白羊草与胡枝子混播对牧草生产性能和品质的影响

Effects of Mixed Sowing Ratio of Bothrichloa ischaemum and Lespedeza davurica on Forage Production Performance and Quality

摘要

为探究乡土草种最佳混播比例对牧草生产性能和品质的影响,选取乡土草太行白羊草（Bothrichloa ischaemum cv.Taihang）和晋农1号达乌里胡枝子（Lespedeza davurica cv.Jinnong 1）为试验材料，按照白羊草∶胡枝子1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、2∶1、3∶1、4∶1设置7个处理，同时以2个单播为对照（T_ck、J_ck），随机区组设计,测定株高、产量、叶茎比、粗蛋白含量等生产性能和品质指标。结果表明，5月至6月初，白羊草的生长速度为0.14~0.48 cm/d，以白羊草与胡枝子的比例1∶1最高，T_ck最低；至7月初，白羊草的生长速度显著增加，以白羊草与胡枝子的比例1∶4混播生长最快，白羊草与胡枝子的比例2∶1混播生长速度最慢，整体生长速度为0.31~1.88 cm/d；胡枝子生长速度为0.58~1.55 cm/d。干草产量以白羊草与胡枝子的比例1∶4（15.21 t/hm²）和1:3（15.77 t/hm²）混播组合较高，显著高于对照；混播增加了牧草粗蛋白质含量。以白羊草与胡枝子的比例1∶3和1∶4混播组合的株高、干草总产量、粗蛋白质含量最高，2种草混播种间相容性好，并提高了牧草的生产性能和品质。

Abstract

To explore the effects of the optimal mixed sowing ratio of native grass species on the production performance and quality of forage, in this study, Bothrichloa ischaemum cv.Taihang and Lespedeza davurica cv. Jinnong 1 were selected as test materials. 7 treatments according to the 1∶1, 1∶2, 1∶3, 1∶4, 2∶1, 3∶1, and 4∶1 ratio of B. ischaemum to L. davurica were set. Two unicast treatment(T_ck, J_ck) were set as the control, a randomized block design was used, and the production performance and quality indexes including plant height, yield, leaf-stem ratio, and crude protein content were determined.The results showed that the growth rate of B. ischaemum ranged from 0.14-0.48 cm/d from May to early June, with the highest ratio of 1∶1 and the lowest T_ck. By early July, the growth rate of B. Ischaemum increased significantly, with the fastest growth rate of 1∶4 and the slowest growth rate of 2∶1, and the overall growth rate ranged from 0.31 to 1.88 cm/d. The growth rate of L. davurica ranged from 0.58 cm/d to 1.55 cm/d. The hay yield of mixed sowing was the highest at 1∶4(15.21 t/ha) and 1∶3(15.77 t/ha), which was significantly higher than that of the control. Mixed sowing increased the content of crude protein. In the mixed sowing combination, the combinations of 1∶3 and 1∶4 had the highest plant height, hay yield, and crude protein content, mixed sowing of the two kinds of grass had good compatibility and improved the production performance and quality of forage.

Graphical abstract

关键词

太行白羊草 / 晋农1号达乌里胡枝子 / 混播 / 干草产量 / 粗蛋白质含量

Key words

Bothrichloa ischaemum cv. Taihang / Lespedeza davurica cv. Jinnong 1 / mixed sowing / hay yield / crude protein content

白羊草是山西畜牧业发展不可或缺的优良草地资源，也是我国北方地区畜牧业生产及生态恢复的重要草种之一。白羊草草地作为山西中南部低山丘陵区的主要草地类型^[1]，面积占山西省草地总面积的1/3以上^[2]，是山西省主要的草地类型。但由于长期放牧利用和人为不合理开放，造成草地退化和水土流失。人工草地的建立是可持续实施生态恢复与系统重建的发展战略措施，国内外的多项研究表明，豆科牧草与禾本科牧草混播草地能够利用不同的生态位，比单播草地的结构更稳定，提高草地产量和质量的同时还能提高土壤肥力^[3]。目前，禾豆混播人工草地国内外研究主要集中在混播草种组合和混播比例的筛选上^[4]，且人工草地选择草种均为栽培品种，对乡土优良草种研究不足。

