前人研究結果一致[25］。本研究發現，燕麥與箭筈豌豆以A8V2混播時產量最高，這與孫杰等[26］所得到的混播比例一致，但播種量不同，主要是由于不同牧草品種以及不同地域表現出的種間相容性存在差異。

土地當量比（LER）是衡量土地生產力的重要指標，可用于評價復合種植方式下土地利用效率。研究發現，在不同生態類型區、不同混播組合和比例對土地生產力提高的幅度也不同。李興龍等[27］對不同飼草混播模式的種間關系影響研究發現，玉米（Zea mays）與拉巴豆（Dolichos lablab）混播，其LER 值為1.31，資源利用效率最高，且群落結構最為穩定。郭常英等[28］對燕麥與飼用豌豆混播方式研究表明，混播處理的LER 值為1.26～1.74，表現出明顯的混播優勢。在本研究中，混播處理的平均LER 值均大于1，具有混播優勢，其中A8V2和A6V4處理的LER值分別為1.30 和1.24，土地生產力提高30%和24%。同時研究發現LERa＞LERv，說明燕麥在此混播系統中表現出產量優勢，而箭筈豌豆則表現出產量劣勢。這與李興龍等[27］、郭常英等[28］的研究結果相似，均在豆禾混播后表現出產量優勢。

3.2 不同混播比例對牧草種間競爭關系的影響

在混播系統中，對于競爭同一資源的物種，當種內競爭強于種間競爭時，能夠形成共存，并最終體現出生長和物質積累的優勢[29］。不同混播比例導致混播作物競爭作用存在差異，因此作物種間關系也不同[2］。在本研究中，混播草地相對產量總和（RYT）均大于1.0，即燕麥與箭筈豌豆混播草地種內競爭大于種間競爭，表明燕麥與箭筈豌豆混播后種間相容性較好，因而有形成較高生產力的潛力（圖6）。通常，禾本科牧草被認為是豆禾混播系統中的優勢作物[30］。在本研究中獲得了類似的結果，從Aa＞0、CRa＞1.0 可以看出，燕麥在混播系統中占據競爭優勢地位[31］，其原因在于燕麥與箭筈豌豆混播，燕麥較高的株高導致葉片被遮擋（圖3），燕麥地上光截獲量增加以及地下養分、水分利用效率提高；箭筈豌豆的植物學特性與燕麥不同，在對土壤水分和養分吸收競爭[8］及對光截獲爭奪中處于不利地位[10］，其生長發育受到影響必然造成箭筈豌豆產量的降低。綜上所述，燕麥對環境資源的獲取能力強于箭筈豌豆。因此，本研究中箭筈豌豆的生產力較單播受到更強的限制，導致箭筈豌豆產量減少。

3.3 不同混播比例對牧草營養品質的影響

牧草的營養品質是評定草地生產力的重要方面，其中粗蛋白含量、纖維含量和相對飼喂價值是評價飼草品質的重要指標[25］。已有研究表明，與禾本科牧草單一栽培相比，在禾本科牧草中添加豆科牧草混播可提高整體的飼草質量[32］。本試驗中，箭筈豌豆單播的平均粗蛋白含量（21.99%）顯著高于燕麥單播（8.74%），燕麥單播的粗蛋白產量最低（0.61 kg·hm-2），混播處理中A6V4粗蛋白產量最高（0.95 t·hm-2），但與其他混播處理無顯著差異，表明混播草地相較于燕麥單播提高了牧草的粗蛋白產量，這與王騰飛等[4］和Rinke 等[10］的研究結果一致。在本試驗中，不同混播比例對牧草營養品質有顯著影響（表6），在混播處理中，A5V5處理的粗蛋白含量、相對飼喂價值最高，且中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量最低。此外，A7V3和A8V2的相對飼喂價值均低于單播處理，主要因為燕麥的纖維含量高于箭筈豌豆，消化率較低，增加燕麥的比例會降低混合牧草的消化率。這些結果表明，采用適宜的比例混播是提高牧草品質的關鍵。

3.4 經濟效益分析

凈收入是評價采用任何新的種植方式或實踐的主要因素。研究發現，復合種植較單作具有經濟優勢[33］。本研究中，與燕麥和箭筈豌豆單播相比，所有混播處理均具有較高的毛收入和凈收入，而A8V2處理的經濟總產值高于其他混播處理及單播，且其凈收入較單播分別提高69.31%和366.95%，表明在燕麥與箭筈豌豆混播種植體系中，8∶2 混播模式能夠有效協調作物群體和環境條件，有效利用環境資源，從而獲得較高單位面積的草產量和經濟效益。

4 結論

混播比例對燕麥與箭筈豌豆混播草地產量和品質均有顯著影響?；觳ヌ幚磔^箭筈豌豆單播處理顯著增產。不同的混播比例對土地當量比及其他競爭指標均有影響，其中各混播處理的土地當量比均大于1，表明這些混播群落種間促進作用大于競爭作用，具有混播優勢；競爭指標表明，燕麥的侵占力大于箭筈豌豆，呈現出燕麥抑制箭筈豌豆生長的現象。燕麥與箭筈豌豆以A5V5混播時，營養品質較為優良。綜合各項指標發現，燕麥與箭筈豌豆以A8V2混播時，年干草產量（17.62 t·hm-2）和年凈收入（16418 元·hm-2）為最高，粗蛋白產量為1.84 t·hm-2。綜上，在寧夏引黃灌區建議優先施行燕麥與箭筈豌豆以8∶2 的比例混播。