本试验选取山西农业大学自主驯化选育的乡土草种太行白羊草和晋农1号达乌里胡枝子，通过不同混播比例组合，对其生产性能、营养品质进行研究，以筛选出最佳的混播比例组合，为后期合理保护和开发利用这些优良乡土牧草，解决人工草地缺乏优良草种、使用年限短、稳定性的问题，建设高产优质人工草地提供理论依据和科学指导。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

混播草地建植在山西省太谷县山西农业大学动物科技试验站（37.2°N，112.3°E)，海拔800 m。属于温带大陆性气候，年平均气温为10.8 ℃；7月的温度最高，平均气温为23.9 ℃；1月的温度最低，平均气温为-4.9 ℃。年均降水量在450~490 mm。无霜期大约170 d。土壤类型为石灰性褐土。

1.2 试验设计

试验材料太行白羊草（Bothrichloa ischaemum cv. Taihang）与晋农1号达乌里胡枝子（Lespedeza davurica cv. Jinnong 1）为山西农业大学自主驯化选育品种。按照太行白羊草（T）∶晋农1号达乌里胡枝子（J）的行比设置7个处理，分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、2∶1、3∶1、4∶1，2个单播为对照（T_ck和J_ck），每个处理3次重复，随机区组设计。小区长5 m，宽3 m。采用间行条播播种，行距为30 cm，东西走向。太行白羊草的播种量为10 kg/hm²，晋农1号达乌里胡枝子的播种量为15 kg/hm²，不施肥，不定期地灌溉、除草。

1.3 测定项目及方法

试验第1年播种，第2年进行指标测定分析。株高、生长速度（R，cm/d）每10 d测定一次。叶茎比、牧草粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）等依据常规方法测定^[5]。

在白羊草抽穗期以收获法分种刈割测定产量。

相对产量总和（RYT）（干草产量计算）=Ybs/Ybb+Ysb/Yss（1）

式中，Ybs为混播条件下白羊草的产草量；Ybb为白羊草单播时的产草量；Ysb为混播条件下胡枝子的产草量；Yss为胡枝子单播时的产草量。RYT值表明物种间竞争力，当该值大于1.0时，说明白羊草种内竞争大于混播时的种间竞争，混播牧草间表现为一定的共生关系；当该值等于1.0时，说明混播牧草能利用共同的资源；当该值小于1.0时，混播牧草间对资源竞争激烈。

种间竞争力（CR_b ）（干草产量计算）=（Ybs/Ybb×Zbs）/（Ysb/Yss×Zsb)（２）

式中，Zbs和Zsb分别为混播草地中的混播比例，CR_b 大于1，表明白羊草的竞争力大于胡枝子；CR_b 等于1，表明混播牧草竞争力相当；CR_b 小于1则表明白羊草的竞争力小于胡枝子。同理可计算出混播草地中胡枝子的竞争率CR_s。

1.4 数据处理

采用Excel进行数据处理，采用SPSS 22.0进行差异性分析，绘图用Origin 2022完成。

2 结果与分析

2.1 不同牧草混播比例对生产性能的影响

从图1、2可以看出，6月10日前白羊草生长很缓慢，之后开始迅速生长，7月1—21日，1∶4混播比例的株高达到最高，为81.77 cm；1∶1、1∶2、1∶3混播比例株高明显高于其他比例。单播白羊草（T_ck）株高最低，为69.82 cm，单播达乌里胡枝子（J_ck）株高在不同生育时期均高于混播胡枝子，最高可达101.45 cm。1∶4混播比例株高达到85.76 cm，其次依次为1∶1混播比例和3∶1混播比例，分别为85.74、84.31 cm；4∶1混播比例株高最低，为75.57 cm。

从4月返青开始，5月中旬至6月初白羊草经历分蘖期、拔节期，生长速度在0.14~0.48 cm/d，随生育期推移逐渐增加，以1∶1最高，T_ck最低；拔节期后至7月初，白羊草的生长速度增加，以1∶4生长最快，2∶1生长最慢，整体生长速度在0.31~1.88 cm/d。胡枝子的生长速度在5月初分枝期至6月中旬孕蕾期不同混播比例呈现显著增加趋势（P<0.05），生长速度在0.38~1.89 cm/d，以J_ck生长最快，1∶2和4∶1较低，1∶3和1∶4生长较快，在孕蕾期后下降，为0.58~1.55 cm/d，其中J_ck最高，4∶1最低。

由表1可知，不同混播比例中干草总产量较高为1∶4（15.21 t/hm²）和1∶3（15.77 t/hm²），显著高于其他混播比例（P<0.05），J_ck（5.45 t/hm²）的干草总产量最低，其次为T_ck（10.94 t/hm²）。混播比例1∶3（10.67 t/hm²）和1∶4（10.34 t/hm²）中的白羊草干草产量显著高于其他混播比例（P<0.05），而达乌里胡枝子干草产量在1∶3混播比例（5.10 t/hm²）与J_ck（5.45 t/hm²）差异不显著。

从表2可以看出，混播后的相对产量总和（RYT值）都大于1，其中以1∶3混播比例最大，为1.91，显著高于其他比例（P<0.05）；其次是1∶4混播比例（1.84），再次是1∶2混播比例（1.72）。白羊草种间竞争力（CR值）在4∶1混播比例中最大（3.16），显著高于其他比例（P<0.05），其次依次为3∶1（2.44）、2∶1（1.83）、1∶1（1.08）混播比例，白羊草CR值大于1，说明这4个比例中其竞争力大于胡枝子；胡枝子种间竞争力CR值在1∶4混播比例最大（3.78），显著高于其他混播比例（P<0.05），其次依次是1∶3（2.89）、1∶2（2.15）混播比例，胡枝子CR值大于1，说明这3个混播比例中其竞争力大于白羊草。

2.2 混播比例对牧草营养品质的影响

从图3可以看出，白羊草和胡枝子的叶茎比在部分混播比例下差异显著（P<0.05）。白羊草中叶茎比最高的是4∶1混播比例（0.32），叶茎比最低的是1∶1混播比例（0.25）。胡枝子中叶茎比最低的是1∶2混播比例（0.67），叶茎比最大的是4∶1混播比例（0.89）和3∶1混播比例（0.89），与单播胡枝子差异不显著。

由图4可知，CP含量最高的是J_ck（13.30%），显著高于其他比例（P<0.05），单播白羊草CP含量最低（5.69%），显著低于其他混播比例（P<0.05）。T_ck的NDF含量为70.70%，显著高于其他比例（P<0.05），1∶3含量最少（54.52%），其次为1∶4（55.87%）。T_ck的ADF最高，为45.76%，显著高于其他混播比例（P<0.05），J_ck的ADF含量最小（35.06%），与1∶4（36.91%）均显著低于其他比例（P<0.05）。

3 结论与讨论

3.1 牧草生产性能受混播比例的影响

混播株高是植物形态学调查的最基本指标之一^[2]，通常与产量呈正相关关系。胡枝子为豆科牧草，其根瘤可以固定氮，混播后，为白羊草提供了氮素营养，增加白羊草株高，表明混播可以提高白羊草的株高，这与杨春华等^[6]观点一致。

混播后太行白羊草的生长规律与单播一致，初期生长缓慢，拔节期后生长迅速。混播后晋农1号达乌里胡枝子单播株高大于所有混播草地，表明混播后胡枝子的生长受到白羊草的影响。牧草的遗传因素、生态条件、栽培管理技术对生长速度也有一定程度的影响，白羊草生长速度显著增加是在拔节期后，混播后白羊草的生长速度高于单播，与株高一致，以T1∶J4的白羊草生长最快，胡枝子的生长速度从分枝期到孕蕾期显著加快，与株高一致，以单播胡枝子最高。

已有研究表明，产草量越高其生产性能越好^[7]，牧草混播的基本目标是取得较高的产量。本研究表明，当保持胡枝子比例不变，逐渐降低白羊草比例后，3种混播比例中胡枝子干草产量与J_ck间均差异显著，白羊草干草产量呈现先减少后增加的趋势，总的干草产量呈现先下降后增加的趋势，混播模式干草产量均高于2种牧草单播，这与王平等^[8]、姚泽英等^[9]的研究结果一致。原因可能是白羊草叶面积较胡枝子大且密集，抽穗后更是对光线的吸收形成竞争，导致胡枝子生长受限，进而影响生物量积累。1∶1混播比例，白羊草干草总量上升，说明豆科与禾本科混播比例提高后，提升了禾本科的生物量。且随着胡枝子比例的增加，混播中胡枝子干草产量呈现先增加后减少的趋势，在1∶3、1∶4混播草地中，白羊草干草产量与单播白羊草的干草产量间差异不显著；1∶3混播草地的胡枝子干草产量与J_ck间差异不显著；1∶3、1∶4混播的总干草产量显著高于其他混播草地和对照单播草地，与LITHOURGIDIS等^[10]研究结论一致。总干草产量在1∶3混播组合中达到峰值，同来幸樑^[11]的试验结果一致，可能是由于2种牧草达到了优于其他混播比例的协同效应，也反映了该混播比例下草地群落表现出一定的稳定性^[12]。本试验中，各混播比例的总干草质量显著高于胡枝子单播和白羊草单播的干草质量，达到增产目的。

混播组合对RYT有显著影响，本试验中，各组合RYT均大于1，表明2种牧草种间相容性较好，具有一定的共生关系。RYT以1∶3混播最高，较其他组合，显著提高了5%~18%，说明该组合白羊草和胡枝子的间行混播草地的种间关系最为融洽，利用不同生态位达到对资源利用的最大化。

在4∶1、3∶1、2∶1、1∶1的混播比例中，白羊草的CR值均显著大于1.0，胡枝子的CR值均显著小于1.0，表明在4个混播比例下白羊草种内竞争大于种间竞争，胡枝子种间竞争大于种内竞争。在1∶2、1∶3、1∶4的混播比例中，白羊草的CR值均显著小于1.0，胡枝子的CR值均显著大于1.0，表明在3个混播比例下白羊草种间竞争大于种内竞争，胡枝子种内竞争大于种间竞争。1∶1混播比例中，白羊草的种间竞争力大于胡枝子，胡枝子的CR值接近1。

3.2 牧草营养品质受混播比例的影响

牧草叶茎比是评价草地品质的重要指标，直接反映出牧草的营养物质比例和适口性^[13]。除了1∶1混播外，混播草地白羊草叶茎比都大于单播白羊草，混播比例中胡枝子的叶茎比显著高于白羊草，胡枝子在混播条件下的叶茎比没有降低，说明混播条件下胡枝子表现为竞争优势。同时，光合作用对植物产量也有一定影响，表现在一定范围内，光合作用越大，光合产物积累就越多^[14，15]。

相比胡枝子和混播草地，单播白羊草的NDF、ADF含量最高，混播后白羊草ADF、NDF含量较T_ck显著降低，说明混播有效降低了禾本科牧草中的NDF、ADF，混播较单播营养更均衡^[16-19]。一般来说，豆禾混播草地中禾本科牧草比例较大时，草地产量越高，但品质有所降低，反之，草地的CP含量会随着豆科牧草的增加而提高^[20]。本试验同样表明，相比胡枝子和白羊草混播及单播白羊草，胡枝子单播具有更高的CP含量。CP含量普遍高于单播白羊草草地，其中以1∶3、1∶4混播最为显著，说明混播可以增加白羊草中CP含量，与祁军等^[21]、李香君等^[22]的研究结果相似，混播草地中CP含量升高与胡枝子比例相关，混播同样增加白羊草中CP含量，说明混播后豆科牧草固定的氮被禾本科牧草利用，提高了人工草地的整体产量与品质^[23-24]，形成的原因可能是由于混播使牧草更好在不同空间实现对光照、水分、养分的充分利用^[25],加之混播强化了禾本科的固氮能力^[26-27]，同时改变了土壤环境^[28]。这对于瘤胃家畜来说，增加慢速可利用的能量来源，提高了饲料的消化率和利用率^[29]，从而增加了草地生产力。

太行白羊草与晋农1号达乌里胡枝子不同混播比例组合建植人工草地，长势均良好，增产效果显著，以白羊草与胡枝子的比例1∶3和1∶4混播组合的株高、干草总产量、粗蛋白质含量最高，2种草混播种间相容性好，并提高了牧草生产性能和品质。

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基金资助

山西林业职业技术学院自然科学类科研基金(20220109)